KR102154962B1

KR102154962B1 - 반도체 세정 공정용 정량 공급을 위한 미소유량 컨트롤밸브 구조

Info

Publication number: KR102154962B1
Application number: KR1020200064743A
Authority: KR
Inventors: 김신호
Original assignee: 김신호
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2020-09-10

Abstract

본 발명은 웨이퍼 세정 공정에서 웨이퍼의 적정 에치율(Etch Rate) 및 세정 관련 양호한 성능 구현을 위해 고기능성 플라스틱(PFA) 배관 내에 흐르는 초순수(Ultrapure Water) 및 각종 화공약품 등의 유체를 실시간 정량으로 공급시킬 수 있도록 한 반도체 세정 공정용 정량 공급을 위한 미소유량 컨트롤밸브 구조에 관한 것이다.
미소유량 컨트롤밸브에 있어서 상기 컨트롤밸브는 안전한 내구성을 갖는 바디블럭을 구비하고, 상기 바디블럭에 압입으로 고정체결되는 스테핑을 구비하며, 상기 스테핑의 외면 상측에는 제어구간블럭을 구비하고, 그 상측에는 임의각도로 회전용 스테핑모터를 구비하고, 그 하측 중심에는 편심회전축을 그 제어구간블럭의 상측 모터고정판을, 그 회전축의 정·역회전에 따라 평행하는 추력을 흡수하는 스러스트 베어링을 축삽 고정되도록 구비하며, 상기 편심회전축에는 회전블럭을 구비하고, 상기 회전블럭의 정·역회전에 따라 회전운동이 수직승·하강 운동으로 변환시키는 승하강블럭을 구비한다.
따라서, 본 발명은 반도체 공정용으로 웨이퍼 상면에 유체량을 실시간으로 정밀하게 제어하여 다이어프램 미소유량을 실시간으로 오차없이 제어할 수 있는 이점이 있다.

Description

반도체 세정 공정용 정량 공급을 위한 미소유량 컨트롤밸브 구조{The Minute flow control valve structure for quantitative supply for semiconductor cleaning processes}

본 발명은 반도체 세정 공정용 미소유량 컨트롤밸브 구조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 웨이퍼 세정 공정에서 웨이퍼의 적정 에치율(Etch Rate) 및 세정 관련 양호한 성능 구현을 위해 고기능성 플라스틱(PFA) 배관 내에 흐르는 초순수(Ultrapure Water) 및 각종 화공약품 등의 유체를 실시간 정량으로 배출시킬 수 있도록 한 반도체 세정 공정용 정량 공급을 위한 미소유량 컨트롤밸브 구조에 관한 것이다.

일반적으로 반도체는 IC나 트랜지스터를 만들기 위해서는 단결정 실리콘을 일정한 두께로 슬라이스 하여 표면을 연마한 거울 모양의 웨이퍼를 생산한 다음, 그 웨이퍼 상면에는 트랜지스터와 다이오드 등의 미소 회로나 IC를 만들기 위해 다이스로 절단한 다음 각 다이스에 트랜지스터나 다이오드 혹은 간단한 회로 부분을 만들어 넣을 수 있도록 사용한다.

상기 반도체의 기본 소재인 웨이퍼는 반드시 물의 흐름에 의해 크기가 다른 고체 입자를 채질하여 구분하는 세정 공정을 필수적으로 거치게 되고, 이때 웨이퍼 상면에 적정 프린트 배선판의 도체에 작용하는 에칭의 깊이(도체의 두께방향)와 측면 에칭의 깊이와의 비정하는 에치율(Etch Rate) 및 세정 관련 양호한 성능 구현을 위해 고기능성 플라스틱(PFA) 배관 내에 흐르는 전기전도도, 고형 미립자수, 생균수, 유기물 등을 극히 낮은 값으로 억제한 초순수(Ultrapure Water) 및 각종 화공약품 등의 유체를 실시간 정량으로 배출시킬 수 있도록 미소유량 컨트롤밸브를 필수적으로 사용하고 있다.

또, 상기 미소유량 컨트롤밸브는 반도체 생산을 위한 각종 장비 중에서도 하나 이상의 약품을 섞거나 또는 유체를 필요한 정량으로 실시간 연속적인 정밀공급이 이루어질 수 있도록 하고, 상기 미소유량 컨트롤밸브는 세정장비의 PLC 제어절차에 따라 웨이퍼에 유체 공급량이 선정되면 탱크 내에 있는 유체가 펌프를 통해 노즐로 보내게 되고, 이때 노즐상에 설치된 유량계로부터 실시간으로 유동 되는 유체 측정값을 컨트롤러에 전달하며, 상기 컨트롤러에 전달된 유체 측정값은 제어 변수와 기준 입력 사이의 오차에 근거하여 계통의 출력이 기준 전압을 유지하도록 하는 피드백 제어(PID 제어)에 따라 실시간으로 미소유량이 정밀하게 웨이퍼 상면에 배출될 수 있도록 작동한다.

이러한 반도체 세정 공정용으로 사용되는 다양한 형태의 컨트롤밸브 구조 관련 선행기술이 공지되어 현재 사용중이거나 공개되어 있다.

한 예로 국내 등록특허공보 제10-0675747호(공개일자: 2005.07.11)에서는 “대향하는 두 개의 개구부를 구비하여 이루어진 공기실; 상기 공기실의 각 개구부에 각각 설치됨과 아울러, 그 공기실의 압력을 받는 수압면의 면적이 서로 다른 두 개의 다이아프램; 상기 두 개의 다이아프램을 연결하는 연결축; 상기 연결축을 그 축심 방향으로 슬라이딩 가능하도록 지지하는 지지수단; 상기 공기실의 외측에 마련되며, 유체가 유통하는 내부 유로; 상기 연결축의 슬라이딩 동작에 연동하여 슬라이딩 이동함으로써 상기 내부 유로를 흐르는 유체의 유량을 증감 조정하는 밸브체;

상기 공기실내에 압력 제어 또는 유량 제어된 공기를 공급하는 공기 공급로;를 가지며, 상기 공기 공급로는 그 일단부측이 분기되어 두 개의 분기 관로가 되고, 이 두 개의 분기 관로 중 한 쪽 분기 관로의 출구쪽이 상기 한 쪽 다이아프램의 수압면에 근접하여 대향하도록 개구되고 그 개구부로부터 상기 대향하는 한 쪽 다이아프램의 수압면을 향해 상기 압력 제어 또는 유량 제어된 공기가 공급되며, 다른 쪽 분기 관로의 출구쪽이 상기 다른 쪽 다이아프램의 수압면에 근접하여 대향하도록 개구되고 그 개구부로부터 상기 대향하는 다른 쪽 다이아프램의 수압면을 향해 상기 압력 제어 또는 유량 제어된 공기가 공급되는 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브”가 있고,

또, 국내 등록특허공보 제10-0927896호(공개일자: 209.3.24)에서는 “반도체 산업에서의 화학약액 라인에 사용되는 수동유체제어밸브(10) 및 자동유체제어밸브(20)에 있어서, 상기 자동유체제어밸브(20)는 상부 네모서리에 나사홀(29)이 형성되고, 좌우 일측면에 직사각형 모양의 결합돌기(23)가 각각 형성된 결합부(24)가 하부쪽으로 돌출 형성된 상부케이스(10); 및 상기 상부케이스(10) 하부에 형성된 결합부(24)와 동일한 직경을 갖는 결합부 홀(25)이 내부 상부에 형성되고 상기 나사홀(29)과 부합되는 상부 네모서리 위치에 4개의 나사홀(30)이 형성되며, 상기 결합부 홀(25)좌우 일측면에 상기 결합부(24)의 결합돌기(23)와 부합되는 위치에 형성된 결합 가이드 홈(26)이 각각 형성된 하부케이스(22)로 구성된 것을 특징으로 하는 유체제어밸브”가 있으며,

또, 국내 공개특허공보 제10-2002-0044872호(공개일자: 2002.06.19)에서는 “피스톤 로드와 다이아프램을 에어의 공급과 스프링의 탄발력에 의해 동시에 승강시키면서 유체의 유동을 단속하는 반도체 설비용 밸브에 있어서, 상기 피스톤 로드의 상단에 일체로 결합되는 인젝터의 상단부측에 인젝터의 작동 여부를 체크하는 구동 감지 수단이 구비되도록 하고, 상기 구동 감지 수단에 의해 감지되는 신호에 의해 개폐작용을 확인할 수 있도록 하는 반도체 설비용 밸브”가 있고,

