KR100485586B1 - 크라이오 펌프의 배출관 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 크라이오펌프의 배출관에 관한 것이다.
본 발명의 크라이오 펌프의 배출관에는, 상기 배출관의 내부에 설치되어 전, 후진 이동하는 피스톤과; 상기 피스톤의 내부에 설치되어 상기 배출관으로부터 유입되는 가스의 압력을 감지하는 압력감지기와; 상기 압력감지기에서 감지된 신호를 제 1 밸브로 전달하여 에어가 유입되고, 유입되는 에어로 상기 피스톤이 전진하도록 상기 배출관 상에 직교 방향으로 설치되는 제 1 에어라인과; 상기 압력감지기의 해제 신호가 제 2 밸브로 전달되어 에어가 유입되고, 유입되는 에어로 하여 상기 피스톤이 후진하도록 상기 배출관의 끝단면에 설치되는 제 2 에어라인과; 상기 피스톤과 상기 배출관의 내측에 복수개 설치되어 상기 피스톤을 지지하고 실링하는 피스톤 가이드와; 상기 피스톤의 후단에 해당하는 상기 배출관 내측에 설치되어 상기 피스톤의 이동을 한정하는 스토퍼와; 상기 배출관의 직교 방향으로 설치되어 상기 피스톤의 전진 이동에 따라 공정가스가 배출되는 가스배기관으로; 구성되는 것을 특징으로 한다. 따라서 사용자가 원하는 일정 압력까지 가스의 압력을 유지시킨 후에 질소가스가 충분히 공정가스와 희석되었을 때 배출시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

크라이오 펌프의 배출관{GAS EXHAUST OF CRYO PUMP}
본 발명은 반도체소자 제조를 위한 이온주입 공정용 크라이오 펌프에 관한 것으로써, 이온주입 공정에 사용되는 크라이오 펌프의 내부를 정화하기 위하여 정화질소가스를 주입 후, 질소가스와 공정 가스를 배출하기 위한 크라이오 펌프의 배출관에 관한 것이다.
크라이오 펌프(cryo pump:극저온 진공 펌프)는 낮은 온도의 극저온 스테이지 상에 가스분자를 응결함으로써 주변 대기로부터 가스를 제거한다.
도 1은 종래의 크라이오 펌프의 단면도이다. 크라이오 펌프(1)는 제 1스테이지(20) 및 제 2스테이지(30)와 2단(段) 극저온 냉동기(40)가 내장된 하우징(10)과, 상기 하우징(10)의 개구 말단부에는 플랜지(11)가 장착된다.
실시예의 극저온 냉동기(40)는 지포드-맥마혼(Gifford-McMahon) 냉각 사이클을 통하여 냉각을 달성하는 2단 냉동기이고, 압축 헬륨가스를 팽창시키면서, 제 1, 2 스테이지(20, 30)로부터 열을 빼앗는다. 이 냉동기(40)는 모터(42)에 의해 구동되며, 공급라인(13)을 통하여 정화 질소가스가 공급된다.
대기 중의 가스분자를 응결시킴으로써 제 1, 2 스테이지(20, 30)는 본질적으로 진공 챔버 내의 진공을 달성한다. 자유부유 가스분자가 극저온 스테이지에 부딪힐 때, 스테이지는 가스분자로부터 열에너지를 빼앗는다. 가스분자가 열에너지를 충분히 빼앗기면, 그 상(phase)은 제 1, 2 스테이지(20, 30) 상에 증기에서 고체 응축물로 변환될 것이다. 따라서, 제 1, 2 스테이지(20, 30) 상에 가스가 응축 및/또는 흡착되면서, 두 진공 챔버와 작업 챔버 내에 높은 진공이 만들어진다.
일단 높은 진공이 달성되었다면, 부분적으로 진공된 로드락(load lock)을 통하여 작업 챔버 내부 및 외부로 공정제품이 이동될 수 있다. 로드락과 연결된 작업 챔버의 각 개구부를 통하여 부가적 가스가 작업 챔버로 들어간다. 그 후, 챔버를 다시 진공으로 하고 공정을 위해 필요한 저압력을 제공하기 위해 이 가스는 스테이지상에 응축된다. 시간이 오버되어 스테이지 상에 축적된 응축물의 양이 증가함에 따라 크라이오 펌프의 효율성과 펌프능력은 떨어진다. 또한, 위험한 화학성을 포함할 수도 있는 응축가스의 승화를 야기하는 전력 공급 중단의 가능성 또는 급속하게 데우는 다른 원인으로 인해, 잠재적 상태 및 안전성 위험뿐만 아니라 작업 챔버 내의 공정제품에 손상의 위험이 있다.
따라서, 응축가스를 제 1, 2 스테이지(20, 30)에서 방출시키기 위한 제어 계획 하에서 제 1, 2 스테이지(20, 30)를 데우는 재생 과정이 한 달에 2회 정도 주기적으로 필요하다. 이 방출된 가스는 배출관(14)을 통하여 진공 챔버로부터 제거된다. 이 배출관(14)은 크라이오 펌프의 불시 작동정지의 경우에 승화하는 가스의 배출구를 제공할 수 있다.
