KR102561996B1 - 펌핑 유닛 및 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, - 직렬로 장착되는 적어도 4개의 펌핑 스테이지(T1, T2, T3, T4, T5)를 구비하는, 복수 스테이지 건식 타입의 1차적 진공 펌프(2)를 포함하는, 펌핑 유닛(1)으로서: 상기 펌핑 유닛(1)은: - 직렬로 장착되는 제1 및 제2 펌핑 스테이지(B1, B2)를 구비하는 2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)로서, 2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)의 제2 펌핑 스테이지(B2)는, 펌핑될 기체들의 유동 방향에서, 상기 1차적 진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)의 상류에 그리고 직렬로 장착되는 것인, 2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)를 포함하고, - 상기 2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)의 제2 펌핑 스테이지(B2)의 배기 용적에 대한 상기 2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)의 제1 펌핑 스테이지(B1)의 배기 용적의 비는 6 미만이며, 그리고 - 상기 1차적 진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)의 배기 용적에 대한 상기 2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)의 제2 펌핑 스테이지(B2)의 배기 용적의 비는 6 미만인 것을 특징으로 하는 펌핑 유닛에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 상기 펌핑 유닛(1)의 용도에 관한 것이다.

Description

펌핑 유닛 및 용도
본 발명은, 복수 스테이지 건식 타입의 1차적 진공 펌프 및, 1차적 진공 펌프와 직렬로 그리고 1차적 진공 펌프의 상류에 장착되는, 2-스테이지 루츠 타입(two-stage Roots type)의 진공 펌프를 포함하는, 펌핑 유닛에 관한 것이다. 본 발명은, 또한 상기 펌핑 유닛의 용도에 관한 것이다.
1차적 진공 펌프들은, 펌핑될 기체가 그 내부에서 흡입구와 전달 단부 사이에서 유동하는 것인, 직렬의 다수의 펌핑 스테이지를 구비한다. 독특한 타입의 공지의 1차적 진공 펌프들은, 2 또는 3개의 로브를 갖는, 또한 루츠 펌프(Roots pump)로 공지되는, 회전형 로브들(rotary lobes)을 갖는 펌프들 및, 또한 클로 펌프(claw pump)로 공지되는, 이중 클로(double claw)를 갖는 펌프들을 포함한다.
1차적 진공 펌프들은, 스테이터 내부에서 반대 방향으로 회전하는, 동일한 윤곽을 갖는 2개의 로터를 포함한다. 회전 도중에, 펌핑될 기체는, 로터들 및 스테이터에 의해 휩쓸리는 용적 내에 포획되며, 그리고 로터들에 의해 다음 스테이지를 향해 그리고 이어서 점진적으로 진공 펌프의 전달 단부로 추진된다. 작동은 로터들과 스테이터 사이의 어떠한 기계적 접촉 없이 일어나고, 따라서 펌핑 스테이지들 내에 오일이 존재하지 않는다. 이러한 방식으로, 건식 펌핑으로 공지되는 것이, 제공될 수 있다.
펌핑 성능을, 특히 유량을, 개선하기 위해, ("루츠 송풍기"로 공지되는) 루츠 진공 펌프가, 사용되며, 그리고 1차적 진공 펌프의 상류에 그리고 그와 직렬로 장착된다. 루츠 진공 펌프의 배기 용적은, 1차적 진공 펌프의 배기 용적의 대략 20배일 수 있을 것이다.
반도체 제조 산업에서의 박막 제조를 위한 적용들, 또는 CVD("화학적 기상 증착") 적용과 같은, 일부 적용은, 특히 53 Pa 내지 266 Pa 사이의 작동 압력 범위를 위해, 50 Pa.m3.s-1 내지 170 Pa.m3.s-1 사이의 연속적으로 펌핑되는 유동을 위해, 높은 펌핑 성능을 요구한다. 특히, 목표는, 이러한 작동 범위 내에서, 약 3000 m3/h의 최대 펌핑 유량을 달성하는 것이다.
이러한 펌핑 능력을 달성하기 위해 시도하는 하나의 해법이, 약 300 m3/h의 배기 용적을 갖는 복수 스테이지 1차적 진공 펌프와 직렬로 장착되는, 3000 m3/h를 달성하기 위한 요구되는 배기 용적을 구비하는 루츠 진공 펌프를 사용하는 것이다. 루츠 진공 펌프의 배기 용적은, 그에 따라 복수 스테이지 1차적 진공 펌프의 배기 용적의 대략 10배일 수 있을 것이다. 그러나, 펌핑 성능의 상당한 손실이, CVD 적용의 작동 범위 이내의 압력에 대해 뿐만 아니라 극한의 압력에 대해, 이러한 장치에서 관찰되었다. 더불어, 이러한 펌핑 장치는, 고도로 에너지-집약적인 반면, 전력 소비를 제한하는 것이 동등하게 바람직하다.
