KR20210126547A - 건식 저진공 펌프 - Google Patents

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앙투안 덴그레빌
피에릭 고디낫
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티에리 닐
얀 레마콴드
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Abstract

본 발명은, 고정자(2)에 형성되며 유입구 오리피스가 적어도 하나의 퍼지 가스 공급원에 연결되도록 의도되며 적어도 하나의 유출구 오리피스가 전달부(5)와 연통하는 마지막 펌핑 스테이지(3e)와 연통하는 것인 덕트 및 이 덕트에 주입된 퍼지 가스를 40℃보다 높은 온도로 적어도 부분적으로 가열하도록 구성된 가열 장치(24)를 포함하는, 가열된 퍼지 가스를 주입하기 위한 장치(15)를 포함하는 건식 저진공 펌프(1)에 관한 것이다.

Description

건식 저진공 펌프
본 발명은 "루츠(roots)” 또는 "클로(claw)” 또는 스크류(screw) 유형 펌프와 같은 건식 저진공 펌프에 관한 것이다
건식 저진공 펌프는 급송될 가스가 흡기부와 전달부 사이에서 통과하여 순환하는 여러 개의 직렬 펌핑 스테이지(pumping stage)를 포함한다. 알려진 저진공 펌프는 "루츠" 펌프로도 알려진 회전 로브(rotary lobe)를 구비한 펌프와, "클로” 펌프로도 알려진 클로를 구비한 펌프, 또는 그 밖에 스크류 유형 펌프로 구분된다. 이러한 진공 펌프는 "건식"으로 일컬어지는데, 그 이유는 작동 중에 회전자가 회전자 사이의 또는 고정자와의 기계적 접촉 없이 고정자 내부에서 회전하며, 이것은 펌핑 스테이지에서 오일을 사용하지 않는 것이 가능함을 의미하기 때문이다.
특정 저진공 펌프가, 예를 들어, 분말, 페이스트 또는 조각 형태의 고체 부산물을 생성하는 화학 물질을 채용하는 공정에 사용된다. 이에 해당하는 경우로는, 예를 들어, 반도체, 태양광 스크린, 평면 스크린 또는 LED의 제조에 사용되는 특정 공정이 있다. 이러한 고체 또는 응축성 부산물이 진공 펌프로 유입되어, 특히, 회전자의 회전을 방해하거나, 최악의 경우, 회전자의 회전을 완전히 방해함으로써 펌프의 작동을 손상시킬 수도 있다. 특정 용례에서는 또한, H2, SiH4, TEOS와 같이 잠재적으로 폭발성 및/또는 인화성인 부산물이나 가스가 방출된다.
이러한 위험을 억제하기 위해, 급송된 가스가 일반적으로, 진공 펌프에 주입된 퍼지 가스(purge gas)로 희석된다. 질소가 일반적으로, 각각의 펌핑 스테이지에서 진공 펌프를 따라 분포된 주입 노즐을 통해 주입된다. 또한, 경우에 따라 가열된 추가 퍼지 가스를 주입함으로써 진공 펌프의 하류에 위치한 파이프를 퍼지 처리하여 급송 가스가 파이프 또는 가스 처리 시스템(저감 시스템이라고도 함)의 진공 펌프 유출구에서 응축되는 것을 방지하는 것이 필요한 경우가 있을 수도 있다.
이와 같이 가열된 추가 퍼지 가스를 주입하면 가스를 효과적으로 희석하는 것이 가능하긴 하지만, 그럼에도 불구하고 상당한 비용이 발생한다. 또한, 이러한 추가 퍼지 가스는 퍼지 가스의 주입 지점 상류에 위치한 요소에는 도움이 되지 않으며, 특히, 진공 펌프에 도움이 되지 않는다.
본 발명의 일 목적은 진공 펌프의 퍼지 처리의 효용성을 향상시키는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 급송 가스의 퍼지 처리와 관련된 비용을 감소시키는 것이다.
이를 위해, 본 발명의 일 주제는, 진공 펌프의 흡기부와 전달부 사이에 직렬로 장착된 적어도 2 개의 펌핑 스테이지를 포함하는 고정자; 적어도 2 개의 펌핑 스테이지에 배열되며, 급송될 가스를 흡기부와 전달부 사이에 혼입하기 위해 반대 방향으로 동기식으로 회전하도록 구성된 샤프트들에 의해 지지되는 2 개의 회전자를 포함하는 건식 저진공 펌프로서, 고정자에 형성되며 유입구 오리피스가 적어도 하나의 퍼지 가스 공급원에 연결되도록 의도되며 적어도 하나의 유출구 오리피스가 전달부와 연통하는 마지막 펌핑 스테이지와 연통하는 것인 덕트; 및 덕트에 주입된 퍼지 가스를 40℃보다 높은 온도로 적어도 부분적으로 가열하도록 구성된 가열 장치를 포함하는 가열된 퍼지 가스를 주입하기 위한 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 펌프에 관한 것이다.
전달부 펌핑 스테이지에 주입된 퍼지 가스 흐름 중 일부를 가열하면 진공 펌프의 열 평형을 수정하지 않고 주입된 퍼지 가스의 흐름을 상당히 증가시키는 것이 가능하다. 전달부 펌핑 스테이지에서 주입된 퍼지 가스에 의하면 급송 가스, 특히, H2, SiH4, TEOS와 같은 잠재적으로 폭발성 및/또는 인화성인 가스 또는 반응 부산물과 같은 응축성 가스를 효과적으로 희석하는 것이 가능하다.
