KR20060013810A

KR20060013810A - 진자 밸브

Info

Publication number: KR20060013810A
Application number: KR1020040062406A
Authority: KR
Inventors: 이성일
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-08-09
Filing date: 2004-08-09
Publication date: 2006-02-14

Abstract

본 발명은 건식 식각 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 챔버와 진공 펌프를 연결하는 건식 식각 장치용 진자 밸브에 관한 것이다. 본 발명에 의한 반도체 소자 제조용 장비의 진자 밸브는, 상기 챔버와 진공 펌프에 연통되도록 공기통로가 관통되며 상기 공기통로와 연통되게 내부로 작동실이 형성된 밸브 몸체와, 상기 밸브 몸체의 내부에 설치되어 진자 운동하면서 상기 공기통로를 개폐하는 밸브 게이트와, 상기 밸브 게이트에 연결되어 상기 밸브 게이트를 회전 작동시키며 피스톤 형상의 완충장치가 구비된 회전축과, 상기 회전축을 회전 작동시키는 스텝퍼 모터로 구성된 것을 특징으로 한다. 따라서 진자 밸브에 있어서 밸브 게이트가 휘게되는 문제점이 해결 할 수 있고 그에 따른 밸브 게이트의 변형을 방지할 수 있다.

진자 밸브, 회전 축, 밸브 게이트

Description

진자 밸브 {Pendulum Valve}

도 1은 건식 식각 장치의 챔버와 진공 펌프 사이의 연결관에 설치된 종래기술에 따른 진자 밸브를 보여주는 평면도이고,

도 2는 도 1의 I-II선 부분 단면도이고,

도 3 및 도 4는 도 1의 진자 밸브의 작동상태 정단면도들로, 도 3은 연결관이 열렸을 때이고, 도 4는 닫혔을 때이다.

도 5는 본 발명에 의한 건식 식각 장치용 진자 밸브의 회전축의 모양을 나타낸 도면이고,

도 6은 본 발명에 의한 건식 식각 장치용 진자 밸브의 회전축을 포함한 진자 밸브의 평면도이고,

도 7은 도 5의 본 발명에 의한 건식 식각 장치용 진자 밸브의 회전축이 수축된 것을 표현한 진자 밸브의 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 밸브 몸체 250 : 에어 실린더

310 : 밸브 게이트 320 : 스텝퍼 모터

360 : 기어 370 : 공기통로

380 : 회전축 390 : 밀봉구

본 발명은 건식 식각 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 챔버와 진공 펌프를 연결하는 건식 식각 장치용 진자 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 공정이란 확산공정, 증착공정, 사진공정 등의 복잡다단한 다수의 부속 공정이 연속되어 진행되면서 실리콘 기판 상에 반도체 소자를 형성하는 공정이다. 그 중 사진공정은 반도체 동작에 필요한 회로가 설계되어 있는 포토 마스크를 이용하여 기판 상에 감광액을 도포, 노광 및 현상하는 공정이다. 사진 공정을 마친 웨이퍼는 식각 방법에 의해 하부막이 가공되어 회로가 형성된다.

즉 반도체 제조 공정에 있어서 식각은 웨이퍼에 반도체 집적회로를 형성시키는 공정으로, 사진 공정에 의해 형성된 감광막패턴을 마스크로 사용하여 감광막 패턴 아래의 막질을 선택으로 제거하는 공정이다. 식각 방법은 크게 건식과 습식으로 나뉘어지는데, 습식 식각은 소자의 최소 선폭이 수㎛ 내지 수십㎛대의 집적회로 소자에 범용으로 사용되었으나 반도체 소자가 고집적화되고 엄격해지는 디자인 룰에 의해 선폭과 패턴의 크기가 미세화되어 감에 따라 반응성 가스를 에천트로 사용하는 건식 식각이 반도체 공정에 많이 사용되고 있는 형편이다. 건식 식각 기술은 플 라즈마를 사용하여 피가공 재료 예컨대 웨이퍼를 플라즈마 상태의 활성 미립자(래디칼)와 화학반응에 의하여 제거하는 방법과 이온을 가속시켜 물리적으로 제거하는 방법 또는 이 두가지 방법을 혼용하여 제거하는 방법을 총칭하고 있다.

건식 식각 장치는 건식 식각 공정이 이루어지는 챔버(chamber)와, 챔버에 진공을 걸어주거나 챔버 내의 잔류가스를 챔버 밖으로 배출시키는 진공 펌프(vacuum pump)가 연결된 구조를 갖는다. 그리고, 챔버와 진공 펌프 사이에 진공 펌프를 연결하는 연결관에는 연결관을 개폐하는 진자 밸브(pendulum valve)가 설치된다.

