KR20220035090A

KR20220035090A - 펌프 유닛

Info

Publication number: KR20220035090A
Application number: KR1020227000082A
Authority: KR
Inventors: 크리스토프 산티; 에릭 만달라츠; 티바트 보릴혼
Original assignee: 파이퍼 배큠
Priority date: 2019-07-17
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2022-03-21
Also published as: WO2021008834A1; TW202120792A; FR3098869B1; FR3098869A1; CN114144572A; DE112020003410T5; US20220299030A1; US11815096B2; JP2022541763A

Abstract

펌핑되는 가스의 유동 방향(G)으로, 저진공 펌프(2) 및 이 저진공 펌프(2)의 상류측에 직렬로 연결된 루츠 진공 펌프(3)를 포함하는 펌프 유닛(1)에 있어서,
- 상기 루츠 진공 펌프(3)는 회전자들(10)이 상기 루츠 진공 펌프(3)의 모터(M2)에 의해 동시에 회전 구동되도록 설계되는 3개의 펌핑 스테이지들(B1-B3)을 가지며,
- 상기 저진공 펌프(2)의 마지막 펌핑 스테이지(T3)에 의해 생성된 유량에 대한, 상기 저진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)에 의해 상기 펌핑되는 가스의 유동 방향(G)으로 생성된 유량의 비율은 4 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

펌프 유닛

본 발명은 저진공 펌프(rough-vacuum pump)와 이 저진공 펌프의 상류측에 직렬로 배치되는 루츠 진공 펌프(Roots vacuum pump)를 포함하는 펌프 유닛에 관한 것이다.

저진공 펌프는, 펌핑될 가스가 흡입측과 토출측 사이에서 유동하는, 직렬로 배열된 복수의 펌핑 스테이지(pumping stage)들을 갖는다. 알려진 저진공 펌프들로는 2개 또는 3개의 회전 로브들을 갖는 "루츠" 펌프 또는 2개의 클로(claw)들을 갖는 "클로" 펌프를 들 수 있다.

저진공 펌프들은 고정자 내부에서 반대 방향으로 회전하는 동일한 프로파일을 구비한 2개의 회전자들을 갖는다. 회전하는 동안, 펌핑되는 가스는 회전자와 고정자에 의해 형성하는 자유 공간에 갇히고, 회전자들에 의해 다음 스테이지로 구동된 다음, 점진적으로 상기 진공 펌프의 토출측으로 이동된다. 펌프는 회전자와 고정자 사이에서 어떠한 기계적 접촉 없이 작동하므로 상기 펌핑 스테이지들에서 오일을 사용할 필요가 없게 된다

펌핑 효율, 특히 유속을 증가시키기 위해, 루츠 블로어(Roots blower)로서도 알려진 루츠 진공 펌프가 상기 저진공 펌프의 상류측에 직렬로 장착된다. 상기 루츠 진공 펌프에 의해 생성된 유량은 상기 저진공 펌프에 의해 생성된 유량의 대략 20배일 수 있다. 이와 같은 진공 펌프는 일반적으로 상기 저진공 펌프의 모터의 회전 주파수보다 통상적으로 큰 회전 주파수에서 상기 회전자들을 회전 구동시키기 위한 모터 및 하나 또는 2개의 펌핑 스테이지들을 갖는다.

상기 저진공 펌프는 일반적으로 펌프 유닛에서 가장 먼저 고장나는 구성 요소이다. 상기 저진공 펌프는 또한 가장 비용이 많이 드는 구성 요소이다. 실제로, 저진공 펌프는 낮은 최종 진공 압력(펌핑된 유동이 없는 경우)과 루츠 진공 펌프를 적절하게 완화시키기 위한 만족스러운 펌핑 속도를 보장하는 가장 높은 압축비를 제공하기 때문에, 저진공 펌프는 다양한 응력, 특히 열적 및 기계적 응력을 받는다.

이와 같은 높은 압축비를 보장하기 위해, 저진공 펌프는 많은 수의 펌핑 스테이지들, 대부분의 경우 5 내지 7 사이의 펌핑 스테이지들을 갖는다. 이와 같은 펌프들은 또한 회전자와 고정자 사이의 제어된 작동 간격을 보장하도록 설계되어야 한다.

