KR20210074368A - 진공 펌프의 온도를 제어하는 방법, 및 관련 진공 펌프 및 설비 - Google Patents

진공 펌프의 온도를 제어하는 방법, 및 관련 진공 펌프 및 설비 Download PDF

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야닉 그르니에
폴 데코르데
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파이퍼 배큠
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Abstract

본 발명은, 가변 펌핑 부하들을 겪는 건식 진공 펌프 형식의 진공 펌프(2)의 온도를 제어하는 방법에 관한 것으로, 그 진공 펌프(2)의 온도를 고정자(5)의 온도 측정치 및 온도 설정치에 기초하여 고정자(5)에 결합되는 적어도 하나의 냉각 요소(11a, 11b)에 의해 제어하는 온도 제어 방법에 있어서, 진공 펌프(2)에 의해 인출되는 전류 또는 소비되는 전력으로부터 선택된 펌핑 부하를 나타내는 파라미터의 값이 부하 문턱값 미만인지 여부 및, 펌핑 부하를 나타내는 파라미터의 값이 그 부하 문턱값 미만이라면, 온도 설정치가 증가되었는지 여부를 모니터링하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한, 건식 진공 펌프 형식의 진공 펌프 및 설비에 관한 것이다.

Description

진공 펌프의 온도를 제어하는 방법, 및 관련 진공 펌프 및 설비
본 발명은 건식 진공 펌프 형식의 진공 펌프의 온도를 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 상기 제어 방법을 구현하기 위한 수단들을 포함하는 건식 진공 펌프 형식의 진공 펌프에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 상기 진공 펌프를 포함하는 설비에 관한 것이다.
건식 진공 펌프 형식의 저진공 펌프(rough vacuum pump)들은 직렬의 여러 펌핑 스테이지(stage)들을 포함하며, 각 스테이지를 통해 펌핑될 가스가 흡입구와 배출구 사이를 펌핑 스테이지들을 통해 순환한다. 공지된 저진공 펌프들 중에서, 로터리 로브(lobe)들을 갖는 "루츠(roots)" 펌프로도 알려진 펌프들, 2개 이상의 로브들을 갖는 "클로(claw)" 펌프로도 알려진 펌프들, 및 스크류 펌프들로 구별된다. 매우 높은 유량 조건들 하에서 펌핑 능력을 증가시키기 위해 하나 또는 2개의 스테이지를 갖는 루츠 압축기(또는 보다 일반적으로는 "루츠 송풍기") 형식의 진공 펌프들을 저진공 펌프의 상류에 사용하는 것도 공지되어 있다.
그러한 진공 펌프들은 "건식"으로 지칭되는데, 왜냐하면 작동 시 회전자들이 서로와의 또는 고정자와의 임의의 기계적 접촉 없이 고정자 내에서 회전하여 펌핑 스테이지에서 오일을 사용하지 않아도 되기 때문이다.
점점 더 많은 용례들이, 한편으로는, 진공 펌프가 몇 slm(standard liter per minute) 또는 수십 slm 정도의 높은 유량의 가스를 순환시킬 필요가 있는 프로세스 단계들과, 다른 한편으로는, 펌핑될 가스의 유량이 0 또는 매우 낮은, "도달 진공도 압력(ultimate vacuum pressure)"으로 공지된 상태에서 진공 펌프가 작동하는 유휴(또는 대기) 단계들 사이에서, 상당히 그리고 빠르게 펌핑될 가스의 유량을 변경할 수 있는 기능을 요구하고 있다.
높은 유량의 가스를 펌핑하는 것은 압축의 결과로서 진공 펌프의 상당한 가열을 초래한다. 그러한 온도 상승은 진공 펌프 내부에서 오염 가스종들의 분말로의 응축 또는 응고를 방지할 수 있다. 그러나, 임의의 오작동을 방지하도록 진공 펌프들의 베어링들을 냉각시키는 것은 필요하다. 또한, 특정 용례들에서는 초과하는 경우, 펌핑되는 가스종들이 펌프 내에서 응집되어 펌프를 고착시킬 수 있는 미리 정해진 최댓값을 초과하지 않도록 고정자 온도가 제어되어야 한다.
그 고정자의 냉각은 일반적으로 고정자와 열 접촉하는 냉각 회로들을 통해 주위 온도에서 물을 순환시킴으로써 달성된다.
그러나, 펌핑될 가스의 유량이 급격히 떨어지는 전술한 상황들에서, 진공 펌프들은 자체 가열이 없어서 급격히 냉각될 수 있다. 그러면, 냉각 회로와 접촉하는 고정자는 온도가 떨어지는 반면, 직접 냉각되지 않은 회전자들은 고온인 상태로 남는다.
