WO2016003153A1 - 대전체의 정전하 감지기 및 그 측정 장치 - Google Patents

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WO2016003153A1
WO2016003153A1 PCT/KR2015/006690 KR2015006690W WO2016003153A1 WO 2016003153 A1 WO2016003153 A1 WO 2016003153A1 KR 2015006690 W KR2015006690 W KR 2015006690W WO 2016003153 A1 WO2016003153 A1 WO 2016003153A1
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WO
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conductive
plate
electromagnets
conductive rod
electrostatic charge
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Application number
PCT/KR2015/006690
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English (en)
French (fr)
Inventor
이동훈
정용철
이상덕
김희묵
김성훈
권태규
Original Assignee
(주)선재하이테크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)선재하이테크 filed Critical (주)선재하이테크
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/24—Arrangements for measuring quantities of charge

Definitions

  • the present invention relates to an electrostatic charge detector and a measuring apparatus thereof, and more specifically, generates a predetermined current in a conductive plate by using a conductive shutter plate that opens and closes a conductive plate spaced a predetermined distance from the charged body at predetermined cycles.
  • the present invention relates to an "electrostatic charge detector and its measuring device" capable of detecting and measuring the amount of electrostatic charge present in the electrical charge by converting it into a voltage.
  • the electrostatic charge detection technology refers to a technology for detecting a change in external input and external state, the presence of a charge using a change in the electrostatic charge, and the electrostatic charge detection technology uses a change in the electrostatic charge to touch a user.
  • Level sensing device that detects the level of the measured object by using the capacitance that rises as it approaches the electrode included in the level sensing device as the liquid having a higher dielectric constant than air and powder phase particles rises It is a device used to measure the level (height) of liquid, liquid particles, or powder particles in an automated device or personal device.
  • FIG. 1 discloses a non-contact electrostatic charge technique for sensing the electrostatic capacitance in a non-contact manner, the prior patent document rotating around a motor axis.
  • the theoretical concept of an "electric field mill” that converts the amount of charge induced in a sensing electrode into a current using a shutter is described.
  • the present invention relates to another type of the conventional non-contact electrostatic charge detector described above, which is installed in a film manufacturing line, a semiconductor manufacturing line, a display manufacturing line, or the like, and is capable of detecting a static charge present in a film, a wafer, a display, etc. in real time.
  • a sensor of structure We propose a sensor of structure.
  • Another object of the present invention is to provide a static charge detector that can be used safely in a semiconductor process, such as low noise and eliminate the risk of dust and the like.
  • the present invention periodically measures the amount of static charge induced in the conductive plate by the electrostatic charge of the charger using a shutter that periodically shields the conductive plate that is spaced a predetermined distance from the Daecheonje.
  • the purpose of the present invention is to propose a measuring device capable of detecting a quantity and measuring the amount of electrostatic charge present in the battery in real time.
  • the detector for measuring the electrostatic charge of the charged body which is the first embodiment proposed by the present invention
  • First and second electromagnets horizontally spaced apart
  • a conductive rod having a predetermined length positioned between the first and second electromagnets and disposed in a direction perpendicular to the magnetic field generated by the first and second electromagnets;
  • a permanent magnet disposed between the first and second electromagnets and attached to one side of the conductive rod and disposed in a direction perpendicular to a direction of a magnetic field generated by the first and second electromagnets and a length direction of the conductive rod;
  • a conductive shutter plate attached to one end of the conductive rod
  • a conductive plate disposed under one side of the conductive shutter plate and configured to induce a predetermined charge by the static electricity of the charging member
  • the conductive shutter plate When the permanent magnet is periodically rotated according to the operation of the first and second electromagnet, the conductive shutter plate periodically shields the conductive plate in accordance with the rotation of the conductive rod attached to the permanent magnet.
  • one side of the elastic member is attached to the upper side and one lower side of the conductive rod, and the other side of the elastic member is attached to the insulating substrate in accordance with the operation of the first and second electromagnets When the permanent magnet rotates, the conductive rod can be rotated.
  • a predetermined reference voltage may be applied to the conductive rod.
  • First and second electromagnets horizontally spaced apart
  • a conductive rod having a predetermined length positioned between the first and second electromagnets and disposed in a direction perpendicular to the magnetic field generated by the first and second electromagnets;
  • a permanent magnet disposed between the first and second electromagnets and attached to one side of the conductive rod and disposed in a direction perpendicular to a direction of a magnetic field generated by the first and second electromagnets and a length direction of the conductive rod;
  • a conductive shutter plate attached to one end of the conductive rod
  • a conductive plate disposed under one side of the conductive shutter plate to induce a predetermined charge by the static electricity of the charger
  • a non-inverting amplifier having an input terminal connected to the conductive plate
  • An inverting amplifier receiving the output signal of the non-inverting amplifier
  • a switching unit periodically selecting output signals of the non-inverting amplifier and the inverting amplifier
  • It consists of an amplifier of the output terminal receives the output voltage of the non-inverting amplifier or inverting amplifier output through the switching unit,
  • the conductive shutter plate When the permanent magnet is periodically rotated according to the operation of the first and second electromagnets, the conductive shutter plate periodically shields the conductive plate in accordance with the rotation of the conductive rod attached to the permanent magnet, and the predetermined portion of the conductive plate is fixed to the conductive plate. It generates a current and is supplied to the non-inverting amplifier.
  • the electrostatic charge detector since the magnitude of the electrostatic charge existing in the charge can be sensed in real time, an immediate follow-up of the charge such as a wafer or a display having a certain level or more of static electricity (for example, a threshold or higher) is performed immediately. Actions can be taken and they can be manufactured in a compact form, making them easy to install in tight spaces.
  • Figure 2 is a static charge detector of the charging body proposed in the present invention.
  • FIG. 3 is a view for explaining the operation of the electrostatic charge detector shown in FIG.