더욱이, 상기 저진공 펌프에 의해 펌핑되는 가스의 압력은 루츠 진공 펌프에서보다 높기 때문에, 특히 최종 펌핑 스테이지들에서, 저진공 펌프들에 대한 부식 공격 위험이 더 크다.

에너지를 절약하기 위해 진공 펌프의 주파수를 최적화하는 것도 또한 어렵다. 실제로 진공 펌프의 전력 소비를 감소시키기 위해, 극한 진공 단계(ultimate-vacuum phase)로 언급되는 대기 단계에서 회전 주파수를 낮추는 것은 공지된 사실이다. 그러나, 회전자들이 동일한 모터에 의해 구동되기 때문에, 저진공 펌프의 모든 펌핑 스테이지들의 주파수를 동시에 수정하는 것만이 가능하다. 따라서, 상기 저진공 펌프의 회전 주파수를 과도하게 감소시키면, 펌핑 성능이 크게 저하되어 효율성의 제한을 초래할 수 있다.

본 발명의 목적들 중 하나는 적어도 부분적으로 상기 종래 기술의 단점들 중 하나를 극복하는 개선된 펌프 유닛을 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 위해, 본 발명은 펌핑되는 가스의 흐름 방향으로, 저진공 펌프 및 이 저진공 펌프의 상류측에 직렬로 연결된 루츠 진공 펌프를 포함하는 펌프 유닛에 관한 것으로서,

- 상기 루츠 진공 펌프는 회전자들이 상기 루츠 진공 펌프의 모터에 의해 동시에 회전 구동되도록 설계되는 3개의 펌핑 스테이지들을 가지며,

- 상기 저진공 펌프의 마지막 펌핑 스테이지에 의해 생성된 유량에 대한, 상기 저진공 펌프의 제1 펌핑 스테이지에 의해 상기 펌핑되는 가스의 유동 방향으로 생성된 유량의 비율은 4 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 비율은 예를 들면 3 이하, 예를 들면 2이다.

3개의 펌핑 스테이지들을 갖는 루츠 진공 펌프를 사용하면 종래 기술의 저진공 펌프의 펌핑 스테이지를 상기 루츠 진공 펌프로 "이동"시킨다. 상기 저진공 펌프의 제1 펌핑 스테이지는 상기 루츠 진공 펌프의 마지막 펌핑 스테이지가 된다. 실제로, 상기 스테이지는 상기 루츠 진공 펌프의 모터에 의해 구동되는 결과로서 특히 더 빠르게 회전할 수 있다.

이와 같은 상기 펌핑 스테이지의 이동은 상기 저진공 펌프의 압축비를 현저히 감소시키고, 결과적으로 상기 저진공 펌프에 가해지는 응력을 감소시키는 데 도움이 되며, 상기 응력은 부분적으로 상기 루츠 진공 펌프로 이동된다. 이는 상기 저진공 펌프에 대한 유지 보수 사이의 시간을 연장하는 것을 가능하게 한다. 상기 루츠 진공 펌프는 보다 낮은 압력에서 작동하기 때문에, 이와 같은 응력은 덜 중요하다.

특히, 압축비가 낮을수록 샤프트에 가해지는 굽힘 응력을 감소시킬 수 있다. 이를 통해 회전자를 지지하는 샤프트들 사이의 중심 간 거리를 감소시킬 수 있어서, 상기 저진공 펌프의 크기를 감소시키는 데 도움이 된다. 상기 저진공 펌프가 작을수록 더 적은 재료를 필요로 하기 때문에 비용을 감소시키는 데 도움이 되며, 니켈 도금과 같은 표면 처리 비용과 운송 비용, 특히 항공 화물 운임이 절감된다.

이는 또한, 특히 상기 저진공 펌프의 움직이는 부분에 퇴적되기 쉬운 물질을 펌핑할 때, 정지된 저진공 펌프를 재개시키기 위해 높은 프라이밍 토크(priming torque)를 제공한다.

상기 저진공 펌프의 낮은 압축비는 또한 더 적은 전력의 모터를 사용할 수 있게 한다.

