KR100354457B1 - 진공시스템배기방법및장치 - Google Patents

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Abstract

직렬로 연결된 제 1 및 제 2진공펌프들로 이루어 진 배기부를 포함하는 진공시스템을 배기시키는 장치 및 방법 에 있어서, 상기 방법 및 장치는, 제 1진공펌프가 역회전으로부터 정회전으로의 범위에서 동작되고 제 2진공펌프가 단일방향으로 회전됨으로써 진공시스템의 압력제어를 광범위하게 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.

Description

진공시스템 배기방법 및 장치
본 발명은 직렬로 연결된 두개 이상의 진공펌프들을 갖는 진공시스템의 배기방법 및 장치에 관한 것이다.
진공펌프 또는 펌프들을 포함하는 진공시스템은 반도체제조공정 등의 다양한 분야의 기술에 폭넓게 이용되고 있다.
제 7도는 종래의 진공시스템의 구성을 나타낸다 제 7도에 나타낸 바와 같이, 종래의 진공시스템은 트로틀밸브(12)와 배기부를 형성하는 진공펌프(13)가 반응장치(11)에 직렬로 연결되는 구성을 갖는다. 이러한 진공시스템은 다음의 두가지 압력제어방법들중 어느 하나를 채용하고 있다.
한가지 압력제어방법에 있어서, 컨덕턴스(즉, 채널저항의 역수)는 제 8도에 나타낸 바와 같이 스로틀밸브(12)에 의해 제어된다 나머지 압력제어방법에 있어서,펌프회전속도는 제 9도에 나타낸 바와 같이 제어된다. 제 8도 및 제 9도에 있어서, 횡축은 로그(log) 비율의 압력(Torr)을 나타내고, 종측은 로그 비율의 펌핑속도(l/min)를 나타낸다.
그러나, 상기한 종래의 압력제어방법들은 압력제어가 광범위하게 수행될 때 다음의 문제들을 제기한다: 제 10도는 펌핑속도 S와 압력 P(Torr)의 관계에 의한 동작범위를 나타내는 그래프이다. 펌핑속도 S = 2,000(l/min)이고 압력 P = 0.1(Torr)인 점 Pl으로부터 펌핑속도 S = 1(l/min)이고 압력 P = 300(Torr)인 점 P2로의 범위에서 압력제어를 수행하도록 요구되는 경우를 가정하자.
컨덕턴스(즉, 채널저항의 역수)가 스로틀밸브(12)에 의해 제어되는 압력제어 방법에 있어서, 스로틀밸브(12)는 펌핑속도를 2,000(l/min)로부터 1(l/min)로 변화시킬 수 있을 것이다. 스로틀밸브가 펌핑속도 S = 2,000(l/min)에 따라 선택되는 경우에, 펌핑속도 S = 1에서 스로틀밸브의 동작은 0에 근접하게 되어, 시스템의 제어를 어렵게 만든다. 따라서, 제 11도에 나타낸 바와 같이, 두가지 상이한 종류의 스로틀밸브들 즉, 펌핑속도 S =2,000을 위한 스로틀밸브(12-1) 및 펌핑속도 S = 1을 위한 스로틀밸브(12-2)와 배기시스템을 채용할 필요가 있다. 또, 펌핑속도 S = 1을 위한 스로틀밸브가 작은 개구를 갖기 때문에, 이 시스템은 반도체공정 등을 위해 채용되는 경우에, 반응생성물이 배관시스템에 부착되기 쉬움으로써 문제를 일으키게 된다.
펌핑속도가 제어되는 압력제어방법에 있어서, 펌핑속도(S)가 2,000(l/min)로부터 1(l/min)로 변화하도록 펌프의 회전속도를 변화시킬 필요가 있다. 회전속도가100%일 때 2,000(l/min)의 펌핑속도가 얻어진다고 가정하면, S = 1을 얻기 위해서 100/2,000 = 0.05%의 회전속도로 펌프를 작동시키는 것이 필요하다. 그러나, 진공핌프를 이러한 낮은 회전속도로 동작하도록 제어하는 것이 어렵다.
