KR20010055183A - 진공 챔버의 잔류물 제거 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공 상태에서 특정 부품을 제작하거나 가공시 및 실험시에 사용되는 진공 챔버에 관한 것으로서, 진공 펌프와 진공 배관이 연결되는 진공 챔버와; 상기 진공 챔버의 일측에 챔버 내에 마이크로웨이브를 투사시킬 수 있도록 설치된 마이크로웨이브 발생수단을 포함한 것을 특징으로 함으로써, 마이크로웨이브를 이용하여 챔버 내의 잔류물을 신속히 제거할 수 있는 동시에 장치의 구조가 단순화시킨 진공 챔버의 잔류물 제거 장치에 관한 것이다.

Description

진공 챔버의 잔류물 제거 장치{Apparatus for removing remaining material in vacuum chamber}

본 발명은 진공 상태에서 특정 부품을 제작하거나 가공시 및 실험시에 사용되는 진공 챔버에 관한 것으로서, 특히 마이크로웨이브를 이용하여 챔버 내의 잔류물을 신속히 제거할 수 있는 동시에 장치의 구조를 단순화시킨 진공 챔버의 잔류물 제거 장치에 관한 것이다.

일반적으로 진공 장치는 진공 상태에서 각종 실험을 실시하거나 특정 부품을 제작 또는 가공하는 데 사용된다.

이와 같은 진공 장치는 진공 배기속도와 진공 도달도가 중요한 바, 진공 배기속도와 진공 도달도는 진공 장비 내의 유동이 유체 유동에서 분자 유동으로 천이된 고진공 영역에서 진공 챔버의 내벽에 부착되어 있는 잔류물의 영향을 크게 받으며, 이때의 잔류 물질의 대부분은 물(H₂O) 분자이다.

상기 물 분자는 상온에서 몇 십시간 또는 몇 주간 진공 배기를 하더라도 배기가 거의 이루어지지 않기 때문에 진공 챔버를 100℃이상으로 가열하는 잔류물 제거 공정, 즉, 베이킹(baking) 공정을 실시하면서 잔류물을 제거하고 있다.

이와 같은 진공 장치의 베이킹 방법은 진공 챔버와 진공 배관을 직접 가열하는 직접 가열식과, 진공 챔버의 내벽 재료를 열처리시켜서 진공 챔버의 내벽에 잔류 가스가 부착되기 어렵게 하는 어닐링(annealing)식이 있다.

도 1은 상기한 직접 가열식 잔류물 제거 장치가 구비된 진공 장치가 도시된 구성도로서, 그 구성은 진공 게이지(11)가 구비된 진공 챔버(10)와, 상기 진공 챔버(10)의 하부에 구비된 진공 펌프(12)와, 상기 진공 챔버(12)의 일측에 연결된 진공 배관(15)으로 구성된다.

상기 진공 펌프(12)는 저진공 펌프인 로터리 펌프(13)와, 고진공 펌프인 TMP(Turbo Molecular Pump)(14)로 구성되고, 상기 진공 챔버(10)와 진공 배관(5)에는 내부 또는 외부에 히터(16)(17)가 설치된다.

따라서, 상기 진공 챔버(10) 내의 잔류물을 제거하기 위해서는 상기 히터(16)(17)를 통해 상기 진공 챔버(10)와 진공 배관(15)을 가열하게 된다. 이때, 진공 챔버(10)와 진공 배관(15)의 벽에 부착된 수분 등의 잔류물에 열에너지가 가해져서 내벽으로부터 분리되고, 상기 진공 펌프(12)를 통해 진공 배기됨으로써 잔류물이 제거된다.

한편, 상기 진공 챔버(10) 등에 설치된 진공 게이지(11) 등이 과열되지 않도록 냉각 장치(미도시 됨)가 추가로 설치된다.

그러나, 상기한 바와 같이 직접 가열식 잔류물 제거 장치를 사용하는 경우, 저온 작동시에는 진공 배기 작동에 장시간이 필요하게 되며, 고온으로 가열하는 경우에는 원하는 않은 부분이 가열되어 진공 게이지(11) 등이 열손상을 받지 않도록 냉각 장치가 추가로 구비되어야 하는 문제점이 있다.

또한, 진공 챔버(10)나 진공 배관(15)이 복잡한 구조로 이루어질 경우에는 균일하게 가열할 수 없기 때문에 전체적으로 균일한 가열이 어려워지고, 진공 챔버(10)나 진공 배관(15)이 서로 다른 열변형량에 의해 변형되거나 손상될 수도 있는 문제점이 있다.

도 2는 상기한 어닐링식 잔류물 제거 장치가 구비된 진공 장치가 도시된 구성도로서, 상기 직접 가열식 잔류물 제거 장치를 이용하는 진공 장치와 같이 진공 챔버(20)에 진공 게이지(21)와 진공 펌프(22)가 연결된다.

