KR100637356B1 - Pressure control valve using Teflon - Google Patents
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Abstract
본 발명은 테프론 재질을 사용한 버터플라이방식의 압력조절밸브에 관한 것으로 특히 플레퍼와 플레퍼 브라켓 그리고 밸브 본체와 밸브 외벽을 테프론의 일종인 PTFE나 PFA, FEP 또는 PVD를 재질로 함에 의해 플레퍼의 경화현상이나 잔류가스의 응고를 막는 한편, 테프론가이드와 밸브 본체의 퍼지(PURGE)가스 노즐 홀을 통해 퍼지(PURGE)가스를 플레퍼에 공급하여 플레퍼를 보호하는 구성에 의해 상기 잔류가스 응고현상을 보다 확실하게 방지함으로서 장시간 밸브를 사용해도 정밀한 압력제어가 가능한 효과가 있다. The present invention relates to a butterfly pressure control valve using a Teflon material, in particular, the flapper and the flapper bracket, and the valve body and the valve outer wall made of PTFE, PFA, FEP or PVD, which is a kind of Teflon, to harden the flapper. The residual gas coagulation phenomenon is prevented by preventing the phenomenon or the solidification of residual gas and supplying purge gas to the flapper through the Teflon guide and the purge gas nozzle hole of the valve body. By more reliably preventing, there is an effect that precise pressure control is possible even when the valve is used for a long time.
버터플라이밸브, 테프론, 퍼지(PURGE)가스, 테프론가이드Butterfly Valve, Teflon, PURGE Gas, Teflon Guide
Description
도 1a는 종래의 화학기상증착장치의 개념도,1a is a conceptual diagram of a conventional chemical vapor deposition apparatus,
도 1b는 버터플라이밸브의 개념도,1b is a conceptual diagram of a butterfly valve,
도 2a는 본 발명에 의한 압력조절밸브의 단면도,Figure 2a is a cross-sectional view of the pressure control valve according to the present invention,
도 2b는 상기 압력조절밸브의 측면도,Figure 2b is a side view of the pressure control valve,
도 3a는 테프론 가이드와 밸브 본체의 조립도,3A is an assembly view of the Teflon guide and the valve body,
도 3b,3c는 테프론 가이드와 밸브 본체의 결합단면도,3B and 3C are cross-sectional views of the Teflon guide and the valve body,
도 4는 본 발명을 이용한 화학기상증착장치의 개념도이다.4 is a conceptual diagram of a chemical vapor deposition apparatus using the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 종래의 화학기상증착장치 13 : 종래의 버터플라이밸브10: conventional chemical vapor deposition apparatus 13: conventional butterfly valve
13a : 종래의 버터플라이밸브의 본체 13b : 종래의 버터플라이밸브의 플레퍼13a: main body of
100 : 본 발명의 버터플라이밸브 110 : 퍼지(PURGE) 가스 포트(PORT)100:
120 : 테프론가이드 121 : 테프론가이드 상단부120: Teflon guide 121: Teflon guide upper portion
122 : 테프론가이드 하단부 130 : 밸브 본체122: Teflon guide lower portion 130: valve body
131 : 밸브 본체 상단부 131a : 퍼지(PURGE) 가스 노즐 홀131: valve body
131b : 단턱 132 : 밸브 본체 하단부131b: step 132: valve body lower end
본 발명은 테프론을 재질로 하는 압력조절밸브로서, 특히 회전에 의해 유량을 단속하는 플레퍼 본체와 상기 플레퍼 본체를 고정하는 플레퍼 브라켓과 상기 플레퍼가 밀착되어 유량을 차단하는 밸브 본체와 상기 플레퍼와 밸브 본체를 고정하는 밸브 외벽을 PTFE재질로 하여 재질의 경화현상과 잔류가스의 응고현상을 방지하여 정밀한 압력제어를 할 수 있는 압력조절밸브에 관한 것이다.The present invention is a pressure control valve made of Teflon, in particular a flapper body for intermittent flow rate by rotation and a flapper bracket for fixing the flapper body and the valve body and the flap to close the flapper to close the flow rate This invention relates to a pressure regulating valve capable of precise pressure control by preventing the hardening of the material and the coagulation of residual gas by using a PTFE outer wall for fixing the fur and the valve body.
