KR20100017199A - 진공 펌프 - Google Patents

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Abstract

진공 펌프용 한 쌍의 노데이 회전자로서, 각각의 회전자가 두 개의 실질적으로 평행한 대향 면, 상기 대향 면 사이에 위치하는 주변 표면을 포함하는 한 쌍의 노데이 회전자가 개시된다. 액체 또는 고체 입자를 함유하는 가스 흐름을 펌핑함으로써 야기되는 손상을 감소시키기 위하여, 상기 입자를 수용하기 위한 다수의 홈이 주변 표면상에 배치된다.

Description

진공 펌프 {VACUUM PUMP}
본원발명은 진공 펌프 및 진공 펌프용 회전자 부품에 관한 것이다.
프로세스 챔버로부터 가스 흐름(gas stream)을 빼내기 위해 사용되는 진공 펌프는 일반적으로 각각이 다수의 회전자를 지지하는 한 쌍의 구동 샤프트를 포함하는 다단 펌프(multistage pump)이다. 진공 펌프의 하우징은 고정자를 제공하는데, 이러한 고정자의 내부에서는 펌프의 사용 중에 구동 샤프트와 회전자가 회전하게 된다. 고정자는 가스 유입구, 가스 배출구 및 다수의 펌핑 챔버를 포함하며, 인접하는 펌핑 챔버는 횡격벽(transverse wall)에 의해 분리된다. 가스 유동 덕트는 한 펌핑 챔버로부터의 챔버 배출구를 인접한 하류 펌핑 챔버의 챔버 유입구로 연결시킨다. 각각의 펌핑 챔버는 회전자 사이 및 펌핑 챔버의 내부 벽과 각각의 회전자 사이에 작은 유격(clearance)이 존재하도록 한 쌍의 회전자를 수용한다. 회전자는 일반적으로 루츠(Roots) 또는 노데이(Northey)("클로" ("claw")) 프로파일 중 하나를 가지며, 회전자의 프로파일은 구동 샤프트를 따라 변할 수 있다.
화학 기상 증착과 같은 프로세스 동안에는, 프로세스 가스가 프로세스 챔버로 공급되어 기판의 표면상에 증착층을 형성하게 된다. 프로세스 가스가 챔버 내에 머무르는 시간이 비교적 짧기 때문에, 챔버로 공급되는 가스의 작은 부분만이 증착 프로세스 동안에 사용된다. 사용되지 않은 프로세스 가스는 후속적으로, 진공 펌프를 이용하여, 프로세스로부터의 하나 이상의 부산물과 함께 프로세스 챔버로부터 펌핑된다.
프로세스 챔버로부터 펌핑되는 가스 흐름은 펌프에 손상을 일으킬 수 있는 종(species)을 함유할 수 있다. 예를 들어, 일부 증착 프로세스는 SiO2 입자와 같은 고체 입자를 발생시키는데, 이러한 입자는 사용되지 않은 프로세스 가스와 함께 프로세스 챔버로부터 배기된다. 또한 일부 증착 프로세스는, TEOS와 같은, 기화된 액체 전구체(vaporised liquid precursor)를 사용하는데, 이는 펌프 내에 수집되고/수집되거나 응축될 수 있다.
다른 예로서, 사용되지 않은 프로세스 가스나 부산물이 응축가능하다면, 진공 펌프와 프로세스 챔버 사이의 진공 라인 내에 있는, 또는 진공 펌프 자체 내에 있는 저온 표면상에서의 응축으로 인해 상당한 양의 분말 또는 가루가 펌프를 통과하게 될 수 있다.
