KR20150132076A

KR20150132076A - 오일확산 펌프 및 진공 성막장치

Info

Publication number: KR20150132076A
Application number: KR1020157013746A
Authority: KR
Inventors: 신이치로 사이쇼
Original assignee: 신크론 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2015-11-25
Also published as: CN104797826B; JPWO2014141421A1; WO2014141421A1; EP2975271A4; HK1207410A1; CN104797826A; EP2975271A1; JP5859169B2; US9933159B2; US20160037587A1; EP2975271B1

Abstract

본 발명의 과제는 작동유 가열원으로서 히터선을 사용하였을 때의 문제를 해소할 수 있는 유증기 발생기를 구비한 오일확산 펌프를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 오일확산 펌프는 케이싱(51) 내에 유증기 발생기(70)가 배치되고, 그 유증기 발생기(70)를 작동시킴으로써 작동유(8)를 증기화하여 유증기로 하며, 그 유증기를 제트(53，53a)로부터 분사하여 흡입 기체를 배기 동작하는 진공펌프에 있어서, 상기 유증기 발생기(70)는 입설(立設)방향으로 연재(延在)되는 피가열 재료로 이루어지는 통부재(71)의 하단을 폐색시킨 내부에 오일을 저류하기 위한 용기(71，72), 절연 재료(73)를 매개로 통부재(71)(특히 케이스 내벽(71b))의 대기 측 주위에 감긴 유도 코일(75), 및 유도 코일(75)에 수십 ㎐ 내지 수백 ㎐의 저주파 교류를 인가하는 급전수단을 구비하여, 상기 급전수단을 작동시켜 코일(75)에 저주파 교류를 인가함으로써 통부재(71) 자체를 가열시켜 용기 내의 오일을 증기화시키도록 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

오일확산 펌프 및 진공 성막장치{Oil diffusion pump and vacuum film formation device}

본 발명은 증착장치나 스퍼터장치 등의 각종 진공 성막장치를 구성하는 진공 챔버에 접속되어, 그 챔버 내를 진공으로 하는 용도로의 이용에 적합한 진공펌프로서의 오일확산 펌프와 그 펌프를 삽입한 진공 성막장치에 관한 것이다.

증착장치나 스퍼터장치 등의 각종 진공 성막장치의 경우에는 그 장치를 구성하는 진공 챔버의 내부를 진공으로 하는 배기장치에 사용되는 진공펌프로서 오일확산 펌프가 이용되고 있다. 종래의 오일확산 펌프의 경우에는 보일러 내에 수용한 작동유의 가열원으로서 히터선을 포함하는 전열 히터를 이용한 것이 알려져 있다(특허문헌 1).

일본국 특허공개 제2007-23778호 공보

작동유의 가열원으로서 히터선을 이용한 경우, 저렴하게 장치를 형성할 수 있는 이점은 있지만, 예를 들면 히터선의 단선에 의해 가열 기능이 소실되거나, 히터선의 절연 불량에 의해 누전이 발생하거나, 고온이 되는 것으로부터 단자대의 접촉 불량이 발생하는 등 각종 트러블을 일으키는 요인을 포함하고 있었다. 또한 히터선을 이용한 경우, 적열(赤熱)할 정도의 고온이 되는 것으로부터 그 장착장소를 주의하여 선택해야만 하기 때문에 설치장소 선택의 자유도가 제한된다는 문제도 있다.

더욱이 작동유 가열원으로서의 히터선은 에너지 효율의 측면에서도 열전도 손실이 많다. 그 결과, 예를 들면 아래의 문제도 내재되어 있었다.

(1) 불필요하게 전력을 소모하고,

(2) 가열의 시작이 느리며(기동시간이 길며),

(3) 열응답성이나 유지·보수성이 나쁘고,

(4) 가열 대상(피가열체)의 재질로써 장기간의 고온에 견딜 수 있는 재료를 선택할 필요가 있으며,

(5) 피가열체와 함께 작동유의 가열에 기여하지 않는, 피가열체의 주변도 가열하게 되어 버리는 등.

본 발명의 일측면에 의하면, 작동유 가열원으로서 히터선을 사용하였을 때의 문제를 해소할 수 있는 유증기 발생기를 구비하고, 고장이 적으며, 작동시의 에너지 절약화에도 기여할 수 있는 오일확산 펌프와 그 펌프를 배기장치로서 이용하는 진공 성막장치를 제공한다.

