KR101320237B1 - Vacuum pump utilizing electron momentum transference - Google Patents

Vacuum pump utilizing electron momentum transference Download PDF

Info

Publication number
KR101320237B1
KR101320237B1 KR1020110073833A KR20110073833A KR101320237B1 KR 101320237 B1 KR101320237 B1 KR 101320237B1 KR 1020110073833 A KR1020110073833 A KR 1020110073833A KR 20110073833 A KR20110073833 A KR 20110073833A KR 101320237 B1 KR101320237 B1 KR 101320237B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
vacuum pump
vacuum
electron
gas particles
electrons
Prior art date
Application number
KR1020110073833A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20130012599A (en
Inventor
고병모
Original Assignee
고병모
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고병모 filed Critical 고병모
Priority to KR1020110073833A priority Critical patent/KR101320237B1/en
Publication of KR20130012599A publication Critical patent/KR20130012599A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101320237B1 publication Critical patent/KR101320237B1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • F04D19/04Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/042Turbomolecular vacuum pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • F04D19/04Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/046Combinations of two or more different types of pumps
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/30Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J41/00Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas; Discharge tubes for evacuation by diffusion of ions
    • H01J41/12Discharge tubes for evacuating by diffusion of ions, e.g. ion pumps, getter ion pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2210/00Working fluids
    • F05D2210/10Kind or type
    • F05D2210/12Kind or type gaseous, i.e. compressible
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/60Fluid transfer
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S415/00Rotary kinetic fluid motors or pumps
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S417/00Pumps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

본 발명은 밀폐된 진공펌프내에 전자발생원을 구비하고 진공펌프배출구 측에 전자를 가속시킬 수 있는 전기장을 형성하기 위한 전자집속양전극을 구비하여,
가속전자가 진공펌프배출구 방량으로 이동시 진공펌프내의 가스입자를 충동하여 운동량을 전달하여 배기하는 구조의 진공펌프이다.
또한 진공펌프 일외측에 초음파진동부를 구비하여 초음파진동을 가하여 진공펌프내의 가스입자가 진공펌프내벽표면에 물리적으로 흡착하는 것을 방지하여 진공도와 배기속도를 향상시키는 특징이 있다.
본 발명은 고진공영역 또는 초고진공영역에서 기계적인 구성을 필요로 하지 않는 단순한 구조를 가지며 배출하고자 하는 잔류 가스입자의 성질에 따라 이온화가 힘든 입자들도 배출이 원활하게 수행되고 진공용기 내에서 새로운 가스입자가 발생하여도 진공펌프의 출구를 개방한 상태에서 연속적으로 동작가능한 특징도 있는 전자의 운동량전달을 이용하는 진공펌프이다.
The present invention is provided with an electron generating source in the sealed vacuum pump and provided with an electron focusing positive electrode for forming an electric field capable of accelerating electrons on the vacuum pump outlet side,
It is a vacuum pump that delivers the momentum by discharging the gas particles in the vacuum pump when the accelerated electrons move to the discharge capacity of the vacuum pump.
In addition, the ultrasonic vibration unit is provided on one side of the vacuum pump to apply ultrasonic vibration to prevent the gas particles in the vacuum pump from being physically adsorbed on the inner wall surface of the vacuum pump, thereby improving the vacuum and exhaust speed.
The present invention has a simple structure that does not require a mechanical configuration in the high vacuum region or ultra-high vacuum region and according to the nature of the residual gas particles to be discharged, even the particles which are difficult to ionize are smoothly discharged and the new gas in the vacuum vessel. It is a vacuum pump that uses the momentum transfer of electrons, which is characterized by being continuously operable with the outlet of the vacuum pump open even when particles are generated.

Description

전자의 운동량전달을 이용한 진공펌프{Vacuum pump utilizing electron momentum transference} Vacuum pump utilizing electron momentum transference

본 발명은 진공펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진공펌프 내의 가스입자에 가속된 전자의 운동량을 전달하고 진공펌프에 초음파진동을 가하여 배기작용이 이루어지게 하는 전자의 운동량을 이용한 진공펌프에 관한 것이다.
The present invention relates to a vacuum pump, and more particularly, to a vacuum pump using the momentum of electrons to deliver the momentum of the accelerated electrons to the gas particles in the vacuum pump and to apply the ultrasonic vibration to the vacuum pump to perform the exhaust action. .

진공도는 진공도에 따라 저진공(low vacuum), 고진공(HV:high vacuum) 및 초고진공(UHV:ultrahigh vacuum)으로 구분하며 진공도는 각각 1기압 ~ 10-3torr, 10-3 ~ 10-7torr 및 10-8torr이하 이다 (760torr = 1기압).The vacuum degree is divided into low vacuum, high vacuum (HV) and ultrahigh vacuum (UHV) according to the vacuum degree, and the vacuum degree is 1 atm ~ 10 -3 torr, 10 -3 to 10 -7 torr And 10 −8 torr or less (760 torr = 1 atmosphere).

저진공펌프는 주로 진공펌프 내부에 구비되는 유체를 수용하는 공간(cavity)를 내부에서 반복적으로 수축과 팽창을 반복하며 공기를 외부로 배출하는 용적이송식진공펌프를 사용하고, 고진공펌프는 주로 진공펌프 내의 가스입자에 운동량을 전달하여 출구 측에 가스입자의 밀도를 높혀 가스입자를 배기하는 운동량전달식 진공펌프를 사용하며, 초고진공도를 얻기 위해서는 챔버내의 잔류가스입자를 포획하여 제거하는 포획펌프를 주로 사용한다.
The low vacuum pump mainly uses a volumetric vacuum pump that repeatedly deflates and expands a space accommodating the fluid provided inside the vacuum pump and discharges air to the outside, and the high vacuum pump mainly uses a vacuum. A momentum transfer vacuum pump is used to transfer the momentum to the gas particles in the pump to increase the density of the gas particles on the outlet side and exhaust the gas particles. To obtain ultra-high vacuum, a capture pump that captures and removes residual gas particles in the chamber is mainly used. use.

밀폐된 용기의 내부 가스입자를 제거하기 위해서 즉, 진공도를 올리기 위하여 진공펌프를 사용하는데 대기압부터 초고진공상태영역까지 하나의 진공펌프로 작동할 수 없고 각 영역의 진공도에서 동작하는 2~3개의 진공펌프의 조합에 의해 이루어진다. A vacuum pump is used to remove the internal gas particles in the sealed container, that is, to increase the vacuum level. The vacuum pump can not operate as a single vacuum pump from the atmospheric pressure to the ultra-high vacuum region but operates at the vacuum degree of each region. By a combination of pumps.

고진공도를 얻기 위해서는 저진공펌프인 오일로터리진공펌프나 미캐니컬펌프(mechanical pump)를 보조진공펌프(backing pump)로 하고 확산펌프(diffusion pump) 또는 터보분자펌프(turbo molecular pump)를 조합하여 사용하고, 초고진공도를 얻기 위해서는 상기 미캐니컬펌프와 터보분자펌프에 포획펌프(capture pump)인 게터펌프나 이온펌프 또는 냉온펌프를 연결하여 사용하는 등, 고진공펌프나 초고진공펌프를 동작시키기 위해서는 일정수준의 초기진공상태에 도달할 때까지 저진공펌프가 보조진공펌프(backing pump)로서 역할을 한다.
To achieve high vacuum, oil rotary vacuum pump or mechanical pump, which is a low vacuum pump, is used as a backing pump, and a diffusion pump or turbo molecular pump is combined. In order to operate a high vacuum pump or an ultra high vacuum pump, such as a getter pump, an ion pump or a cold / hot pump connected to the mechanical pump and the turbo molecular pump to obtain an ultra-high vacuum degree, The low vacuum pump acts as a backing pump until a certain level of initial vacuum is reached.

