KR200377480Y1 - 펌핑 장치 - Google Patents

Abstract

도관은 펌프 스웹트 체적부(swept volume)를 둘러싸는 밀봉된 챔버에 가스 유동을 공급한다. 도관은 밀봉된 챔버로 향하는 가스의 유량을 제한하는 유동 방해물(impedance)을 구비한다. 유동 방해물의 어느 한 측면에 설치된 압력 변환기로부터의 출력 신호는 밀봉된 챔버에서 펌프 스웹트 체적부내로의 가스의 누출을 검출하는데 사용되며, 따라서 스웹트 체적부를 둘러싸는 시일(seal)의 상태를 나타낸다.

Description

펌핑 장치{PUMPING APPARATUS}

본 고안은 펌프 장치에 관한 것이다.

진공 펌프는 그의 진공 챔버내에 오일이 없어 반도체 제조 산업에서 달성되는 것과 같은 청정 환경에 유용하다는 것이 공지되어 있다. 이러한 환경에서, 윤활재가 진공 챔버내에 존재하는 경우, 이러한 윤활재는 반도체 처리 챔버내로 도로 이동될 가능성이 있으며, 그에 따라 제조중에 제품의 오염을 야기할 수 있다. 이러한 "건식(dry)" 진공 펌프는 펌프의 각 스테이지의 진공 챔버내에 상호결합 회전자(intermeshing rotors)를 이용하는 대체로 다단 용적형 펌프(multi-stage positive displacement pumps)이다. 회전자는 각 챔버내에 동일 유형의 형상을 가질 수 있거나, 또는 상기 형상은 챔버마다 변할 수 있다.

루트(Roots), 스크류 또는 노데이(Northey)[클로(claw)]형 장치중 하나에 있어서, 각각의 챔버는 펌프의 2개의 개별 가공된 고정자 요소에 의해 일반적으로 형성되고, 펌프의 회전자 요소는 고정자 요소 사이에 형성된 캐비티(cavity)내에 위치된다. 펌핑된 처리 가스가 캐비티에서 누출되는 것을 방지하고, 주위의 공기가 캐비티내로 유입되는 것을 방지하기 위해, 고정자 요소 사이에 시일을 설치할 필요가 있다. 이러한 밀봉 기능을 수행하기 위해 일반적으로 O-링 시일이 제공된다. 이러한 시일은 일반적으로 바이턴(Viton)과 같은 플루오르탄성중합체성 재료(fluoroelastomeric material)로 형성된다.

건식 진공 펌프는 실질적으로 다량의 부식성 유체, 특히 할로겐 가스 및 용매를 펌핑하는데 필요한 분야에서 종종 개발되었다. 이러한 재료는 O-링 시일을 부식시키며, 그 결과 이들 시일이 과도하게 가소성 또는 매우 강성(brittle)을 가질 수 있으며, 이는 고정자 요소 사이에 설치된 시일의 무결성에 악영향을 미칠 수 있다.

시일에 대한 부식의 강도는 예를 들면 펌핑된 유체의 특성, O-링 시일이 형성되는 재료, 및 펌프의 온도를 포함하는 다수의 변수에 의해 좌우된다. 이러한 관점에서, 시일을 교체하여 펌프의 무결성을 유지하기 위한 적절한 주기를 예상하기는 매우 어렵다. 시일의 외부적인 관찰은 좀처럼 실제적이지 않다.

이러한 문제점은 반도체 처리 장비에서 플루오르와 같은 반응성 가스를 펌핑하는 경우 특히 심각하며, 가스 조성물은 상기 장비내에서의 반응에 의해 변하게 된다. 여기서, 처리 챔버로 유입되는 가스 유동과 관련한 보다 정확한 정보도 펌프에 유입되는 반응성 가스의 양 또는 특성 및 그에 따른 예상되는 유용한 시일 수명의 매우 불충분한 예보자(predictor)이다. 추천되는 유지보수는 빈번한 시일 누출 체크를 종종 포함하지만, 이는 고가이고, 불편하며, 결과적으로 때때로 빠뜨리게 된다.

