KR100842977B1

KR100842977B1 - 터보분자펌프

Info

Publication number: KR100842977B1
Application number: KR1020020014737A
Authority: KR
Inventors: 오모리히데키
Original assignee: 에드워즈 가부시키가이샤
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2008-07-01
Also published as: US20020131877A1; DE60200605D1; DE60200605T2; JP2002276587A; KR20020074419A; EP1247987A3; EP1247987A2; EP1247987B1; US6644938B2

Abstract

본 발명은 간단한 구조로 기밀 특성을 잃지 않고, 필요한 범위 내에 전자회로부의 온도 상승을 억제할 수 있는 터보분자펌프를 제공한다. 터보분자펌프의 베이스부에서, 그 하부가 하부 커버로 밀봉된다. 반도체장치는 하부 커버의 내측부에 놓여진다. 기밀 상태의 반도체장치의 열을 하부 커버 외측으로 방출하도록 사용되는 냉각부재를 구비한다.

Description

터보분자펌프{TURBO MOLECULAR PUMP}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터보분자펌프를 도시하는 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시한 터보분자펌프의 전자회로부의 구성을 도시하는 확대 단면도이다.

도 3은 온도이상검출부의 처리 과정을 도시하는 순서도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터보분자펌프의 전자회로부의 구성을 도시하는 확대 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 터보분자펌프의 전자회로부의 구성을 도시하는 확대 단면도이다.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 터보분자펌프의 전자회로부의 구성을 도시하는 확대 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 터보분자펌프 4 : 베이스부

5 : 커넥터 6 : 제어장치

6a : 온도이상검출부 21 : 회전자 축

22a : 상측 레이디얼 자기베어링

22b : 하측 레이디얼 자기베어링

23 : 스러스트 자기베어링

25a : 상측 레이디얼 센서 25b : 하측 레이디얼 센서

26 : 축방향 센서 28 : 전자회로부

31 : 기판 32 : 반도체장치

33 : 냉각부재(냉각수단) 33a : 냉각수 파이프

34 : 방열핀(냉각수단) 34a : 핀

35 : 펠티어소자(냉각수단) 35a : 방열핀

36 : 수열부(냉각수단) 36a : 파이프부

41 : 배기구 42 : 하부 커버

51 : 온도센서(온도검출수단) 52 : 오목부

본 발명은 터보분자펌프에 관한 것으로서, 특히, 간단한 구성에 의해, 기밀 특성을 잃지 않고, 필요한 범위 내에 전자회로부의 온도 상승을 억제할 수 있는 터보분자펌프에 관한 것이다.

터보분자펌프에는, 5축 제어형 자기베어링에 의해 구성된 일본국 특개원 제2000-240649호 공보의 예와 같이, 고주파 모터와 자기베어링에 의해 회전자를 자 기 부상시켜, 회전 블레이드를 비접촉식으로 고속 회전 지지하는 것에 의해, 반도체 제조장치의 처리가스의 진공 배기 등을 실행한다.

터보분자펌프는, 개개에 조정된 고유의 파라미터(예컨대, 기종의 특정, 기종에 대응하는 각종 특성)에 기초로 제어되는 것이 요구되며, 이들 제어 파라미터를 저장하기 위해서, 상기 터보분자펌프는, 본체 내에 전자회로부를 구비하고 있다. 전자회로부는, EEP-ROM 등과 같은 반도체 메모리, 반도체 메모리에 액세스하기 위해 사용되는 반도체소자 등과 같은 전자부품, 및 이 반도체 메모리를 장착하는 기판으로 구성된다.

이 전자회로부는, 터보분자펌프의 하부를 구성하는 베이스부의 중앙 부근에 수용되어, 기밀성의 하부 커버에 의해 밀봉 구성된다. 그리고, 베이스부에는 배기구가 형성되어 있다.

그런데, 터보분자펌프는, 배기구 근방에서 배기가스가 포화수증기압을 초과하는 등의 문제에 의해 생성물이 응결 또는 응착하기 쉽게 된다. 이 문제를 해결하기 위해서, 베이스부는, 일반적으로, 반응생성물 대책으로서 히터 등에 의해 가열되고, 일정의 높은 온도로 유지된다.

