KR20120059501A - 진공 시스템 및 질량 분석기 시스템 - Google Patents

진공 시스템 및 질량 분석기 시스템 Download PDF

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KR20120059501A KR1020127003613A KR20127003613A KR20120059501A KR 20120059501 A KR20120059501 A KR 20120059501A KR 1020127003613 A KR1020127003613 A KR 1020127003613A KR 20127003613 A KR20127003613 A KR 20127003613A KR 20120059501 A KR20120059501 A KR 20120059501A
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에드워즈 리미티드
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Abstract

본 발명은 직렬로 연결된 복수의 진공 챔버(14, 16, 18, 20)와, 상기 챔버를 차등 펌핑하기 위한 진공 펌핑 장치(10)를 포함하는 진공 시스템(12)을 제공한다. 상기 진공 펌핑 장치는 제 1 진공 챔버(14)를 펌핑하도록 연결된 입구(23)와, 대기로 또는 대기 주변으로 배기하기 위한 출구(25)를 갖는 1차 펌프(22)와, 제 2 진공 챔버(16)를 펌핑하도록 연결된 입구(27)와, 상기 1차 펌프의 입구(23)에 연결된 출구(29)를 갖는 부스터 펌프(24)와, 제 3 진공 챔버(18, 20)를 펌핑하도록 연결된 입구(31, 33)와, 상기 부스터 펌프의 입구(27)에 연결된 출구(35, 37)를 갖는 2차 펌프(26, 28)를 포함한다.

Description

진공 시스템 및 질량 분석기 시스템{VACUUM SYSTEM}
본 발명은 직렬로 연결된 복수의 진공 챔버와, 이 챔버를 차등 펌핑하기 위한 진공 펌핑 장치를 포함하는, 예를 들면 질량 분석기 시스템과 같은 진공 시스템에 관한 것이다.
공지된 진공 펌핑 장치(100)가 도 2에 도시되어 있다. 펌핑 장치(100)는 질량 분석기 시스템(102)과 같은 진공 시스템에서 복수의 진공 챔버를 차등적으로 펌핑하는 것이다. 진공 챔버는 중간 압력 챔버(106)를 통해 높은 압력(낮은 진공) 챔버(104)로부터 낮은 압력(높은 진공) 챔버(108)까지 샘플 흐름 경로를 제공하도록 직렬로 연결되어 있다. 전형적으로, 낮은 압력 챔버는 1mbar로 유지될 수 있으며, 중간 압력 챔버는 10-3mbar로 유지될 수 있으며, 낮은 압력 챔버는 10-6mbar로 유지될 수 있다. 진공 펌핑 장치(100)는 진공 챔버를 차등적으로 펌핑하고 그리고 질량 분석기를 통한 샘플 흐름 속도를 유지하도록 설계되어 있다. 질량 분석기를 통한 증가된 샘플 흐름 속도는 증가된 양의 샘플이 테스트될 수 있게 한다.
진공 펌핑 장치(100)는 2개의 1차(배킹) 펌프 및 2개의 2차 펌프를 포함한다. 제1 및 제2 2차 펌프(110, 112)는 터보분자 펌프일 수 있다. 2차 펌프는 나란하게 배치되며, 각각 진공 펌프(106, 108)를 펌핑하도록 연결되어 있다. 2차 펌프는 1차 또는 배킹 펌프(114)와 직렬로 연결도어 있다. 2차 펌프가 분자 펌프이고 그리고 대기로 배기할 수 없기 때문에, 1차 펌프는 2차 펌프의 배출로에 연결되고, 1차 펌프는 대기로 배치된다. 이러한 방법에서, 1차 펌프는 2차 펌프를 보완한다. 1차 펌프는 예를 들면 스크롤 펌프이다.
제 2 1차 펌프는 낮은 진공 챔버(104)에 연결되며, 대기로 배기한다.
약 1mbar보다 큰 비분자, 또는 점성 흐름 체제를 갖는 특히 진공 챔버에서 시스템의 성능을 향상시키기 위해서 질량 분석기와 같은 예를 들면 체계적인 시스템내의 펌핑 장치의 동력 필요성을 크게 증가시킴이 없이 펌핑 속도(그리고 샘플 가스 흐름)를 증가시키는 것이 바람직하다.