복수 스테이지 1차적 진공 펌프의 상류에 그리고 이와 직렬로 2개의 루츠 진공 펌프를 사용하는 것도 여전히, 만족스러운 해법을 제공하지 못한다. 이는, 그러한 장치가 비싸고 부피가 크며, 그리고 2개의 모터의 사용은, 기계적 손실을 초래할 것이며 그리고 전력 소비의 측면에서 결과를 가질 것이기 때문이다.
일본 공개특허공보 특개2015-010510호(2015.01.19.)
그에 따라 본 발명의 목표 중의 하나는, 최소의 전력 소비를 갖는 가운데, CVD 적용의 작동 범위에서 뿐만 아니라 극한의 압력에서도 더 우수한 펌핑 성능을 구비하는, 펌핑 유닛을 제안하는 것이다.
이러한 목적을 위해, 본 발명은:
- 직렬로 장착되는 적어도 4개의 펌핑 스테이지를 구비하는, 복수 스테이지 건식 타입의 1차적 진공 펌프를 포함하는, 펌핑 유닛으로서,
상기 펌핑 유닛은:
- 직렬로 장착되는 제1 및 제2 펌핑 스테이지를 구비하는 2-스테이지 루츠 진공 펌프로서, 2-스테이지 루츠 진공 펌프의 제2 펌핑 스테이지는, 펌핑될 기체들의 유동 방향에서, 상기 1차적 진공 펌프의 제1 펌핑 스테이지의 상류에 그리고 그와 직렬로 장착되는 것인, 2-스테이지 루츠 진공 펌프를 포함하고,
- 상기 2-스테이지 루츠 진공 펌프의 제2 펌핑 스테이지의 배기 용적에 대한 상기 2-스테이지 루츠 진공 펌프의 제1 펌핑 스테이지의 배기 용적의 비는 6 미만이며, 그리고
- 상기 복수 스테이지 건식 1차적 진공 펌프의 제1 펌핑 스테이지의 배기 용적에 대한 상기 2-스테이지 루츠 진공 펌프의 제2 펌핑 스테이지의 배기 용적의 비는 6 미만인 것을 특징으로 하는 펌핑 유닛을 제안한다.
이러한 구조 및 이러한 치수들의 펌핑 유닛과 더불어, 최대 펌핑 성능이, 최대 170 Pa.m3.s-1까지 연속적으로 펌핑될 수 있는 유동과 함께, 53 Pa 내지 266 Pa 사이의 압력에 대한, 요구되는 작동 범위 내에서, 달성된다.
극한의 진공에서의 펌핑 성능 또한, 0.1 Pa 미만에서, 만족스럽다.
부가적으로, 전력 소비는, 극한의 진공에서 이든 또는 CVD 적용의 요구되는 작동 범위 내에서 이든, 최소이다.
개별적으로 또는 조합으로 고려되는, 펌핑 유닛의 하나 이상의 특성에 따르면:
- 2-스테이지 루츠 진공 펌프의 제1 펌핑 스테이지의 배기 용적은, 3000 m3/h 이상이며, 예를 들어 3500 m3/h 내지 5000 m3/h 사이이고,
- 2-스테이지 루츠 진공 펌프의 제2 펌핑 스테이지의 배기 용적은, 500 m3/h 이상이고, 예를 들어 500 m3/h 내지 1000 m3/h 사이이며,
- 상기 2-스테이지 루츠 진공 펌프의 제2 펌핑 스테이지의 배기 용적에 대한 상기 2-스테이지 루츠 진공 펌프의 제1 펌핑 스테이지의 배기 용적의 비는 5.5 미만이며, 예를 들어 4.5 내지 5.5 사이이고,
- 상기 복수 스테이지 건식 1차적 진공 펌프의 제1 펌핑 스테이지의 배기 용적에 대한 상기 2-스테이지 루츠 진공 펌프의 제2 펌핑 스테이지의 배기 용적의 비는 5 이하이며,
- 1차적 진공 펌프의 제1 펌핑 스테이지의 배기 용적은, 100 m3/h 이상이며, 예를 들어 100 m3/h 내지 400 m3/h 사이이고,
- 상기 1차적 진공 펌프의 제2 펌핑 스테이지의 배기 용적에 대한 상기 1차적 진공 펌프의 제1 펌핑 스테이지의 배기 용적의 비는 3 이하이며,
- 상기 1차적 진공 펌프의 제3 펌핑 스테이지의 배기 용적에 대한 상기 루츠 진공 펌프의 제1 펌핑 스테이지의 배기 용적의 비는 120 이하이고,
- 상기 1차적 진공 펌프의 끝에서 두 번째 펌핑 스테이지의 배기 용적에 대한 상기 1차적 진공 펌프의 최종 펌핑 스테이지의 배기 용적의 비는 2 이하이며,
- 상기 1차적 진공 펌프는, 직렬로 장착되는 적어도 5개의 펌핑 스테이지를 구비하고,
- 펌핑 유닛은, 2-스테이지 루츠 진공 펌프의 흡입구를 2-스테이지 루츠 진공 펌프의 제2 펌핑 스테이지의 유입구에 연결하는 통로를 더 구비하고, 통로는, 제1 펌핑 스테이지의 흡입구와 전달 단부 사이의 압력 차가 사전 규정된 값을 초과하자마자 개방되도록 구성되는, 이완 모듈(또한 "우회로"로 지칭됨)을 구비한다.