상기의 상황을 고려하여, 본 발명의 목적은 압력제어가 광범위하게 쉽게 수행될 수 있는 진공시스템의 배기방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기한 문제들을 해결하기 위해서, 제 1실시형태에 따르면, 본 발명은 직렬로 연결된 제 1진공펌프 및 제 2진공펌프로 이루어진 배기부를 갖는 진공시스템의 배기방법에 있어서, 제 1진공펌프가 역회전으로부터 정회전(forward rotation)으로의 범위에서 동작되고, 제 2진공펌프가 단일방향으로 회전됨으로써, 진공시스템내의 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 진공시스템 배기방법을 제공한다.
제 2실시형태에 따르면, 본 발명은 직렬로 연결된 제 1진공펌프 및 제 2진공펌프들로 이루어진 배기부를 포함하는 진공시스팀의 배기장치에 있어서, 제 1진공펌프를 역회전으로부터 정회전으로의 범위에서 동작시키고 제 2진공펌프를 단일방향으로 회전시키는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공시스템 배기장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 제 1진공펌프는 제 2진공펌프보다 시스템의 고진공측이 근접하게 배치된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 제 1진공펌프 및 제 2진공펌프들의 동작이 펌프들의 회전속도를 제어함으로써 수행된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 제 1진공펌프 및 제 2진공펌프들은진공시스템으로 소정 가스 또는 가스들을 공급하는 동안 동작된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 제 1진공펌프 및/또는 제 2진공펌프의 회전속도는 진공시스템에 공급된 가스 또는 가스들의 유량에 기초하여 제어된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 제 1진공펌프 및/또는 제 2진공펌프의 회전속도는 진공시스템내의 압력에 기초하여 제어된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 제 1진공펌프 및 제 2진공펌프들이 동작되는 동안 제 2진공펌프의 회전속도가 일정하게 유지된다.
상기한 본 발명의 특징을 갖는 방법 및 장치에 의해서, 진공시스템내의 압력은 다음과 같이 제어된다.
제 2도는 상기한 배기방법 또는 장치를 채용했을 때 펌핑속도(l/min)와 압력(Torr) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 제 2도에서, 곡선(A)은 제 1진공펌프 및 제 2진공펌프가 60Hz로 정방향 회전될 때의 펌프특성들을 나타낸다. 곡선(B)은 제 1진공펌프가 15Hz로 정방향 회전되는 한편, 제 2진공펌프가 60Hz로 정방향 회전될 때의 압력특성들을 나타낸다. 곡선(C)은 제 1진공펌프가 20Hz로 역방향 회전되는 한편, 제 2진공펌프가 60Hz로 정방향 회전될 때의 펌프특성들을 나타낸다. 곡선(D)은 제 1진공펌프가 20Hz로 역방향 회전되는 한편, 제 2진공펌프가 30Hz로 정방향 회전될 때의 펌프특성들을 나타낸다.
제 2도로부티 명확해지는 바와 같이, 적어도 하나의 진공펌프 바람직하게는, 고진공측 진공펌프를 역회전으로부터 정회전으로의 범위(예를 들어, -60Hz로부터+60Hz로의 인버터출력주파수 범위)에서 동작시킴으로써 압력제어를 광범위하게 수행할 수 있다.
진공시스템내의 압력은 진공시스템내로의 가스 또는 가스들을 공급하는 동안 제어될 수도 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적들, 형태들 및 장점들이 본 발명의 바람직한 실시예들을 도시예들로서 나타낸 첨부도면과 관련한 다음 설명으로부터 명확해질 것이다.
