KR20120134537A - 챔버와 진공차단장치의 진공 밸런싱 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 챔버와 진공차단장치 내부의 진공도를 서로 맞출 수 있도록 한 진공 밸런싱 장치에 관한 것이다. 본 발명은 실시예로, 내부의 압력이 가변될 수 있는 챔버와, 상기 챔버의 출입구를 개방가능하게 폐쇄하며 내부에 기밀 가능한 작동공간을 갖는 진공차단장치에 장착되는 것으로, 상기 챔버의 내부와 상기 작동공간의 진공도가 같아지도록, 펌프에 의하여 상기 챔버의 내부와 상기 진공차단장치의 작동공간이 동시에 흡입 펌핑 가능한 것을 특징으로 하는 챔버와 진공차단장치의 진공 밸런싱 장치를 제시한다.

Description

챔버와 진공차단장치의 진공 밸런싱 장치{Device for vacuum-balancing between the working chamber and the vacuum isolation apparatus}

본 발명은 챔버와 진공차단장치 내부의 진공도를 서로 맞출 수 있도록 한 진공 밸런싱 장치에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼, 액정기판, 태양전지 셀 등 다양한 부속품들은 제조과정 중에 진공 상태를 요구하며, 이러한 진공 상태를 맞추기 위하여 진공 상태를 유지할 수 있는 챔버들을 연이어 연결한 클러스터 장비가 운영된다.

클러스터 장비의 일례로, 중앙에 위치하는 이송용 로봇이 구비된 반송 챔버를 기준으로, 그 둘레에 복수의 공정 챔버와 로드락 챔버가 위치된다. 각 공정 챔버와 로드락 챔버는 반송 챔버에 연통되어 있으며, 챔버 간 연결통로에는 통로를 폐쇄할 수 있는 진공차단장치가 구비된다.

반송 챔버의 이송용 로봇은 로드락 챔버나 작업이 완료된 공정 챔버에서 작업 대상물을 언로딩하며, 다음의 공정 챔버로 로딩한다. 이런 방식으로 다수의 공정 챔버를 거쳐 작업이 완료된 작업 대상물은 이송용 로봇에 의하여 다시 로드락으로 이송된 후 작업자에 의하여 로드락의 외부로 꺼내진다.

각 공정 챔버의 작업 조건은 서로 다를 수 있다. 특히, 압력 조건에서 공정 챔버와 반송 챔버 간의 진공도에 차이가 크다. 따라서 공정 챔버와 반송 챔버의 사이에 위치하며 작동하는 진공차단장치는 양단간 진공 압력의 차이로 인하여 어느 한 쪽의 챔버를 향하는 외력이 작용하게 된다. 이러한 외력은 기계적으로 작동하는 진공차단장치의 원활한 작동을 저해시키는 요소로 작용한다.

또한, 진공차단장치는 연결통로를 개방하거나 폐쇄하도록 기계적 구조를 구비함에 따라 이러한 기계구성들이 작동하기 위한 내부공간을 갖는다. 이 내부공간의 압력 상황은 연결통로의 개방시에 정밀하게 제어되는 공정 챔버의 내부압력에 영향을 미칠 수 있다.

또한, 진공차단장치의 내부 압력과 챔버 내부의 고진공 압력과 차이가 큰 경우에는 해당 진공차단장치의 오작동에 의한 작동 신뢰성의 저하나, 잦은 실리의 파손 등에 따른 유지보수의 번거로움 등의 단점이 있다.

본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 챔버와 이에 연결되는 진공차단장치의 압력 조건을 맞출 수 있게 하는 목적을 갖는다. 구체적으로 진공차단장치의 내부 압력을 손쉽게 챔버의 내부 압력과 동조하게 하려는 목적을 갖는다.

상기 과제를 위하여 본 발명은 실시예로, 내부의 압력이 가변될 수 있는 챔버와, 상기 챔버의 출입구를 개방가능하게 폐쇄하며 내부에 기밀 가능한 작동공간을 갖는 진공차단장치에 장착되는 것으로, 상기 챔버의 내부와 상기 작동공간의 진공도가 같아지도록, 펌프에 의하여 상기 챔버의 내부와 상기 진공차단장치의 작동공간이 동시에 흡입 펌핑 가능한 것을 특징으로 하는 챔버와 진공차단장치의 진공 밸런싱 장치를 제시한다.