또, 국내 등록특허공보 제10-1646950호(공개일자: 2015.07.15)에서는 “저면에 밸브 시트를 갖는 상방 개방의 밸브실용 구멍부와 그 밸브실용 구멍부에 연통되는 유체 입구 통로 및 유체 출구 통로를 구비한 밸브 본체와, 상기 밸브 시트의 상방에 그 밸브 시트와 대향 형상으로 설치되어서 외주 가장자리를 밸브실용 구멍부의 저면에 기밀하게 고정한 역접시형의 금속 다이어프램 밸브체와, 상기 밸브실용구멍부에 나사 삽입되어 금속 다이어프램 밸브체의 외주 가장자리를 압박 고정하는 압박 나사와, 상기 압박 나사 내를 통과시켜서 밸브실용 구멍부 내에 삽입한, 선단부의 저벽 하방에 다이어프램 압박부를 구비함과 아울러 측벽의 상단으로부터 중간부에 걸치는 장방형의 노치를 측벽에 관통 형상으로 형성한 하부 지지통체와, 상기 하부 지지통체의 상단부에 나사 부착되어서 지지통체를 형성하는 원통 형상의 상부 지지통체와, 상기 하부 지지통체의 저벽 상에 적재한 접시 스프링 유지부를 갖는 접시 스프링 받침대와, 상기 접시 스프링 받침대 상에 적재한 접시 스프링과, 상기 하부 지지통체의 노치를 삽통해서 수평으로 설치한, 중앙에 상기 접시 스프링 유지부의 선단부를 유지하는 접시 스프링 받침대 가이드 구멍을 가짐과 아울러 양단부에 고정용 볼트의 볼트 삽입 구멍을 형성한 지지 가대와, 상기 지지 가대의 접시 스프링 받침대 가이드 구멍의 상방에 적재한 하부 받침대와, 상기 하부 받침대 상방의 지지통체 내에 삽입한 압전 소자와, 가이드통과 그 가이드통의 하단부로부터 양측으로 돌출되는 플랜지부를 구비하고, 상기 지지통체를 가이드통 내에 상하 방향으로 이동 가능하게 삽통시킴과 아울러 플랜지부를 지지 가대의 양단부에 대향시켜 고정용 볼트에 의해 상기 지지 가대와 함께 밸브 본체에 고정한 가이드체와, 상기 상부 지지통체의 상단부에 나사 부착한 위치 결정 너트를 갖고, 상기 압전 소자의 신장에 의해 지지통체를 상방으로 밀어올리고, 금속 다이어프램 밸브체의 탄성력에 의해 상기 금속 다이어프램 밸브체를 밸브 시트로부터 이좌시키는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치용 유량 제어 밸브”가 있다.

상기와 같이 반도체 세정 공정용 미소유량 컨트롤밸브 구조 관련 선행기술들이 공지되어 있으나,

상기 등록특허공보 제10-0675747호의 경우 고정밀도의 유체의 유량 제어할 수 있도록 유량 제어 밸브와 유량 제어 장치를 제공하여 유체 공급과 배출을 수행할 수 있도록 밸브바디의 중심에 승·하강 하는 연결축을 구비하고, 상기 연결축의 상·하측에는 다이아프램을 구비하여 외부 공압의 흐름에 의해한 진공발생 원리를 이용하여 연결축의 하측 승,하강 작동이 이루어지도록 하고 있으나, 상기 연결축의 상측에는 텐션스프링에 의한 정밀 제어할 수 없어 부정확한 동작이 발생할 수 있는 문제점이 내재 되어 있고,

또, 상기 텐션 압력을 외부 진공압력에 의해 상기 연결축의 승·하강 운동시 미소유량을 정밀하게 실시간으로 PID 제어방식에서는 적용하여 정밀하고 신속한 실시간 유량 보정대응이 어려운 문제점 있다.

상기 등록특허공보 제10-0927896호의 경우 유체제어밸브는 반도체 산업에서의 화학약액 라인에 사용되는 유체제어밸브(수동 및 자동밸브)에 있어서, 수동유체제어밸브 및 자동유체제어밸브의 내부에 각각 구성된 바디 및 다이어프램을 PFA 불소수지를 통한 사출성형방식으로 구비하고 있으나, 유입구와 배출구의 중앙 상측에 다이어프램이 형성된 상태에서 그 상측에 공압에 의한 다이어프램의 승·하강 운동이 원활하게 이루어질 수 있도록 텐션스프링을 구비하지만 상기 텐션스프링의 텐션값을 정밀하게 PID 제어에서 정밀하게 제어가 힘든 문제점이 있고,

또한, 상부케이스와 바디 사이에서 작동중에 내부 압력에 의해 누수가 이루어져 안전사고의 문제점이 내재 되어 있다.

상기 공개특허공보 제10-2002-0044872호의 구동부품 작동 및 유체의 흐름을 감지하여 이를 외부에서 체크할 수 있도록 하므로서 정확한 작동 상태를 확인할 수 있도록 하고, 또 안정된 밸브 구동을 유지하므로서 공정 수행에 따른 사고 예방과 환경 오염이 방지되도록 구비하고 있으나, 유출구의 상측 중앙에 다이아프램이 피스톤 로드의 승·하강 운동에 따라 개방 및 개폐가 이루어지고 텐션스프링이 항시 누름력이 발생되어 정밀한 미소유량 제어가 힘든 구조적인 문제점이 있고,

또, 피스톤로드의 상측에는 별도 인젝터를 구비하여 작동에 따라 개방개폐가 이루어지도록 하고 있으나 정밀한 제어가 힘든 문제점이 있다.

상기 등록특허공보 제10-1646950호의 유량 제어 밸브를 구성하는 압전 소자 구동식 금속 다이어프램 제어 밸브의 구조의 간소화와 소형화, 조립과 보수 점검의 용이화를 도모함으로써, 상기 유량 제어 밸브를 구비한 유량 제어 장치나 상기 유량 제어 장치를 사용한 반도체 제조 장치용 집적화 가스공급 장치 등의 한층 더 소형화를 달성할 수 있도록 한 유량 제어 장치용의 유량 제어 밸브를 구비하고 있으나, 바디 상측 압전소자의 크기가 커서 사용에 따른 설치에 문제가 있고,

또, 유량을 제어할 수는 있지만 미소유량에 대한 정밀한 실시간 제어가 힘든 구조적인 문제점을 내재하고 있으며, 또한, 압전소자의 아래 측에 하부 받침대를 구비한 상태에서 상기 하부 받침대는 텐션스프링에 의해 승·하강을 보조하도록 하고 있어 미세한 유량 제어가 힘든 문제점이 있다.

또, 종래 유체 컨트롤밸브 선행기술들은 하드웨어적인 유체를 제어하는 컨트롤 몸체와 소프트웨어적으로 스테핑 모터를 제어하는 컨트롤러 묘듈이 일체로 구성되어 부피가 커지는 문제점이 있어 주변 장치와의 설치 공간이 협소해지는 문제점이 있고,

또, 기존 컨트롤러 묘듈과 밸브몸체가 일체로 결합 된 부품 중에 한가지라도 고장이 나면 전체를 분리하여 수리해야 되는 문제점이 있어 이에 따른 수리비용이 비싼 문제점이 있으며,

또한, 컨트롤러 묘듈과 밸브몸체가 작동중에 장비를 정지 시켜야되고, 모터의 열 발생에 의한 다른 인접 부품들에 악영향을 미치는 문제점이 있고,

또, 유체를 공급시키는 펌프는 맥동 진동이 정밀할 수 없어 이에 따른 반도체용 공정에 사용되는 웨이퍼 상면에 미소유량 컨트롤밸브의 내구성이 떨어지면 세정유체가 정밀하게 배출되지 못하는 문제점이 노출되고, 이러한 원인이 되는 미소유량 컨트롤밸브의 파손이나 내구성 저하에 따른 내부 화공약품이 외부로 누유되는 안전사고가 발생될 수 있는 문제점을 내재하고 있어 이에 대한 개선안이 요구되고 있는 실정에 있다.

