KR100525676B1 - 정밀 유체 흐름 제어 밸브 - Google Patents

Abstract

정밀 유체 흐름 제어 밸브를 제공한다. 본 발명은 몸체와, 상기 몸체 내에 설치되고, 요크캠과 상기 요크캠에 연결된 캠축으로 구성된 캠과, 상기 캠을 구성하는 캠축에 연결된 모터와, 상기 몸체 내의 상기 캠의 하부에 위치하고, 상기 캠의 상하운동에 따라 같이 상하 운동하는 다이아프램과, 상기 다이아프램의 하부에 위치하는 유체 흐름 라인을 포함한다. 상기 캠은 상기 몸체 내에 설치된 요크캠과, 상기 요크캠에 연결된 캠축으로 구성될 수 있다. 상기 다이아프램이 상부로 이동하면 상기 몸체의 일측에 설치된 유체 주입구로부터 유체가 유입되어 상기 유체 흐름 라인을 따라 유체가 흘러 상기 몸체의 타측에 설치된 유체 배출구로 배출될 수 있다. 본 발명의 정밀 유체 흐름 제어 밸브는 주 제어기로부터 전기 신호를 받은 후 동작하는 데 소요되는 시간이 짧고, 다이아프램의 업다운 속도를 재현성 있고, 정밀하게 제어를 할 수 있다.

Description

정밀 유체 흐름 제어 밸브{Valve for precisely controlling a fluid flow}

본 발명은 밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정밀하게 유체의 흐름을 제어할 수 있는 정밀 유체 밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자의 제조에는 사진 공정이 이용된다. 상기 사진 공정은 반도체 웨이퍼 상에 포토레지스트(유체)를 도포한 후, 상기 반도체 웨이퍼 상에 도포된 포토레지스트막을 노광 및 현상하는 공정이다. 상기 포토레지스트막의 도포에는 포토레지스트 도포 장치가 이용된다.

도 1은 종래 기술에 의한 포토레지스트 도포 장치를 설명하기 위한 개략도이다.

구체적으로, 주 조절기(main controller, 미도시)로부터 토출 신호가 솔레노이드 밸브(11)와 펌프(13)로 입력되면, 펌프(13)의 동작에 의해 포토레지스트 버틀(photoresist bottle, 15) 내의 포토레지스트(유체)는 가압됨과 동시에 솔레노이드 밸브(11)가 오프된다. 상기 솔레노이드 밸브(11)는 통상 온 상태로 유지하기 때문에 토출 신호가 입력되면 오프 상태가 된다.

상기 솔레노이드 밸브(11)가 오프 상태가 되면 가압되어 있던 에어(air)가 오프 라인(17)을 따라 제1 스피드 컨트롤러(first speed controller, 19) 및 제2 스피드 컨트롤러(21)를 작동시켜 각각 컷 오프 밸브(cut-off valve, 23) 및 석백 밸브(suckback valve, 25)를 열림 상태로 한다. 이에 따라, 상기 가압된 포토레지스트는 필터(27)를 거치고 상기 컷 오프 밸브(23) 및 석백 밸브(25)를 통과한 후 최종적으로 노즐(29)을 통해 반도체 웨이퍼 상에 토출된다. 상기 컷 오프 밸브(23)는 가압된 포토레지스트의 흐름을 온오프(on-off)하고, 상기 석백 밸브(25)는 포토레지스트 토출후 노즐(29)의 끝단[팁(tip)]에 존재하는 일정량의 포토레지스트를 흡입하여 흘림을 방지하는 기능을 한다.

그리고, 주 컨트롤러로부터 토출 중지 신호가 솔레노이드 밸브(11)와 펌프(13)로 입력되면 펌프(13)의 동작이 중지되고,이와 동시에 솔레노이드 밸브(11)가 온 된다. 이렇게 솔레노이드 밸브(11)가 온(on) 되면 온 라인(31)을 따라 제3 스피드 컨트롤러(33)를 동작시켜 컷 오프 밸브(23)를 닫힘 상태로 한다. 이에 따라, 포토레지스트 토출이 중단된다.

그런데, 도 1의 포토레지스트 도포 장치에는 컷 오프 밸브가 사용된다. 상기 컷 오프 밸브는 앞서 설명한 바와 같이 에어에 의하여 작동하는 에어 동작 밸브이다. 상기 에어 동작 밸브의 구조에 대하여 도 2를 참조하여 자세히 설명한다.

