KR100501476B1 - 크라이오 펌프 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 크라이오펌프에 관한 것이다.
본 발명의 크라이오 펌프에, 상기 전방어래이의 내측 하면에 설치되어 순간 고열이 발생하는 히터블록과; 상기 히터블록에 연결되어 온도를 제어 및 전원을 공급하는 온도조절기를; 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 히터블록의 설치로, 수분이 흘러내리는 것을 방지할 수 있으며, 전체적으로 재생시 온도 상승 시간을 줄일 수 있다. 또한, 크라이오 펌프 내부의 온도 상승에 의한 재생 시간을 감소시키는 효과가 있다.
Description
본 발명은 반도체소자 제조를 위한 이온주입 공정용 크라이오 펌프에 관한 것으로써, 이온주입 공정에 사용되는 크라이오 펌프의 성능 재생시 제 1스테이지의 재생 효율을 증대시킨 크라이오 펌프에 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.
산업에 이용될 때, 이 플랜지(11)는 작업 챔버를 한정하는 용기 상의 포트에 장착된다. 크라이오 펌프의 전방 개구부(12)를 통하여 작업 챔버로부터 하우징(10)에 의해 한정된 진공 챔버 내로 가스가 이동할 수 있다. 진공 챔버 내에서, 가스는 각 제 1, 2 스테이지(20, 30) 상에 응축된다. 일반적으로, 제 1 스테이지(20)는 제 2 스테이지(30)와 배출될 챔버 사이에 위치한 전방 어래이(array:22) 이외에는 차단되는 하우징(10)으로 이루어진다. 상기 제 1 스테이지(20)는 냉동기(40)에 의해 60K 내지 130K 범위의 온도까지 냉각된다. 작업 챔버로부터 들어오는 수증기와 같은 고비점 가스는 전방 어래이(22) 상에 응축되는 한편, 제 1 스테이지(20)의 나머지는 복사열로부터 제 2 스테이지(30)를 차단하는 기능을 주로 한다. 전형적으로, 제 2 스테이지(30)는 냉동기(40)에 의해 4K 내지 25K로 유지되어, 전방 어래이(22)를 통과하는 저비점 가스를 응축하는데 이용된다. 제 2 스테이지(30) 상에는 수소와 같이, 특히 낮은 비점을 가지는 가스를 제거할 수 있는 흡착성 목탄(32)이 위치한다. 예컨대, 다른 패널은 그 기저부 표면상에 목탄이 있는 적층판을 포함할 수도 있다.
이러한 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 배출 도관(14)을 통하여 진공 챔버로부터 제거된다. 이 배출 도관(14)은 크라이오 펌프의 불시 작동정지의 경우에 승화하는 가스의 배출구를 제공할 수 있다.
그러나 상기 크라이오 펌프의 재생 과정시 제 1 스테이지에 냉각되어진 상태로 고착되어 있던 수분이 흘러내려 챔버를 오염시키거나 고진공 밸브에 고착되어 누수를 발생시켜 파티클의 원인이 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 결점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 제 1 스테이지의 전방어래이에 순간 고열이 발생되는 히터블록을 장착하여 냉각되었던 수분을 가열하고 베이퍼화시켜 펌핑시킴으로써, 수분이 흘러내리는 것을 방지한 크라이오 펌프를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상단 개구부에 플랜지가 형성되고, 하단에 배출도관과 질소가스 공급라인을 구비한 챔버로서, 챔버 내에 있는 펌프영역을 한정하는 하우징과, 상기 하우징 내에 설치되어 제 2 스테이지와 전방어래이를 포함하는 제 1 스테이지와, 상기 제 2 스테이지의 일단과 연결 설치되고 상기 하우징 외부의 모터로 구동되는 2단의 냉동기가 구비된 크라이오 펌프에 있어서; 상기 전방어래이의 내측 하면에 설치되어 순간 고열이 발생하는 히터블록과; 상기 히터블록에 연결되어 온도를 제어 및 전원을 공급하는 온도조절기를; 포함하는 것을 특징으로 하는 크라이오 펌프를 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 2는 본 발명에 따른 크라이오 펌프의 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 크라이오 펌프의 전방 어래이와 히터의 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 크라이오 펌프(1)는 제 1스테이지(20) 및 제 2스테이지(30)와 2단(段) 극저온 냉동기(40)가 내장된 하우징(10)으로 구성된다.
하우징(10)의 상부는 가스가 이동할 수 있는 개구부(12)가 형성되어 있으며, 개구부(12)를 기준으로 외측단에 작업 챔버를 한정하는 용기 상의 포트에 장착하기 위한 플랜지(11)가 형성된다.
그리고 하우징(10)의 하단에 공급라인(13)과 배출도관(14)이 설치된다.
공급라인(13)에서는 정화 질소가스가 공급되며, 배출도관(14)은 응축가스를 하우징(10)에서 방출시키기 위한 제어 계획하에서 하우징(10)을 데우는 재생 과정이 주기적으로 필요하다. 이때 방출된 가스는 배출도관(14)을 통하여 진공 챔버로부터 제거된다. 이 배출도관(14)은 크라이오 펌프의 불시 작동정지의 경우에 승화하는 가스의 배출구를 제공할 수 있다.