회전자들과 고정자 사이의 그러한 온도 차이는 냉각 회로들을 제어하기 위해 온도가 측정되는 지점이, 감지될 펌핑 부하의 변화로 인해 급격한 온도 변화를 허용하는 적절한 위치에 반드시 위치할 수 없다는 사실에 의해 더욱 두드러질 수 있다. 따라서, 그 측정된 온도는 과도하게 추정되어 예를 들어, 베어링들에서 온도가 이미 상당히 떨어졌음에도 불구하고 고정자를 냉각하라는 명령이 계속 이어질 수 있다. 고정자 온도의 강하를 실제로 인식하는 데 필요한 반응 시간은 상대적으로 길 수 있으며, 이는 그 온도들 사이의 불일치의 확대를 초래할 수 있다.
그러한 온도 불일치는 다양한 열역학적 거동들로 인해 고정자와 회전자들 사이의 간극의 손실을 초래할 수 있으며, 특히 냉각 회로들이 일반적으로 베어링들의 영역에서 진공 펌프의 각 축방향 단부에 배치되기 때문에 축방향 간극의 손실을 초래할 수 있고, 또한 샤프트 지지부의 수축으로 인해 축간 거리의 감소를 초래할 수 있다. 간극에서 이러한 손실들은 펌프 고착 또는 회전자의 서로간 접촉을 초래할 수 있다.
본 발명의 과제 중 하나는 특히 간극의 손실 및 고착을 제한함으로써 전술한 단점들 중 적어도 하나를 해소할 수 있는 건식 진공 펌프 형식의 진공 펌프 및 그 진공 펌프의 온도 제어 방법을 제안하는 데에 있다.
이를 위해, 본 발명의 한 가지 주제는 가변 펌핑 부하들을 겪는 건식 진공 펌프 형식의 진공 펌프의 온도를 제어하는 방법으로서, 그 진공 펌프는
- 고정자,
- 적어도 하나의 펌핑 스테이지,
- 적어도 하나의 펌핑 스테이지 내로 연장하여 적어도 하나의 회전자를 지지하는 2개의 샤프트로서, 그 회전자들은 진공 펌프의 흡입구로부터 배출구로 펌핑될 가스를 보내기 위해 고정자 내에서 서로 반대 방향으로 동기식으로 회전하도록 구성되는 것인, 2개의 샤프트들,
- 그 고정자에 결합되는 적어도 하나의 냉각 요소,
- 그 고정자의 온도를 측정하도록 구성되는 적어도 하나의 온도 센서, 및
- 적어도 하나의 냉각 요소 및 적어도 하나의 온도 센서에 의해 고정자의 온도를 제어하도록 구성되는 제어 유닛
을 포함하고,
진공 펌프의 온도를 고정자의 온도 측정치 및 온도 설정치에 기초하여 고정자에 결합되는 적어도 하나의 냉각 요소에 의해 제어하는 온도 제어 방법에 있어서,
진공 펌프에 의해 인출되는 전류 또는 소비되는 전력으로부터 선택된 펌핑 부하를 나타내는 파라미터의 값이 부하 문턱값 미만인지 여부 및, 펌핑 부하를 나타내는 파라미터의 값이 그 부하 문턱값 미만이라면, 그 온도 설정치가 증가되었는지 여부를 모니터링하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 온도 설정치의 변화는 냉각 요소에 의한 고정자의 냉각을 더 빨리 차단할 수 있게 하여, 고정자가 냉각 요소 근처에서 예열되도록 한다. 저부하 펌핑 단계들 동안 온도 설정치를 증가시키는 것은 고정자를 고부하 단계들 동안에서처럼 고온으로 유지시키며, 이는 회전자들간의 접촉 또는 고착의 위험을 제한시킬 수 있다.
저부하 단계들 동안 높게 유지되는 그 온도는 또한, 응축 가능 오염성 종들이 응고되거나 응축될 수 있는 저온 영역들의 생성을 방지할 수 있다.
펌핑 부하를 모니터링함으로써 트리거되는 온도 설정치의 변화는 또한, 본 방법이 높은 반응성을 가지도록 한다.
그러한 모니터링은 또한, 추가의 온도 센서들을 추가할 필요 없이, 챔버 내에서 발생하는 프로세스에 관한 정보 없이 그리고 적어도 하나의 온도 센서의 위치 또는 냉각 요소들의 구조의 변경 없이, 진공 펌프의 열적 거동을 온도 제어의 결정에 통합시킴으로써 진공 펌프의 센서들에서 이미 사용 가능한 정보를 기초로 하여 수행될 수 있다.
온도 제어 방법은 또한, 단독으로 또는 조합하여 고려되는 하기에 설명되는 하나 이상의 특징들을 포함할 수 있다.
예시적인 일실시예에 따르면, 온도 설정치는 진공 펌프의 저압 펌핑 스테이지로 지칭되는 펌핑 스테이지에 결합되는 냉각 요소에 의해 적어도 온도의 제어를 위해 증가된다.