도 2는 종래 기술에 의한 에어 동작 밸브의 개략도이다.

구체적으로, 에어 동작 밸브는 몸체(101, body)와, 상기 몸체(101)의 일측에 에어 주입구(103, air inlet)가 설치되어 있다. 상기 몸체(101) 내에 에어 실린더(105, air cylinder)가 포함되어 있고, 상기 에어 실린더(105) 내에는 피스톤(107, piston)이 포함되어 있다. 상기 피스톤(107)의 하측에는 상기 피스톤(107)과 연결된 다이아프램(109, diaphragm)이 설치되어 있다.

상기 에어 실린더(105) 내부로 주입된 에어를 이용하여 피스톤(107)을 상하부로 이동시킬 수 있고, 상기 피스톤(107)의 상하부 이동에 따라 다이아프램(109)이 상하부로 이동하여 에어 동작 밸브의 온오프를 구현한다. 즉, 상기 다이아프램(109)이 상부로 이동하면 에어 동작 밸브가 열림 상태가 되면 유체 주입구(111)부터 유체가 주입되어 유체 배출구(113)로 유체가 배출된다. 도 2에 도시한 바와 같이 상기 다이아프램(109)이 아래로 이동하면 에어 동작 밸브가 닫힘 상태가 되어 유체 배출이 중지된다.

상기 에어 동작 밸브는 에어 실린더(105)를 작동시키기 위해서는 도 1에서 설명한 바와 같이 주 조절기에서 전기 신호를 솔레노이드 밸브(도 1의 11)에 보내 작동시키면 가압된 에어가 온 라인(도 1의 31)이나 오프 라인(도 1의 17)을 따라 에어 실린더(105) 내부로 유입되어 다이아프램(109)을 동작시켜 유체를 흐르게 하거나 차단하게 된다.

그런데, 통상적인 솔레노이드 밸브(도 1의 11)의 동작 지연 시간은 40ms 정도이며, 에어 유입 라인의 단면적 및 굴곡 정도의 손실을 더하면 최종적으로 다이아프램(109)이 동작하는데 소요되는 지연 시간이 100ms이상 된다. 따라서, 상기 에어 동작 밸브는 초고정밀의 유체 흐름을 제어하는 데 적합하지 않다. 다시 말해, 초정밀 유체 흐름 제어에는 최종 제어 부분인 다이아프램(109)의 상하부 이동 동작이 재현성 있고 정밀해야 하나, 에어 실린더 구조를 이용할 경우에는 도 1에 도시한 스피드컨트롤러의 배기 속도로 에어 동작 밸브의 온오프를 구현하기 때문에 재현성 확보와 정밀한 제어가 불가능하다.

더하여, 도 1의 포토레지스트 도포 장치에 있어서 포토레지스트(유체)를 토출 및 중지시킬 때 컷 오프 밸브의 열리고 닫히는 응답 속도 및 닫힘 속도의 제어에 정밀함이 요구된다. 그러나, 상기 컷 오프 밸브가 에어 조절 밸브이어서 공기를 이용하여 제어하기 때문에 온 라인이나 오프 라인(배관)의 단면적, 굴곡 정도 및 온도 등에 영향을 받아 정밀 제어가 불가능하다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 에어 동작 밸브가 가지고 있는 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로서, 지연 시간이 짧고 유체 흐름을 정밀하게 제어할 수 있는 정밀 유체 흐름 제어 밸브를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 정밀 유체 흐름 제어 밸브는 몸체와, 상기 몸체 내에 설치되고, 요크캠과 상기 요크캠에 연결된 캠축으로 구성된 캠과, 상기 캠을 구성하는 캠축에 연결된 모터와, 상기 몸체 내의 상기 캠의 하부에 위치하고, 상기 캠의 상하운동에 따라 같이 상하 운동하는 다이아프램과, 상기 다이아프램의 하부에 위치하는 유체 흐름 라인을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 다이아프램이 상부로 이동하면 상기 몸체의 일측에 설치된 유체 주입구로부터 유체가 유입되어 상기 유체 흐름 라인을 따라 유체가 흘러 상기 몸체의 타측에 설치된 유체 배출구로 배출될 수 있다.

