KR20180042749A - 펌프의 전력 절감장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 펌프의 전력 절감장치에 관한 것이다. 본 발명에 일 실시예에 따른 전력 절감장치는 진공 처리 시스템의 로드락(Load Lock) 챔버를 배기하는 드라이 펌프(Dry Pump)의 배기단에 연결되는 펌프의 전력 절감장치로서, 압축건조공기(Compressed Dry Air, CDA) 유입구와 압축건조공기 배출구가 양단에 형성되어 있는 벤츄리관(Venturi Pipe)을 포함하며, 벤츄리관에는, 압축건조공기 유입구와 압축건조공기 배출구의 단면적보다 작은 단면적을 갖는 중앙부분에 드라이 펌프를 통해 배기된 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구가 형성되어 있으며, 배기가스 유입구로 유입된 배기가스는 압축건조공기와 함께 압축건조공기 배출구로 배기된다.

Description

펌프의 전력 절감장치{POWER REDUCER FOR DRY PUMP}
본 발명은 펌프의 전력 절감장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 드라이 펌프 배기단의 압력을 감소시켜 전력을 절감하는 펌프의 전력 절감장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제공은 크게 전 공정(Fabrication 공정)과 후 공정(Assembly 공정)으로 이루어지며, 전 공정이라 함은 각종 프로세스 챔버(Chamber)내에서 웨이퍼(Wafer)상에 박막을 증착하고, 증착된 박막을 선택적으로 식각하는 과정을 반복적으로 수행하여 특정의 패턴을 가공하는 것에 의해 이른바, 반도체 칩(Chip)을 제조하는 공정을 말하고, 후 공정이라 함은 상기 전 공정에서 제조된 칩을 개별적으로 분리한 후, 리드프레임과 결합하여 완제품으로 조립하는 공정을 말한다.
상기 웨이퍼 상에 박막을 증착하거나, 웨이퍼 상에 증착된 박막을 식각하는 공정시, 대기압 상태의 웨이퍼를 프로세스 챔버 내로 이송하기 위해서는 로드락 챔버(Load Lock Chamber)를 통하여 이송하게 되는데 이때 로드락 챔버는 드라이 펌프(Dry Pump)의 펌핑에 의해 대기압에서 진공압 상태로 만들어진다.
드라이 펌프는 내부에 설치된 로터를 회전시켜 기체를 배출하는 방식으로 진공을 형성할 수 있다. 일반적으로 드라이 펌프에 사용되는 모터는 상시 회전이 되고, 펌프의 가동을 위한 전력 소비량이 다른 장치에 비하여 상대적으로 높다. 따라서 진공 처리 시스템 전체의 전력 소비를 절감하기 위해서는 로드락 챔버에 사용되는 드라이 펌프에서 소비되는 전력을 절감시키는 것이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 드라이 펌프의 전력을 절감할 수 있는 전력 절감장치를 제공하는 데에 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 전력 절감장치에 대한 일 실시예는 진공 처리 시스템의 로드락(Load Lock) 챔버를 배기하는 드라이 펌프(Dry Pump)의 배기단에 연결되는 펌프의 전력 절감장치로서, 압축건조공기(Compressed Dry Air, CDA) 유입구와 압축건조공기 배출구가 양단에 형성되어 있는 벤츄리관(Venturi Pipe);을 포함하며, 상기 벤츄리관에는, 상기 압축건조공기 유입구와 상기 압축건조공기 배출구의 단면적보다 작은 단면적을 갖는 중앙부분에 상기 드라이 펌프를 통해 배기된 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구가 형성되어 있으며, 상기 배기가스 유입구로 유입된 배기가스는 상기 압축건조공기와 함께 상기 압축건조공기 배출구로 배기된다.
본 발명에 따른 펌프의 전략 절감장치에 대한 일부 실시예들에 있어서, 상기 압축건조공기 유입구로 유입되는 압축건조공기의 압력은 5kgf/cm2 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 펌프의 전략 절감장치에 대한 일부 실시예들에 있어서, 상기 전력 절감장치를 이용한 전력 절감을 증가시키기 위해, 상기 로드락 챔버를 퍼지하는 가스의 유량을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 전력 절감장치는 드라이 펌프에 간편하게 설치하는 것이 가능하며, 특별한 유지보수(maintenance)가 필요하지 않으며, 유지비용이 적게 소요되면서도 드라이 펌프의 소비전력을 최대 55%까지 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 절감장치의 일 실시예가 사용된 진공처리 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 전력 절감장치의 전력 절감 원리를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 전력 절감장치를 이용하였을 때, 압축건조공기의 압력과 로드락 챔버를 퍼지하는 질소(N2) 퍼지가스가 전력 절감에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
드라이 펌프에서 소비되는 전력 소모량은 하기 수학식 1로 표현된다.