본 발명은 직렬로 연결된 복수의 진공 챔버와, 상기 챔버를 차등 펌핑하기 위한 진공 펌핑 장치를 포함하는 진공 시스템에 있어서, 상기 진공 펌핑 장치는: 상기 진공 챔버중 제 1 진공 챔버를 펌핑하도록 연결된 입구와, 대기로 또는 대기 주변으로 배기하기 위한 출구를 갖는 1차 펌프와; 상기 진공 챔버중 제 2 진공 챔버를 펌핑하도록 연결된 입구와, 상기 1차 펌프의 입구에 연결된 출구를 갖는 부스터 펌프와; 상기 진공 챔버중 제 3 진공 챔버를 펌핑하도록 연결된 입구와, 상기 부스터 펌프의 입구에 연결된 출구를 갖는 2차 펌프를 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 및/또는 선택적인 실시형태는 첨부하는 특허청구범위에 규정되어 있다.
본 발명이 보다 잘 이해될 수 있도록, 단지 예로서 제공되는 일 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 진공 펌핑 장치를 포함하는 진공 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 진공 펌핑 장치를 포함하는 종래 기술의 진공 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
진공 펌핑 장치(1)가 도 1에 도시되어 있다. 펌핑 장치(10)는 질량 분석기 시스템과 같은 진공 시스템(12)내의 복수의 진공 챔버를 차등적으로 펌핑하는 것이다. 진공 펌프는 제 1 진공 챔버(14)로부터 시작해서 제 2 진공 챔버(16), 제 3 진공 챔버(18) 및 제 4 진공 챔버(20)를 통해 샘플 유로를 제공하도록 직렬로 연결되어 있다. 압력은 도면에 도시된 바와 같이 우측으로 흐르는 샘플 유로를 따라서 제 1 진공 챔버(14)의 입구에서의 대기로부터 제 4 진공 챔버(20)에서의 높은 진공까지 감소된다. 예를 들면, 제 1 진공 챔버(14)는 10mbar와 같은 높은 압력(낮은 진공)일 수 있다. 제 2 진공 챔버는 1mbar의 상대적으로 보다 낮은 압력일 수 있다. 본 예에서 제 1 및 제 2 진공 챔버는 점성, 또는 비분자, 체제 또는 상태인 것으로 고려된다. 제 3 진공 챔버(18)는 10-3mbar의 낮은 압력일 수 있다. 본 예에서 제 4 진공 챔버(20)는 10-6mbar의 보다 낮은 압력일 수 있다. 본 예에서, 제 3 및 제 4 진공 챔버는 분자 흐름 체제 또는 상태인 것으로 고려된다.
진공 펌핑 장치(10)는 진공 챔버를 차등적으로 펌핑하고, 그리고 도 2에 도시된 종래 기술의 장치와 비교하여 질량 분석기를 통해 상대적으로 증가된 샘플 흐름 속도를 유지하도록 설계된다. 또한, 펌프의 개수를 증가시킴이 없이, 증가된 개수의 진공 챔버가 차등적으로 펌핑될 수 있다.