고진공도를 얻기 위한 운동량전달 진공펌프에서 운동량을 전달하는 방법에 따라 진공펌프를 구분하는데, 오일확산펌프는 증발한 오일증기 입자가 가스입자에 충돌하여 가스입자를 진공펌프 출구 측으로 운동량을 부여하여 배기작업을 하고, 드라이스크류진공펌프는 쌍으로 물려서 회전하는 스크류의 날개가 가스입자에 운동량을 부여하여 내부 공기를 배기하고, 터보분자펌프는 다층 금속판 형태의 팬(Fan)이 고속으로 회전하며 진공펌프 내의 가스입자에 충돌하여 진공펌프 출구측으로 방향성을 부여하여 배기하고, 분자드래그펌프는 회전하는 회전자의 표면에 물리적으로 흡착하는 가스입자를 회전자의 회전방향 즉, 진공펌프의 출구 측으로 운동량을 전달하여 배기하는 등 산업 현장에 주로 사용하는 대부분의 고진공펌프의 원리가 가스입자에 운동량을 직접 부여하여 진공펌프 출구 측으로 방향성을 부여하는 방식을 사용하는데, 터보분자펌프 등의 기계식 진공펌프는 정밀한 기계가공기술을 필요로 하며 사용중 부품 마모에 따른 정기적인 관리비용이 발생하고, 오일확산펌프등 오일을 사용하는 습식진공펌프의 경우는 오일 증기의 역류로 진공챔버 내부를 오염시키는 문제가 있다.Momentum transfer to obtain high vacuum The vacuum pumps are classified according to the method of delivering the momentum.The oil diffusion pump exhausts the vaporized oil vapor particles by impinging the momentum to the vacuum pump outlet side. In operation, the dry screw vacuum pump is coupled by a pair of blades of the rotating screw to impart momentum to the gas particles to exhaust the internal air, and the turbo molecular pump is a multi-layered metal fan fan that rotates at high speed and is a vacuum pump. It impinges on the gas particles inside and gives direction to the vacuum pump outlet side, and the molecular drag pump transfers the momentum to the rotation direction of the rotor, that is, the outlet side of the vacuum pump, which physically adsorbs the gas particles to the surface of the rotating rotor. The principle of most high vacuum pumps that are mainly used in industrial sites such as Direct flow is applied directly to the vacuum pump outlet. Mechanical vacuum pumps, such as turbomolecular pumps, require precise machining technology, and incur regular maintenance costs due to wear of parts during use. In the case of a wet vacuum pump using oil such as a pump, there is a problem of contaminating the inside of the vacuum chamber by the backflow of oil vapor.

초고진공펌프는 냉온펌프, 이온펌프 및 게터펌프등이 포함되며, 냉온펌프(cryogenic vacuum pump)는 초진공 상태를 구현하기 위하여 온도를 극저온으로 유지하여 가스입자의 운동성을 저하시켜 냉각된 표면에 가스입자를 포획하여 진공도를 올리며, 이온펌프는 진공챔버 내에 양극과 음극 등 전극을 설치하고 전기장을 형성하여 기체입자를 이온화시킨 후 티타늄 등의 금속 표면에 포획하여 제거하고, 게터링펌프는 바륨, 티타늄 등 물리적으로 포집성이 좋은 금속을 진공챔버 내에 증착시켜 가스입자를 증착막으로 포집하여 진공도를 올린다.Ultra high vacuum pumps include cold and hot pumps, ion pumps, and getter pumps, and cryogenic vacuum pumps maintain temperatures at very low temperatures to achieve ultra-vacuum conditions, reducing the mobility of gas particles and reducing The particles are trapped to increase the degree of vacuum.The ion pump installs electrodes such as anode and cathode in the vacuum chamber, forms an electric field, ionizes gas particles, and captures and removes them on metal surfaces such as titanium.The gettering pump is barium or titanium. Physically, the metal having good collection ability is deposited in the vacuum chamber to collect gas particles into the deposition film to increase the degree of vacuum.

기존의 초고진공펌프인 냉온펌프나 이온펌프와 티타늄 확산 등에 의한 확산펌프등이 진공펌프의 출구를 밀폐시킨 상태에서 진공펌프 내의 가스입자를 포집하는 방법이므로 반도체나 MEMS외 기타 식각 등의 공정에서 진공상태의 반응기 내에서 새로운 가스가 발생하는 경우 포획펌프는 사용의 제한이 따르며 또한 이온펌프는 이온화가 힘든 불활성가스 등의 입자를 제거시키기가 곤란하고 가스입자를 포집 후에도 포집된 가스입자가 진공펌프 내에서 재방출되는 문제 등이 있다.The existing ultra-high vacuum pumps, such as cold / hot pumps, ion pumps, and diffusion pumps by titanium diffusion, trap the gas particles in the vacuum pump while the exit of the vacuum pump is sealed. If a new gas is generated in a reactor in a state, the capture pump is restricted in use, and the ion pump is difficult to remove particles such as inert gas, which is difficult to ionize, and the collected gas particles are collected in the vacuum pump even after the gas particles are collected. Such as re-emission from.

대기압 상태에서 가스입자의 거동은 가스입자가 조밀하고 밀도가 높으므로 가스입자끼리 충돌하는 비율이 가스입자가 진공펌프 내벽에 충돌하는 비율 보다 높고, 저진공 상태의 영역에서는 가스입자끼리 충돌하는 비율과 가스입자가 진공펌프 내벽에 부딪히는 비율이 비슷하여 배기작업 시 가스입자의 흐름에 진공펌프의 내부 벽이 영향을 끼치기 시작하며, 고진공상태의 영역 또는 초고진공상태의 영역에서는 진공펌프 내부의 가스입자밀도가 낮으므로 가스입자끼리의 충돌보다는 가스입자와 진공펌프의 내벽에 충돌하는 비율이 월등히 높으므로 원할하게 초고진공상태를 얻기 위해서는 진공펌프의 내벽에 잔류하는 가스입자의 양을 줄이고 물리적으로 재 부착(흡착)되는 가스입자의 잔류시간을 최소로 하여야 한다.The gas particle behavior at atmospheric pressure is dense and dense, so the collision rate between the gas particles is higher than the collision rate between the gas particles and the inner wall of the vacuum pump. As the ratio of gas particles to the inner wall of the vacuum pump is similar, the inner wall of the vacuum pump starts to affect the flow of gas particles during the exhaust operation, and the gas particle density inside the vacuum pump in the high vacuum region or the ultra high vacuum region. Since the collision rate between the gas particles and the inner wall of the vacuum pump is much higher than the collision between the gas particles, the amount of gas particles remaining on the inner wall of the vacuum pump is reduced and physically reattached in order to obtain an ultra-high vacuum state. The residence time of the gas particles to be adsorbed should be minimized.

가스입자가 진공펌프의 내벽에 도달하면 물리적인 흡착현상으로 잠깐 멈추었다가 다시 방출하기도 하고 내벽에 포획되어 잔류하기도 하는데 이는 분자수준에서 진공펌프의 내벽의 표면상태는 매우 불규칙하고 거칠기 때문으로, 진공도가 상승할 수록 진공펌프의 내벽이 배기속도에 매우 중요한 영향을 미치게 되므로 초고진공상태를 얻기 위해서는 진공펌프 몸체 자체를 수백도로 가열하는 베이킹(baking)공정을 거치거나 아르곤등의 불활성가스를 진공펌프 내부에 주입하여 진공펌프 내벽에 잔류하는 이물질 분자들을 제거하기도 하는 등 초고진공영역의 진공상태를 만들기 위해서 번거로운 전처리과정이 필요한 문제점이 있다.
When the gas particles reach the inner wall of the vacuum pump, they are temporarily stopped by the physical adsorption phenomenon and released again or trapped on the inner wall and remain. This is because at the molecular level, the surface state of the inner wall of the vacuum pump is very irregular and rough. As it rises, the inner wall of the vacuum pump has a very important influence on the exhaust speed, so in order to obtain an ultra-high vacuum state, a baking process for heating the vacuum pump body itself by several hundred degrees or an inert gas such as argon is introduced into the vacuum pump. There is a problem that a cumbersome pretreatment process is required to make the vacuum state of the ultra-high vacuum region, such as to remove foreign substances remaining on the inner wall of the vacuum pump by injection.

반도체공정이나 전자디스플레이공정에 사용되는 기존의 진공펌프는 각종 유독성이며 부식성인 가스입자에 노출되므로 부식성 가스입자에 의하여 통상 금속으로 제조되는 진공펌프의 내부 및 기계부품의 수명을 단축시키는 치명적인 요인이되어 진공펌프의 수명연장을 위하여 진공펌프의 내부에 테프론, 니켈, 초경합금 등을 코팅하기도 하지만 한계가 있으므로 통상 수개월 단위로 오버홀(overhall)인 수리하는 과정을 필요로 하므로 막대한 수리비용 외에 공정중단 및 부식성가스의 리키지(leakage)등 생산성 저하 및 작업장 환경오염등의 위험요소를 내포하는 문제점도 있다.
Existing vacuum pumps used in semiconductor processes or electronic display processes are exposed to various toxic and corrosive gas particles, which is a fatal factor to shorten the life of mechanical parts and internal parts of vacuum pumps that are usually made of metal by corrosive gas particles. Teflon, nickel, cemented carbide, etc. may be coated inside the vacuum pump to extend the life of the vacuum pump. However, there is a limit, so it is usually necessary to repair overhaul every few months. There are also problems that include risk factors such as productivity degradation and workplace environmental pollution.