문헌1 등록특허공보 제10-0675747호 (공개일자 2005.07.11) 문헌2 등록특허공보 제10-0927896호(공개일자 2009.03.24) 문헌3 공개특허공보 제10-2002-0044872호 (공개일자 2002.06.19) 문헌4 등록특허공보 제10-1646950호 (공개일자 2015.07.15)

없음

이에 본 발명에서는 상기한 문제점을 일소하기 위해 창안한 것으로서, 세정장비의 제어로직에 의해 유량계를 통해 측정되는 유량값 데이터를 분석하여 실시간으로 컨트롤러를 제어하고 상기 컨트롤러는 노즐이 웨이퍼에 목표 유체량이 실시간으로 배출될 때 정밀하게 배출이 이루어질 수 있도록 하는 컨트롤밸브의 구조를 간단히 하면서도 정밀하게 제어하여 수명을 장구히 할 수 있는 컨트롤밸브 구조를 구비하고,

상기 컨트롤밸브 구조는 스테핑모터의 정·역회전을 수직운동으로 변화시키는 회전블럭과 승하강블럭을 구비하여 정밀하게 미소유량이 배출될 수 있도록 제어되며,

상기 회전블럭과 승하강블럭의 원활한 작동을 위한 제어구간블럭을 구비하여 정밀하게 유량 개방 및 개폐가 이루어질 수 있도록 구비하고,

또, 상기 바디블럭과 스테핑은 동일재질로 구비하여 열변형에 의해 변형발생을 억제할 수 있도록 구비하며,

또한 상기 마찰단턱외면에는 압입에 의한 스테핑의 외부 이탈을 방지할 수 있도록 걸림마찰돌기와 이에 대응하는 음각레일홈을 구비하고,

또, 세정장비를 통해 제어되는 유량계 및 컨트롤밸브의 유량값 데이터를 분석하여 실시간으로 오차범위를 벗어나게 되면 외부에서 육안으로 식별이 가능하도록 경고음 또는 발광이 이루어질 수 있도록 구비하며,

상기 편심회전축과 회전블럭 사이에는 스테핑모터의 정·역회전에 따라 발생되는 미세 백래쉬 충격을 흡수시킬 수 있도록 스러스트 베어링을 구비한 반도체 세정 공정용 정량 공급을 위한 미소유량 컨트롤밸브 구조를 제공함에 주안점을 두고 그 기술적 과제로 완성한 것이다.

위 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 반도체용 웨이퍼 표면 세정장비로부터 웨이퍼 세정에 필요한 세정유체가 목표 정량으로 공급될 수 있도록 하기 위해서, 상기 챔버내 세정유체가 공급펌프를 통해 튜브라인으로 이동시키고, 상기 튜브라인을 통해 이동된 세정유체는 유량계를 통과하면서 측정된 유량값 데이터를 실시간으로 컨트롤러에 전달하며, 상기 컨트롤러를 통해 실시간으로 전달되는 세정유체의 유량값 데이터를 분석하여 실시간으로 컨트롤밸브를 목표 정량으로 실시간으로 오차 범위 내에서 공급될 수 있도록 제어되는 세정유체가 웨이퍼 상면에 정밀하게 공급될 수 있도록 하는 컨트롤밸브의 구조에 있어서,

도 3 내지 도 10에 도시된 바와 같이 상기 컨트롤밸브는 인입 및 배출라인을 구비한 바디를 구비하고, 상기 바디에 공급된 세정유체는 다이어프램에 의해 기밀이 유지됨과 동시에 내구성을 갖는 바디블럭을 구비하고, 상기 다이어프램의 상측에는 음각홈에 삽설되어 압입으로 체결되는 스테핑을 구비하며, 상기 스테핑의 외면 바디블럭의 상측에는 회전운동을 직선으로 변환시키는 이동공간을 구비한 제어구간블럭을 구비하고, 상기 제어구간블럭의 상측에는 미세각도로 정밀제어되는 스테핑모터를 구비한 것과,

상기 스테핑모터의 하측 중심에는 편심회전축을 구비하고, 상기 편심회전축에는 회전블럭이 결합되어 고정지지 되도록 구비하며, 상기 회전블럭의 하측 중심에는 가변축봉을 구비하되, 그 외면에 나사산을 구비한 것과,

상기 회전블럭은 상기 이동공간에 삽설되되, 상기 회전블럭의 하측 중심에는 승하강블럭과 나사결합 형태로 체결되어 상기 회전블럭의 정·역회전에 따라 상기 승하강블럭이 상·하로 이동되도록 구비하며, 상기 승하강블럭의 하측 중심에는 다이어프램이 체결고정되도록 구비하고, 상기 다이어프램은 상기 가변축봉의 길이만큼 상기 회전블럭이 상·하 이동되도록 구비한다.

도 8에 도시된 바와 같이 상기 바디블럭은 상기 세정유체의 인입 및 배출라인을 구비한 바디를 구비하고, 상기 바디의 상측에는 음각홈을 구비하며, 상기 음각홈의 내주면에는 걸림턱을 형성하되, 그 하단에는 인입라인 및 배출라인 구멍을 각각 구비하고, 상기 배출라인 구멍의 외주면에는 음각레일홈을 구비하며, 상기 구멍의 외측에는 원형 삽입홈을 구비하고,

도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이 상기 다이어프램은 상기 바디블럭의 삽입홈에 삽설되는 원형 테두리 형태의 단턱관을 구비하고, 상기 단턱관의 중심 상측에 나사탭을 구비한 나사축봉을, 그 하측에는 아래가 좁고 위가 넓은 원형 형태의 가이드패킹이 연질막에 의해 일체로 구비하며,

도 8에 도시된 바와 같이 상기 스테핑은 원형형태의 압입블럭을 구비하고, 상기 압입블럭의 외면에는 걸림단턱과 마찰단턱을 구비하며, 상기 걸림단턱과 마찰단턱 사이에는 수용홈을 구비하되, 그 수용홈에는 기밀패킹이 끼워지도록 구비하고, 상기 압입블럭의 중심에는 구멍을 구비하며, 상기 구멍의 외주면에는 Y패킹이 끼워져 지지되는 삽입공간을 구비하고, 상기 삽입공간의 아래 측 저 면에는 중심부가 높고 외면으로 낮아지는 라운드면을 구비하고, 상기 라운드면에는 작동중에 발생되는 미세공기압력을 조절하기 위한 수평관통형 공기조절구멍를 구비하며,

도 10 내지 도 13에 도시된 바와 같이 상기 회전블럭은 원형판을 구비하되, 그 원형판의 아래 측에는 수직 길이방향으로 가변축봉을 구비하고, 그 가변축봉의 외면에는 나사산을 구비하며, 상기 원형판의 상면 중심에는 상기 편심회전축이 고정지지되는 삽입홈을 구비하되, 그 원형판의 외면에는 체결홈을 구비하여 상기 편심회전축이 결합된 상태에서 이탈방지 및 고정지지를 위한 무드볼트가 체결고정되도록 구비하며,

상기 승하강블럭은 상기 나사축봉을 수용하여 나사결합되는 나사조절홈을 구비한 이동블럭을 구비하고, 상기 이동블럭의 외면 편 측에는 수직 길이 방향으로 레일홈을, 그 반대 측 타측에는 센서삽입홈을 구비하며, 상기 이동블럭의 저면 중심에는 나사체결홈을 갖는 지지축봉을 구비하고, 상기 센서삽입홈에 끼워져 체결볼트에 의해 체결고정되는 블럭을 갖는 센서브라켓을 구비하며, 상기 블럭의 편측에는 위치감지핀과 그 반대측 타측에는 자석이 부착된 지지브라켓을 구비하고, 상기 센서브라켓의 위치감지핀과 자석은 센서묘듈측정판의 측정센서에 상·하이동 및 정위치를 감지할 수 있도록 구비하고,

도 5 내지 도 13에 도시된 바와 같이 상기 제어구간블럭은 상측에 스테핑모터와 하측에는 바디블럭을 고정지지하기 위해 체결구멍을 하나 이상 구비한 모터고정판과 바디고정판을 구비하고, 상기 모터고정판과 바디고정판 사이에는 중심에 수직으로 원형 이동공간을 구비한 관체바디를 구비하며, 상기 관체바디의 편측에는 길이방향으로 센서이동장공을 구비하고, 상기 센서이동장공의 외측에는 센서측정묘듈판이 상기 고정음각홈에 끼워져 고정되도록 구비하며, 상기 모터고정판의 상측 외측으로 체결구멍을 하나 이상 구비하되, 그 중심에는 수직으로 원형 이동공간을 구비하고, 상기 이동공간의 상측에는 내주면에 원형걸림단턱을 구비하되, 그 하측에는 중심이 통공된 지지판을 구비하며, 상기 이동공간 외주면에는 음각레일홈을 구비하여 가이드핀이 삽설되도록 구비하며,

