KR20000068123A - 터보분자 펌프에 동축으로 그 부근의 상류에서 사용하기 위한 - Google Patents

터보분자 펌프에 동축으로 그 부근의 상류에서 사용하기 위한 Download PDF

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Abstract

본 발명은 게터 펌프, 특히 터보분자 펌프와 동축으로 그 부근의 상류에서 사용하기에 적합한 게터 펌프에 관한 것으로서, 원통형 카트리지(10)의 내부에 곡부(18, 18a)를 갖춘 연속 코일형 금속 와이어로 형성되거나 두 개의 단부점(22) 사이에서 연속해 있는 다수의 지그재그형상의 세그먼트로 형성되어 있는 게터 장치(20)를 포함하고 있으며, 게터 장치(20)는 고리형 주변지역 내에 놓여져 있고, 카트리지(10)와 동축이며 분말 형태의 비증발성 게터 물질로 된 다공질 층이 코팅되어 있다. 카트리지(10)는 강철 스터브(30) 내에 삽입되고, 그 일측면이 진공처리될 챔버에 체결되고 다른 측면은 터보분자 펌프에 체결된다. 게터 장치(20)는 단부(22)를 통해 외부로부터 전류를 직접 공급받을 수 있다.

Description

터보분자 펌프에 동축으로 그 부근의 상류에서 사용하기 위한 게터 펌프 {GETTER PUMP ESPECIALLY SUITABLE FOR THE USE UPSTREAM, IN PROXIMITY AND COAXIALLY WITH RESPECT TO A TURBOMOLECULAR PUMP}
게터 펌프는 기계적으로 움직이는 부재들이 없는 정적 펌프이며, 이의 작업은 비증발성 게터 물질(당업계에서 NEG 물질로서 공지되어 있음)로 만들어진 부재들에 의한 산소, 수소, 물 및 탄소 산화물과 같은 반응 기체의 화학 흡착에 기초를 두고 있다. 주요 NEG 물질은 지르코늄 또는 티타늄 기재 합금이다.
폐쇄 환경 내에 높은 진공을 발생시키고 유지하기 위한 게터 펌프는 거의 항상 다른 펌프와 결합하여 작동한다. 특히, 제 1 고압 펌핑 단계는 회전 또는 확산 펌프와 같은 기계적 펌프에 의해 실행되지만, 화학 이온, 극저온 또는 터보분자 펌프와 결합된 게터 펌프가 높은 진공을 달성하기 위하여 사용될 수도 있다.
게터 펌프를 터보분자 펌프와 결합시키는 것이 매우 유리하다. 실제로, 터보분자 펌프의 효율은 기체의 분자량의 감소에 따라서 감소하기 때문에, 중간 진공 범위 내에서 진공처리될 시스템 내의 잔여 압력의 주요 원인이 되는 기체중의 하나인 동시에 10-9hPa보다 낮은 압력에서 주요 잔여 기체가 되는 수소에 대하여는 효율이 낮다. 반면에, 게터 펌프는 특히 실온 내지 약 300℃의 온도 범위에서 수소를 펌핑하는데 효율적이다. 따라서, 게터 펌프와 터보분자 펌프의 결합, 즉 시스템 내에 존재하는 기체들에 대한 상이한 작용들을 결합하는 것은 챔버를 진공처리하는 문제를 위한 최선책이다. 특히, 이 결합은 진공처리될 챔버가, 예를 들어 반도체 산업의 처리장치의 챔버와 같은 높은 진공 작동을 위해 사용되는 작업 챔버일 경우에 유익하다.
이러한 이점들은 게터 펌프가 터보분자 펌프에 대해 상류에 위치하는, 두 개의 펌프가 연속으로 배열되는 경우에 원칙적으로 최대가 된다. 그러나, 지금까지는 두 개의 펌프가 연속해서 배열된 적이 없고, 후술되는 문제점들을 피하기 위하여, 항상 진공처리될 챔버의 다른 두 개구부상에 플랜지를 통해서 항상 장착되었다.
- 펌프를 형성하는 게터 부재가 NEG 물질 분말을 압축함으로써 일반적으로 제조되기 때문에, 게터 펌프는 터보분자 펌프 날개를 가열하고 이들에 손상을 입히고, 또는 회전자 및 고정자간의 저촉에 의해 펌프의 조임을 일으키는, 입자의 손실을 쉽게 일으키고,
- 진공처리될 챔버와 터보분자 펌프 사이에 게터 펌프를 삽입하는 것은 일반적으로 터보분자 펌프에 대한 기체 전도력의 감소를 유발하고,
- 게터 펌프가 작동하는 때에는, 비증발성 게터 물질이 약 200-300℃의 온도에서 유지되어야만 하기 때문에, 이를 위하여 지금까지는 일반적인 세라믹 지지부에 감긴 필라멘트 저항 또는 램프에 의한 펌프 내부로부터 조사(irradiation), 또는 펌프 본체상에 배열된 적당한 가열부재에 의한 펌프 외부로부터의 조사에 의하여 게터 물질이 가열되어 왔다. 따라서, 터보분자 펌프 온도의 상승은 양호한 펌프 작업을 위해 허용될 수 있는 (매우 작은) 공차를 넘어서 날개를 팽창시키게 된다. 반면에, 터보분자 펌프 온도 상승의 효과를 감소시키기 위하여 펌프 사이에 열적 차폐물을 결합하거나 펌프 사이의 거리를 증가시키는 것은 기체 유동 전도력의 바람직하지 않은 감소를 가져올 수 있다.