도 1은 건식 식각 장치의 챔버와 진공 펌프 사이의 연결관(40)에 설치된 종래기술에 따른 진자 밸브(50)를 보여주는 평면도이고, 도 2는 도 1의 I-II선 부분 단면도이다.

진자 밸브(50)는 연결관(40)에 설치되는 밸브 몸체(10)와, 밸브 몸체(10)에 체결되는 덮개(20) 및 연결관(40)을 개폐하는 개폐부(30)를 포함한다. 상기 밸브 몸체(10)는 챔버와 진공 펌프에 연통되도록 공기통로(37)가 수직으로 관통되며, 상기 공기통로(37)와 연통되게 내부로 작동실(12)이 수평 형성된다. 그리고 상기 개폐부(30)는 원판 형상의 밸브 게이트(31; valve gate)와 밸브 게이트(31)를 진자 운동시켜 연결관(40)을 개폐하는 구동부(33)로 구성된다. 구동부(33)는 스텝퍼 모터(32; stepper motor)와, 스텝퍼 모터의 축(34)의 일단에 기어(36)로 연결된 회전축(38)을 포함하며, 회전축(38)의 타단에 밸브 게이트(31)의 일단이 연결된다. 상기 스텝퍼 모터(32)는 밸브 몸체(10)의 하부에 별개로 설치된 후 상기 작동실(12)에 상부가 돌출 되도록 설치된 회전축(38)을 회전 작동시키게 된다. 상기 밸브 게 이트(31)는 회전축(38)의 상부에 일단이 연결된 후 회전 작동되면서 상기 공기통로(37)를 개폐토록 한다. 밀봉구(39)는 공기통로(37)에 접촉되도록 작동실(12)의 상부에 설치되며, 에어 실린더(25)의 작동으로 하강 작동하여 밸브 게이트(31)를 견고하게 밀폐하도록 밀폐링(39a)이 이면으로 결합된다. 여기서, 도면에는 도시되어 있지는 않지만, 상기 스텝퍼 모터(32)는 전기적 제어부의 신호를 받아 온/오프 되는 것으로, 기어(36)는 상기 스텝퍼 모터(32)의 동력을 회전축(38)에 전달하게 된 기어이다.

이와 같이 구성된 진자 밸브(50) 작용을 첨부된 도면에 의거 자세하게 기술하고자 한다.

도 3 및 도 4는 도 1의 진자 밸브(50)의 작동상태 정단면도들로, 도 3은 연결관이 열렸을 때이고, 도 4는 닫혔을 때이다.

도 3에서 보는바와 같이, 상기 챔버와 진공 펌프 사이에는 진자 밸브의 밸브 몸체(10)에 관통 형성된 공기통로(37)가 위치되게 설치한 후, 앞서 설명된 제어부로부터 전기적 신호를 스텝퍼 모터(32)가 전달받게 되면, 그 스텝퍼 모터(32)는 초기 운전을 위한 구동 수단으로서 반도체 소자를 제조하기 위한 장비에 설치된 소프트웨어에서 지정된 수만큼의 값에 따라 회전하게 된다. 이와 같은 회전 동력은 기어(36)를 중간 전달 수단으로 이용하여 회전축(38)을 회전시키게 된다.

이렇게 회전축(38)이 회전되면, 이에 일단이 연결된 밸브 게이트(31)는 상기 회전축(38)을 회전 중심점으로 하여 작동실(12)로부터 회전함에 따라 상기 밸브 몸체(10)에 형성된 공기통로(37)를 필요에 따라 개방시키게 된다. 이때, 상기 밸브 게이트(31)의 개방 정도는 상기 챔버의 진공 정도를 적당하게 조절할 수 있도록 초기에 세팅된 수치 만큼이다. 이에 따라 상기 공기통로(37)로는 공기가 자유롭게 출입할 수 있게 되고, 상기 작동실(12)에 설치된 밀봉구(39)는 에어 실린더(25)로 상부 이동되어 밸브 게이트(31)와 이격된 상태로 있게 된다.