이하, 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 제 1도는 본 발명의 배기방법을 수행하는 진공시스템의 구성을 나타내는 블럭도이다. 제 1도에서, 참조번호 11은 반응장치를 지시한다. 반응장치(11)에는, 스로틀밸브(12), 제 1진공펌프(13-1), 및 제 2진공펌프(13-2)가 상기한 순서대로 배관(22)을 거쳐 직렬로 연결된다. 참조번호 14-1은 [반응장치(11)에 근접한] 고진공측 진공펌프(13-1)를 구동시키는 모터를 지시한다. 모터(14-1)의 동작은 인버터(15-1)의 출력에 의해 제어된다. 참조번호 14-2는 저진공측 진공펌프(13-2)를 구동시키는 모터를 지시한다. 모터(14-2)의 동작은 인버터(15-2)의 출력에 의해 제어된다.
참조번호 18은 가스유입구(16)로 연결된 가스공급밸브를 지시하고, 참조번호 19는 가스유입구(16)로부터 반응장치(11)내로 공급된 반응가스의 유량을 검출하는 유량계를 지시하며, 참조번호 20은 반응장치(11)내의 압력을 검출하는 압력계를 지시한다. 유량계(19)와 압력계(20)로부터의 출력은 제어기(21)로 입력된다.제어기(21)는 유량계(19)에 의해 검출된 유량에 기초하여 인버터(15-1 및 15-2)를 통해 모터(14-1 및 14-2)의 회전속도를 각각 조절하여, 압력계(20)에 의해 검출된 압력이 소정값으로 유지된다. 참조번호 17은 배출덕트를 지시한다.
상기한 바와 같이 구성된 진공시스템에 있어서, 인버터(15-1)는 고진공측 제 1진공펌프(13-1)가 역회전으로부터 정회전으로의 범위에서 동작되도록 구성되어 있고, 인버터(15-2)는 저진공측 제 2진공펌프(13-2)가 정회전되면서 그 회전속도가 제어기(21)에 의해 제어되도록 구성되어 있다. 제 1진공펌프(13-1) 및 제 2진공펌프(13-2)를 동작시킴으로써, 가스는 반응장치(11)로부터 스로틀밸브(12), 제 1진공펌프(13-1) 및 제 2진공펌프(13-2)를 통해 배기덕트(17)로 방출된다. 또, 가스공급밸브(18)의 개방도를 제어함으로써, 가스공급원(나타내지 않음)으로부터 반응장치(11)내로 공급되는 가스의 유량이 제어될 수 있다.
제 2도는 제 1도에 나타낸 바와 같이 구성된 진공시스템내에서 고진공측 제 1진공펌프(13-1)와 저진공측 제 2진공펌프(13-2)의 동작조건들이 변화될 때 펌핑속도(l/min)와 압력(Torr) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 제 2도에서, 곡선(A)은 고진공측 제 1진공펌프(13-1)와 저진공측 제 2진공펌프(13-2)가 60Hz로 정회전될 때의 펌프특성들을 나타낸다. 곡선(B)은 제 1진공펌프(13-1)가 15Hz로 정회펀되는 한편, 제 2진공펌프(13-2)가 60Hz로 정회전질 때의 펌프특성들을 나타낸다. 곡선(C)은 제 1진공펌프(13-1)가 20Hz로 역회전되는 한편, 제 2진공펌프(1]-2)가 60Hz로 정회전될 때의 펌프특성들을 나타낸다. 곡선(D)은 제 1 진공점프(13-1)가 20Hz로 역회전되는 한편, 제 2진공펌프(13-2)가 30Hz로 정회전될때의 펌프특성들을나타낸다.
제 2도로부터 명확해지는 바와 같이, 고진공측 제 1진공펌프(13-1)가 60Hz의 정회전으로부터 60Hz의 역회전으로의 범위에서 동작되는 한편, 저진공측 제 2진공펌프(13-2)가 0Hz로부터 60Hz로의 범위에서 정회전되는 경우에, 광범위한 특성이 얻어질 수 있고, 압력제어범위가 넓어진다. 따라서, 고진공측의 제 1진공펌프(13-1)를 역회전시킴으로써 저진공측 제 2진공펌프(13-2)의 성능이 의도적으로 약화되는 경우에도, 압력제어를 광범위하게 수행하는 것이 가능하게 된다.