전달부 펌핑 스테이지에서 수행된 희석에 의해 가능한 한 전달부에 가까이에서 진공 펌프에서 가스를 직접 희석하여, 진공 펌프와 진공 펌프 하류의 종래 기술의 퍼지 가스 주입 지점 사이의 저온의 또는 부적절한 희석 구역을 제거하는 것이 가능하다. 이것은 진공 펌프 하류에 위치한 파이프에서 또는 가스 처리 시스템 및 진공 펌프에서 급송 가스가 응축되는 것을 방지한다.
진공 펌프의 수명이 연장될 수 있다.
또한, 진공 펌프에 직접 주입된 퍼지 가스가, 동일한 에너지로 가열되어 이러한 하류 파이프에 직접 주입된 경우에서보다, 하류에 위치한 파이프에 도달할 때 더 고온이다. 따라서, 퍼지 가스의 가열을 위한 전력 소비가 진공 펌프 하류의 외부 가열 해결 방안과 비교하여 감소될 수 있다.
예시적인 일 실시예에 따르면, 덕트의 유출구 오리피스가 샤프트와 고정자의 샤프트 통로 사이의 간극을 통해 마지막 펌핑 스테이지와 연통하는 적어도 하나의 샤프트 통로와 연통한다. 따라서, 퍼지 가스가 펌핑 스테이지에서 적어도 하나의 샤프트 주위로 확산된다.
예를 들어, 덕트가 펌핑 스테이지의 2 개의 샤프트 통로와 연통한다.
진공 펌프는 샤프트 통로를 밀봉하기 위해 진공 펌프의 윤활 베어링과 펌핑 스테이지 사이에 개재된 적어도 하나의 밀봉 장치를 추가로 포함할 수도 있다. 예시적인 일 실시예에 따르면, 덕트가 밀봉 장치와 펌핑 스테이지 사이의 샤프트 통로와 연통한다. 따라서, 밀봉 장치 이전에 주입된 퍼지 가스에 의해 급송 가스와 밀봉 장치 사이에 장벽을 형성하는 것이 가능하여, 밀봉 장치의 수명을 연장하는 것이 가능하다.
예시적인 일 실시예에 따르면, 덕트가 유입구 오리피스에 연결된 선형 부분을 구비하며, 선형 부분이 2 개의 샤프트 사이에 개재되며 2 개의 활 형상의 공동과 연통하며, 각각의 공동이 해당 샤프트 통로와 연통한다. 따라서, 퍼지 가스가 밀봉 장치 이전에서 활 형상의 공동에 의해 펌핑 스테이지에서 샤프트 주위로 확산된다.
가열된 퍼지 가스를 주입하기 위한 장치가, 가열 장치에 의해 가열된 퍼지 가스와 유체 연통하는 온도 탐침; 및 퍼지 가스의 온도를 제어하기 위해 가열 장치의 전원 및 온도 탐침에 연결된 제어부를 추가로 포함할 수도 있다.
이 때문에, 전원이 온도 탐침에 의한 온도 측정에 따라 주어진 온도 설정 값으로 제어될 수 있다. 따라서, 퍼지 가스의 가열 전력이 퍼지 가스의 유량과 요구되는 온도 설정 값에 따라 자동으로 조정될 수 있다. 제어부가 또한, 온도 결함을 검출하면 가열된 퍼지 가스를 주입하기 위한 장치에 의한 퍼지 가스의 주입을 차단할 수 있다. 이것은 잉여 퍼지 가스가 가열될 수 없는 경우 과도한 희석이 바람직하지 않기 때문이며, 그렇게 하면 진공 펌프의 열 평형이 수정되어, 예를 들어, 응축성 종의 침전을 허용할 위험이 있기 때문이다.
가열된 퍼지 가스를 주입하기 위한 장치가 퍼지 가스의 유량을 조절하기 위한 유량 조절기, 예를 들어, 수동 유량 조절기 및 주입된 퍼지 가스의 유량을 측정하도록 구성된 유량 측정 장치를 추가로 포함할 수도 있다.
유량 측정 장치의 유출구가 제어부에 추가로 연결될 수도 있으며, 제어부가, 예를 들어, 흐름이 없거나 퍼지 가스의 유량이 너무 낮은 것을 검출하는 경우 가열 전원을 차단할 수도 있다.
가열된 퍼지 가스를 주입하기 위한 장치가 가열되는 퍼지 가스의 흐름 부분이 덕트에 주입된 퍼지 가스의 10% 내지 100%이도록 구성될 수도 있다. 따라서, 한편으로는 가열되지 않은 퍼지 가스(0% 내지 90%)와 다른 한편으로는 가열된 퍼지 가스(10% 내지 100%)의 혼합물이 덕트에 주입된다.
가열된 퍼지 가스를 주입하기 위한 장치가 가열된 퍼지 가스의 유량이, 예를 들어, 33.8 Pa.m3/s보다 크도록 구성될 수도 있다.
가열 장치가 퍼지 가스를 200℃ 미만의 온도로 가열하도록 구성될 수도 있다.