  • FIG. 4 is a view for explaining the function of the electrostatic charge measurement apparatus using the electrostatic charge detector shown in FIG.
  • 5 to 8 are diagrams illustrating a change in position between the conductive shutter plate 140 and the conductive plate 150 shown in FIG. 4 in chronological order.
  • the electrostatic charge detector according to the present invention shown in FIG. 2 is for real-time measurement of the amount of electrostatic charge in the charging apparatus 200, and is located between two electromagnets 110 and 112 for generating magnetic flux and two electromagnets.
  • the two electromagnets 110 and 112 for generating the variable magnetic flux are spaced apart by a predetermined interval in the horizontal direction and are synchronized with each other to periodically generate a magnetic field in the same direction. That is, the electromagnets 110 and 112 of FIG. 2 periodically generate magnetic fields in the right and left directions.
  • a metal conductive rod 130 having a predetermined length is positioned between the electromagnets 110 and 112.
  • the conductive bar 130 is disposed in a direction perpendicular to the induced magnetic field generated by the electromagnets 110 and 112. That is, it is arrange
  • the permanent magnet 120 is attached to one side of the conductive rod 130.
  • the permanent magnet 120 having the N pole and the S pole is attached to one side of the conductive rod 130 using an adhesive or the like so as to be positioned between the electromagnets 110 and 112 spaced apart from each other.
  • one end of the spring which is an elastic member, is attached to the upper and lower sides of the conductive rod 130 to which the permanent magnet 120 is attached, and the other end of the spring is disposed on one side of the substrate (not shown) on which the electrostatic charge detector of the present invention is mounted. It is fixedly attached by a joining method such as soldering or the like.
  • the material of the spring used in the present invention has the highest strength among the copper alloy, beryllium copper excellent in corrosion resistance, heat resistance copper, wear resistance, fatigue limit, spring characteristics.
  • the directions of the N pole and the S pole of the permanent magnet 120 are preferably arranged in a direction perpendicular to the direction of the magnetic field generated by the electromagnets 110 and 112 and the longitudinal direction of the conductive rod 130.
  • the permanent magnet 120 is attached to one side of the conductive rod 130 in a direction penetrating the ground.
  • the S pole of the permanent magnet 120 is attached to the conductive rod in the present invention, even if the N pole is attached, the operation of the present invention is the same.
  • a conductive shutter plate 140 is attached to one end of the conductive rod 130.
  • the conductive shutter plate 140 serves to periodically shield a predetermined area or the entire area of the conductive plate 150 to be described later, and the shape thereof may be variously selected as necessary, such as a rectangle, a rectangle, a circle, and the like. The shape of can also be selected in various ways.
  • the permanent magnet 120 is rotated in accordance with the direction of the magnetic field with respect to the central axis of the conductive rod 130 with a spring in the direction of the induction magnetic field formed by the electromagnets (110, 112) As a result, the conductive shutter plate 140 is rotatable.
  • a conductive plate 150 in which a predetermined electric charge is induced by the static electricity of the charger 200 is positioned.
  • the conductive plate 150 refers to a conductive plate in which a predetermined charge is induced by the electrostatic force lines of the charging member 200, and the amount of electrostatic charge induced in the conductive plate 150 may vary depending on the material of the conductive plate 150. According to the separation distance between the charged body 200 and the conductive plate 150 may be different. For reference, the difference in the amount of electrostatic charge induced in the conductive plate 150 depends on the material of the conductive plate 150 because the amount of induced charges varies according to the dielectric constant difference of the conductive plate 150.
  • the conductive rod 130 of the present invention is connected to a predetermined reference voltage (Vref), the reference voltage can be selectively set, such as a positive voltage or negative voltage or ground voltage.
  • Vref a predetermined reference voltage
  • the electrostatic charge detector of the present invention is installed at a predetermined distance away from the charging apparatus 200.
  • the conductive plate 150 of the electrostatic charge detector maintains a state facing the charging member 200.
  • a predetermined amount of electric charge (hereinafter referred to as Q) is induced to the conductive plate 150 by the electrostatic force lines of the electric charge 200, and thus the amount of electric charge induced in the conductive plate 150 is increased. It will change from time to time as the static charge changes.
  • the S pole of the permanent magnet 120 moves toward the electromagnet 110 and the N pole moves toward the electromagnet 112. . That is, the permanent magnet 120 is rotated by a predetermined angle in the clockwise direction. Then, the conductive rod 130 to which the permanent magnet 120 is attached also rotates in a clockwise direction, and as a result, the conductive shutter plate 140 attached to one end portion of the conductive rod 130 becomes a predetermined portion of the conductive plate 150. It will shield the area.
  • the predetermined region of the conductive plate 150 shielded by the conductive shutter plate 140 may be formed by the strength of the magnetic field generated by the electromagnets 110 and 112 and the horizontal separation distance between the conductive plate 150 and the conductive shutter plate 140. It may vary.
  • the reason for shielding the conductive plate 150 by rotating the conductive shutter plate 140 is to induce a predetermined current in the conductive plate 150.
  • the charge induced in the conductive plate 150 is variable and the charge changes with time. Since the induction current is generated in the conductive plate 150, the amount of electrostatic charge of the charger can be detected by measuring the voltage.
  • the shapes of the conductive shutter plate 140 and the conductive plate 150 illustrated in FIGS. 5 to 8 are merely examples of the present invention, and the shapes of the conductive shutter plate 140 and the conductive plate 150 are necessary as needed. Is changeable.
  • FIGS. 5 to 8 are positions between the conductive shutter plate 140 and the conductive plate 150 shown in FIG. The figure shows the change in chronological order.
  • the non-inverting amplifier 310 and the inverting amplifier 320 are manufactured as op amps, and the amplification ratio of the inverting amplifier 320 is set to one.