Figure pat00001
여기서, P는 드라이 펌프의 전력 소비량을 나타내며, S0는 역압이 없을 때의 펌프의 펌핑 스피드를 나타내는 것으로 즉, 기체의 유량을 의미한다. Δp는 펌프 유입단(inlet)과 펌프 배기단(outlet)의 압력 차이를 나타내며, ηmech는 펌프의 기계적 효율을 나타낸 것으로 진공 펌프의 경우 약 0.85 정도이다.
진공을 유지시키는 기능을 하는 드라이 펌프는 내부의 로터가 회전하여 진공을 형성하게 된다. 로터의 회전은 전기적 힘으로 동작을 하는데 로터의 위치에 따라 전력 소모가 다르게 된다. 펌프 유입단은 로드락 챔버와 연결되어 진공 상태에 있게 되고, 펌프 배기단은 거의 상업 상태에 있게 되므로, 펌프 유입단의 로터보다 펌프 배기단에서의 로터의 회전부하가 높아지게 된다. 로터에 걸리는 부하가 높을수록 전력 소모는 크게 된다. 본 발명은 드라이 펌프 배기단의 압력을 감소시켜 펌프 배기단의 로터의 회전 부하를 감소시켜 전력 소모량을 절감시키는 것이다. 즉, 상기 수학식 1에서 Δp를 감소시킴으로써 전체 드라이 펌프의 전력 소모량을 절감시키게 된다. 이하에서는 도면과 함께 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 절감장치의 일 실시예가 사용된 진공처리 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 전력 절감장치의 전력 절감 원리를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 로드락 챔버(10)와 드라이 펌프(20)가 연결되어 드라이 펌프(20)를 통해 로드락 챔버(10)가 진공상태가 된다. 드라이 펌프(20)의 배기단(25)에는 전력 절감장치(30)가 형성되어 있으며, 드라이 펌프(20)에서 배기되는 가스는 전력 절감장치(30)를 통해 배기된다.
전력 절감장치(30)는 벤츄리관(Veturi Pipe)(40)을 구비한다. 벤츄리관(40)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 양단보다 가운데 부분의 단면적이 좁은 형태의 관으로, 벤츄리관(40)의 일단에는 압축건조공기(Compressed Dry Air, CDA)가 유입되는 압축건조공기 유입구(41)가 형성되어 있다. 압축건조공기 유입구(41)에는 압축건조공기가 유입되는 노즐(미도시)과 압축건조공기 탱크(미도시)가 연결되어 있다. 벤츄리관(40)의 타단에는 압축건조공기 유입구(41)를 통해 유입된 압축건조공기가 배출되는 압축건조공기 배출구(42)가 형성되어 있다. 압축건조공기 배출구(42)는 스크러버(미도시) 등과 연결된다. 그리고 벤츄리관(40)의 단면적이 작은 중앙부에는 드라이 펌프(20)를 통해 배기된 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구(43)가 형성되어 있다. 즉, 배기가스 유입구(43)는 드라이 펌프(20)의 배기단(22)과 연결된다. 배기가스 유입구(43)를 통해 벤츄리관(40) 내부로 유입된 배기가스는 압축건조공기 배출구(42)를 통해 압축건조가스와 함께 스크러버(미도시) 등을 통해 외부로 배출된다.