본 발명은 상기한 기존의 진공펌프의 문제점 - 즉 부품마모 및 부식에 따른 정기적인 관리비용발생과 유독성가스 리키지에 따른 위험성 , 증발한 오일의 역류, 초고진공도를 얻기 위해 포획펌프를 사용시 출구의 밀폐에 따른 연속공정 불가능 및 진공펌프 내벽에 잔류하는 가스입자제거를 위한 베이킹(baking)공정 필요 및 불활성가스를 이용한 진공펌프 내벽의 가스입자 제거와 이온화가 힘든 불활성가스입자에 대한 이온펌프의 제거곤란성 등의 문제점을 해결하기 위하여 착안 된 것으로, 고진공영역 또는 초고진공영역에서 기계적인 구성을 필요로 하지 않는 단순한 구조를 가지며 배출하고자 하는 잔류 가스입자의 성질에 따라 이온화가 힘든 입자들도 배출이 원활하게 수행되고 진공용기 내에서 새로운 가스입자가 발생하여도 진공펌프의 출구를 개방한 상태에서 연속적으로 동작가능하며 또한, 진공펌프 내벽에 잔류하는 이물질 분자들을 쉽게 제거할 수 있는 수단을 구비하여 번거로운 베이킹(baking) 공정과 불활성가스에 위한 진공펌프내벽 잔류가스 제거과정이 필요없는 진공펌프를 제공하는 것이 해결하고자하는 과제이다.
The present invention is a problem of the conventional vacuum pump described above-namely, regular maintenance cost due to wear and corrosion of parts and risks due to toxic gas liquid, backflow of evaporated oil, the sealing of the outlet when using the capture pump to obtain ultra-high vacuum degree Continuous process is impossible and baking process is required to remove gas particles remaining on the inner wall of the vacuum pump and gas particles are removed from the inner wall of the vacuum pump using inert gas, and ion pumps are difficult to remove. It was conceived to solve the problem, and it has a simple structure that does not require mechanical configuration in the high vacuum region or the ultra high vacuum region, and smoothly discharges even the particles which are difficult to ionize according to the nature of the residual gas particles to be discharged. The outlet of the vacuum pump even if new gas particles are generated in the vacuum vessel. A vacuum that can be operated continuously in one state and has a means for easily removing foreign matter molecules remaining on the inner wall of the vacuum pump, eliminating the cumbersome baking process and removing residual gas inside the vacuum pump for inert gas. Providing a pump is a challenge to be solved.

진공펌프의 일 내측에 전자방출원과 음전극을 구비하고, 진공펌프배출구 방향의 타측에 전자집속양전극을 구비하며 음전극과 전자집속양전극 사이에 전자가속을 위한 전계형성용 전자집속전극전원을 인가하여, 전자방출원(30)에서 발생되어 가속되는 가속전자(31)를 진공펌프배출구(12) 쪽으로 가속시켜 진공펌프 내측의 가스입자(32)에 가속전자의 충돌로 운동량을 전달하여 배기되되, 진공펌프(10)의 일외측에 초음파진동부(80)와 고주파전원장치(85)와 전자가속양전극(40)과 전자가속전극전원(70)을 더 포함할 수 있으며 상기 전자방출원은 CRT, VFD, FED 및 SED 중 어느 하나의 전자방출 구조인 열전자 또는 냉전자 발생기구를 이용하는 것이 과제의 해결 수단이다.
An electron emission source and a negative electrode are provided on one inner side of the vacuum pump, an electron focusing positive electrode is provided on the other side of the vacuum pump discharge direction, and an electron focusing electrode power source for forming an electric field is applied between the negative electrode and the electron focusing electrode. Accelerated electrons 31 generated and accelerated by the electron emission source 30 are accelerated toward the vacuum pump outlet 12 to transfer the momentum by the collision of the accelerated electrons to the gas particles 32 inside the vacuum pump, and are evacuated. One side of the 10 may further include an ultrasonic vibration unit 80, a high frequency power supply device 85, an electron acceleration positive electrode 40 and an electron acceleration electrode power supply 70, the electron emission source is CRT, VFD, It is a solution of the problem to use a hot electron or cold electron generator, which is an electron-emitting structure of any one of FED and SED.

본 발명의 진공펌프는 가속된 전자를 가스입자에 충돌하여 운동량 전달의 직접적인 매개체로 사용하므로 기계적인 요소가 없어 구조가 단순하며, 배출하고자 하는 진공펌프 내부의 가스입자에 효과적으로 운동량을 전달할 수 있으므로 보조진공펌프(Backing pump)와 같이 사용할 경우 이온화가 힘든 입자들도 쉽게 배출할 수 있어 고청정의 높은 진공상태를 구현할 수 있고, 진공펌프 몸체를 파이렉스나 석영유리를 이용하여 제조할 경우 부식성 가스입자에 대한 탁월한 내 부식성을 띠게 되어 관리비용을 대폭 줄일 수 있고, 진공펌프 몸체의 일측부에 초음파진동수단을 구비하여 진공펌프 내벽에 잔류하는 이물질 분자들을 별도의 전처리 과정이 없이 쉽게 이탈시킬 수 있다.Since the vacuum pump of the present invention uses the accelerated electrons as the direct mediator of the momentum transfer by colliding with the gas particles, the structure is simple because there is no mechanical element, and it can effectively transfer the momentum to the gas particles inside the vacuum pump to be discharged. When used together with a backing pump, it is possible to easily discharge particles that are difficult to ionize to realize a high vacuum state with high cleanness, and when the vacuum pump body is manufactured using Pyrex or quartz glass, Excellent corrosion resistance can significantly reduce the management cost, and equipped with ultrasonic vibration means on one side of the vacuum pump body can easily remove the foreign matter molecules remaining on the inner wall of the vacuum pump without a separate pretreatment process.

전자에 의한 운동량전달과 진공펌프 몸체에 초음파진동을 부여하는 진공펌프는 초고진공영역에서 동작하는 기존의 게터펌프나 이온펌프 등의 포획펌프와는 달리 동작 중 진공펌프의 출구를 밀폐할 필요가 없으므로 진공챔버 내에서 가스입자가 발생하는 반응성 연속공정에 쉽게 대응할 수 있으며 단순한 구조로 제작이 쉽고 유지보수 하기가 용이하여 산업계에 쉽게 적용할 수 있는 효과가 있다.
Unlike conventional capture pumps such as getter pumps and ion pumps that operate in the ultra-high vacuum region, the vacuum pump that provides the momentum transfer and the ultrasonic vibration to the vacuum pump body does not need to seal the outlet of the vacuum pump during operation. It can easily cope with the reactive continuous process in which gas particles are generated in the vacuum chamber, and it is easy to manufacture and easy to maintain due to its simple structure.

도 1은 전자의 운동량전달을 이용하는 진공펌프의 구성도.
도 2는 전자의 운동량전달 동작설명을 위한 개념도.
도 3는 여러 형태의 전자방출원의 구성이 나타나는 개념도.
도 4은 나노스케일의 진공펌프 내벽의 상태를 나타내는 개념도.
도 5는 전자의 운동량전달과 초음파진동수단을 구비하는 실시예의 구성도.
1 is a block diagram of a vacuum pump using the momentum transfer of electrons.
2 is a conceptual diagram for explaining the momentum transfer operation of the former.
3 is a conceptual diagram showing the configuration of various types of electron emission sources.
4 is a conceptual diagram showing the state of the inner wall of the vacuum pump of the nanoscale.
Figure 5 is a block diagram of an embodiment having a momentum transfer of the electrons and ultrasonic vibration means.

밀폐된 용기 내부의 가스입자를 제거하기 위해서는 즉, 진공도를 올리기 위한 수단으로서 진공펌프를 사용하는데 고진공도를 얻기 위해서는 각 진공펌프 별 성능 특성에 따라 진공펌프의 입구측과 출구측에 운전가능한 진공도가 있으므로 대기압부터 초고진공상태영역까지 사이의 각 진공펌프의 운전가능 진공도별 영역에서 2~3개의 진공펌프를 직렬 또는 병렬조합 다단계 진공펌프 시스템을 구성하여 고진공도 또는 초고진공도의 상태를 얻는다.In order to remove the gas particles inside the sealed container, that is, to use the vacuum pump as a means to increase the degree of vacuum, and to obtain a high degree of vacuum, the degree of vacuum that can be operated on the inlet and outlet sides of the vacuum pump according to the performance characteristics of each vacuum pump. Therefore, a multi-stage vacuum pump system consisting of a series or parallel combination of two or three vacuum pumps in an operating vacuum degree region of each vacuum pump between the atmospheric pressure and the ultra-high vacuum state region obtains a high or ultra high vacuum state.