상기 저진공 펌프의 낮은 압축비로 인한 열적, 기계적 응력의 감소도 또한 상기 저진공 펌프의 신뢰성을 높이는 데 도움이 된다. 이는, 예를 들면 상기 저진공 펌프가 보다 높은 가스 유동을 흡수하거나 또는 펌핑 스테이지들의 치수 및 그에 따른 상기 저진공 펌프의 크기를 감소시키는 것을 가능하게 하기 위해, 회전 주파수를 증가시킬 수 있게 한다.

그와 같은 낮은 압축비를 갖는 저진공 펌프는 표준이 아니다. 상기 저진공 펌프는 종래의 저진공 펌프로서 단독으로 작동할 수 없기 때문에 상기 펌프 유닛에 특정하지만, 특히 본 발명에 따른 3개의 펌핑 스테이지들을 갖는 루츠 진공 펌프의 하류측에서 작동하도록 설계된다.

상기 펌프 유닛은 또한 개별적으로 또는 조합하여 취해진, 아래에 설명된 하나 이상의 특징을 가질 수 있다.

상기 저진공 펌프는 예를 들면 적어도 3개의 펌핑 스테이지들, 예를 들면 3개 내지 5개, 또는 3개 또는 4개의 펌핑 스테이지들을 가지며, 여기서 회전자들은 상기 저진공 펌프의 모터에 의해 동시에 회전 구동되도록 설계된다.

상기 저진공 펌프의 제1 펌핑 스테이지에 의해 생성된 유량은 예를 들면 500m³/h 이하, 예를 들면 200m³/h 내지 300m³/h이다.

상기 루츠 진공 펌프의 제1 펌핑 스테이지에 의해 생성된 유량은 예를 들면 상기 저진공 펌프의 제1 펌핑 스테이지에 의해 생성된 유량보다 10배 또는 20배 더 크다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 루츠 진공 펌프의 제1 펌핑 스테이지에 의해 생성된 유량은 예를 들면 5000m³/h 초과, 예를 들면 6000m³/h이다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 루츠 진공 펌프의 제1 펌핑 스테이지에 의해 생성된 유량은 예를 들면 2100m³/h 내지 3500m³/h이다. 상기 루츠 진공 펌프의 제2 펌핑 스테이지에 의해 생성된 유량은 예를 들면 447m³/h 내지 744m³/h이다. 상기 루츠 진공 펌프의 제3 (그리고 마지막) 펌핑 스테이지에 의해 생성된 유량은 예를 들면 298m³/h 내지 496m³/h이다.

상기 저진공 펌프의 제1 펌핑 스테이지에 의해 생성된 유량은 예를 들면 248m³/h 내지 298m³/h이다. 상기 저진공 펌프의 제2 펌핑 스테이지에 의해 생성된 유량은 예를 들면 124m³/h 내지 149m³/h이다. 상기 저진공 펌프의 제3 펌핑 스테이지에 의해 생성된 유량은 예를 들면 124m³/h 내지 149m³/h이다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 펌프 유닛은, 서로 포개진 상기 루츠 진공 펌프와 상기 저진공 펌프를 지지하는 프레임을 포함하며, 상기 저진공 펌프는 상기 루츠 진공 펌프 위에 배열된다. 상기 저진공 펌프 아래에 상기 루츠 진공 펌프를 공간적으로 배열하면 상기 펌프 유닛의 무게 중심이 낮아져, 상기 펌프 유닛의 안정성을 향상시키는 데 특히 도움이 된다.

다른 예시적 실시예에 따르면, 상기 펌프 유닛(1)은, 서로 포개진 상기 루츠 진공 펌프와 상기 저진공 펌프를 지지하는 프레임을 포함하며, 상기 루츠 진공 펌프는 상기 저진공 펌프 위에 배열된다.