상기 모터에는 회전 속도를 낮추어 주는 역할을 수행하는 감속기가 연결되어 있을 수 있다. 상기 모터에는 상기 모터의 회전량을 디지탈 신호로 변경시키는 역할을 수행하는 엔코더가 연결되어 있을 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 정밀 유체 흐름 제어 밸브는 다이아프램의 업다운 동작을 캠이 부착된 모터를 이용하여 수행하며, 주 제어기로부터 전기 신호를 받은 후 동작하는 데 소요되는 시간이 짧고, 다이아프램의 업다운 속도를 재현성 있고, 정밀하게 제어를 할 수 있다. 더하여, 본 발명의 정밀 유체 흐름 제어 밸브는 모터의 정밀 제어 기능과 속도 가감속의 유연함을 이용하여 보다 더 정밀한 유체 흐름 제어와 디지탈 제어 기능이 가능하다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어진 것이다.

도 3은 본 발명에 의한 정밀 유체 흐름 제어 밸브를 도시하기 위한 개략도이다.

구체적으로, 정밀 유체 흐름 제어 밸브는 몸체(201)와, 상기 몸체(201) 내에 캠(207)이 설치되어 있다. 상기 캠(207, Cam)은 상기 몸체(201) 내측에 설치된 요크캠(203, Yoke Cam)과, 상기 요크캠(203)에 연결된 캠축(205, Camshaft)으로 구성된다. 상기 캠(207)에는 감속기(209)와 모터(211), 예컨대 DC 모터가 연결되어 있다. 즉, 상기 캠(207)의 캠축(205)에 감속기(209)와 모터(211)가 연결되어 있다. 상기 감속기(209)는 모터(211)의 회전 속도를 낮추어주는 역할을 수행한다. 상기 캠축(205)이 회전할 때 요크캠(203)이 상하로 운동하게 된다. 다시 말해, 상기 캠축인 원동체가 회전함에 따라 종동체인 요크캠이 상하로 운동한다.

상기 모터(211)에는 차단기(213, breaker) 및 엔코더(215, encoder)가 연결되어 있다. 상기 차단기(213)는 과전류를 방지하기 위한 것이고, 상기 엔코더는 모터의 변위량, 예컨대 회전량 등을 주 제어기에 전달하기 위한 디지탈 신호로 변경시키는 역할을 수행한다. 상기 몸체(201) 내에 위치한 캠(207)의 하부에는 다이아프램(217)이 설치되어 있다. 다시 말해, 상기 요크캠(203)의 하부에 다이아프램(217)이 설치되어 상기 요크캠(203)이 상하로 이동함에 따라 다이아프램(217)도 상하로 이동한다. 다이아프램(217)이 상부로 이동하면 몸체(201)의 일측에 설치된 유체 주입구(219)로부터 유체, 예컨대 포토레지스트가 유입되어 화살표 방향으로 유체 흐름 라인(220)을 따라 유체가 흘러 상기 몸체(201)의 타측에 설치된 유체 배출구(221)로 배출된다. 상기 유체 흐름 라인(200)은 상기 다이아프램(217)의 하부에 위치한다.

상기 정밀 유체 흐름 제어 밸브는 다이아프램(217)의 업다운 동작을 캠(207)이 부착된 모터(211)를 이용하여 수행하며, 상기 다이아프램(217)의 업다운(up-down)에 따라 유체의 흐름을 정밀하게 제어한다. 상기 정밀 유체 흐름 제어 밸브는 주 제어기(미도시)로부터 전기 신호를 받은 후 동작하는 데 소요되는 시간이 10ms로 짧으며, 다이아프램의 업다운 속도를 재현성 있고, 정밀하게 제어가 가능하며 속도 변환이 자유롭게 할 수 있다.

일반적으로 다이아프램을 업다운(상하이동) 하기 위해서는 모터의 회전 방향이 정 방향에서 역 방향으로 바뀌어야 하며, 모터의 회전이 정 방향에서 역 방향으로 바뀌기 위해서는 모터의 회전이 완전히 정지되어야 하기 때문에 지연 시간이 발생될 수 밖에 없다. 그러나, 본 발명의 정밀 유체 흐름 제어 밸브는 모터의 축에 캠을 설치하여 모터는 항상 한 방향으로 회전만 하면 되므로 정밀한 제어가 가능하다.