본 발명은 또한, 반도체 제조 설비의 격실을 펌핑하여 진공화하기 위한 이상에 설명된 펌핑 유닛의 용도로서, 펌핑 유닛이, 53 Pa 내지 266 Pa 사이의 레벨에서 격실 내부의 압력을 제어하기 위해, 50 Pa.m3.s-1 내지 170 Pa.m3.s-1 사이의 격실 내에서의 펌핑되는 기체 유동을 위해, 사용되는 것인, 펌핑 유닛의 용도를 제안한다.
본 발명의 다른 특징들 및 이점들이, 첨부 도면을 참조하여, 비-제한적인 예로서 제공되는, 뒤따르는 설명으로부터 명백해질 것이다:
- 도 1은 펌핑 유닛의 개략도를 도시하고,
- 도 2는, 단지 작동을 위해 필요한 요소들만이 묘사되는, 1차적 진공 펌프의 실시예의 예를 도시하며,
- 도 3은, 2-스테이지 루츠 진공 펌프의 개략도를 도시하고; 이 도면은 이해의 편의를 위해 서로 인접한 펌핑 스테이지들의 단면도들을 도시하며,
- 도 4는, 압력(Torr 단위)의 함수로서, 본 발명에 따른 펌핑 유닛에 대한 그리고 종래기술의 펌핑 장치들에 대한, 펌핑 속도(m3/h 단위)의 곡선들을 보여주는 그래프이고,
- 도 5는, 도 4의 펌핑 유닛 및 펌핑 장치들에 대한 압력(Torr 단위)의 함수로서, 펌핑되는 기체 유동("slm(표준 분당 리터)" 단위)(1 slm = 1.68875 Pa.m3.s- 1)의 곡선들을 보여주는 그래프이며, 그리고
- 도 6은, 펌핑 유닛의 사용의 예를 도시한다.
이러한 도면들에서, 동일한 요소들은 동일한 참조 부호들을 보유한다. 뒤따르는 실시예들은, 예들이다. 비록 설명이 하나 이상의 실시예를 참조하지만, 이는 반드시, 각각의 참조가 동일한 실시예에 관련된다는 것, 또는 특징들이 단지 단일 실시예에만 적용 가능하다는 것을 의미하지 않는다. 상이한 실시예들의 단순한 특징들이 또한, 다른 실시예들을 제공하기 위해, 조합되거나, 또는 교환될 수 있을 것이다.
표현 "배기 용적"은, 초당 회전 수에 의해 곱셈되는, 진공 펌프의 로터들과 스테이터 사이의 휩쓸리는 용적(swept volume)에 대응하는 용량을 의미하도록 취해진다.
표현 "극한의 압력"은, 펌핑되는 기체 유동의 부재 시에 펌핑 장치에 대해 획득되는 최소 압력을 의미하도록 취해진다.
표현 "건식 1차적 진공 펌프"는, 대기압에서 펌핑될 기체를 흡인, 전달 및 운반하기 위해 2개의 로터를 사용하는 용적형 진공 펌프를 의미하도록 취해진다. 로터는, 1차적 진공 펌프의 모터에 의해 회전 구동된다.
