KR100221605B1 - 클라이오 펌프용 헬륨 컴프레서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 공정중 고진공을 형성하기 위한 클라이오(Cryo)펌프의 동작을 수행하기 위한 컴프레서에 관한 것으로 특히, 컴프레서내 여과장치와 컴프레서 전체의 성능 저하 및 수명단축 그리고 클라이오 펌프내부를 오염시키는 원인이 될 수 있는, 컴프레서 내부 미세홀의 미세한 부분이 이물질로 막힐 경우, 이를 검출하는 기능을 첨가하여 검출되면 컴프레서를 점검하고 적절한 조치를 취함으로써 예상되는 피해를 조기에 막을 수 있는 클라이오 펌프용 헬륨 컴프레서를 제공하는데 있다.

Description

클라이오 펌프용 헬륨 컴프레서
제1도는 종래 클라이오 펌프용 헬륨 컴프레서의 구성 예시도.
제2도는 본 발명에 따른 클라이오 펌프용 헬륨 컴프레서의 구성 예시도.
본 발명은 반도체 공정중 고진공을 형성하기 위한 클라이오(Cryo) 펌프의 동작을 수행하기 위한 컴프레서에 관한 것으로 특히, 컴프레서 내부의 미세관이 오물질등으로 막히는 현상을 검출하여 시스템에 고장을 방지할 수 있도록 하기 위한 클라이오 펌프용 헬륨 컴프레서에 관한 것이다.
일반적으로, 클라이오 펌프는 고 진공을 형성하기 위한 매체로 헬륨을 사용하는데, 이때 헬륨을 펌프쪽으로 뿜어내기 위한 컴프레서의 구조는 첨부한 제1도에 도시되어 있는 바와 같이 구성되어 있다.
컴프레서는 클라이오 펌프가 펌핑할 수 있는 근원인 헬륨을 공급하는 장치로서, 도시하지 않은 클라이오 펌프로부터 나온 헬륨을 받아들이는 헬륨 리턴 라인(1)과 클라이오 펌프로 헬륨을 공급하는 헬륨 공급 라인(7)으로 구성되어지고, 상기 헬륨 리턴 라인(1)에는 압력 게이지(2)가 달려있다.
상기 각각의 라인(1, 7)에는 리라이프 벨브(relife v/v)(10A)가 달려 있어 전원 온상태에서 각 라인을 통해 전달되는 헬륨의 량을 일정하게 유지할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 헬륨을 순환시키는 원동력인 펌프 및 실린더 헤드(3)가 있으며, 순환하는 헬륨을 냉각시키는 열교환기(4) 그리고 오일 여과장치인 벌크(bulk)-오일 분리기(separator)(5)와 오일-분진 분리기(6)로 구성되고 각각의 오일 여과장치에는 여과된 오일이 펌프로 되돌아가는 라인이 연결되어 있고, 이 라인에는 필터와 구멍이 위치하여 여과된 오일을 펌프로 이송시키는데 용이하도록 하고 있다.
상기 벌크-오일 분리기(5)에는 여과되는 오일이 많기 때문에 오일 넘침 라인도 상기 펌프(3)와 연결되어 있다. 그리고 마지막으로 오일을 여과하는 흡착기(9)가 헬륨 공급라인 바로 전단에 위치하며 오일-분진 분리기(6)와 상기 흡착기(9)사이에는 헬륨 충전 벨브(10B)가 있다.
또한, 상기 각각의 라인(1, 7)사이에는 상술한 리라이프 벨브(relife v/v)(10A)이외에 전원 오프시 개방되어 있는 정상 오픈 타입의 솔레노이드 벨브(10D)를 더 구비하고 있다.
상기와 같이 구성되는 종래 클라이오 펌프용 컴프레서의 동작을 살펴보면, 헬륨 공급 라인(7)의 고압력 헬륨 공급 벨브(V1)가 닫히고 헬륨 리턴 라인(1)의 저압력 헬륨 벨브(V2)가 개방되면 클라이오 펌프이 냉각 헤드에서 확장한 헬륨이 컴프레서로 되돌아 오게된다.