상기 스테핑은 상기 음각홈에 삽설된 다이어프램의 기밀과 수밀이 유지되고 내부 세정유체가 외부로 배출되지 않도록 고온의 온도에서도 구조 및 온도의 변화에 따른 수축과 팽창이 반복되면서도 헐거워지거나 풀림이 없도록 상기 바디블럭과 동일한 재질로 구비하고,

도 6의 (a)(b)에 도시된 바와 같이 상기 마찰단턱의 외면에는 상기 외부가 좁고 중심으로 넓은 형태의 사다리꼴 형태의 걸림마찰돌기를 구비하고, 상기 걸림마찰돌기에 걸림될 수 있도록 상기 바디블럭의 음각홈의 내주면 상측에 음각레일홈을 구비하며,

상기 컨트롤밸브에는 상기 세정장비에서는 목표 세정유체를 실시간으로 웨이퍼에 배출시킬 때, 상기 세정장비를 통해 제어되는 유량계 및 컨트롤밸브의 실시간 유량값 데이터를 분석하여 상기 유량계와 컨트롤밸브에서 상기 유량값 데이터의 오차범위를 벗어나게 되면 상기 컨트롤밸브에 외부에서 육안으로 식별이 가능한 형태의 경고음 또는 발광이 이루어질 수 있도록 구비하고,

상기 제어구간블럭의 가이드핀은 상기 이동공간의 외면에 최소 1개 내지 최대 4개를 구비하거나, 상기 가이드핀은 각형 또는 원형으로 선택적으로 구비하며,

상기 스테핑모터의 편심회전축과 체결된 회전블럭 사이에는, 백러쉬 충격을 억제하기 위해서 편심회전축의 외면에 상기 편심회전축의 정, 역회전에 따라 평행 하는 추력을 흡수하는 스러스트 베어링을 구비한다.

위와 같이 본 발명의 반도체 세정 공정용 정량 공급을 위한 미소유량 컨트롤밸브 구조는 전술된 바와 같이,

반도체 공정용으로 웨이퍼 상면에 유체량을 실시간으로 정밀하게 조절할 수 있도록 제어구간블럭을 구비하여 스테핑모터를 통해 회전각에 의한 유체량을 정밀하게 실시간으로 제어할 수 있는 이점이 있고,

상기 제어구간블럭에 의해 회전운동을 직선운동으로 변환시킬 수 있도록 구비하여 별도의 텐션스프링과 공압공정에 의해 다이어프램 조절이 필요없어 간단하면서도 정밀하게 실시간 제어될 수 있는 이점이 있으며,

또, 상기 스테핑모터의 의해 정밀되어 되어 부정확한 동작없이 제어할 수 있는 이점이 있고,

또, 텐션 압력을 외부 진공압력에 의해 다이어프램의 작동없이 이루어져 유체의 미소유량을 정밀하게 실시간으로 PID 제어방식 최적화시켜 사용할 수 있는 이점이 있고, 실시간 유량 보정대응이 신속하게 이루어질 수 있는 이점이 있으며,

상기 컨트롤밸브 상측에 설치되는 다이어프램의 상측에 컨트롤밸브의 재질과 동일한 형태의 스테핑을 압입형태로 고정체결되도록 구비하여 작동중에 내부 압력온도에 의한 누수를 차단하여 안전사고를 방지할 수 있는 이점이 있고,

또, 컨트롤밸브와 컨트롤러를 별도로 구비하여 제품의 크기를 최소화시킬 수 있는 이점이 있는등 그 기대된 바가 실로 다대한 발명이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 반도체 세정 공정용 정량 공급을 위한 미소유량 컨트롤밸브 적용된 세정장비 개념도
도 2 내지 도 3은 본 발명의 외부단자, 케이스 및 컨트롤밸브 일체로 구비된 실시 상태도
도 4는 본 발명의 바람직한 컨트롤밸브를 나타낸 사시도
도 5는 본 발명의 분해 조립 사시도
도 6은 본 발명의 일부 부분확대 상태를 나타낸 예시도
도 7은 본 발명의 제어구간블럭의 일부파절 단면 예시도
도 8은 본 발명의 바디, 다이어프램 및 스테핑의 일부파절 단면 실시 상태를 나타낸 예시도
도 9는 본 발명의 제어구간블럭에 설치되는 센서브라켓 및 센서묘듈측정판의 분해 조립예시도
도 10은 본 발명의 측 단면 확대예시도
도 11 내지 도 12는 본 발명의 제어구간블럭 내에서 회전블럭과 승하강 블럭의 작동에 따른 다이어프램 작동실시 상태를 나타낸 예시도
도 13은 본 발명의 다른 각도에서 측단면 확대예시도임

본 발명의 반도체 세정 공정용 정량 공급을 위한 미소유량 컨트롤밸브 구조는 도 1 내지 도 13에 도시된 바와 같이,

반도체용 웨이퍼 표면 세정장비(1)로부터 웨이퍼(2) 세정에 필요한 세정유체(3)가 목표 정량으로 공급될 수 있도록 하기 위해서, 챔버(4)내 세정유체(3)가 공급펌프(5)를 통해 튜브라인(6)으로 이동시키고, 상기 튜브라인(6)을 통해 이동된 세정유체(3)는 유량계(7)를 통과하면서 측정된 유량값 데이터(7a)를 실시간으로 컨트롤러(8)에 전달하며, 상기 컨트롤러(8)를 통해 실시간으로 전달되는 세정유체(3)의 유량값 데이터(7a)를 분석하여 실시간으로 컨트롤밸브(100)를 목표 정량으로 실시간으로 오차 범위 내에서 공급될 수 있도록 제어되는 세정유체(3)가 웨이퍼(2) 상면에 정밀하게 공급될 수 있도록 하는 컨트롤밸브(100)의 구조에 있어서,

도 4에 도시된 바와 같이 상기 컨트롤밸브(100)는,

인입 및 배출라인을 구비한 바디(136)을 구비하고, 상기 바디(136)에 공급된 세정유체(3)는 다이어프램(140)에 의해 기밀이 유지됨과 동시에 내구성을 갖는 바디블럭(130)을 구비하고, 상기 다이어프램(140)의 상측에는 음각홈(133)에 삽설되어 압입으로 체결되는 스테핑(150)을 구비하며, 상기 스테핑(150)의 외면 바디블럭(130)의 상측에는 회전운동을 직선으로 변환시키는 이동공간(S)을 구비한 제어구간블럭(200)을 구비하고, 상기 제어구간블럭(200)의 상측에는 미세각도로 정밀제어되는 스테핑모터(300)를 구비한 것과,

도 5에 도시된 바와 같이 상기 스테핑모터(300)의 하측 중심에는 편심회전축(301)을 구비하고, 상기 편심회전축(301)에는 회전블럭(160)이 결합되어 고정지지 되도록 구비하며, 상기 회전블럭(160)의 하측 중심에는 가변축봉(162)을 구비하되, 그 외면에 나사산(161)을 구비한 것과,

도 10 내지 도 13에 도시된 바와 같이 상기 회전블럭(160)은 상기 이동공간(S)에 삽설되되, 상기 회전블럭(160)의 하측 중심에는 승하강블럭(180)과 나사결합 형태로 체결되어 상기 회전블럭(160)의 정·역회전에 따라 상기 승하강블럭(180)이 상·하로 이동되도록 구비하며, 상기 승하강블럭(180)의 하측 중심에는 다이어프램(140)이 체결고정되도록 구비하고, 상기 다이어프램(140)은 상기 가변축봉(162)의 길이만큼 상기 회전블럭(160)이 상·하 이동되도록 구비한다.