이 때문에, 전자회로부는, 베이스부 내에서 고온에 노출된다. 또, 일부 경우에 있어서, 배기 부하의 변동에 의해 전자회로부의 한계 온도를 초과하여, 반도체 메모리에 의한 기억수단이 파괴되는 경우가 있다. 반도체 메모리가 손상되어 데이터가 사라지거나, 데이터 변화가 발생하면, 자기 부상이 행할 수 없게 되거나, 또는 회전수가 최대 회전수 이상으로 되어 위험하게 된다.

본 발명의 목적은 이러한 종래 문제점을 감안한 것으로, 간단한 구성에 의해, 기밀성을 잃지 않고, 필요한 범위 내에 전자회로부의 온도 상승을 억제할 수 있는 터보분자펌프를 제공하는 데에 있다.

이를 위해 본 발명의 터보분자펌프에 따르면, 회전자 블레이드와, 이 회전자 블레이드를 자력에 의해 지지하고, 이 회전자 블레이드의 반경방향위치 및/또는 축방향 위치를 조절하는 자기베어링수단과, 상기 회전자 블레이드를 회전 구동하는 회전구동수단과, 상기 자기베어링수단과 상기 회전구동수단의 하부에 배치되고, 배기구가 형성된 베이스부와, 이 베이스부의 하부에 상기 자기베어링수단과 상기 회전구동수단을 내설하여 밀폐하는 하부 커버와, 이 하부 커버의 내측부에 배치된 반도체장치와, 이 반도체장치의 열을 외부로 도출하는 냉각수단과, 상기 자기베어링수단과 상기 회전구동수단을 회전 제어하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 자기베어링수단은, 반도체장치에 저장된 제어 파라미터에 기초한 제어수단에 의해 동작 제어된다. 반도체장치는 냉각장치를 구비하고 있기 때문에, 반도체장치의 열은 기밀 하에서 외부로 방출된다.

따라서, 베이스부의 온도가 상승할 때에도 반도체장치는 온도 상승이 억제되기 때문에, 그 기능이 유지되고, 안정된 방법으로 제어될 수 있다.

또, 본 발명의 터보분자펌프에 의하면, 상기 반도체장치에는, 이 반도체장치의 온도를 검출하는 온도검출수단이 장착되고, 이 온도검출수단의 검출 온도에 따 라 경보를 출력하고, 동작을 정지하고, 또는 상기 프로세스 중 어느 하나를 실행하는 온도이상검출부를 상기 제어수단에 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 터보분자펌프는, 반도체장치에 관해서 온도검출수단과 온도이상검출부를 구비하므로, 반도체장치의 온도 상태에 따라 경보 출력과 같은 프로세스가 이루어진다. 따라서, 냉각수단의 문제를 안전하게 취급하는 것이 가능하다.

또, 본 발명의 터보분자펌프에 의하면, 상기 냉각수단은 상기 하부 커버의 하면에 배치된 것을 특징으로 한다.

상기 터보분자펌프는, 하부 커버를 통해 열전달을 실행하므로, 특별한 기밀 구조가 요하지 않고, 간단한 구조로 반도체장치를 냉각하는 것이 가능하다.

또, 본 발명의 터보분자펌프에 의하면, 상기 냉각수단은 하부 커버 및 상기 베이스부를 관통하여 배치된 열 파이프를 구비하며, 상기 열 파이프의 수열부에는, 상기 반도체장치가 배치된 것을 특징으로 한다.

반도체장치는 열 파이프에 의해 직접 냉각된다. 또, 비교적 소경의 열 파이프의 관통부에 의해, 기밀 상태를 유지하는 프로세스가 용이하게 실행될 수 있다. 따라서, 간단한 구조는 기밀 특성을 잃지 않고 효과적 방법으로 반도체장치를 집중적으로 냉각되도록 한다.

본 발명의 실시예는 이하 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예의 터보분자펌프(1)를 도시하는 단면도이다.

도 1에서, 터보분자펌프(1)는, 대략 원통형상으로 형성된 외측 하우징(12)에 스페이서(13a)를 통해 다단으로 구성되는 고정자 블레이드(13), 이 고정자 블레이드(13)와 대향하기 위해 다단으로 구성되는 회전자 블레이드(14)를 지지하는 회전자 본체(15), 하부의 베이스부(4) 내부에 장착되는 커넥터(5)를 통해 연결되는 제어장치(6)로 구성된다. 흡입측 플랜지(11)는 외측 하우징(12)의 상단부에 형성되어 있다.