표현 "루츠 진공 펌프(또한 "루츠 송풍기"로도 지칭됨)"는, 펌핑될 기체를 흡인, 전달 및 운반하기 위해 루츠 타입의 로터들을 사용하는 용적형 진공 펌프를 의미하도록 취해진다. 루츠 진공 펌프는, 1차적 진공 펌프의 상류에 그리고 그와 직렬로 장착된다. 루츠 로터들은, 루츠 진공 펌프의 모터에 의해 회전 구동된다.
표현 "상류"는, 기체의 유동 방향에 대해 다른 요소 이전에 배치되는 요소를 지칭하기 위해 취해진다. 역으로, 표현 "하류"는, 펌핑될 기체의 유동 방향에 대해 다른 요소 이후에 배치되는 요소를 지칭하기 위해 취해지고, 상류에 위치하게 되는 요소는, 더 높은 압력에 놓이는 하류에 위치하게 되는 요소보다 더 낮은 압력에 놓인다.
도 1은 펌핑 유닛(1)의 개략도를 도시한다.
펌핑 유닛(1)은, 예를 들어, 반도체 제조 산업(도 6)의 설비(100)에서 사용된다. 펌핑 유닛(1)은, 예를 들어, 박막 제조를 위해 또는 CVD("화학적 기상 증착") 적용을 위해 사용될 격실(101)에 연결되고, 그에 대한, 작동 범위는, 53 Pa 내지 266 Pa 사이의 압력 및, 통상적으로 50 Pa.m3.s-1 내지 170 Pa.m3.s-1 사이인, 격실(101) 내에서의 펌핑되는 기체의 유동을 포함한다.
펌핑 유닛(1)은, 복수 스테이지 건식 타입의 1차적 진공 펌프(2) 및, 1차적 진공 펌프(2)와 직렬로 그리고 1차적 진공 펌프(2)의 상류에 장착되는, 2-스테이지 루츠 타입의 진공 펌프(3)(또는 "이중 스테이지 송풍기")를 포함한다.
여기에 도시되는 1차적 진공 펌프(2)는, 펌핑될 기체가 그러한 스테이지들 내에서 유동할 수 있는 것인, 1차적 진공 펌프(2)의 흡입구(4)와 전달 단부(5) 사이에 장착되는, 5개의 펌핑 스테이지(T1, T2, T3, T4, T5)를 구비한다.
각 펌핑 스테이지(T1 내지 T5)는, 개별적인 유입구 및 배출구를 구비한다. 연속적인 펌핑 스테이지들(T1 내지 T5)은, 앞선 펌핑 스테이지의 배출구(또는 전달 단부)를 뒤따르는 스테이지의 유입구(또는 흡입구)에 연결하는 개별적인 스테이지-간 채널들(6)에 의해, 서로 직렬로 연결된다(도 2 참조). 스테이지-간 채널들(6)은, 예를 들어, 진공 펌프(2)의 몸체(8) 내에 측방으로, 로터들(10)을 수용하는 중앙 하우징(9)의 양 측부에, 배열된다. 제1 펌핑 스테이지(T1)의 유입구는, 진공 펌프(2)의 흡입구(4)와 소통 상태에 놓이며, 그리고 마지막 펌핑 스테이지(T5)의 배출구는, 진공 펌프(2)의 전달 단부(5)와 소통 상태에 놓인다. 펌핑 스테이지들(T1 내지 T5)의 스테이터들은, 진공 펌프(2)의 몸체(8)를 형성한다.
1차적 진공 펌프(2)는, 펌핑 스테이지들(T1 내지 T5) 내로 연장되는, 2개의 회전형 로브 로터(10)를 구비한다. 로터들(10)의 샤프트들은, 1차적 진공 펌프(2)의 모터(M1)에 의해 전달 스테이지(T5)의 측부로부터 구동된다(도 1).
로터들(10)은, 동일한 윤곽들을 갖는 로브들을 구비한다. 묘사된 로터들은, ("숫자 8" 또는 "강낭콩"의 형태의 단면을 갖는) 루츠 타입의 것이다. 명백하게, 본 발명은, 클로, 나선형, 스크루 타입의 펌프들, 또는 다른 유사한 용적형 진공 펌프 원리에 기초하여 작동하는 펌프들과 같은, 다른 타입의 건식 복수 스테이지 1차적 진공 펌프들에 동등하게 적용 가능하다.