트윈-샤프트(twin-shafted) 진공 펌프를 통과하는 고체나 액체는 모두 펌프의 회전자 사이로 들어가게 되며, 시간이 지날수록, 회전자에 손상을 입히게 되거나 또는 일부 경우에는 회전자의 유압적 잠김(hydraulically lock)을 초래할 수 있다는 것이 관찰되었다. 노데이 회전자에 있어서는, 회전자 가장자리의 스웰링(swelling)에 따라 통상적으로 손상이 나타나게 되며, 이는 회전자 사이 및 회전자와 고정자 사이의 유격 크기를 감소시킬 수 있게 된다. 이는, 특히 펌프가 고온 에서 작동되면 고정자에 대한 회전자의 열적 팽창이 회전자 사이 및/또는 회전자와 고정자 사이의 접촉을 초래할 수 있으므로, 추후의 펌프 신뢰성을 손상시킬 수 있다.
본원발명은, 두 개의 실질적으로 평행한 대향 면, 상기 대향 면 사이에 위치하는 주변 표면, 및 상기 주변 표면상에 위치하는 다수의 홈을 포함하는, 진공 펌프용 노데이 회전자를 제공한다.
회전자의 주변 표면상에 다수의 홈을 제공함으로써, 진공 펌프를 통과하는 가스 흐름 내에 부유하는 고체나 액체 물질이 이러한 홈 내에 수용될 수 있게 된다. 따라서, 고체나 액체 물질에 의해 야기되는 회전자 손상이 감소될 수 있다. 이는 주변 표면에 홈을 갖지 않는 회전자와 비교하여 회전자의 사용 수명을 증가시킬 수 있다. 또한, 일정한 배향에 있어서는, 이러한 홈이 펌프 내에 이미 수집된 임의의 물질을 잘라낼 수도 있다.
본원발명은 또한 진공 펌프를 위한 한 쌍의 노데이 회전자를 제공하는데, 여기서 각각의 회전자는 두 개의 실질적으로 평행한 대향 면, 상기 대향 면 사이에 위치하는 주변 표면, 및 회전자에 의하여 펌핑되는 가스 흐름 내에 부유하는 고체 또는 액체 물질을 수용하기 위하여 상기 주변 표면상에 위치하는 다수의 홈을 포함한다.
바람직하게는, 회전자 중 하나에서의 홈의 배치는 다른 회전자에서와는 다르다. 이는 회전자가 회전하는 동안에 홈이 중첩되는 정도를 줄일 수 있으며, 따라서 펌핑과정 중에 중첩되는 홈 사이에서의 가스 누설량을 줄일 수 있다.
본원발명은 또한 진공 펌프를 위한 한 쌍의 노데이 회전자를 제공하는데, 여기서 각각의 회전자는 두 개의 실질적으로 평행한 대향 면, 상기 대향 면 사이에 위치하는 주변 표면, 및 상기 주변 표면상에 위치하는 일정한 패턴의 홈을 포함하며, 상기 회전자 중 하나에서의 패턴의 배치는 다른 회전자에서의 배치와 다르다.
이러한 홈은 규칙적인 또는 비규칙적인 패턴을 가진다. 홈이 가질 수 있는 패턴의 예로는 평행 슬롯(parallel slot), 열십자(criss-cross), 헤링본(herringbone), 지그재그(zig-zag), 곡선 및 물결형(wavy)을 들 수 있다. 아래에 기술되는 일 예에서는, 홈이 열십자 패턴을 가지는데, 여기서 이러한 패턴의 교차하는 홈은 실질적으로 직교하도록 교차한다. 홈은 규칙적 또는 비규칙적 피치(pitch)를 가질 수 있다.
일부의 홈은 회전자의 대향 면 사이에서 연장할 수 있다. 예를 들어, 대향 면 사이에서 실질적으로 직교하도록 연장할 수 있다. 앞서 기술한 바와 같이, 하나의 회전자 상에서의 이러한 홈 배치는 다른 회전자 상에서와 다른 것이 바람직하며, 따라서 하나의 회전자 상에서 이와 같이 직교하도록 연장하는 홈은 다른 회전자 상에서의 상응하는 홈에 대해 각도가 어긋나게 배치되는 것이 바람직하다.
적어도 하나의 홈이 대향 면으로부터 이격되어 이에 실질적으로 평행하게 배치될 수 있다. 여기서도, 하나의 회전자 상에서의 이러한 홈 배치는 다른 회전자 상에서와 다른 것이 바람직하며, 따라서 각각의 회전자에서 이러한 홈은 그 면에 대하여 각각 다른 위치에 위치하게 된다.