반면에 도 4에서 보는바와 같이, 진자 밸브에 설치된 제어부의 전기적 신호에 의해 스텝퍼 모터(32)가 앞서 설명한 바와는 반대로 회전하게 되면, 그 회전력은 기어(36)를 매개로 하여 회전축(38)을 회전시키게 되는 데, 이때의 회전은 앞서 기술된 회전 방향과는 반대 방향으로 회전됨에 따라 상기 밸브 게이트(31)를 역으로 회전시켜 밸브 몸체(10)의 공기통로(37)를 밀폐하고 난 다음, 상기 밸브 몸체(10)의 소정 위치에 매설된 에어 실린더(25)가 작동하게 된다. 그 에어 실린더(25)는 스텝퍼 모터(32)와 마찬가지로, 소프트웨어의 전기적 신호값에 의해 일정한 주기만큼 작동되는 것이다.

이처럼 상기 에어 실린더(25)가 작동되면, 그 에어 실린더(25)의 하부에 연결 설치된 밀봉구(39)는 하부 쪽으로 하강하여 상기 밸브 게이트(31)의 상면을 눌러 밀착하게 되는 것이다. 이렇게 한 것은 상기 밸브 게이트(31) 만으로는 공기통로(37)의 밀폐 상태가 확실하지 않기 때문이다. 이러한 작용을 하게 된 밸브 게이트(31)로 인해 불필요한 공기 및 기타 불순물이 밸브 게이트(31)와 공기통로(37)와의 틈으로 챔버에 유입되어 반도체 소자의 불량 발생의 우려가 생기는 것을 효과적으로 예방할 수 있게 되는 것인 바, 이러한 밸브 게이트(31)와 밀봉구(39)는 서로 동일한 금속 재질이기 때문에 공기의 누수 염려가 발생되어 밀봉구(39)의 이면에 고무 종류로 된 밀폐링(39a)을 결합하여 사용하게 된다.

그런데 여기서 상기 밀봉구(39)가 하부 쪽으로 하강하여 상기 밸브 게이트(31)의 상면을 누르는 경우에 회전 축(38)과 연결된 밸브 게이트(31) 일단부분(B)은 밀봉구(39)에 의하여 지지되어 공기통로(37)에 완벽하게 접촉되지 않지만 회전 축(38)과 연결되지 않은 밸브 게이트(31) 일단부분(A)은 공기통로(37)에 접촉되어진다. 즉 밸브 게이트(31)의 양단에서의 공기통로(37)까지의 거리가 다르게 되는 것이다. 따라서 상기 밸브 게이트(31)가 휘게되는 문제점이 발생한다. 이러한 현상이 반복적으로 일어나면 밸브 게이트(31)의 변형이 일어나고 스텝퍼 모터(32)의 회전축(38)또한 미세하게 휘어지게 된다. 결국 이로 인해 밸브의 리크(leak)가 발생하게 되고 밸브는 동작을 제대로 수행할 수 없게 되며, 결국 밸브 자체의 수명이 짧아지게 되는 문제점이 발생한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 연속적인 밸브의 사용에도 밸브에 변형이 일어나지 않은 진자 밸브를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 밸브 게이트의 휨을 방지하기 위한 진자 밸브를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반도체 소자 제조용 장비의 진자 밸브는 상기 챔버와 진공 펌프에 연통되도록 공기통로가 관통되며 상기 공기통로와 연통되게 내부로 작동실이 형성된 밸브 몸체와, 상기 밸브 몸체의 내부에 설 치되어 진자 운동하면서 상기 공기통로를 개폐하는 밸브 게이트와, 상기 밸브 게이트에 연결되어 상기 밸브 게이트를 회전 작동시키며 피스톤 형상의 완충장치가 구비된 회전축과, 상기 회전축을 회전 작동시키는 스텝퍼 모터로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다양한 실시예에서의 설명들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명의 보다 철저한 이해를 돕기 위한 의도 이외에는 다른 의도 없이 예를 들어 도시되고 한정된 것에 불과하므로, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 사용되어서는 아니 될 것이다.

도 5는 본 발명에 의한 건식 식각 장치용 진자 밸브의 회전축의 모양을 나타낸 도면이다.

도 5에서 보는바와 같이, 스텝퍼 모터의 축(미도시) 일단의 기어(360)로 연결된 회전축(380)을 상부(381)와 하부(382)로 나뉜 피스톤의 형상으로 제작한다. 여기서 상부(381)와 하부(382)의 중간 부분의 길이는, 종래 기술에서 밀봉구가 밸브 게이트의 상면에 압력을 가할 때 밸브 게이트의 양단에서 공기통로까지의 거리가 차이나는 정도의 길이로 함이 적당하다. 또한 회전축(380)을 피스톤이 아닌 수축 팽창이 가능한 스프링 등의 완충장치를 포함하도록 제작할 수도 있다.