로터들(10)은, 각도 방향으로 편향되며, 그리고 각 스테이지(T1 내지 T5)의 중앙 하우징(9) 내에서 반대 방향으로 동기화된 방식으로 회전하도록 구동된다. 회전 도중에, 유입구로부터 흡인되는 기체는, 로터들(10) 및 스테이터에 의해 휩쓸리는 용적 내에 포획되며, 그리고 이어서 로터들에 의해 다음 스테이지를 향해 추진된다(기체의 유동 방향은 도 1 및 도 2에서 화살표들(G)에 의해 예시됨).
1차적 진공 펌프(2)는, 작동 시에, 로터들(10)이, 스테이터와의 어떠한 기계적 접촉도 없이, 스테이터 내부에서 회전하고, 따라서 펌핑 스테이지들(T1 내지 T5) 내에 오일이 존재하지 않기 때문에, "건식"으로 지칭된다.
펌핑 스테이지들(T1 내지 T5)은, 펌핑 스테이지들과 함께 감소하는 (또는 동등한), 휩쓸리는 용적을, 말하자면, 펌핑되는 기체의 체적을 갖고, 제1 펌핑 스테이지(T1)는 최고 배기 용적을 가지며, 그리고 최종 펌핑 스테이지(T5)는 최저 배기 용적을 갖는다.
1차적 진공 펌프(2)의 전달 압력은, 대기압과 동등하다. 1차적 진공 펌프(2)는, 펌핑된 기체의 진공 펌프(2) 내로의 역류를 방지하기 위해, 전달 단부(5)에서의, 최종 펌핑 스테이지(T5)의 배출구에, 체크 밸브를 추가로 구비한다.
2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)가, 도 3에 개략적으로 도시된다.
1차적 진공 펌프(2)와 마찬가지로, 루츠 진공 펌프(3)는, 펌핑될 기체를 흡인, 전달, 및 이어서 운반하기 위해 2개의 로터를 사용하는, 용적형 진공 펌프이다.
2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)는, 그러한 스테이지들 내에서 펌핑될 기체가 유동할 수 있는 것인, 흡입구(11)와 전달 단부(12) 사이에 직렬로 장착되는, 제1 및 제2 펌핑 스테이지(B1, B2)를 구비한다.
각 펌핑 스테이지(B1 및 B2)는, 개별적인 유입구 및 배출구를 구비하고, 제2 펌핑 스테이지(B2)의 유입구(16)(또는 흡입구)는, 스테이지-간 채널(13)에 의해, 제1 펌핑 스테이지(B1)의 배출구(또는 전달 단부)에 연결된다. 제1 펌핑 스테이지(B1)의 유입구는, 펌핑 유닛(1)의 흡입구(11)와 소통 상태에 놓이며, 그리고 제2 펌핑 스테이지(B2)의 배출구(전달 단부(12))는, 1차적 진공 펌프(2)의 흡입구(4)에 연결된다.
루츠 진공 펌프(3)는, 펌핑 스테이지들(B1 및 B2) 내로 연장되는, 2개의 회전형 로브 로터(14)를 구비한다. 로터들(14)의 샤프트들은, 루츠 진공 펌프(3)의 모터(M2)에 의해 구동된다(도 1).
로터들(14)은, 루츠 타입의 동일한 윤곽들을 갖는 로브들을 구비한다.
로터들(10)은, 각도 방향으로 편향되며, 그리고 각 스테이지(B1 및 B2)의 챔버들을 형성하는 중앙 하우징 내에서 반대 방향으로 동기화된 방식으로 회전하도록 구동된다. 회전 도중에, 유입구로부터 흡인되는 기체는, 로터들 및 스테이터에 의해 휩쓸리는 용적 내에 포획되며, 그리고 이어서 로터들에 의해 다음 스테이지를 향해 추진된다(기체의 유동 방향은 도 1 및 도 3에서 화살표들(G)에 의해 예시됨).
루츠 진공 펌프(3)는, 작동 시에, 로터들이, 스테이터와의 어떠한 기계적 접촉도 없이, 스테이터 내부에서 회전하고, 따라서 펌핑 스테이지들(B1 및 B2) 내에 오일이 존재하지 않기 때문에, "건식"으로 지칭된다.
루츠 진공 펌프(3)는 주로, 더 큰 펌핑 용량들로 인한 펌핑 스테이지들(B1 및 B2)의 더 큰 치수, 허용공차, 더 큰 정도의 유격, 그리고 루츠 진공 펌프(3)가, 대기압에서 전달하지 않지만, 1차적 진공 펌프의 상류에서 직렬 배열로 사용되어야만 한다는 점에서, 1차적 진공 펌프(2)와 상이하다.