평행 홈은, 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 유입 노데이 회전자의 돌출 클로(빅(beak))의 선단 에지의 주변 표면상에 위치하는 슬롯일 수 있다. 빅의 후면 상에 슬롯을 위치시킴으로써 유입 회전자가 배출 회전자의 요부(협구(throat))에 수집된 고체 또는 액체 물질을 베어내어 유입 및 배출 회전자가 만나는 지점에서 이들 사이의 갭 외부로 물질의 일정 부분이 배출되기 위한 통로를 제공하며, 이로써 회전자의 유압적 잠김(hydraulic locking) 및/또는 잠재적인 손상을 줄이게 된다.
또한 평행 홈은, 도 3 및 4에도 도시된 바와 같이, 유입 및 배출 회전자 사이에서 빠르게 폐쇄되는 회전 유격(rolling clearance)으로부터 배출되는 임의의 물질을 위한 통로를 제공하기 위하여, 유입 노데이 회전자의 요부(협구)의 하부 조(jaw)의 주변 표면상에 배치되는 슬롯일 수도 있다.
또한 본원발명은 한 쌍의 로터 -이러한 로터 중 적어도 하나는 앞서 기술된 바와 같다- 를 수용하는 챔버를 포함하는 진공 펌프를 제공하는데, 이러한 한 쌍의 로터는 각각의 샤프트 상에 위치하여 챔버 내에서 반대로 회전하도록 구성된다.
또한 본원발명에서는, 진공 펌프로서, 두 개의 노데이 회전자를 수용하는 챔버를 포함하고, 상기 두 개의 노데이 회전자는 각각의 샤프트 상에 위치하며 상기 챔버 내에서 반대로 회전하도록 구성되며, 각각의 회전자는 두 개의 실질적으로 평행한 대향 면, 상기 대향 면 사이에 위치하는 주변 표면, 및 상기 펌프를 통과하는 가스 흐름 내에 부유하는 고체 또는 액체 물질을 수용하기 위하여 상기 주변 표면상에 위치하는 다수의 홈을 포함하는 진공 펌프를 제공한다.
또한 본원발명에서는, 진공 펌프로서, 두 개의 노데이 회전자를 수용하는 챔버를 포함하고, 상기 두 개의 노데이 회전자는 각각의 샤프트 상에 위치하며 상기 챔버 내에서 반대로 회전하도록 구성되며, 각각의 회전자는 두 개의 실질적으로 평행한 대향 면, 상기 대향 면 사이에 위치하는 주변 표면, 및 상기 주변 표면상에 위치하는 홈 패턴을 포함하며, 상기 회전자 중 하나 상에서의 패턴의 배치는 다른 회전자 상에서의 패턴의 배치와 다른 진공 펌프를 제공한다.
본원발명의 바람직한 실시예가 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 진공 펌프의 횡단면도이다.
도 2는 도 1의 진공 펌프의 회전자에 대한 사시도이다.
도 3 역시 다른 진공 펌프의 횡단면도이다.
도 4는 도 3의 진공 펌프의 회전자에 대한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 진공 펌프는 그 내부에 펌핑 챔버(12)를 형성하는 펌프 몸체(10)를 포함한다. 한 쌍의 노데이, 또는 "클로(claw)", 회전자(14, 16)가 각각의 샤프트(18, 20) 상에 장착되며, 이러한 샤프트는 도 1에 화살표로 도시된 바와 같이 그 각각의 축 주위에서 반대 방향으로 회전하도록 구성되어 있다. 거의 하나의 사분면에 걸쳐서, 각각의 회전자(14, 16)는 돌출 클로(또는 빅(Beak))(24)가 뒤따르는 깊은 요부(또는 조(jaw))를 가지며, 나머지 3개의 사분면은 거의 원통형이 다. 회전하는 동안에, 한 회전자(14)의 클로(24)는, 서로 맞물리는 비-접촉 방식으로, 다른 회전자(16)의 요부(22)로(및 그 반대로) 들어가게 된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 회전자(14, 16)는, 회전자(14, 16)의 주변 표면(26, 28) 사이에 반경방향으로 작은 운행 유격(running clearance)을 두고 챔버(12) 내에 장착된다.