상기 저진공 펌프의 모터는 예를 들면 100Hz 초과의 높은 회전 주파수 및/또는 예를 들면 50Hz 미만의 낮은 회전 주파수, 및 상기 높은 회전 주파수와 상기 낮은 회전 주파수 사이의 공칭 회전 주파수를 발생시키도록 가변적으로 설계될 수 있다. 실제로, 상기 저진공 펌프의 회전 주파수는 에너지를 절약하기 위해 훨씬 더 크게 감소할 수 있으며, 특히, 극한 진공 대기 단계들 동안에, 펌핑 성능을 상실하는 어떠한 위험도 없이, 3-스테이지 루츠 진공 펌프의 높은 압축비에 의해 보장된다. 따라서, 상기 저진공 펌프는 넓은 범위의 회전 주파수에 걸쳐서 작동할 수 있으므로, 먼저 높은 회전 주파수에서 상당한 가스 유동을 흡수할 수 있고, 두 번째로 낮은 회전 주파수에서 제로(0) 또는 무시할 수 있는 유동에 대해 전력 소비를 감소시킬 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 펌프 유닛은 상기 루츠 진공 펌프의 토출측을 상기 저진공 펌프의 토출측과 연통시키는 바이패스 덕트를 가지며, 상기 바이패스 덕트에는 상기 루츠 진공 펌프의 흡입측 압력이 압력 임계값보다 클 때 개방되도록 설계되는 밸브 장치가 장착된다.

상기 압력 임계값은 예를 들면 400mbar 내지 600mbar, 예를 들면 500mbar이다.

상기 밸브 장치는 예를 들면 체크 밸브이다.

따라서, 상기 바이패스 덕트는 예를 들면 500mbar를 초과하는 압력에서 고압 가스를 펌핑할 때 상기 저진공 펌프로부터 바이패스 경로를 제공한다. 이는 상기 루츠 진공 펌프 상에 제3 펌핑 스테이지가 존재하기 때문에 가능하다. 이와 같은 저-유량 제3 스테이지는 상기 루츠 진공 펌프가 고장 없이 더 오래 단독으로 작동할 수 있게 한다. 이와 같은 펌프 유닛은, 고압 러프 펌핑(rough pumping)을 우회함으로써, 고압 펌핑 속도를 높이고 전력 소모와 압력 강하에 필요한 시간을 감소시키는 데 도움을 준다. 본 실시예는 특히 기판 로드 록(substrate load lock)의 주기적 펌핑에 적용된다.

상기 저진공 펌프에 가해지는 열적 및 기계적 응력의 감소는 또한 상기 저진공 펌프의 펌핑 스테이지들의 고정자가 적어도 부분적으로 2개의 하프 쉘(half-shell)들로 제조될 수 있게 하며, 상기 하프 쉘들은 상기 회전자들을 지지하는 샤프트들의 축을 통과하는 조립 표면 상에 조립된다. 그와 같은 펌프는 조립이 더 빠르고 고정자의 다양한 구성 요소들이 오정렬될 위험이 감소된다. 저진공 펌프의 조립 시간을 단축하면 비용 절감에 도움이 된다.

다른 장점 및 특징들은 결코 제한적이지 않은 본 발명의 특정 실시예에 대한 설명에 포함되며, 첨부된 도면들에서:
도 1은 제1 실시예에 따른 펌프 유닛의 개략도이다.
도 2는 작동에 필요한 구성 요소들만을 도시하는, 저진공 펌프의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 3은 펌프 유닛의 제2 실시예를 도시하는, 도 1의 도면과 유사한 도면이다.
도 4는 펌프 유닛의 제3 실시예를 도시하는, 도 1의 도면과 유사한 도면이다.

이들 도면들에서 동일한 구성 요소들은 동일한 참조 번호를 사용하여 표시하였다.

다음의 실시예들 예시이다. 그 설명이 하나 이상의 실시예에 대해 언급하지만, 이는 반드시 각각의 참조가 동일한 실시예를 참조하거나 또는 특징들이 하나의 실시예에만 적용된다는 것을 의미하지는 않는다. 상이한 실시예들의 개별적인 특징들은 또한 다른 실시예들을 제공하기 위해 결합되거나 교환될 수 있다.

"생성된 유량"이라 함은 진공 펌프의 회전자와 고정자 사이에 형성되는 용적에 초당 회전수를 곱한 용량을 의미한다.

"극한 진공(ultimate vacuum)"이라 함은 어떠한 펌핑될 가스 유동도 진공 펌프 내로 주입되지 않을 때 펌핑 장치에 대해 얻어지는 최저 압력을 의미한다.

