KR20070000516A - Butterfly valve for pressure control of process chamber for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

A pressure controlling butterfly valve structure of a semiconductor device manufacturing chamber is provided to prevent powder or particles from being deposited in a butterfly valve by using a valve disc with a streamline shape. A butterfly valve structure is used for controlling the pressure of a semiconductor device manufacturing chamber. The butterfly valve structure includes a pipe type housing and a valve disc. The valve disc(120) is fixed to an inner portion of the housing using a fixing unit. The valve disc is capable of rotating. A center portion(122) is thicker than an edge portion(130) in the valve disc. The valve disc has a streamline shape.

Description

반도체 소자 제조용 공정 챔버의 압력 조절용 버터플라이 밸브{Butterfly valve for pressure control of process chamber for manufacturing semiconductor device} Butterfly valve for pressure control of process chamber for manufacturing semiconductor device

도 1은 반도체 소자 제조를 위하여 웨이퍼에 대하여 소정 공정을 행하는 데 통상적으로 사용되는 예시적인 반도체 소자 제조 장치이다. 1 is an exemplary semiconductor device manufacturing apparatus commonly used to perform certain processes on wafers for semiconductor device manufacturing.

도 2는 종래 기술에 따른 버터플라이 밸브의 요부 구성을 보여주는 사진이다. Figure 2 is a photograph showing the main configuration of the butterfly valve according to the prior art.

도 3은 반도체 소자 제조 공정이 소정 시간 동안 진행된 후 도 2의 버터플라이 밸브에 파우더가 심하게 적층된 결과물을 보여주는 사진이다. Figure 3 is a photograph showing the result of the powder is heavily stacked on the butterfly valve of Figure 2 after the semiconductor device manufacturing process proceeds for a predetermined time.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조용 공정 챔버의 압력 조절용 버터플라이 밸브의 요부 구성을 보여주는 사시도이다. Figure 4 is a perspective view showing the main configuration of the butterfly valve for pressure regulation of the process chamber for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 버터플라이 밸브의 밸브 디스크가 일부 개방된 상태를 보여주는 사시도이다. 5 is a perspective view showing a state in which the valve disk of the butterfly valve according to the present invention partially opened.

도 6은 본 발명에 따른 버터플라이 밸브의 밸브 디스크가 완전히 개방된 상태를 보여주는 사시도이다. 6 is a perspective view showing a state in which the valve disk of the butterfly valve according to the present invention is completely open.

도 7은 본 발명에 따른 버터플라이 밸브에 구비된 밸브 디스크의 평면도이다. 7 is a plan view of a valve disk provided in the butterfly valve according to the present invention.

도 8은 도 7의 VIII - VIII'선 단면도이다. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII 'of FIG. 7.

도 9는 본 발명에 따른 버터플라이 밸브를 사용하여 유체를 통과시켰을 때의 플로우 시뮬레이션 (flow simulation) 결과이다. 9 is a flow simulation result when a fluid is passed using a butterfly valve according to the present invention.

도 10은 종래 기술에 따른 버터플라이 밸브를 사용한 경우의 플로우 시뮬레이션 결과이다. 10 is a flow simulation result in the case of using a butterfly valve according to the prior art.

도 11은 본 발명에 따른 버터플라이 밸브에 있어서 밸브 디스크의 중심축 위치에서 직경 방향을 따르는 직선 위치에서 본 플로우 시뮬레이션 결과이다. 11 is a flow simulation result seen in a straight position along the radial direction from the central axis position of the valve disc in the butterfly valve according to the present invention.

도 12는 본 발명에 따른 버터플라이 밸브에 있어서 밸브 디스크의 중심축 위치로부터 반경 방향으로 총 반경 길이의 1/3 만큼 외주측으로 벗어난 위치에서 본 플로우 시뮬레이션 결과이다. 12 is a flow simulation result seen from the position deviated to the outer circumferential side by 1/3 of the total radial length in the radial direction from the valve axis center position in the butterfly valve according to the present invention.

도 13은 본 발명에 따른 버터플라이 밸브에 있어서 밸브 디스크의 중심축 위치로부터 반경 방향으로 총 반경 길이의 2/3 만큼 외주측으로 벗어난 위치에서 본 플로우 시뮬레이션 결과이다. 13 is a flow simulation result seen from a butterfly valve according to the present invention in a position deviated to the outer circumferential side by 2/3 of the total radial length in the radial direction from the central axis position of the valve disc.

도 14는 종래 기술에 따른 버터플라이 밸브에 있어서 밸브 디스크 중 도 11의 위치에 대응되는 위치에서 본 시뮬레이션 결과이다. 14 is a simulation result seen from a position corresponding to the position of FIG. 11 among the valve disks in the butterfly valve according to the prior art.