도 8에 도시된 바와 같이 상기 바디블럭(130)은,

상기 세정유체(3)의 인입 및 배출라인(131)(132)을 구비한 바디(136)을 구비하고,

상기 바디(136)의 상측에는 음각홈(133)을 구비하며,

상기 음각홈(133)의 내주면에는 걸림턱(134)을 형성하되, 그 하단에는 인입라인 및 배출라인 구멍(131a)(132a)을 각각 구비하고,

상기 배출라인 구멍(132a)의 외주면에는 음각레일홈(133a)을 구비하며,

상기 구멍(131a)(132a)의 외측에는 원형 삽입홈(135)을 구비됨이 바람직하고,

도 8 내지 도 13에 도시된 바와 같이 상기 다이어프램(140)은,

상기 바디블럭(130)의 삽입홈(135)에 삽설되는 원형 테두리 형태의 단턱관(141)을 구비하고,

상기 단턱관(141)의 중심 상측에 나사탭(142-1)을 구비한 나사축봉(142)을, 그 하측에는 아래가 좁고 위가 넓은 원형 형태의 가이드패킹(143)이 연질막(144)에 의해 일체로 구비됨이 바람직하며,

도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 상기 스테핑(150)은,

원형형태의 압입블럭(151)을 구비하고,

상기 압입블럭(151)의 외면에는 걸림단턱(151-1)과 마찰단턱(151-2)을 구비하며,

상기 걸림단턱(151-1)과 마찰단턱(151-2) 사이에는 수용홈(151-3)을 구비하되, 그 수용홈(151-3)에는 기밀패킹(153)이 끼워지도록 구비하고,

상기 압입블럭(151)의 중심에는 구멍(154)을 구비하며,

상기 구멍(154)의 외주면에는 Y패킹(155)이 끼워져 지지되는 삽입공간(156)을 구비하고,

상기 삽입공간(156)의 아래 측 저 면에는 중심부가 높고 외면으로 낮아지는 라운드면(157)을 구비하며,

상기 라운드면(157)에는 작동중에 발생되는 미세공기압력을 조절하기 위한 수평관통형 공기조절구멍(159)를 구비됨이 바람직하고,

도 5 내지 도 13에 도시된 바와 같이 상기 회전블럭(160)은,

원형판(165)을 구비하되, 그 원형판(165)의 아래 측에는 수직 길이방향으로 가변축봉(162)를 구비하되, 그 가변축봉(162)의 외면에는 나사산(161)을 구비하며,

상기 원형판(165)의 상면 중심에는 상기 편심회전축(301)이 고정지지되는 삽입홈(163)을 구비하되, 그 원형판(165)의 외면에는 체결홈(166)을 구비하여 상기 편심회전축(301)이 결합된 상태에서 이탈방지 및 고정지지를 위한 무드볼트(167)가 체결고정되도록 구비됨이 바람직하며,

도 10 내지 도 13에 도시된 바와 같이 상기 승하강블럭(180)은,

나사축봉(162)을 수용하여 나사결합되는 나사조절홈(183)을 구비한 이동블럭(181)을 구비하고,

상기 이동블럭(181)의 외면 편 측에는 수직 길이 방향으로 레일홈(184)을, 그 반대 측 타측에는 센서삽입홈(186)을 구비하며,

상기 이동블럭(181)의 저면 중심에는 나사체결홈(185)을 갖는 지지축봉(182) 을 구비하고,

상기 센서삽입홈(186)에 끼워져 체결볼트(175)에 의해 체결고정되는 블럭(171)을 갖는 센서브라켓(170)을 구비하며,

상기 블럭(171)의 편측에는 위치감지핀(172)과 그 반대측 타측에는 자석(174)이 부착된 지지브라켓(171)을 구비하고,

상기 센서브라켓(170)의 위치감지핀(172)과 자석(174)은 센서묘듈측정판(260)의 측정센서에 상·하이동 및 정위치를 감지할 수 있도록 구비됨이 바람직하며,

도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이 상기 제어구간블럭(200)은,

상측에 스테핑모터(300)와 하측에는 바디블럭(130)을 고정지지하기 위해 체결구멍(203a)을 하나 이상 구비한 모터고정판(203)과 바디고정판(202)을 구비하고,

상기 모터고정판(203)과 바디고정판(202) 사이에는 중심에 수직으로 원형 이동공간(S)을 구비한 관체바디(201)를 구비하며,

상기 관체바디(201)의 편측에는 길이방향으로 센서이동장공(205)을 구비하고,

상기 센서이동장공(205)의 외측에는 센서측정묘듈판(260)이 고정음각홈(204)(204-1)에 끼워져 고정되도록 구비하며,

상기 모터고정판(203)의 상측 외측으로 체결구멍(203a)을 하나 이상 구비하되, 그 중심에는 수직으로 원형 이동공간(S)을 구비하고,

상기 이동공간(S)의 상측에는 내주면에 원형걸림단턱(206)을 구비하되, 그 하측에는 중심이 통공된 지지판(210)을 구비하며,

상기 이동공간(S) 외주면에는 음각레일홈(207)을 구비하여 가이드핀(250)이 삽설되고정 되도록 구비됨이 바람직하며,

도 8에 도시된 바와 같이 상기 스테핑(150)은,

상기 음각홈(133)에 삽설된 다이어프램(140)의 기밀과 수밀이 유지되고 내부 세정유체(3)가 외부로 배출되지 않도록 고온의 온도에서도 구조 및 온도의 변화에 따른 수축과 팽창이 반복되면서도 헐거워지거나 풀림이 없도록 상기 바디블럭(130)과 동일한 재질로 구비됨이 바람직하고,

도 6에 도시된 (a)(b)와 같이 상기 마찰단턱(151-2)의 외면에는,

외부가 좁고 중심으로 넓은 형태의 사다리꼴 형태의 걸림마찰돌기(D)를 구비하고,

상기 걸림마찰돌기(D)에 걸림될 수 있도록 상기 바디블럭(130)의 음각홈(133)의 내주면 상측에 음각레일홈(D-1)을 구비될 수 있고,

상기 컨트롤밸브(100)에는,

상기 세정장비(1)에서는 목표 세정유체(3)를 실시간으로 웨이퍼(2)에 배출시킬 때,

상기 세정장비(1)를 통해 제어되는 유량계(7) 및 컨트롤밸브(100)의 실시간 유량값 데이터(7a)를 분석하여 상기 유량계(7)와 컨트롤밸브(100)에서 상기 유량값 데이터(7a)의 오차범위를 벗어나게 되면 상기 컨트롤밸브(100)에 외부에서 육안으로 식별이 가능한 형태의 경고음 또는 발광이 이루어질 수 있도록 구비될 수 있으며,

상기 제어구간블럭(200)의 가이드핀(250)은,

상기 이동공간(S)의 외면에 최소 1개 내지 최대 4개를 구비하거나,

상기 가이드핀(250)은 각형 또는 원형으로 선택적으로 구비됨이 바람직하고,

상기 스테핑모터(300)의 편심회전축(301)과 체결된 회전블럭(160) 사이에는,

백러쉬 충격을 억제하기 위해서 편심회전축(301)의 외면에 상기 회전축(301)의 정·역회전에 따라 평행하는 추력을 흡수하는 스러스트 베어링(310)을 구비될 수 있다.

이하, 본 발명의 반도체 세정 공정용 정량 공급을 위한 미소유량 컨트롤밸브 구조는 각 구성요소 별로 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다.

도 1에 도시된 바와 같이 반도체 세정장비(1)를 통해 제어되는 컨트롤밸브(100)는 상기 유량계(7)를 통해 측정되는 세정유체(3)의 유량값 데이터(7a)를 기준으로 실시간으로 노즐에 목표 세정유체(3)가 미소유량까지 정밀하게 배출될 수 있도록 컨트롤러(8)를 통해 상기 컨트롤밸브(100)의 스테핑모터(300)를 제어하고 상기 스테핑모터(300)는 상기 회전블럭(160)을 정·역회전에 따라 상·하로 승하 강하는 승하강블럭(180)에 의해 조절되도록 작동하고,

상기 승하강블럭(180)의 하측 중심에 나사 결합한 다이어프램(140)이 유동되어 세정유체(3)가 정밀하게 제어되도록 작동한다.

이러한 세정유체(3)의 미소유량의 정밀 실시간 제어는 반도체 웨이퍼(2) 상면에 하나 이상의 믹싱 유체 또는 세정유체가 정밀하게 공급되지 않으면 배선판의 도체에 작용하는 에칭의 깊이(도체의 두께방향)와 측면 에칭의 깊이와의 비정 하는 에치율(Etch Rate) 및 세정 관련 양호한 성능 구현이 불가능한 불량품이 발생되어 전량 폐기해야 하는 심대한 문제점이 있어 세정유체(3)의 공급이 반도체 세정공정에서는 필수적으로 요구되도록 작동한다.