도 6은 본 발명에 의한 건식 식각 장치용 진자 밸브의 회전축을 포함한 진자 밸브의 평면도이고, 도 7은 도 5의 본 발명에 의한 건식 식각 장치용 진자 밸브의 회전축이 수축된 것을 표현한 진자 밸브의 평면도이다.

도 7에 도시된 바와 같이 진자 밸브가 공기통로를 밀폐하는 동작을 하는 경우에, 진자 밸브에 설치된 제어부의 전기적 신호에 의해 스텝퍼 모터(320)가 회전하게 되면, 그 회전력은 기어(360)를 매개로 하여 회전축(380)을 회전시키게 되고 밸브 게이트(310)를 회전시켜 밸브 몸체(100)의 공기통로(370)를 밀폐하고 난 다음, 상기 밸브 몸체(100)의 소정 위치에 매설된 에어 실린더(250)가 작동하게 된다. 상기 에어 실린더(250)가 작동되면, 그 에어 실린더(250)의 하부에 연결 설치된 밀봉구(390)는 하부 쪽으로 하강하여 상기 밸브 게이트(310)의 상면을 눌러 밀착하게 된다. 이때 본 발명에 따라 회전축(380)을 피스톤의 형상으로 하는 경우에는 밸브 게이트(310)의 양단이 밀봉구(390)에 의하여 동일하게 눌리게 되고 밸브 게이트(310)의 휨현상은 발생하지 않게 된다. 즉 상기 밀봉구(390)가 상기 밸브 게이트(310)의 상면을 누르는 경우에 회전 축(380)과 연결된 밸브 게이트(310) 일단부분(D)은 회전 축(380)과 연결되지 않은 밸브 게이트(310) 일단부분(C)과 동일하게 공기통로(370)에 접촉되어진다. 이는 회전 축(380)에 연결된 밸브 게이트(310) 일단부분(D)이 회전 축(380) 자체의 수축에 의하여 회전 축(380)과 연결되지 않은 밸브 게이트(310) 일단부분(C)과 밀봉구(390)에 의하여 동일하게 밀리게 되기 때문이다.

따라서 상기 밸브 게이트(310)가 휘게되는 문제점이 해결된다. 또한 밸브 게이트(310)의 변형을 방지할 수 있고 스텝퍼 모터(320)의 회전축(380)의 휨도 방지 할 수 있게된다. 결국 이로 인해 밸브의 리크(leak) 발생 방지가 가능하고 밸브 자체의 수명 단축 방지 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 식각 장치용 진자 밸브는 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기본 원리를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 설계되고, 응용될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게는 자명한 사실이라 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반도체 식각 장치용 진자 밸브에 있어서 밸브 게이트가 휘게되는 문제점이 해결 할 수 있고 그에 따른 밸브 게이트의 변형을 방지할 수 있으며, 스텝퍼 모터의 회전축의 휨도 방지할 수 있게된다. 결국 이로 인해 밸브의 리크(leak) 발생 방지가 가능하고 밸브 자체의 수명 단축 방지 효과가 있다.

Claims

공정 진행용 챔버와 진공 펌프 사이에 설치된 반도체 소자 제조용 장비의 진자 밸브에 있어서,

상기 챔버와 진공 펌프에 연통되도록 공기통로가 관통되며, 상기 공기통로와 연통되게 내부로 작동실이 형성된 밸브 몸체와;

상기 밸브 몸체의 내부에 설치되어 진자 운동하면서 상기 공기통로를 개폐하는 밸브 게이트와;

상기 밸브 게이트에 연결되어 상기 밸브 게이트를 회전 작동시키며, 피스톤 형상의 완충장치가 구비된 회전축과;

상기 회전축을 회전 작동시키는 스텝퍼 모터로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 장비의 진자 밸브.
제 1항에 있어서,

상기 회전축은 상부와 하부로 구분되는 피스톤인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 장비의 진자 밸브.
제 1항에 있어서,

상기 회전축의 완충장치는 스프링임을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 장비의 진자 밸브.
제 1항에 있어서,

상기 회전축은 수축 및 팽창이 가능한 완충장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 장비의 진자 밸브.
제 1항 내지 4항에 있어서,

상기 공기통로에 접촉되도록 작동실의 상부에 설치되며, 에어 실린더로 하강 작동하여 밸브 게이트를 견고히 밀폐하도록 밀폐링이 이면으로 결합된 밀봉구를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 장비의 진자 밸브.