도 15는 종래 기술에 따른 버터플라이 밸브에 있어서 밸브 디스크 중 도 12의 위치에 대응되는 위치에서 본 시뮬레이션 결과이다. 15 is a simulation result seen from a position corresponding to the position of FIG. 12 in the valve disk in the butterfly valve according to the prior art.

도 16은 종래 기술에 따른 버터플라이 밸브에 있어서 밸브 디스크 중 도 13의 위치에 대응되는 위치에서 본 시뮬레이션 결과이다. 16 is a simulation result seen from the position corresponding to the position of FIG. 13 of the valve disk in the butterfly valve according to the prior art.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100: 버터플라이 밸브, 110: 하우징, 120: 밸브 디스크, 122: 중심축, 130: 에지. 100: butterfly valve, 110: housing, 120: valve disc, 122: central axis, 130: edge.

본 발명은 반도체 집적회로를 제조하는 데 사용되는 공정 챔버의 챔버 압력을 조절하기 위한 밸브에 관한 것으로, 특히 반도체 소자 제조용 공정 챔버의 압력 조절용으로 사용되는 버터플라이 밸브에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to valves for regulating chamber pressure in process chambers used to fabricate semiconductor integrated circuits, and more particularly to butterfly valves used for regulating pressure in process chambers for semiconductor device fabrication.

반도체 소자 제조시에는 반도체 기판상에 도체, 부도체, 반도체 등 여러 가지 물질막을 형성하고 가공하여 전자 전기 소자를 형성하는 공정, 이들을 전기적으로 연결시키기 위한 배선 형성 공정 증 다양한 공정이 행해진다. 이들 공정을 행하는 데 사용되는 반도체 소자 제조 장치들은 대부분 매우 정밀하고 복잡한 고가의 장치이며, 따라서 정확한 공정 조건에 맞추어 가동되어야 한다. In manufacturing a semiconductor device, various processes are performed to form and process various material films such as conductors, non-conductors, and semiconductors on a semiconductor substrate to form electronic and electronic devices, and to form wirings for electrically connecting them. The semiconductor device manufacturing apparatuses used to perform these processes are mostly very precise and complicated expensive equipment, and therefore must be operated in accordance with accurate process conditions.

대부분의 반도체 소자 제조 공정에서는 화학적인 작용을 이용하며, 화학적인 작용이 이루어질 때 공정 챔버 내의 분위기 온도 및 분위기 압력은 가장 중요한 공정 조건이 된다. 특히, 반도체 소자 제조시 공정 압력을 정확하게 제어하는 것은 매우 중요하다. 공정 챔버 내에서의 압력 조건을 제어하기 위하여 공정 챔버 내에 유입되는 기체 물질의 양과 배출되는 기체 물질의 양을 조절한다. 이를 위하여는 공정 챔버로부터의 배출 라인에서 진공 펌프 및 중간 조절 밸브를 사용한다. Most semiconductor device manufacturing processes use chemical action, and the atmospheric temperature and the atmospheric pressure in the process chamber become the most important process conditions when the chemical action takes place. In particular, it is very important to accurately control the process pressure in the manufacture of semiconductor devices. In order to control the pressure conditions in the process chamber, the amount of gaseous material introduced into the process chamber and the amount of gaseous material discharged are controlled. For this purpose, a vacuum pump and an intermediate control valve are used in the discharge line from the process chamber.

도 1은 반도체 소자 제조를 위하여 웨이퍼에 대하여 소정 공정을 행하는 데 통상적으로 사용되는 예시적인 반도체 소자 제조 장치(10)이다. 도 1에 예시된 반도체 소자 제조 장치(10)는 예를 들면 CVD 설비 또는 식각 설비를 구성할 수 있다. 1 is an exemplary semiconductor device manufacturing apparatus 10 commonly used to perform certain processes on a wafer for semiconductor device manufacturing. The semiconductor device manufacturing apparatus 10 illustrated in FIG. 1 may constitute, for example, a CVD facility or an etching facility.