  • the switching unit SW is configured to select the output terminal (a) of the non-inverting amplifier 310 and the output terminal (b) of the inverting amplifier 320 at 180-degree cycles, and outputs at 180-degree cycles at the amplifier 330 at the output stage.
  • the voltage signals output from the terminal a and the output terminal b are amplified and output at a predetermined ratio.
  • the output signal of the amplifier 330 at the output terminal is denoted by Vout.
  • the initial position of the conductive shutter plate 140 is positioned at a reference position that shields half of the conductive plate 150, and then the conductive plate (see FIG.
  • the amount of charge induced in 150 is varied over time.
  • the conductive shutter plate 140 is positioned at the reference position of the conductive plate 150 (see FIG. 5).
  • the conductive shutter plate 140 is located at the reference position of the conductive plate 150 (see FIG. 7).
  • the conductive shutter plate 140 is positioned at the reference position of the conductive plate 150 (see FIG. 5).
  • One cycle t0 to t4 of the conductive shutter plate 140 rotating in the above manner was approximately 16 to 17 Hz in the present invention, but it can be changed at any time according to the moving speed of the charging body.
  • the rotation angle of the conductive shutter plate 140 may vary depending on the size of the conductive plate 150. That is, for example, the left and right rotation angles of the conductive shutter plate 140 may be varied to 60 degrees, 70 degrees, or 100 degrees to 110 degrees, or the like, depending on the size of the conductive plate 150. That is, the rotation angle is an optional matter that can be changed at any time according to the size between the conductive shutter plate 140 and the conductive plate 150.
  • the driving unit 160 controls the direction of the current flowing through the coil of the electromagnet 110, 112 so that the conductive shutter plate 140 operates in the same cycle as above.
  • the conductive shutter plate 140 rotates at a predetermined cycle while moving from the reference position to the full exposure, the reference position, the fully closed position, and the reference position according to the direction of the current flowing through the electromagnets 110 and 112, and thus the conductive plate 150
  • the current induced in is applied to the non-inverting amplifier 310.
  • the switch unit SW is connected to the output terminal a from t0 to t2, and is connected to the output terminal b of the inverting amplifier receiving the output signal of the non-inverting amplifier 310 from t2 to t4.
  • the output voltages of the output terminals a and b selected by the switching unit SW are output to the predetermined output voltage Vout through the amplifier 330 of the output terminal.
  • the reason for switching the switching unit SW at 180 degree periods is because the magnitude of the current induced in the conductive plate 150 is changed in a 180 degree period according to the opening / closing period of the conductive shutter plate 140. This is for outputting and observing.
  • a predetermined + charge is present in the charged member 200
  • a predetermined -charge corresponding to the conductive plate 150 is charged to form a predetermined electric field E in the conductive plate 150.
  • a predetermined -charge (hereinafter, referred to as q) that is charged to the conductive plate 150 will vary.
  • the non-inverting amplifier 310 or the inverting amplifier 320 supplied with the predetermined variable current according to the periodic opening / closing operation of the conductive shutter plate 140 outputs a corresponding voltage at a 180-degree period to the amplifier 330 at the output terminal. ), And as a result, a predetermined output voltage Vout is output.
  • a predetermined current is generated in the conductive plate 150 by the operation of the conductive shutter plate 140 to open and close the conductive plate 150 at a predetermined cycle, which is the non-inverting amplifier 310 or the inverting amplifier. It is supplied to the amplifier 330 of the output terminal via 320. Therefore, by measuring the output voltage of the amplifier 330 of the output terminal it will be possible to measure the amount of electrostatic charge of the charge (200).
  • a predetermined positive voltage may be supplied to the conductive bar 130 connected to the conductive shutter plate 140 as a reference voltage.
  • the reference voltage of the conductive plate 150 is boosted.
  • the reference voltage of the input terminal of the non-inverting amplifier 310 may be raised to a positive level.
  • the output voltage (Vout) is output in a sinusoidal waveform.
  • the phase from the closed shutter plate 140 to the reference position that is, the rotation section of 180 to 360 degrees, the phase will be reversed and output.
  • the amount of static electricity present in the charge may be detected in real time with a predetermined voltage value.
  • the main technical idea of the electrostatic charge detector proposed in the present invention is to arrange a conductive plate between a conductive plate and a conductive plate in which a predetermined charge is induced by the static electricity of the conductive plate, and to face the conductive plate.
  • a conductive shield plate that rotates while periodically shielding a predetermined area, but by periodically rotating the polarity direction of the permanent magnet installed on the conductive rod connected to one side of the conductive shield plate using an electromagnet, the conductive rod and the conductive shield connected thereto
  • the plate is rotated to include such a technical idea, it may be desirable to comprehensively interpret that the same or the same as the technical idea of the present invention may be used even when there is a simple change in shape or a partial change of a component.
  • the amount of electrostatic charge existing in the charge can be sensed in real time. It has the advantage of being able to take immediate action on the whole, and the small size makes it easy to install in tight spaces.

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Abstract

대전체의 정전하 감지기 및 그 측정 장치가 제안된다. 보다 구체적으로는 대전체와 소정 거리 이격되어 있는 도전판을 소정 주기로 개폐하는 도전성 셔터판을 이용하여 도전판에 소정의 전류를 발생시키고 이를 전압으로 변환하여 측정함으로써 대전체에 존재하는 정전하의 양을 감지하고 측정할 수 있는 "대전체의 정전하 감지기 및 그 측정 장치"가 제안된다. 제안된 대전체의 정전하 감지기 및 그 측정 장치를 사용하는 경우 대전체에 존재하는 정전하의 양을 실시간으로 감지할 수 있기 때문에 일정 수준 이상의 정전기를 갖는 웨이퍼 또는 디스플레이 등과 같은 대전체에 대하여 즉각적인 조치를 수행할 수 있다는 이점이 있다. 또한, 소형으로 제작 가능하기 때문에 협소한 공간에 간편하게 설치할 수 있는 이점도 있다.