펌핑 유닛(1)은 추가로, 루츠 진공 펌프(3)의 흡입구(11)를 루츠 진공 펌프(3)의 제2 펌핑 스테이지(B2)의 유입구(16)에 연결하는, 통로(15)를 구비한다.
통로(15)는, 제1 펌핑 스테이지(B1)의 흡입구(11)와 전달 단부 사이의 압력 차가 예를 들어 5.103 Pa 내지 3.104 Pa 사이의 규정된 레벨을 초과하자마자 개방되도록 구성되는, 체크 밸브 또는 제어되는 밸브와 같은, 이완 모듈(17)을 구비한다.
이완 모듈(17)의 개방은, 제1 펌핑 스테이지(B1)의 전달 단부로부터의 과도한 기체 유동이 루츠 진공 펌프(3)의 흡입구(11)를 향해 재순환되는 것을 가능하게 한다. 이러한 재순환은, 펌핑의 시작 시의 높은 기체 유동 때문에 격실(101)의 압력이 대기압 아래로 떨어질 때, 일어난다. 이는, 매우 높은 전력 소비, 과도한 가열, 및 오작동의 위험을 야기할 수 있는, 제1 펌핑 스테이지(B1)의 전달 단부에서의 높은 압력의 생성을 방지한다.
루츠 진공 펌프(3)의 제2 펌핑 스테이지(B2)의 배기 용적에 대한 루츠 진공 펌프(3)의 제1 펌핑 스테이지(B1)의 배기 용적의 비는 6 미만이고, 예를 들어 5.5 미만 또는 4.5 내지 5.5 사이이다.
2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)의 제1 펌핑 스테이지(B1)의 배기 용적은, 예를 들어 3000 m3/h 이상이고, 예를 들어 3500 m3/h 내지 5000 m3/h 사이이다.
2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)의 제2 펌핑 스테이지(B2)의 배기 용적은, 예를 들어 500 m3/h 이상이고, 예를 들어 500 m3/h 내지 1000 m3/h 사이이다.
루츠 진공 펌프(3)의 제1 펌핑 스테이지(B1)의 배기 용적은, 예를 들어, 약 4459 m3/h이다.
루츠 진공 펌프(3)의 제2 펌핑 스테이지(B2)의 배기 용적은, 예를 들어, 약 876 m3/h이다.
제2 펌핑 스테이지(B2)의 배기 용적에 대한 제1 펌핑 스테이지(B1)의 배기 용적의 비는, 그에 따라, 약 5.1이다.
부가적으로, 1차적 진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)의 배기 용적에 대한 루츠 진공 펌프(3)의 제2 펌핑 스테이지(B2)의 배기 용적의 비는 6 미만이고, 예를 들어 5 이하이다.
1차적 진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)의 배기 용적은, 예를 들어 100 m3/h 이상이고, 예를 들어 100 m3/h 내지 400 m3/h 사이이다.
1차적 진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)는, 예를 들어, 약 187 m3/h의 배기 용적을 갖는다.
제1 펌핑 스테이지(T1)의 배기 용적에 대한 제2 펌핑 스테이지(B2)의 배기 용적의 비는, 그에 따라, 약 4.7과 동등하다.
1차적 진공 펌프(2)의 제2 펌핑 스테이지(T2)의 배기 용적에 대한 1차적 진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)의 배기 용적의 비는, 예를 들어, 3 이하이다.
제2 펌핑 스테이지(T2)는, 예를 들어, 약 93 m3/h의 배기 용적을 갖는다. 제2 펌핑 스테이지(T2)의 배기 용적에 대한 제1 펌핑 스테이지(T1)의 배기 용적의 비는, 그에 따라, 실질적으로 2와 동등하다.
1차적 진공 펌프(2)의 제3 펌핑 스테이지(T3)의 배기 용적에 대한 2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)의 제1 펌핑 스테이지(B1)의 배기 용적의 비는, 예를 들어, 120 이하이다. 1차적 진공 펌프(2)의 적어도 2개의 최종 펌핑 스테이지(T4, T5, T6)는, 동일한 배기 용적을 가질 수 있을 것이다.
1차적 진공 펌프(2)의 끝에서 두 번째 펌핑 스테이지(T4)의 배기 용적에 대한 1차적 진공 펌프(2)의 최종 펌핑 스테이지(T5)의 배기 용적의 비는, 예를 들어, 2 이하이다.