저진공 펌프는 2개의 회전자를 사용하여 대기압에서 펌핑되는 가스를 흡인, 운송한 다음 토출하도록 설계된 용적 진공 펌프이다. 상기 회전자들은 상기 저진공 펌프의 모터에 의해 회전 구동되는 2개의 샤프트 상에 지지된다. 상기 회전자들은 루츠, 클로 또는 스크류 회전자일 수 있다.

루츠-진공 펌프(루츠 송풍기라고도 함)는 2개의 루츠 회전자를 사용하여 펌핑되는 가스를 흡인, 운송한 다음 토출하도록 설계된 용적 진공 펌프이다. 상기 루츠 진공 펌프는 저진공 펌프와 직렬로 그의 상류측에 그와 장착된다. 상기 회전자들은 상기 루츠 진공 펌프의 모터에 의해 회전 구동되는 2개의 샤프트 상에 지지된다.

상기 루츠 진공 펌프는 주로, 더 큰 펌핑 용량, 더 큰 간극 허용 오차, 및 상기 루츠 진공 펌프가 대기압에서 토출되지 않으나 저진공 펌프의 상류에서 직렬로 사용되어야한다는 사실 때문에, 펌핑 스테이지의 더 큰 차원에서 상기 저진공 펌프와 다르다.

"상류"는 펌핑되는 가스의 유동 방향과 관련하여 다른 요소 앞에 배치되는 요소를 의미한다. 반대로, "하류"는 펌핑되는 가스의 유동 방향과 관련하여 다른 요소 뒤에 배치되는 요소를 의미하며, 상류측에 위치한 요소는 더 높은 압력하에 놓이는 하류측에 위치한 요소보다 낮은 압력에 있게 된다.

"위" 및 "아래"라는 용어는 바닥에 배치된 펌프 유닛의 구성 요소들의 배열과 관련하여 이해되어야 한다.

도 1은 펌프 유닛(1)의 제1 예를 도시한다.

상기 펌프 유닛(1)은 저진공 펌프(2)와 루츠 진공 펌프(3)를 포함한다.

상기 저진공 펌프(2)는 대기압에서 펌핑되는 가스를 토출하도록 설계된 다중 스테이지 진공 펌프이다.

상기 저진공 펌프(2)는, 상기 저진공 펌프(2)의 흡입측(4)과 토출측(5) 사이에서 직렬로 배열되는 적어도 3개의 펌핑 스테이지들, 예를 들면 3개 내지 5개, 또는 3개 또는 4개의 펌핑 스테이지들(T1, T2, T3)(도 1 및 도 2에서는 3개)을 가지며, 이를 통해 펌핑될 가스가 유동할 수 있다.

각각의 펌핑 스테이지(T1-T3)는 상기 저진공 펌프(2)의 고정자(6)에 형성된 압축 챔버에 의해 형성되며, 상기 압축 챔버는 각각의 입구 및 각각의 출구를 갖는다. 상기 연속적인 펌핑 스테이지들(T1-T3)은 선행 펌핑 스테이지의 출구(또는 토출측)를 다음 스테이지의 입구(또는 흡입측)에 연결하는 각각의 스테이지 간 채널들(7)에 의해 직렬로 서로 연결된다. 저압 스테이지로서도 알려진, 상기 제1 펌핑 스테이지(T1)의 입구는 상기 저진공 펌프(2)의 흡입측(4)과 연통되고, 토출 스테이지로서도 알려진 마지막 펌핑 스테이지(T3)의 출구는 상기 저진공 펌프(2)의 토출측(5)과 연통한다.

상기 저진공 펌프(2)는 또한 상기 펌핑 스테이지들(T1-T3) 내에 배열된 2개의 회전자(10)를 갖는다. 상기 회전자들(10)의 샤프트는, 예를 들면 상기 저압 스테이지(T1) 측면 상에서 상기 저진공 펌프(2)의 모터(M1)에 의해 구동된다(도 1). 상기 펌핑 스테이지들(T1-T3)의 회전자들(10)은 상기 저진공 펌프(2)의 모터(M1)에 의해 동시에 회전 구동된다.

도 2에 도시된 회전자들(10)은 루츠 회전자("8자형" 또는 "콩"형 단면)이다. 당연히, 본 발명은 또한, "클로(claw)" 펌프 또는 나선형 펌프 또는 스크류 펌프 또는 임의의 다른 유사한 원리를 갖는 용적 진공 펌프와 같은, 다른 유형의 건식 다중 스테이지 저진공 펌프에도 적용된다.