상기 반도체 소자 제조 장치(10)는 전형적으로 접지된 챔버 벽(14)을 가지는 밀폐 가능한 반응 챔버(12)를 포함한다. 웨이퍼(W)에 대하여 소정의 공정을 행하는 데 필요한 공정 가스가 가스 공급 장치(22)를 통해 상기 반응 챔버(12) 내에 공급된다. 반응 챔버(12) 내에서 척(36) 위에 지지되어 있는 웨이퍼(W)상에서 원하는 반응이 이루어진 후 미반응된 플라즈마 또는 가스들, 또는 휘발성 반응물들은 상기 반응 챔버(12)로부터 진공 펌프(24)에 의해 버터플라이 밸브(26)를 통해 배출된다. The semiconductor device manufacturing apparatus 10 typically includes a sealable reaction chamber 12 having a grounded chamber wall 14. Process gas necessary to perform a predetermined process on the wafer W is supplied into the reaction chamber 12 through the gas supply device 22. Unreacted plasma or gases, or volatile reactants, from the reaction chamber 12 to the vacuum pump 24 after the desired reaction has been made on the wafer W supported on the chuck 36 in the reaction chamber 12. Is discharged through the butterfly valve 26.

도 2는 종래 기술에 따른 버터플라이 밸브의 요부 구성을 보여주는 사진이다. Figure 2 is a photograph showing the main configuration of the butterfly valve according to the prior art.

도 2를 참조하면, 종래의 버터플라이 밸브(50)는 관 형상의 하우징(52)과, 상기 하우징(52)에 볼트와 같은고정 수단에 의해 회전 가능하게 고정된 밸브 디스크(54)를 구비한다. 상기 밸브 디스크(54)는 그 디스크형 표면 전체에 걸쳐서 동일한 두께를 가지도록 형성되어 있다. Referring to FIG. 2, a conventional butterfly valve 50 has a tubular housing 52 and a valve disc 54 rotatably fixed to the housing 52 by fixing means such as bolts. . The valve disk 54 is formed to have the same thickness over the entire disk-shaped surface.

상기와 같은 구조를 가지는 종래 기술에 따른 버터플라이 밸브(50)를 사용하는 경우, 도 1에 예시된 바와 같은 반도체 소자 제조 장치(10)에서 상기 버터플라이 밸브(26)를 통과하는 유체의 흐름이 방해되어 근처의 컨덕턴스(conductance)가 좋지 않게 된다. 그 결과 파우더(powder) 또는 파티클(particle) 적층이 초래된다. In the case of using the butterfly valve 50 according to the related art having the above structure, the flow of fluid passing through the butterfly valve 26 in the semiconductor device manufacturing apparatus 10 as illustrated in FIG. It is disturbed and the nearby conductance is not good. The result is powder or particle lamination.

도 3은 반도체 소자 제조 공정이 소정 시간 동안 진행된 후 도 2의 버터플라이 밸브(50)에 파우더가 심하게 적층된 결과물을 보여주는 사진이다. 3 is a photograph showing the result of the powder is heavily stacked on the butterfly valve 50 of Figure 2 after the semiconductor device manufacturing process proceeds for a predetermined time.

본 발명의 목적은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 반도체 소자 제조 장치의 공정 챔버의 압력 조절을 위하여 사용되는 버터플라이 밸브에서 유체의 유동 컨덕턴스 (flow conductance)를 향상시켜 파우더 또는 파티클 등이 버터플라이 밸브 내에 적층되는 현상을 방지할 수 있는 버터플라이 밸브를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to solve the above problems in the prior art, by improving the flow conductance of the fluid in the butterfly valve used for pressure control of the process chamber of the semiconductor device manufacturing apparatus powder or particles It is to provide a butterfly valve that can prevent the back from being laminated in the butterfly valve.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 반도체 소자 제조 공정에 사용되는 공정 챔버의 압력 조절용 버터플라이 밸브를 제공한다. 본 발명에 따른 버터플라이 밸브는 관 형상의 하우징과, 상기 하우징 내에 고정 수단에 의해 회전 가능하게 고정되고 그 중심축 부분에서의 두께가 에지 부분에서의 두께보다 더 큰 유선형 구조를 가지는 밸브 디스크를 포함한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a butterfly valve for pressure control of the process chamber used in the semiconductor device manufacturing process. The butterfly valve according to the invention comprises a tubular housing and a valve disc having a streamlined structure rotatably fixed in said housing by means of fastening means, the thickness at the central axis portion thereof being larger than the thickness at the edge portion. do.

바람직하게는, 상기 밸브 디스크는 그 중심축 위치에서 가장 큰 두께를 가지고, 그 에지 부분에서 가장 작은 두께를 가진다. Preferably, the valve disc has the largest thickness at its central axis position and the smallest thickness at its edge portion.