특히 상기 진공 챔버(20)에는 레이저(L)를 조사시켜 주는 레이저 오실레이터(25)와, 레이저(L)를 진공 챔버(20) 내에 골고루 조사시키기 위한 반사경(26)과, 상기 반사경(26)을 조절하는 반사경 콘트롤러(27)와, 불활성 가스를 진공 챔버(20)에 공급해주는 불활성 가스 공급원(28)과, 상기 진공 챔버(20) 내에 플라즈마 방전을 발생시키는 방전 전극(29) 및 전원 공급 장치(30)가 설치된다.

이와 같이 구성된 어닐링식 잔류물 제거 장치는 진공 챔버(20) 내에 오실레이터(25)를 통해 레이저를 조사시켜 내부를 300~500℃로 가열한 상태에서 불활성 가스 공급원(28)을 통해 진공 챔버(20) 내부에 10^-3torr 정도의 압력으로 불활성 가스를 넣고, 방전 전극(29)을 통해 플라즈마 방전을 실시한다.

이때 물분자의 부분압은 10^-5torr 이하이거나 수소분자의 부분압이 물 분자 부분압의 10배 이상이라야 가능하게 된다.

상기 플라즈마 방전에 의해서 여기된 수소 분자는 가열된 진공 챔버(20)의 내벽에 충돌하여 내벽을 비활성화시킨다. 그리고, 레이저(L)를 진공 챔버(20) 내부에 조사하여 내벽을 가열시키는데, 이때 레이저를 내벽 전체에 조사시키기 위해서 반사경 콘트롤러(27)를 작동하면서 반사경을 움직이게 된다.

그러나, 상기와 같은 어닐링식 잔류물 제거 장치가 구비된 진공 장치는 고온으로 가열해야 하므로 에너지 소비량이 커지고, 별도의 냉각 장치를 구비해야 되는 등 장치의 구조가 복잡하고, 비용이 높아지는 문제점이 있다.

또한, 상기한 종래 기술은 진공 챔버의 크기 및 형상이 제한되므로 굽은 진공 배관이 구비된 장치에는 용이하게 적용할 수 없는 문제점도 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 마이크로웨이브를 이용하여 진공 챔버를 가열하여 잔류물을 제거할 수 있도록 구성됨으로써 진공 챔버내의 잔류물을 신속히 제거함과 아울러 별도의 냉각 기구 등이 설치되지 않게 되어 장치의 구조를 단순화시킬 수 있는 진공 챔버의 잔류물 제거 장치를 제공하는 데 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 진공 챔버의 잔류물 제거 장치는, 진공 펌프와 진공 배관이 연결되는 진공 챔버와; 상기 진공 챔버의 일측에 챔버 내에 마이크로웨이브를 투사시킬 수 있도록 설치된 마이크로웨이브 발생수단을 포함한 것을 특징으로 하고,

상기 진공 챔버는 그 일측에 마이크로웨이브가 통과할 수 있도록 투명창이 구비된다.

도 1은 종래 기술에 의한 진공 챔버의 잔류물 제거 시스템이 도시된 구성도,

도 2는 종래 기술에 의한 다른 진공 챔버의 잔류물 제거 시스템이 도시된 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 진공 챔버의 잔류물 제거 시스템이 도시된 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 진공 챔버 50a : 투명창

51 : 진공 게이지 52 : 진공 펌프

55 : 진공 배관 60 : 마이크로웨이브 발생기

65 : 전원공급장치 70 : 에너지 감지센서

80 : 제어부

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 진공 챔버의 잔류물 제거 장치가 도시된 구성도이다.

본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 진공 게이지(51)가 구비된 진공 챔버(50)와, 상기 진공 챔버(50)에 각각 연결되는 진공 펌프(52) 및 진공 배관(55)과, 상기 진공 챔버(50)의 일측에 챔버 내에 마이크로웨이브를 투사시킬 수 있도록 설치된 마이크로웨이브 발생기(60)로 구성된다.

상기 진공 챔버(50)는 그 내부에 마이크로웨이브가 흡수되지 않고 용이하게 반사되도록 금속성 표면으로 이루어지고, 한쪽 벽에는 챔버 내의 에너지를 측정할 수 있도록 에너지 측정센서(70)가 설치된다.

물론, 상기 진공 배관(55)도 그 내부가 금속성 표면으로 이루어진다.

또한 상기 진공 챔버(50)는 그 일측에 상기 마이크로웨이브 발생기(60)로부터 발사된 마이크로웨이브가 통과할 수 있도록 투명창(50a)이 형성된다.

상기 투명창(50a)은 마이크로웨이브가 통과될 수 있도록 통상의 유리 재질로 이루어져 상기 진공 챔버(50)의 내부를 밀폐시킬 수 있도록 설치된다.