Description

대전체의 정전하 감지기 및 그 측정 장치
본 발명은 대전체의 정전하 감지기 및 그 측정 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 대전체와 소정 거리 이격되어 있는 도전판을 소정 주기로 개폐하는 도전성 셔터판을 이용하여 도전판에 소정의 전류를 발생시키고 이를 전압으로 변환하여 대전체에 존재하는 정전하의 양을 감지하고 측정할 수 있는 "대전체의 정전하 감지기 및 그 측정 장치"에 관한 것이다.
일반적으로, 정전하 감지 기술은 정전하의 변화를 이용하여 외부 입력 및 외부 상태의 변화, 대전체의 존재 등을 감지하는 기술을 의미하는데, 이러한 정전하 감지 기술은 정전하의 변화를 이용하여 사용자의 터치를 감지하는 터치 감지 장치, 공기보다 큰 유전율을 가진 액체, 분상 입자 등이 상승하면서 레벨 감지 장치에 포함되는 전극으로 가까워짐에 따라 상승하는 정전용량을 이용하여 측정물의 레벨을 감지하는 레벨 감지 장치(산업용 자동화 기기 또는 개인용 기기에 액체, 액상 입자 또는 분상 입자 등의 레벨(높이)을 측정해야 하는 경우 사용되는 장치로 예컨대, 자동차의 오일 탱크 등에 적용되어 오일의 충전량을 측정하는데 사용되기도 하며 자동화 공장에서 충전탱크에 충전되어 제품에 주입되는 주입물의 양을 측정하는 경우에도 사용됨), 정전하의 변화를 이용하여 온도의 변화를 감지하는 온도 감지 장치 등에 사용되고 있으나, 최근 들어서는 반도체 또는 디스플레이 공정 작업중 발생하는 정전하의 수준을 실시간으로 감지할 수 있는 비접촉식 정전하 감지기에 대한 수요가 증대되고 있다.
도 1에 도시된 미국 특허 USPN 8,536,879(발명의 명칭: Rotating electric-field sensor)에는 대전체의 정전 용량을 비접촉 방식으로 센싱하는 비접촉식 정전하 기술이 개시되어 있는데, 선행 특허 문헌에서는 모터 축을 중심으로 회전하는 셔터를 이용하여 센싱 전극에 유도되는 전하의 양을 전류로 변환하는 "electric field mill"에 대한 이론적 개념을 설명하고 있다.
그러나, 이러한 선행 특허 기술의 경우 모터 등을 이용하는 까닭에 소형의 정전하 감지기를 제작이 곤란하다는 점과 진동과 모터 동작으로 인하여 먼지나 분진 등이 발생하여 반도체 또는 평판 디스플레이 설비 내에서 사용하기 곤란하고 소비전력이 크다는 문제점을 내포하고 있다.
이러한 문제점 등을 보완하기 위하여 비접촉식 정정 용량 감지 방법 내지 감지기에 대한 기술은 여러 타입으로 다양하게 연구되고 있지만, 감지기의 사용 장소, 감지 대상 대전체의 종류, 그리고 그 감지 결과의 정확성에 따라 제품의 품질에 많은 차이가 있기에 이러한 점들을 개선한 정전하 감지기에 대한 요구가 증대되고 있는 실정이다.
본 발명은 전술한 종래의 비접촉식 정전하 감지기의 또 다른 형태에 관한 것으로 필름 제조 라인, 반도체 제조 라인이나 디스플레이 제조 라인 등에 설치되어 필름, 웨이퍼, 디스플레이 등에 존재하는 정전하를 실시간으로 감지할 수 있는 새로운 구조의 감지기를 제안하고자 한다.
또한, 본 발명은 소음이 적고 분진 등의 발생 우려를 제거하여 반도체 공정 등에서도 안전하게 사용할 수 있는 정전하 감지기를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다
이를 위하여 본 발명에서는 대천제로부터 소정 거리 이격되어 있는 도전판을 주기적으로 차폐하는 셔터를 이용하여 대전체의 정전하에 의하여 도전판에 유도되는 정전하의 양을 주기적으로 측정함으로써 대전체에 존재하는 정전하의 양을 감지할 수 있도록 함과 아울러 대전체에 존재하는 정전하량을 실시간으로 측정할 수 있는 측정 장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서 제안하는 제 1 실시예인 대전체의 정전하를 측정하기 위한 감지기는,
수평으로 이격되어 있는 제 1 및 제 2 전자석과,
상기 제 1 및 제 2 전자석 사이에 위치하며 상기 제 l 및 제 2 전자석에 의하여 발생되는 자기장에 수직인 방향으로 배치되는 소정 길이의 도전막대와,
상기 제 1 및 제 2 전자석 사이에 위치하고 상기 도전막대의 일측에 부착되며, 상기 제 1 및 제 2 전자석에 의하여 발생하는 자기장의 방향과 상기 도전막대의 길이 방향에 수직한 방향으로 배치되는 영구자석과,
상기 도전막대의 일종단부에 부착되는 도전성 셔터판과,
상기 도전성 셔터판 일측부 아래에 배치되어 상기 대전체의 정전기에 의하여 소정의 전하가 유도되는 도전판을 구비하며,
상기 제 1 및 제 2 전자석의 동작에 따라 상기 영구자석이 주기적으로 회전하면 상기 영구자석에 부착된 상기 도전막대의 회전에 따라 상기 도전성 셔터판이 상기 도전판을 주기적으로 차폐하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 실시예에 있어서, 상기 도전막대의 상부 일측과 하부 일측에는 탄성부재의 일측이 각각 부착되고 상기 탄성부재의 타측은 절연성기판에 부착되어 상기 제 1 및 제 2 전자석의 동작에 따라 상기 영구자석이 회전할때 상기 도전막대가 회전할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 실시예에 있어서, 상기 도전막대에는 소정의 기준전압이 인가될 수 있다.
