KR20090039306A - 반도체 제조 설비용 역류방지밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조 설비용 역류방지밸브에 관한 것으로 더욱 상세하게는 자석의 흡인력을 이용하여 밸브플레이트의 폐쇄동작을 신속하게 진행시킬 수 있을 뿐만 아니라 밸브케이스 내부 구조를 단순화하여 유체의 저항 및 오염물질의 누적을 최소화할 수 있는 반도체 제조 설비용 역류방지밸브에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 역방향 압력 발생 시 신속하여 밸브가 차단되어 역류로 인한 오염물질의 챔버 유입을 막을 수 있으면서 밸브케이스 내부의 오염물질 누적을 최소화할 수 있는 반도체 제조 설비용 역류방지밸브를 제공하는 데 있다.

진공펌프, 밸브, 체크밸브, 역류방지, 반도체 제조, 배기방출, 자석, 히팅자켓, 밸브플레이트, 챔버

Description

반도체 제조 설비용 역류방지밸브 {A check valve for manufacturing semiconductor}

본 발명은 반도체 제조 설비용 역류방지밸브에 관한 것으로 더욱 상세하게는 자석의 흡인력을 이용하여 밸브플레이트의 폐쇄동작을 신속하게 진행시킬 수 있을 뿐만 아니라 밸브케이스 내부 구조가 단순화하여 유체의 저항 및 오염물질의 누적을 최소화할 수 있는 반도체 제조 설비용 역류방지밸브에 관한 것이다.

일반적인 반도체 제조 시 산화로(散花爐) 또는 확산로(擴散爐)에 해당하는 챔버 내부를 진공에 가까운 저압으로 형성하고, 동시에 챔버 내부에 반응가스를 공급하여 웨이퍼(wafer) 상에 원하는 박막이 형성되도록 하는 공정을 거치게 된다.

이를 위한 종래의 반도체 제조설비의 구성은 도 1에 도시된 바와 같이 반응가스를 공급하는 가스공급부(20)와 가스공급부(20)에서 공급된 가스가 유입되어 반응이 수행되는 챔버(30), 그리고 챔버(30)의 내부를 진공에 가까운 저압 상태로 만드는 진공펌프(50)로 구성되고, 이들 각각은 배관에 의하여 서로 연결된다.

상기와 같은 공정에 있어서 챔버(30) 내부의 저압 형성 및 배기 작업은 진공 펌프(50)에 의하여 이루어진다.

이때 진공펌프(50)의 과부하 또는 동작 이상에 의하여 저압형성 및 배기작업이 원활하게 이루어지지 않을 경우 반응 후 가스가 챔버(30)로 역류하는 경우가 종종 발생하는데, 이러한 역류 현상이 발생하면 챔버(30)로 유입된 오염입자들에 의하여 챔버(30) 내부에 배치된 웨이퍼가 모두 훼손되어 버린다.

상기와 같은 역류를 방지하기 위하여 대부분의 장치에는 챔버(30)와 진공펌프(50) 사이에 별도의 차단밸브(40)가 설치된다.

상기 차단밸브(40)는 배관 상에 설치된 압력센서(60)와 진공펌프(50)의 작동상태를 감지하도록 설치된 센서와 전기적으로 연결되어 압력센서(60)로부터의 압력저하신호(41) 또는 펌프에 설치된 센서로부터의 펌프차단신호(42)를 받게 되면 차단밸브(40)가 닫히게 된다.

그러나 압력센서(60)가 압력저하신호(41)를 내보내기 위한 동작 압력을 낮게 설정할 경우 공정 진행 중에도 차단밸브(40)가 차단해 버리는 경우가 발생하게 되며, 차단밸브(40)가 전기적으로 작동하기 때문에 동작지연 및 진공펌프(50) 컨트롤러에서 진공펌프(50)의 이상을 감지하고 이를 판단하여 차단밸브(40)를 작동시키기까지 소요되는 시간동안 역류가 발생하여 역류한 오염입자들이 웨이퍼가 일부 손상되어 버리게 된다.