구체적인 실시예로, 내부의 압력이 가변될 수 있는 챔버와, 상기 챔버의 출입구를 개방가능하게 폐쇄하며 내부에 기밀 가능한 작동공간을 갖는 진공차단장치에 장착되는 것으로, 펌프, 상기 챔버의 내부와 상기 펌프에 연통되어 있는 제1배관 그리고 상기 진공차단장치의 작동공간과 상기 제1배관에 연통되어 있는 제2배관을 포함하는 것이다.

여기서, 상기 제1배관에는 제1개폐밸브가 장착되고, 상기 제2배관에는 제2개폐밸브가 장착될 수 있다.

또한, 상기 제1배관과 연통되는 지점과 상기 제2개폐밸브 사이의 제2배관에는, 체크밸브가 더 구비될 수 있다.

더하여, 상기 진공차단장치의 작동공간의 압력을 계측하는 압력계가 더 구비될 수 있다.

추가로, 상기 제1배관과 연통되는 지점과 상기 제2개폐밸브 사이의 제2배관에는 상기 작동공간의 진공 형성에 사용되는 분기배관이 연결되어 있고, 상기 분기배관에는 제3개폐밸브가 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 펌프를 사용하므로 챔버의 내부와 진공차단장치 내부의 압력을 일치시키기 용이한 것이다. 이로써 별도의 압력비교나 압력조절을 위한 미세 조정 없이 필요 없게 되어 취급이 용이해지는 장점을 갖는다.

더하여, 종래의 기술에서 진공차단장치의 작동 중에 진공차단장치의 내부와 챔버 내부의 압력 차이에 기인하여 진공차단장치에 가해지는 외력을 배제할 수 있게 되고, 이로써 진공차단장치의 수명이 증대되며, 실링 등 소모품의 사용수명을 증대시켜 잦은 유지보수가 필요치 아니하게 되는 장점을 갖는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 챔버와 진공차단장치의 진공 밸런싱 장치가 적용되는 클러스터 장비를 개략적으로 나타낸 평면도.
도 2는 본 발명의 실시예가 적용되는 진공차단장치를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예가 적용되는 진공차단장치의 사용 상태를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 챔버와 진공차단장치의 진공 밸런싱 장치를 개략적으로 도시한 도면.

이하의 설명에서 서로 다른 공간의 진공도가 '동일'하다는 의미는, 각 공간의 진공도가 물리적으로 동일한 경우와, 각 공간의 진공도는 서로 차이가 있으나 그 압력 차이는 사용자가 미리 설정한 압력값의 범위 이내인 것을 의미한다. 이때, 상기 압력값의 범위는 어느 한 공간의 진공도에 따라 달라질 수 있다.

본 발명에 따른 챔버와 진공차단장치의 진공 밸런싱 장치는 내부의 압력 조건이 가변될 수 있는 챔버와, 상기 챔버의 출입구를 개방가능하게 폐쇄하며 내부에 기밀 가능한 작동공간을 갖는 진공차단장치에 장착되는 것이다.

여기서 챔버는 내부에 공정 진행을 위한 장치가 설비된 것으로 내부는 진공 상태를 유지할 수 있도록 기밀 가능한 작업 공간을 가지는 것이다. 중앙의 반송 챔버가 위치하며, 그 둘레에 복수의 공정 챔버와 하나의 로드락 챔버가 형성되어 있다. 이때, 반송 챔버의 수는 다양하게 변경 가능한 것이다.

반송 챔버와 다른 챔버들의 연결부분에는 진공차단장치가 구비된다. 이 진공차단장치는 기계적 작동으로 반송 챔버와 다른 챔버들 간을 연통되게 하거나 이를 막는 것이다.

한편, 챔버들의 배치는 다양하게 변경 가능하다. 일례로 각 공정 챔버는 공정 순서에 따라 순차적으로 연결된 형상일 수 있다. 이런 경우에도 이웃하는 챔버들 간에는 진공차단장치가 설치된다.