예시적인 일실시예에 따르면, 온도 설정치가 증가된 이후, 펌핑 부하를 나타내는 파라미터의 값이 부하 문턱값을 초과하는지 여부 및, 펌핑 부하를 나타내는 그 파라미터의 값이 그 부하 문턱값을 초과한다면, 증가된 온도 설정치가 미리 정해진 추가 시간 동안 유지되는지 여부를 모니터링한다.
예를 들어, 그 미리 정해진 추가 시간은 10분보다 길다.
예를 들어, 그 온도 설정치의 증가는 3℃보다 크다.
예를 들어, 그 온도 설정치의 증가는 20℃보다 작다.
본 발명의 다른 주제는, 건식 진공 펌프 형식의 진공 펌프로서,
- 고정자,
- 적어도 하나의 펌핑 스테이지,
- 적어도 하나의 펌핑 스테이지 내로 연장하여 적어도 하나의 회전자를 지지하는 2개의 샤프트로서, 그 회전자들은 진공 펌프의 흡입구로부터 배출구로 펌핑될 가스를 보내기 위해 고정자 내에서 서로 반대 방향으로 동기식으로 회전하도록 구성되는 것인, 2개의 샤프트들,
- 그 고정자에 결합되는 적어도 하나의 냉각 요소,
- 그 고정자의 온도를 측정하도록 구성되는 적어도 하나의 온도 센서, 및
- 적어도 하나의 냉각 요소 및 적어도 하나의 온도 센서에 의해 고정자의 온도를 제어하도록 구성되는 제어 유닛
을 포함하는 진공 펌프에 있어서,
그 제어 유닛이 전술한 온도 제어 방법을 구현하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
건식 진공 펌프 형식의 진공 펌프는 다단 저진공 펌프일 수 있으며, 이는 직렬로 장착된 적어도 2개의 펌핑 스테이지들을 포함하는 것을 의미한다. 그 진공 펌프는 동일하게 직렬로 장착된 하나 또는 2개의 펌핑 스테이지를 포함하는 루츠 송풍기 형식의 진공 펌프일 수 있다.
예시적인 일실시예에 따르면, 건식 진공 펌프 형식의 진공 펌프는 고정자에 결합되는 2개의 냉각 요소들을 포함하며, 각 냉각 요소는 진공 펌프의 각 축방향 단부에 배치된다.
본 발명의 또 다른 주제는 챔버를 포함하는 설비로서, 챔버 내부를 펌핑하도록 챔버에 연결되는, 전술한 바와 같은 건식 진공 펌프 형식의 진공 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 추가 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 비제한적인 예로서 주어진 후속하는 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 설비의 개략도를 도시한다.
도 2는 작동에 필요한 요소들만 묘사하는 분해된 상태로, 도 1의 설비의 진공 펌프를 나타내는 부분 단면의 부분 개략도를 도시한다.
도 3은 도 2의 진공 펌프에 대한 온도 제어 방법의 다양한 단계들을 도시하는 개략도이다.
도 4는 시간 함수(분)로 얻은 곡선들의 예를 도시하는 그래프로서,
- 도 2의 진공 펌프에 의해 소비되는 전력(와트 단위, 우측 세로축)(곡선 A),
- 진공 펌프 온도 센서에 의해 측정되는 고정자 온도(℃ 단위, 좌측 세로축)(곡선 B),
- 진공 펌프 냉각 요소의 중심에 고정된 2개의 테스트 온도 센서들에 의해 지표로서 측정되는 고정자 온도(곡선 C, D)
를 도시한다.
이들 도면에서 동일한 요소들은 동일한 참조 번호들을 갖는다. 후속하는 실시예들은 단지 예들일뿐이다. 상세한 설명이 하나 이상의 실시예를 참조하지만, 이는 반드시 각 참조가 동일한 실시예에 관한 것이라거나 그 특징들이 하나의 단일 실시예에만 적용된다는 것을 의미하지는 않는다. 다양한 실시예들의 간단한 특징들은 또한, 다른 실시예들을 제공하도록 결합되거나 상호 교환될 수 있다.
도 1은 건식 진공 펌프 형식의 진공 펌프(2) 및 챔버(3)를 포함하고, 진공 펌프(2)는 챔버(3) 내부를 펌핑하도록 예를 들어, 밸브(4)를 통해 챔버(3)에 연결되는 설비(1)의 제 1 예를 도시한다.
