KR20010027022A

KR20010027022A - Cryogenic pump

Info

Publication number: KR20010027022A
Application number: KR1019990038580A
Authority: KR
Inventors: 이상은
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2001-04-06

Abstract

PURPOSE: A cryogenic high vacuum pump is provided to lengthen a regeneration period and to prevent efficiency from being decreased, by sufficiently exhausting inner materials by active carbon of a cooling head, and by restoring most of a pumping capacity to a state before a pumping operation. CONSTITUTION: A cooling head has active carbon(15) and cooling pins in the periphery. A helium circulation system includes a helium line(17) installed around the active carbon. A low temperature heater is installed in the periphery of the active carbon. A portion of a wall of a cryogenic high vacuum pump is opened to be connected to a vacuum chamber through a valve, wherein the cryogenic high vacuum pump has a purging heater(27).

Description

Cliogenic high vacuum pump {Cryogenic pump}

본 발명은 클라이오제닉(Cryogenic) 고진공 펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 재생시간(Regeneration time)을 단축시킬 수 있는 구성을 가진 클라이오제닉 고진공 펌프에 관한 것이다.The present invention relates to a Cryogenic high vacuum pump, and more particularly, to a Clyogenic high vacuum pump having a configuration capable of shortening a regeneration time.

반도체장치는 다수의 물질막을 형성하고 가공하여 이루어지는 전기, 전자 소자들을 배선 연결하여 형성되는, 복잡하고 고도로 정밀한 장치이다. 따라서 반도체장치는 엄격한 공정 조건을 정확히 적용시킬 수 있는 정밀한 가공장비에서 적절한 가공을 함으로써 형성된다. 모든 공정 조건에서 공통적으로 중요성을 띄는 것으로 온도와 압력이 있다. 온도와 압력이 달라지면 공정에서 원하는 반응이 일어나지 않고 다른 부반응들이 일어나 공정 재작업을 하거나, 공정 재료를 폐기시키는 일이 발생할 수 있다. 그러므로 공정에서는 정확한 온도와 압력을 유지해야 한다. 공정에서 온도의 제어는 주로 히터와 온도센서를 이용하여 이루어지며, 압력의 조절에는 진공 배기 시스템을 이용하는 경우가 많다.Semiconductor devices are complex and highly precise devices formed by wiring and connecting electrical and electronic elements formed by forming and processing a plurality of material films. Therefore, semiconductor devices are formed by proper processing in precise processing equipment that can precisely apply stringent process conditions. Common to all process conditions are temperature and pressure. Different temperatures and pressures may cause the process not to produce the desired reactions and other side reactions to rework the process or to discard the process materials. Therefore, the process must maintain the correct temperature and pressure. In the process, temperature control is mainly performed by using a heater and a temperature sensor, and a vacuum exhaust system is often used to control pressure.