진공 펌핑 장치(10)는 입구(23)와 출구(25)를 갖는 1차 또는 배킹 펌프(22)를 포함하며, 상기 입구(23)는 제 1 진공 챔버(14)에 연결되어 있고 상기 출구(25)는 대기로 또는 대기 근방으로 배기된다. 펌프(22)는, 제 1 챔버에 필요한 압력 체제를 위해 적합하고 그리고 대기로 배기시키기에 적당한 스크롤 펌프일 수 있다. 부스터 펌프(24)는 제 2 진공 챔버(16)에 연결된 입구(27)를 구비한다. 부스터 펌프는 1차 펌프(22)의 입구로는 배기하고 그리고 대기로 배기하지 않는 출구(29)를 갖고 있다. 부스터 펌프(24)는 배킹 펌프로부터 독립적으로 작동되지 않으며, 1차 펌프(22)와 직렬로 연결되어 있다. 적어도 하나의 2차 펌프는 각 높은 진공 챔버를 펌핑하기 위해 마련된다. 도 1에서, 평행하게 도시된 2개의 2차 펌프(26, 28)는 제 3 진공 챔버(18) 및 제 4 진공 챔버(20)를 펌핑하도록 연결된 각 입구(31, 33)를 갖고 있다. 2차 펌프의 출구(35, 37)는 부스터 펌프의 입구(27)에 연결되어 있다. 2차 펌프(26, 28)는 전형적으로 터보분자 펌프이며, 이것은 대기로 차등적으로 배기하지 않는다. 따라서, 2차 펌프는 직렬로 연결된 부스터 펌프(24) 및 1차 펌프(22)에 의해 보완된다.
부스터 펌프는 증가된 펌핑 용량(속도) 및 감소된 압축비로 구성된다. 따라서, 적당한 부스터 펌프는 용량을 증가시키도록 구성된 스크롤 펌프일 수 있다. 이와 관련하여, 트윈-스타트 또는 멀티-스타트 스크롤 펌프는, 스크롤 펌프의 2개 또는 그 이상의 외부 덮개(wraps)가 그 입구에 연결되어 있기 때문에 증가된 펌핑 용량을 갖고 있으며, 각 외부 덮개는 펌핑 용량을 증가시키도록 주로 구성된다. 외부 덮개가 전형적인 스크롤 펌프에서와 같이 직렬로 연결되지 않을 때, 흐름 경로를 따라서 외부 덮개로부터 다음 덮개까지 가스의 점진적인 압축을 성취하지 못하며, 그에 따라 압축비가 감소된다. 다른 예는 본 출원인의 영국 특허 출원 제 0914217.5 호에 개시된 팁 시일을 구비하지 않은 스크롤 펌프이다. 공지된 스크롤 펌프에서, 통상적으로 플라스틱 재료로 제조된 팁 시일은 스크롤 벽과 대향 스크롤 벽 플레이트 사이를 밀봉하기 위해 각 스크롤 벽에 형성된 채널내에 수용된다. 팁 시일들은 스크롤 벽의 고압측으로부터 스크롤 벽의 저압측까지 가스의 역 누설을 방지한다. 역 누출이 감소될 때, 보다 높은 압축비가 달성될 수 있다. 그러나, 팁 시일은 접촉 시일이며, 그에 따라 이동하는 표면 사이의 마찰에 의해 야기된 펌프의 동력 필요성을 증가시킨다. 도 1에서의 적절한 부스터 펌프는 이러한 팁 시일을 갖지 않는 스크롤 펌프이다. 팁 시일의 부재는 펌프에 의해 요구되는 동력, 특히 보다 높은 입구 압력에서의 동력을 감소시키는 역 누설을 증가시킨다.
이러한 스크롤 펌프는 멀티-스타트 스크롤 펌프에 추가로 또는 멀티-스타트 스크롤 펌프를 대체하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 팁 시일은 스크롤 펌프의 외부 평행 덮개로부터 없을 수 있지만, 펌프의 압축 스테이지에 존재할 수 있다.
다른 적당한 부스터 펌프는 본 기술 분야에 숙련된 자들에게 공지되어 있다.
보다 상세하게, 1차 펌프(22)는 그 입구와 출구 사이에 제 1 압축비를 제공하도록 구성된다. 진공 시스템을 사용시로 도시하고 있는 도 1에서, 제 1 챔버는 1차 펌프(22)에 의해 10mbar까지 배기되며, 1차 펌프는 대기(1bar)까지 배기시킨다. 따라서, 1차 펌프의 압축비는 100이다. 부스터 펌프는 그 입구와 출구 사이에 제 2 압축비를 제공하도록 구성된다. 도 1에서, 제 2 진공 챔버(16)는 1mbar로 배기되며, 부스터 펌프는 10mbar에서 1차 펌프(10)의 입구로 배기된다. 따라서, 부스터 펌프(24)의 압축비는 10이다. 따라서, 1차 펌프의 압축비는 부스터 펌프의 압축비보다 크며, 도시된 예에 있어서 한 자릿수 크다.