벤츄리관(40)의 압축건조공기 유입구(41)를 통해 고속으로 분사되는 압축건조공기는 벤츄리관(40)의 중앙부분의 좁은 통로를 지나며 벤츄리 효과(Venturi Effect)에 의해 배기가스 유입구(43)를 통해 유입되는 배기가스를 빨아들이게 된다. 그리고 압축건조공기와 배기가스 혼합 가스는 다시 넓어진 부분에서 속도가 저하되며 압력이 증가하게 되고 이에 따라 벤츄리관(40)의 압축건조공기 배출구(42)를 통해 외부로 배출된다. 결국, 벤츄리관(40)의 압축건조공기 유입구(41)를 통해 고속으로 유입되는 압축건조공기에 의해 드라이 펌프(20)의 배기단(22)과 연결된 배기가스 유입구(43)로부터 배기가스가 유입되므로 드라이 펌프(20)의 배기단(22)의 압력은 크게 감소하게 되어 진공 상태가 된다. 이에 따라 드라이 펌프(20)의 입력단(21)과 배기단(22)의 압력차가 현저히 감소하게 된다. 즉, 상기 수학식 1의 Δp가 감소하게 되므로 드라이 펌프(20)의 전력 소모량이 절감된다.
도 3은 본 발명에 따른 전력 절감장치를 이용하였을 때, 압축건조공기의 압력과 로드락 챔버를 퍼지하는 질소(N2) 퍼지가스가 전력 절감에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 벤츄리관(40)의 압축건조공기 유입구(41)를 통해 유입되는 압축건조공기의 압력이 증가할수록 전력 절감 효율이 증가함을 알 수 있다. 그러나 압축건조공기의 압력이 5kgf/cm2 이상이 되면 전력 절감 효율이 큰 차이가 없으므로, 벤츄리관(40)의 압축건조공기 유입구(41)를 통해 유입되는 압축건조공기의 압력은 5kgf/cm2 이상인 것이 바람직하다. 그리고 로드락 챔버(10)를 퍼지하는 질소 퍼지가스의 유량이 감소할수록 전력 절감 효율이 증가함을 알 수 있다. 따라서 로드락 챔버(10)를 펌핑하는 드라이 펌프(20)의 전력 절감 효과를 증대시키기 위해서는 로드락 챔버(10)를 퍼지하는 질소 퍼지가스의 유량을 감소시키는 것이 바람직하다. 퍼지가스는 다양한 용도로 사용되는데, 퍼지가스는 프로세스 가스의 희석 용도, 드라이 펌프(20)의 기계적 기능 유지 등을 위해 사용될 수 있다. 이때, 로드락 챔버(10) 전용 드라이 펌프(20) 중 프로세스 가스 희석 용도의 퍼지가 필요 없는 것도 있으며, 이러한 드라이 펌프(20)를 이용한다면, 퍼지 가스의 유량을 대폭 감소시킬 수 있어 전력 절감 효과를 크게 증가시킬 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 절감장치(30)를 사용하면, 드라이 펌프(20)의 소비전력을 최대 55%까지 감소시킬 수 있다. 그리고 전력 절감장치(30)는 드라이 펌프(20)의 배기단(22)에 단순히 연결만 하면 되므로, 설치가 간편하고 별도의 유지보수가 필요없이 영구적으로 사용이 가능하다. 또한 전력 절감장치(30)에 이용되는 압축건조공기의 유량은 22 SLM(Standard Liter per Minute) 정도에 불과하므로 유지비가 많이 소요되지 않는다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (3)

  1. 진공 처리 시스템의 로드락(Load Lock) 챔버를 배기하는 드라이 펌프(Dry Pump)의 배기단에 연결되는 펌프의 전력 절감장치로서,
    압축건조공기(Compressed Dry Air, CDA) 유입구와 압축건조공기 배출구가 양단에 형성되어 있는 벤츄리관(Venturi Pipe);을 포함하며,
    상기 벤츄리관에는, 상기 압축건조공기 유입구와 상기 압축건조공기 배출구의 단면적보다 작은 단면적을 갖는 중앙부분에 상기 드라이 펌프를 통해 배기된 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구가 형성되어 있으며, 상기 배기가스 유입구로 유입된 배기가스는 상기 압축건조공기와 함께 상기 압축건조공기 배출구로 배기되는 것을 특징으로 하는 펌프의 전력 절감장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압축건조공기 유입구로 유입되는 압축건조공기의 압력은 5kgf/cm2 이상인 것을 특징으로 하는 펌프의 전력 절감장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전력 절감장치를 이용한 전력 절감을 증가시키기 위해, 상기 로드락 챔버를 퍼지하는 가스의 유량을 감소시키는 특징으로 하는 펌프의 전력 절감장치.
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