대체로, 시일의 무결화된 노출 레벨 및 그에 따른 시일의 상태를 측정하기 위해 다른 형태의 센서가 사용될 수 있다. 예를 들면, 가스 조성물을 측정하기 위해 분광적(spectroscopic) 또는 화학적 기법이 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 기법은 복잡한 보정 절차를 필요로 하며, 구현하기에는 비용이 많이 든다.

적어도 이의 바람직한 실시예에 있어서, 본 고안은 이러한 및 다른 문제점들을 해결하기 위한 것이다.

본 고안은 펌프 스웹트 체적부(pump swept volume)와, 상기 스웹트 체적부를 둘러싸는 밀봉된 챔버와, 챔버에 유체를 공급하며 챔버로 향하는 유체의 유량을 제한하는 유동 방해물(impedance)을 구비하는 도관과, 유동 방해물을 가로질러서의 압력차를 결정하는 수단을 포함하는 펌핑 장치를 제공한다.

본 고안의 바람직한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명된다.

도 1은 건식 펌프의 배출 스테이지에서 본 고정자 요소(1)의 표면(3)을 도시하는 도면이다. 제 2 고정자 요소(도시되지 않음)의 표면은 고정자 요소(1)의 대응 표면(3)과 접촉하게 되며, 캐비티(2)가 인접한 고정자 요소 사이에 형성된다. 펌프가 조립되었을 때, 이러한 캐비티(2)는 펌프의 회전자 요소(도시되지 않음)를 수용하도록 제공되며, 일반적으로 펌프 스웹트 체적부라 일컬어 진다. 건식 펌프는 일반적으로 상기 캐비티를 여러개 포함하며, 각각의 캐비티(2)는 포트(4)를 통해 인접한 캐비티와 연통한다.

제 1 O-링 시일(5)이 캐비티(2)의 주연부 둘레에 제공된다. 이러한 O-링 시일(5)은 바이톤(Viton)과 같은 플루오르탄성중합체성 재료에 의해 형성되는 것이 바람직하고, 인접한 고정자 요소 사이에 액밀 시일을 제공하여, 펌프가 작동중일 때, 캐비티(2)를 통해 펌핑되는 처리 또는 청정 가스가 캐비티(2)에서 누출되는 것이 방지되고, 주위 공기가 캐비티(2)내로 유입되는 것이 방지된다. 그러나, 위에서 설명한 바와 같이, 이러한 가스는 특히 공세적일 수 있으며 펌프의 다수 부품에 손상을 쉽게 가할 수 있다. 일반적으로, O-링 시일(5)은 이러한 상황에서 파손되는 제 1 요소이다. 이러한 관점에서, 제 1 O-링 시일(5)과 유사한 제 2 O-링 시일(6)은 제 1 O-링 시일(5)과 캐비티(2)의 주연부 사이에 제공된다. O-링 시일(5, 6)은 인접한 고정자 요소 사이에 O-링 시일(5, 6)을 위치시키도록 사용되는 홈(8, 8a) 사이에 형성된 얕은 채널 또는 홈(7)에 의해 분리되며, 이러한 홈이 도 2에 도시되어 있다. 채널(7)은 소량의 유체(예를 들면, 질소와 같은 가스임)가 2개의 인접한 고정자 요소와 O-링 시일(5, 6) 사이에 포획되도록 하며, 2개의 인접한 고정자 요소와 O-링 시일(5, 6)은 함께 가스용 밀봉된 챔버를 형성한다. 가스는 가스 저장소[도 3에 참조부호(16)로 표시됨]로부터 도관(9)을 거쳐 포트(7a)를 통과해 채널(7)에 유입된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 도관(9)은 유동 방해물(10)과 일방향 밸브(one-way valve)(11)를 포함한다. 유동 방해물(10)의 각 단부와 유체 연통하는 2개의 압력 변환기(12, 13)가 제공된다.