차단밸브(40)만을 구비했을 경우의 이러한 문제점을 보완하기 위여 도 2와 같이 챔버(30)와 진공펌프(50) 사이의 배관 내부를 흐르게 되는 유체의 순 방향 흐름 또는 역방향 흐름으로 인한 압력 변화와 함께 동작하여 가스의 역류가 발생하면 신속하게 배관을 차단할 수 있도록 한 역류방지밸브(10)가 개발되었다.

일반적인 역류방지밸브(10)의 구조는 도 3에서와 같이 유체가 순 방향으로 흐를 때는 밸브플레이트(14)가 중력에 의해 하강하여 있으며, 역류 발생시 밸브플레이트(14) 하부로부터 압력이 발생하므로 밸브플레이트(14)가 상승하여 흡입구(12)를 차단하도록 구성된다.

이와 같은 구조의 역류방지밸브는 역류 압력이 미약하거나 역류가 천천히 발생할 경우 밸브플레이트(14)의 차단동작이 이루어지지 않으며, 차단 후에도 역류의 압력만으로 밸브플레이트(14)가 동작하므로 동작 중 충분한 오염입자들이 역류하게 될 뿐 아니라, 압력만으로 밸브플레이트(14)가 차단상태를 유지하게 되므로 밸브플레이트(14)의 차단 후에도 압력이 약할 경우 역류의 발생이 진행될 수 있는 문제점이 있다.

상기와 같은 일반적인 역류방지밸브의 문제점을 해결하기 위하여 근래에 도 4에서 도시된 것과 같은 스프링이 구비된 역류방지밸브가 개발되었다.

이와 같은 스프링이 구비된 역류방지밸브는 역류에 의한 압력차가 발생하지 않으면 밸브플레이트(14)가 스프링에 의해서 항시 흡입구(12)를 차단하여 역류를 방지하는 전형적인 체크밸브(Check Valve)의 구조를 갖는다. 이는 역류방지의 능력을 대폭 향상시킬 수 있는 구조를 갖는데 비하여 밸브플레이트(14)가 스프링에 의해 항시 차단압력을 받고 있어 정상적인 유체의 흐름을 저하시켜 진공펌프(50) 작동시 많은 부하를 주게 되며, 스프링 및 이를 위한 구조로 인해 밸브케이스(11) 내부가 복잡해지므로 반응 후 가스에 포함된 오염물질이 밸브케이스(11) 내부에 쉽게 누적되어 역류차단 동작 진행 시 누적된 오염물질이 역류에 포함되어 챔버(30)에 유입될 수 있는 문제점을 갖고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 역방향 압력 발생 시 신속하여 밸브가 차단되어 역류로 인한 오염물질의 챔버 유입을 막을 수 있으면서 밸브케이스 내부의 오염물질 누적을 최소화할 수 있는 반도체 제조 설비용 역류방지밸브를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 반도체 제조 설비용 역류방지밸브는 반도체 제조설비의 챔버 배기 라인의 역류방지밸브에 있어서, 상부에 챔버 측으로 연결되는 흡입구와 하부에 진공펌프 측으로 연결되는 배출구가 형성된 밸브케이스와, 상기 밸브케이스의 내부에 위치하여 상기 흡입구를 개폐하고 자석에 반응하는 재질로 구성된 밸브플레이트와, 상기 밸브케이스 내부의 흡입구 측으로 밸브플레이트의 폐쇄상태를 유지할 수 있도록 설치되는 자석과, 상기 밸브케이스 내부의 흡입구 측으로 밸브플레이트가 폐쇄시 가스 누설을 방지하도록 설치되는 오링과, 상기 밸브케이스 내부에 상기 밸브플레이트의 개폐 동작에 따른 이동 경로를 잡아주는 가이드부와, 상기 가이드 상에 상기 밸브플레이트의 하부 측 방향으로 움직임을 제한하기 위한 스토퍼;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 밸브플레이트는 부식방지를 위한 코팅층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 밸브케이스의 외 측에 설치되어 밸브케이스 내부를 통과하는 가스가 응고되는 것을 방지하기 위한 히팅자켓을 더 포함하여 구성할 수 있다.