상기 회전자들(10)은 각도적으로 오프셋되고, 각각의 스테이지(T1-T3)의 압축 챔버에서 반대 방향으로 동기하여 회전하도록 구동된다. 회전하는 동안, 입구로부터 흡입된 가스는 상기 회전자(10)와 고정자(6)에 의해 형성된 자유 공간에 갇힌 후 상기 회전자들(10)에 의해 다음 스테이지로 구동된다(펌핑되는 가스의 유동 방향은 도 1 및 도 2의 화살표(G)로 도시된다).

상기 저진공 펌프(2)는, 작동할 때, 상기 회전자들(10)이 상기 고정자(6)와 어떠한 기계적 접촉 없이 상기 고정자(6) 내부에서 회전하므로, 상기 펌핑 스테이지들(T1-T3)에서 오일을 사용할 필요가 없기 때문에 "건식"이라고 지칭된다.

상기 루츠 진공 펌프(3)는 펌핑되는 가스의 유동 방향(G)으로 상기 저진공 펌프(2)의 상류측에 그와 직렬로 연결된다.

상기 루츠 진공 펌프(3)는 상기 루츠 진공 펌프(3)의 흡입측(11)과 토출측(12) 사이에 직렬로 배열되는 3개의 펌핑 스테이지들(B1, B2, B3)을 가지며(도 1), 이를 통해 펌핑되는 가스가 유동할 수 있다.

상기 저진공 펌프(1)에 있어서, 상기 루츠 진공 펌프(3)의 각각의 펌핑 스테이지(B1-B3)는 각각의 입구 및 각각의 출구를 갖는 압축 챔버에 의해 형성된다. 연속적인 펌핑 스테이지들(B1-B3)은 선행 펌핑 스테이지의 출구(또는 토출측)를 다음 스테이지의 입구(또는 흡입측)에 연결하는 각각의 스테이지 간 채널들에 의해 직렬로 서로 연결된다. 저압 스테이지로서도 알려진 제1 펌핑 스테이지(B1)의 입구는 상기 루츠 진공 펌프(3)의 흡입측(11)과 연통되고, 토출 스테이지로서도 알려진 제3의 마지막 펌핑 스테이지(B3)의 출구는 상기 루츠 진공 펌프(3)의 토출측(12) 및 결과적으로 상기 저진공 펌프(2)의 흡입측(4)과 연통된다.

상기 루츠 진공 펌프(3)는 또한 상기 펌핑 스테이지들(B1-B3) 내에 배열된 2개의 회전자(10)를 갖는다. 상기 회전자들(10)의 샤프트는 예를 들면 상기 토출 스테이지(B3)의 측면 상에서 상기 루츠 진공 펌프(3)의 모터(M2)에 의해 구동된다(도 1). 상기 펌핑 스테이지들(B1-B3)의 회전자들(10)은 상기 루츠 진공 펌프(3)의 모터(M2)에 의해 동시에 회전 구동된다.

상기 루츠 진공 펌프(3)의 회전자들(10)은 도 2의 저진공 펌프(2)의 예시에 도시된 바와 같은 루츠 회전자들("8자형" 또는 "콩"형 단면)이다.

상기 루츠 진공 펌프(3)는 또한 "건식" 진공 펌프이다.

이와 같은 제1 예시적인 실시예에서, 상기 루츠 진공 펌프(3)는 상기 저진공 펌프(2) 위에 배열된다. 상기 펌프는 예를 들면 펌프 유닛(1)의 프레임(8)에 의해 지지되며, 이는 또한 상기 저진공 펌프(2)를 지지하고, 상기 프레임(8)은 또한 피트(8a) 및/또는 캐스터(8b)를 가질 수 있어서, 상기 진공 펌프들(2, 3)이 공간적으로 서로 포개어져 함께 이동 및 저장될 수 있게 한다.