제 1도에 나타낸 바와 같이 구성된 진공시스템에 있어서, 제 10도에 나타낸 바와 같이 예를 들어, 펌핑속도 S = 2,000(l/min)이고 압력 P = 0.1(Torr)인 점(P1)이 제 1진공펌프(13-1)의 정회전속도를 약 66.6%로 설정함으로써 얻어질 수 있고, 펌핑속도 S = 1(l/min)이고 압력 P = 300(Torr)인 점(P2)이 제 1진공펌프(13-1)의 역회전속도를 약 -30%로 설정함으로써 얻어질 수 있음을 실험적으로 입증하였다. 이 경우에, 제 1진공펌프(13-1)의 동작이 정지된 상태에서, 제 2진공펌프(13-2)의 정회전속도가 감소된다 하더라도, 점 P2(S=1, P=300)를 획득하기 위해서 시스템을 제어하는 것이 어렵다. 다시 말해서, 제 2진공펌프(13-2)의 정회전만으로는 얻어지는 것이 실험적으로 어려운 동작점이 고진공측 제 1진공펌프(13-1)를 역회전시킴으로써 쉽게 얻어질 수 있다.
제 3도 및 제 4도는 고진공측 제 1진공펌프(13-1)의 회전속도가 변화되는 동안 저진공측 제 2진공펌프(13-2)가 고정속도로 동작될 때 펌핑속도(l/min)와 압력(Torr) 사이의 관계를 나타내는 그래프를 각각 나타내며, 여기서 제 3도는 저진공측 제 2진공펌프(13-2)가 60Hz로 동작되는 동작조건을 나타내고 제 4도는 제 2 진공펌프(13-2)가 20Hz로 동작되는 동작조건을 나타낸다.
제 3도예서, 곡선(a, b, c, d 및 e)은 제 1진공펌프(13-1)가 60Hz, 15Hz, 0Hz(정지), -15Hz 및 -60Hz로 각각 동작될 때의 펌프특성들을 나타낸다. 제 4도에서, 곡선(f, g, h, i, j 및 k)은 제 1진공펌프(13-1)가 60Hz, 20Hz, 0Hz(정지), -20Hz, -35Hz, 및 -45Hz로 각각 동작될 때의 펌프특성들을 각각 나타낸다. 제 3도 및 제 4도에 있어서, 직선(Q1, Q2및 Q3)은 가스공급밸브(18)를 통해 반응장치(11)로 공급되면서 가스공급밸브(18)에 의해 제어된(Q1>Q2>Q3) 반응가스의 유량들을 각각 나타낸다.
제 3도 및 제 4도로부터 명확해지는 바와 같이, 회전속도가 정회전(+Hz)으로부터 역회전(-Hz)으로의 범위에서 제어되도록 고진공측 제 1진공펌프(13-1)가 동작되고, 저진공측 제 2진공펌프(13-2)가 제어된 정회전속도로 동작될 때, 반응장치(11)내로 반응가스를 소정 유량으로 공급하는 동안 반응장치(11)내의 압력을 광범위하게 제어할 수 있다.
더 구체적으로는, 제 1도에 나타낸 진공시스템에 있어서, 제어기(21)는 반응장치(11)내의 압력이 목표값으로 유지되도록 제 3도 및 제 4도의 특성곡선들과 유랑계(19)에 의해 검출된 반응가스의 유량에 기초하여 제 1진공펌프(13-1) 및 제 2진공펌프(13-2)의 회전속도를 결정하고, 제 1진공펌프(13-1) 및 제 2진공펌프(13-2)가 소정 회전속도로 동작되도록 인버터(15-1 및 15-2)를 제어한다. 인버터(15-1및 15-2)는 제 1진공펌프 및 제 2진공핌프들의 소정 회전속도에 대응하는 주파수출력들을 모터(14-1 및 14-2)로 공급한다 반응장치(11)내의 압력은 압력계(20)에 의해 검출되고 제어기(21)에 의해 피드백(feedback)된다. 이때문에, 반응장치(11)내의 압력은 목표값으로 유지된다.