"프로세스" 단계(P1, P2)(도 3 참조)라고 지칭되는 단계들 동안 예를 들어, 주기적으로, 수 slm 또는 수십 slm 정도의 상당한 가스 유량들이 챔버(3) 내에 도입될 수 있다. 그러한 프로세스 단계들(P1, P2)은 도입되는 가스의 유량들이 낮거나 0인 "유휴" 단계(I)라고 지칭되는 단계들에 각각 선행 및 후속할 수 있다. 유휴 단계(I)들 동안, 진공 펌프(2)는 예를 들어, 챔버(3)가 깨끗이 비워질 수 있도록 수 분을 초과하는 시간 동안 "도달 진공도 압력"으로 공지된 압력으로 작동하고 있다. 그러한 일련의 단계들은 예를 들어, "HarpXT" 프로세스들로 공지된 프로세스들 등의 반도체들을 제조하기 위한 프로세스들 동안에 일어난다.
도 1 및 도 2에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 진공 펌프(2)는 고정자(5), 적어도 하나의 펌핑 스테이지(T1-T5), 적어도 하나의 펌핑 스테이지(T1-T5) 내로 연장하여 각각 적어도 하나의 회전자(8)를 지지하는 2개의 샤프트(6, 7)들, 그 고정자(5)에 결합되는 적어도 하나 이상의 냉각 요소(11a, 11b), 그 고정자(5)의 온도를 측정하도록 구성되는 적어도 하나 이상의 온도 센서(12a, 12b), 및 적어도 하나의 냉각 요소(11a, 11b) 및 적어도 하나의 온도 센서(12a, 12b)에 의해 고정자(5)의 온도를 제어하도록 구성되는 제어 유닛(13)을 포함한다.
그 회전자(8)들은 진공 펌프(2)의 흡입구(9)로부터 진공 펌프(2)의 배출구(10)로 펌핑될 가스(G)를 보내기 위해 고정자(5) 내에서 서로 반대 방향으로 동기식으로 회전하도록 구성된다.
예를 들어, 그 회전자(8)들은 "루츠" 형식("숫자-8번" 또는 "콩팥"의 형상의 단면을 갖는) 또는 "클로" 형식 등의 동일한 프로파일들을 갖는 로브들을 구비한다. 다른 예에 따르면, 펌핑 회전자(8)들은 "스크류" 형식이다.
진공 펌프(2)는 예를 들어, 5개의 펌핑 스테이지들 등의 적어도 2개 이상의 펌핑 스테이지들을 포함한다. 각 펌핑 스테이지(T1-T5)는 각각의 입구와 출구를 포함한다. 연속적인 펌핑 스테이지(T1-T5)들은 선행 펌핑 스테이지의 출구(또는 배출구)를 후속 스테이지의 입구(또는 흡입구)에 연결하는 각각의 스테이지간 덕트(inter-stage duct)(14)들에 의해 차례로 직렬로 연결된다.
회전 중에, 입구로부터 흡입된 가스는 회전자(8)들에 의해 생성된 체적에 포획된 다음 회전자(8)들에 의해 배출구(10)를 향해 보내진다(가스가 순환하는 방향은 도 1 및 도 2에서 화살표(G)들로 도시된다). 그 진공 펌프(2)는 특히 "건식"으로 지칭되는데, 이는 작동 시 회전자(8)들이 서로와의 또는 고정자(5)와의 임의의 기계적 접촉 없이 고정자(5) 내에서 회전하여 펌핑 스테이지(T1-T5)에서 오일을 사용하지 않아도 되기 때문이다.
그러한 예시적인 실시예에서, 건식 진공 펌프 형식의 진공 펌프(2)는 다단 저진공 펌프이다. 저진공 펌프는 2개의 회전자들을 사용하여 대기압의 펌핑될 가스를 흡입하고 이동시켜 배출하는 용적형 진공 펌프(positive-displacement vacuum pump)이다. 다른 예에 따르면, 그 진공 펌프(2)는 루츠 송풍기 형식이고 하나 또는 2개의 펌핑 스테이지들을 포함한다. 루츠 송풍기 형식의 진공 펌프들은 저진공 펌프의 상류에 직렬로 장착된다.
예시적인 일실시예에 따르면, 냉각 요소(11a, 11b)는 예를 들어, 주위 온도의 물의 순환을 허용하는 수압 회로(hydraulic circuit)(16)를 포함한다(도 2 참조).
예를 들어, 수압 회로(16)는 고정자(5) 내에 통합된다. 예를 들어, 수압 회로(16)는 샤프트(6, 7)들의 베어링들을 냉각시키기 위해 샤프트(6, 7)들의 베어링들을 둘러싸는 "U"자 형상이다.
그 냉각 요소(11a, 11b)는 예를 들어, 물의 순환을 허용하거나 차단("전부 또는 전무(all or nothing)" 제어)하도록 작동될 수 있는 밸브(17)를 더 포함한다.