또한, 상기 스토퍼는 높이 조절이 가능하도록 높이조절수단이 구성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명의 반도체 제조 설비용 역류방지밸브를 사용함으로써 역류발생 시 자석의 흡인력에 의해 신속하게 밸브플레이트가 차단되어 챔버 내부로의 오염물질 유입이 차단되어 웨이퍼의 손상을 방지하고 불량품 발생을 줄이게 된다.

또한, 스프링과 스프링을 고정하기 위한 구조물이 필요 없으므로 밸브 내부의 구조가 간단하고 밸브 외측의 히팅자켓을 통해 일정온도로 가열하여 밸브 내부의 잔여 가스를 제거해 줌으로 밸브케이스 내의 오염물질의 축적이 최소화되고,

밸브플레이트에 코팅층, 특히 내부식성, 내마모성, 내오염성이 뛰어난 테프론 코팅층을 형성시킴으로써 밸브플레이트의 손상을 줄이며 수명을 연장하고,

스프링이 적용된 역류방지밸브와 대비하여 진공펌프 작동 중 밸브플레이트가 항시 개방되어 있으므로 유체 흐름의 저항이 적어 진공펌프의 부하를 줄여주게 되어, 반도체 제조설비의 고장을 예방하고 수명을 연장시켜 설비의 유지에 필요한 노력 및 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따라 본 발명의 반도체 제조 설비용 역류방지밸브의 구성을 자세하게 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 반도체 제조설비용 역류방지밸브의 구조를 도시한 단면도이다.

본 발명의 반도체 제조 설비용 역류방지밸브는 반도체 제조설비의 챔버(30)와 진공펌프(50)를 연결하는 배관 상에 설치되며, 상부에 챔버(30) 측의 배관과 연결되는 흡입구(12)와 하부에 진공펌프 측의 배관과 연결되는 배출구(13)가 형성된 밸브케이스(11)와, 상기 밸브케이스(11)의 내부에 위치하여 상·하 이동에 따라 상기 흡입구(12)를 개폐하는 밸브플레이트(14)로 구성된다.

일반적으로 상기 흡입구(12) 및 배출구(13)의 끝 부분에는 배관과 연결이 용이하도록 플랜지가 형성되며 배관과의 플랜지 연결시 기밀성을 갖도록 하기 위해 오링(O-ring)을 끼울 수 있는 오링홈이 형성된다.

상기 밸브플레이트(14)는 자석에 반응하는 재질의 금속(철)으로 구성되며, 래핑을 통해 표면을 매끈하게 가공하여 밸브플레이트(14)가 흡입구(12)를 폐쇄할 시 유체가 누설될 수 있는 간극이 없도록 구성된다.

이때, 래핑 가공된 밸브플레이트(14) 표면은 가스에 의해 부식되기 쉽고, 밸브플레이트(14)와 밸브케이스(11)와의 잦은 접촉으로 마모가 발생하기 쉬우므로 밸브플레이트(14) 표면에 코팅층(미도시)을 형성시키는 것이 바람직하다.

상기 코팅층에 적용될 수 있는 재료는 여러 가지가 있을 수 있으나, 매우 얇은 코팅층으로도 뛰어난 내부식성, 내마모성, 내오염성을 특징으로 하는 테프론 코 팅층을 형성시키는 것이 바람직하다. 이를 통해 밸브플레이트의 부식을 방지할 뿐 아니라 마모 및 가스 내 포함된 오염물질을 통한 오염을 줄일 수 있게 된다.