진공 배기 시스템에서 가장 핵심적인 것이 진공을 인가하는 진공펌프이다. 진공펌프는 원하는 진공도에 따라 여러가지를 사용할 수 있는데 크게 저진공 펌프와 고진공 펌프로 나눌 수 있다. 대표적인 고진공 펌프로 클라이오제닉 펌프를 들 수 있는데 대개의 고진공 펌프가 그렇듯이 사용효율을 높이기 위해 러핑 펌프(roughing pump)라고 불리우는 저진공펌프와 함께 결합되어 사용된다. 진공챔버의 공정을 시작하기 전에 우선 진공챔버와 클라이오제닉 펌프 사이에 있는 밸브를 닫고 러핑 펌프를 사용하여 진공챔버의 진공도를 가능한 최저 압력으로 낮춘다음 러핑 펌프와 클라이오제닉 펌프 사이에 있는 밸브를 잠그고 클라이오제닉 펌프와 진공챔버 사이에 있는 밸브를 열어 고진공 펌핑을 시작한다. 이때 진공챔버 내부의 가스물질들은 클라이오제닉 펌프로 들어가면 내부에 헬륨 냉매가 흐르는 활성탄과 주변 냉각 핀으로 이루어진 냉각 해드에 닿아 에너지를 잃고 응결된 상태로 부착된다. 따라서 진공챔버 내부의 공간에 존재하는 가스들을 제거하여 고진공의 상태를 이루게 된다.At the heart of a vacuum exhaust system is a vacuum pump that applies vacuum. The vacuum pump can be used in various ways depending on the degree of vacuum desired. The vacuum pump can be divided into a low vacuum pump and a high vacuum pump. A typical high vacuum pump is a cliogenic pump, which, like most high vacuum pumps, is used in combination with a low vacuum pump called a roughing pump to increase the use efficiency. Before starting the process of the vacuum chamber, first close the valve between the vacuum chamber and the cliogenic pump and use the roughing pump to lower the vacuum level of the vacuum chamber to the lowest possible pressure and then close the valve between the roughing pump and the cliogenic pump. Shut off and open the valve between the cliogenic pump and the vacuum chamber to start high vacuum pumping. At this time, the gaseous materials inside the vacuum chamber are attached to the cooling head made of activated carbon and peripheral cooling fins through which helium refrigerant flows, and lose energy and condense in the vacuum chamber. Therefore, the gas in the space inside the vacuum chamber is removed to achieve a high vacuum state.

도1은 종래의 클라이오제닉 펌프의 구성을 나타내는 측단면도이다. 상부의 플랜지를 통해 클라이오제닉 펌프는 진공챔버와 연결되며 그 중간에 밸브가 형성된다. 플랜지부 아래쪽으로 내측 공간에 냉각 해드가 존재하는데 가장 위쪽에 넓게 펼쳐진 부분이 제 1 응축핀(13), 그 아래로 여러 개 형성된 제 2 응축핀(14), 중심부의 실린더형태가 활성탄부(15), 활성탄부(15) 내부로 형성된 배관이 냉각용 헬륨 라인(17)이 된다. 아래쪽으로는 열전쌍 온도계(25)가 설치되어 클라이오제닉 펌프 내부의 온도를 측정한다. 그리고 헬륨 라인(17)과 별도로 활성탄부(15) 주위에 보이는 것이 재생용 히터(23)이다. 펌프 벽체 아래쪽으로 퍼지 가스 유입구가 형성되어 퍼지 가스 라인(19)과 연결되며, 러핑 펌프쪽으로 연결되는 배출 라인(21)도 밸브를 구비한 상태로 펌프 벽체 아래쪽으로 형성되어 있다.1 is a side sectional view showing a configuration of a conventional clinic pump. Through the upper flange, the clinic pump is connected to the vacuum chamber, with a valve in between. There is a cooling head in the inner space below the flange portion, the widest portion of the upper portion is the first condensation pin 13, the second condensation pin 14 formed of a plurality below, the center of the cylinder is activated carbon portion 15 ), The pipe formed inside the activated carbon 15 is a cooling helium line 17. At the bottom, a thermocouple thermometer 25 is installed to measure the temperature inside the clinic pump. The heater 23 for regeneration is visible around the activated carbon 15 separately from the helium line 17. A purge gas inlet is formed below the pump wall and connected to the purge gas line 19, and a discharge line 21 connected to the roughing pump is also formed below the pump wall with a valve.