이와 같이 고진공 상태를 얻기 위해서 저진공펌프인 미캐니컬펌프(mechanical pump)나 오일로터리진공펌프를 보조진공펌프(backing pump)로 사용하여 이를 확산펌프(diffusion pump) 또는 터보분자펌프(turbo molecular pump)의 출구측에 연결조합하여 진공펌프시스템으로 구성하고, 초고진공도를 얻기 위해서는 상기 진공펌프시스템에 포획펌프(capture pump)인 게터펌프(getter pump)나 이온펌프(ion pump) 또는 냉온펌프(cryogenic pump)를 연결 또는 진공용기 내부에 증착 및 구비하여 사용한다.
In order to obtain a high vacuum state, a low vacuum pump, a mechanical pump or an oil rotary vacuum pump, is used as a backing pump, and a diffusion pump or a turbo molecular pump is used. Is composed of a vacuum pump system by connecting to the outlet side of the crankcase, and to obtain ultra-high vacuum degree, a getter pump, an ion pump, or a cryogenic pump, which is a capture pump, is obtained in the vacuum pump system. It is used to deposit and equip the pump in the connection or the vacuum container.

본 발명은 기존의 고진공펌프가 정밀기계요소나 진공유 등의 액체를 사용하여 진공펌프 내의 가스입자에 운동량을 전달하는 전통적인 진공펌프의 구조에서 탈피하여 진공펌프(10) 내부에 전자방출원(30)을 구비하여 전자를 발생하고, 진공펌프배출구(12) 측에 구비되는 전자집속양전극(50)과 전자방출원(30)을 음전극(20)으로 하고 양측 전극 사이에 전기장를 형성하여 전자방출원(30)에서 발생하여 가속되는 가속전자(31)를 전기력선을 따라 진공펌프배출구(12) 쪽으로 가속시킨다.
The present invention is an electron emission source (30) inside the vacuum pump (10) by removing the existing high vacuum pump structure of the conventional vacuum pump to transfer the momentum to the gas particles in the vacuum pump using a liquid such as precision mechanical elements or vacuum oil Electrons are generated, the electron concentrating positive electrode 50 and the electron emission source 30 provided on the vacuum pump outlet 12 side are formed as the negative electrode 20, and an electric field is formed between the two electrodes. Accelerated electrons 31 generated and accelerated at 30 are accelerated toward the vacuum pump outlet 12 along the electric line of force.

도 1은 본 발명인 전자의 운동량전달을 이용한 진공펌프의 구성도로서, 전자방출원(30)은 텅스텐필라멘트를 열원으로 하고 저온에서도 전자방출에 용이한 일함수(work function)가 낮은 알칼리토금속산화물 중의 하나인 산화바륨 등의 물질을 텅스텐필라멘트 표면에 도포한 후 텅스텐필라멘트에 전자방출원전원부(60)를 인가하여 가열하면 저온에서도 열전자방출이 용이하게 되고, 반대방향인 진공펌프배출구(12) 측에는 전자집속양전극(50)을 구비한 후 전자방출원(30)인 텅스텐필라멘트를 음전극(20)으로 하여 전기장을 형성하면 형성된 전기장의 전기력선을 따라 전자방출원(30)에서 생성되어 가속된 가속전자(31)가 전자집속양전극(50)까지 도달하는데, 도달하는 경로중 진공펌프(10) 내부의 가스입자(32)와 충돌하여 가속전자(31)의 질량과 충돌시 속도의 곱에 따른 운동량이 전달되어 전자집속양전극(50)이 구비되는 진공펌프(10)의 진공펌프배출구(12) 측에 가스입자(32)의 밀도가 증가하여 연결덕트(90)와 보조진공펌프(100)에 의해 배기가 이루어진다.1 is a configuration diagram of a vacuum pump using the momentum transfer of the present invention, the electron emission source 30 is a tungsten filament as a heat source in a low work function (alkali earth metal oxide) easy to release electrons even at low temperatures When one material such as barium oxide is coated on the surface of the tungsten filament and then heated by applying the electron emission source power supply unit 60 to the tungsten filament, it is easy to emit heat electrons even at low temperatures, and the electron is discharged to the vacuum pump outlet 12 in the opposite direction. After the focusing positive electrode 50 is formed and an electric field is formed using the tungsten filament as the electron emission source 30 as the negative electrode 20, the accelerated electrons 31 generated and accelerated by the electron emission source 30 along the electric field lines of the formed electric field. ) Reaches the electron focusing positive electrode 50, which collides with the gas particles 32 inside the vacuum pump 10 in the path to reach the product of the mass of the acceleration electrons 31 and the velocity at the time of collision. The momentum is transmitted, the density of the gas particles 32 is increased on the vacuum pump outlet 12 side of the vacuum pump 10 provided with the electron focusing positive electrode 50, thereby connecting the duct 90 and the auxiliary vacuum pump 100. The exhaust is made by.

진공펌프(10) 일외측에 구비되는 초음파진동부(80)는 고주파전원장치(85)로 부터 전원을 공급받아 진공펌프(10)에 초음파진동을 가하여 진공펌프내벽표면(82)에 물리적으로 흡착되는 가스입자의 체류시간을 최소로 한다.
The ultrasonic vibrator 80 provided at one side of the vacuum pump 10 receives power from the high frequency power supply 85 and applies ultrasonic vibration to the vacuum pump 10 to physically adsorb the surface of the vacuum pump inner wall 82. The residence time of the gas particles to be minimized.

가속전자(31)가 가스입자(32) 타격에 대한 운동량전달 모델은 전자빔식각(E-beam lithography)이나 전통적인 전자디스플레이인 CRT(Cathod-ray tube)의 가속된 전자빔과 형광체와의 충돌에 의한 운동량과 에너지 전달 모델에 잘 나타난다.
The momentum transfer model for the acceleration electrons 31 hitting the gas particles 32 is the momentum due to the collision between the electron beam etch (E-beam lithography) or the accelerated electron beam and the phosphor of the CRT (Cathod-ray tube), which is a traditional electronic display. And energy transfer models.

Figure 112011057529699-pat00001
Figure 112011057529699-pat00001

수학식 1과 도 2에서 진공펌프(10) 내의 가속전자(31)와 가스입자(32)가 충돌시 충돌 전후의 운동량은 보존되어 가스입자는 충돌 후 최종적인 가스입자의 속도벡터(U2)가 되며 이때 전자로부터 가스입자가 부여받은 힘은 뉴톤의 2법칙에 따라 속도벡터(U2)의 변화율과 가스입자의 질량의 곱이다.
In Equation 1 and FIG. 2, the momentum before and after the collision between the acceleration electrons 31 and the gas particles 32 in the vacuum pump 10 is preserved so that the gas particles are the velocity vector U 2 of the final gas particles after the collision. Where the force exerted by the gas particles from the electron is the product of the rate of change of the velocity vector (U 2 ) and the mass of the gas particles, according to Newton's second law.