예시적인 일 실시예에 따르면, 가열 장치가 퍼지 가스가 가열되기 위해 순환하도록 의도된 튜브의 유입구와 유출구 사이에서 튜브 내에 배열된 저항성 가열 요소를 포함하는 가열 카트리지를 포함한다. 가열 카트리지는 유리하게는, 예를 들어, 단열 파이프에 의해 덕트의 유입구 오리피스에 가능한 한 가깝게 위치한다.
진공 펌프는 고정자에 적어도 부분적으로 통합되며 덕트를 둘러싸는 냉각 회로를 포함할 수도 있다. 따라서, 고정자의 온도가 냉각 회로를 통해 제어될 수 있기 때문에, 특히, 고정자가 고온 퍼지 가스의 주입으로 인해 과열되지 않는다.
진공 펌프는, 고정자에 형성되며, 퍼지 가스 공급원에 연결되도록 의도되며, 진공 펌프의 적어도 하나의 베어링에 개방된 베어링 퍼지 덕트를 추가로 포함할 수도 있다.
진공 펌프는 고정자에 형성되며, 퍼지 가스 공급원에 연결되도록 의도되며, 하나의 펌핑 스테이지의 유출구를 후속 펌핑 스테이지의 유입구에 연결하는 스테이지간 관에 개방된 적어도 하나의 스테이지 퍼지 덕트를 추가로 포함할 수도 있다.
예시적인 일 실시예에 따르면, 한편으로는 퍼지 가스 공급원에 그리고 다른 한편으로는 베어링 퍼지 덕트, 스테이지 퍼지 덕트, 덕트, 및 가열 장치의 유출구에 연결된 파이프에 결합되도록 의도된 분배기를 포함한다.
진공 펌프는 분배기에 의해 분배된 퍼지 가스의 적어도 일부를 가열하도록 구성된 추가 가열 장치를 추가로 포함할 수도 있다.
추가의 이점 및 특징이 첨부 도면을 연구함과 함께 본 발명의 특정한 비제한적인 실시예에 대한 이하의 설명을 읽음으로써 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 건식 진공 펌프의 요소를 관통하는 수직 종단면의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 2는 하나의 펌핑 스테이지에 있는 도 1의 진공 펌프의 요소의 횡단면도를 보여준다.
도 3은 도 1의 진공 펌프의 요소를 관통하는 수평 방향 종단면을 위에서 본 개략도를 보여준다.
도 4는 진공 펌프의 제 1 지지부에 있는 도 1의 진공 펌프의 요소의 횡단면도를 보여준다.
도 5는 가열된 퍼지 가스를 주입하기 위한 장치의 개략도를 보여준다.
도 6은 가열된 퍼지 가스를 주입하기 위한 장치의 가열 장치의 종단면의 개략도를 보여준다.
도 7은 진공 펌프의 다른 개략도를 보여준다.
이들 도면에서, 동일한 요소는 동일한 도면 부호를 갖는다.
이하의 실시예는 예일 뿐이다. 하나 이상의 실시예가 설명되지만, 이것이 반드시 각각의 참조가 동일한 실시예에 관한 것이거나 특징이 하나의 단일 실시예에만 적용된다는 것을 의미하는 것은 아니다. 다양한 실시예의 간단한 특징이 또한 다른 실시예를 제공하기 위해 결합되거나 상호 호한 가능할 수도 있다.
저진공 펌프는 대기압으로 급송될 가스를, 2 개의 회전자를 사용하여, 흡기하며, 반송한 다음, 전달하도록 구성된 양의 변위의 진공 펌프로서 정의된다. 회전자가 저진공 펌프의 모터에 의해 회전 구동되는 2 개의 샤프트에 의해 지지된다. 저진공 펌프는 대기압에서 시동될 수도 있다.
"상류(upstream)"는 급송될 가스가 순환되는 방향과 관련하여 다른 요소의 앞에 위치한 요소를 의미한다. 반대로, "하류(downstream)"는 급송될 가스가 순환되는 방향과 관련하여 다른 요소의 뒤에 배치한 요소를 의미하며, 가스가 급송되는 방향으로 상류에 위치한 요소가 하류에 위치한 요소보다 낮은 압력에 있다.
건식 저진공 펌프(1)는 흡기부(4)와 전달부(5) 사이에 직렬로 장착된 적어도 2 개의 펌핑 스테이지(3a 내지 3e)를 포함하는 고정자(2) 및 적어도 2 개의 펌핑 스테이지(3a 내지 3e)에 배열된 2 개의 회전자(6)를 포함한다(도 1).
고정자(2)는, 특히, 펌핑 스테이지(3a 내지 3e)의 챔버를 형성하는 진공 펌프(1)의 모든 정적 구성 요소에 의해 형성된다.
회전자(6)가 흡기부(4)와 전달부(5) 사이에 급송될 가스를 혼입하기 위해 반대 방향으로 동기식으로 회전하도록 구성된 샤프트(7)들에 의해 지지된다. 샤프트(7)가 진공 펌프(1)의 모터(8)에 의해 구동된다.
회전자(6)가, 예를 들어, "루츠" 유형(도 2) 또는 "클로" 유형 또는 스크류 유형의 동일한 프로파일을 갖는 로브를 구비하거나, 일부 다른 유사한 양의 변위의 진공 펌프 원리를 채용한다.