본 발명에 의하면, 통과되는 유체의 유동 컨덕턴스를 향상시켜 파우더 또는 파티클 등이 버터플라이 밸브 내에 적층되는 현상을 방지할 수 있다. According to the present invention, it is possible to improve the flow conductance of the fluid to be passed to prevent the phenomenon of powder or particles, such as laminated in the butterfly valve.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Next, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조용 공정 챔버의 압력 조절용 버터플라이 밸브(100)의 요부 구성을 보여주는 사시도이다. Figure 4 is a perspective view showing the main configuration of the butterfly valve for pressure control 100 of the process chamber for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

도 4를 참조하면, 상기 버터플라이 밸브(100)는 관 형상의 하우징(110)과, 상기 하우징(110) 내에 볼트와 같은 고정 수단에 의해 회전 가능하게 고정된 밸브 디스크(120)를 포함한다. Referring to FIG. 4, the butterfly valve 100 includes a tubular housing 110 and a valve disc 120 rotatably fixed in the housing 110 by fixing means such as bolts.

도 5는 도 4의 버터플라이 밸브(100)의 밸브 디스크(120)가 일부 개방된 상태를 보여주는 사시도이다. FIG. 5 is a perspective view showing a partially open state of the valve disc 120 of the butterfly valve 100 of FIG. 4.

도 6은 도 4의 버터플라이 밸브(100)의 밸브 디스크(120)가 완전히 개방된 상태를 보여주는 사시도이다. 6 is a perspective view illustrating a state in which the valve disc 120 of the butterfly valve 100 of FIG. 4 is completely opened.

도 7은 상기 밸브 디스크(120)의 평면도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 밸브 디스크(120)는 평면에서 볼 때 중심축(122)을 중심으로 하는 원형 형상을 가진다. 7 is a plan view of the valve disc 120. As shown in FIG. 7, the valve disc 120 has a circular shape about the central axis 122 in plan view.

도 8은 도 7의 VIII - VIII'선 단면도이다. 상기 밸브 디스크(120)는 그 중심축(122) 부분에서의 두께(T1)가 에지(130) 부분에서의 두께(T2)보다 더 큰 유선형 구조를 가지고 있다. 바람직하게는, 상기 밸브 디스크(120)는 그 중심축(122) 위치에서 가장 큰 두께를 가지고, 그 에지(130) 부분에서 가장 작은 두께를 가진다. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII 'of FIG. 7. The valve disc 120 has a streamlined structure in which the thickness T 1 at the central axis 122 portion thereof is larger than the thickness T 2 at the edge 130 portion. Preferably, the valve disk 120 has the largest thickness at its central axis 122 position and the smallest thickness at its edge 130 portion.

도 9는 본 발명에 따른 버터플라이 밸브(100)를 사용하여 유체를 통과시켰을 때의 플로우 시뮬레이션 (flow simulation) 결과이다. 9 is a flow simulation result when the fluid is passed using the butterfly valve 100 according to the present invention.

도 9에는 상기 밸브 디스크(120)가 개방되어 있는 상태에서 유체가 상기 하우징(110)을 위(도면의 정면측)에서 아래(도면의 배면측)로 흐르는 방향에서 본 것이다. In FIG. 9, the fluid flows from the upper side (front side of the drawing) to the lower side (back side of the drawing) in the state in which the valve disc 120 is open.

도 10은 도 2에 예시된 바와 같은 종래 기술에 따른 버터플라이 밸브(50)를 사용한 경우의 플로우 시뮬레이션 결과이다. FIG. 10 is a flow simulation result when the butterfly valve 50 according to the prior art as illustrated in FIG. 2 is used.

도 9 및 도 10을 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 버터플라이 밸브(100)를 유체가 통과할 때 데드볼륨 (dead volume)이 줄어들어 유동 특성이 좋아진다. As can be seen by comparing FIG. 9 and FIG. 10, the dead volume is reduced when the fluid passes through the butterfly valve 100 according to the present invention to improve the flow characteristics.

도 11은 본 발명에 따른 버터플라이 밸브(100)에 있어서 밸브 디스크(120)의 중심축(122) 위치에서 직경 방향을 따르는 직선(L1)(도 7 참조) 위치에서 본 플로우 시뮬레이션 결과이다. 11 is a flow simulation result seen from the position of the straight line L 1 (see FIG. 7) along the radial direction at the position of the central axis 122 of the valve disc 120 in the butterfly valve 100 according to the present invention.

도 12는 본 발명에 따른 버터플라이 밸브(100)에 있어서 밸브 디스크(120)의 중심축(122) 위치로부터 반경 방향으로 총 반경 길이의 1/3 만큼 외주측으로 벗어난 위치에서 상기 직선(L1)과 평행하게 연장되는 직선(L2)(도 7 참조) 위치에서 본 플로우 시뮬레이션 결과이다. 12 is the straight line L 1 at a position deviated to the outer circumferential side by 1/3 of the total radius length in the radial direction from the position of the central axis 122 of the valve disc 120 in the butterfly valve 100 according to the present invention. This is the result of the flow simulation seen from the position of the straight line L 2 (see FIG. 7) extending in parallel with.