본 발명의 오일확산 펌프는 케이싱 내에 배치되는 제트 내에 유증기 발생기가 배치되고, 그 유증기 발생기를 작동시킴으로써 작동유를 증기화시켜 유증기로 하며, 그 유증기를 제트로부터 분사하여 흡입 기체를 배기 동작하는 진공펌프이다. 유증기 발생기는 입설(立設)방향으로 연재(延在)되는 피가열 재료로 이루어지는 통부재의 하단을 폐색시킨 내부에 오일을 저류하기 위한 용기, 절연 재료를 매개로 통부재의 주위에 감긴 유도 코일, 및 유도 코일에 저주파 교류를 인가하는 급전수단을 구비한다. 그리고 급전수단을 작동시켜 코일에 저주파 교류를 인가함으로써 통부재 자체를 가열시켜 용기 내의 오일을 증기화시키도록 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 유증기 발생기의 통부재를 그 입설방향을 따라 연재하고 또한 둘레방향으로 고리 형상의 중공부를 매개로 한 양측에 배치되는 통형상의 내벽 및 외벽의 이중 구조로 하며, 내벽의 주위인 대기 측에 절연 재료를 매개로 유도 코일을 감아 구성할 수 있다.

본 발명에서는 유증기 발생기의 유도 코일을 절연 피복한 내열 전선으로 구성할 수 있다.

본 발명의 진공 성막장치는 진공 챔버 내를 진공 배기하기 위한 배기장치를 구비하고, 배기장치로서 본 발명의 오일확산 펌프를 사용한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 오일확산 펌프에 삽입되는 유증기 발생기는 작동유 가열원으로서, 피가열 재료로 이루어지는 통부재(최종적으로는 이것이 발열체가 된다)의 주위에 절연 재료를 매개로 유도 코일을 감은 것을 사용하여, 코일에 저주파 교류를 인가함으로써 통부재 자체를 가열시켜 그 열에 의해 작동유를 증기화시키도록 구성하였다.

즉, 본 발명의 오일확산 펌프에 삽입되는 유증기 발생기에 의하면, 코일을 가열하는 것이 아니라 코일에 저주파 교류를 인가함으로써 통부재의 입설방향 위아래로 쇄교(interlinkage)하는 자속이 발생하고, 그 발생한 자속에 의해 통부재 중에 유도전류, 즉 맴돌이 전류(Eddy Current)를 발생시킴으로써 줄열(Joule heat)을 생성한다(저주파 유도가열). 그 생성된 열에 의해 통부재 자체를 가열(통부재의 자기가열)시킴으로써 작동유를 가열한다.

이 때문에 기본적으로 단선에 의해 발열 기능이 소실되는 경우는 없다. 또한 발열체로서의 통부재 자체에서 모든 전류를 소비하기 때문에 절연 불량에 의한 누전이 발생하는 경우는 없다. 또한 코일을 가열하는 것이 아니라 코일에 저주파 교류를 인가함으로써 통부재 자체를 가열시키는 메커니즘이기 때문에, 코일 자신이 발열체가 되는 경우는 없고 고온에 의한 단자대의 접촉 불량이 발생하는 경우도 없다. 또한 작동유 가열원을 국소적으로 가열할 수 있는 성질로부터 코일의 배치장소의 선택 자유도가 넓어지는 장점도 있다.

본 발명의 오일확산 펌프는 본 발명의 유증기 발생기가 삽입되어 있기 때문에 유증기 발생기의 코일에 인가한 모든 전류를 발열체로서의 통부재에 소비시킬 수 있다. 그 결과, 발열체의 열응답성을 향상시킬 수 있어 에너지 효율이 좋고, 소비 에너지가 적어도 되며, 작동유 가열의 시작을 단시간화할 수 있는(기동시간이 짧아도 되는) 등의 장점이 있다.

또한 본 발명의 유증기 발생기의 경우에는 유도 코일을 감는 발열체로서의 통부재의 입설방향 상단이 접촉하는 작동유의 유면보다도 위에 노출되기 때문에, 유면으로부터 떠오르는 유증기는 유면보다 위에 노출된 통부재 내벽의 윗부분에 접촉함으로써 보다 한층 가열되어 충분히 가열된 유증기가 생성된다. 그 결과, 이러한 유증기 발생기가 삽입된 오일확산 펌프의 경우는 작동유 가열의 시작을 보다 한층 단시간에 행할 수 있어 에너지 효율의 측면에서 매우 유익하다.