공정 챔버들, 로드락 챔버, 반송 챔버 각각의 내부는 압력이 가변될 수 있다. 어느 한 챔버의 압력은 공정에서 요구되는 바에 따라 결정된다. 주로 진공상태로 낮추어지는 압력은 널리 알려진 진공 형성 장치를 통하여 이루어진다.

한편, 진공차단장치는 이웃하는 챔버에 전면과 배면이 연결되며 출입구가 형성된 하우징과, 하우징 내부에서 작동되며 출입구를 막거나 개방하는 작동부재를 포함하는 것이다. 이러한 작동부재가 움직이는 작동공간은 외부 대비와는 차폐되는 공간이다. 더하여 작동부재가 출입구를 폐쇄하게 되면 작동공간은 이웃하는 챔버의 내부와도 차폐된 공간이 된다.

진공차단장치의 작동공간은 출입구를 개방한 때에 공정 챔버 및 반송 챔버의 내부와 연통되므로 챔버와 동일한 압력이 된다. 이후 출입구가 차단되어 진공차단장치의 작동공간이 공정 챔버의 내부와 차폐된 후에 공정 챔버의 내부의 압력 변화에 따라, 진공차단장치의 작동공간과 챔버 내부와의 진공도가 서로 달라지게 된다.

더하여, 챔버들이 방사상으로 형성된 클러스터 장비에서 반송 챔버는 다른 공정 챔버의 내부에 따라 수시로 압력이 변화되므로 진공차단장치의 작동공간과 반송 챔버의 내부와의 압력 차이는 수시로 변화된다.

진공 밸런싱 장치는 어느 한 챔버의 내부와 진공차단장치의 작동공간에 대한 흡입 펌핑을 하나의 펌프로 진행함으로써, 챔버의 내부와 진공차단장치의 작동공간의 진공도를 일치시키는 것이다.

이와 같이 챔버의 내부와 진공차단장치 내부 작동공간의 진공도가 맞추어짐으로써 챔버 내부와 진공차단장치 내부간 비산물의 유동이 없게 되는 장점을 갖게 된다. 또한, 압력차에 따라 출입구를 막고 있는 진공차단장치의 작동부재에 작용하는 외력이 없게 되어 진공차단장치의 원활한 작동이 보장되며, 작동부재의 수명이 증대되는 효과도 갖게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른, 챔버와 진공차단장치의 진공 밸런싱 장치의 구성, 기능 및 작용을 설명한다.

도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 진공 밸런싱 장치가 적용되는 클러스터 장비(100)가 개략적으로 도시되어 있다. 도면에서 반송 챔버(110)는 중앙에 위치하고 있으며, 그 둘레에는 3개의 공정 챔버(120)가 구비되며, 나머지 하나는 로드락 챔버(130)이다. 로드락 챔버(130)는 대기압인 외부에서 수시로 작업 대상물을 반입하거나 반출하는 챔버이다.

반송 챔버(110)와 다른 챔버들 사이에는 진공차단장치(200)가 구비되어 있다. 따라서 어느 한 진공차단장치(200)가 개방되면 반송 챔버(110)와 그 진공차단장치(200)가 구비된 챔버는 서로 연통된다.

도 2에는 진공차단장치가 개략적으로 도시되어 있다. 진공차단장치(200)는 내부에 작동공간을 갖는 하우징(210)과, 작동공간에 구비되는 작동부재(220)를 포함한다.

하우징(210)은 서로 이격된 전면패널(211)과 후면패널(212)을 가지며, 이 전면패널(211)과 후면패널(212)에는 대응되는 위치에 출입구(214)가 형성되어 있다.

또한, 하우징(210)의 일측을 형성하는 바닥패널(213)은 하우징(210)에서 분리가능하게 구비되며, 이 바닥패널(213)에는 작동부재(220)가 결합되어 있다. 작동부재에 구비되는 실링 등 소모품의 교체나 기타 유지보수는 바닥패널을 하우징에서 분리하여 이루어진다.