또 다른 단점은 전술한 가열 시스템을 사용함으로써 열전쌍이 활성 물질의 온도를 측정하기 위하여 게터 펌프상에 제공되어야 한다는 것이며, 따라서 진공 환경에 기인하여 와이어에 관련된 복잡한 문제들이 해결되어야 한다.
본 발명은 게터 펌프, 특히 터보분자 펌프에 동축으로 부근에서 상류에 사용하기에 적합한 게터 펌프에 관한 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 게터 펌프가 내부에 삽입되는, 강철 하우징 또는 스터브의 단면도이고,
도 1b는 도 1a의 구조물의 근처에 도시된 본 발명에 따른 게터 펌프의 단면도이고,
도 2는 도 1a 및 도 1b의 조립체에 상응하는 조립된 게터 펌프의 단면도이고,
도 3은 도 2의 조립체의 좌측면도이고, 그리고
도 4는 도 2의 조립체의 우측면도이다.
본 발명의 목적은 터보분자 펌프와 진공처리될 챔버를 연결시킨 구조물 내에서 터보분자 펌프와 동축이고 그 부근의 상류에 배치되는 게터 펌프에 의해 전술한 종래 기술의 단점을 극복하기 위한 것이며, 이에 의하여 입자의 손실이 감소되고, 전도력의 감소가 최소화되고, 그리고 터보분자 펌프의 온도의 간접 증가가 최소화되어, 조립체의 펌핑 효율이 향상된다.
더욱이, 게터 펌프의 온도는 펌프 본체를 통해 통과하는 와이어 또는 열전쌍을 사용할 필요없이 높은 생산성을 갖고 펌프의 외부로부터의 직접 저항 측정을 통해 본 발명에 따라서 측정될 수 있다.
첨부된 특허청구범위 제 1항에 기재되어 있는 바와 같은 본 발명에 따른 게터 펌프의 목적, 이점, 및 특징들은 첨부된 도면과 관련하여 하기에서 게재되는 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로부터 명백하여질 것이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 게터 펌프는 두 개의 금속 링(12, 12a)을 갖춘 원통형 카트리지(10)로 형성되어 있으며, 이들 금속 링(12, 12a)은 서로 평행하게 상기 실린더의 양단부에 설치되어 있고 펌프와 동축이며 펌프의 본체의 외부에 있으며, 카트리지(10)의 내벽에 고정되어 있다. 링(12)은 링(12, 12a)상의 고정점 또는 단열점(16, 16a)에 상응하는 굽은 구역 또는 곡부(18)를 갖춘 지그재그 형상 또는 코일 형상으로 되어 있으며 게터 물질로 코팅된 기다란 금속 부재로 형성되어 있는 게터 장치(20)의 양단부와 결합되어 있다. 따라서, 게터 장치(20)는 고리 형상을 갖는 카트리지(10)의 여분의 영역 내에 놓여지고, 모든 게터 부재는 기체 흐름이 통과하는 통과 영역 또는 전도력의 감소를 최소화하기 위하여 카트리지(10)의 내벽의 부근에 배치된다. 일체식으로 형성되는 대신에, 지그재그 또는 코일의 형상으로 되어 있는 게터 장치(20)가 고정점(16, 16a)에서 링(12, 12a)에 함께 연속적으로 연결되는 한 세트의 게터 부재로 형성될 수도 있다. 두 경우 모두에서, 일체식 연속 게터 장치(20) 또는 게터 장치를 제공하도록 연속해서 서로 연결되어 있는 다른 형태의 게터 부재(20)는 나선형 금속 코어의 형태로 형성되지만, 도면과 일치하는 자체 축을 가진 코일 스프링과 같은 형상을 필요로 하지는 않는다. 적당한 주형에 상기 코어를 삽입하고, 주형 내에 게터 물질의 분말을 붓고, 그리고 예를 들어 화덕 내로 주형을 넣는 것과 같은 주형 내의 분말을 신터링함으로써, 게터 물질이 상기 나선형 금속 코어상에 코팅될 수도 있다. 일반적으로는 티타늄과 지르토늄, 전이 금속 및 알루미늄 중에서 선택된 하나 이상의 요소를 갖는 이들의 합금, 및 티타늄 및/또는 지르코늄 및 이들 합금 중에서 하나 이상의 혼합물로 구성된 매우 다양한 게터 물질이 사용될 수 있으며, 티타늄 및 티타늄-바나듐 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 이 물질이 바람직한 이유는 분말이 용이하게 신터링되기 때문에 그리고 이들 재료를 사용하여 제조된 게터 부재가 양호한 기계적 성질을 유지하기 때문이며, 실제로 뛰어난 수착성과 같은 다공성을 유지하는 동시에 입자의 손실이 없다.