예를 들어, 그 진공 펌프(2)는 고정자(5)에 결합되는 2개의 냉각 요소(11a, 11b)들을 포함하고, 각 냉각 요소(11a, 11b)는 진공 펌프(2)의 각 축방향 단부에 배치된다(도 2 참조). 냉각 요소(11a)는 저압 펌핑 스테이지라고 지칭되는 펌핑 스테이지(T1)에 결합되며, 그 펌핑 스테이지(T1)의 입구는 진공 펌프(2)의 흡입구(9)와 연통한다. 냉각 요소(11b)는 고압 펌핑 스테이지라고 지칭되는 펌핑 스테이지(T5)에 결합되며, 그 펌핑 스테이지(T5)의 출구는 진공 펌프(2)의 배출구(10)와 연통한다.
예를 들어, 그 진공 펌프(2)는 고정자(5) 상에 배치되고 서로 이격되는 2개의 온도 센서(12a, 12b)들을 포함한다. 하나의 온도 센서(12a)가 예를 들어, 흡입구(9) 측에 위치하는 냉각 요소(11a)와 관련된다. 그 온도 센서(12a)는, 예를 들어, 저압 펌핑 스테이지(T1)의 영역(흡입구(9) 측)의 고정자(5) 상에 장착된다. 다른 온도 센서(12b)는, 예를 들어, 배출구(10) 측에 위치하는 냉각 요소(11b)와 관련된다. 그 온도 센서(12b)는, 예를 들어, 고압 펌핑 스테이지(T5)의 영역(배출구(10) 측)의 고정자(5) 상에 장착된다.
예를 들어, 그 온도 센서(12a, 12b)들은 2개의 샤프트(6, 7)들 사이의 중간 지점에서 고정자(5) 상에 위치되고 샤프트(6, 7)들의 축선에 평행한 직선 상에 정렬된다(도 1 참조).
그 제어 유닛(13)은 진공 펌프(2)의 온도를 제어하기 위한 방법(100)을 구현하는 일련의 프로그램 명령들을 실행하기 위한 하나 이상의 컨트롤러 또는 마이크로 컨트롤러 또는 프로세서와 메모리를 포함하며, 가변 펌핑 부하들을 겪는 진공 펌프(2)의 온도는 고정자(5)의 온도 측정치 및 온도 설정치에 기초하여, 고정자(5) 상에 결합되는 상기 적어도 하나의 냉각 요소(11a, 11b)에 의해 제어된다.
이를 위해, 그 제어 유닛(13)은 적어도 하나의 온도 센서(12a, 12b)에 연결되어 고정자(5)의 온도 측정치를 수신하는 한편, 적어도 하나의 냉각 요소(11a, 11b)에 연결되어, 예를 들어, 수압 회로(16)의 관련된 밸브(17)를 개방/폐쇄 작동시킨다. 온도 제어는 각 냉각 요소(11a, 11b)에서 자체 온도 설정치에 따라, 그리고 관련된 개별 온도 측정치에 따라, 독립적으로 수행될 수 있다.
작동 시, 그 진공 펌프(2)는 높거나 낮은 가스 유량들 사이에서 변할 수 있는 가변 펌핑 부하들을 겪는다.
그 제어 유닛(13)은 펌핑 부하를 나타내는 파라미터의 값이 부하 문턱값(S) 미만인지 여부를 모니터링한다(진단 단계(101), 도 3 참조).
예를 들어, 펌핑 부하를 나타내는 그 파라미터는 진공 펌프(2)에 의해 인출한 전류 또는 진공 펌프(2)에 의해 소비한 전력이다. 예를 들어, 제어 유닛(13)은 프로세스 단계(P1, P2)의 사이클의 지속 시간과 동일하거나 그보다 긴 시간에 걸쳐 인출 또는 소비되는 전류 또는 전력의 평균을 계산한다. 이를 위해, 예를 들어, 제어 유닛(13)은 진공 펌프(2)의 모터의 속도를 변화시키는 가변기의 출력부에 연결된다.
만약, 펌핑 부하를 나타내는 그 파라미터의 값이 부하 문턱값(S)을 초과하는 한, 프로세스 단계(P1, P2)가 챔버(3) 내에서 발생하는 것으로 간주된다.
이 경우, 제어 유닛(13)은, 예를 들어, 온도 측정치가 온도 설정치 미만인 경우 물의 순환을 차단하도록 밸브(17)를 폐쇄함으로써, 그리고 온도 측정치가 온도 설정치와 동일하거나 큰 경우 물의 순환을 허용하도록 밸브(17)를 개방함으로써, 냉각 요소(11a, 11b)들을 사용하여 그 온도 설정치를 달성하도록 진공 펌프(2)의 온도를 제어한다(프로세스-페이즈 조절 단계(102)).
예를 들어, 그 온도 설정치는 70℃보다 크다.