도 13은 본 발명에 따른 버터플라이 밸브(100)에 있어서 밸브 디스크(120)의 중심축(122) 위치로부터 반경 방향으로 총 반경 길이의 2/3 만큼 외주측으로 벗어난 위치에서 상기 직선(L1)과 평행하게 연장되는 직선(L3)(도 7 참조) 위치에서 본 플로우 시뮬레이션 결과이다. 13 is the straight line L 1 at a position deviating from the central axis 122 position of the valve disc 120 in the radial direction in the radial direction from the position of the outer peripheral side by 2/3 of the total radius length in the radial direction in the butterfly valve 100 according to the present invention. This is the result of the flow simulation seen from the position of the straight line L 3 (see FIG. 7) extending in parallel with.

도 14 내지 도 16은 각각 도 2에 예시된 바와 같은 종래 기술에 따른 버터플라이 밸브(50)에 있어서 밸브 디스크(54) 중 도 11 내지 도 12에서의 위치에 대응되는 각 위치의 길이 방향에서 본 플로우 시뮬레이션 결과이다. 14 to 16 are each viewed in the longitudinal direction of each position corresponding to the position in FIGS. 11 to 12 of the valve disc 54 in the butterfly valve 50 according to the prior art as illustrated in FIG. 2. Flow simulation result.

본 발명에 따른 버터플라이 밸브(100)의 경우인 도 11 내지 도 13과 종래 기술에 따른 버터플라이 밸브(50)의 경우인 도 14 내지 도 16의 플로우 시뮬레이션 결과를 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 버터플라이 밸브(100)에서는 측면에서 볼 때 유선형 구조를 가지는 밸브 디스크(120)를 채용함으로써 버터플라이 밸브(100)의 흐름 경로의 단면(斷面)에서 볼 때 양 끝부에서의 데드 볼륨 (dead volume)이 줄어들어 유동 특성이 좋아진다. 그 결과, 파우더 또는 파티클 등이 밸브에 적층되는 현상을 방지할 수 있다. As can be seen by comparing the flow simulation results of FIGS. 11 to 13 which are the case of the butterfly valve 100 according to the present invention and FIGS. 14 to 16 which are the case of the butterfly valve 50 according to the prior art, In the butterfly valve 100 according to the present invention, by employing a valve disk 120 having a streamlined structure when viewed from the side, dead at both ends when viewed from a cross section of the flow path of the butterfly valve 100. Reduced dead volume improves flow characteristics. As a result, it is possible to prevent the powder or particles from being laminated to the valve.

본 발명에 따른 버터플라이 밸브에서 하우징 내에 고정 수단에 의해 회전 가능하게 고정되어 있는 밸브 디스크는 그 중심축 부분에서의 두께가 에지 부분에서의 두께보다 더 큰 유선형 구조를 가진다. In the butterfly valve according to the present invention, the valve disk which is rotatably fixed by the fixing means in the housing has a streamlined structure in which the thickness at its central axis portion is larger than the thickness at the edge portion.

본 발명에 따르면, 버터플라이 밸브에서 유체의 유동 컨덕턴스를 향상시켜 파우더 또는 파티클 등이 버터플라이 밸브 내에 적층되는 현상을 방지할 수 있다. According to the present invention, the flow conductance of the fluid in the butterfly valve can be improved to prevent the powder or particles from being laminated in the butterfly valve.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다. In the above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention. This is possible.

Claims (2)

반도체 소자 제조 공정에 사용되는 공정 챔버의 압력 조절용 버터플라이 밸브에 있어서, In the butterfly valve for pressure control of a process chamber used in a semiconductor device manufacturing process, 관 형상의 하우징과, Tubular housing, 상기 하우징 내에 고정 수단에 의해 회전 가능하게 고정되고 그 중심축 부분에서의 두께가 에지 부분에서의 두께보다 더 큰 유선형 구조를 가지는 밸브 디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 버터플라이 밸브. And a valve disc which is rotatably fixed by the fixing means in the housing and has a streamlined structure whose thickness at its central axis portion is larger than the thickness at the edge portion. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 밸브 디스크는 그 중심축 위치에서 가장 큰 두께를 가지고, 그 에지 부분에서 가장 작은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 버터플라이 밸브.And the valve disc has the largest thickness at its central axis position and the smallest thickness at its edge portion.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109163112A (en) * 2018-10-12 2019-01-08 东北石油大学 A kind of axial belly core valve reducing the breakup of drop

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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