회전자 본체(15)에는 중앙 축으로 기능하는 회전자 축(21)을 포함한다. 이 회전자 축(21)에는, 상측과 하측의 레이디얼 자기베어링(22a)(22b), 회전자 축(21)의 하단을 부상 지지하는 스러스트 자기 베어링(23)이, 부상 지지를 위해 구비된다.

또, 회전자 축(21)에는, 회전구동용의 모터(24) 외에, 상측과 하측의 레이디얼 자기베어링(22a)(22b)에 대응하는 상측과 하측의 레이디얼 센서(25a)(25b), 스러스트 자기베어링(23)에 대응하는 축방향 센서(26), 및 스러스트 자기베어링(23) 내부에 장착되는 보호베어링(27)을 포함한다.

베이스부(4)는 거의 링 형상을 가지며, 그 측부에 배기구(41)가 형성되어 있다. 또, 베이스부(4)의 하면의 중앙 부근에는, 전자회로부(28)가 장착되어 있다. 하부 커버(42)가 전자회로부(28)을 덮도록 기밀 상태로 부착되어 있다.

전자회로부(28)에는, 스러스트 자기베어링(23)의 하단에 부착되는 기판(31)에 반도체장치(32)와 다른 전자부품이 장착되어 있다. 반도체장치(32)는, 기종의 특정, 이 기종에 대응하는 각종 특성과, 제어 파라미터 등을 저장하는 EEP-ROM 등과 같은 반도체 메모리, 및 데이터 액세스에 사용하는 반도체소자를 포함한다. 이 반도체장치(32)에는 냉각부재(33)를 구비하고 있다.

커넥터(5)는, 모터(24) 뿐만 아니라, 각각의 자기 베어링(22a, 22b, 23) 외에, 각각의 리이드를 릴레이 공급하고 이 리이드는 각각의 센서(25a, 25b, 26)와 전자회로부(28)를 중계한다. 이 커넥터(5)를 통해, 각각의 부재는 제어장치(6)에 탈착가능하게 연결된다.

도 2는 도 1에 지시한 터보분자펌프의 전자회로부의 구조를 도시하는 확대 단면도이다.

전자회로부(28)의 반도체장치(32)는, 열전도성 접착제를 사용하여 하부 커버(42)에 형성되는 오목부(52)에 고착된다. 또, 써미스터와 같은 온도센서(51)로 구성되는 온도검출기가 반도체장치(32)의 측부에 부착되어 있다.

하부 커버(42)는 금속 등의 열전도성이 좋은 재질로 형성되고, 그 하면에 냉각수 파이프(33a)가 마련된 냉각부재(33)로 이루어진 수냉식 수냉장치가 구비되어 있다. 냉각부재(33)는 하부 커버(42)를 끼워 반도체장치(32) 부근에 배치된다.

온도센서(51)는 커넥터(5)를 통해 제어장치(6)에 접속된다. 제어장치(6)에는 온도센서(51)에 의해 검출된 온도에 따라 경보 등을 출력하기 위한 처리를 실행하는 온도이상검출부(6a)를 포함한다. 또, 온도이상검출부(6a)는, 필요시 설정 처리, 예컨대 터보분자펌프의 동작을 정지하도록 제어한다.

다음에, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터보분자펌프의 동작을 설명한다.

전자회로부(28)는, 하부 커버(42)에 의해 기밀성이 확보된다. 또, 반도체장치(32)는, 냉각부재(33)에 의해 하부 커버(42)를 통해 집중적으로 냉각된다. 따라 서, 베이스부(4)가 온도 상승하도록 가열될 때, 배기구(41) 부근의 온도 저하를 초래하지 않고, 전자회로부(28)의 반도체장치(32)에만 집중적으로 냉각된다.

이 때, 배기 부하의 변동 등에 의해 베이스부(4)가 상당히 고온 상승할 때에도, 냉각부재(33)에 의해 반도체장치(32)의 온도 변화가 작게 억제된다. 이처럼, EEP-ROM 등의 반도체 메모리와, 데이터에 액세스하기 위해 사용하는 IC 등과 같은 반도체장치(32)는, 베이스부(4)의 내부가 고온인 환경에서도 온도 상승을 억제하여, 항시 그 기능을 유지한다.

반도체장치(32)에 저장된 제어 파라미터는 제어장치(6)에 의해 참조된다. 냉각부재(33)에 의해, 제어장치(6)는, 전자회로부(28)로부터 제어파라미터를 안정하여 판독하도록 한다.