만약, 펌핑 부하를 나타내는 그 파라미터의 값이 부하 문턱값(S) 미만인 한, 유휴 단계(I)가 챔버(3) 내에서 발생하는 것으로 간주된다. 이 경우, 제어 유닛(13)은 적어도 하나의 냉각 요소(11a)에 의해 진공 펌프(2)의 온도를 제어하도록 온도 설정치를 증가시킨다(유휴-페이즈 조절 단계(103)).
그 온도 설정치는 냉각 요소(11a, 11b) 모두 또는 단지 그 중 하나에 의해, 온도를 제어하도록 증가될 수 있지만, 그러나 바람직하게는, 회전자(8)들과 고정자(5) 사이의 열교환 용량이 저압에서 그다지 좋지 않기 때문에 온도 측면에서 조절하기가 보다 어려운 적어도 저압 펌핑 스테이지(T1)에 결합되는 냉각 요소(11a)에 의해 온도를 제어하도록 증가될 수 있다.
온도 설정치의 증가는 예를 들어, 3℃ 초과 등의 온도 설정치의 적어도 3%에 해당한다. 온도 설정치의 증가는 예를 들어, 20℃ 미만 등의 온도 설정치의 최대 20%에 해당한다. 온도 설정치의 증가는 예를 들어, 5℃ 등의 온도 설정치의 6% 정도이다.
제어 유닛(13)은, 예를 들어, 물 순환 밸브(17)들을 활성화시킴으로써 냉각 요소(11a, 11b)들에 의해 프로세스 단계(P1, P2) 중에 달성되는 것과 같은 온도 설정치를 달성하도록 진공 펌프(2)의 온도를 제어한다.
펌핑 부하를 나타내는 파라미터가 부하 문턱값(S)을 넘어 증가하는 경우, 추가 프로세스 단계(P1, P2)가 챔버(3) 내에서 발생하는 것으로 간주된다.
그러면, 증가된 온도 설정치를 초기 온도 설정치로 다시 전환하기 전에 미리 정해진 추가 시간 동안 증가된 온도 설정치를 유지(재조정 단계(104))할 수 있다.
추가 시간이 미리 정해져 있어서, 센서를 필요로 하지 않게 할 수 있다. 추가 시간은, 예를 들어, 15분 등의 10분보다 길다. 그러한 재조정 단계(104)는 프로세스 단계(P1, P2)의 보다 큰 펌핑 부하의 결과로서 고정자(5)에 예열될 시간이 주어지게 할 수 있다. 이는, 초기 온도 설정치로 복귀할 때 회전자(8)들과 고정자(5)의 온도 사이에 추가적인 불일치를 생성시키는 것을 방지할 수 있게 한다.
이에 대한 보다 나은 이해는, 소정 펌핑 부하를 겪는 진공 펌프(2)에 의해 소비되는 전력의 곡선(곡선 A), 저압 펌핑 스테이지(T1) 근처에서 온도 센서(12a)에 의해 측정되는 고정자(5)의 온도의 곡선(곡선 B) 및 저압 펌핑 스테이지(T1)의 고정자(5)에 결합되는 냉각 요소(11a)의 중심에서, 본 발명의 이해를 제공하기 위해 지표로서 측정되는 고정자(5)의 온도의 2개의 곡선들(곡선 C, D)의 일례를 도시하는 도 4의 그래프를 ”A으로써 얻어질 수 있다.
처음 2시간 동안, 80slm(135.12㎩·㎥/s)의 가스의 유량이 주기적으로 챔버(3) 내에 도입된다. 따라서, 가스의 유량은 5분 동안 80slm과 3분 동안 0slm 간을 번갈아가며 바뀐다. 따라서, 펌핑 부하를 나타내는 그 소비되는 전력은 500W 내지 2000W 사이의 구형파 패턴(square-wave pattern)(곡선 A)으로 변하며, 3분을 초과하는 시간(프로세스 단계의 흐름 없는 페이즈와 동일한 시간) 동안 예를 들어, 600W의 부하 문턱값을 초과한다.
제어 유닛(13)은 냉각 요소(11a, 11b)들에 의해 83℃의 온도 설정치를 달성하도록 진공 펌프(2)의 온도를 제어한다(프로세스-페이즈 조절 단계(102)). 따라서, 온도 센서(12a)에 의해 측정되는 고정자(5)의 온도가 전부 또는 전무 조절 모드로 인해 온도 설정치 근처에서 81℃와 86℃ 사이에서 변동하는 것을 알 수 있다(곡선 B). 또한, 냉각 요소(11a)의 중심에서 측정되는(지표로서) 온도가 84 내지 87℃ 사이에서 변동함을 알 수 있다(곡선 C, D).