유동 방해물(10)은 가스의 유동을 억제하는 약간의 다공성이고 소결된 재료(porous sintered material)로 형성될 수 있어, 유동 방해물(10)이 도관(9)내에 위치되었을 때, 댐(dam)과 같이 작용하여, 소량의 가스만이 통과되도록 한다. 변형적으로, 유동 방해물(10)에는 미세한 계량 밸브가 제공될 수 있거나, 고형 재료를 관통해 미세한 모세관 구멍이 형성될 수 있다.

일방향 밸브(11)는 펌프내의 압력이 가스 공급압보다 상승할 경우 공급 저장소의 오염을 방지한다. 또한, 밸브(11)는 가스 공급이 일시적으로 방해되거나 또는 달리 영향을 받을 경우 밸브(11)의 하류측 도관(9)내의 압력 변동을 최소화하도록 작용한다.

압력 변환기(12, 13)는 유동 방해물(10)의 일 측면상에서 도관(9)내의 압력(P2, P1)을 각기 측정하고, 측정된 압력을 나타내는 신호를 제어기(14)로 전송한다.

도관(9)으로 가스의 공급은 가스 모듈(15)에 의해 제어된다. 이러한 구성에 있어서, 가스 모듈(15)은 저장소로부터 도관(9)내로 가스의 공급을 조절하는 활성 매니폴드(active manifold)이다. 가스 모듈(15)은 신호를 제어기(14)에 전송하여 도관(9)내로 공급되는 가스의 유량 및 압력과 같은 하나 또는 그 이상의 특성을 나타내도록 구성되어 있다. 이러한 가스 모듈은 펌프내의 상이한 위치에 가스를 분포시키도록 사용될 수 있으며, 이 경우, 예를 들면 상기 가스는 펌프로부터의 불순물을 수세(flushing)하기 위한 정화 가스로서 사용된다.

사용중, 유동 방해물(10)로부터 하류측의 가스와 유동 방해물(10)의 상류측의 가스 사이에 압력 평형이 달성될 때까지, 가압 가스(대체적으로 약 6 psi)가 도관(9)을 따라 유동 방해물(10)을 지나 채널(7)내로 유입된다. 캐비티(2)(펌프 스웹트 체적부)내의 펌핑된 가스가 대기압보다 낮을 때(대략 800 mbar), 펌프가 일반적인 정상 상태 작동 조건(normal steady state operating conditions)하에 있을 경우, 유동 방해물(10)로부터 하류측 채널(7)내에 가압 가스가 존재하므로, 펌프의 사용동안 제 2 O-링 시일(6)을 가로질러 상당한 압력차를 겪게 된다. 이러한 상태에서, 제 2 O-링 시일(6)이 새것이고 결점이 없으면, 압력 변환기(12, 13)로부터의 출력 신호는 대략 동일하고 변동이 없다. 그러나, 제 2 O-링 시일(6)이 펌핑된 가스에 의해 상당히 손상되어 제 2 O-링 시일(6)의 무결성이 손상된 경우, 가압된 가스가 채널(7)에서 캐비티(2)로 누출될 수 있는데, 이는 채널(7)내에 상대적으로 보다 높은 압력의 가스와 캐비티(2)내에 상대적으로 보다 낮은 압력의 가스가 존재하기 때문이며, 상기 누출은 이들 압력이 동등해지도록 한다. 도관(9)내에 유동 방해물(10)이 존재하기 때문에, 압력 변환기(12)에 의해 측정된 압력(P2)은 도 4에 도시된 바와 같이 저하되는 반면, 압력 변환기(13)에 의해 측정된 압력(P1)은 공급 압력으로 유지된다. 따라서, 압력(P1, P2)에 있어서의 차이는 캐비티(2)내로의 가스의 누출을 나타내므로, 제 2 O-링 시일(6)의 손상을 나타낸다. 이는 압력 변환기(12, 13)로부터의 출력 신호를 수신하는 제어기(14)는 압력차가 소정치를 초과했을 때 제 2 O-링 시일(6)의 파손을 알려주는 예를 들면 디스플레이를 통한 경고를 출력하도록 할 수 있다.