이러한 정밀한 작동을 위해서는 도 4 내지 도 13에 도시된 바와 같이 세정유체(3)의 인입 및 배출라인(131)(132)을 갖는 바디(136)를 구비하되, 상기 바디(136)는 테프론 재질로 구비하여 부식성과 내구성을 견딜 수 있도록 하고,

상기 바디(136)의 상측에는 원형 수직방향으로 다이어프램(140)과 스테핑(150)이 수용될 수 있는 음각홈(133)을 구비한 상태에서,

상기 음각홈(133)의 내주면에는 단턱 형태의 걸림턱(134)을 구비하여 상기 걸림턱(134)에는 스테핑(150)의 걸림단턱(151-1)이 하부로 내려오지 않도록 하여 다이어프램(140)의 원활한 작동공간을 확보할 수 있도록 작동하고,

상기 걸림턱(134)의 하부 중심에는 인입라인 및 배출라인 구멍(131a)(132a)을 구비하여 세정유체(3)가 다이어프램(140)의 가이드패킹(143)의 개방 유무에 따라 이동될 수 있도록 작동하며,

상기 인입라인 및 배출라인 구멍(131a)(132a)의 외주면에는 상기 인입라인(131a)을 통해 인입된 세정유체(3)가 일정한 압력이 유지되면서 이동될 수 있도록 하기 위해 원형 음각형태의 음각레일홈(133a)을 구비하여 세정유체(3)를 정밀하게 배출될 수 있도록 작동하고,

상기 구멍(131a)(132a)의 외측에는 다이어프램(140)의 단턱관(141)이 삽입되어 고정될 수 있도록 삽입홈(135)을 구비하여 작동에 따른 이탈을 방지할 수 있도록 작동한다.

상기 단턱과(141)과 삽입홈(135)이 서로 맞물림을 증진시킬 수 있도록 돌기(미도시) 또는 걸림턱(미도시)를 구비하여 사용하여도 무방하다.

도 8에 도시된 다이어프램(140)은 상기 삽입홈(135)에 삽설되어 고정지지 되도록 일정한 수직방향으로 단턱관(141)을 원형으로 구비하고, 상기 단턱관(141)의 중심에는 수직으로 나사탭(142-1)을 구비한 나사축봉(142)과 그 아래 측에는 아래가 좁고 위가 넓은 원형 형태의 가이드패킹(143)이 플렉시블 할 수 있도록 얇은 연질막(144)에 일체로 구비하여 상기 나사축봉(142)이 승·하강이 자유롭게 이루어질 수 있도록 작동하고,

상시 연질막(144)은 상기 스테핑(150)의 라운드면(157)을 따라 승·하강 되도록 작동되되, 상기 승·하강 운동에 따라 내부 공간에 발생하는 에어는 공기조절구멍(159)을 통해 배출되도록 작동하며,

상기 배출되는 공기조절구멍(159)는 도5의 도시된 바와 같이 공기구멍으로 외부로 원활히 배출되어 미세유량의 정밀작동에서 발생되는 불필요한 공기는 외부로 배출 및 인입될 수 있도록 작동한다.

도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 상기 스테핑(150)은 상기 바디(136)와 동일한 테프론 재질로 구비하되, 상기 다이어프램(140)의 나사축봉(142)이 축삽될 수 있도록 중심이 통공된 원형 구멍(154)를 갖는 압입블럭(151)을 구비하며,

상기 압입블럭(151)의 외면에는 돌출 및 음각 형태로 이루어지는 걸림단턱(151-1), 수용홈(151-3) 및 마찰단턱(151-2)은 상기 음각홈(133)의 내주면에 억지 끼움 압입형태로 고정체결되도록 한 다음,

상기 마찰단턱(151-2)과 걸림단턱(151-1) 사이에는 수용홈(151-3)을 구비하여 기밀패킹(153)에 의해 기밀이 유지되도록 작동하며,

상기 구멍(154)과 나사축봉(142)의 기밀을 유지할 수 있도록 삽입공간(156)을 구비하여 그 내부에 Y패킹(155)을 구비하여 내부에서 외부로 누출되는 것을 방지하도록 작동하고,

상기 삽입공간(156)의 하측에는 상측이 좁고 아래 측으로 넓어지는 라운드면(157)을 구비하여 상기 다이어프램(140)의 연질막(144)이 마찰되면서 가이드되도록 작동하며,

상기 라운드면(157)에 수평방향으로 관통된 공기조절구멍(159)을 구비하여 상기 연질막(144)의 미세작동에 따라 내부 잔존 공기의 압력에 의해 발생할 수 있는 부하를 방지할 수 있도록 작동한다.

도 5 내지 도 13에 도시된 바와 같이 상기 승하강블럭(180)은 상기 다이어프램(140)의 나사축봉(142)의 나사탭(142-1)에 체결되어 고정될 수 있도록 나사체결홈(185)을 구비한 지지축봉(182)에 체결고정되어 상기 승하강블럭(180)이 상·하운동이 이루어지도록 작동하고,

상기 승하강블럭(180)이 상측에는 원형이동블럭(181)을 구비하되, 그 외면 편 측에는 반원형 레일홈(184)을 구비하되, 그 반대 측 타측에는 상기 센서브라켓(170)에 고정설치되는 센서삽입홈(186)을 구비하여,

상기 레일홈(184)에는 상기 제어구간블럭(200)의 음각레일홈(207)과 상기 레일홈(184)에 가이드핀(250)을 끼워져 상기 원형이동블럭(181)의 자체 자전 없이 한 방향으로 상기 제어구간블럭(200)의 내부 이동공간(S)을 따라 이동되도록 작동하며,

도 9에 도시된 바와 같이 상기 센서삽입홈(186)에는 체결볼트(175)에 의해 센서브라켓(170)이 고정설치되도록 한 다음, 상기 센서브라켓(170)에는 편측에는 위치감지핀(172)을 구비하고, 그 반대 측 타측에는 자석(174)이 구비된 지지브라켓(171)에 구비한 다음,

상기 제어구간블럭(200)의 고정음각홈(204)(204-1)에 고정설치된 센서측정묘듈판(260)에 의해 정위치 및 승·하강에 따른 위치를 감지할 수 있도록 작동하고,

상기 정위치 및 승·하강에 따른 위치가 감지된 신호는 상기 컨트롤러(8)에 전달하여 제어로직에 따라 정밀하게 작동되며,

상기 원형이동블럭(181)의 상측 중심에는 음각형태의 나사조절홈(183)을 구비하여 상기 나사조절홈(183)에는 상기 회전블럭(160)의 나사축봉(162)이 나사 결합하여 상기 나사조절홈(183)의 음각된 높이만큼 상기 회전블럭(160)의 정·역회전에 따라 상기 승하강블럭(180) 전체가 높낮이 조절되도록 작동한다.

상기 가이드핀(250)은 최소 1개 내지 4개까지 구비하여 정밀한 승하강블럭(180)을 구비하여도 무방하고 상기 가이드핀(250)의 갯수에 따라 상기 레일홈(184)과 음각레일홈(207)을 따라 구조를 변경하여도 무방하다.

또, 도 5 내지 도 13에 도시된 바와 같이 상기 회전블럭(160)은 상기 승하강블럭(180)에 나사결합되는 나사산(161)을 구비한 가변축봉(162)를 구비하고,

상기 가변축봉(162)의 상측에는 원형판(165)을 구비하여 그 원형판(165)의 중심에는 삽입홈(163)을 구비하여 상기 편심회전축(301)이 축삽되어 수평으로 나사산을 구비한 체결홈(166)에 무드볼트(167)가 체결되어 고정되도록 구비하여 상기 스테핑모터(300)의 편심회전축(301)의 정·역회전에 따라 일체로 회전블럭(160) 같이 회전되도록 작동한다.