그런데 이런 구성을 가지는 클라이오제닉 펌프는 계속사용을 하면 냉각 해드에 응결되는 여러 가지 물질들로 인하여 냉각 핀들이 덮여지거나 활성탄부의 공극이 채워지고 펌핑 효율이 저하되고 적절한 사용압력 즉, 진공도를 유지할 수 없게 된다. 따라서 클라이오제닉 펌프는 특정 사용환경에 대해 일정 주기마다 재생(regeneration)이라는 작업을 하게 된다. 재생작업에서는 클라이오제닉 펌프 냉각 해드의 온도를 높여 해드 표면과 다공질 활성탄 내부에 응결된 물질들이 다시 가스화하게 된다. 냉각 해드의 온도를 높이는 작업에는 퍼지용 가스인 질소가 많이 사용된다. 주위가 밸브로 차단된 상태에서 질소가 주입되면 전체 온도는 상온의 질소온도까지 서서히 상승하며 응결된 물질들이 가스상으로 복원된다.However, if the clinic pump having such a configuration continues to be used, various materials that condense on the cooling head may cover the cooling fins, fill the voids of the activated carbon, reduce the pumping efficiency, and maintain the proper working pressure, that is, the vacuum level. There will be no. Therefore, the cligenic pump performs the work of regeneration at regular intervals for a specific use environment. In the regeneration process, the temperature of the clinic pump cooling head is raised to regasify condensed material on the head surface and inside the porous activated carbon. To increase the temperature of the cooling head, a lot of nitrogen, a purge gas, is used. When nitrogen is injected while the surroundings are blocked by a valve, the total temperature gradually rises to the nitrogen temperature at room temperature, and the condensed substances are restored to the gas phase.

그러나 이런 재생작업만으로는 활성탄 내부에 응결되어 있던 물질들을 충분히 배출시키기는 어렵다. 따라서 종래의 클라이오제닉 펌프에서는 소용량 히터를 설치하여 펌프 내부 온도를 상온보다 조금 높은 30 내지 40℃ 까지 높이게 된다. 그리고 가스들은 러핑펌프로 통하는 밸브를 열고 러핑 펌프를 가동하여 외부로 배출된다. 하지만, 이 정도로 온도를 높이는 것에 의해서도 역시 활성탄 내부에 응결되었던 물질들이 모두 외부로 나오지 않고, 응결된 물질들이 외부로 나오는데 걸리는 시간도 많이 소요되었다. 즉, 현재 재생작업에 소요되는 시간은 대략 40분 내지 60분인데 이와 같은 재생작업을 통한 포집가스 배출은 완전히 이루어지지 않고 따라서 다음에 클라이오제닉 펌프를 이용한 고진공 펌핑에서 포집할 수 있는 가스의 양을 줄이는 작용을 한다. 이는 곧 크라이오제닉 펌프에서의 재생작업의 주기를 줄이도록 하는데, 재생작업이 이루어지는 동안에는 진공챔버는 고진공을 형성할 수 없으므로 고진공 상태가 필요한 공정을 진행할 수 없게 된다.However, such regeneration alone is not enough to discharge the condensation inside the activated carbon. Therefore, in the conventional cligenic pump, a small capacity heater is installed to increase the internal temperature of the pump to 30 to 40 ° C., which is slightly higher than room temperature. The gases are then discharged to the outside by opening the valve to the roughing pump and starting the roughing pump. However, by raising the temperature to this extent, all the condensed substances inside the activated carbon did not come out, and it took a long time for the condensed substances to come out. In other words, the time required for the current regeneration operation is approximately 40 to 60 minutes, and the collection gas discharged through the regeneration operation is not completely performed. Therefore, the amount of gas that can be collected in the high vacuum pumping using the cligenic pump is next. It acts to reduce. This shortens the cycle of the regeneration operation in the cryogenic pump. During the regeneration operation, the vacuum chamber cannot form a high vacuum, and thus a process requiring a high vacuum cannot be performed.

결과적으로 양산체제에서 사용되는 클라이오제닉 펌프 구비 설비에서는 현재의 재생작업 수준은 크라이오제닉 펌프에서의 재생작업의 주기를 줄여 설비 사용효율을 저하시킨다.As a result, the current level of regeneration in clinic pumps used in mass production systems reduces the frequency of regeneration operations in cryogenic pumps, which reduces the efficiency of the installation.