펌핑 챔버(12)는 유입구(도시되지 않음) 및 배출구(도시되지 않음)를 구비하며, 이들 유입구 및 배출구는 챔버(12)의 반대측 상에 축방향으로 배치된다. 회전자(14, 16)가 회전함에 따라, 회전자 중 하나에 있는 요부가 유입구와 정렬되어 가스가 챔버(12) 내부로 유입되게 된다. 회전자(14, 16)가 더 회전함으로써 유입구가 폐쇄되어 일정량의 가스가 챔버(12) 내에 갇히게 되며, 이러한 가스는 회전자(14, 16) 사이에서 압축되게 되며, 이와 같은 압축은 이후 다른 회전자의 요부(22)가 배출구와 정렬되면 압축된 가스가 챔버(12)로부터 방출될 수 있을 때까지 이루어진다.
챔버(12)로 들어가는 가스 내에 부유하는 임의의 고체 또는 액체 물질은 회전자의 주변 표면(26, 28) 상에 정착되거나 응축될 수 있다. 이러한 물질은 회전자 사이의 운행 유격 크기를 줄일 수 있으며, 극단적인 경우에는 회전자(14, 16)가 서로 접하도록 하여 고체 물질이 주변 표면(26, 28) 상에 분산되거나 회전하게 된다. 이러한 물질의 형성이 증대되면 회전자(14, 16)가 서로 떨어지도록 힘을 가할 수 있으며, 이는 회전자에 손상을 가해 통상적으로 회전자 가장자리의 스웰링현상(swelling)으로 나타나게 된다.
이제 도 2를 참조하면, 고체 또는 액체 물질을 함유하는 가스 흐름의 펌핑과 정 동안에 받게 되는 회전자의 손상 정도를 줄이기 위하여, 각각의 회전자(14, 16) 주변 표면상에 챔버(12)로 유입되는 고체 또는 액체 물질을 수용하는 다수의 홈이 위치하는 것을 알 수 있다. 이러한 예에서 홈은, 회전자의 실질적으로 평행한 대향 면(32, 34) 사이에서 직각으로 연장하는 다수의 홈(30) 및 대향 면(32, 34)에 실질적으로 평행하게 연장하는 하나 이상의 홈(36)을 포함하는, 규칙적인 열십자 패턴을 가진다. 도 2에 도시된 바와 같이, 회전자(14) 상에서의 홈(30, 36)의 배치는 회전자(16) 상에서와는 다르다. 이러한 예에서, 회전자(14) 상의 홈(30)은 다른 회전자(16) 상의 대응하는 홈(30)에 비해 각도를 두고 오프셋(offset)되어 있으며, 회전자(14) 상에서 홈(36)과 면(34) 사이의 간격은 다른 회전자(16) 상에서와는 다르다. 이는 회전자(14, 16)가 회전하는 동안에 홈(30, 36)이 중첩되는 정도를 최소화시킬 수 있으며, 이로써 중첩되는 홈을 통해 회전자 사이에서 누출되는 가스의 양을 줄일 수 있게 된다.