도 1은 본 발명의 일실시형태의 진공 성막장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 도 1의 진공 성막장치에 사용되는 일례로서의 오일확산 펌프를 나타내는 개략 구성 단면도이다.
도 3은 도 2의 오일확산 펌프에 사용되는 일례로서의 유증기 발생기의 주요부를 나타내는 개략 구성 단면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV선을 따른 단면도이다.
도 5는 도 3에 상당하는 별태양의 오일확산 펌프에 사용되는 유증기 발생기의 일부 단면도이다.
도 6은 도 3에 상당하는 별태양의 오일확산 펌프에 사용되는 유증기 발생기의 일부 단면도이다.
도 7은 본 예의 오일확산 펌프에 삽입되는 유증기 발생기의 배치태양의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 예의 오일확산 펌프에 삽입되는 유증기 발생기의 배치태양의 다른 예를 나타내는 도면이다.
[부호의 설명]
1…진공 성막장치, 10…진공 챔버, 21，23，25~29…관로, 31…파인 펌핑 밸브(fine pumping valve), 33…리크 밸브, 35…러프 펌핑 밸브(rough pumping valve), 37…보조 밸브, 39…리크 밸브,
50…오일확산 펌프, 51…케이싱, 53…제트, 53a…제트 노즐, 55…흡기부, 57…배기부, 58…수랭 파이프,
60…로터리 펌프(오일회전 진공펌프),
70…유증기 발생기, 71…통부재(케이스), 71a…중공부, 71b…케이스 내벽, 71c…케이스 외벽, 71d…케이스 상벽, 72…아래덮개, 73…절연 재료, 74…가열체, 75…유도 코일, 76…히트 싱크 부재, 77…관로, 78…철심, 79…플랜지,
8…작동유.

아래에 본 발명의 일례를 도면에 기초하여 설명한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 예의 진공 성막장치(1)는 내부에 증발원이나 스퍼터원 등의 성막원(도시 생략)이나 처리 대상으로서의 기판을 보유·유지(保持)하는 기판 홀더 등, 대략 박막의 형성(성막)에 필요한 각종 장비를 내부에 배치한 장치 본체로서의 진공 챔버(진공용기)(10)를 갖는다. 챔버(10)에는 관로(21)의 하류 측이 접속되어 있다. 챔버(10)에는 진공계(도시 생략)가 접속되어 있어 챔버(10) 내의 기압(진공도)을 검출한다.

관로(21)의 상류 측에는 파인 펌핑 밸브(31)를 매개로 흡인 관로(23)의 하류 측이 접속되어 있다. 흡인 관로(23)의 상류 측은 오일확산 펌프(오일확산 진공펌프)(50)의 흡기부(55)에 접속되어 있다. 관로(21)의 도중에는 분기 관로(25)의 하류 측이 접속되어 있다. 분기 관로(25)의 도중에는 관로(26)의 하류 측이 접속되어 있고, 관로(26)의 상류 측에는 리크 밸브(33)가 설치된다.

분기 관로(25)의 상류 측에는 러프 펌핑 밸브(35)를 매개로 관로(27)의 하류 측이 접속되어 있다. 관로(27)의 상류 측은 로터리 펌프(오일회전 진공펌프)(60)에 접속되어 있다. 관로(27)의 도중에는 관로(28)의 하류 측이 접속되어 있다. 관로(28)의 상류 측은 보조 밸브(37)를 매개로 오일확산 펌프(50)의 배기부(57)에 접속되어 있다. 관로(27)의 관로(28) 접속부에는 관로(29)의 하류 측이 접속되어 있고, 관로(29)의 상류 측에는 리크 밸브(39)가 설치된다. 관로(28) 내에는 진공계(도시 생략)가 접속되어 있어 오일확산 펌프(50) 내의 기압(진공도)을 검출한다.

본 예의 진공 성막장치(1)는 전술한 구성 외에 장치(1)의 동작을 제어하는 제어장치(도시 생략)를 구비하고 있다. 본 예에서 구비하는 제어장치는 CPU(중앙 처리장치) 등의 처리회로를 포함하는 메인 제어회로(도시 생략), 그 제어회로에 내장되는 기억수단(메모리), 로터리 펌프(60)를 운전 제어하는 로터리 펌프 제어회로(도시 생략), 및 오일확산 펌프(50)를 운전 제어하는 오일확산 펌프 제어회로(도시 생략)를 포함하여 구성된다.