본 발명에서는 클라이오제닉 펌프를 사용하는 종래의 설비들에서 재생시간이 소요되어 설비의 사용 효율을 저하시키는 문제를 경감시키기 위해 재생시간을 줄일 수 있는 혹은 재생작업에서 응결된 물질들을 최대한 배출시킬 수 있는 새로운 구성을 가진 클라이오제닉 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.In the present invention, it is possible to reduce the regeneration time in order to alleviate the problem that the regeneration time is required in the conventional facilities using the cligenic pump to reduce the use efficiency of the equipment or to discharge the condensed substances in the regeneration operation as much as possible. It is an object of the present invention to provide a cligenic pump with a new configuration.

도1은 종래의 클라이오제닉 펌프의 구성을 나타내는 측단면도이다.1 is a side sectional view showing a configuration of a conventional clinic pump.

도2는 본 발명의 일 실시예에 대한 측단면도이다.Figure 2 is a side cross-sectional view of one embodiment of the present invention.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of symbols for main parts of drawing

13: 제 1 응축핀 14: 제 2 응축핀13: first condensing pin 14: second condensing pin

15: 활성탄부 17: 헬륨 라인15: activated carbon 17: helium line

19: 퍼지 가스 라인(purge gas line) 21: 배출 라인19: purge gas line 21: discharge line

23: 재생용 히터 25: 열전쌍 온도계23: regeneration heater 25: thermocouple thermometer

27: 퍼지용 히터27: heater for purging

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 클라이오제닉 펌프는, 벽체 일부가 개방되어 밸브를 통해 진공챔버와 연결되고, 활성탄 및 주변의 냉각핀들을 구비하여 형성된 냉각 해드, 상기 활성탄 주위로 설치된 헬륨 라인을 포함하는 헬륨 순환 시스템, 상기 활성탄 주위에 설치된 저온 히터, 퍼지 가스 유입구 및 러핑 펌프로의 배출 라인을 구비하여 이루어지는 클라이오제닉 펌프에 있어서, 상기 저온 히터와 별도로 히터가 더 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.The clinic pump of the present invention for achieving the above object is a part of the wall is connected to the vacuum chamber through a valve, the cooling head formed with activated carbon and the surrounding cooling fins, helium line installed around the activated carbon A clinic pump comprising a helium circulation system, a low temperature heater installed around the activated carbon, a purge gas inlet, and a discharge line to a roughing pump, wherein the heater is further provided separately from the low temperature heater. .

본 발명에서 저온 히터의 저온은 상온에서 10 내지 15℃ 이내의 온도를 의미하며, 별도로 구비되는 히터는 클라이오제닉 펌프 내부를 50 내지 100℃로 가열할 수 있는 용량을 가진 것이다. 히터의 위치는 저온 히터가 냉각 해드의 냉각핀 내측 활성탄 주변에 설치되는 것에 비하여 냉각핀 외측 벽체쪽으로 방사대칭으로 형성되는 것이 균형적인 가열의 측면에서 바람직할 것이다.The low temperature of the low temperature heater in the present invention means a temperature within 10 to 15 ℃ at room temperature, the heater is provided separately has a capacity to heat the interior of the clinic pump to 50 to 100 ℃. The position of the heater may be desirable in terms of balanced heating, in which the low temperature heater is radially symmetrical toward the cooling fin outer wall, as compared to the cooling fin inner activated carbon surrounding the cooling head.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 살펴보기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도2는 본 발명의 일 실시예에 대한 측단면도이다. 도1에서와 같이 상부의 플랜지를 통해 클라이오제닉 펌프는 진공챔버와 연결되며, 그 중간에 밸브가 형성된다. 플랜지 아래쪽으로 냉각 해드 부분에도 80°K부인 제 1 응축핀(13), 15°K부인 제 2 응축핀(14), 중심의 실린더형 활성탄부(15), 활성탄부(15) 내부의 헬륨 라인(17), 활성탄부(15) 주위의 재생용 히터(23) 등이 종래와 같이 형성되어 있다. 펌프 벽체 아래쪽으로 퍼지 가스 유입구가 형성되어 퍼지 가스 라인(19)과 연결되며, 러핑 펌프쪽으로 연결되는 배출 라인(21)도 밸브를 구비한 상태로 펌프 벽체 아래쪽으로 형성되어 있다. 그리고 벽체에는 상기 재생용 히터(23)와 별도의 퍼지용 히터(27)가 설치되어 있다.Figure 2 is a side cross-sectional view of one embodiment of the present invention. As shown in Fig. 1, the clinic pump is connected to a vacuum chamber through an upper flange, and a valve is formed in the middle thereof. The first condensation pin 13 at 80 ° K, the second condensation pin 14 at 15 ° K, the central cylindrical activated carbon 15, and helium lines inside the activated carbon 15 below the flange. 17, a heater 23 for regeneration around the activated carbon 15 is formed as in the prior art. A purge gas inlet is formed below the pump wall and connected to the purge gas line 19, and a discharge line 21 connected to the roughing pump is also formed below the pump wall with a valve. The wall is provided with a regeneration heater 23 and a separate purge heater 27.