이에 따라, 펌프(3)에 돌아온 헬륨은 실린더 헤드에서 가압되어 오일증기와 함께 열교환기(4)로 밀리게 되고 이곳에서는 헬륨을 냉각시킨다. 상기 열교환기(4)에서 나온 헬륨은 벌크-오일 분리기(5)에서 처음으로 오일이 여과되고 여과된 오일은 주수(注水)필터(11)와 솔레노이드 벨브(10C) 및 미세 홀(Orifice)(13A)를 거쳐 상기 펌프(3)에 이르게 된다.
또한, 상기 벌크-오일 분리기(5)에서 빠져 나온 헬륨은 오일-미스트(Mist) 분리기(6)로 공급되어지는데, 상기 오일-미스트 분리기(6)에서는 상기 벌크-오일 분리기(5)에서 여과된 오일을 다시한번 더 여과하여 배출하게 된다. 상기 오일-미스트 분리기(6)에서 배출된 오일은 필터(12B)와 미세홀(13B)을 통해 상기 펌프(3)에 이르고, 상기 오일-미스트 분리기(6)에서 분리되어 배출되는 헬륨은 흡착기(9)에서 마지막으로 미세한 오일성분을 여과하여 거의 100％에 가까운 헬륨을 클라이오 펌프로 전달하게 된다.
이때, 클라이오 펌프에 헬륨이 공급되는 과정에서 핼륨 리턴 벨브(V2)는 닫히고 핼륨 공급 밸브(V1)는 개방되어야 하며, 이를 통해 압축된 핼륨이 클라이오 펌프로 전달되는 것이다. 이후, 클라이오 펌프에 보내진 헬륨은 팽창 과정과 기화과정을 통해 기화열이 발생되고 이를 이용하여 클라이오 펌프는 기체 분자들을 펌핑하게 된다.
상술한 바와 같이 동작하는 종래의 클라이오 펌프용 컴프레서에서 미세홀의 구조를 상세히 살펴보면, 상기 미세홀(13A, 13B)은 개방된 관이며 입력부와 출력부가 있는데, 입력부는 폭이 넓은 반면에 출력부는 폭이 미세하여 입력되는 오일이 이곳을 경유하면서 압력과 속도가 증가하여 오일이 펌프로 도달하는데 용이하도록 설치한 것이다.
그러나, 상술한 바와 같은 미세홀의 구조에 의해 오일을 여과하는 과정에서 오일에 이물질이 조금이라도 섞인 경우에는 종종 미세한 폭을 갖는 출력부가 이물질로 막힐 수 있다.
이 경우 현재의 컴프레서는 아무런 검출 기능이 없기 때문에 여과된 오일의 흐름을 막게 되므로 각종 오일 여과장치는 성능저하와 수명단축을 초래할 수 있고, 더욱이 클라이오 펌프도 오일로 오염시키게 될 소지가 발생한다는 문제점이 발생되었다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 컴프레서내 여과장치와 컴프레서 전체의 성능 저하 및 수명단축 그리고 클라이오 펌프내부를 오염시키는 원인이 될 수 있는, 컴프레서 내부 미세홀의 미세한 부분이 이물질로 막힐 경우, 이를 검출하는 기능을 첨가하여 검출되면 컴프레서를 점검하고 적절한 조치를 취함으로써 예상되는 피해를 조기에 막을 수 있는 클라이오 펌프용 헬륨 컴프레서를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 헬륨을 순환시키기 위한 매체로 오일을 사용하는 클라이오 펌프용 헬륨 컴프레서에 있어서, 오일을 저장하고 유입되는 헬륨을 혼합하여 순환시키기 위한 펌프와, 오일과 함께 혼합되어진 헬륨이 순환되는 경로에 위치하며 오일을 분리하는 오일분리수단과, 상기 오일분리수단에서 분리되어진 오일이 상기 펌프로 귀환되는 귀환 경로에 위치하며 입력부는 폭이 넓은 반면에 출력부는 폭이 미세하여 유입되는 오일이 상기 펌프에 쉽게 도달하도록 하는 