비록 제 1도에 나타낸 진공시스템에서, 가스공급밸브(18) 및 유량계(19)를 포함하는 단일의 가스공급시스템이 반응장치(11)내로 가스를 공급하도록 가스유입구(16)로 연결된 예가 설명되었지만, 가스공급시스템의 개수는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 제 5도에 나타낸 바와 같이, 가스공급밸브(18-1, 18-2, …, 18-n)와 유량계(19-1, 19-2, …, 19-n) 및 유량조절밸브(24-1, 24-2, …, 24-n)을 포함한 n개의 가스공급시스템이 가스유입구(16)에 연결될 수 있고, n개의 상이한 종류의 반응가스들을 포함한 가스가 반응장치(11)내로 공급될 수도 있다.
반응장치(11)와 진공펌프(13-1 및 13-2) 사이를 차단하도록 반응장치(11)와 스로틀밸브(12) 사이에 주(主) 밸브(23)가 설치될 수도 있다.
상기 실시예에서 제 1진공펌프(13-1) 및 제 2진공펌프(13-2)는 단일진공펌프를 각각 포함하는 예가 도시되었지만, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 그 구성은 제 6도에 나타낸 바와 같이 복수의 진공펌프(13-1, 13-2, 13-3, …)가 스로틀밸브(12)를 통해 반응장치(11)에 직렬로 연결되도록 구성될 수도 있고, 이중 하나 이상의 펌프 또는 펌프들이 제 1진공펌프 또는 펌프들로서 동작될 수도 있으며, 나머지 진공펌프 또는 펌프들이 제 2진공펌프 또는 펌프들로 동작될 수 있다. 진공펌프(13-1, 13-2, 13-3, …)는 인버터(15-1, 15-2, 15-3, …)로부터 소정 주파수출력들을 획득하여 소정 회전속도로 각각 회전한다.
제 1진공펌프 및 제 2진공펌프가 상기한 바와 같이 복수의 진공펌프로 구성될 때, 진공시스템내의 압력을 더욱 정밀하고 광범위하게 제어할 수 있다.
또, 상기 실시예에서, 제 1진공펌프는 고진공측에 배치되고 제 2진공펌프는 저진공측에 배치되었지만, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 그 구성은, 제 1진공펌프가 저진공측에 배치되고 제 2진공펌프가 고진공측에 배치되며, 제 1진공펌프가 역회전으로부터 정회전으로의 범위에서 동작되고 제 2진공펌프가 정회전의 범위에서 동작되게 할 수도 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 제 1진공펌프는 역회전으로부터 정회전으로의 범위에서 동작되고, 제 2진공펌프는 정회전의 범위에서 회전됨으로써, 진공시스템의 압력제어를 광범위하게 행할 수 있다.
또한, 진공시스템내로 반응가스 또는 가스들을 공급하는 동안 진공시스템내의 압력을 제어할 수 있다.