작동부재(220)는 바닥패널(213)에 장착되는 액추에이터(221), 상기 액추에이터(221)에 결합되어 하우징(210)의 작동공간 상에서 출입구의 높이까지 승강되는 지지부(222), 상기 지지부의 일단에 장착되어 출입구 주변의 전면패널에 접할 수 있는 밸브판(223)을 포함한다.

이때, 밸브판(223)은 지지부(222)의 양면에 모두에 구비되어, 어느 한 밸브판(223)은 전면패널(211)에 형성된 출입구(214)를 단속하고, 나머지 밸브판(223)은 후면패널(212)에 형성된 출입구(214)를 단속하도록 구성된다. 이와 달리, 지지부의 일면에만 밸브판이 구비되어 전면패널에 형성된 출입구를 단속하고, 후면패널에 형성된 출입구는 지지부의 타면이 접촉하여 단속하도록 구성할 수도 있다.

밸브판(223)에는 출입구 주변부에 대어지는 실링(224)이 장착되어 있다. 밸브판(223)의 작동은 지지부(222)의 내부에 구비된 에어실린더와 밸브판의 후면에 결합되어 있으며 상기 에어실린더에 연결되는 에어피스톤에 의하여 이루어진다.

에어실린더의 공급되는 에어는 액추에이터의 피스톤 내부를 통하여 공급되며 지지부 내의 유로를 거쳐 공급된다. 이러한 작동부재의 구성은 다른 널리 알려진 구성으로 대체가능한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 출입구(214)를 차단한 때에는 액추에이터(221)의 작동에 의해 지지부(222)와 밸브판(223)은 출입구(214)의 높이로 승강되며 밸브판(223)이 지지부(222)에서 돌출되어 출입구(214) 주변을 가압 밀착하게 된다.

반대로 출입구를 개방한 때에 밸브판은 지지부를 향하여 신축된 상태이고, 액추에이터의 작동에 의하여 지지부와 밸브판은 바닥패널에 가깝게 내려간 상태가 된다.

도 4에는 본 발명의 실시예에 따른 진공 밸런싱 장치의 구성이 도시되어 있다. 도면에서 챔버(C)와 진공차단장치(200)는 개략적으로 도시되어 있다.

이때, 진공차단장치(200)의 양측에 연결된 챔버 중 하나는 반송 챔버이고, 나머지는 공정 챔버 또는 로드락 챔버이다. 또는 도 1과 달리 배치되는 챔버들에 본 발명이 적용된다면 진공차단장치의 양측에 연결되는 챔버는 전술된 바와 같거나, 모두 공정 챔버일 수 있다. 이와 같이, 클러스터 장비의 구성에 따라 챔버는 달라질 수 있기에, 본 발명에서 진공차단장치에 연결되는 챔버는 한정되지 아니한다.

진공 밸런싱 장치는 펌프(8), 상기 챔버(C)의 내부와 상기 펌프에 연통되어 있는 제1배관(1) 그리고 상기 진공차단장치(200)의 작동공간과 상기 제1배관(1)에 연통되어 있는 제2배관(2)을 포함할 수 있다.

펌프(8)는 널리 알려진 바와 같이, 챔버를 진공 상태로 형성하기 위해 사용되는 유체 펌프로, 드라이 펌프일 수 있다. 이와 달리 부스터 펌프를 더 포함할 수 있으며, 챔버를 요구되는 공정 조건에 따라 진공 상태로 형성할 수 있다면 그 종류를 한정하지 아니한다.

제1배관(1)은 일단이 챔버(C)의 내부에 연통되며 타단은 펌프(8)에 연통되어 있다.

또한, 제2배관(2)의 일단은 진공차단장치(200)의 작동공간에 연통되며 타단은 제1배관(1)과 연통되어 있다.

더하여, 제1배관(1)에는 제1개폐밸브(4)가 장착되고, 제2배관(2)에는 제2개폐밸브(5)가 장착된다. 이때, 제1개폐밸브(4)는 고진공을 유지해야하는 챔버 내부의 진공조건에 맞추어 고진공 대응용 밸브가 사용될 수 있다.