오일 귀환 촉진수단과, 상기 오일귀환 촉진수단의 입력부와 출력부에 각각 구비되는 오일유속 감지수단과, 제어신호에 따라 컴프레서 동작에 필요한 구동전원의 차단 동작을 수행하는 전원 릴레이, 및 상기 오일유속 감지수단에서 감지되는 신호의 상태를 입력받아 상기 오일귀환 촉진수단의 동작상태를 판단하고 부정확한 동작으로 판단시 상기 전원 릴레이를 제어하여 구동전원이 차단되도록 하는 제어부를 포함하는 데 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
제2도는 본 발명에 따른 클라이오 펌프용 헬륨 컴프레서의 구조를 고시한 예시도로서, 기본 구성은 종래의 것과 동일하며 여과된 오일이 펌프로 되돌아가는 라인에 장착된 각 미세홀의 입력부와 출력부에 각각 속도 센서(VSA, VSA', VSB, VSB')를 설치하고, 상기 속도 센서(VSA, VSA', VSB, VSB')에서 감지되어 출력되는 신호를 감지하여 해당 미세홀의 막힘 여부를 판단할 수 있는 콘트롤러(100)및 상기 콘트롤러(100)에서 임의의 미세홀의 출력부에 형성되어 있는 미세 통로가 어떤 이물질에 의해 막혔다고 판단되는 경우에 출력되는 신호에 의해 컴프레서의 인입 전원를 차단하는 릴레이(100A)로 구성되어 있다.
또한, 도시하지는 않았지만 상기 릴레이(100A)에서 접점의 절환에 의해 경보음을 발생시키는 경보음 발생장치를 구비할 수도 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 클라이오 펌프용 헬륨 컴프레서의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
이하의 동작설명에서 일반적인 클라이오 펌프용 헬륨 컴프레서의 동작은 기존의 동작과 동일 하므로 생략하고, 유속의 검출을 통해 구비되어 있는 미세홀(13A, 13B)의 출력부에 이물질로 막힐 경우 이를 검출하여 컴프레서를 동작 중지시키 그에 따른 경보음 발생과정의 동작만을 설명하면 다음과 같다.
벌크-오일 분리기(5)와 펌프(3)사이에 설치된 제1미세홀(13A)의 오일 입출력부에 오일 유속 감지센서(VSB, VSB')를 구비시키고, 오일-미스트 분리기(6)와 펌프(3) 사이에 설치된 제2미세홀(13B)의 오일 입출력부에 오일 유속 감지센서(VSA, VSA')가 구비되어 있다.
상기 오일 유속 감지센서(VSA, VSA', VSB, VSB')에서 감지되는 데이터는 콘트롤러(100)에 입력되고, 상기 콘트롤러(100)는 전자 릴레이(100A)와 연결되어져 있다.
여기서, 미세홀(13A, 13B)의 미세한 폭을 가진 출력부위가 이물질로 막혀 있을 경우에 상기 미세홀의 전후단에 구비되어 있는 센서(VSA, VSA', VSB, VSB')에서의 검출데이터는 VaVa' 또는 VbVb'가 될 것이다.
이때, Va는 센서(VSA)에서 검출되는 감지 데이터의 크기이며, Va'는 센서(VSA')에서 검출되는 감지 데이터의 크기이고, Vb는 센서(VSB)에서 검출되는 감지 데이터의 크기이며, Vb'는 센서(VSB')에서 검출되는 감지데이터의 크기이다.
일반적인 경우는 미세홀의 구조적인 특성상 전단의 속도나 압력이 좁은 출력부위를 오일이 지나면서 후단의 속도. 압력이 증가할 것이다. 즉 Va<Va' 그리고 Vb<Vb' 형태로 된다.