제 1도는 본 발명의 배기방법을 수행하는 진공시스템의 구성을 나타내는 블럭도,
제 2도는 제 1도에 나타낸 진공시스템내의 고진공측 진공펌프와 저진공측 진공펌프의 동작조건들이 변화될 때의 펌핑속도와 압력 사이의 관계를 나타내는 그래프,
제 3도는 제 1도의 진공시스템에서 고진공측 진공펌프의 회전속도가 변화되는 동안 저진공측 진공펌프가 고정속도로 동작될 때의 펌핑속도와 압력 사이의 관계를 나타내는 그래프,
제 4도는 제 1도의 진공시스템에서 고진공측 진공펌프의 회전속도가 변화되는 동안 저진공측 진공펌프가 다른 고정속도로 동작될 때의 펌핑속도와 압력 사이의 관계를 나타내는 그래프,
제 5도는 본 발명의 배기방법을 수행하는 다른 진공시스템의 구성을 나타내는 블럭도,
제 6도는 본 발명의 배기방법을 수행하는 또 다른 진공시스템의 구성을 나타내는 블럭도,
제 7도는 종래의 배기시스팅의 구성을 나타내는 도,
제 8도는 스로틀밸브에 의해 컨덕턴스(conductance; 즉 채널저항의 역수)를 제어함으로써 진공시스템내에서 수행되는 압력제어를 설명하는 그래프,
제 2도는 펌프회전속도(펌핑속도)를 제어함으로써 제 7도에 나타낸 진공시스템내에서 수행되는 압력제어를 설명하는 그래프,
제 10도는 펌핑속도와 압력 사이의 관계에 의한 동작범위를 나타내는 그래프, 및
제 11도는 종래의 배기시스템의 구성의 일 예를 나타내는 도이다.

Claims (14)

  1. 직렬로 연결된 제 1진공펌프 및 제 2진공펌프들로 이루어진 배기부를 포함하는 진공시스템의 배기방법에 있어서,
    상기 제 1진공펌프는 역회전으로부터 정회전으로의 범위에서 동작되고, 상기 제 2진공펌프는 단일방향으로 회전되는 것을 특징으로 하는 진공시스템 배기방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1진공펌프는 상기 제 2진공펌프보다 상기 진공시스템의 고진공측에 근접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 진공시스템 배기방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1진공펌프 및 제 2진공펌프들의 회전속도를 제어함으로씨 상기 제 1 진공펌프 및 제 2진공펌프들의 동작이 수행되는 것을 특징으로 하는 진공시스템 배기방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 진공시스템내로 소정 가스 또는 가스들을 공급하는 동안 상기 제 1진공펌프 및 제 2진공펌프들은 작동되는 것을 특징으로 하는 진공시스템 배기방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 및/또는 제 2진공펌프 또는 펌프들의 회전속도는 상기 진공시스템내로 공급된 상기 가스 또는 가스들의 유량에 기초하여 제어되는 것을 특징으로 하는 진공시스템 배기방법.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 및/또는 제 2진공펌프 또는 펌프들의 회전속도는 상기 진공시스템 내의 압력에 기초하여 제어되는 것을 특징으로 하는 진공시스템 배기방법.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1진공펌프 및 제 2진공펌프가 동작되는 동안 상기 제 2진공펌프의 회전속도가 일정속도로 유지되는 것을 특징으로 하는 진공시스템 배기방법.
  8. 직렬로 연결된 제 1진공펌프 및 제 2진공펌프를 포함하여 이루어진 배기부를 포함하는 진공시스템의 배기장치에 있어서,
    상기 제 1진공펌프를 역회전으로부터 정회전으로의 범위에서 동작시키고, 상기 제 2진공펌프를 단일방향으로 회전시키는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공시스템 배기장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1진공펌프는 상기 제 2진공펌프보다 상기 진공시스템의 고진공측에 근접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 진공시스템 배기장치.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제 1 및 제 2진공펌프들의 회전속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 진공시스템 배기장치.
  11. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 진공시스템내로 소정 가스 또는 가스들을 공급하는 수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 진공시스템 배기장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 진공시스템내로 공급된 상기 가스 또는 가스들의 유량에 기초하여 상기 제 1진공펌프 및/또는 제 2진공펌프의 회전속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 진공시스템 배기장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 진공시스템내의 압력을 검출하는 압력계를 더욱 포함하며, 상기 제어기는 상기 진공펌프내의 압력에 기초하여 상기 제 1진공펌프 및/또는 제 2진공펌프 또는 압력펌프들의 회전속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 진공시스템 배기장치.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제 2진공펌프의 회전속도가 일정속도로 유지되도록 하면서 상기 제 1진공펌프 및 제 2진공펌프를 동작시키는 것을 특징으로 하는 진공시스템 배기장치.
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