일반적으로 박막형성을 위해서 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)기술이 널리 사용되고 있는데, 상기 CVD기술은 순도가 높고, 대량생산이 가능하며 비용이 물리적 증착에 비해 적게 들고 여러가지 종류의 원소 및 화합물의 증착이 가능하며 공정조건의 제어범위가 매우 넓어서 다양한 특성의 박막을 쉽게 얻을 수 있을 뿐만 아니라 좋은 스탭 커버리지(step coverage)를 갖는 등의 특성이 있어 널리 사용된다.In general, chemical vapor deposition (Chemical Vapor Deposition) technology is widely used to form a thin film. The CVD technology is high in purity, mass-produced, cost-effective compared to physical vapor deposition, and deposition of various kinds of elements and compounds. It is possible to obtain a thin film of various characteristics easily because the control range of the process conditions is very wide, and it is widely used because of its characteristics such as having good step coverage.
상기 CVD기술을 구현하기 위해 여러 가지 반응물질이 반응챔버에 투입되어 사용되는데, 이때 공정압력을 정밀하게 제어하는 것이 필요하다.In order to implement the CVD technique, various reactants are used in the reaction chamber, and it is necessary to precisely control the process pressure.
종래에는 버터플라이밸브를 채용하여 공정압력을 제어하고 있는바, 이하 도 1a와 도 1b를 참조하여 설명한다.Conventionally, a butterfly valve is used to control the process pressure, which will be described below with reference to FIGS. 1A and 1B.
도 1a에서 나타난 바와 같이 일반적인 CVD공정에서 반응물질이 유량계(11)와 밸브를 통하여 반응챔버(12)에 투입되어 증착이 일어나게 된다. 이때 상기 반응챔버(12)내의 압력을 조절하기 위해 버터플라이 밸브(13)가 사용된다. 상기 버터플라이 밸브(13)는 일종의 회전밸브로서 밸브의 크기가 작고 설치하기가 편리하며 유지 보수가 용이하여 널리 사용되고 있는 밸브이다. 이와 같은 상기 버터플라이 밸브(13)는 플레퍼(13b)가 개폐되는 각도에 의해 유량을 제어하게 되어 반응 챔버의 압력을 조절하게 된다.(도 1b참조) 상기 플레퍼(13b)를 회전하기 위해 반응챔버(12)내의 압력을 압력센서(16)에 의해 측정해서 컨트롤러(17)에 의해 상기 플레퍼(13b)를 제어하게 된다.As shown in FIG. 1A, in a general CVD process, the reactant is introduced into the
그러나, 종래의 버터플라이 밸브의 경우에는 금속성의 밸브 본체와 불소고무의 일종인 바이톤(Viton)재질의 플레퍼가 사용되고 있는데, 이와 같은 경우 기계적인 마찰이 반복되면서 밸브 본체와 플레퍼의 재질간의 차이로 인한 플레퍼의 경화현상이 발생하게 된다. 상기 경화현상에 의해 플레퍼와 밸브본체사이의 밀착되는 정도가 떨어져서 결국 정밀한 압력제어를 할 수 없는 문제점이 있었다.However, in the conventional butterfly valve, a metallic valve body and a Viton flapper, which is a kind of fluorine rubber, are used. In such a case, the mechanical friction is repeated, and the difference between the material of the valve body and the flapper is repeated. The hardening phenomenon of flapper is caused. There is a problem that the degree of close contact between the flapper and the valve body due to the curing phenomenon can not be precise pressure control.
또한, 반응챔버에서 증착공정이 진행되어 배출되는 잔류가스가 금속성의 밸브 본체와 플레퍼의 접촉면에 응고가 되는 현상이 발행하게 되고 이와 같은 현상이 지속되는 경우 잔류가스가 응고되는 정도가 심해져서 결국 정밀한 압력제어를 할 수 없는 문제점이 있었다.In addition, the phenomenon that the residual gas discharged by the deposition process in the reaction chamber solidifies on the contact surface between the metallic valve body and the flapper occurs, and if such a phenomenon persists, the degree of residual gas solidifying becomes severe. There was a problem that precise pressure control is not possible.