마지막 3개의 펌핑 스테이지(T3, T4, T5)는, 예를 들어, 약 44 m3/h의 배기 용적을 갖는다. 1차적 진공 펌프(2)의 제3 펌핑 스테이지(T3)의 배기 용적에 대한 2차적 2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)의 제1 펌핑 스테이지(B1)의 배기 용적의 비는, 그에 따라, 약 101.3이다. 1차적 진공 펌프(2)의 끝에서 두 번째 펌핑 스테이지(T4)의 배기 용적에 대한 1차적 진공 펌프(2)의 최종 펌핑 스테이지(T5)의 배기 용적의 비는, 그에 따라, 이러한 경우에, 1과 동등하다.
동일한 배기 용적을 갖는, 1차적 진공 펌프(2)의 마지막 펌핑 스테이지들(T4, T5, T6)은, 제조를 단순화하고 비용을 감소시키는 것을 가능하도록 한다.
펌핑 유닛(1)의 이러한 설계는, CVD 법의 작동 범위 이내에서 최적인, 펌핑 성능을 최적화하는 것을 가능하도록 한다. 극한의 진공에서의 펌핑 성능이, 또한 만족스럽다. 부가적으로, 전력 소비는, 극한의 진공에서 이든 또는 작동 압력에서 이든, 최소이다.
이는, 본 발명에 따른 펌핑 유닛(1)에 대해 그리고 종래기술의 펌핑 장치들에 대해 확인되는 펌핑 성능을 도시하는, 도 4 및 도 5의 그래프들을 검토함에 의해 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
곡선 A는, 510 m3/h의 산정된 배기 용적을 갖는 1차적 진공 펌프의 상류에 그리고 그와 직렬로 장착되는, 4459 m3/h의 산정된 배기 용적을 갖는 단일-스테이지 루츠 진공 펌프를 포함하는 종래기술의 펌핑 장치에 대해 확인되는, 압력의 함수로서의 펌핑 속도의 곡선이다.
이러한 펌핑 장치는, 13 Pa 내지 26 Pa(또는 0.1 Torr 내지 0.2 Torr) 사이의 압력에 대해, 약 3000 m3/h의 펌핑 속도에 도달할 수 있다. 그러나, 53 Pa(또는 0.4 Torr) 위에서, 성능은, 매우 급격하게 감소하고, 따라서 펌핑 장치의 성능은, (도 4 및 도 5의 그래프들 상에 Pf로 표시되는) 요구되는 작동 범위에서 부적합하다. (극한의 진공에서의) 13 Pa(또는 0.1 Torr) 아래의 압력에 대한 펌핑 속도 또한, 덜 만족스럽다. 더불어, 극한의 압력에서의 전력 소비는, 약 3.3 kW이며, 이는 높은 것이다.
곡선 B는, 260 m3/h의 산정된 배기 용적을 갖는 1차적 진공 펌프의 상류에 그리고 그와 직렬로 장착되는, 4459 m3/h의 산정된 배기 용적을 갖는 단일-스테이지 루츠 진공 펌프를 포함하는 종래기술의 펌핑 장치에 대해 확인되는, 압력의 함수로서의 펌핑 성능을 도시한다.
극한의 압력에서의 펌핑 성능이 곡선 A의 펌핑 장치에 대한 것보다 더 양호하다는 것이, 확인될 수 있다. 그러나, 펌핑 속도는, 작동 범위 Pf에서 3000 m3/h의 요구되는 성능에 도달하지 못한다.
곡선 C는, 510 m3/h의 산정된 배기 용적을 갖는 1차적 진공 펌프의 상류에 그리고 그와 직렬로 장착되는, 4459 m3/h의 산정된 배기 용적을 갖는 루츠 진공 펌프를 포함하는 종래기술의 펌핑 장치에 대해 확인되는, 압력의 함수로서의 펌핑 성능을 도시한다. 약 109 m3/h의 산정된 배기 용적을 갖는, 곡선 C의 펌핑 장치의 1차적 진공 펌프의 최종 펌핑 스테이지의 설계는, 약 58 m3/h의 산정된 배기 용적을 갖는, 곡선 A의 펌핑 장치의 그것보다 훨씬 더 양호하다(더 크거나 또는 더 높다).
펌핑 성능이, 작동 범위 Pf에서 곡선 B의 펌핑 장치에 대한 것보다 상당히 더 양호하다는 것이, 확인된다. 그러나, 펌핑 속도는, 작동 범위에서 감소하며 그리고 3000 m3/h에 도달하지 못하며, 그리고 극한의 압력에서의 전력 소비는, 1차적 진공 펌프의 최종 펌핑 스테이지의 과잉 설계 때문에, 훨씬 과도하게 높다(약 5.7 kW). 더불어, 펌핑 성능은, 극한의 압력에서 만족스럽지 않다.