본 발명에서 제안하는 제 2 실시예인 대전체의 정전하를 측정하는 장치는
수평으로 이격되어 있는 제 1 및 제 2 전자석과,
상기 제 1 및 제 2 전자석 사이에 위치하며 상기 제 l 및 제 2 전자석에 의하여 발생되는 자기장에 수직인 방향으로 배치되는 소정 길이의 도전막대와,
상기 제 1 및 제 2 전자석 사이에 위치하고 상기 도전막대의 일측에 부착되며, 상기 제 1 및 제 2 전자석에 의하여 발생하는 자기장의 방향과 상기 도전막대의 길이 방향에 수직한 방향으로 배치되는 영구자석과,
상기 도전막대의 일종단부에 부착되는 도전성 셔터판과,
상기 도전성 셔터판 일측부 아래에 배치되어 상기 대전체의 정전기에 의하여 소정의 전하가 유도되는 도전판과,
상기 도전판과 연결되는 입력단자를 갖는 비반전 증폭기와,
상기 비반전 증폭기의 출력신호를 수신하는 반전 증폭기와,
상기 비반전 증폭기와 반전 증폭기의 출력신호를 주기적으로 선택하는 스위칭부와,
스위칭부를 통하여 출력되는 상기 비반전 증폭기 또는 반전 증폭기의 출력 전압을 공급받는 출력단의 증폭기로 이루어지며,
상기 제 1 및 제 2 전자석의 동작에 따라 상기 영구자석이 주기적으로 회전하면 상기 영구자석에 부착된 상기 도전막대의 회전에 따라 상기 도전성 셔터판이 상기 도전판을 주기적으로 차폐하면서 상기 도전판에 소정의 전류를 발생시켜 상기 비반전 증폭기로 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 정전하 감지기를 사용하는 경우 대전체에 존재하는 정전하의 크기를 실시간으로 감지할 수 있기 때문에 일정 수준 이상(예컨대 임계치 이상)의 정전기를 갖는 웨이퍼 또는 디스플레이 등과 같은 대전체에 대하여 즉각적인 후속 조치를 취할 수 있으며, 소형으로 제작 가능하기 때문에 협소한 공간에 간편하게 설치할 수 있는 이점도 있다.
도 1은 종래의 정전하 감지 장치의 일예이다.
도 2는 본 발명에서 제안하는 대전체의 정전하 감지기이다.
도 3은 도 2에 도시된 정전하 감지기의 동작을 설명하는 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 정전하 감지기를 이용한 정전하 측정 장치의 기능을 설명하는 도면이다.
도 5~도 8은 도 4에 도시된 도전성 셔터판(140)과 도전판(150) 상호간의 위치 변화를 시간순으로 도시한 도면이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에서 제안하는 정전하 감지기와 그 측정 장치에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에서 제안하는 정전하 감지기이다.
도 2에 도시된 본 발명에 따른 정전하 감지기는 대전체(200)의 정전하 양을 실시간으로 측정하기 위한 것으로, 자속 생성을 위한 2 개의 전자석(110, 112)과, 2개의 전자석 사이에 위치하는 영구자석(120)과, 영구자석(120)이 부착되는 도전막대(130)와, 도전막대(130)의 일종단부에 부착되는 도전성 셔터판(140)과, 도전성 셔터판(140)의 하부에 배치되어 있는 도전판(150)을 포함하여 이루어진다.
이하, 각 구성 요소에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
가변 자속 생성을 위한 2개의 전자석(110, 112)은 수평 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되며 상호 동기되어 동일한 방향으로 자기장을 주기적으로 발생시킨다. 즉, 도 2의 전자석은(110, 112)는 우측 및 좌측 방향으로 자기장을 주기적으로 발생시킨다.
다음, 소정 길이를 갖는 금속 재질의 도전막대(130)가 전자석(110, 112) 사이에 위치한다.
도전막대(130)는 전자석(110, 112)에 의하여 발생되는 유도 자기장에 수직인 방향으로 배치된다. 즉, 도면상에서 윗 방향으로 연장되도록 배치된다.
다음, 도전막대(130)의 일측에는 영구자석(120)이 부착된다. N극과 S극을 갖는 영구자석(120)은 상호 이격되어 있는 전자석(110, 112) 사이에 위치하도록 접착제 등를 이용하여 도전막대(130)의 일측에 부착시킨다. 또한, 영구자석(120)이 부착된 도전막대(130)의 상하측에는 탄성 부재인 스프링의 일단부가 부착되어 있으며 스프링의 타단부는 본 발명의 정전하 감지기가 탑재되는 기판(미도시)의 일측에 납땜 등과 같은 결합 방식에 의하여 고정 부착된다. 참고로, 본 발명에서 사용한 스프링의 재질은 동합금 중에서 강도가 최고이며, 내식성, 내열동, 내마모성, 피로한도, 스프링특성이 우수한 베릴륨 동을 사용하였다.
다음, 영구자석(120)의 N극과 S극의 방향은 전자석(110, 112)에 의하여 발생하는 자기장의 방향과 도전막대(130)의 길이 방향에 수직한 방향으로 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 경우, 도면에 도시된 바와 같이, 지면을 관통하는 방향으로 영구자석(120)이 도전막대(130)의 일측에 부착된다. 참고로, 본 발명에서는 영구자석(120)의 S극을 도전 막대에 부착하였으나, N극을 부착시켜도 본 발명의 동작은 동일하다.
다음, 도전막대(130)의 일종단부에는 도전성 셔터판(140)이 부착된다.