메인 제어회로에는 관로(21) 내에 접속된 진공계와 접속하는 진공계 구동회로가 접속된다(도시 생략). 메인 제어회로에는 각 밸브(파인 펌핑 밸브(31), 리크 밸브(33, 39), 러프 펌핑 밸브(35), 보조 밸브(37))가 접속되어 있고, 이들 밸브는 메인 제어회로의 소정 시퀀스에 따라 개폐된다. 오일확산 펌프(50)에는 로터리 펌프(60)가 접속되어 있어, 오일확산 펌프(50)가 보조 밸브(37)를 통하여 배기한 기체는 로터리 펌프(60)가 흡인하여 도시하지 않는 경로로부터 배출된다.

본 예의 로터리 펌프(60)는 메인 펌프로서 사용하는 오일확산 펌프(50)의 배압을 임계치 이하로 유지하기 위한 보조 펌프의 역할을 담당하는 것으로, 러프 펌핑 펌프로서 사용하여도 된다. 로터리 펌프(60)는 예를 들면 회전날개형 등의 오일회전 펌프로 구성하면 된다. 회전날개형 오일회전 펌프는 실린더 내에 회전하는 로터를 구비한다. 실린더는 각각이 독립적으로 개구되는 흡기구와 배기구를 갖는다. 로터에는 가동하는 벤이 장착되어, 로터의 원심력에 의해 벤 바깥 가장자리가 실린더 내벽에 꽉 눌러진다. 그 결과, 로터가 회전하면 로터, 벤, 실린더 내벽으로 구획되는 용적이 변화됨으로써 기체가 송출되는 메커니즘이다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 본 예의 오일확산 펌프(50)는 바닥부가 폐색된 통형상의 용기(케이싱)(51)를 갖는다. 케이싱(51) 내의 바닥부에는 작동유(8)를 가열하여 증기화시키는 유증기 발생기(70)가 배치되어 있다. 케이싱(51) 내에는 제트(53)가 배치되어 있어, 여기서 유증기 발생기(70)로 가열된 작동유(8)(도 3 참조)가 증기화되어 상승한 유증기를 흡수하고, 노즐(53a)을 통하여 배기방향으로 분사시킨다. 케이싱(51)의 상단에는 흡기부(55)가 설치되어 있고, 케이싱(51)의 측면에는 배기부(57)가 설치된다.

다음으로 오일확산 펌프(50)의 동작을 설명한다.

파인 펌핑 밸브(31)를 개방한 뒤에 유증기 발생기(70)를 작동시키면, 유증기 발생기(70)에 의해 작동유(8)가 230℃ 부근까지 가열되어 증기화되고(유증기), 노즐(53a)로부터 케이싱(51)의 측벽 내면에 분사된다. 그 분사에 의해 흡기부(55)로부터 흡입되는 흡입 기체(챔버(10) 내의 공기)가 제트의 진행방향으로 부딪쳐 나가떨어져, 배기부(57)로부터 배기된다. 이에 의해 챔버(10) 내의 진공이 행해진다. 도 2 중의 「동그라미(○)」는 오일이 증기화된 유증기의 상태를 모식적으로 나타낸 것이다. 또한 작동유(8)가 챔버(10) 내에 들어가지 않도록, 제트 노즐(53a)로부터 유증기가 분출된 후 흡입부(55)를 개방하도록 한다.

또한 케이싱(51)은 수랭 파이프(58)에 의해 냉각되어 있기 때문에 케이싱(51)의 내벽에 부착된 작동유(8)의 유증기는 냉각 응축되어, 케이싱(51) 아래쪽의 오일 저류조(59)로 되돌아가, 유증기 발생기(70)에 의해 재가열되고 재차 증기화되어 순환하는 구조로 되어 있다.

도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 예의 유증기 발생기(70)는 도 2에 나타내는 오일확산 펌프(50)의 케이싱(51) 내의 바닥부에 배치되는 것으로, 진공용기의 일부로서의 피가열 재료로 구성되는 통형상의 케이스(통부재)(71)를 갖는다. 피가열 재료로서는 스테인리스강, 탄소강, JIS-G3101에 규정되는 일반 구조용 압연 강재 중 적어도 어느 하나가 사용된다.

스테인리스강으로서는, 예를 들면 SUS304, SUS303, SUS302, SUS316, SUS316L, SUS316J1, SUS316J1L, SUS405, SUS430, SUS434, SUS444, SUS429, SUS430F, SUS302 등 SUS의 전 품종을 사용 가능하다. 탄소강에는 연강 재료 등의 탄소량이 적은 저탄소강이나 경강 재료 등의 탄소량이 많은 고탄소강이 포함된다. 일반 구조용 압연 강재에는 SS330, SS400, SS490, SS540이 포함된다.