상기 2개의 진공 펌프들(2, 3)의 펌핑 스테이지들(B1-B3, T1-T3)은 상기 펌핑 스테이지들과 함께 감소(또는 동일하게 유지)되는 용적, 즉 펌핑되는 가스의 용적을 생성하며, 상기 제1 펌핑 스테이지(B1)는 가장 높게 생성된 유량을 가지며, 상기 마지막 펌핑 스테이지(T3)는 가장 낮게 생성된 유량을 갖는다. 상기 저진공 펌프(2)의 토출 압력은 대기압이다. 상기 저진공 펌프(2)는 또한 도 1에 도시된 바와 같이 상기 토출측(5)에서 상기 마지막 펌핑 스테이지(T3)의 출구에 소음기(9)를 가질 수 있다.

또한, 상기 저진공 펌프(2)의 마지막 펌핑 스테이지(T3)에 의해 생성된 유량에 대한 상기 저진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)에 의해 상기 펌핑되는 가스의 유동 방향(G)으로 생성된 유량의 비율은 4 이하, 예를 들면 3 이하이다. 이와 같은 비율은 예를 들면 2이다. 이와 같은 저진공 펌프(2)는 표준이 아니다. 상기 저진공 펌프는 종래의 저진공 펌프와 같이 단독으로 작동할 수 없기 때문에 상기 펌프 유닛(1)에 대해 고유하지만, 본 발명에 따른 3개의 펌핑 스테이지들(B1, B2, B3)을 갖는 루츠 진공 펌프(3)의 하류에서 작동하도록 특별히 설계되었다.

상기 저진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)에 의해 생성된 유량은 예를 들면 500m³/h 이하, 예를 들면 200m³/h 내지 300m³/h이다.

상기 루츠 진공 펌프(3)의 제1 펌핑 스테이지(B1)에 의해 생성된 유량은 상기 저진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)에 의해 생성된 유량보다 예를 들면 10배, 예를 들면 20배 더 크다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 루츠 진공 펌프(3)의 제1 펌핑 스테이지(B1)에 의해 생성된 유량은 예를 들면 5000m³/h 초과, 예를 들면 6000m³/h이다.

상기 펌프 유닛(1)의 스테이징의 예에 따르면, 상기 루츠 진공 펌프(3)에서, 상기 루츠 진공 펌프(3)의 제1 펌핑 스테이지(B1)에 의해 생성된 유량은 예를 들면 2100m³/h 내지 3500m³/h이고, 상기 루츠 진공 펌프(3)의 제2 펌핑 스테이지(B2)에 의해 생성된 유량은 예를 들면 447m³/h 내지 744m³/h이고, 상기 루츠 진공 펌프(3)의 제3의 마지막 펌핑 스테이지(B3)에 의해 생성된 유량은 예를 들면 298m³/h 내지 496m³/h 사이이다.

상기 저진공 펌프(2)에서, 상기 저진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)에 의해 생성된 유량은 예를 들면 248m³/h 내지 298m³/h이다. 상기 저진공 펌프(2)의 제2 펌핑 스테이지(T2)에 의해 생성된 유량은 예를 들면 124m³/h 내지 149m³/h이다. 상기 저진공 펌프(2)의 제3 펌핑 스테이지(T3)에 의해 생성된 유량은 예를 들면 상기 제2 펌핑 스테이지(T2)와 동일하며, 예를 들면 124m³/h 내지 149m³/h이다.

따라서, 본 예에 있어서, 상기 마지막 펌핑 스테이지(T3)에 의해 생성된 유량에 대한 상기 저진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)에 의해 생성된 유량의 비율은 2이다.

3개의 펌핑 스테이지들(B1, B2, B3)을 갖는 루츠 진공 펌프(3)를 사용하면 종래 기술의 저진공 펌프의 펌핑 스테이지가 상기 루츠 진공 펌프(3)로 "이동"한다. 상기 저진공 펌프의 제1 펌핑 스테이지는 상기 루츠 진공 펌프(3)의 마지막 펌핑 스테이지가 된다. 실제로, 상기 스테이지는 상기 루츠 진공 펌프(3)의 모터(M2)에 의해 구동되는 결과로서 훨씬 더 빠르게 회전할 수 있다.