충돌 후 가스입자의 방향은 전자방출원(30)에서 발생된 전자의 이동 및 가속방향이 진공펌프 출구의 전자집속양전극(50) 측이므로, 충돌 후 가스입자의 방향은 충돌 전 가스입자의 운동방향과 충돌 후 가속전자(31)에 의해 전달된 진공펌프 출구 쪽 방향의 운동방향의 평행사변형의 법칙에 따른 방향이다. 가속전자(31)와 가스입자(32)가 처음 충돌 후 가스입자의 진행방향이 출구 측이 아닐 수도 있지만 가속전자(31)와 다수 회 충돌하는 과정에 가스입자의 운동방향이 점차 출구측으로 바뀌기도 하고, 가스입자가 가속전자(31)와의 충돌에 의해 이온화하는 경우 음 이온화하면 가속전자(31)와 마찬가지로 전기력선을 따라 전자집속양전극(50)이 있는 출구측으로 전자기력에 의해 이동하여 전자집속양전극(50)의 표면에서 전자를 내놓고 중성화하여 진공펌프배출구(12)를 통해 배출되기도 하고, 양 이온화하면 음전극(20)측으로 이동하다 전자와 충돌 후 중성화한 후 다시 전자와의 충돌로 진공펌프 출구측으로 이동하기도 하고, 양이온이 음전극에 도달하는 경우는 양이온이 음전극에서 전자를 획득 중성화한 후 다시 전자충돌로 진공펌프 출구측으로 이동한다.
Since the direction of the gas particles after the collision is the direction of movement and acceleration of electrons generated from the electron emission source 30, the electron focusing positive electrode 50 side of the vacuum pump outlet, the direction of the gas particles after the collision is the direction of movement of the gas particles before the collision. The direction is in accordance with the law of parallelogram in the direction of motion in the direction of the exit of the vacuum pump delivered by the acceleration electrons 31 after the collision with. After the collision between the acceleration electrons 31 and the gas particles 32 for the first time, the direction of movement of the gas particles may not be the exit side, but in the process of colliding with the acceleration electrons 31 many times, the direction of movement of the gas particles gradually changes to the exit side. In the case where the gas particles are ionized by the collision with the acceleration electrons 31, when they are negatively ionized, they move by the electromagnetic force along the electric force line to the outlet side where the electron focusing electrodes 50 are located, similarly to the acceleration electrons 31. The electrons are neutralized at the surface of the surface) and discharged through the vacuum pump outlet 12, and when positively ionized, they move to the negative electrode 20 side. When the cation reaches the negative electrode, the cation neutralizes the electrons at the negative electrode and then moves to the vacuum pump outlet side by electron collision.

진공펌프 안의 상태가 고진공영역에 도달하면 진공펌프 내 가스입자의 밀도가 희박해지고 가스입자가 다른 가스입자와 충돌 전 이동가능거리인 평균분자이동거리(mean free path)가 길어지는데, 이 상태에서 가스입자가 보조진공펌프(backing pump)를 통하여 밖으로 배출되기 위해서는 진공펌프의 출구 측 또는 보조진공펌프의 입구 측에 가스입자 밀도를 올려서 확률적으로 연결덕트(90)를 통하여 보조진공펌프(100)의 내측으로 들어가는 가스입자의 양이 많아지도록 한다.When the state inside the vacuum pump reaches a high vacuum region, the density of gas particles in the vacuum pump becomes thinner and the mean free path, which is the distance that the gas particles can move before colliding with other gas particles, is increased. In order for the particles to be discharged out through the backing pump, the density of the gas particles is increased at the outlet side of the vacuum pump or the inlet side of the subvacuum pump, so that the particle size of the subvacuum vacuum pump 100 is increased through the connection duct 90. The amount of gas particles entering the inside is increased.

임의의 무질서한 방향으로 움직이는 가스입자(32)에 가속전자(31)의 충돌로 가속전자(31)의 운동량을 전달하여 진공펌프배출구(12) 측에 가스입자(32)의 밀도가 상승하므로 확률적으로 연결덕트(90)를 통하여 보조진공펌프(100) 내측으로 유입 배출되는 가스입자(32)의 양이 많아져 진공펌프(10) 내측이 고진공 또는 초고진공 상태가 된다.
The momentum of the acceleration electrons 31 is transmitted by the collision of the acceleration electrons 31 to the gas particles 32 moving in any disordered direction, so that the density of the gas particles 32 increases on the vacuum pump outlet 12 side. As a result, the amount of gas particles 32 introduced into and discharged into the auxiliary vacuum pump 100 through the connection duct 90 increases, so that the inside of the vacuum pump 10 becomes a high or ultra high vacuum state.

본 발명의 진공펌프(10) 내부 일측부에 구비되는 전자방출원(30)의 전자방출기구는 열전자방출, 냉전자방출 및 전자의 터널링효과(tunneling effect)를 이용한 전자의 방출등 여러가지 방법으로 구현할 수 있는데, 가열하여 전자를 방출시키는 열전자를 이용하는 CRT(cathode ray tube)의 전자총(electron gun)이나 진공형광표시관(VFD :vacuum fluorescent display)의 열전자 발생기구인 텅스텐필라멘트에 일함수가 낮은 산화바륨등을 도포하여 전자방출이 용이한 구조를 사용할 수도 있으며 FED 즉, 강한 전계로 전자를 방출시키는 전계방출디스플레이(field emission display)의 냉전자 방출구조를 이용할 수도 있다. FED는 전자빔 식각 및 화학적 에칭(etching)등으로 기판상에 나노스케일로 구현하는 수많은 전자총에서 전계에 의한 냉전자를 발생시키는 구조이다
The electron emission mechanism of the electron emission source 30 provided in one side of the vacuum pump 10 of the present invention can be implemented by various methods such as hot electron emission, cold electron emission, and electron emission using a tunneling effect of electrons. For example, barium oxide having a low work function in tungsten filament, a electron gun of a cathode ray tube (CRT) or a vacuum fluorescent display (VFD), which uses hot electrons that emit electrons by heating. It is also possible to use a structure that is easy to emit electrons by applying the FED, that is, a cold electron emission structure of a field emission display (field emission display) for emitting electrons in a strong electric field may be used. FED is a structure that generates cold electrons by electric field in many electron guns that are realized in nanoscale on a substrate by electron beam etching and chemical etching.

도 3의 (a)는 음극선관(CRT:cathode ray tube)의 열전자방출 기구를 나타내는 개념도이다.3A is a conceptual diagram illustrating a hot electron emission mechanism of a cathode ray tube (CRT).

기본구조는 진공관으로서 음전극(20), 전자가속양전극(40) 및 전자집속양전극(50)의 3부분으로 구성되며 밀폐된 진공상태에서 전자방출원전원부(60)의 전원을 인가받아 히터가 가열되어 전자방출원원(30)의 음전극(20)을 가열하면 음전극(20) 표면에서 열전자가 방출되고 방출된 열전자는 전자가속양전극(40)과 전자집속양전극에 의해 형성되는 전기력선을 따라 이동하는데 이때 음전극(20)과 전자가속양전극(40) 사이는 전계형성을 위한 전극가속전극전원(70), 음전극(20)과 전자집속양전극(50) 사이에는 전자가속전극전원(70)을 구비하여 음전극(20)에서 방출한 열전자를 가속 및 집속하여 연속적으로 흐르게 하는 폐회로를 구성하게 되며 이때, 전자가속양전극(40)은 음전극(20)에서 발생하여 전자집속양전극(50)로 흐르는 열전자를 가속 또는 감속 등 제어하는 역할을 한다.
The basic structure is a vacuum tube consisting of three parts, the negative electrode 20, the electron acceleration positive electrode 40 and the electron focusing positive electrode 50, the heater is heated by receiving the power of the electron emission source power supply unit 60 in a closed vacuum state When the negative electrode 20 of the electron emission source 30 is heated, hot electrons are emitted from the surface of the negative electrode 20, and the emitted hot electrons move along the electric force line formed by the electron acceleration positive electrode 40 and the electron focusing positive electrode. Between the 20 and the electron acceleration positive electrode 40 is provided with an electrode acceleration electrode power source 70 for the electric field formation, between the negative electrode 20 and the electron focusing positive electrode 50 has an electron acceleration electrode power source 70 to the negative electrode 20 And a closed circuit that continuously flows by accelerating and focusing the hot electrons emitted from the electrons. The electron acceleration positive electrode 40 is generated from the negative electrode 20 to control the hot electrons flowing to the electron focusing positive electrode 50 such as acceleration or deceleration. station And the.

도 3의 (b)는 진공형광표시관(VFD: vacuum fluorescent display)의 전자방출기구를 나타내는 개념도이다.FIG. 3B is a conceptual diagram showing an electron emitting mechanism of a vacuum fluorescent display (VFD).

기본구조는 상기 CRT와 마찬가지로 3극 진공관의 구조로서 밀폐된 진공관 내에 음전극, 전자가속양전극(40) 및 전자집속양전극(50)의 3부분으로 구성되는데 음전극(20)은 다수개의 필라멘트 형상으로서 전자방출원(30)으로서 역할을 한다. 즉, 전자방출원(30)이 음전극(20)이다.The basic structure is a structure of a three-pole vacuum tube similar to the CRT, and consists of three parts of a negative electrode, an electron acceleration positive electrode 40 and an electron focusing positive electrode 50 in a sealed vacuum tube. The negative electrode 20 has a plurality of filament shapes and emits electrons. It serves as a circle 30. That is, the electron emission source 30 is the negative electrode 20.