제1개폐밸브(4)와 제2개폐밸브(5)가 더 구비됨으로써 제1배관(1)이나 제2배관(2)을 선택적으로 차폐하고, 챔버의 내부 또는 진공차단장치의 작동공간에 대한 진공도를 조절할 수 있게 된다.

더하여, 제1배관(1)과 연통되는 지점과 상기 제2개폐밸브(5) 사이의 제2배관(2)에는 체크밸브(7)가 더 구비된다. 이 체크밸브(7)는 펌프의 작동에 의하여 진공차단장치(200)의 작동공간에 대한 흡입 작용을 허용하면서, 역으로 제1배관(1) 쪽에서 제2배관(2)을 거쳐 진공차단장치(200)의 작동공간으로 에어가 유입되는 것을 차단하는 것이다.

체크밸브는 제1개방밸브가 개방된 경우라 해도 챔버 내의 압력 저하나 펌프의 기능저하 등의 돌변 상황에 따라 체크 벨브의 압력 변화시에 진공차단장치의 작동공간으로 역류흐름이 발생되지 않게 하는 것이다.

더하여, 진공차단장치(200)의 작동공간의 압력을 계측하는 압력계(9)가 더 구비된다. 압력계(9)는 작동공간의 압력을 계측함으로써 사용자가 챔버의 내부 압력과 대비할 수 있게 한다. 이러한 압력계는 진공차단장치의 작동공간의 압력을 측정할 수 있다면, 종류를 가리지 아니하는 것이다.

또한, 제1배관(1)과 연통되는 지점과 제2개폐밸브(5) 사이의 제2배관(2)에는, 분기배관(3)이 더 연결된다. 더하여 분기배관(3)에는 제3개폐밸브(6)가 구비된다.

이로써 제3개폐밸브를 개방하고 분기배관에 연결된 별도의 펌프를 작동함으로써, 제1배관에 연결된 챔버의 진공상태를 유지하면서 진공차단장치의 자동공간의 진공도를 낮출 수 있게 된다. 이 경우, 챔버를 진공으로 유지하는 펌프와 분기배관을 통하여 진공으로 형성하는 펌프는 서로 다르게 된다. 따라서 진공차단장치에 구비된 압력계로 챔버 내부의 진공도와 진공차단장치의 작동공간의 진공도가 동일한지 확인 후에 진공차단장치를 개방 작동시켜야 한다.

이후, 본 발명의 실시예에 따른 챔버와 진공차단장치의 진공 밸런싱 장치의 작동을 설명한다.

제1배관(1)이 연결된 챔버(C)는 진공차단장치(200)보다 상대적으로 고압일 수 있다. 일례로, 상기 챔버(C)가 로드락 챔버인 경우에, 작업 대상물이 외부에서 반입되거나 반출되면 챔버의 내부는 대기압 상태가 된다. 이에 비하여 진공차단장치의 작동공간과 다른 쪽 챔버는 여전히 진공 상태로 유지된다.

내부가 대기압 상태인 챔버(C)를 진공상태로 낮추기 위하여, 제1개폐밸브(4)는 열고 제2개폐밸브(5)는 닫은 후에 펌프(8)를 작동하여, 챔버의 내부를 진공상태로 낮춘다.

챔버(C) 내부의 압력이 낮아지면서, 진공차단장치(200)의 작동공간의 압력과 대비하여, 최종 요구되는 진공도보다 상기 작동공간의 압력이 높은 경우에 제2개폐밸브(5)를 추가 개방하고 펌프를 작동시킴으로써 챔버(C)와 진공차단장치(200)의 진공도를 동일하게 할 수 있다.

이와 같이 하나의 펌프를 사용하기에, 펌프의 작동시에 챔버와 내부와 진공차단장치의 내부는 동시에 진공으로 형성된다. 특히 하나의 펌프에 의하여 진공 흡입이 이루어지므로 챔버의 내부와 진공차단장치의 작동공간의 진공도는 쉽게 일치할 수 있게 된다.