상기 밸브케이스(11) 내부의 흡입구(12) 측으로는 자석(15)을 설치하게 되는데 상기 자석(15)의 흡인력에 의해 밸브플레이트(14)를 끌어당기게 되고 또한, 흡입구(12)의 폐쇄상태를 유지할 수 있도록 구성된다.

또한, 밸브케이스(11) 내부의 흡입구(12) 측으로 밸브플레이트(14)가 흡입구(12) 폐쇄시 기밀성 향상을 위하여 오링(16)을 설치한다.

상기 밸브플레이트(14)는 밸브케이스(11) 내부에서 수평을 유지한 상태로 상·하 이동을 하며 흡입구(12)의 개폐동작을 수행하므로 원활한 상·하 이동을 위해 가이드부(17)를 설치하게 된다. 상기 가이드부(17)는 밸브플레이트(14)에 가이드부(17)가 삽입될 수 있도록 구멍 또는 홈을 형성하여 수직으로 설치된 가이드부(17)를 따라 상·하로 이동할 수 있도록 하는 것이 바람직하나, 밸브플레이트(14)의 별다른 가공 없이 밸브플레이트(14)의 둘레를 따라 가이드부(17)를 다수 설치하는 방법을 사용할 수도 있다.

또한, 상기 가이드부(17) 상으로 상기 밸브플레이트(14)의 하부 측 방향으로의 움직임을 제한하기 위한 스토퍼(18)가 구성된다. 상기 스토퍼(18)는 밸브플레이트(14)를 하측으로 당기는 중력과 상기 자석의 흡인력이 같게 되는 위치(임계거리)보다 약 1 ~ 2㎜ 하측에 밸브플레이트(14)가 안착 될 수 있는 위치에 구성하는 것이 가장 이상적이다.

상기 가이드부(17) 상에 필요에 따라 스토퍼(18)의 높이를 조절할 수 있도록 높이조절수단(미도시)을 구성할 수 있다. 상기 높이조절수단의 일 예로 가이드부(17) 상에 미세한 나사산을 형성하고 스토퍼(18)를 이에 대응하는 너트 형식으로 제작하는 방법을 들 수 있으며 이를 통해 밸브플레이트에 작용하는 자석(15)의 흡인력 및 중력의 균형을 조절할 수 있으며, 밸브플레이트(14) 작동 감도를 미세하게 조절할 수 있게 된다.

즉, 스토퍼(18)를 임계거리보다 상측으로 이동시킬 경우 밸브플레이트(14)에 작용하는 자석(15)의 흡인력이 중력보다 강해져 더욱 민감하게 밸브플레이트(14)의 흡입구(12) 폐쇄가 이루어지게 된다.

도 6은 히팅자켓이 구비된 본 발명의 반도체 제도설비용 역류방지밸브의 구조를 도시한 단면도이다.

상기 밸브케이스(11)의 내부는 챔버(30) 내에서 반응을 마친 가스가 통과하게 되므로 잔류가스가 밸브케이스(11) 내부에서 응축되어 가스 내부의 오염물질이 축적될 수가 있다. 이와 같은 문제를 방지하기 위하여 밸브케이스(11) 외부에 밸브케이스(11) 내부를 일정온도로 유지시켜 주도록 히팅자켓(19)을 설치할 수 있다. 상기 히팅자켓(19)은 전기를 이용한 전열선을 히팅자켓(19) 내부에 설치하여 온도를 컨트롤할 수 있도록 하는 것이 가장 바람직하다.

이하, 본 발명의 반도체 제조설비용 역류방지밸브의 기본 동작을 자세히 설명하면 다음과 같다.

진공펌프(50)가 작동하여 유체가 흡입구(12)로 들어와 배출구(13)로 빠져나 가는 순방향 흐름일 경우 밸브플레이트(14)가 상측 방향으로부터의 압력 및 중력에 의해 스토퍼(18)에 안착된 상태로 흡입구(12)가 개방된 상태를 유지한다.