또한, 1차 펌프는 그 입구와 출구 사이에 제 1 펌핑 용량 또는 속도를 제공하도록 구성된다. 도 1에서, 1차 펌프는 5800sccm(standard cubic centimeter per minute)의 펌핑 속도를 갖고 있다. 부스터 펌프는 그 입구와 출구 사이에 제 2 펌핑 용량을 제공하도록 구성된다. 도 1에서, 부스터 펌프는 1600sccm의 펌핑 속도를 가질 수 있다. 제 1 펌핑 용량은 제 2 펌핑 용량보다 작다. 이것은 1차 펌프와 부스터 펌프 사이에 시너지 효과를 제공하며, 이 시너지 효과는 챔버들을 통한 흐름을 개선하고, 다른 챔버를 펌핑할 수 있게 한다. 이와 관련하여, 제 1 챔버로부터 제 2 챔버까지의 흐름은, 부스터 펌프가 높은 펌핑 속도를 갖고 있기 때문에 상대적으로 높다. 따라서, 필요한 펌핑 속도가 부스터 펌프에 의해 성취되기 때문에, 1차 펌프는 주로 양호한 압축비를 성취하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 제 1 및 제 2 챔버에서 성취된 진공은 주로 1차 펌프에 의해 성취되며, 그 결과 부스터 펌프는 떨어지는 것을 허용할 수 있는 압축비가 아닌 증가된 펌핑 속도를 위해 구성될 수 있다. 1차 펌프 및 부스터 펌프는 양 2차 펌프(26, 28)를 배킹하기 위해 직렬로 연결되어 있다. 따라서, 양 2차 펌프는 1차 펌프 및 부스터 펌프 양자에 의해 보완된다. 종래 기술에서, 2차 펌프는 단일 1차 펌프(114)에 의해서 보완된다. 따라서, 제 1 챔버(104)는 추가 1차 펌프(116)에 의해 배기된다. 1차 펌프(114, 116) 양자는 압축비 및 필요한 펌핑 속도 양자를 성취하도록 구성되어야 한다. 따라서, 종래 기술의 장치에서는 특정 양의 낭비되는 작용이 있다. 도 1에서, 1차 펌프 및 부스터 펌프는 시너지 효과로 기능하며, 이에 의해 동력 필요성을 감소시키며 또한 필요한 압축비 및 필요한 펌핑 속도를 함께 달성할 수 있다.
복수의 진공 챔버(14, 16)를 차등적으로 펌핑하기 위한 1차 펌프(22)와 직렬로 부스터 펌프(24)를 마련하면 예를 들면 질량 분석기 시스템에서 장점이 있다. 부스터 펌프는 2차 펌프(26, 28)를 위한 배킹을 제공할 뿐만 아니라 특히 점성 압력 체제에서 그리고 이 체제내의 하나 이상의 챔버에서 높은 샘플 가스 흐름을 제공한다.
보다 상세하게, 높은 압력 챔버를 펌핑하는데 필요한 입구에서의 압력이 2차 펌프가 보완하기에는 통상적으로 너무 높기 때문에, 단일 1차 펌프가 높은 압력 진공 챔버를 펌핑하고 그리고 2차 펌프를 보완하는 것은 일반적으로 불가능하다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 1차 펌프가 필요하다. 제1 1차 펌프는 제 1 진공 챔버(104)를 펌핑하고, 제2 1차 펌프는 2차 펌프를 보완한다.