이어서, 소비되는 전력은 부하 문턱값(S) 미만으로 떨어진다. 이로부터, 제어 유닛(13)은 챔버(3) 내에서 유휴 단계(I)가 발생하고 있다고 결론을 내린다. 따라서, 그 제어 유닛(13)은 온도 설정치를 5℃ 증가시키고(유휴-페이즈 조절 단계(103)), 저압 펌핑 스테이지(T1)의 냉각 요소(11a)에 의해 진공 펌프(2)의 온도를 88℃로 제어하고, 고압 펌핑 스테이지(T5)의 냉각 요소(11b)에 의해 진공 펌프(2)의 온도를 83℃ 또는 88℃로 제어한다.
냉각 요소(11a)와 관련된 온도 센서(12a)에 의해 측정되는 고정자(5)의 온도가 86℃와 90℃ 사이에서 변동하도록 약 5℃만큼 상승했다는 것을 알 수 있다(곡선 B).
또한, 냉각 요소(11a)의 중심에서 측정되는 온도는 온도 설정치의 증가로 인해 급격히 증가한 다음, 프로세스 단계(P1)의 온도에 가까운 온도에서 안정화되는 경향을 보일 때까지 펌핑 부하의 감소로 인해 떨어진다는 점을 알 수 있다(곡선 C, D).
따라서, 온도 설정치의 변화는 냉각 요소(11a)에 의한 고정자(5)의 냉각을 더 빨리 차단할 수 있게 하여, 고정자(5)가 냉각 요소(11a) 근처에서 예열되도록 한다. 온도 강하에도 불구하고, 냉각 요소(11a)에서 측정되는 고정자(5)의 온도는, 떨어졌다고 해도 프로세스 단계(P1)의 온도 아래로 조금만 떨어졌다. 따라서, 고정자(5)와 회전자들(8) 사이의 온도 불일치는 회전자(8)들이 고온인 상태로 유지된다는 점을 고려할 때 프로세스 단계(P1) 동안에 유휴 단계(I) 동안과 실질적으로 동일하다.
이어서, 소비되는 전력이 부하 문턱값(S)을 넘어 증가하며, 이는 추가 프로세스 단계(P2)가 챔버(3) 내에서 발생하는 것을 나타낸다. 온도 설정치는 15분 동안 88℃로 증가된 상태로 유지되며(재조정 단계(104)), 냉각 요소(11a)의 영역에서 고정자(5)의 온도는 진공 펌프(2)가 가열됨에 따라 다시 상승하기 시작하는 것을 알 수 있다(곡선 C, D).
미리 정해진 추가 시간이 경과한 후, 냉각 요소(11a)의 중심의 온도가 프로세스 단계(P1)의 이전 값으로 거의 되돌아갔기 때문에 그 제어 유닛(13)은 온도 설정치를 감소시켜 83℃로 되돌린다(프로세스-페이즈 조절 단계(102)). 냉각 요소(11a)의 중심의 온도는 온도 설정치의 차이만큼 감소한 다음, 설정치의 값에 의해 83℃로 천천히 다시 상승한다. 유휴 단계(I) 및 후속하는 프로세스 단계(P2) 동안, 온도는 냉각 요소(11a) 근처의 고정자(5) 영역에서 83℃를 초과하여 유지되었다.
저부하 펌핑에서 유휴 단계(I) 동안 온도 설정치를 증가시키는 것은, 고정자(5)를 프로세스 단계(P1, P2) 동안처럼 냉각 요소(11a)의 중심에서 고온으로 유지시킬 수 있으며, 이는 유휴 단계(I) 동안 고착 또는 회전자(8)들의 서로간의 접촉의 위험을 제한할 수 있고, 이러한 위험들은 회전자(8)들과 고정자(5) 사이의 열팽창의 차이에 관련되어 있다.
유휴 단계(I) 동안 높게 유지되는 온도는 또한, 응축 가능 오염성 종들이 응고되거나 응축될 수 있는 저온 영역들의 생성을 방지할 수 있다.
펌핑 부하를 모니터링함으로써 트리거되는 온도 설정치의 변화는 또한, 본 방법이 높은 반응성을 가지도록 한다.
그러한 모니터링은 또한, 추가 온도 센서들을 추가할 필요 없이, 챔버(3) 내에서 발생하는 프로세스에 대한 정보 없이 그리고 적어도 하나의 온도 센서(12a, 12b)의 위치 또는 냉각 요소(11a, 11b)들의 구조의 변경 없이 진공 펌프의 열적 거동을 온도 제어의 결정 내에 통합시킴으로써 진공 펌프의 센서들에서 이미 사용 가능한 정보를 기초로 하여 수행될 수 있다.