VFD의 전자방출원인 필라멘트는 음전극(20)으로서 역할을 하므로 라인캐소드(line cathode)라고도 불리우며 VFD는 상기 CRT와는 다르게 저속전자를 이용하므로 텅스텐와이어의 표면에 전자방출이 용이하게 일함수가 낮은 산화바륨등을 도포하여 형성하고, 전자가속양전극(40)은 스텐레스등의 금속편을 망구조인 메시상으로 가공하여 전자집속양전극(50)에 전달되는 전자의 흐름을 가속 또는 차단하는 제어전극으로서 역할을 한다.Filament, which is an electron emission source of VFD, is called a line cathode because it serves as a negative electrode 20. Since VFD uses low-speed electrons unlike the CRT, barium oxide has a low work function to facilitate electron emission on the surface of tungsten wire. The electron acceleration positive electrode 40 serves as a control electrode for accelerating or blocking the flow of electrons delivered to the electron focusing positive electrode 50 by processing a metal piece such as stainless into a mesh structure. .

상기 저속전자라 함은 CRT와 VFD의 전자방출원에서 발생되는 전자를 가속시 음전극과 전자집속양전극(50) 사이에 형성되는 전자집속전극전원(71)의 전위차에 의해 구분되는데 일반 CRT는 구동시 인가되는 전위차가 약 2만 볼트에 이르지만 VFD는 수십~ 수백볼트에 불과하여 가속되는 전자의 속도상 현격한 차이가 나므로 CRT의 가속전자에 대비하여 저속전자라 칭한다.
The low speed electrons are classified by the potential difference between the electron focusing electrode power source 71 formed between the negative electrode and the electron focusing positive electrode 50 when the electrons generated from the electron emission sources of the CRT and the VFD are accelerated. The applied potential difference is about 20,000 volts, but VFD is only a few tens to hundreds of volts, so the difference in the speed of the accelerated electrons is significantly different.

도 3의 (c)는 전계방출디스플레이(FED: field emission display)의 전자방출기구를 나타내는 개념도이다.3C is a conceptual diagram illustrating an electron emission mechanism of a field emission display (FED).

FED는 기판상에 나노스케일로 기판상에 수많은 전자총을 구현한 것으로서, 밀폐된 진공관내에서 열에너지를 가하지 않고 전계에 의해 원뿔형의 이미션팁(35)(emission tip)을 통해 냉전자가 방출되는데 전자가속양전극(40)과 전자집속양전극(50)에 의해 가속전자(31)가 가속 및 제어된다.FED is a nanoscale implementation on a substrate in nanoscale on a substrate. Cold electrons are emitted through a conical emission tip 35 by an electric field without applying thermal energy in a sealed vacuum tube. Accelerated electrons 31 are accelerated and controlled by the 40 and the electron focusing positive electrode 50.

이미션팁(35)의 재질은 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니켈(Ni) 금속이나 산화아연(ZnO), CNT(carbon nano tube)를 사용하며, 이미션팁(35)의 형성방법은 몰리브덴, 텅스텐 금속이나 ZnO 및 CNT를 페이스트(paste)로 만든 후 정밀 스크린인쇄를 하여 이미션팁팁을 형성하거나 기판 위에 몰리브덴금속이나 CNT를 CVD(chemical vapor deposition) 또는 PVD(physical vapor deposition) 공정으로 직접 성장시켜 형성한다. 이미션팁(35)은 음전극(20)상에 형성되고 절연층(51) 상부에 전자가속양전극(40)이 형성되며 상부에 전자집속양전극(50)이 구비된다.
The material of the emission tip 35 is made of molybdenum (Mo), tungsten (W), nickel (Ni) metal or zinc oxide (ZnO), CNT (carbon nano tube), the method of forming the emission tip 35 is molybdenum , Tungsten metal or ZnO and CNT as a paste, followed by precision screen printing to form an emission tip tip, or direct growth of molybdenum metal or CNT on a substrate by chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD) processes To form. The emission tip 35 is formed on the negative electrode 20, the electron acceleration positive electrode 40 is formed on the insulating layer 51, and the electron focusing positive electrode 50 is provided on the upper portion of the insulation layer 51.

FED의 이미션팁(35)을 이용한 전자발생원외에도 산화팔라듐(PdO)를 초미세분말로 가공하여 원뿔형의 아닌 평면형으로 형성한 평면형 전자발생원, 기판상 나노스케일의 좁은 도체사이에 전자의 터널링효과를 이용하여 전자방출원으로 사용하는 표면전도형전자방출소자(SED:surface-conduction electron-emitter display)의 전자방출구조 또한 사용가능하다.
In addition to the electron generating source using the FED's emission tip 35, palladium oxide (PdO) is processed into ultra fine powder to form a planar electron source formed in a conical rather than conical form, and utilizes the tunneling effect of electrons between the narrow conductors of nanoscale on the substrate. The electron emitting structure of the surface-conduction electron-emitter display (SED) used as an electron emission source can also be used.

고진공 또는 초고진공 상태의 영역에서는 진공펌프 내의 가스입자 밀도가 낮으므로 진공펌프의 진공도가 올라갈수록 가스입자끼리의 충돌보다는 가스입자와 진공펌프의 내벽에 충돌하는 비율이 높아지게 되어 고진공영역, 특히 초고진공영역하에서 원할한 배기작업을 위하여서는 진공펌프의 내벽에 잔류하는 가스입자와 가스입자의 잔류시간을 최소로 하여야 한다.In the high vacuum or ultra high vacuum region, the density of gas particles in the vacuum pump is low, so the higher the vacuum degree of the vacuum pump, the higher the rate of collision between the gas particles and the inner wall of the vacuum pump, rather than the collision between the gas particles, the high vacuum region, especially ultra high vacuum In order to ensure a smooth venting operation in the area, the gas particles remaining on the inner wall of the vacuum pump and their residual time should be minimized.

가스입자가 가스입자끼리 무질서한 충돌 후 진공펌프의 내벽에 도달하면 물리적인 흡착현상으로 잠깐 멈추었다가 다시 방출하기도 하고 내벽에 포획되어 잔류하기도 하는데, 도 4는 나노스케일에서의 진공펌프내벽표면(82)의 상태로 표면이 매우 불규칙하고 거치므로 고진공 또는 초고진공 영역의 상태에서 진공펌프내벽표면(82) 상태가 배기속도에 매우 중요한 영향을 미치게 되어 초고진공상태를 얻기 위하여서는 배기작업 전에 미리 진공펌프(10) 몸체 자체를 가열하거나 아르곤등의 가스를 진공펌프 내부에 주입하여 진공펌프내벽표면(82)에 잔류하는 이물질 분자들을 제거하기도 하는 등 고진공 또는 초고진공 영역의 진공상태를 만들기 위해서 번거로운 전처리과정이 필요하다.When the gas particles reach the inner wall of the vacuum pump after disordered collision between the gas particles, the gas particles may be temporarily stopped by the physical adsorption phenomenon and then discharged again or may be trapped in the inner wall and remain. FIG. 4 shows the inner surface of the vacuum pump inner wall 82 at nanoscale. The surface of the vacuum pump inner wall surface 82 has a very important influence on the exhaust velocity in the state of high vacuum or ultra-high vacuum region. Therefore, in order to obtain the ultra-high vacuum state, the vacuum pump ( 10) The cumbersome pretreatment process is performed to make the vacuum state of high vacuum or ultra high vacuum region, such as heating the body itself or injecting gas such as argon into the vacuum pump to remove foreign matter molecules remaining on the inner wall surface 82 of the vacuum pump. need.

본 발명은 이러한 번거로운 전처리 과정이 필요없이도 진공펌프 내벽의 이물질 분자를 용이하게 제거할 수 있고 배기작업 중에도 새로운 이물질 분자가 흡착되는 것을 방지하며 물리적으로 흡착된 가스입자의 잔류시간을 최소로 하는 수단인 초음파진동부(80)를 진공펌프(10)의 몸체에 구비하고 초음파진동부(80)에 고주파전원장치(85)로 고주파전원을 인가하여 진공펌프(10)의 몸체에 초음파진동을 인가한다.
The present invention can easily remove foreign matter molecules on the inner wall of the vacuum pump without the need for such cumbersome pretreatment, prevent new foreign matter molecules from adsorbing during the exhaust operation, and minimize the residual time of physically adsorbed gas particles. The ultrasonic vibration unit 80 is provided on the body of the vacuum pump 10 and the ultrasonic vibration unit 80 applies high frequency power to the high frequency power supply 85 to apply ultrasonic vibration to the body of the vacuum pump 10.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 진공펌프를 나타내는 구성도이다.
5 is a block diagram showing a vacuum pump according to an embodiment of the present invention.