이같은 구성에서 진공 펌프로의 작용은 종래와 같이 이루어지며, 재생작업이 이루어질 때 크라이오제닉 펌프와 연결된 통로는 일단 밸브로 차단된 상태에서 퍼지용 질소가스가 라인을 통해 유입되어 주변의 온도를 상온까지 올리게 된다. 이때는 이미 냉각 해드 외부로 부착된 물질들은 가스상으로 복원된다. 종래의 재생용 히터와 본 발명에서의 퍼지용 히터가 가열되어 내부 온도를 50 내지 100℃로 올리면 활성탄 내부에 잔류하던 수증기, 아르곤, 기타 가스들도 대부분이 다공질의 활성탄 속에서 빠르게 빠져나오게 된다. 이 상태에서 러핑 펌프로 통하는 라인에 밸브가 열리면 러핑 펌프의 작용으로 크라이오제닉 펌프 내부에서 가스로 복원된 물질들은 대부분 외부로 배출되고 냉각 해드 특히 활성탄 부분은 펌핑 이전의 상태로 재생된다.In this configuration, the operation of the vacuum pump is performed as in the prior art, and when the regeneration operation is performed, the passage connected to the cryogenic pump is once shut off by a valve, and nitrogen gas for purge flows in through the line to maintain ambient temperature. Up to. At this time, the substances already attached to the outside of the cooling head are restored to the gas phase. When the conventional regeneration heater and the purge heater according to the present invention are heated to raise the internal temperature to 50 to 100 ° C., most of the water vapor, argon, and other gases remaining in the activated carbon quickly escape from the porous activated carbon. In this state, when a valve is opened in the line leading to the roughing pump, the gas recovered from the cryogenic pump is mostly discharged to the outside by the action of the roughing pump, and the cooling head, especially the activated carbon portion, is recovered to the state before the pumping.

본 발명에 따르면, 크라이오제닉 펌프에서 냉각 해드의 활성탄부가 고온을 거치면서 내부의 물질들을 충분히 배출할 수 있고, 펌핑 작업 이전으로 펌핑 용량대부분이 복구되므로 재생주기가 길어지고 재생작업으로 인한 설비의 사용효율 저감을 막을 수 있다.According to the present invention, in the cryogenic pump, the activated carbon portion of the cooling head can sufficiently discharge the internal materials while going through a high temperature, and most of the pumping capacity is recovered before the pumping operation. It can prevent the reduction of efficiency.

Claims

A cooling head formed with activated carbon and surrounding cooling fins, a helium circulation system including a helium line installed around the activated carbon, a low temperature heater installed around the activated carbon, a purge gas inlet and a discharge line to the roughing pump, the wall In the clinic pump which is open partly connected to the vacuum chamber through the valve,

Cliogenic pump, characterized in that the purge heater is further provided separately from the low temperature heater.

The method of claim 1,

The purge heater is a cligenic pump, characterized in that it has a capacity to heat the internal temperature to 50 to 100 ℃.

The method of claim 2,

The purge heater is a clinic pump, characterized in that formed on the outer side of the cooling fins radially symmetrical toward the wall.