상술한 바와 같이, 언급한 미세홀 전, 후단의 유속의 출력속도가 Va>=Va' 또는 Vb<=Vb' 가 될 경우 즉, 출력부위가 이물질로 막혔을 경우 각각의 센서(VSA, VSA', VSB, VSB')에서는 콘트롤러(100)로 신호를 보내고, 상기 콘트롤러(100)는 상기 속도센서(VSA, VSA', VSB, VSB')에서 출력되는 신호의 크기를 비교하여 VaVa' 또는 VbVb'로 판단하게 되면 전자 릴레이(100A)에 전원를 공급하게 된다.
그러면, 상기 전자 릴레이(100A)는 컴프레서의 인입측 전원단의 접점을 절환시켜 구동전원이 입력되지 못하도록 하고 그에 따라 컴프레서는 동작이 중지된다. 또한, 경고음 발생장치를 구비한 경우에는 상기 릴레이의 동작에 의해 경보음이 발생하기 시작한다.
상기와 같이 동작하는 본 발명에 따른 클라이오 펌프용 헬륨 컴프레서를 제공하면, 컴프레서 가동시 여과된 오일이 통과되는 미세홀의 미세한 폭을 가진 출력부위가 이물질로 막혀 있을 경우 오일 흐름 속도로 이를 검출하여 컴프레서를 동작 중지시키게 되어 컴프레서를 점검할 수 있어 예상되는 피해 즉 컴프레서내부 헬륨 흐름 라인의 오일오염, 여과장치의 성능저하, 수명단출 및 컴프레서 전체의 성능저하, 수명단축을 미리 예방할 수 있고 내부의 오일오염 또한 방지할 수 있다.

Claims (5)

  1. 헬륨을 순환시키기 위한 매체로 오일을 사용하는 클라이오 펌프용 헬륨 컴프레서에 있어서, 오일을 저장하고 유입되는 헬륨을 혼합하여 순환시키기 위한 펌프와; 오일과 함께 혼합되어진 헬륨이 순환되는 경로에 위치하며 오일을 분리하는 오일분리수단과; 상기 오일분리수단에서 분리되어진 오일이 상기 펌프로 귀환되는 귀환경로에 위치하며 입력부는 폭이 넓은 반면에 출력부는 폭이 미세하여 유입되는 오일이 상기 펌프에 쉽게 도달하도록 하는 오일귀환 촉진수단과; 상기 오일귀환 촉진수단의 입력부와 출력부에 각각 구비되는 오일유속 감지수단과; 제어신호에 따라 컴프레서 동작에 필요한 구동전원 차단 동작을 수행하는 전원 릴레이; 및 상기 오일유속 감지수단에서 감지되는 신호의 상태를 입력받아 상기 오일귀환 촉진수단의 동작상태를 판단하고 부정확한 동작으로 판단시 상기 전원 릴레이를 제어하여 구동전원이 차단되도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 클라이오 펌프용 헬륨 컴프레서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부의 제어신호에 의해 상기 전원 릴레이가 구동전원을 차단하는 경우 경고음을 발생시키는 경고음 발생수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클라이오 펌프용 헬륨 컴프레서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 오일유속 감지수단 중 상기 오일귀환 촉진수단의 입력부에 위치하는 제1오일유속 감지수단에서 발생되는 감지 데이터크기와 출력부에 위치하는 제2오일유속 감지수단에서 발생되는 감지데이터 크기를 비교함으로써 상기 오일귀환 촉진수단의 동작상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 클라이오 펌프용 헬륨 컴프레서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1오일유속 감지수단에서 발생되는 감지데이터 크기가 상기 제2오일유속 감지수단에서 발생되는 감지 데이터 크기 보다 작은 경우 상기 오일귀환 촉진수단의 동작상태를 정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 클라이오 펌프용 헬륨 컴프레서.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1오일유속 감지수단에서 발생되는 감지 데이터 크기가 상기 제2오일 유속감지수단에서 발생되는 감지 데이터 크기보다 작지 않은 경우 상기 오일귀환 촉진수단의 동작상태를 비정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 클라이오 펌프용 헬륨 컴프레서.
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