진공 펌프(1)가, 예를 들어, 급송될 가스가 순환할 수 있는 5 개의 펌핑 스테이지(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)를 포함한다. 각각의 펌핑 스테이지(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)가 회전자(6)를 수용하는 챔버에 의해 형성되며, 챔버는 개개의 유입구 및 개개의 유출구를 포함한다. 회전 동안, 유입구로부터 유입된 가스가 회전자(6)와 고정자(2) 사이에 생성된 체적에 포획된 다음, 다음 스테이지를 향해 회전자(6)에 의해 혼입된다. 연속적인 펌핑 스테이지(3a 내지 3e)가 선행 펌핑 스테이지(3a 내지 3d)의 유출구를 후속 펌핑 스테이지(3b 내지 3e)의 유입구에 결합하는 개개의 스테이지간 관(9)에 의해 차례로 직렬로 결합된다. 제 1 펌핑 스테이지(3a)(저압 펌핑 스테이지라고도 함)의 유입구가 진공 펌프(1)의 흡기부(4)와 연통한다. 마지막 펌핑 스테이지(3e)(고압 펌핑 스테이지 또는 전달부 펌핑 스테이지라고도 함)의 유출구가 전달부(5)와 연통한다. 고압 펌핑 스테이지(3e)와 저압 펌핑 스테이지(3a) 사이에 개재된 펌핑 스테이지(3b, 3c, 3d)는 중간 펌핑 스테이지라 한다.
진공 펌프(1)는 대기압에서 시동될 수 있으며 급송 가스를 대기압으로 전달하도록 구성된 저진공 펌프이다.
샤프트(7)를 구동하는 모터(8)가, 예를 들어, 진공 펌프(1)의 일 단부, 예를 들어, 마지막 펌핑 스테이지(3e)의 측면에 위치한다.
진공 펌프(1)가 적어도 하나의 윤활제 섬프(sump)(10)를 포함할 수도 있다. 그리스(grease) 및/또는 오일과 같은 윤활제가, 특히, 샤프트(7)를 동기화하기 위한 기어 휠(12) 및 회전자(6)의 샤프트(7)를 지지하는 베어링(11)의 구름 베어링의 윤활을 위해 사용될 수 있다(도 3). 예를 들어, 진공 펌프(1)가 모터(8)와 제 1 또는 마지막 펌핑 스테이지(3a 또는 3e) 사이에 배치된 윤활제 섬프(10)를 포함한다. 샤프트(7)의 베어링(11)이 진공 펌프(1)의 타단부에 있는 그리스에 의해 또는 제 2 윤활제 섬프를 사용하여 윤활 처리될 수도 있다.
윤활제에 대한 적어도 하나의 밀봉 장치(13a, 13b)가 윤활 처리 베어링(11)과 펌핑 스테이지(3e, 3a) 사이에 개재되어 샤프트 통로(14a, 14b)를 밀봉할 수도 있다. 밀봉 장치(13a, 13b)가 회전 샤프트(7) 주위의 샤프트 통로(14a, 14b)에 매우 낮은 전도도를 생성하여, 특히, 윤활제 섬프(10)로부터 건식 펌핑 스테이지(3a 내지 3e)를 향해 윤활 유체가 통과하는 것을 크게 제한하는 것을 가능하게 하면서 동시에 샤프트(7)의 회전을 허용한다. 각각의 밀봉 장치(13a, 13b)가, 예를 들어, 샤프트(7)를 둘러싸는 2 개의 시일(seal)과 같은 적어도 하나의 시일을 포함한다(도 3). 시일은, 예를 들어, 립 시일(lip seal), 래비린스 시일(labyrinth seal) 또는 래비린스, 또는 이들 실시예의 조합으로서 일컬어지는 러빙 시일(rubbing seal)이다.
도 3, 도 4 및 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 진공 펌프(1)가 가열된 퍼지 가스를 주입하기 위한 장치(15) 및 덕트(16)를 추가로 포함한다.
덕트(16)가 고정자(2)에 형성된다. 덕트(16)의 유입구 오리피스(16a)가 적어도 하나의 퍼지 가스 공급원에 연결되도록 의도된다. 덕트(16)는 전달부 펌핑 스테이지(3e)에 질소와 같은 퍼지 가스를 주입하기 위해 전달부(5)와 연통하는 마지막 펌핑 스테이지(3e)와 연통하는 적어도 하나의 유출구 오리피스(16b, 16c)를 구비한다.
덕트의 유출구 오리피스가 회전자(6)(도시하지 않음)를 수용하는 하우징에서 고정자(2)로부터, 예를 들어, 마지막 펌핑 스테이지(3e)로 직접 개방된다. 예시적인 다른 실시예에 따르면, 덕트(16)의 유출구 오리피스(16b, 16c)가 마지막 펌핑 스테이지(3e)와 연통하는 적어도 하나의 샤프트 통로(14a, 14b)와, 샤프트(7)와 고정자(2)의 샤프트 통로(14a, 14b) 사이의 간극을 통해, 연통한다. 따라서, 덕트(16)가 고정자(2)를 통과하여 퍼지 가스를 적어도 하나의 샤프트 통로(14a, 14b)를 통해 펌핑 스테이지(3e)로 운반한다. 따라서, 퍼지 가스가 펌핑 스테이지(3e)에서 적어도 하나의 샤프트(7) 주위로 확산된다.