여하튼, U형상의 단일 부품 연속부재로 형성된 게터 장치(20)와 지그재그로 연속해서 배열된 다수의 다른 부재를 갖춘 게터 장치(20) 모두 두 개의 단부(22)를 갖고 있다. 이 두개의 단부(22)는 서로 인접해 있고 카트리지(10)의 동일측면상에 놓여 있으며, 여기서 게터 부재(20)가 종료된다. 단부(22)는 카트리지(10)의 일측면으로부터 서로 평행하게 돌출해 있어서, 도 1a와 관련하여 후술되는, 터보분자 펌프(도시 안함)와 진공처리될 챔버 사이의 연결 "스터브" 또는 하우징(30) 내의 공급 박스(24) 내에 삽입된다. 상기 연결 스터브(30)는 카트리지(10)의 외경보다 약간 큰 직경을 갖춘 스테인레스 강으로 만들어진 실린더로 형성되어 있고, 양단부에 나사 및 볼트와 같은 체결부재를 위한 관통구를 갖춘 두 개의 플랜지(32, 34)를 갖추고 있다. 박스(24)는 플랜지(32)에서 떨어져 있고 카트리지(10)가 삽입되고 조립이 실행되면 소켓의 플러그와 같은 단부(22)가 삽입된다. 플랜지(34)에 가까운 대향 측면에는, 박스(24)가 외부 공급 도선(28, 도 4 참조)을 갖춘 한 쌍의 외향 터미널(26)을 구비하고 있다.
터보분자 펌프의 부근 및 상류에 사용하기에 특히 적합한 본 발명에 따른 게터 펌프는 상류 및 하류 밸브(도시 안함)를 둘 다 갖고 있으며, 이들 밸브는 게터 펌프를 이동, 교환 또는 유지하기 위한 필요시에 상기 펌프를 진공처리될 챔버, 터보분자 펌프 또는 이들 모두로부터 격리시킬 수 있다.
예를 들어, 펌프를 이동하거나 작업 위치에 펌프를 장착하는 동안에 게터 펌프의 상류 및 하류 밸브는 둘 다 폐쇄된다. 터보분자 펌프상에서 유지 작동을 하는 경우에 상류 밸브(진공처리될 챔버쪽의)가 개방되고 터보분자 펌프쪽의 밸브가 폐쇄되는 것이 유용할 수 있으며, 시스템에는 통상적으로 터보분자 펌프가 필요하지만 특정 처리 단계에서는 게터 펌프를 사용하는 것으로도 충분하다.
반면에, 터보분자 펌프쪽의 밸브를 개방하여 게터 펌프를 작업 챔버로부터 격리시키는 것이 게터 펌프의 재생에 유용할 수도 있다. 실제로, 게터 물질에 의해 흡착되는 수소의 양이 주변 시스템 내의 수소 부분압력의 증가와 온도의 감소에 따라 증가하는 평형 현상인 수소의 흡착에 있어서, 게터 펌프가 특히 유용하다. 따라서, 다량의 수소를 흡착하는 게터의 온도를 증가시키고, 펌핑 상태에서의 작업, 예컨대 이 경우에는 터보분자 펌프를 사용함으로써, 기체를 게터로부터 분리시켜 재생시키는 것이 가능하다.
그러나, 게터 펌프의 재생동안에 일어날 수 있는 너무 높은 기체 압력에서의 작업시에 터보분자 펌프가 과열에 의해 손상을 입을 수도 있다. 그러한 단점을 극복하기 위하여, 게터 부재를 천천히 가열할 수 있으며, 수소 압력도 천천히 증가하여 터보분자 펌프의 펌핑률의 측면에서 임계 압력에 도달하지는 않는다. 이 대신에, 게터 펌프와 터보분자 펌프간의 전도력이 이들 사이에 배열된 밸브의 작동에 의해 감소될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제품이 고온의 화덕에서 신터링되기 때문에 부재(20)상에 코팅된 게터 물질로부터의 분자 손실은 매우 적다. 그러므로, 종래의 게터 펌프와는 달리 게터 펌프와 터보분자 펌프가 연속하여 배치될 수 있다.
더욱이, 부재(20)의 내부 필라멘트의 직접 저항 측정을 통해 온도를 간접 측정하는 것에 관해서는, 게터 물질을 지지하는 내부 필라멘트와 그 위에 코팅된 게터 분말이 높은 생산성을 갖춘 제어 공정에 의해 제조되기 때문에, 적절한 곡선 R-T가 특히 양호한 공차를 갖고 얻어진다. 그러므로, 게터 장치의 온도 밸브를 얻기 위한 열전쌍 없이도 가능하다.
마지막으로, 게터 펌프가 직접적으로 직류에 의해 가열되기 때문에, 터보분자 펌프에 의한 열흡착은 매우 적으며, 램프에 의한 조사보다 훨씬 적은 진공 환경에서의 게터 부재에 의한 조사에만 기인한다.