실시 예에 따른 진공펌프(10)는 진공펌프입구(11)를 통하여 진공챔버(200)의 진공챔버출구(201)에 연결되고, 진공펌프(10)의 일 내측에 열전자를 방출하는 전자방출원(30)이 구비되며, 타 내측에는 방출된 열전자를 가속하기 위한 전계형성용 전자가속양전극(40)과 원뿔형 전자집속양전극(50)이 진공펌프배출구(12) 주위에 구비된다. The vacuum pump 10 according to the embodiment is connected to the vacuum chamber outlet 201 of the vacuum chamber 200 through the vacuum pump inlet 11, the electron emission source for emitting hot electrons on one inside of the vacuum pump 10 30 is provided, and an electron acceleration positive electrode 40 for forming an electric field and a conical electron focusing electrode 50 for accelerating the emitted hot electrons are provided around the vacuum pump outlet 12.

전자방출원(30)은 열전자 방출용 텅스텐와이어 외주변에 일함수를 낮추기 위한 산화바륨을 코팅한 라인형 필라멘트를 한개 또는 다수개로 구성된 음전극(20)으로서, 음전극(20)에서 방출되어 가속되는 가속전자(31)는 전자가속양전극(40)에 의해 1차 가속되고 원뿔형 전자집속양전극(50)으로 2차 가속되어 진공펌프 내의 가스입자에 충돌하여 운동량을 부여하여 진공펌프배출구 방향의 가스입자(32)의 밀도를 높힌다. 진공펌프배출구 측의 밀도가 높아지면 연결덕트(90)로 유입되는 확률 또한 높아지고 연결덕트(90)로 유입된 가스입자(32)는 보조진공펌프(105)에 의해 보조진공펌프배출구(110)를 통하여 배기된다.The electron emission source 30 is a negative electrode 20 composed of one or a plurality of line filaments coated with barium oxide for reducing the work function around the tungsten wire for hot electron emission, and is accelerated by being discharged from the negative electrode 20. The electrons 31 are first accelerated by the electron accelerating positive electrode 40 and secondly accelerated by the conical electron concentrating positive electrode 50 to impinge on the gas particles in the vacuum pump to impart momentum to the gas particles 32 in the direction of the vacuum pump outlet. ) To increase the density. As the density of the vacuum pump outlet increases, the probability of introducing into the connection duct 90 also increases, and the gas particles 32 introduced into the connection duct 90 are connected to the auxiliary vacuum pump outlet 110 by the auxiliary vacuum pump 105. Exhaust through.

이때, 음전극(20)과 전자집속양전극(50) 사이에 인가되는 전자집속전극전원(71)의 전압은 수천볼트 이내로 제한하여 가스입자의 가속전자의 충돌에 의한 이온화율이 너무 높지 않은 상태에서 이루어지도록 설정 즉, 저속전자를 이용하여 진공펌프 내의 가스입자에 운동량을 전달한다.At this time, the voltage of the electron focusing electrode power source 71 applied between the negative electrode 20 and the electron focusing positive electrode 50 is limited to within a few thousand volts, so that the ionization rate due to the collision of the acceleration electrons of the gas particles is not too high. That is, the low-speed electrons are used to transfer momentum to the gas particles in the vacuum pump.

전자집속전극전원의 전압이 수만볼트 이상으로 높힐 경우 가속전자의 충돌에 의한 가스입자의 이온화율이 급격하게 증가하고 전자집속양전극(50)에 도달한 가속전자와 음이온이 엑스선을 발생시키고 전자집속양전극(50)을 구성하는 물질을 증발시켜 수명을 단축된다.
When the voltage of the electron focusing electrode power source is increased to tens of thousands of volts or more, the ionization rate of the gas particles rapidly increases due to the collision of the accelerating electrons, and the accelerated electrons and anions reaching the electron focusing electrode 50 generate X-rays, The material constituting the 50 is evaporated to shorten the life.

전자가속양전극(40)은 메쉬상으로 가공하여 음전극(20)과의 사이에 형성되는 전기장을 균일하게 하여 가속전자의 흐름도 균일하게 할 수 있는 효과가 있지만 전자운동량전달 원리를 이용하는 본 발명의 구성에 필수적인 것은 아니므로 제거해도 무방하다.Electron acceleration positive electrode 40 is processed in a mesh form to uniform the electric field formed between the negative electrode 20 has the effect of uniformizing the flow of the acceleration electrons, but in the configuration of the present invention using the principle of electron momentum transfer It is not essential and can be removed.

전자집속양전극(50)은 메쉬상 전자가속양전극(40)을 통과한 가속전자(31)를 유인하되 원뿔형 형상으로 가공하여 진공펌프배출구(12)측에 가스입자의 밀도를 높힌다. 원뿔형 전자집속양전극의 끝부분은 개방되어 밀도가 높아진 가스입자가 진공펌프배출구(12) 측으로 유입되도록 구성된다.
The electron focusing positive electrode 50 attracts the accelerating electrons 31 passing through the mesh-shaped electron acceleration positive electrode 40, but processes them into a conical shape to increase the density of gas particles on the vacuum pump outlet 12 side. The tip of the conical electron focusing electrode is opened so that the gas particles having a higher density are introduced into the vacuum pump outlet 12.

본 실시 예에 나타나는 전자방출원은 열전자를 방출하는 구조로 음전극인 산화바륨이 도포된 텅스텐와이어를 가열하기 위한 전원으로 전자방출원전원부(60)를 구비하는데 전자방출원전원부(60)는 직류 또는 교류 모두 가능하나 직류인 경우 텅스텐와이어에 의한 전압강하로 텅스텐와이어의 양단간에 온도구배가 심하게 발생하므로 교류 전원과 센터탭이 있는 변압기를 사용하여 전자방출전원부(60)의 변압기의 센터탭(center tab)을 접지처리하여 전압강하로 인한 온도구배를 최소로 한다.The electron emission source shown in this embodiment has a structure for emitting hot electrons and includes an electron emission source power supply unit 60 as a power source for heating a tungsten wire coated with barium oxide, which is a negative electrode. AC is possible, but in the case of direct current, the temperature gradient between the two ends of the tungsten wire is severe due to the voltage drop caused by the tungsten wire. Therefore, the center tab of the transformer of the electron emission power supply unit 60 using a transformer having an AC power source and a center tap is provided. ) Is grounded to minimize the temperature gradient due to voltage drop.

음전극(20)과 전자가속양전극(40) 사이에 인가되는 전위차는 직류인 전자가속전극전원(70)을 사용하고 음전극과 전자집속전극전원(71)은 직류인 전자집속전극전원(71)을 사용하여 전기장을 형성하는데 전자가속전극전원보다 전자집속전극전원의 전위차를 높게 설정하며 전자집속전극전원의 전위차는 수천볼트 이하로 설정하여 너무 높은 속도의 가속전자(31)에 의한 진공펌프 내부의 가스입자(32) 이온화 및 전자집속양전극에 너무 높은 에너지상태의 전자 및 음이온의 타격으로 인한 엑스선 발생 및 전자집속양전극의 표면파손등을 방지한다.
The potential difference applied between the negative electrode 20 and the electron acceleration positive electrode 40 is the electron acceleration electrode power source 70 which is a direct current, and the negative electrode and the electron focusing electrode power source 71 is the electron focusing electrode power source 71 which is a direct current. To form an electric field, the potential difference of the electron focusing electrode power source is set higher than the electron acceleration electrode power source, and the potential difference of the electron focusing electrode power source is set to several thousand volts or less, so that the gas particles inside the vacuum pump by the acceleration electrons 31 of too high speed. (32) It prevents X-ray generation and surface damage of electron focusing electrode by ionization and the impact of electrons and anions of too high energy state on electron focusing electrode.

진공펌프(10)의 일외측에 초음파진동부(80)를 구비하고 초음파진동부의 전원으로 고주파전원장치(85)를 이용하여 고주파전원을 인가한다.An ultrasonic vibration unit 80 is provided on one side of the vacuum pump 10 and a high frequency power source is applied using the high frequency power source device 85 as a power source of the ultrasonic vibration unit.