도전성 셔터판(140)는 후술되는 도전판(150)의 일정 영역 또는 전체 영역을 주기적으로 차폐하는 역할을 수행하며 그 형상은 사각형, 직사각형, 원형 등과 같이 필요에 따라 다양하게 선택할 수 있으며, 셔터판의 형상 또한 다양하게 선택할 수 있다.
참고로, 본 발명의 경우, 전자석(110, 112)에 의하여 형성되는 유도 자기장의 방향에 따라 스프링이 부착된 도전막대(130)를 중심축으로 영구자석(120)이 상기 자기장의 방향에 따라 회전함으로써 도전성 셔터판(140)이 회전가능하게 된다.
다음, 도전성 셔터판(140)의 일측부 아래에는 대전체(200)의 정전기에 의하여 소정의 전하가 유도되는 도전판(150)이 위치한다.
도전판(150)은 대전체(200)의 정전기력선에 의하여 소정의 전하가 유도되는 도전성 판을 의미하며 도전판(150)에 유도되는 정전하의 양은 도전판(150)의 재질에 따라 달라질 수 있으며, 대전체(200)와 도전판(150)간의 이격거리에 따라 차이가 날 수도 있을 것이다. 참고로, 도전판(150)에 유도되는 정전하의 양이 도전판(150)의 재질에 따라 차이가 난다는 의미는 도전판(150)의 유전율 차이에 따라 유도 전하량에 차이가 있기 때문이다.
한편, 본 발명의 도전막대(130)에는 소정의 기준전압(Vref)과 연결되는데, 기준전압은 포지티브 전압 또는 네거티브 전압 또는 접지 전압 등과 같이 선택적으로 설정 가능하다.
이하에서는 본 발명에서 제안하는 정전하 감지기의 기본적인 동작의 기술적 개념에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 정전하 감지기를 대전체(200)로부터 소정거리 이격시켜 설치한다.
초기 동작시, 정전하 감지기의 도전판(150)은 대전체(200)와 대향하는 상태를 유지한다.
그러면, 대전체(200)의 정전기력선에 의하여 소정량의 전하(이하, Q라 한다)가 도전판(150)에 유도되며 이렇게 도전판(150)에 유도된 전하의 양은 대전체(200)의 정전하 변화에 따라 시시각각 변하게 될 것이다.
다음, 전자석(110, 112)에 전류를 도전시켜 자기장의 방향이 우측을 향하도록 하면, 영구자석(120)의 S극은 전자석(110) 방향으로 그리고 N극은 전자석(112) 방향으로 이동시킨다. 즉, 영구자석(120)이 시계 방향으로 소정 각도 회전하도록 한다. 그러면, 영구자석(120)이 부착되어 있는 도전막대(130) 또한 시계 방향으로 회전하고 그 결과 도전막대(130)의 일 종단부에 부착된 도전성 셔터판(140)이 도전판(150)의 소정 영역을 차폐하게 된다. 여기서 도전성 셔터판(140)에 의하여 차폐되는 도전판(150)의 소정 영역은 전자석(110, 112)에서 발생되는 자기장의 세기와 도전판(150)과 도전성 셔터판(140)간의 수평 이격 거리에 따라 달라질 수 있다.
본 발명에서, 도전성 셔터판(140)을 회동시켜 도전판(150)을 차폐하는 이유는 도전판(150)에 소정의 전류를 유도시키기 위해서이다.
보다 구체적으로 설명하면, 본 발명에서는 도전성 셔터판(140)에 의하여 도전판(150)의 소정 영역의 상부가 폐쇄되는 경우 도전판(150)에 유도된 전하가 가변되고 전하의 시간에 따른 변화로 도전판(150)에는 유도 전류가 발생하므로 이를 전압으로 측정함으로써 대전체의 정전하 양을 검출할 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명에서 제안하는 대전체의 정전기를 측정하기 위한 정전하 감지기를 이용한 측정 장치의 기술적 사상에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 참고로, 도 5~도8에 도시된 도전성 셔터판(140)과 도전판(150)의 모양은 본 발명의 일예에 불과한 것으로 필요에 따라 도전성 셔터판(140)과 도전판(150)의 모양은 변경 가능한 사항이다.
도 4는 정전하 감지기를 이용하여 대전체의 정전하를 측정하는 측정 장치의 일 실시예이고 도 5~도 8은 도 4에 도시된 도전성 셔터판(140)과 도전판(150) 상호간의 위치 변화를 시간 순으로 도시한 도면이다.
도 4에서, 비반전 증폭기(310)와 반전 증폭기(320)는 op 앰프로 제작하였으며, 반전 증폭기(320)의 증폭비는 1로 설정하였다.
스위칭부(SW)는 180도 주기로 비반전 증폭기(310)의 출력 단자(a)와 반전 증폭기(320)의 출력 단자(b)를 선택하도록 구성하였으며, 출력단의 증폭기(330)에서는 180도 주기로 출력 단자(a)와 출력 단자(b)에서 출력되는 전압 신호를 소정비로 증폭하여 출력하며 본 발명에서는 출력단의 증폭기(330)의 출력신호를 Vout으로 표시하기로 한다.
동작에 있어서, 도전성 셔터판(140)의 최초 위치는 도전판(150)의 절반을 차폐하는 기준 위치에 위치시킨 다음, 도전성 셔터판(140)을 다음과 같이 개폐시키면서 대전체에 의하여 도전판(150)에 유도되는 전하량을 시간에 따라 가변시킨다.
t0 인 경우, 도전성 셔터판(140)이 도전판(150)의 기준 위치에 위치(도 5 참조)
t1 인 경우, 도전판(150)의 완전 노출 (90도 이동); (도 6 참조)
t2 인 경우, 도전성 셔터판(140)이 도전판(150)의 기준 위치에 위치 (도 7 참조)
t3 인 경우, 도전판(150)의 완전 폐쇄 (-90도 이동); (도 8 참조)
t4 인 경우, 도전성 셔터판(140)이 도전판(150)의 기준 위치에 위치 (도 5 참조)
위와 같은 방식으로 회전하는 도전성 셔터판(140)의 1회 주기(t0~t4)는 본 발명을 실시함에 있어서는 대략 16~17Hz이었으나 이는 대전체의 이동 속도에 따라 언제든지 가변 가능하다.