도 1에서, 직렬로 연결된 1차 펌프와 부스터 펌프의 조합은 종래 기술에 비해 많은 장점을 제공한다. 첫째, 이러한 조합은 증가된 펌핑 용량을 제공하기 때문에, 증가된 샘플 흐름 속도가 성취된다. 둘째, 양 1차 펌프(22) 및 부스터 펌프(24)는 2개의 진공 챔버(14, 16)를 펌핑하도록 연결될 수 있다. 종래 기술에서, 2개의 1차 펌프는 단지 하나의 진공 챔버를 펌핑할 수 있다. 이러한 후자와 관련하여, 1차 펌프 및 부스터 펌프 조합은 도 2에 도시된 1차 펌프중 어느 하나에서 이뤄질 수 있었던 보다 부스터 펌프의 입구에서 보다 낮은 압력을 펌핑할 수 있다. 따라서, 부스터 펌프의 입구는 진공 챔버와 보완 2차 펌프 양자에 연결될 수 있다. 추가의 차등적으로 펌핑된 챔버가 종래 기술에 비교하여 시스템내에 제공될 수 있는 동시에 종래 기술에서와 동일한 개수의 펌프를 이용할 수 있게 하는 추가의 장점이 있다.
도 2에 도시된 종래 기술의 펌핑 장치와 달리, 부스터 펌프를 사용하는 것은 진공 펌핑 장치의 동력 소비 또는 물리적인 사이즈의 상당한 증가없이 증가된 펌핑 성능을 제공한다.
10 : 진공 펌핑 장치 12 : 진공 시스템
14, 16, 18, 20 : 진공 챔버 22 : 1차 펌프
23 : 입구 25 : 출구
26, 28 : 2차 펌프 27 : 입구
29 : 출구 31, 33 : 입구
35, 37 : 출구

Claims (9)

  1. 직렬로 연결된 복수의 진공 챔버와, 상기 챔버를 차등 펌핑하기 위한 진공 펌핑 장치를 포함하는 진공 시스템에 있어서,
    상기 진공 펌핑 장치는:
    상기 진공 챔버중 제 1 진공 챔버를 펌핑하도록 연결된 입구와, 대기로 또는 대기 주변으로 배기하기 위한 출구를 갖는 1차 펌프와;
    상기 진공 챔버중 제 2 진공 챔버를 펌핑하도록 연결된 입구와, 상기 1차 펌프의 입구에 연결된 출구를 갖는 부스터 펌프와;
    상기 진공 챔버중 제 3 진공 챔버를 펌핑하도록 연결된 입구와, 상기 부스터 펌프의 입구에 연결된 출구를 갖는 2차 펌프를 포함하는
    진공 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공 챔버중 제 3 및 제 4 진공 챔버 각각을 펌핑하기 위한 2개의 2차 펌프를 포함하며, 상기 2개의 2차 펌프의 출구들은 부스터 펌프의 입구에 연결되어 있는
    진공 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 진공 챔버들은 상기 제 1 진공 챔버로부터 순서대로 챔버를 통한 유체 흐름을 허용하도록 연결되어 있는
    진공 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 펌프 및 상기 부스터 펌프는, 적어도 제 1 챔버에서 점성 흐름이 야기되는 낮은 진공에서 제 1 및 제 2 진공 챔버를 각각 펌핑하도록 구성된
    진공 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 1차 펌프는 그 입구와 출구 사이에 제 1 압축비를 제공하도록 구성되며, 상기 부스터 펌프는 그 입구와 출구 사이에 제 2 압축비를 제공하도록 구성되며, 상기 제 1 압축비가 상기 제 2 압축비보다 큰
    진공 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 1차 펌프는 그 입구와 출구 사이에 제 1 펌핑 용량을 제공하도록 구성되며, 상기 부스터 펌프는 그 입구와 출구 사이에 제 2 펌핑 용량을 제공하도록 구성되며, 상기 제 1 펌핑 용량이 상기 제 2 펌핑 용량보다 큰
    진공 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부스터 펌프는 증가된 펌핑 용량 및 감소된 압축비를 위해 구성된 스크롤 펌프인
    진공 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스크롤 펌프는 공동-협동하는 스크롤 벽의 연장부의 적어도 일부분상에 팁 시일을 갖지 않는 멀티-스타트 스크롤 펌프 및/또는 스크롤 펌프인
    진공 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 진공 시스템에 따른 질량 분석기 시스템.
KR1020127003613A 2009-08-14 2010-03-30 진공 시스템 및 질량 분석기 시스템 KR20120059501A (ko)

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