초음파는 사람의 가청주파수인 약 20kHz보다 높은 진동수의 주파수로서 초음파세척기등으로 산업적으로 많이 이용되고 있으며 주파수를 가변할 수 있는 고주파전원을, 전기인가시 인가시 부피가 변하는 압전세라믹으로 제작되는 초음파진동자에 인가하여 고주파진동을 발생시킨다.Ultrasound is a frequency of frequencies higher than about 20 kHz, which is a human audible frequency, and is widely used industrially as an ultrasonic cleaner. Ultrasonic vibrators made of piezoelectric ceramics whose volume changes when an electric power is applied when a high frequency power capable of varying the frequency is applied. It is applied to generate high frequency vibration.

진공펌프에 초음파진동을 가하는 이유는 상기하였듯이 고진공도 또는 초고진공도 하에 진공펌프 내부의 가스입자 밀도가 희박하여 가스입자끼리의 충돌보다는 진공펌프내벽표면(82)에 충돌하는 비율이 높고 진공펌프내벽표면(82)의 상태는 나노스케일에서 매우 거칠어서 가스입자(32)를 흡착하여 가스입자(32)의 배기를 방해하므로 진공펌프(10)에 초음파진동을 가하여 진공도를 향상시키고 배기속도도 향상시킨다.
The reason for applying the ultrasonic vibration to the vacuum pump is that the gas particle density inside the vacuum pump is rare under high vacuum or ultra high vacuum, so that the ratio of collision with the gas particles in the vacuum pump inner wall surface 82 is higher than that between the gas particles and the vacuum pump inner wall surface. The state of 82 is very rough at the nanoscale, so that the gas particles 32 are adsorbed to obstruct the exhaust of the gas particles 32, so that ultrasonic vibration is applied to the vacuum pump 10 to improve the degree of vacuum and the exhaust speed.

기존의 극고진공펌프인 냉온펌프나 이온펌프와 티타늄 확산 등에 의한 확산펌프등이 출구를 막은 상태에서 챔버내의 가스입자를 포집하는 방법이므로 반도체나 기타 나노공정 등에서 식각 등의 가공시 챔버 내에서 새로운 가스가 발생하는 경우 사용이 제한되는 문제가 있는데 본 발명인 전자의 운동량전달을 이용한 진공펌프의 경우 진공펌프의 진공펌프배출구(12)를 막을 필요가 없으므로 진공챔버(200)내에 가스입자가 발생하는 연속공정에 쉽게 대응할 수 있다. 또한 단순한 구조로 제작은 물론 유지보수하기가 용이하여 산업계에 쉽게 적용할 수 있다.
As the existing ultra-high vacuum pump, such as a cold / hot pump or an ion pump and a diffusion pump by titanium diffusion, traps the gas particles in the chamber while the outlet is blocked, new gases in the chamber during etching or the like in semiconductor or other nano processes, etc. There is a problem in that the use is limited, but in the case of a vacuum pump using the momentum transfer of the present invention, there is no need to block the vacuum pump outlet 12 of the vacuum pump, the continuous process of generating gas particles in the vacuum chamber 200 You can easily respond to. In addition, it is easy to manufacture as well as to maintain a simple structure can be easily applied to the industry.

10: 진공펌프 11: 진공펌프입구 12: 진공펌프배출구 20: 음전극 22: 절연층 23: 기판 30: 전자방출원 31: 가속전자 32: 가스입자 33: 음이온 34: 양이온 35: 이미션팁 40: 전자가속양전극 50: 전자집속양전극 51: 절연층 60: 전자방출원전원부 70: 전자가속전극전원 71: 전자집속전극전원 80: 초음파진동부 82: 진공펌프내벽표면 85: 고주파전원장치 90: 연결덕트 100: 보조진공펌프 110: 보조진공펌프배출구 200: 진공챔버 201: 진공챔버출구Reference Signs List 10: vacuum pump 11: vacuum pump inlet 12: vacuum pump outlet 20: negative electrode 22: insulating layer 23: substrate 30: electron emission source 31: accelerator electron 32: gas particles 33: anion 34: cation 35: emission tip 40: electron Accelerated positive electrode 50: Electron focusing positive electrode 51: Insulation layer 60: Electron emission source power supply 70: Electron acceleration electrode power 71: Electron focus electrode power 80: Ultrasonic vibrator 82: Vacuum pump inner wall surface 85: High frequency power supply 90: Connection duct 100 : Auxiliary vacuum pump 110: auxiliary vacuum pump outlet 200: vacuum chamber 201: vacuum chamber outlet

Claims (4)

삭제delete 진공펌프 일 내측에 전자방출원과 음전극을 구비하고, 진공펌프배출구 방향의 타측에 전자집속양전극을 구비하며 음전극과 전자집속양전극 사이에 전자가속을 위한 전계형성용 전자집속전극전원을 구비하는 진공펌프에 있어서,

진공펌프의 일외측에 초음파진동부와 고주파전원장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 진공펌프.
A vacuum pump having an electron emission source and a negative electrode inside one of the vacuum pumps, an electron focusing positive electrode on the other side of the vacuum pump discharge direction, and an electron focusing electrode power source for forming an electric field for electron acceleration between the negative electrode and the electron focusing electrode To

A vacuum pump, characterized in that it further comprises an ultrasonic vibration unit and a high frequency power supply on one side of the vacuum pump.
삭제delete 삭제delete
KR1020110073833A 2011-07-26 2011-07-26 Vacuum pump utilizing electron momentum transference KR101320237B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110073833A KR101320237B1 (en) 2011-07-26 2011-07-26 Vacuum pump utilizing electron momentum transference

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110073833A KR101320237B1 (en) 2011-07-26 2011-07-26 Vacuum pump utilizing electron momentum transference

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130012599A KR20130012599A (en) 2013-02-05
KR101320237B1 true KR101320237B1 (en) 2013-10-21

Family

ID=47893226

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110073833A KR101320237B1 (en) 2011-07-26 2011-07-26 Vacuum pump utilizing electron momentum transference

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101320237B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001126657A (en) * 1999-10-27 2001-05-11 Jeol Ltd Electron vacuum pump
KR200406470Y1 (en) * 2005-10-25 2006-01-23 아프로시스템 주식회사 Washing apparatus
JP2007016768A (en) 2005-07-08 2007-01-25 Kofukin Seimitsu Kogyo (Shenzhen) Yugenkoshi Sputter ion pump
KR20100029651A (en) * 2008-09-08 2010-03-17 고병모 Radiation pressure vacuum pump or electron beam vacuum pump

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001126657A (en) * 1999-10-27 2001-05-11 Jeol Ltd Electron vacuum pump
JP2007016768A (en) 2005-07-08 2007-01-25 Kofukin Seimitsu Kogyo (Shenzhen) Yugenkoshi Sputter ion pump
KR200406470Y1 (en) * 2005-10-25 2006-01-23 아프로시스템 주식회사 Washing apparatus
KR20100029651A (en) * 2008-09-08 2010-03-17 고병모 Radiation pressure vacuum pump or electron beam vacuum pump

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130012599A (en) 2013-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2008535193A (en) Apparatus and process for generating, accelerating and propagating electron and plasma beams
CN109786204B (en) Method for leading out ion beam current by using gas cluster sputtering target and ion source
JP4825846B2 (en) Carbon nanotube production equipment
JP4861257B2 (en) Fine particle film manufacturing method and manufacturing apparatus using coaxial vacuum arc deposition source
US5899666A (en) Ion drag vacuum pump
JPS58167602A (en) Formation of thin film of organic substance
KR101320237B1 (en) Vacuum pump utilizing electron momentum transference
US2808980A (en) Electrical vacuum pump
WO2013099044A1 (en) Ion beam processing device and neutralizer
CN108428610B (en) Small ion source and preparation method thereof
JP4837409B2 (en) Nanoparticle production method
JP5404950B1 (en) Deposition apparatus and deposition method
Al-Dmour Fundamentals of vacuum physics and technology
Matsumoto et al. Development and properties of a Freeman-type hybrid ion source
RU2716133C1 (en) Source of fast neutral molecules
JP4006531B2 (en) Surface treatment method and surface treatment apparatus using ion beam
CN110767524B (en) Self-suction type X-ray generating device and application thereof
JPH08190995A (en) High speed atomic beam source
US1501070A (en) Vacuum pump
Grabski Vacuum Technology for Particle Accelerators
KR20100029651A (en) Radiation pressure vacuum pump or electron beam vacuum pump
JP2020053125A (en) Vacuum exhaust apparatus
RU2796652C1 (en) Device for forming a beam of cluster or atomic ions of gas
RU2702623C1 (en) Source of fast neutral molecules
RU2817564C1 (en) Fast atom source for dielectric etching

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160807

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170801

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180722

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190724

Year of fee payment: 7