그 중에서도 연강 재료 등의 저항률이 10×10^-8 Ωm부터 20×10^-8 Ωm 정도까지의 저전기저항을 갖는 강자성 재료에 도금 처리를 실시한 것으로 케이스(71)를 구성하는 것이 바람직하다. 케이스(71)를 저전기저항을 갖는 강자성 재료(연강 등)로 구성한 경우, 저전기저항이기 때문에 코일(75)에 인가되어 발생하는 맴돌이 전류량이 대(大)가 되고, 그 결과, 케이스(71) 자체에 의한 자기 가열량도 대(大)가 되어 높은 효율을 기대할 수 있다.

또한 일반 강재인 SS400으로 케이스(71)를 구성하는 것도 바람직하다. 또한 이들 이외의, 예를 들면 피가열 재료의 대기 측 면에 스테인리스강의 박판을 맞붙인 스테인리스·클래드 강판으로 이루어지는 성형물로 케이스(71)를 형성하는 것도 가능하다.

케이스(71)는 그 입설방향(상하방향)을 따라 연재되고, 또한 둘레방향으로 고리 형상의 중공부(71a)를 매개로 한 양측에 동심원 형상으로 배치되는 통형상의 케이스 내벽(71b) 및 케이스 외벽(71c)의 이중 구조로 되어 있다. 단, 케이스 내외벽(71b, 71c)의 양쪽 윗면은 고리 형상의 케이스 상벽(71d)으로 폐색되고, 케이스 내외벽(71b，71c)의 양쪽 아랫면은 고리 형상으로 개방되어 있다. 케이스(71)(케이스 내벽(71b))의 아랫면은 아래덮개(72)로 폐색되어 있다. 본 예에서는 케이스 내벽(71b)과 아래덮개(72)로 둘러싸이는 영역이 오일 저류조(59)(도 2 참조)를 구성하고, 여기에 작동유(8)가 충전되어 저류된다. 예를 들면 케이스 내벽(71b) 및 케이스 외벽(71c)을 높이 120 ㎜로 형성한 경우, 유증기 발생기(70)의 작동 정지시의 유면(L) 레벨이 30 ㎜ 정도가 되도록 작동유(8)가 충전된다. 그 경우, 유증기 발생기(70)의 작동이 개시되면 작동유(8)의 유면(L) 레벨은, 예를 들면 10 ㎜ 정도로 내려간다.

본 예에서는, 케이스 내벽(71b) 및 케이스 외벽(71c)은 그 두께를 5 ㎜ 내지 12 ㎜의 범위 내로 형성하는 것이 바람직하다. 특히 저주파 유도가열의 경우에는 발열체가 되는 케이스 내벽(71b)의 두께는 전류 침투의 관점에서 두꺼울수록(예를 들면 8 ㎜ 내지 10 ㎜ 정도) 유리하다.

케이스 내벽(71b)의 주위(중공부(71a) 측. 본 예에서는 대기 측)에는 절연 재료(73)를 매개로 유도 코일(75)이 감겨 있다. 절연 재료(73)는, 예를 들면 두께가 10 ㎛~180 ㎛ 정도의 폴리이미드 필름 등으로 구성할 수 있다.

코일(75)을 구성하는 도선은 전기저항이 작고, 내열온도가 높은 절연 피복한 내열 전선이 사용된다. 이러한 것으로서는, 예를 들면 알루마이트 처리한 알루미늄선인 알루마이트 전선 등을 들 수 있다. 코일(75)을 구성하는 도선의 직경은 2 ㎜ 내지 4 ㎜의 범위가 바람직하다. 코일(75)의 권층(捲層) 수는 7층 내지 14층의 범위가 바람직하다.

또한 코일(75)에는 그 코일(75)에 전류(수십 ㎐ 내지 수백 ㎐의 저주파 교류)를 인가하기 위한 급전수단(도시 생략)과 그 전원의 제어장치가 순차 접속되어 있다.