위에서 도전성 셔터판(140)의 회전 각도는 기준 위치에서 좌우 90도로 기술되었으나 도전성 셔터판(140)의 회전 각도는 도전판(150)의 사이즈에 따라 달라질 수 있다. 즉, 도전판(150)의 사이즈에 따라 예컨대 도전성 셔터판(140)의 좌우 회전 각도는 60도, 70도 등으로 가변되거나 100도 110도 등으로 가변될 수 있다. 즉 도전성 셔터판(140)과 도전판(150)간의 사이즈에 따라 회전 각도는 언제든지 변경 가능한 선택적인 사항이다.
이하에서는 도전성 셔터판의 회전에 따른 본 발명의 동작을 설명하기로 한다.
본 발명에 있어서, 구동부(160)는 도전성 셔터판(140)이 위와 같은 주기로 작동하도록 전자석(110, 112)의 코일에 흐르는 전류의 방향을 제어한다.
전자석(110, 112)에 흐르는 전류 방향에 따라서 도전성 셔터판(140)은 기준 위치에서 완전 노출, 기준 위치, 완전 폐쇄, 기준 위치의 순으로 이동하면서 소정 주기로 회전하며, 이에 따라 도전판(150)에 유도된 전류는 비반전 증폭기(310)으로 인가된다.
스위치부(SW)는 t0~t2까지는 출력단자(a)와 연결되고, t2~t4까지는 비반전 증폭기(310)의 출력신호를 수신하는 반전 증폭기의 출력 단자(b)와 연결된다.
스위칭부(SW)에 의하여 선택된 출력단자(a, b)의 출력 전압은 출력단의 증폭기(330)를 통하여 소정의 출력 전압(Vout)으로 출력된다.
스위칭부(SW)를 180도 주기로 스위칭하는 이유는 도전판(150)에 유도되는 전류의 크기가 도전성 셔터판(140)의 개폐 주기에 따라 그 전류의 방향이 180도 주기로 변하기 때문에 동일 극성의 전압으로 출력하며 관찰하기 위함이다.
이하에서는 이러한 본 발명의 동작에 대하여 추가적으로 설명하기로 한다.
먼저, 대전체(200)에 소정의 +전하가 존재하는 경우, 도전판(150)에는 그에 대응하는 소정의 -전하가 대전되어 소정의 전기장(E)가 형성된다.
다음, 전자석(110, 112)에 의하여 도전성 셔터판(140)이 도전판(150) 위를 주기적으로 왕복하면, 도전판(150)에 대전되는 소정의 -전하가 가변되는데, 이는 대전체(200)와 도전판(150) 사이에 유도되는 전기장(E)의 변화를 초래한다.
도전성 셔터판(140)의 회전에 따라 전기장(E)이 변하는 경우, 도전판(150)에 대전되는 소정의 -전하(이하에서는 이를 q라고 한다)가 가변될 것이다. 그 결과, 도전판(150)에 대전되는 전하의 양이 도전성 셔터판(140)의 회전에 따라 실시간으로 변하며 소정의 전류(i=dq/dt)가 발생되어 비반전 증폭기(310)의 입력 단자로 인가된다.
따라서, 도전성 셔터판(140)의 주기적인 개폐 동작에 따라서 소정의 가변 전류를 공급받은 비반전 증폭기(310) 또는 반전 증폭기(320)는 180도 주기로 그에 상응하는 소정의 전압을 출력단의 증폭기(330)로 전달하며, 그 결과 소정의 출력 전압(Vout)이 출력된다.
즉, 본 발명의 경우, 소정의 주기로 도전판(150)을 개폐하는 도전성 셔터판(140)의 동작에 의하여 도전판(150)에 소정의 전류가 발생하고 이는 비반전 증폭기(310) 또는 반전 증폭기(320)를 거쳐 출력단의 증폭기(330)로 공급된다. 따라서, 출력단의 증폭기(330)의 출력 전압을 관찰함으로써 대전체(200)의 정전하 양을 측정할 수 있을 것이다.
한편, 본 발명의 경우 도전성 셔터판(140)과 연결된 도전성 막대(130)에 소정의 포지티브 전압을 기준전압으로 공급할 수 있는데 이렇게 하는 경우 도전판(150)의 기준 전압을 부스팅시키는 기능을 하며 이렇게 함으로써 비반전 증폭기(310)의 입력 단자의 기준 전압을 포지티브 레벨로 상승시킬 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 정전하 감지기를 이용하여 대전체의 정전하를 측정하는 측정 장치를 사용하는 경우 그 출력 전압(Vout)은 사인파형으로 출력된다. 다만, 도전성 셔터판(140)이 폐쇄되었다가 기준 위치로 오기까지의 구간 즉, 180~360도의 회전 구간의 경우 그 위상이 반전되어 출력될 것이다.