Claims (10)

  1. 가변 펌핑 부하들을 겪는 건식 진공 펌프 형식의 진공 펌프(2)의 온도를 제어하는 방법(100)으로서, 상기 진공 펌프(2)는
    - 고정자(5),
    - 적어도 하나의 펌핑 스테이지(stage)(T1-T5),
    - 적어도 하나의 펌핑 스테이지 내로 연장하여 적어도 하나의 회전자(8)를 지지하는 2개의 샤프트(6, 7)로서, 상기 회전자(8)들은 진공 펌프(2)의 흡입구로(9)부터 배출구(10)로 펌핑될 가스(G)를 보내기 위해 고정자(5) 내에서 서로 반대 방향으로 동기식으로 회전하도록 구성되는 것인, 2개의 샤프트들(6, 7),
    - 상기 고정자(5)에 결합되는 적어도 하나의 냉각 요소(11a, 11b),
    - 상기 고정자(5)의 온도를 측정하도록 구성되는 적어도 하나의 온도 센서(12a, 12b), 및
    - 상기 적어도 하나의 냉각 요소(11a, 11b) 및 상기 적어도 하나의 온도 센서(12a, 12b)에 의해 상기 고정자(5)의 온도를 제어하도록 구성되는 제어 유닛(13)
    을 포함하고,
    상기 진공 펌프(2)의 온도를 상기 고정자(5)의 온도 측정치 및 온도 설정치에 기초하여 상기 고정자(5)에 결합되는 상기 적어도 하나의 냉각 요소(11a, 11b)에 의해 제어하는 온도 제어 방법(100)에 있어서,
    상기 진공 펌프(2)에 의해 인출되는 전류 또는 소비되는 전력으로부터 선택된 펌핑 부하를 나타내는 파라미터의 값이 부하 문턱값(S) 미만인지 여부(101) 및, 상기 펌핑 부하를 나타내는 상기 파라미터의 값이 상기 부하 문턱값(S) 미만이라면, 상기 온도 설정치가 증가되는지 여부(103)를 모니터링하는 것을 특징으로 하는, 온도 제어 방법(100).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 설정치는 적어도 상기 진공 펌프(2)의 저압 펌핑 스테이지로 지칭되는 펌핑 스테이지(T1)에 결합되는 냉각 요소(11a)에 의한 온도의 제어를 위해 증가되는 것을 특징으로 하는, 온도 제어 방법(100).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 온도 설정치가 증가된 이후, 상기 펌핑 부하를 나타내는 상기 파라미터의 값이 상기 부하 문턱값(S)을 초과하는지 여부 및, 상기 펌핑 부하를 나타내는 상기 파라미터의 값이 상기 부하 문턱값(S)을 초과한다면, 증가된 온도 설정치가 미리 정해진 추가 시간 동안 유지되는지 여부(104)를 모니터링하는 것인, 온도 제어 방법(100).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 추가 시간은 10분보다 긴 것인, 온도 제어 방법(100).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 설정치의 증가는 3℃보다 큰 것인, 온도 제어 방법(100).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 설정치의 증가는 20℃보다 작은 것인, 온도 제어 방법(100).
  7. 건식 진공 펌프 형식의 진공 펌프(2)로서,
    - 고정자(5),
    - 적어도 하나의 펌핑 스테이지(T1-T5),
    - 적어도 하나의 펌핑 스테이지 내로 연장하여 적어도 하나의 회전자(8)를 지지하는 2개의 샤프트(6, 7)로서, 상기 회전자(8)들은 진공 펌프(2)의 흡입구로(9)부터 배출구(10)로 펌핑될 가스(G)를 보내기 위해 고정자(5) 내에서 서로 반대 방향으로 동기식으로 회전하도록 구성되는 것인, 2개의 샤프트들(6, 7),
    - 상기 고정자(5)에 결합되는 적어도 하나의 냉각 요소(11a, 11b),
    - 상기 고정자(5)의 온도를 측정하도록 구성되는 적어도 하나의 온도 센서(12a, 12b), 및
    - 상기 적어도 하나의 냉각 요소(11a, 11b) 및 상기 적어도 하나의 온도 센서(12a, 12b)에 의해 상기 고정자(5)의 온도를 제어하도록 구성되는 제어 유닛(13)
    을 포함하는 진공 펌프(2)에 있어서,
    상기 제어 유닛(13)은 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 온도 제어 방법(100)을 구현하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 건식 진공 펌프 형식의 진공 펌프(2).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 펌프(2)는 저진공 펌프(rough vacuum pump)인 것을 특징으로 하는, 건식 진공 펌프 형식의 진공 펌프(2).
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 진공 펌프(2)는 상기 고정자(5)에 결합되는 2개의 냉각 요소(11a, 11b)들을 포함하고, 각 냉각 요소(11a, 11b)는 상기 진공 펌프(2)의 각 축방향 단부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 건식 진공 펌프 형식의 진공 펌프(2).
  10. 챔버(3)를 포함하는 설비(1)에 있어서,
    제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 건식 진공 펌프 형식의 상기 진공 펌프(2)를 포함하며, 상기 진공 펌프(2)는 상기 챔버(3) 내부를 펌핑하기 위해 상기 챔버(3)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 설비(1).
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