한편, 실링, 밸브판 등 작동부재의 구성물을 교체하거나 수리하는 경우에는 바닥패널을 하우징과 분리하여야 한다. 이러한 일련의 작업 과정을 거친 후에 진공차단장치의 작동공간은 대기압 상태가 되어, 이웃하는 다른 챔버와 진공도에서 차이가 생기게 된다. 또는 어느 챔버의 공정 진행에 따라 진공차단장치와 연결된 일부 챔버와 진공도와 차이가 발생되기도 하며, 이웃하는 챔버들에 비하여 진공차단장치의 내부 압력이 더 상승되기도 한다.

챔버(C)의 내부와 진공차단장치(200)의 내부의 진공도 차이를 줄이거나, 양 진공도를 동일하게 하기 위해서, 분기배관(3)을 이용한 진공 흡입이 진행될 수 있다.

구체적으로, 제1개폐밸브(4)는 열리고, 제2개폐밸브(5)는 닫힌 상태에서 제1배관(1)에 연결된 펌프(8)가 작동되어 챔버(C)의 내부는 진공 상태를 유지할 수 있다. 이때, 분기배관(3)의 제3개폐밸브(6)는 개방되고, 분기배관(3)에 연결된 별도의 펌프(도시 생략)를 작동하여 진공차단장치(200)의 작동공간에 대한 진공도를 조절할 수 있다.

이후 압력계(9)를 통하여 진공차단장치(200) 내부의 진공도를 확인하여, 챔버(C)의 내부의 진공도와 동일하게 맞추어짐을 확인하고 진공차단장치(200)를 작동시켜 하우징의 출입구를 개방하고 양 챔버를 연통되게 할 수 있다.

1 : 제1배관 2 : 제2배관 3 : 분기배관
4 : 제1개폐밸브 5 : 제2개폐밸브 6 : 제3개폐밸브
7 : 체크밸브 8 : 펌프 9 : 압력계
100 : 클러스터 장비
110 : 반송 챔버 120 : 공정 챔버 130 : 로드락 챔버 C : 챔버
200 : 진공차단장치
210 : 하우징 211 : 전방패널 212 : 후방패널
213 : 바닥패널 214 : 출입구
220 : 작동부재 221 : 액추에이터 222 : 지지부
223 : 밸브판 224 : 실링

Claims (6)

1. 내부의 압력이 가변될 수 있는 챔버와, 상기 챔버의 출입구를 개방가능하게 폐쇄하며 내부에 기밀 가능한 작동공간을 갖는 진공차단장치에 장착되는 것으로,
   상기 챔버의 내부와 상기 작동공간의 진공도가 같아지도록, 펌프에 의하여 상기 챔버의 내부와 상기 진공차단장치의 작동공간이 동시에 흡입 펌핑 가능한 것을 특징으로 하는 챔버와 진공차단장치의 진공 밸런싱 장치.
2. 내부의 압력이 가변될 수 있는 챔버와, 상기 챔버의 출입구를 개방가능하게 폐쇄하며 내부에 기밀 가능한 작동공간을 갖는 진공차단장치에 장착되는 것으로,
   펌프,
   상기 챔버의 내부와 상기 펌프에 연통되어 있는 제1배관 그리고
   상기 진공차단장치의 작동공간과 상기 제1배관에 연통되어 있는 제2배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버와 진공차단장치의 진공 밸런싱 장치.
3. 제2항에서,
   상기 제1배관에는 제1개폐밸브가 장착되고,
   상기 제2배관에는 제2개폐밸브가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 챔버와 진공차단장치의 진공 밸런싱 장치.
4. 제3항에서,
   상기 제1배관과 연통되는 지점과 상기 제2개폐밸브 사이의 제2배관에는,
   체크밸브가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 챔버와 진공차단장치의 진공 밸런싱 장치.
5. 제3항에서,
   상기 진공차단장치의 작동공간의 압력을 계측하는 압력계가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 챔버와 진공차단장치의 진공 밸런싱 장치.
6. 제3항에서,
   상기 제1배관과 연통되는 지점과 상기 제2개폐밸브 사이의 제2배관에는 상기 작동공간의 진공 형성에 사용되는 분기배관이 연결되어 있고, 상기 분기배관에는 제3개폐밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 챔버와 진공차단장치의 진공 밸런싱 장치.

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