이렇게 하는 이유는 전술한 바와 같이, 개폐에 따라 전류의 방향이 180도 마다 달라지는 것을 고려한 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 정전하 측정 장치를 사용하는 경우 대전체에 존재하는 정전기의 양을 소정의 전압치로 실시간으로 검출할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 정전하 감지기의 주요 기술적 사상은 대전체와 상기 대전체의 정전기에 의하여 소정의 전하가 유도되는 도전판 사이에 배치시키고, 대전체와 대향하는 도전판의 소정 영역을 주기적으로 차폐하면서 회전하는 도전성 차폐판을 제공하되, 도전성 차폐판의 일측에 연결된 도전막대에 부설되어 있는 영구자석의 극성 방향을 전자석을 이용하여 주기적으로 회전시킴으로써 도전막대 및 이와 연결된 도전성 차폐판이 회전하도록 한 것으로 이러한 기술적 사상을 내포하는 경우 형상의 단순 변경이나 구성요소의 일부 변경 삭제가 있는 경우에도 본 발명의 기술적 사상과 동일하거나 이를 이용한다고 포괄적으로 해석하는 것이 바람직할 것이다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 대전체의 정전하 감지기 및 그 측정 장치를 를 사용하는 경우 대전체에 존재하는 정전하의 양을 실시간으로 감지할 수 있기 때문에 일정 수준 이상의 정전기를 갖는 웨이퍼 또는 디스플레이 등과 같은 대전체에 대하여 즉각적인 조치를 수행할 수 있다는 이점이 있으며, 소형으로 제작 가능하기 때문에 협소한 공간에 간편하게 설치할 수 있는 이점도 있다.
또한, 본 발명의 경우 전자석을 이용하여 도전성 셔터판을 작동시키는 구조를 제안함으로써 소음이 적고 분진 발생 우려가 없으며 경량화가 가능한 정전하 감지기를 제공할 수 있다는 이점도 가지고 있다.

Claims (6)

  1. 대전체의 정전기를 측정하기 위한 정전하 감지기로서,
    수평으로 이격되어 있는 제 1 및 제 2 전자석과,
    상기 제 1 및 제 2 전자석 사이에 위치하며 상기 제 l 및 제 2 전자석에 의하여 발생되는 자기장에 수직인 방향으로 배치되는 소정 길이의 도전막대와,
    상기 제 1 및 제 2 전자석 사이에 위치하고 상기 도전막대의 일측에 부착되며, 상기 제 1 및 제 2 전자석에 의하여 발생하는 자기장의 방향과 상기 도전막대의 길이 방향에 수직한 방향으로 배치되어 부설되는 영구자석과,
    상기 도전막대의 일종단부에 부착되는 도전성 셔터판과,
    상기 도전성 셔터판 일측부 아래에 배치되어 상기 대전체의 정전기에 의하여 소정의 전하가 유도되는 도전판과
    상기 제 1 및 제 2 전자석의 동작에 따라 상기 도전 막대에 부설되는 영구자석이 상기 도전 막대의 길이 방향을 중심으로 하여 회전할 수 있도록 상기 도전 막대의 상하측을 고정하여 주는 스프링을 구비하며,
    상기 제 1 및 제 2 전자석의 동작에 따라 상기 영구자석이 주기적으로 회전하면 상기 영구자석에 부착된 상기 도전막대의 회전에 따라 상기 도전성 셔터판이 상기 도전판을 주기적으로 차폐하는 것을 특징으로 하는 대전체의 정전하 감지기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스프링 재질은 베릴륨 동인 것을 특징으로 하는 대전체의 정전하 감지기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전막대의 상부 일측과 하부 일측에는 탄성부재의 일측이 각각 부착되고 상기 탄정부재의 타측은 절연성기판에 부착되어 상기 제 1 및 제 2 전자석의 동작에 따라 상기 영구자석이 회전할때 상기 도전막대가 회전 운동할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 대전체의 정전하 감지기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 도전막대에는 소정의 기준전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 대전체의 정전하 감지기.
  5. 대전체의 정전기를 측정하기 위한 정전하 감지기로서,
    대전체와 상기 대전체의 정전기에 의하여 소정의 전하가 유도되는 도전판 사이에 배치되어 상기 대전체와 대향하는 상기 도전판의 소정 영역을 주기적으로 차폐하면서 회전하는 도전성 차폐판을 구비하며,
    상기 도전성 차폐판의 일측에 연결된 도전막대에 부설되어 있는 영구자석의 극성 방향을 전자석을 이용하여 회전시킴으로써 상기 도전막대를 회전시키고 상기 도전막대의 회전에 따라 상기 도전성 차폐판이 회전하는 것을 특징으로 하는 대전체의 정전기를 측정하기 위한 정전하 감지기.
  6. 수평으로 이격되어 있는 제 1 및 제 2 전자석과,
    상기 제 1 및 제 2 전자석 사이에 위치하며 상기 제 l 및 제 2 전자석에 의하여 발생되는 자기장에 수직인 방향으로 배치되는 소정 길이의 도전막대와,
    상기 제 1 및 제 2 전자석 사이에 위치하고 상기 도전막대의 일측에 부착되며, 상기 제 1 및 제 2 전자석에 의하여 발생하는 자기장의 방향과 상기 도전막대의 길이 방향에 수직한 방향으로 배치되는 영구자석과,
    상기 도전막대의 일종단부에 부착되는 도전성 셔터판과,
    상기 도전성 셔터판 일측부 아래에 배치되어 대전체의 정전기에 의하여 소정의 전하가 유도되는 도전판과,
    상기 도전판과 연결되는 입력단자를 갖는 비반전 증폭기와,
    상기 비반전 증폭기의 출력신호를 수신하는 반전 증폭기와,
    상기 비반전 증폭기와 반전 증폭기의 출력신호를 주기적으로 선택하는 스위칭부와,
    스위칭부를 통하여 출력되는 상기 비반전 증폭기 또는 반전 증폭기의 출력 전압을 공급받는 출력단의 증폭기로 이루어지며,
    상기 제 1 및 제 2 전자석의 동작에 따라 상기 영구자석이 주기적으로 회전하면 상기 영구자석에 부착된 상기 도전막대의 회전에 따라 상기 도전성 셔터판이 상기 도전판을 주기적으로 차폐하면서 상기 도전판에 소정의 전류를 발생되어 상기 비반전 증폭기로 공급되는 것을 특징으로 하는 대전체의 정전하 측정 장치.
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