그리고 하우징(10)내에는 냉각기(40)와 냉각기(40) 상부에 가스가 응축되어 60K 내지 130K 범위의 온도까지 냉각되는 제 1 스테이지(20)가 설치되고, 제 1 스테이지(20)의 내측에 제 2 스테이지(30)와 전방어래이(22)가 포함하여 설치된다.
냉각기(40)는 지포드-맥마혼(Gifford-McMahon) 냉각 사이클을 통하여 냉각을 달성하는 2단 냉동기로서, 하우징(10)의 외부에 설치된 모터(42)에 의하여 구동된다.
그리고 제 2 스테이지(30)의 일단은 냉동기(40)에 연결되어 있으며, 그 냉동기(40)에 의해 4K 내지 25K로 유지된다.
또한, 제 2 스테이지(30) 상에는 수소와 같이, 특히 낮은 비점을 가지는 가스를 제거할 수 있는 흡착성 목탄(33)이 위치한다. 예컨대, 다른 패널은 그 기저부 표면상에 목탄이 있는 적층판을 포함할 수도 있다.
도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 전방어래이(22)는 통과하는 저비점 가스를 응축하는데 이용되는 것으로서, 직경이 가장 큰 원추형상이 점점 작아지는 원추형상을 포함하며 배열되고, 이들이 상단에서 방사방향으로 고정되어 있다.
그리고 전방어래이(22)의 내측 하면에 순간 고열이 발생하는 히터블록(50)이 설치된다. 상기 히터블록(50)은, 직경이 다른 링형으로 형성되어 각 어래이된 하면에 설치되며, 그 외부는 내식성이 강한 알루미늄 재질이, 내부에는 열전도성과 발열성이 높은 금속재로 구성되는 것이 바람직하다.
히터블록(50)에 대략 200℃ 정도에서 스위칭하며 온도를 제어하는 온도조절기(52)가 연결 설치된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 크라이오 펌프의 작용을 설명하면 다음과 같다.
응축가스를 제 1, 2 스테이지(20, 30)에서 방출시키기 위한 제어 계획 하에서 제 1, 2 스테이지(20, 30)를 데우는 재생 과정이 주기적으로 필요하다.
이 때, 상기 재생시 제 1 스테이지(20)에 냉각되어 있던 수분이 액체 상태로 흘러내리기 전에 히터블록(50)의 온도를 온도조절기(52)에서 대략 200℃까지 급상승시키는 동시에 공급라인(14)에서 질소가스를 공급한다.
히터블록(50)의 온도가 200℃에 도달하면, 질소가스의 공급을 중단하고 베이퍼화된 수분을 배출도관(13)으로 펌핑하여 배출하게 된다.
상기 과정을 2∼3회 반복 실시한다.
따라서 재생시 수분으로 인한 오염이 방지되고, 재생 시간이 단축된다.
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 펌프는, 제 1 스테이지의 전방어래이에 순간 고열이 발생되는 히터블록을 장착하여 냉각되었던 수분을 가열하고 베이퍼화시켜 펌핑시킴으로써, 수분이 흘러내리는 것을 방지할 수 있으며, 전체적으로 재생시 온도 상승 시간을 줄일 수 있다. 또한, 크라이오 펌프 내부의 온도 상승에 의한 재생 시간을 감소시키는 효과가 있다.
도 1은 종래의 크라이오 펌프의 단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 크라이오 펌프의 단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 크라이오 펌프의 전방 어래이와 히터의 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 하우징 11 : 플랜지
12 : 개구부 13 : 공급라인
14 : 배출도관 20 : 제 1 스테이지
22 : 전방 어래이(array) 30 : 제 2 스테이지
33 : 목탄 40 : 냉동기
50 : 히터블록 51 : 온도조절기
Claims (2)
- 상단 개구부에 플랜지가 형성되고, 하단에 배출도관과 질소가스 공급라인을 구비한 챔버로서, 챔버 내에 있는 펌프영역을 한정하는 하우징과, 상기 하우징 내에 설치되어 제 2 스테이지와 전방어래이를 포함하는 제 1 스테이지와, 상기 제 2 스테이지의 일단과 연결 설치되고 상기 하우징 외부의 모터로 구동되는 2단의 냉동기가 구비된 크라이오 펌프에 있어서;상기 전방어래이의 내측 하면에 설치되어 순간 고열이 발생하는 히터블록과;상기 히터블록에 연결되어 온도를 제어 및 전원을 공급하는 온도조절기를 포함하며,상기 제 1, 2 스테이지에 응축된 가스를 승화 배출할 경우, 상기 온도조절기에 의해 상기 히터 블록으로 동작시켜 온도를 급상승시키며 상기 질소 가스 공급라인을 통해 질소가스를 공급하고, 상기 히터블록의 온도가 설정 온도가 되면 상기 질소가스 공급을 중단하고 승화된 가스를 배출도관을 통해 배출하는 것을 특징으로 하는 크라이오 펌프.
- 제 1 항에 있어서,상기 히터블록은, 그 외부는 내식성이 강한 알루미늄 재질이, 내부에는 열전도성과 발열성이 높은 금속재로 구성되는 것을 특징으로 하는 크라이오 펌프.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102541710B1 (ko) | 2022-09-23 | 2023-06-13 | 크라이오에이치앤아이(주) | 내장형 히터를 구비하는 크라이오 펌프 |
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| Publication number | Publication date |
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| KR20040070604A (ko) | 2004-08-11 |
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