도 5 내지 도 13에 도시된 상기 제어구간블럭(200)은 상기 회전블럭(160)과 승하강블럭(180)의 회전운동을 수직 운동으로 변환되도록 작동할 수 있는 이동공간(S) 갖도록 작동하고,

상기 회전블럭(160)은 상기 스테핑모터(300)의 편심회전축(301)에 고정지지된 상태에서 정·역회전에 따라 상기 회전블럭(160)의 하측 중심에 나사산(161)을 구비한 가변축봉(162)이 상기 승하강블럭(180)의 나사조절홈(183)이 나사 결합하여 상기 나사조절홈(183) 음각 깊이만큼 사기 회전블럭(160)이 회전되어 높낮이가 조절되도록 작동하고,

이때 상기 승하강블럭(180)은 관체바디(201) 중심 이동공간(S)의 삽설된 상태에서 편 측에 음각레일홈(207)에 끼워진 가이드핀(250)의 외면을 따라 상기 레이롬(184)이 가이드되면서 자전되지 않고 수직방향으로 승·하강 작동이 이루어질 수 있도록 작동한다.

또한, 상기 관체바디(201)의 편측에는 내부 승하강블럭(180)의 센서삽입홈(186)이 외부로 노출되어 상기 선서브라켓(170)이 용이하게 체결되어 수직방향으로 이동될 수 있도록 센서이동장공(205)을 구비하여 원활한 작동이 이루어질 수 있도록 작동한다.

상기 관체바디(201)의 상측에는 상기 스테핑모터(300)가 결합을 위한 하나 이상 구비되는 체결구멍(203a)을 구비한 모터고정판(203)을 구비하여 정밀하게 체결 고정되도록 하고,

상기 관체바디(201)의 하측에는 바디블럭(130)과 고정체결하기 위해 하나 이상의 체결구멍(203a)을 갖는 바디고정판(202)을 구비하여 견고하게 스테핑(150)과 다이어프램(140)의 작동공간을 확보하면서 체결고정되며,

상기 고정음각홈(204)(204-1)에 끼워져 고정결합되는 센서측정묘듈판(250)에 의해 체결고정되고,

상기 이동공간(S)의 상면에는 상기 스테핑모터(300)이 체결될 때 정밀하게 체결될 수 있도록 원형걸림단턱(206)에 의해 정밀하게 체결될 수 있도록 한다.

도 8에 도시된 바와 같이 스테핑(150)은 상기 다이어프램(140)의 기밀과 수밀이 유지되고 내부 세정유체(3)가 외부로 배출되지 않도록 고온의 온도에서도 구조 및 온도의 변화에 따른 수축과 팽창이 반복되면서도 헐거워지거나 풀림이 없도록 상기 바디블럭(130)과 동일한 재질인 테프론 재질로 구비하여 안전하고 내구성 있도록 한다.

도 6의 (a)(b)에 도시된 바와 같이 상기 마찰단턱(151-2)의 외면에는 외부가 좁고 중심으로 넓은 형태의 사다리꼴 형태의 걸림마찰돌기(D)를 구비하여, 이와 대응되는 상기 바디블럭(130)의 음각홈(133)의 내주면 상측에 음각레일홈(D-1)을 구비하여 걸림이나 이탈을 방지할 수 있도록 작동한다.

상기 컨트롤밸브(100)에는 상기 세정장비(1)에서는 목표 세정유체(3)를 실시간으로 웨이퍼(2)에 배출시킬 때, 안전사고를 방지하고 제품의 문제가 발생됨을 외부 육안 또는 청각으로 알 수 있도록 상기 컨트롤밸브(100)의 외부에서 육안으로 경고음 또는 발광이 이루어질 수 있도록 작동한다.

도 9 내지 도13에 도시된 바와 같이 상기 스테핑모터(300)의 편심회전축(301)과 체결된 회전블럭(160) 사이에는,

작동중에 발생하는 충격을 흡수하여 부정확한 동작, 충격 및 백러쉬를 억제할 수 있도록 상기 편심회전축(301)의 외면에 평행하는 추력을 흡수하는 스러스트 베어링(310)을 구비하여 정밀한 작동이 이루어질 수 있도록 작동한다.

도 3의 연결단자는 상기 컨트롤밸브(100)의 상측으로 외부 컨트롤러(8)에 상기 유량값 데이터(7a)을 실시간으로 전달할 수 있도록 스테핑모터(300)에 연결되거나 스테핑모터(300)에서 직접 상기 컨트롤러(8)에 연결되어도 무방하다.

또, 도 3의 케이스는 상기 컨트롤밸브(100)을 스테핑모터(300)의 상부를 보호 및 외관을 불필요한 부품노출을 방지하기 위한 목적으로 구비하여도 무방하다.

S : 이동공간 D : 걸림마찰돌기
D-1 : 음각레일홈 1 : 세정장비
2 : 웨이퍼 3 : 세정유체
4 : 쳄버 5 : 공급펌프
6 : 튜브라인 7 : 유량계
7a : 유량값 데이터 8 : 컨트롤러
100 : 컨트롤밸브 130 : 바디블럭
131, 132 : 배출라인 131a, 132a : 구멍
133 : 음각홈 133a : 음각레일홈
134 : 걸림턱 135 : 삽입홈
136 : 바디 140 : 다이어프램
141 : 단턱관 142 : 나사축봉
142-1 : 나사탭 143 : 가이드패킹
144 : 연질막 150 : 스테핑
151 : 압입블럭 151-1 : 걸림단턱
151-2 : 마찰단턱 151-3 : 수용홈
154 : 구멍 155 : Y패킹
156 : 삽입공간 157 : 라운드면
160 : 회전블럭 161 : 나사산
162 : 가변축봉 163 : 삽입홈
165 : 원형판 166 : 체결홈
167 : 무드볼트 170 : 센서브라켓
171 : 블록 172 : 위치감지핀
175 : 체결볼트 180 : 승하강블럭
181 : 이동블럭 183 : 나사조절홈
184 : 레일홈 185 : 나사체결홈
186 : 센서삽입홈 200 : 제어구간블럭
201 : 관체바디 202 : 바디고정판
203 : 모터고정판 203a : 체결구멍
204, 204-1 : 고정음각홈 205 : 센서이동장공
206 : 원형걸림단턱 207 : 음각레일홈
210 : 지지판 250 : 가이드핀
260 : 센서측정모듈판 300 : 스테핑모터
301 : 편심회전축 310 : 스러스트 베어링

Claims

반도체용 웨이퍼 표면 세정장비(1)로부터 웨이퍼(2) 세정에 필요한 세정유체(3)가 목표 정량으로 공급될 수 있도록 하기 위해서, 챔버(4)내 세정유체(3)가 공급펌프(5)를 통해 튜브라인(6)으로 이동시키고, 상기 튜브라인(6)을 통해 이동된 세정유체(3)는 유량계(7)를 통과하면서 측정된 유량값 데이터(7a)를 실시간으로 컨트롤러(8)에 전달하며, 상기 컨트롤러(8)를 통해 실시간으로 전달되는 세정유체(3)의 유량값 데이터(7a)를 분석하여 실시간으로 컨트롤밸브(100)를 목표 정량으로 실시간으로 오차 범위 내에서 공급될 수 있도록 제어되는 세정유체(3)가 웨이퍼(2) 상면에 정밀하게 공급될 수 있도록 하는 컨트롤밸브(100)의 구조에 있어서,

상기 컨트롤밸브(100)는 인입 및 배출라인을 구비한 바디(136)을 구비하고, 상기 바디(136)에 공급된 세정유체(3)는 다이어프램(140)에 의해 기밀이 유지됨과 동시에 내구성을 갖는 바디블럭(130)을 구비하고, 상기 다이어프램(140)의 상측에는 음각홈(133)에 삽설되어 압입으로 체결되는 스테핑(150)을 구비하며, 상기 스테핑(150)의 외면 바디블럭(130)의 상측에는 회전운동을 직선으로 변환시키는 이동공간(S)을 구비한 제어구간블럭(200)을 구비하고, 상기 제어구간블럭(200)의 상측에는 미세각도로 정밀제어되는 스테핑모터(300)를 구비한 것과,

상기 스테핑모터(300)의 하측 중심에는 편심회전축(301)을 구비하고, 상기 편심회전축(301)에는 회전블럭(160)이 결합되어 고정지지 되도록 구비하며, 상기 회전블럭(160)의 하측 중심에는 가변축봉(162)을 구비하되, 그 외면에 나사산(161)을 구비한 것과,

상기 회전블럭(160)은 상기 이동공간(S)에 삽설되되, 상기 회전블럭(160)의 하측 중심에는 승하강블럭(180)과 나사결합 형태로 체결되어 상기 회전블럭(160)의 정·역회전에 따라 상기 승하강블럭(180)이 상·하로 이동되도록 구비하며, 상기 승하강블럭(180)의 하측 중심에는 다이어프램(140)이 체결고정되도록 구비하고, 상기 다이어프램(140)은 상기 가변축봉(162)의 길이만큼 상기 회전블럭(160)이 상·하 이동되도록 구비한 것과,