곡선 D는, 루츠 진공 펌프(3)의 제1 펌핑 스테이지(B1)의 배기 용적이 약 4459 m3/h이고, 루츠 진공 펌프(3)의 제2 펌핑 스테이지(B2)의 배기 용적이 약 876 m3/h이며, 1차적 진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)가 약 187 m3/h의 배기 용적을 갖고, 1차적 진공 펌프(2)의 제2 펌핑 스테이지(T2)가 약 93 m3/h의 배기 용적을 가지며, 그리고 1차적 진공 펌프(2)의 마지막 3개의 펌핑 스테이지들(T3, T4, T5)이 약 44 m3/h의 배기 용적을 갖는, 본 발명에 따른 펌핑 유닛(1)에 대해 확인되는, 압력의 함수로서의 펌핑 성능을 도시한다.
펌핑 성능이 요구되는 작동 범위 Pf에서 약 3000 m3/h의 최대값에 놓이는 것이, 확인된다.
극한의 진공에서의 펌핑 성능이, 또한 만족스럽다.
더불어, 전력 소비가 만족스럽다. 전력 소비는, 극한의 압력에서 2.5 kW 미만이다.

Claims (11)

  1. CVD(화학적 기상 증착) 적용의 작동 범위에서 이용되는 펌핑 유닛(1)에 있어서,
    직렬로 장착되는 적어도 4개의 펌핑 스테이지를 구비하는, 복수 스테이지 건식 타입의 1차적 진공 펌프(2); 및
    직렬로 장착되는 제1 및 제2 펌핑 스테이지(B1, B2)를 구비하는 2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)로서, 2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)의 제2 펌핑 스테이지(B2)는, 펌핑될 기체들의 유동 방향에서, 상기 1차적 진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)의 상류에 그리고 직렬로 장착되는 것인, 2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)
    를 포함하고,
    상기 2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)의 제2 펌핑 스테이지(B2)의 배기 용적에 대한 상기 2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)의 제1 펌핑 스테이지(B1)의 배기 용적의 비는 4.5 내지 5.5 사이이며,
    상기 1차적 진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)의 배기 용적에 대한 상기 2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)의 제2 펌핑 스테이지(B2)의 배기 용적의 비는 1.25 내지 5 사이인 것을 특징으로 하는 펌핑 유닛.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)의 제1 펌핑 스테이지(B1)의 배기 용적은, 3000 m3/h 이상인 것을 특징으로 하는 펌핑 유닛.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)의 제2 펌핑 스테이지(B2)의 배기 용적은, 500 m3/h 이상인 것을 특징으로 하는 펌핑 유닛.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 1차적 진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)의 배기 용적은, 100 m3/h 이상인 것을 특징으로 하는 펌핑 유닛.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 1차적 진공 펌프(2)의 제2 펌핑 스테이지(T2)의 배기 용적에 대한 상기 1차적 진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)의 배기 용적의 비는 3 이하인 것을 특징으로 하는 펌핑 유닛.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 1차적 진공 펌프(2)의 제3 펌핑 스테이지(T3)의 배기 용적에 대한 상기 2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)의 제1 펌핑 스테이지(B1)의 배기 용적의 비는 120 이하인 것을 특징으로 하는 펌핑 유닛.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 1차적 진공 펌프(2)는, 직렬로 장착되는 적어도 5개의 펌핑 스테이지(T1, T2, T3, T4, T5)를 구비하는 것을 특징으로 하는 펌핑 유닛.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 펌핑 유닛은, 상기 2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)의 흡입구(11)를 상기 2-스테이지 루츠 진공 펌프(3)의 제2 펌핑 스테이지(B2)의 유입구(16)에 연결하는 통로(15)를 더 구비하고, 상기 통로(15)는, 상기 제1 펌핑 스테이지(B1)의 전달 단부와 상기 흡입구(11) 사이의 압력 차가 사전 규정된 값을 초과하자마자 개방되도록 구성되는 이완 모듈(17)을 구비하는 것을 특징으로 하는 펌핑 유닛.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    반도체 제조 설비(100)의 격실(101)을 펌핑하여 진공화하기 위해, 펌핑 유닛은, 50 Pa.m3.s-1 내지 170 Pa.m3.s-1 사이의 격실(101) 내에서의 펌핑되는 기체 유동을 위해, 53 Pa 내지 266 Pa 사이의 레벨에서 상기 격실 내부의 압력을 제어하도록 사용되는 것인, 펌핑 유닛.
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