본 발명은 상술한 바와 같이 재질간의 차이로 인한 경화와 잔류가스의 응고에 의해 정밀한 압력제어를 할 수 없는 문제점을 해결하기 위한 것으로서 밸브 본체와 플레퍼를 테프론 재질로 통일함에 의해 경화현상과 잔류가스의 응고현상을 방지하는 한편 퍼지(PURGE)가스의 공급에 의해 응고현상을 보다 확실하게 방지하여 정밀한 압력조절이 가능한 압력조절밸브에 관한 것이다.The present invention is to solve the problem that the precise pressure control is not possible due to the hardening and the coagulation of the residual gas due to the difference between the materials as described above, the hardening phenomenon and the residual gas by unifying the valve body and the flapper with Teflon material The present invention relates to a pressure regulating valve capable of precise pressure control by preventing the solidification phenomenon and more reliably preventing the solidification phenomenon by supplying purge gas.
상술한 목적은 플레퍼와 플레퍼 브라켓 그리고 밸브 본체와 밸브 외벽을 테프론의 일종인 PTFE를 재질로 하는 한편, 퍼지(PURGE) 가스 포트(PORT)와 테프론 가이드를 설치하여 퍼지(PURGE)가스를 밸브 내부로 도입하는 구성에 의해 달성될 수 있다.The purpose of the above is to make the flapper, the flapper bracket, the valve body and the valve outer wall of PTFE, which is a kind of Teflon, and install purge gas port and teflon guide to purge gas inside the valve. It can be achieved by the configuration introduced into.
이때 상기 PTFE 재질 외에도 PFA나 FEP 또는 PVD에 의해서도 가능하다.In this case, in addition to the PTFE material, it is also possible by PFA or FEP or PVD.
이하 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail.
도 2a에서 나타난 바와 같이 본 발명의 압력조절밸브는 회전에 의해 유량을 제어하는 플레퍼(140)와 상기 플레퍼(140)가 접촉하는 밸브 본체(130) 그리고 상기 플레퍼(140)와 밸브 본체(130)를 고정하는 밸브 외벽(150)등으로 구성되는 버터플라이 밸브 방식의 압력조절밸브이다.As shown in FIG. 2A, the pressure control valve of the present invention has a
상기 플레퍼(140)는 플레퍼 본체(141)와 상기 플레퍼 본체(141)를 고정하는 플레퍼 브라켓(142)로 구성되는데, 이때 그 재질을 테프론의 일종인 PTFE를 사용하게 된다. The
상기 PTFE(폴리테트라 플루오르 에틸렌)는 결정성수지로서 내열성이 있고 내약품성, 전기절연성이 있는 재질로서 상술한 바와 같이 밸브 본체와 플레퍼를 상기 PTFE를 사용하는 경우 재질이 서로 동일하고 또한 재질의 특성상 기계적 마찰로 인한 경화현상이 발생하지 않는 한편, 뛰어난 방오성능으로 인하여 잔류가스의 응고를 방지할 수 있게 되어 장시간의 사용에도 정밀한 압력제어가 가능하게 된다.The PTFE (polytetrafluoroethylene) is a crystalline resin with heat resistance, chemical resistance, and electrical insulation. While hardening does not occur due to mechanical friction, excellent antifouling performance prevents coagulation of residual gas, thus enabling precise pressure control even for long time use.
이때, 상기 PTFE대신에 PFA나 FEP 또는 PVDF로 교체하여 사용해도 무방하다.In this case, the PTFE may be replaced with PFA, FEP or PVDF.