상기 스테핑(150)은,
원형형태의 압입블럭(151)을 구비하고,
상기 압입블럭(151)의 외면에는 걸림단턱(151-1)과 마찰단턱(151-2)을 구비하며,
상기 걸림단턱(151-1)과 마찰단턱(151-2) 사이에는 수용홈(151-3)을 구비하되, 그 수용홈(151-3)에는 기밀패킹(153)이 끼워지도록 구비하고,
상기 압입블럭(151)의 중심에는 구멍(154)을 구비하며,
상기 구멍(154)의 외주면에는 Y패킹(155)이 끼워져 지지되는 삽입공간(156)을 구비하고,
상기 삽입공간(156)의 아래 측 저 면에는 중심부가 높고 외면으로 낮아지는 라운드면(157)을 구비하고,
상기 라운드면(157)에는 작동중에 발생되는 미세공기압력을 조절하기 위한 수평관통형 공기조절구멍(159)를 구비한 것을 특징으로 한 반도체 세정 공정용 정량 공급을 위한 미소유량 컨트롤밸브 구조
제1항에 있어서,
상기 바디블럭(130)은,
상기 세정유체(3)의 인입 및 배출라인(131)(132)을 구비한 바디(136)을 구비하고,
상기 바디(136)의 상측에는 음각홈(133)을 구비하며,
상기 음각홈(133)의 내주면에는 걸림턱(134)을 형성하되, 그 하단에는 인입라인 및 배출라인 구멍(131a)(132a)을 각각 구비하고,
상기 배출라인 구멍(132a)의 외주면에는 음각레일홈(133a)을 구비하며,
상기 구멍(131a)(132a)의 외측에는 원형 삽입홈(135)을 구비한 것을 특징으로 한 반도체 세정 공정용 정량 공급을 위한 미소유량 컨트롤밸브 구조
제1항에 있어서,
상기 다이어프램(140)은,
상기 바디블럭(130)의 삽입홈(135)에 삽설되는 원형 테두리 형태의 단턱관(141)을 구비하고,
상기 단턱관(141)의 중심 상측에 나사탭(142-1)을 구비한 나사축봉(142)을, 그 하측에는 아래가 좁고 위가 넓은 원형 형태의 가이드패킹(143)이 연질막(144)에 의해 일체로 구비한 것을 특징으로 한 반도체 세정 공정용 정량 공급을 위한 미소유량 컨트롤밸브 구조
제1항에 있어서,
상기 회전블럭(160)은,
원형판(165)을 구비하되, 그 원형판(165)의 아래 측에는 수직 길이방향으로 가변축봉(162)를 구비하되, 그 가변축봉(162)의 외면에는 나사산(161)을 구비하며,
상기 원형판(165)의 상면 중심에는 상기 편심회전축(301)이 고정지지되는 삽입홈(163)을 구비하되, 그 원형판(165)의 외면에는 체결홈(166)을 구비하여 상기 편심회전축(301)이 결합된 상태에서 이탈방지 및 고정지지를 위한 무드볼트(167)가 체결고정되도록 구비한 것을 특징으로 한 반도체 세정 공정용 정량 공급을 위한 미소유량 컨트롤밸브 구조
제1항에 있어서,
상기 승하강블럭(180)은,
나사축봉(162)을 수용하여 나사결합되는 나사조절홈(183)을 구비한 이동블럭(181)을 구비하고,
상기 이동블럭(181)의 외면 편 측에는 수직 길이 방향으로 레일홈(184)을, 그 반대 측 타측에는 센서삽입홈(186)을 구비하며,
상기 이동블럭(181)의 저면 중심에는 나사체결홈(185)을 갖는 지지축봉(182) 을 구비하고,
상기 센서삽입홈(186)에 끼워져 체결볼트(175)에 의해 체결고정되는 블럭(171)을 갖는 센서브라켓(170)을 구비하며,
상기 블럭(171)의 편측에는 위치감지핀(172)과 그 반대측 타측에는 자석(174)이 부착된 지지브라켓(171)을 구비하고,
상기 센서브라켓(170)의 위치감지핀(172)과 자석(174)은 센서묘듈측정판(260)의 측정센서에 상·하이동 및 정위치를 감지할 수 있도록 구비한 것을 특징으로 한 반도체 세정 공정용 정량 공급을 위한 미소유량 컨트롤밸브 구조
제1항에 있어서,
상기 제어구간블럭(200)은,
상측에 스테핑모터(300)와 하측에는 바디블럭(130)을 고정지지하기 위해 체결구멍(203a)을 하나 이상 구비한 모터고정판(203)과 바디고정판(202)을 구비하고,
상기 모터고정판(203)과 바디고정판(202) 사이에는 중심에 수직으로 원형 이동공간(S)을 구비한 관체바디(201)를 구비하며,
상기 관체바디(201)의 편측에는 길이방향으로 센서이동장공(205)을 구비하고,
상기 센서이동장공(205)의 외측에는 센서측정묘듈판(260)이 고정음각홈(204)(204-1)에 끼워져 고정되도록 구비하며,
상기 이동공간(S)의 상측에는 내주면에 원형걸림단턱(206)을 구비하되, 그 하측에는 중심이 통공된 지지판(210)을 구비하며,
상기 이동공간(S) 외주면에는 음각레일홈(207)을 구비하여 가이드핀(250)이 삽설되고정 되도록 구비한 것을 특징으로 한 반도체 세정 공정용 정량 공급을 위한 미소유량 컨트롤밸브 구조
제1항에 있어서,
상기 스테핑(150)은,
상기 음각홈(133)에 삽설된 다이어프램(140)의 기밀과 수밀이 유지되고 내부 세정유체(3)가 외부로 배출되지 않도록 고온의 온도에서도 구조 및 온도의 변화에 따른 수축과 팽창이 반복되면서도 헐거워지거나 풀림이 없도록 상기 바디블럭(130)과 동일한 재질로 구비한 것을 특징으로 한 반도체 세정 공정용 정량 공급을 위한 미소유량 컨트롤밸브 구조
제1항에 있어서,
상기 마찰단턱(151-2)의 외면에는,
외부가 좁고 중심으로 넓은 형태의 사다리꼴 형태의 걸림마찰돌기(D)를 구비하고,
상기 걸림마찰돌기(D)에 걸림될 수 있도록 상기 바디블럭(130)의 음각홈(133)의 내주면 상측에 음각레일홈(D-1)을 구비한 것을 특징으로 한 반도체 세정 공정용 정량 공급을 위한 미소유량 컨트롤밸브 구조
제1항에 있어서,
상기 컨트롤밸브(100)에는,
상기 세정장비(1)에서는 목표 세정유체(3)를 실시간으로 웨이퍼(2)에 배출시킬 때,
상기 세정장비(1)를 통해 제어되는 유량계(7) 및 컨트롤밸브(100)의 실시간 유량값 데이터(7a)를 분석하여 상기 유량계(7)와 컨트롤밸브(100)에서 상기 유량값 데이터(7a)의 오차범위를 벗어나게 되면 상기 컨트롤밸브(100)에 외부에서 육안으로 식별이 가능한 형태의 경고음 또는 발광이 이루어질 수 있도록 구비한 것을 특징으로 한 반도체 세정 공정용 정량 공급을 위한 미소유량 컨트롤밸브 구조
제6항에 있어서,
상기 제어구간블럭(200)의 가이드핀(250)은,
상기 이동공간(S)의 외면에 최소 1개 내지 최대 4개를 구비하거나,
상기 가이드핀(250)은 각형 또는 원형으로 선택적으로 구비한 것을 특징으로 한 반도체 세정 공정용 정량 공급을 위한 미소유량 컨트롤밸브 구조
제1항에 있어서,
상기 스테핑모터(300)의 편심회전축(301)과 체결된 회전블럭(160) 사이에는,
백러쉬 충격을 억제하기 위해서 편심회전축(301)의 외면에 상기 편심회전축(301)의 정, 역회전에 따라 평행하는 추력을 흡수하는 스러스트 베어링(310)을 구비한 것을 특징으로 한 반도체 세정 공정용 정량 공급을 위한 미소유량 컨트롤밸브 구조
삭제