상기 진공 펌프(52)는 저진공 펌프인 로터리 펌프(53)와, 고진공 펌프인 TMP(54)로 구성된다.

그리고 상기 진공 게이지(51) 및 에너지 측정센서(70)의 신호를 입력받아 상기 마이크로웨이브 발생기(60)와 진공 펌프(52)를 제어하는 제어부(80)가 구비된다.

미설명 부호, 65는 전원 공급 장치를 나타낸 것으로 상기 마이크로웨이브 발생기(60)에 전원을 제공하게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 진공 챔버의 잔류물 제거 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 진공 장치에서 중요한 진공 배기 속도와 진공 도달도를 향상시키기 위해서 진공 챔버(50)와 진공 배관(55)의 내벽에 부착된 잔류 물질에 마이크로 발생기(60)를 통해 마이크로웨이브를 투사시켜 직접 에너지를 가함으로써 잔류 물질을 제거하게 된다.

즉, 상기 진공 챔버(50) 내의 잔류 물질은 대부분을 물 분자로 이루어져 있으므로 상기 마이크로웨이브 발생기(60)를 통해 마이크로웨이브를 투사시킴으로써 마이크로웨이브가 물 분자와 같은 극성 물질에 흡수되어 물질 자체를 가열하거나 압력이 낮은 상태의 기체에 작용하여 기체를 여기시켜 기체의 내부 에너지를 높여주게 된다

상기 마이크로웨이브에 의해 가열된 잔류 물질은 진공 챔버(50)와 진공 배관(55)의 내벽과의 부착력보다 더 큰 에너지를 갖게 되어 진공 챔버(50)와 진공 배관(55)의 내벽으로부터 떨어져 나온다.

이와 같이 하여 높은 내부 에너지를 가진 기체가 진공 챔버(50)와 진공 배관(55)의 내벽과 충돌하는 과정에서 발생하는 에너지가 내벽에 부착된 잔류 물질에 가해지게 되고, 이때 잔류 물질이 내벽으로부터 분리된다.

이후, 상기 진공 챔버(50)와 진공 배관(55)의 내벽으로부터 분리된 잔류 물질은 진공 펌프(52)의 작용에 의해 배기됨으로써 진공 장치의 진공 배기 속도 및 진공 도달도를 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 진공 게이지(51)와 에너지 측정 센서(70)를 통해 진공 챔버(50) 내의상태를 정확히 측정하여 제어부(80)에 입력하게 되고, 상기 제어부(80)에서는 상기 마이크로웨이브 발생기(60)를 제어함으로써 보다 정확한 제어 작동이 가능해진다.

상기한 바와 같은 본 발명의 진공 챔버의 잔류물 제거 장치는 마이크로웨이브를 이용하여 챔버 내의 잔류 물질을 신속히 제거할 수 있도록 구성되어 있기 때문에 진공 배기속도 및 진공 도달도를 높일 수 있는 이점을 제공한다.

또한, 본 발명은 진공 챔버를 가열하지 않으므로 별도의 가열 장치나 냉각 장치를 설치할 필요가 없기 때문에 전체 장치의 구성이 간단해지고, 가열 및 냉각에 필요한 에너지를 절약할 수 있는 이점도 있다.

또한, 본 발명은 마이크로웨이브의 반사가 용이하게 진행되도록 진공 챔버와 진공 배관의 내부가 금속 표면으로 이루어져 있기 때문에 진공 챔버 및 진공 배관의 형상이 변화되더라도 용이하게 적용할 수 있는 이점도 있다.

Claims (5)

1. 진공 펌프와 진공 배관이 연결되는 진공 챔버와;

   상기 진공 챔버의 일측에 챔버 내에 마이크로웨이브를 투사시킬 수 있도록 설치된 마이크로웨이브 발생수단을 포함한 것을 특징으로 하는 진공 챔버의 잔류물 제거 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 진공 챔버와 진공 배관은 그 내벽이 마이크로웨이브가 흡수되지 않고 반사되도록 금속성 표면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공 챔버의 잔류물 제거 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 진공 챔버는 그 일측에 마이크로웨이브가 통과할 수 있도록 투명창이 구비된 것을 특징으로 하는 진공 챔버의 잔류물 제거 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 진공 챔버는 그 내부에 챔버 내의 에너지를 측정할 수 있도록 에너지 측정수단이 구비된 것을 특징으로 하는 진공 챔버의 잔류물 제거 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 진공 챔버에는 진공 상태를 측정하는 진공 게이지가 구비되고,

   상기 진공 게이지 및 에너지 측정수단의 신호를 입력받아 상기 마이크로웨이브 발생수단을 제어하는 제어 수단이 구비된 것을 특징으로 하는 진공 챔버의 잔류물 제거 장치.