덕트(16)는 밀봉 장치(13a, 13b)와 펌핑 스테이지(3e) 사이의 적어도 하나의 샤프트 통로(14a, 14b)와 연통한다. 따라서, 밀봉 장치(13a, 13b)의 이전에서 주입된 퍼지 가스에 의해 급송 가스와 밀봉 장치(13a, 13b) 사이에 장벽을 형성하는 것이 가능하게 되어, 밀봉 장치의 수명을 연장하는 것이 가능해진다.
보다 구체적으로, 덕트(16)가 고압 펌핑 스테이지(3e)에 대해 배치된 고정자(2)의 제 1 지지부(17)(또는 고압 지지부)에 형성될 수도 있다(도 1 및 도 3). 덕트(16)가, 예를 들어, 펌핑 스테이지(3e)의 2 개의 샤프트 통로(14a, 14b)와 연통한다(도 4).
예시적인 일 실시예에 따르면, 덕트(16)가 기계 가공에 의해 생성된다. 이것은, 예를 들어, 유입구 오리피스(16a)에 연결된 선형 부분(18)을 구비한다. 선형 부분(18)은 샤프트(7)의 축선에 수직이며, 2 개의 샤프트(7) 사이에 개재된다. 선형 부분(18)이 본 예에서 활 형상의 2 개의 공동(20a, 20b)과 연통한다. 활 형상 부분의 직경이 샤프트 통로(14a, 14b)의 직경보다 실질적으로 작다. 활 형상 부분이 선형 부분(18)에 의해 연속적으로 연결된다. 각각의 공동(20a, 20b)이 덕트(16)의 유출구 오리피스(16b, 16c)의 영역에서 해당 샤프트 통로(14a, 14b)와 연통한다. 따라서, 퍼지 가스가 펌핑 스테이지(3e)에서 밀봉 장치(13a, 13b) 이전의 활 형상 공동(20a, 20b)에 의해 샤프트(7)의 주위로 확산된다.
고정자(2)의 외부에 개방되는 선형 부분(18)의 유입구 오리피스(16a)가, 예를 들어, 호스와 같은 적어도 하나의 파이프(21a, 21b)에 의해, 예를 들어, 진공 펌프(1)의 섀시에 장착되며 진공 펌프(1)의 외부의 퍼지 가스 공급원에 결합되도록 의도된 커플링(22)에 결합된다.
가열된 퍼지 가스를 주입하기 위한 장치(15)가 덕트(16)에 주입된 퍼지 가스를 40℃보다 높은 온도로 적어도 부분적으로 가열하도록 구성된 가열 장치(24)를 포함한다. 가열 장치는, 예를 들어, 200℃보다 낮다.
예를 들어, 퍼지 가스가 가열되는 설정 값 온도는 100℃로 예상된다.
덕트(16)에 주입된 가열된 퍼지 가스의 흐름 부분은, 예를 들어, 10% 내지 100%이다.
가열된 퍼지 가스의 유량이, 120 slm(즉, 202.7 Pa.m3/s)와 같이, 예를 들어, 20 slm(즉, 33.8 Pa.m3/s)보다 높으며, 예를 들어, 200 slm(즉, 338 Pa.m3/s)보다 낮다.
따라서, 가열된 퍼지 가스와 가열되지 않은 퍼지 가스의 혼합물이 덕트(16)로 주입될 수도 있다.
예를 들어, 퍼지 가스 유량이 120 slm이며 퍼지 가스의 흐름 중 가열된 부분이 50%인 경우, 가열된 퍼지 가스의 유량은 60 slm(즉, 101.35 Pa.m3/s)이며 가열되지 않은 퍼지 가스의 유량도 60 slm이다.
또한, 덕트(16)에 주입되는 모든 퍼지 가스(100%)를 가열하는 것도 가능하다.
전달부 펌핑 스테이지(3e)에 주입된 퍼지 가스 흐름 중 일부를 가열하면 진공 펌프(1)의 열 평형을 수정하지 않고 주입된 퍼지 가스의 흐름을 상당히 증가시키는 것이 가능하다. 적어도 하나의 샤프트 통로(14a, 14b)에서 주입되는 잠재적으로 가열되지 않은 퍼지 가스와 가열된 퍼지 가스의 혼합물에 의해, 급송 가스, 특히, H2, SiH4, TEOS와 같은 잠재적으로 폭발성 및/또는 인화성의 가스 또는 반응 부산물과 같은 응축성 가스를 효과적으로 희석하기 위해, 퍼지 가스의 흐름을 상당히 증가시키는 것이 가능하다.
전달부 펌핑 스테이지(3e)에서 달성된 희석에 의해 가능한 한 전달부(5)에 가까이에서 진공 펌프(1)의 가스를 직접 희석하는 것이 가능하다. 다량의 퍼지 가스를 마지막 펌핑 스테이지(3e)에 직접 주입하면 진공 펌프(1)와 진공 펌프 하류의 종래 기술의 퍼지 가스 주입 지점 사이의 저온의 또는 부적절한 희석 구역을 제거하는 것이 가능하다. 이것은 진공 펌프(1)의 하류에 위치한 파이프에서 또는 가스 처리 시스템 및 진공 펌프(1)에서 급송 가스가 응축되는 것을 방지한다.
진공 펌프의 수명이 연장될 수 있다.