상기 PFA라고 하는 것은 폴리테트라 플루오르 에틸렌과 플루오르알킬비닐에 테르의 중합체로서 융점이 302℃~301℃이고 사출성형이나 압출성형이 가능하며 전체적으로 상기 PTFE와 유사한 물리적 특성을 갖고 있는 물질이다.The PFA is a polymer of polytetrafluoroethylene and fluoroalkylvinyl ether, having a melting point of 302 ° C to 301 ° C, capable of injection molding or extrusion molding, and has a physical property similar to that of PTFE as a whole.
또한, FEP라고 하는 것은 플루오르에틸렌프로필렌으로서 융점이 250℃~295℃로서 사출성형, 압출성형도 가능하며 광투과성과 내후성이 우수한 물질이다.In addition, FEP is fluoroethylene propylene, which has a melting point of 250 ° C. to 295 ° C., which is capable of injection molding and extrusion molding, and is excellent in light transmittance and weather resistance.
PVDF라고 하는 것은 폴리비닐리덴플루오라이트로서 사출성형이나 압출성형등의 가공성이 있고 기계적 특성이나 내후성이 뛰어난 물질이다.PVDF is polyvinylidene fluorite, which is a workability such as injection molding or extrusion molding, and has excellent mechanical properties and weather resistance.
이와 같이 PTFE대신에 PFA나 FEP 또는 PVDF로 사용해도 무방하며 이는 플레퍼(140)에 국한되지 않고 밸브 본체(130)나 밸브 외벽(150)에도 교체 사용이 가능하다.As such, it may be used as PFA, FEP or PVDF instead of PTFE, which is not limited to the
상술한 바와 같이 본 발명은 재질간의 차이로 인한 경화와 잔류가스의 응고에 의해 정밀한 압력제어를 할 수 없는 문제점을 해결하기 위하여 밸브 본체(130)와 플레퍼(140) 그리고 밸브 외벽(150)을 PTFE나 PFA, FEP 또는 PVDF재질로 통일함에 의해 경화현상과 잔류가스의 응고현상을 방지하여 정밀한 압력조절이 가능하게 되는 것이다.As described above, in order to solve the problem that precise pressure control is not possible due to hardening due to the difference between materials and solidification of residual gas, the
한편, 상술한 바와 같은 잔류가스의 응고를 방지하기 위하여 퍼지(PURGE)가스를 도입하는 것도 가능하다.On the other hand, it is also possible to introduce a purge gas in order to prevent solidification of the residual gas as described above.
퍼지(PURGE)가스라고 하는 것은 플레퍼(140)에 질소등의 불활성기체를 분사하여 상기 플레퍼(140)를 잔류가스로부터 보호하는 역할을 하는 것으로서 본 발명의 경우 퍼지(PURGE)가스 포트(PORT)(110)를 통해 도입된다.The purge gas serves to protect the
상기 도입된 퍼지(PURGE)가스는 테프론가이드(120)를 통해 플레퍼(140)측으로 분사되게 되는데, 이에 대해 도 3a를 참조해서 설명한다.The introduced purge gas is injected to the
PTFE재질의 테프론가이드(120)는 내부가 비어있는 원통형상인 테프론가이드 하단부(122)와 상기 테프론가이드 하단부(122)의 상부측에 형성되는 테프론가이드 상단부(121)로 구성된다. 상기 테프론가이드 상단부(121)는 하단부(122)보다 직경이 커서 밸브 외벽(150)과 상호접촉하게 된다. (도 3b 참조)The PTFE-based Teflon
이때 상기 테프론가이드 상단부(121)는 조립, 분해의 편의성을 위해 밸브 외벽(150)과 일정한 간격을 두고 이격되어 있어도 무방하다. 그 이유는 밸브 하류측으로 펌핑이 되기 때문이다.(도 3c 참조)In this case, the Teflon guide