진공을 유지하기 위해 케이스(71)에 강도(두께)가 필요하다. 이 때문에 고주파를 사용한 경우, (1) 발열체로서의 케이스(71)(특히 케이스 내벽(71b))에 대해 표피 효과를 발생시킬 우려가 있다. 여기서 표피 효과란 도체이며 어느 정도의 두께를 갖는 케이스 내벽(71b)에 착안하여, 그 내부와 비교하여 외측 부근의 표피만이 온도가 상승하고, 그 온도 상승이 내부로 전해지기 어려운 현상이다. 이러한 표피 효과가 발현되면, 작동유의 가열 효율이 악화된다. (2) 또한 이와 같이 작동유의 가열 효율이 악화될 뿐 아니라, 오일확산 펌프를 장기간 가동함으로써 코일(75) 자체의 온도 상승을 수반하는 경우도 우려된다.

또한 고주파를 사용하는 경우, (3) 고주파를 발생시키기 위한 고가의 인버터를 설치하는 것이 필요해져, 그 결과, 장치 비용이 증대되는 것이 우려된다. (4) 또한 히터블록을 복수 설치하는 경우, 각각의 히터블록으로의 유도전류의 간섭이나 고주파 노이즈가 발생함으로써 타기기로의 영향도 우려된다.

본 예에서는, 이들 문제를 발생시키지 않기 위해 급전수단으로부터 코일(75)에 인가하는 전류를 저주파 교류로 한 것이다.

다음으로 유증기 발생기(70)의 동작을 설명한다. 급전수단을 작동시켜 코일(75)에, 예를 들면 전압 200 V(rms), 전류 12 A(rms)로 주파수 50 ㎐ 또는 60 ㎐의 교류를 인가하면, 케이스(71)(케이스 내벽(71b))의 입설방향 위아래로 쇄교하는 자속이 발생하고, 그 자속에 의해 케이스(71)(케이스 내벽(71b)) 중에 맴돌이 전류가 발생하여 줄열을 생성한다(저주파 유도가열). 이 열에 의해, 케이스(71)(케이스 내벽(71b)) 자체를 가열시킴으로써 케이스(71) 중(케이스 내벽(71b)과 아래덮개(72)로 둘러싸이는 영역)에 저류된 작동유(8)는 직접 가열된다. 케이스(71) 내의 유면으로부터 떠오른 유증기는 유면보다 위에 노출된 뜨거워져 있는 케이스 내벽(71b)의 윗부분에 접촉함으로써 더욱 가열되어, 충분히 가열된 고온 유증기가 되어 제트(53) 내를 상승하여 노즐(53a)로부터 분사된다.

전술한 바와 같이 오일확산 펌프(50)의 케이싱(51)은 수랭 파이프(58)에 의해 냉각되어 있기 때문에 케이싱(51)의 내벽에 부착된 작동유(8)의 유증기는 냉각 응축되어, 케이싱(51) 아래쪽의 오일 저류조(59)로 되돌아간다. 오일 저류조(59)는 케이스 내벽(71b)과 아래덮개(72)로 둘러싸이는 영역에 대해 관로(77)에 의해 연통(連通)되어 있기 때문에, 응축되어 되돌아온 작동유(8)는 유증기 발생기(70)에 의해 재가열되어 재차 증기화되어 순환한다.

본 예의 유증기 발생기(70)의 경우에는 작동유(8)의 가열원으로서 연강 재료나 SS400 등의 피가열 재료로 구성되는 통형상의 케이스(71)(본 예에서는 케이스 내벽(71b))의 주위에 절연 재료(73)를 매개로 유도 코일(75)을 감은 것을 사용하여, 코일(75)에 저주파 교류를 인가함으로써 케이스 내벽(71b)을 가열시켜 그 열에 의해 작동유(8)를 증기화시키도록 하고 있다. 코일(75)을 가열하지 않기 때문에 단선의 문제는 없어, 단선에 의해 발열 기능이 소실되는 경우는 없다. 또한 절연 불량에 의한 누전이 발생하는 경우는 없다. 또한 코일(75)을 가열하지 않기 때문에 코일(75) 자신이 발열체가 되는 경우는 없고, 고온에 의한 단자대의 접촉 불량이 발생하는 경우도 없다.

본 예의 오일확산 펌프(50)에는 본 예의 유증기 발생기(70)가 삽입되어 있기 때문에 유증기 발생기(70)의 코일(75)에 흘린 모든 전류를 케이스(71)(본 예에서는 케이스 내벽(71b)) 자체에 소비시킬 수 있다. 그 결과, 발열체로서의 케이스(71)의 열응답성을 향상시킬 수 있어 에너지 효율이 좋고, 소비 에너지가 적어도 되며, 작동유(8) 가열의 시작을 단시간화할 수 있는(펌프(50)의 기동시간을 단축화할 수 있는) 등의 장점이 있다.