또한, 진공 펌프(1)에 직접 주입된 퍼지 가스가, 동일한 에너지로 가열되어 이러한 하류 파이프에 직접 주입된 경우에서보다, 하류에 위치한 파이프에 도달할 때 더 고온이다. 따라서, 퍼지 가스의 가열을 위한 전력 소비가 진공 펌프(1) 하류의 외부 가열 해결 방안과 비교하여 감소될 수 있다.
예시적인 일 실시예에 따르면, 진공 펌프(1)가 고정자(2)를 냉각하기 위한 냉각 회로(25)를 포함한다(도 4). 냉각 회로(25)가, 예를 들어, 물이 주위 온도로 순환하는 것을 허용하는, 예를 들어, 유압 회로를 포함한다. 예를 들어, 냉각 회로(25)가 적어도 부분적으로 고정자(2)에, 예를 들어, 덕트(16)가 형성되는 제 1 지지부(17)에 통합된다. 이것은, 예를 들어, 파이프(16)를 둘러싸는 U-자형이다. 따라서, 특히, 고정자의 온도가 냉각 회로(25)를 사용하여 제어될 수 있기 때문에, 고정자(2)가 고온 퍼지 가스 주입으로 인해 과열되지 않는다.
도 6에서 볼 수 있는 예시적인 일 실시예에 따르면, 가열 장치(24)가 퍼지 가스가 가열되기 위해 순환하도록 의도되는 튜브(27)의 유입구(27a)와 유출구(27b) 사이에서 튜브(27) 내에 배열된 저항성 가열 요소(26)를 포함하는 가열 카트리지를 포함한다. 가열 카트리지가, 유리하게는, 덕트(16)의 유입구 오리피스(16a)에 가능한 한 가깝게 위치한다.
가열 카트리지의 튜브(27)의 유출구(27b)를 진공 펌프(1)의 덕트(16)에 연결하는 파이프(21b)가, 예를 들어, 단열 처리된다.
예시적인 일 실시예에 따르면, 가열된 퍼지 가스를 주입하기 위한 장치(15)가 가열 장치(24)에 의해 가열된 퍼지 가스와 유체 연통하는 온도 탐침(28) 및 가열 장치(24)의 전원 및 온도 탐침(28)에 연결된 전자 기판과 같은 제어부(30)를 추가로 포함한다. 제어부(30)는 퍼지 가스가 가열되는 온도를 제어하도록 구성된다.
열전대와 같은 온도 탐침(28)이, 예를 들어, 유출구(27b)의 일측 상의 튜브(27)의 일 단부에 배치되며, 저항성 가열 요소(26)로 공급되는 전력, 예를 들어, 공급 전류가 밀봉 통로(31)를 통해 유입구(27a)의 일측 상의 튜브(27)의 타단을 통과한다.
따라서, 전력 공급이 온도 탐침(28)에 의한 온도 측정에 따라 주어진 온도 설정 값으로 제어될 수 있다. 따라서, 가열 카트리지의 퍼지 가스를 가열하기 위한 전력이 퍼지 가스의 유량과 요구되는 온도 설정 값에 따라 자동으로 조정될 수 있다.
제어부(30)가 또한, 온도 결함을 검출하면 가열된 퍼지 가스를 주입하기 위한 장치(15)에 의한 퍼지 가스의 주입을 차단할 수 있다. 이것은 잉여 퍼지 가스가 가열될 수 없는 경우 과도한 희석이 바람직하지 않기 때문이며, 그렇게 하면 진공 펌프(1)의 열 평형이 수정되어, 예를 들어, 응축성 종의 침전을 허용할 위험이 있기 때문이다.
가열된 퍼지 가스를 주입하기 위한 장치(15)가 퍼지 가스의 유량을 조절하기 위한 유량 조절기(32), 예를 들어, 수동 유량 조절기 및 주입된 퍼지 가스의 유량을 측정하도록 구성된 유량 측정 장치(33)를 추가로 포함할 수도 있다.
유량 측정 장치(33)의 유출구가 또한, 제어부(30)에 연결될 수도 있으며, 제어부(30)가, 예를 들어, 흐름이 없거나 퍼지 가스의 유량이 너무 낮은 것을 검출하는 경우 가열 전력의 공급을 차단할 수도 있다.
유량 조절기(32) 및 유량 측정 장치(33)가, 예를 들어, 퍼지 가스가 퍼지 가스 공급원으로부터 가열 장치(24)를 향해 흐르는 방향으로 가열 장치(24)의 상류에 배열된다(도 5의 화살표 참조). 차단 밸브(34)가 가열 장치(24)의 상류에, 예를 들어, 유량 조절기(32)와 유량 측정 장치(33) 사이에 배치될 수도 있다. 가열된 퍼지 가스를 주입하기 위한 장치(15)가, 예를 들어, 고정자(2)를 지지하는 진공 펌프(1)의 섀시에 장착된다.
진공 펌프(1)가 또한, 고정자(2)에 형성되며 진공 펌프(1)의 적어도 하나의 베어링(11)에 개방된 베어링 퍼지 덕트(35) 및/또는 고정자(2)에 형성되며 하나의 펌핑 스테이지(3a 내지 3d)의 유출구를 후속 펌핑 스테이지(3b 내지 3e)의 유입구에 결합하는 스테이지간 관(9)에 개방되어 스테이지간 관(9)의 전부 또는 일부를 통해 퍼지 가스를 분배하는 적어도 하나의 스테이지 퍼지 덕트(36)를 포함할 수도 있다(도 1).