도 2는 종래의 크라이오 펌프의 가스 배출관에 설치된 릴리프 밸브의 구성을 도시한 것이다. 릴리프 밸브(50)는 고진공시 기압차에 의해 닫혀져 있고 정화가스의 공급시 가스의 압력에 의해 개방되는 장치이다.
릴리프 밸브(50)는 밸브헤드(52)와 밸브헤드(52)의 하방으로 연결되고 일단은 고정된 스프링(54)과 밸브헤드(52)와 대기를 실링 하여주는 오링(56)으로 구성된다.
작동은, 배출되는 가스의 압력이 높아지면 밸브헤드(52)를 지탱하고 있는 스프링(54)의 압력을 넘어서 밸브헤드(52)가 개방된다. 압력이 해지되면 스프링(54)의 복원력으로 밸브헤드(52)가 닫히게 된다.
그러나 밸브헤드(52)의 계속되는 반복 작동으로 스프링(54)의 강도가 약해져밸브헤드(52)가 쉽게 열리게 된다. 때문에 낮은 압력 상태의 공정가스가 충분히 희석되지 못한 상태에서 배출되어 장시간의 정화 작업이 필요하고, 질소가스가 낭비되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 결점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 사용자가 원하는 일정 압력까지 가스의 압력을 유지시킨 후에 질소가스가 충분히 공정가스와 희석되었을 때 배출시킬 수 있도록 한 크라이오 펌프의 배출관을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 질소정화가스의 공급으로 충분히 희석된 공정가스가 배출되는 크라이오 펌프의 배출관에 있어서; 상기 배출관의 내부에 설치되어 전, 후진 이동하는 피스톤과; 상기 피스톤의 내부에 설치되어 상기 배출관으로부터 유입되는 가스의 압력을 감지하는 압력감지기와; 상기 압력감지기에서 감지된 신호를 제 1 밸브로 전달하여 에어가 유입되고, 유입되는 에어로 상기 피스톤이 전진하도록 상기 배출관 상에 직교 방향으로 설치되는 제 1 에어라인과; 상기 압력감지기의 해제 신호가 제 2 밸브로 전달되어 에어가 유입되고, 유입되는 에어로 하여 상기 피스톤이 후진하도록 상기 배출관의 끝단면에 설치되는 제 2 에어라인과; 상기 피스톤과 상기 배출관의 내측에 복수개 설치되어 상기 피스톤을 지지하고 실링하는 피스톤 가이드와; 상기 피스톤의 후단에 해당하는 상기 배출관 내측에 설치되어 상기 피스톤의 이동을 한정하는 스토퍼와; 상기 배출관의 직교 방향으로 설치되어 상기 피스톤의 전진 이동에 따라 공정가스가 배출되는 가스배기관으로; 구성되는 것을 특징으로 하는 크라이오 펌프의 배출관을 제공한다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3a, 3b는 본 발명에 따른 크라이오 펌프의 배출관의 사용 상태도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 크라이오 펌프의 배출관(100)은 일단이 막혀있으며 내부에 피스톤(110)과 압력감지기(120), 제 1, 2 에어라인(130), 가스배기관(140)을 포함한다.
피스톤(110)은 배출관(100)의 내부에서 전, 후진 이동하도록 설치된다.
그리고 피스톤(110)의 내부에 배출관(100)으로부터 유입되는 가스의 압력을 감지하는 압력감지기(120)가 설치된다.
압력감지기(120)는, 일측이 개방된 사각의 본체(121)와, 본체(121)의 내부 끝단에 일단이 고정된 스프링(122)과, 스프링(122)의 타단에 고정된 센서헤드(123)와, 배출관(100) 내측에 설치되어 센서헤드(123)의 위치를 감지하는 마그네틱 센서(124)로 구성된다.
상기 마그네틱 센서(124)는 배출관(100)의 내측에 압력 정도에 따라 위치가 조정되어 설치될 수 있다.
그리고 배출관(100)의 끝단 근접부에 직교 방향으로 제 1 에어라인(130)이 설치된다. 제 1 에어라인(130) 상에는 압력감지기(120)에서 감지된 신호를 전달받아 오픈되어 에어가 유입되고, 유입되는 에어로 상기 피스톤(110)이 전진을 이루도록 하는 제 1 밸브(132)가 설치된다.
그리고 배출관(100)의 끝단면에 제 2 에어라인(140)이 설치된다. 제 2 에어라인(140) 상에는 압력감지기(120)의 해제 신호를 전달받아 오픈되어 에어가 유입되고, 유입되는 에어로 하여 상기 피스톤(110)이 후진하도록 하는 제 2 밸브(142)가 설치된다.
그리고 피스톤(110)을 지지하고 실링할 수 있도록 배출관(100)의 내측과 피스톤(110) 사이에 복수개의 피스톤 가이드(160)가 설치된다.
또한, 피스톤(110)의 후단에 해당하는 배출관(100) 내측에 피스톤(110)의 이동을 한정하는 스토퍼(170)가 설치된다.
스토퍼(170)는 압력감지기(120)에 압력을 집중시키기 위하여 내측으로 경사지게 형성된다.