　본 예의 유증기 발생기(70)의 경우에는 유도 코일(75)을 감는 발열체로서의 케이스(71)(케이스 내벽(71b))의 입설방향 상단(U)이 접촉하는 작동유의 유면(L)보다도 위에 노출되기 때문에 유면(L)으로부터 떠오르는 유증기는 유면(L)보다 위에 노출된 케이스 내벽(71b)의 윗부분에 접촉함으로써 보다 한층 가열되어 충분히 가열된 유증기가 생성된다. 그 결과, 본 예의 유증기 발생기(70)가 삽입된 오일확산 펌프(50)의 경우는 작동유(8) 가열의 시작을 보다 한층 단시간에 행할 수 있어 에너지 효율의 측면에서 매우 유익하다.

또한 전술한 예는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해 기재한 것으로서, 본 발명을 한정하기 위해 기재한 것은 아니다. 따라서, 상기의 실시형태에 개시된 각 요소는 본 발명의 기술적 범위에 속하는 모든 설계 변경이나 균등물도 포함하는 취지이다.

예를 들면 전술한 예에서는 연강 재료나 SS400 등으로 형성된 케이스 내벽(71b)의 주위(대기 측)에 절연 재료(73)를 매개로 유도 코일(75)을 감았는데, 그 태양에는 한정되지 않고, 예를 들면 아래에 나타내는 구조(도 5 참조)로 본 예의 작용 효과를 실현하는 것도 가능하다.

·케이스 내벽(71b)의 내벽면(작동유(8)와 접촉하는 진공 측)을 따라 통형상의 가열체(74)를 연재시키도록 배치한다. 이러한 발열체(74)는 그 상단(U)이 저류되는 작동유(8)의 유면(L)보다도 위에 노출되도록 배치되는 것이 바람직하다.

·발열체(74)는 전술한 예의 강재료(스테인리스강, 탄소강, 일반 구조용 압연 강재, 스테인리스·클래드 강판 등)로 형성한다.

·적어도 발열체(74)와 유도 코일(75) 사이에 존재시키는 부재(본 예에서는 적어도 케이스 내벽(71b). 케이스(71) 전체여도 된다.)를 내열성, 고전기절연성, 단열성을 갖는 재질(스테인리스강)로 형성한다. 이는 발열체(74)의 열에 의해 작동유를 효율적으로 가열하기 위함이다.

·이 부재(케이스 내벽(71b))를 발열체(74)와 면밀착시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써 열전도가 효율적으로 행해져 작동유를 효율적으로 가열하는 것이 가능해진다.

·유도 코일(75)의 주위에 내열성, 고전기절연성, 고열전도성의 재질(예를 들면 질화알루미늄 등)로 형성한 히트 싱크 부재(76)를 배치한다. 이는 코일온도를 외벽(케이스 외벽(71c) 등)으로 보내어 이를 효율적으로 방출시켜 코일온도를 낮추기 위함이다.

·히트 싱크 부재(76)의 주위에 자기 실링재로서의 철심(78)을 배치한다. 이는 펌프의 역률(力率)이 개선되어 전력 사용 효율을 향상시키기 위함이다.

·코일(75)이나 철심(78)을 대기 측으로부터(도 5에서는 지면 아래쪽으로부터 위쪽을 향하여) 지지하는 플랜지(79)를 배치한다. 이는 코일(75)이나 철심(78)을 펌프에 고정하기 위함이다.

또한 예를 들면 아래에 나타내는 구조(도 6 참조)로 본 예의 작용 효과를 실현하는 것도 가능하다.

케이스 내벽(71b) 자체를 통형상의 가열체(74)로 구성하여도 된다. 이 경우, 코일(75)과의 사이에 절연 재료(73)(예를 들면 두께가 10 ㎛~180 ㎛ 정도의 폴리이미드 필름 등)를 개재시킨다. 그 외는 도 5의 케이스와 동일하다.

또한 전술한 도 3의 케이스에서는 도 5，6에서 나타낸 플랜지(79)를 생략하고 있는데, 도 3의 케이스에서도 동일한 플랜지에 의해 대기 측으로부터 지지된다.

또한 전술한 예에서는 단일의 오일확산 펌프(50)에 1개의 유증기 발생기(70)를 설치하였는데, 그 태양에는 한정되지 않고, 특히 오일확산 펌프의 대형화를 검토하는 등의 경우, 예를 들면 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이 케이싱(51) 내의 바닥부에 본 예의 유증기 발생기(70)를 복수 배치하는 것도 가능하다.