Claims (7)

  1. 코일형상 또는 지그재그형상으로 형성되어 있고 신터링에 의해 다공질 비증발성 게터 물질이 외부에 코팅되어 있는, 기다란 나선형 금속 부재로 형성된 비증발성 게터 장치(20)를 포함하는 게터 펌프에 있어서,
    상기 게터 장치(20)가 강철 원통형 구조물 또는 스터브(30) 내부에 동축으로 조립되는 원통형 카트리지(10)의 고리형 주변지역 내에 놓여지고, 상기 강철 원통형 구조물 또는 스터브(30)가 진공처리될 작업 챔버와 터보분자 펌프 사이에 배치되고, 상기 게터 장치(20)가 상기 나선형 금속 부재에 대한 전류의 직접 공급에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 게터 펌프.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 게터 장치(20)가 두 개의 인접 단부(22) 사이에 연장되어 있으며 상기 카트리지(10)의 내면에 대해 동축이고 부근에 원통형 표면을 지그재그식 굽힘부 또는 곡부(18, 18a)로 형성하는 단일품 연속 부재로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 게터 펌프.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 게터 장치(20)가 지그재그식으로 배열된 연속적인 부재들로 형성되어 있으며, 상기 연속적인 부재들은 상기 두 개의 인접 단부(22)에서 시작 및 종료하고 상기 카트리지(10)의 내면 부근에서 원통형 표면을 형성하며 상기 굽힘부(18, 18a)에서 서로 결합하는 것을 특징으로 하는 게터 펌프.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 굽힘부 또는 곡부(18, 18a)가 상기 카트리지(10)의 대향 기저부의 부근에서 서로 평행하게 조립되어 있는 플랜지 또는 링(12, 12a) 각각에 고정 수단(16, 16a)을 통해 대향 측면상에서 선택적으로 체결되어 있는 것을 특징으로 하는 게터 펌프.
  5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 단부(22)가 상기 카트리지(10)의 동일 측면상에서 짧은 거리만큼 서로 이격되어 분리되어 있고 두 개의 평행한 플러그로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 게터 펌프.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 원통형 스터브(30)의 내부에 상기 플러그(22)를 관통 삽입하기 위한 소켓을 갖춘 공급 박스(24)가 구비되어 있으며, 상기 공급 박스(24)는 상기 카트리지(10)가 상기 스터브 내부에 조립될 때 외부 공급기와 연결되는 전기 도선을 고정시키기 위한 터미널(26)을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 게터 펌프.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 진공처리될 작업 챔버쪽 상류 및 상기 터보분자 펌프 하류에 격리 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 게터 펌프.
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