따라서, 위에서 설명된 장치는 펌프 내측의 중요 시일의 상태의 신뢰성있는 지시를 제공할 수 있다. 이러한 지시는 방해적인 간섭없이 유지보수 기간이 길어질 수 있도록 하고 작동 비용이 감소될 수 있도록 한다. 이들 중요 요소의 열화(deterioration)의 예측가능성은 향상될 수 있으며, 결과적으로 잠재적인 위험 누출의 가능성이 감소된다.

요약하면, 도관은 펌프 스웹트 체적부를 둘러싸는 밀봉된 챔버에 가스 유동을 공급한다. 도관은 밀봉된 챔버로 향하는 가스의 유량을 제한하는 유동 방해물을 포함한다. 유동 방해물의 한 측면에 설치된 압력 변환기로부터의 출력 신호는 밀봉된 챔버에서 펌프 스웹트 체적부내로의 가스 누출을 검출하여 스웹트 체적부를 둘러싸는 시일의 상태를 나타내는데 이용된다.

본 고안은 유지보수 기간이 길어질 수 있도록 하고, 작동 비용이 감소될 수 있도록 하며, 시일 요소의 열화의 예측가능성을 향상시켜 잠재적인 위험 누출의 가능성을 감소시키게 됩니다.

도 1은 시일 조립체를 도시하는 고정자 요소의 평면도,

도 2는 도 1의 시일 조립체의 측면도,

도 3은 시일 조립체의 무결성(integrity)을 모니터링하는 장치를 도시하는 도면,

도 4는 시간에 따른 시일 조립체내의 가스압의 변화를 나타내는 그래프.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 고정자 요소 2 : 캐비티

4, 7a : 포트 5, 6 : O-링 시일

9 : 도관 10 : 유동 방해물

11 : 일방향 밸브 12, 13 : 압력 변환기

14 : 제어기 15 : 가스 모듈

Claims (12)

1. 펌핑 장치에 있어서,

   펌프 스웹트 체적부(pump swept volume)와,

   상기 스웹트 체적부를 둘러싸는 밀봉된 챔버와,

   상기 챔버에 유체를 공급하며, 상기 챔버로 향하는 유체의 유량을 제한하는 유동 방해물을 구비하는 도관과,

   상기 유동 방해물을 가로질러서의 압력차를 결정하는 수단을 포함하는

   펌핑 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 방해물은 상기 도관내의 억제체(restriction)에 의해 제공되는

   펌핑 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 방해물의 일 측면상의 유체 압력에 있어서의 변동이 상기 방해물의 다른 측면상의 유체에 신속하게 전달되지 않도록 상기 방해물을 가로질러서의 유체의 유량이 설정되는

   펌핑 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 방해물은 다공성이고 소결된 재료(porous sintered material), 비다공성 차단물(non-porous blockage)내에 형성된 모세관, 및 밸브 그룹중 하나에 의해 제공되는

   펌핑 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 압력차를 결정하는 수단은 적어도 하나의 압력 변환기를 포함하는

   펌핑 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 압력 변환기는 상기 방해물의 상류측 도관내의 유체 압력을 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 제 1 압력 변환기와, 상기 방해물의 하류측 도관내의 유체 압력을 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 제 2 압력 변환기를 포함하는

   펌핑 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 1 압력 변환기 및 상기 제 2 압력 변환기로부터의 신호를 수신하고, 상기 신호에 의해 지시된 유체 압력에 있어서의 차이에 따른 경고를 발생시키는 제어기를 포함하는

   펌핑 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 방해물을 가로질러서의 압력차가 소정치를 초과했을 때 상기 경고가 발생되는

   펌핑 장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 도관은 저장소에 유체를 공급하도록 상기 저장소에 연결되는

   펌핑 장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 저장소는 상기 펌핑 장치의 펌프에 정화 가스를 공급하도록 구성되는

    펌핑 장치.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 밀봉된 챔버는 부분적으로 2개의 O-링 시일에 의해 규정되는

    펌핑 장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 O-링 시일은 탄성중합체성 재료로 형성되는

    펌핑 장치.