실시예

다음으로 본 발명의 실례(실시예)와 비교예에 대해 설명한다.

[실시예]

본 예에서는 작동유 가열원으로서의 유증기 발생기(70)(도 3)를 1개 삽입한 다음에 나타내는 오일확산 펌프(50)(도 2)를 준비하여, 하기 조건에서 평가하였다.

(오일확산 펌프(50))

·배기구의 직경：250 ㎜,

·배기속도：2,900 L/sec,

·진공 챔버 내의 도달압력：6.7×10^-6㎩(파스칼) 이하,

·소요 전력：0.7 ㎾,

·작동유：라이온 S, 1 L.

(유증기 발생기(70))

·케이스 내벽(71b) 및 케이스 외벽(71c)의 높이：120 ㎜,

·작동유의 유면(L) 레벨：30 ㎜(정지시), 10 ㎜(작동시).

[비교예]

본 예에서는 작동유 가열원으로서 히터선(니크롬선)을 이용한 전열 히터를 펌프 바닥부에 배치한 종래 구조의 오일확산 펌프를 준비하여, 하기 조건에서 평가하였다.

(종래의 오일확산 펌프)

·배기구의 직경：250 ㎜,

·배기속도：2,900 L/sec,

·진공 챔버 내의 도달압력：6.7×10^-6 ㎩(파스칼) 이하,

·소요 전력：2.0 ㎾(200 V),

·작동유：라이온 S, 1 L.

[평가]

각 예의 오일확산 펌프를 사용하여 운전전력의 측정을 행하였다. 구체적으로는 니크롬선(비교예), 유도 코일(실시예)로의 전력 공급 부분을 클램프 전력계로 측정하고, 전압, 전류, 역률로부터 전력(기동시 전력, 운전시 전력)을 산출하여 실시예의 비교예에 대한 비(종래비)를 산출하였다. 그 결과, 실시예의 운전전력은 기동시에서 종래비 40% 감소, 운전시에서 종래비 65% 감소로, 기동시, 운전시 모두 대폭적인 전력 삭감이 가능한 것이 판명되었다.

각 예의 오일확산 펌프에 대해 온도(측면, 바닥면)를 측정하였다. 그 결과, 실시예의 측면온도(대기 측)는 170℃였다. 이는 비교예(230℃) 대비 26% 감소이며, 보일러 내통에 가열을 집중시킬 수 있어 전력 삭감에 기여 가능한 것을 확인할 수 있었다. 또한 실시예의 바닥면온도는 120℃였다. 이는 적열(赤熱)한 히터블록이 노출되어 있어 매우 고온이었던 비교예(적열 상태)와 비교하여, 열손실을 대폭 억제할 수 있는 것이 판명되었다. 또한 바닥의 손상을 고려하지 않아도 되는 레벨을 달성할 수 있는 것도 판명되었다.

Claims

케이싱 내에 배치되는 제트 내에 유증기 발생기가 배치되고, 그 유증기 발생기를 작동시킴으로써 작동유를 증기화하여 유증기로 하며, 그 유증기를 제트로부터 분사하여 흡입 기체를 배기 동작하는 오일확산 펌프에 있어서,
상기 유증기 발생기는 입설(立設)방향으로 연재(延在)되는 피가열 재료로 이루어지는 통부재의 하단을 폐색시킨 내부에 오일을 저류하기 위한 용기,
절연 재료를 매개로 통부재의 주위에 감긴 유도 코일, 및
유도 코일에 수십 ㎐ 내지 수백 ㎐의 저주파 교류를 인가하는 급전수단을 구비하여,
상기 급전수단을 작동시킴으로써 상기 통부재 자체를 가열시켜 상기 용기 내의 오일을 증기화시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 오일확산 펌프.
제1항에 있어서,
상기 통부재는 그 입설방향을 따라 연재되고, 또한 둘레방향으로 고리 형상의 중공부를 매개로 한 양측에 배치되는 통형상의 내벽 및 외벽의 이중 구조로 되어 있으며, 그 내벽의 주위인 대기 측에 상기 절연 재료를 매개로 상기 유도 코일을 감아 구성한 오일확산 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 유도 코일은 절연 피복한 내열 전선으로 구성되어 있는 오일확산 펌프.
진공 챔버 내를 진공 배기하기 위한 배기장치를 구비한 진공 성막장치에 있어서, 상기 배기장치로서 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 오일확산 펌프를 사용한 것을 특징으로 하는 진공 성막장치.