이들 제어 파라미터에 의해, 자기베어링 본체의 기종과 데이터 이상이 체크된다. 데이터가 정상임을 확인될 때, 자기베어링 본체를 제어하기 위한 파라미터가 자동적으로 확인되고 조정된다.

5축 제어형 자기베어링의 경우, 상측과 하측의 레이디얼 자기베어링 (22a)(22b), 및 스러스트 자기베어링(23)은 각각의 베어링에 고유한 제어 파라미터를 기초로 제어되므로, 회전자 축(21)이 자기 부상 지지를 실행한다.

상측의 레이디얼 자기베어링(22a)에 있어서, 서로에 대해 수직한 두 축에 관한 상측 레이디얼 센서(25a)가 검출하는 반경방향 위치의 신호를 기초로 PID 조정 기능을 갖는 보상회로에 의해 여자 제어된다. 동일하게, 하측의 레이디얼 자기베어링(22b)에서, 하측 레이디얼 센서(25b)의 신호를 기초로 서로에 수직한 두 축에 관해 여자 제어가 실행된다.

스러스트 자기베어링(23)에 있어서, 축방향센서(26)로부터의 신호를 기초로 축방향으로 여자 제어가 실행되고, 또 그 회전은 모터(24) 등의 부하에 따른 제어 파라미터에 의해 제어된다.

이처럼, 터보분자펌프(1)가 전자회로부(28)에 저장된 제어 파라미터를 기초로 고속으로 회전하므로, 안정된 방법으로 배기 동작을 실행하는 것이 인식된다.

다음에는, 냉각부재(33)가 문제 등에 의해 동작하지 않거나 그 기능이 하락하는 경우를 설명한다.

냉각수 등의 정지에 의해 냉각부재(33)가 기능하지 않는다. 선택적으로, 기능이 하락하는 경우에 열방출을 실행하지 않으므로, 베이스부(4)에서 수납된 열이 축적되어, 반도체장치(32)의 온도가 상승한다. 이 경우, 온도센서(51)는 온도에 따른 신호를 출력한다. 이 신호는 커넥터(5)를 통해 제어장치(6)의 온도이상검출부(6a)로 전달된다.

도 3은 온도이상검출부(6a)의 처리 과정을 도시하는 순서도이다.

터보분자펌프(1)가 동작하는 동안, 온도센서(51)의 현재 온도는 스텝 1에 저장된다(도면에서 "S1" 이라 언급된다. 이후, 동일하게 적용된다). 온도가 설정온도 범위 내에 해당하는 동안, 스텝 2에서, 반도체장치(32)의 온도는 스텝 1으로 복귀함으로써 항상 모니터된다. 설정 온도를 초과할 때, 스텝 3에서, 경보가 출력되고 동작을 정지하기 위한 설정 기능에 응답하여 프로세스가 진행된다.

따라서, 터보분자펌프(1)의 동작은, 반도체장치(32)의 정상 동작을 허용하는 범위 내에서 안전한 방법으로 정지된다. 또한, 경보가 출력될 때, 작업자가 반도체장치(32)의 온도 이상인 상태를 인지하는 것이 가능하게 된다.

다음에, 본 발명의 제2 실시예를 설명한다. 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터보분자펌프(1)의 전자회로부의 구조를 도시하는 확대 단면도이다. 동일 참조번호를 도 2의 동일 요소에 대해 사용하고, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 4에서, 하부 커버(42)의 하면에는, 제1 실시예에 따른 터보분자펌프의 수냉식 수냉장치를 이용하는 대신에 방열핀(34)이 놓여진다. 이 방열핀(34)에는, 핀(34a)을 구비하여 강제 공냉식의 공냉장치를 구성한다.

이러한 구성에 따르면, 수냉 파이프(33a)가 필요하지 않으므로, 결과적으로 제1 실시예에 따른 수냉식의 수냉장치보다 터보분자펌프(1)를 보다 조밀하게 구성하는 것이 가능하다. 또, 제1 실시예와 동일 방법으로, 기밀 상태 하에서 반도체장치(32)를 집중적으로 냉각하는 것이 가능하다.

다음에, 본 발명의 제3 실시예를 설명한다. 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 터보분자펌프의 전자회로부의 구조를 도시하는 확대 단면도이다. 동일 참조번호를 도 2에서 동일 요소에 대해 사용하고, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 5에서, 하부 커버(42)의 하면에는, 제1 실시예에 따른 터보분자펌프(1)의 수냉식의 수냉장치 대신에 펠티어부재(35)로 구성되는 냉각수단이 배치된다. 이 펠티어부재(35)는, 저온측이 하부 커버(42)에 접촉하여 이에 부착되고, 고온측이 방열핀(35a)에 구비되어 있다.