밸브플레이트(14)가 개방된 상태를 유지하고 있으므로 유체 흐름을 방해하는 저항이 매우 적어 진공펌프(50)의 부하를 줄이게 된다.

이와는 반대로 이상 상태 발생으로 인해 유체가 배출구(13)로 들어와 흡입구(12)로 나가는 역류가 발생할 경우 밸브플레이트(14)가 상측으로 이동하는 힘을 받게 되며 임계거리(밸브플래이트에 작용하는 중력 = 자석의 흡인력) 이내로 밸브플레이트(14)가 들어오는 순간 자석(15)의 흡인력이 작용하여 순간적으로 밸브플레이트(14)가 흡입구(12)를 차단하게 된다.

이때 챔버(30) 측으로부터 퍼지 가스(Purgy Gas)에 의해 밸브플레이트(14) 상부에 추가 압력이 발생할 수 있으나 자석(15)의 흡인력으로 인해 밸브플레이트(14)가 밀착되어 있으므로 누설이 발생할 염려가 없다.

본 발명의 반도체 제조 설비용 역류방지밸브는 반도체 제조산업의 유체이송 라인의 역류방지를 위해 사용되며, 본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명되었지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

도 1은 기존의 역류방지수단이 구비된 반도체 제조설비의 구성도,

도 2는 역류방지밸브가 구비된 반도체 제조설비의 구성도,

도 3은 기존의 역류방지밸브의 구조를 도시한 단면도,

도 4는 스프링이 구비된 역류방지밸브의 구조를 도시한 단면도,

도 5는 본 발명의 반도체 제조설비용 역류방지밸브의 구조를 도시한 단면도,

도 6은 히팅자켓이 구비된 본 발명의 반도체 제도설비용 역류방지밸브의 구조를 도시한 단면도이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

10: 역류방지밸브 11: 밸브케이스

12: 흡입구 13: 배출구

14: 밸브플레이트 15: 자석

16: 오링 17: 가이드부

18: 스토퍼 19: 히팅자켓

20: 가스공급부 30: 챔버

40: 차단밸브 41: 압력저하신호

42: 펌프차단신호 50: 진공펌프

60: 압력센서

Claims (4)

1. 반도체 제조설비의 챔버 배기 라인의 역류방지밸브에 있어서,

   상부에 챔버 측으로 연결되는 흡입구와 하부에 진공펌프 측으로 연결되는 배출구가 형성된 밸브케이스와;

   상기 밸브케이스의 내부에 위치하여 상기 흡입구를 개폐하고 자석에 반응하는 재질로 구성된 밸브플레이트와;

   상기 밸브케이스 내부의 흡입구 측으로 밸브플레이트의 폐쇄상태를 유지할 수 있도록 설치되는 자석과;

   상기 밸브케이스 내부의 흡입구 측으로 밸브플레이트가 폐쇄시 가스 누설을 방지하도록 설치되는 오링과;

   상기 밸브케이스 내부에 상기 밸브플레이트의 개폐 동작에 따른 이동 경로를 잡아주는 가이드부와;

   상기 가이드 상에 상기 밸브플레이트의 하부 측 방향으로 움직임을 제한하기 위한 스토퍼;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비용 역류방지밸브.
2. 제1항에 있어서,

   상기 밸브플레이트는 부식방지를 위한 코팅층이 형성되어 있는 것을 특징으 로 하는 반도체 제조 설비용 역류방지밸브.
3. 제1항에 있어서,

   상기 밸브케이스의 외측면에 설치되어 밸브케이스 내부를 통과하는 가스가 응고되는 것을 방지하기 위한 히팅자켓을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비용 역류방지밸브.
4. 제1항에 있어서,

   상기 스토퍼는 높이 조절이 가능하도록 높이조절수단이 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비용 역류방지밸브.

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