그리고 피스톤(110)의 전진 이동에 따라 공정가스가 배출되는 가스배기관(150)이 배출관(100)의 직교 방향으로 설치된다.
상기 배출관(100)의 내부 압력을 체크하는 압력게이지(180)가 배출관(100) 상에 설치된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 크라이오 펌프의 배출관의 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 3b를 참조하면, 피스톤(110)이 스토퍼(170)에 지지되고, 가스배기관(150)을 막고 있는 상태에서 크라이오 펌프로부터 공정가스가 유입되면 올라가는 압력이 압력감지기(120)에 미치게 된다.
압력감지기(120)의 본체(121) 내부에 위치한 센서헤드(123)가 스프링(122)을 압축하면서 내부로 들어가게 된다. 센서헤드(123)의 이동은, 압력게이지(180)를 보면서 사용자가 임의적으로 위치해 놓은 마그네틱 센서(124)에 감지된다. 이는 사용자가 원하는 일정 압력까지 가스의 압력을 유지시킨 후에 질소가스가 충분히 공정가스와 희석되었을 때 배출시킬 수 있게 된다.
마그네틱 센서(124)에 감지된 신호가 제 1 에어라인(130) 상의 제 1 밸브(132)를 오픈(open)시키고 에어가 투입된다. 에어의 투입은 피스톤(110)을 전진시키고, 그 피스톤(110)의 전진으로 가스배기관(150)이 개방되어 공정가스가 배출을 이루게 된다.
배출관(100)의 가스압력이 떨어지면 압력감지기(120)의 센서헤드(123)가 스프링(122)의 복원력으로 원위치된다. 따라서 마그네틱 센서(124)에서 해제 신호가 제 2 에어라인(140)의 제 2 밸브(142)를 열고, 제 1 밸브(132)를 닫게 된다.
제 2 에어라인(140)에 공급된 에어는 피스톤(110)을 스토퍼(170)까지 후퇴시켜 가스배기관(150)의 입구를 차단하게 된다.
따라서 압력을 제어하면서 안적적이고 빠르게 가스를 배출할 수 있다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시 예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 크라이오 펌프의 배출관은, 사용자가 원하는 일정 압력까지 가스의 압력을 유지시킨 후에 질소가스가 충분히 공정가스와 희석되었을 때 배출시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 크라이오 펌프의 단면도이고,
도 2는 종래의 크라이오 펌프의 배출관에 설치된 릴리프 밸브의 구성을 도시한 것이고,
도 3a, 3b는 본 발명에 따른 크라이오 펌프의 배출관의 사용 상태도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 배출관 110 : 피스톤
120 : 압력감지기 130, 140 : 제 1, 2 에어라인
132, 142 : 제 1, 2 밸브 150 : 가스배기관
160 : 피스톤 가이드 170 : 스토퍼
180 : 압력게이지

Claims (5)

  1. 질소정화가스의 공급으로 충분히 희석된 공정가스가 배출되는 크라이오 펌프의 배출관에 있어서;
    상기 배출관의 내부에 설치되어 전, 후진 이동하는 피스톤과;
    상기 피스톤의 내부에 설치되어 상기 배출관으로부터 유입되는 가스의 압력을 감지하는 압력감지기와;
    상기 압력감지기에서 감지된 신호를 제 1 밸브로 전달하여 에어가 유입되고, 유입되는 에어로 상기 피스톤이 전진하도록 상기 배출관 상에 직교 방향으로 설치되는 제 1 에어라인과;
    상기 압력감지기의 해제 신호가 제 2 밸브로 전달되어 에어가 유입되고, 유입되는 에어로 하여 상기 피스톤이 후진하도록 상기 배출관의 끝단면에 설치되는 제 2 에어라인과;
    상기 피스톤과 상기 배출관의 내측에 복수개 설치되어 상기 피스톤을 지지하고 실링하는 피스톤 가이드와;
    상기 피스톤의 후단에 해당하는 상기 배출관 내측에 설치되어 상기 피스톤의 이동을 한정하는 스토퍼와;
    상기 배출관의 직교 방향으로 설치되어 상기 피스톤의 전진 이동에 따라 공정가스가 배출되는 가스배기관으로;
    구성되는 것을 특징으로 하는 크라이오 펌프의 배출관.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력감지기는, 일측이 개방된 사각의 본체와, 상기 본체의 내부 끝단에 일단이 고정된 스프링과, 상기 스프링의 타단에 고정된 센서헤드와, 상기 배출관 내측에 설치되어 상기 센서헤드의 위치를 감지하는 마그네틱 센서로, 이루어지는 것을 특징으로 하는 크라이오 펌프의 배출관.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 마그네틱 센서는 상기 배출관의 내측에 압력 정도에 따라 위치가 조정되어 설치되는 것을 특징으로 하는 크라이오 펌프의 배출관.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 배출관의 내부 압력을 체크하는 압력게이지가 설치되는 것을 특징으로 하는 크라이오 펌프의 배출관.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스토퍼는 상기 압력감지기에 압력을 집중시키기 위하여 내측으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 크라이오 펌프의 배출관.
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