베어링 퍼지 덕트(35)가 구름 베어링을 수용하는 적어도 하나의 베어링(11)에 퍼지 가스를 운반하기 위해 고정자(2)를 통과한다.
보다 구체적으로, 예를 들어, 베어링 퍼지 덕트(35)가 베어링(11)이 장착된 고정자(2)의 제 2 지지부(37)(또는 저압 지지부)에 생성된다(도 1 및 도 3). 제 2 지지부(37)가 저압 펌핑 스테이지(3a)에 대해 배치된다.
베어링 퍼지 덕트(35)가, 예를 들어, 2 개의 베어링(11)과 연통한다. 예시적인 일 실시예에 따르면, 베어링 퍼지 덕트(35)가 샤프트(7)의 축선에 수직이며 2 개의 샤프트(7) 사이에 개재된 제 1 선형 부분을 구비한다. 제 1 선형 부분이 제 2 선형 부분과 연통하며, 제 2 선형 부분의 단부가 해당 베어링(11)과 연통한다(도 3).
스테이지 퍼지 덕트(36)가 퍼지 가스를 적어도 하나의 스테이지간 관(9)으로 운반하기 위해 고정자(2)를 통과한다. 진공 펌프(1)가, 예를 들어, 펌핑 스테이지(3b 내지 3d)의 유출구 근처의 개개의 스테이지간 관(9)에 개방된, 예를 들어, 3 개의 스테이지 퍼지 덕트(36)를 포함한다.
베어링 퍼지 덕트(35), 스테이지 퍼지 덕트(36), 덕트(16) 및 가열 장치(24)의 유출구(27b)에 연결된 파이프(21b)가, 예를 들어, 분배기(38)를 통해 진공 펌프(1) 외부의 퍼지 가스 공급원에 연결되도록 의도된다(도 7).
예시적인 일 실시예에 따르면, 분배기(38)가 제 1 및 제 2 분기부(38b, 38c)에 연결된 공통 몸통부(38a)를 포함한다. 제 1 분기부(38b)가 공통 몸통부(38a)를 고정자(2)의 제 2 지지부(37)에 생성된 베어링 퍼지 덕트(35)에 연결한다. 제 2 분기부(38c)가 덕트(38d, 38e)에 의해 스테이지 퍼지 덕트(36) 및 덕트(16)에 연결된다.
공통 몸통부(38a)의 유입구가 질소와 같은 퍼지 가스 공급원에 결합되도록 의도된다. 제 1 차단 밸브 및 팽창 밸브가, 예를 들어, 공통 몸통부(38a)에 배치되며, 제 2 차단 밸브가 제 1 분기부(38b)에 배치될 수도 있으며, 제 3 차단 밸브가 제 2 분기부(38c)에 배치될 수도 있다. 따라서, 급송 가스의 특성에 적합한 퍼지 가스를 운반하는 것이 가능하다. 예를 들어, 베어링(11)이 비응축성이며 및/또는 비가연성 가스가 급송되는 경우에 베어링(11)만 퍼지 처리된다.
스테이지 퍼지 덕트(36)에 연결된 3 개의 덕트(38d) 및 제 1 브랜치(38b)에, 예를 들어, 베어링 퍼지 덕트(35) 및 각각의 스테이지 퍼지 덕트(36)에서의 퍼지 흐름의 유량을 정의하는 것을 가능하게 하는 주입 노즐 또는 분사형 주입기가 제공된다. 덕트(16)에 연결된 덕트(38e)가 또한, 퍼지 가스의 순환 방향으로 가열 장치(24)의 유출구에 연결된, 덕트(38e)와 파이프(21b)의 교차점의 상류에 배치된 주입 노즐 또는 분사형 주입기를 포함할 수도 있다.
덕트(38e), 베어링 퍼지 덕트(35) 및 스테이지 퍼지 덕트(36)를 통해 분배기(38)로 주입된 퍼지 가스는 가열될 수 없다. 그러나, 진공 펌프(1)가 분배기(38)에 의해 분배된 퍼지 가스를 제 1 및/또는 제 2 분기부(38b, 38c)에서 및/또는 덕트(16) 및 파이프(21b)에 연결된 덕트(38e)에서 적어도 부분적으로 가열하도록 구성된 추가 가열 장치(39)를 포함할 수도 있다. 추가 가열 장치(39)가, 예를 들어, 덕트(38d, 38e)에 연결된 제 2 분기부(38c)에 배치된다.
이러한 가열은 가열 장치(24)에 의한 퍼지 가스의 가열과 독립적일 수도 있다. 유량 및/또는 온도가 각각의 펌핑 스테이지(3b 내지 3e)에 대해 그리고 제 2 지지부(37)의 베어링(11)에 대해 독립적으로 제어될 수 있으며, 또는 가열된 퍼지 가스를 주입하기 위한 장치(15)에 의해 주입된 퍼지 가스의 유량 및 온도와 적어도 독립적으로 제어될 수 있다.