또한 상기 테프론가이드(120)와 결합되는 밸브 본체(130)는 내부가 비어있는 원통형상인 밸브 본체 하단부(132)와 상기 하단부(132)의 상부측에 형성되는 밸브 본체 상단부(131)로 구성된다. 상기 밸브 본체 하단부(132)의 일측에는 플레퍼(140)가 고정되기 위해 삽입되는 플레퍼 샤프트(160)를 설치하도록 샤프트 홀(132a)가 형성되어 있다.In addition, the
상기 밸브 본체 상단부(131)는 그 내부에 상기 테프론가이드 하단부(122)와 상호 고정되기 위한 단턱(131b)이 형성되어 있으며, 상기 상단부(131)의 상부면에는 테프론가이드(120)에 의해 유도된 퍼지(PURGE)가스가 플레퍼(140)쪽으로 유동되기 위한 퍼지(PURGE)가스 노즐 홀(131a)이 다수개가 균등한 간격으로 배치되어 있다.The valve body
상기 테프론가이드(120)와 밸브 본체(130)의 결합되는 구성에 대해 그 단면을 나타내는 도 3b를 참조하여 설명하기로 한다.A configuration in which the
상기 도 3b에서 나타난 바와 같이 2개의 밸브 외벽(150)이 가운데 실링부재를 두고 상호 고정되어 있다. 이때 상기 2개의 밸브 외벽(150)은 볼팅(bolting)이나 클램핑(clamping)에 의해 고정될 수 있다.As shown in FIG. 3B, two valve
밸브 본체(130)는 상기 2개의 밸브 외벽(150)사이에 위치하게 되고, 테프론 가이드 하단부(122)는 밸브 본체 상단부(131)의 단턱(131b)에 위치하게 되어 상호 고정된다. 이때 퍼지(PURGE) 가스 포트(PORT)(110)(도시되지않음)에 의해 도입되고 테프론 가이드(120)에 의해 유도된 퍼지(PURGE)가스는 퍼지(PURGE)가스 노즐 홀(131a)을 관통하여 플레퍼(140)방향으로 유동하게 된다.The
이상과 같은 구성에 의해 플레퍼(140)방향으로 퍼지(PURGE)가스가 유동하게 되면 상기 퍼지(PURGE)가스가 플레퍼(140)를 잔류가스로부터 보호하여 잔류가스의 응고등을 방지하게 되어 장시간 사용해도 정밀한 압력제어가 가능하게 된다.When the purge gas flows toward the
이하 도4를 참고하여 본 발명의 압력조절밸브를 사용하여 CVD를 수행하는 것에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, referring to Figure 4 will be described for performing the CVD using the pressure control valve of the present invention.
우선 반응물질이 MFC(Mass Flow Controller)를 거쳐 일정한 유량으로 반응챔버(200)로 도입된다. 상기 반응챔버(200)내에서 증착이 수행되고 배출되는 잔류가스는 본 발명의 버터플라이밸브(100)와 게이트밸브(400)를 통해 펌프(500)에 의해 배출되게 된다. 이때 상기 반응챔버(200)내의 압력을 압력센서(310)에 의해 측정해서 압력이 기준압력에 맞도록 컨트롤러(320)가 플레퍼 회전 모터(170)를 구동하게 되고 상기 구동에 의해 플레가 회전해서 압력을 조정하게 된다. First, a reactant is introduced into the
이상과 같이 플레퍼와 플레퍼 브라켓 그리고 밸브 본체와 밸브 외벽을 테프론의 일종인 PTFE나 PFA, FEP 또는 PVD를 재질로 함에 의해 플레퍼의 경화현상이나 잔류가스의 응고를 막는 한편, 테프론가이드와 밸브 본체의 퍼지(PURGE)가스 노즐 홀을 통해 퍼지(PURGE)가스를 플레퍼에 공급하는 구성에 의해 상기 잔류가스 응고현상을 보다 확실하게 방지함으로서 장시간 밸브를 사용해도 정밀한 압력제어가 가능한 효과가 있다. As mentioned above, the flapper, the flapper bracket, the valve body and the valve outer wall are made of PTFE, PFA, FEP, or PVD, which is a kind of Teflon, to prevent hardening of the flapper or solidification of residual gas. By supplying the purge gas to the flapper through the purge gas nozzle hole, the residual gas coagulation phenomenon can be more reliably prevented, so that even a long time valve can be used for precise pressure control.
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