이제 도 3 및 4를 참조하면, 고체 또는 액체를 함유하는 가스 흐름의 펌핑 동안에 입게 되는 회전자 손상 및/또는 유압적 잠김 발생 가능성을 감소시키기 위하여, 유입 노데이 회전자(14)의 요부(22a)의 하부 조(jaw)(23)의 주변 표면상 및/또는 돌출 클로(빅)의 선단 에지(21)의 주변 표면(26)상에 다수의 깊고 평행한 슬롯(40, 42) 형태의 물질 홈(material grooves)이 배치되는 것을 알 수 있다. 슬롯(40, 42)은 배기 회전자(16)의 요부(22b) 내에 및/또는 두 회전자(14, 16) 사이의 빠르게 폐쇄되는 유격(도 3에 사각형 영역(38)으로 도시됨) 내에 갇힌 고체 또는 액체 물질이 방출될 수 있는 통로를 제공한다. 유입 회전자(14) 상에만 양 슬 롯(40, 42) 세트를 구비함으로써, 두 회전자(14, 16) 사이의 밀봉에 대한 악영향(가스 누출)이 최소화되며, 고체 또는 액체 물질 취급 성능에서의 이득에 대해 펌핑 성능이 최소한도로만 영향을 받게 된다. 또한 도 4에는, 회전자의 실질적으로 평행한 대향 면(32, 34) 사이에서 실질적으로 직각으로 연장하는 다수의 홈(30) 및 상기 대향 면(32, 34)에 실질적으로 평행하게 연장하는 두 개의 홈(36a, 36b)도 도시되어 있다.

Claims (8)

  1. 진공 펌프용 노데이 회전자로서,
    두 개의 실질적으로 평행한 대향 면,
    상기 대향 면 사이에 위치하는 주변 표면, 및
    상기 주변 표면상에 위치하는 다수의 홈을 포함하는,
    진공 펌프용 노데이 회전자.
  2. 진공 펌프용 한 쌍의 노데이 회전자로서,
    각각의 회전자가,
    두 개의 실질적으로 평행한 대향 면,
    상기 대향 면 사이에 위치하는 주변 표면, 및
    상기 회전자에 의하여 펌핑되는 가스 흐름 내에 부유하는 고체 또는 액체 물질을 수용하기 위하여 상기 주변 표면상에 위치하는 다수의 홈을 포함하는,
    진공 펌프용 한 쌍의 노데이 회전자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 회전자 중 하나 상에서의 홈의 배치는 다른 회전자 상에서의 홈의 배치 와 다른,
    회전자.
  4. 진공 펌프용 한 쌍의 노데이 회전자로서,
    각각의 회전자가,
    두 개의 실질적으로 평행한 대향 면,
    상기 대향 면 사이에 위치하는 주변 표면, 및
    상기 주변 표면상에 위치하는 홈 패턴을 포함하며,
    상기 회전자 중 하나 상에서의 패턴의 배치는 다른 회전자 상에서의 패턴의 배치와 다른,
    진공 펌프용 한 쌍의 노데이 회전자.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈이 규칙적인 패턴을 가지는,
    회전자.
  6. 진공 펌프로서,
    제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 한 쌍의 회전자를 수용하는 챔버를 포함하고,
    상기 한 쌍의 회전자는 각각의 샤프트 상에 위치하며 상기 챔버 내에서 반대로 회전하도록 구성되는,
    진공 펌프.
  7. 진공 펌프로서,
    두 개의 노데이 회전자를 수용하는 챔버를 포함하고,
    상기 두 개의 노데이 회전자는 각각의 샤프트 상에 위치하며 상기 챔버 내에서 반대로 회전하도록 구성되며,
    각각의 회전자는,
    두 개의 실질적으로 평행한 대향 면,
    상기 대향 면 사이에 위치하는 주변 표면, 및
    상기 펌프를 통과하는 가스 흐름 내에 부유하는 고체 또는 액체 물질을 수용하기 위하여 상기 주변 표면상에 위치하는 다수의 홈을 포함하는,
    진공 펌프.
  8. 진공 펌프로서,
    두 개의 노데이 회전자를 수용하는 챔버를 포함하고,
    상기 두 개의 노데이 회전자는 각각의 샤프트 상에 위치하며 상기 챔버 내에서 반대로 회전하도록 구성되며,
    각각의 회전자는,
    두 개의 실질적으로 평행한 대향 면,
    상기 대향 면 사이에 위치하는 주변 표면, 및
    상기 주변 표면상에 위치하는 홈 패턴을 포함하며,
    상기 회전자 중 하나 상에서의 패턴의 배치는 다른 회전자 상에서의 패턴의 배치와 다른,
    진공 펌프.
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