Claims (15)

  1. 건식 저진공 펌프(1)로서,
    - 건식 저진공 펌프(1)의 흡기부(4)와 전달부(5) 사이에 직렬로 장착된 적어도 2 개의 펌핑 스테이지(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)를 포함하는 고정자(2);
    - 적어도 2 개의 펌핑 스테이지(3a 내지 3e)에 배열되는 2 개의 회전자로서, 회전자는, 급송될 가스를 흡기부(4)와 전달부(5) 사이에 흡인하기 위해 반대 방향으로 동기식으로 회전하도록 구성된 샤프트(7)들에 의해 지지되는 것인 2 개의 회전자(6)
    를 포함하며,
    - 고정자(2)에 형성되는 덕트로서, 덕트의 유입구 오리피스(16a)가 적어도 하나의 퍼지 가스 공급원에 연결되도록 의도되며, 덕트의 적어도 하나의 유출구 오리피스(16b, 16c)는 전달부(5)와 연통하는 마지막 펌핑 스테이지(3e)와 연통하는 것인 덕트(16);
    - 덕트(16)에 주입된 퍼지 가스를 40℃보다 높은 온도로 적어도 부분적으로 가열하도록 구성된 가열 장치(24)를 포함하는, 가열된 퍼지 가스를 주입하기 위한 장치(15)
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 저진공 펌프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    덕트(16)의 유출구 오리피스(16b, 16c)는, 고정자(2)의 적어도 하나의 샤프트 통로(14a, 14b)와 연통하여, 샤프트(7)와 샤프트 통로(14a, 14b) 사이의 간극을 통해 마지막 펌핑 스테이지(3e)와 연통하는 것을 특징으로 하는 건식 저진공 펌프.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    덕트(16)는 펌핑 스테이지(3e)의 2 개의 샤프트 통로(14a, 14b)와 연통하는 것을 특징으로 하는 건식 저진공 펌프.
  4. 제 3 항에 있어서,
    덕트(16)는 유입구 오리피스(16a)에 연결된 선형 부분(18)을 구비하며, 선형 부분(18)은 2 개의 샤프트(7) 사이에 개재되어 2 개의 활 형상의 공동(20a, 20b)과 연통하며, 각각의 공동(20a, 20b)은 해당 샤프트 통로(14a, 14b)와 연통하는 것을 특징으로 하는 건식 저진공 펌프.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    건식 저진공 펌프(1)의 윤활 베어링(11)과 펌핑 스테이지(3e) 사이에 개재되어 샤프트 통로(14a, 14b)를 밀봉하는 적어도 하나의 밀봉 장치(13a, 13b)
    를 포함하며,
    덕트(16)는 밀봉 장치(13a, 13b)와 펌핑 스테이지(3e) 사이의 샤프트 통로(14a, 14b)와 연통하는 것을 특징으로 하는 건식 저진공 펌프.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열된 퍼지 가스를 주입하기 위한 장치(15)는,
    - 가열 장치(24)에 의해 가열된 퍼지 가스와 유체 연통하는 온도 탐침(28);
    - 퍼지 가스의 온도를 제어하기 위해 가열 장치(24)의 전원 및 온도 탐침(28)에 연결된 제어부(30)
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 저진공 펌프.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열 장치(24)는, 퍼지 가스가 가열되기 위해 순환하도록 의도된 튜브(27)의 유입구(27a)와 유출구(27b) 사이에서 튜브(27) 내에 배열된 저항성 가열 요소(26)를 포함하는 가열 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 저진공 펌프.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열된 퍼지 가스를 주입하기 위한 장치(15)는, 가열되는 퍼지 가스의 흐름 부분이 덕트(16)에 주입된 퍼지 가스의 10% 내지 100%이도록 구성되는 것을 특징으로 하는 건식 저진공 펌프.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열된 퍼지 가스를 주입하기 위한 장치(15)는 가열된 퍼지 가스의 유량이 33.8 Pa.m3/s보다 크도록 구성되는 것을 특징으로 하는 건식 저진공 펌프.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열 장치(24)는 퍼지 가스를 200℃ 미만의 온도로 가열하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 건식 저진공 펌프.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    고정자(2)에 적어도 부분적으로 통합되고 덕트(16)를 둘러싸는 냉각 회로(25)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 저진공 펌프.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    고정자(2)에 형성되는 베어링 퍼지 덕트(35)로서, 퍼지 가스 공급원에 연결되도록 의도되며, 건식 저진공 펌프(1)의 적어도 하나의 베어링(11)에 개방되는 베어링 퍼지 덕트(35)
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 저진공 펌프.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    고정자(2)에 형성되는 적어도 하나의 스테이지 퍼지 덕트(36)로서, 퍼지 가스 공급원에 연결되도록 의도되며, 하나의 펌핑 스테이지의 유출구를 후속 펌핑 스테이지의 유입구에 연결하는 스테이지간 관(9)에 개방되는 적어도 하나의 스테이지 퍼지 덕트(36)
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 저진공 펌프.
  14. 제 12 항 및 제 13 항에 있어서,
    한편으로는 퍼지 가스 공급원에 그리고 다른 한편으로는 베어링 퍼지 덕트(35), 스테이지 퍼지 덕트(들)(36), 덕트(16), 및 가열 장치(24)의 유출구(27b)에 연결된 파이프(21b)에 결합되도록 의도된 분배기(38)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 저진공 펌프.
  15. 제 14 항에 있어서,
    분배기(38)에 의해 분배된 퍼지 가스의 적어도 일부를 가열하도록 구성된 추가 가열 장치(39)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 저진공 펌프.
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