더하여, 종래의 에어 동작 밸브는 닫힘 속도를 정밀하게 가감속하기 위해서는 스피드 컨트롤러를 미세하게 조정하여야 하기 때문에 정밀 제어를 위해 숙련된 기능이 필요하고 제어의 재현성이 떨어져 정밀한 유체 흐름 제어가 불가능하다. 그러나, 본 발명의 정밀 유체 흐름 제어 밸브는 모터의 정밀 제어 기능과 속도 가감속의 유연함을 이용하여 보다 더 정밀한 유체 흐름 제어와 디지탈 제어 기능이 가능하여 숙련된 기능을 요구하지 않는다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 정밀 유체 흐름 제어 밸브의 동작 관계를 설명하기 위한 개략도이다. 도 4 및 도 5에서, 도 3과 동일한 참조번호는 동일한 부재를 나타낸다.

구체적으로, 도 4는 정밀 유체 흐름 제어 밸브가 닫힌 상태를 나타내고, 도 6은 정밀 유체 흐름 제어 밸브가 열린 상태를 나타낸다. 도 5는 캠(207)과 맞물려 있는 모터가 시계방향으로 반 바퀴 회전함에 따라 다이아프램(217)이 위로 이동되어(업되어) 정밀 유체 흐름 제어 밸브가 최대 오픈 상태가 된다. 즉, 도 5에서는 다이아프램(217)이 위로 이동되어 유체가 유체 주입구(219)로부터 주입되어 화살표 방향으로 유체 흐름 라인(220)을 따라 유체가 흘러 유체 배출구(221)로 배출된다.

이에 반하여, 도 4는 도 5의 상태에서 캠(207)과 맞물려 있는 모터가 시계방향으로 다시 반 바퀴 회전함으로써 정밀 유체 흐름 제어 밸브가 완전히 닫힘 상태가 된다. 즉, 도 4에서는 다이아프램(217)이 아래로 이동되어 유체가 주입되더라도 유체가 유체 배출구(221)로 배출되지 못한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 정밀 유체 흐름 제어 밸브는 다이아프램의 업다운 동작을 캠이 부착된 모터를 이용하여 수행하며, 상기 다이아프램의 업다운에 따라 유체의 흐름을 정밀하게 제어한다. 이에 따라, 본 발명의 정밀 유체 흐름 제어 밸브는 주 제어기로부터 전기 신호를 받은 후 동작하는 데 소요되는 시간이 짧고, 다이아프램의 업다운 속도를 재현성 있고, 정밀하게 제어를 할 수 있다.

더하여, 본 발명의 정밀 유체 흐름 제어 밸브는 모터의 정밀 제어 기능과 속도 가감속의 유연함을 이용하여 보다 더 정밀한 유체 흐름 제어와 디지탈 제어 기능이 가능하다.

도 1은 종래 기술에 의한 포토레지스트 도포 장치를 설명하기 위한 개략도이다.

도 2는 종래 기술에 의한 에어 동작 밸브의 개략도이다.

도 3은 본 발명에 의한 정밀 유체 흐름 제어 밸브를 도시하기 위한 개략도이다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 정밀 유체 흐름 제어 밸브의 동작 관계를 설명하기 위한 개략도이다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 몸체;

   상기 몸체 내에 설치되고, 요크캠과 상기 요크캠에 연결된 캠축으로 구성된 캠;

   상기 캠을 구성하는 캠축에 연결된 모터;

   상기 몸체 내의 상기 캠의 하부에 위치하고, 상기 캠의 상하운동에 따라 같이 상하 운동하는 다이아프램; 및

   상기 다이아프램의 하부에 위치하는 유체 흐름 라인을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정밀 유체 흐름 제어 밸브.
3. 제2항에 있어서, 상기 다이아프램이 상부로 이동하면 상기 몸체의 일측에 설치된 유체 주입구로부터 유체가 유입되어 상기 유체 흐름 라인을 따라 유체가 흘러 상기 몸체의 타측에 설치된 유체 배출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 정밀 유체 흐름 제어 밸브.
4. 제2항에 있어서, 상기 모터에는 회전 속도를 낮추어 주는 역할을 수행하는 감속기가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 정밀 유체 흐름 제어 밸브.
5. 제2항에 있어서, 상기 모터에는 상기 모터의 회전량을 디지탈 신호로 변경시키는 역할을 수행하는 엔코더가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 정밀 유체 흐름 제어 밸브.