이런 구성에 따르면, 제2 실시예와 동일 방법으로, 수냉 파이프(33a)가 필요 하지 않으므로, 결과적으로 터보분자펌프(1)를 보다 조밀하게 구성하는 것이 가능하다. 또, 제1 실시예와 유사한 방법으로, 기밀 상태 하에서 반도체장치(32)를 집중적으로 냉각하는 것이 가능하다.

다음에, 본 발명의 제4 실시예를 설명한다. 도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 터보분자펌프의 전자회로부의 구조를 도시하는 확대 단면도이다. 동일 참조번호를 도 2의 동일 요소에 대해 사용하고, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 6에서, 열 파이프장치의 쿨러는 하부 커버(42)를 관통하도록 놓인 파이프부(36a), 및 그 선단부에 배열되는 수열부(36)로 구성되어, 반도체장치(32)를 구성한다. 수열부(36)는 열전도성 접착제 등으로 반도체장치(32)에 직접적으로 부착된다.

이러한 구성에 따르면, 수열부(36)는 하부 커버(42)에서 반도체장치(32)에 대해 직접적인 냉각을 실행하도록 한다. 또, 비교적 소경의 파이프부(36a)는 접착제로 고정되어, 하부 커버(42)의 기밀 특성을 용이하게 보장한다.

따라서, 제4 실시예에 따른 열파이프장치의 쿨러에 의해, 하부 커버(42)의 기밀 특성을 잃지 않고, 효과적인 방법으로 냉각의 목적인 반도체장치(32)를 집중적으로 냉각하는 것이 가능하다. 파이프부(36a)의 관통 위치는 반도체장치(32)의 위치에 따라, 베이스부(4)와 같은 하부 커버(42) 뿐 아니라 어느 하나의 위치 사이에서 적절하게 선택될 수 있음에 주의하라.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전자회로부에 냉각수단을 구비하도록 구성되기 때문에, 기밀 하에서 반도체장치의 열은 하부 커버의 외부로 방출된다. 전자회로부의 반도체장치가 집중적으로 냉각된다.

따라서, 베이스부에서 온도 상승이 발생한 경우에도, 그 기능을 유지하기 위해 반도체장치의 온도 상승이 억제되어, 베어링의 안정 제어가 가능하게 된다.

또한, 반도체장치에 온도 센서 부착시, 반도체장치의 온도이상은 경보를 출력함으로써 검출되며, 또 안전한 방법으로 동작을 정지하는 것과 같이 사전의 대책을 세울 수 있다.

Claims

회전자 블레이드와,

상기 회전자 블레이드를 자력에 의해 지지하고, 상기 회전자 블레이드의 반경방향위치 및 축방향 위치를 조절하거나 상기 회전자 블레이드의 반경방향위치 또는 축방향 위치를 조절하는 자기베어링수단과,

상기 회전자 블레이드를 회전 구동하는 회전구동수단과,

상기 자기베어링수단 및 상기 회전구동수단의 하부에 배치되고, 배기구가 형성된 베이스부와,

상기 베이스부의 하부에 상기 자기베어링수단 및 상기 회전구동수단을 내부에 넣어 밀폐하는 하부 커버와,

상기 하부 커버의 내측부에 배치된 반도체장치와,

상기 반도체장치의 열을 외부로 도출하는 냉각수단과,

상기 자기베어링수단 및 상기 회전구동수단을 회전 제어하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 터보분자펌프.
제1항에 있어서,

상기 반도체장치에는, 상기 반도체장치의 온도를 검출하는 온도검출수단이 장착되고, 상기 온도검출수단의 검출 온도에 따라 경보를 출력하고, 운전을 정지하고, 또는 그 어느 하나의 처리를 하기 위한 온도이상검출부를 상기 제어수단에 구비한 것을 특징으로 하는 터보분자펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 냉각수단은 상기 하부 커버의 하면에 배치된 것을 특징으로 하는 터보분자펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 냉각수단은 상기 하부 커버 또는 상기 베이스부를 관통하여 배치된 열 파이프를 구비하며, 상기 열 파이프의 수열부에는, 상기 반도체장치가 배치된 것을 특징으로 하는 터보분자펌프.