상기 펌핑 스테이지의 이와 같은 이동은 상기 저진공 펌프(2)의 압축비를 현저히 감소시키고, 결과적으로 상기 저진공 펌프(2) 상에 가해지는 응력을 감소시키는 데 도움이 되며, 상기 응력은 부분적으로 상기 루츠 진공 펌프(3)로 이동된다. 이는 상기 저진공 펌프(2)의 유지 보수 사이의 시간을 연장하는 것을 가능하게 한다. 상기 루츠 진공 펌프(3)는 더 낮은 압력에서 작동하기 때문에, 이와 같은 응력은 덜 중요하다.

특히, 압축비가 낮을수록 샤프트에 가해지는 굽힘 응력을 감소시킬 수 있다. 이는 상기 회전자들(10)을 지지하는 샤프트들 사이의 중심 간 거리가 감소될 수 있게 하여, 상기 저진공 펌프(2)의 크기를 감소시키는 데 도움이 된다. 상기 저진공 펌프(2)의 크기가 작을수록 더 적은 재료가 필요하기 때문에 비용을 감소시키는데 도움이 되고, 니켈 도금과 같은 표면 처리 비용과 운송 비용, 특히 항공 화물 비용이 절감된다.

이는 또한, 특히 상기 저진공 펌프(2)의 움직이는 부분 상에 퇴적되기 쉬운 물질을 펌핑할 때, 정지된 저진공 펌프(2)를 다시 재개시키기 위한 높은 프라이밍 토크를 제공한다.

또한, 상기 저진공 펌프(2)의 낮은 압축비로 인해 더 작은 출력의 모터(M1)가 사용될 수 있다.

상기 저진공 펌프(2)의 낮은 압축비로 인해 유발되는 열적, 기계적 응력의 저감은 또한 상기 저진공 펌프(2)의 신뢰성을 높이는 데도 도움이 된다. 이는, 예를 들어 상기 저진공 펌프(2)가 더 높은 가스 유동을 흡수하거나 또는 펌핑 스테이지들의 치수를 감소시키고 그에 따라 상기 저진공 펌프(2)의 크기를 감소시킬 수 있게 하기 위해, 회전 주파수를 증가시키는 것을 가능하게 한다.

또한, 이와 같은 방식으로 상기 펌프 유닛(1)의 스테이징을 분할하면, 2개의 진공 펌프들(2, 3)의 주파수를 사용하기 쉽게 되어 소비되는 에너지를 절약할 수 있게 된다. 실제로, 상기 저진공 펌프(2)의 회전 주파수는, 3-스테이지 루츠 진공 펌프(3)의 높은 압축비에 의해 보장되는, 극한 진공 압력에서 펌핑 성능을 상실하게 될 위험 없이 훨씬 더 크게 감소될 수 있다.

따라서, 상기 저진공 펌프(2)의 모터(M1)는 예를 들면 100Hz 초과의 높은 회전 주파수 및/또는 예를 들면 50Hz 미만의 낮은 회전 주파수, 및 상기 높은 회전 주파수와 상기 낮은 회전 주파수 사이의 공칭 회전 주파수를 생성하도록 가변적으로 설계될 수 있으며, 생성된 유량 및 위에서 설명한 비율은 공칭 회전 속도에 대해 규정된다.

따라서, 상기 저진공 펌프(2)는 넓은 범위의 회전 주파수에 걸쳐 작동할 수 있으며, 먼저 높은 회전 주파수에서 상당한 가스 유동의 흡수를 가능하게 하고, 두 번째로 낮은 회전 주파수에서 제로(0) 또는 무시할 수 있는 유동에 대한 전력 소모를 감소시킨다.

또한, 낮은 압축비는 상기 저진공 펌프(2)의 펌핑 스테이지들(T1, T2, T3)의 고정자(6)의 적어도 일부가 2개의 하프 쉘들(6b, 6c)로 제조될 수 있도록 하며, 이와 같은 하프 쉘들은 상기 샤프트들의 축을 통과하는 조립 표면(S) 상에 조립된다(예를 들면, 도 2 참조). 상기 저진공 펌프의 모든 펌핑 스테이지들의 고정자(6)는 예를 들면 2개의 하프 쉘들로 제조된다. 다른 예에 따르면, 최종 2개 또는 3개의 펌핑 스테이지들(T2, T3)의 고정자만이 2개의 하프 쉘들(6b, 6c)로 제조된다.

이와 같은 펌프는 더 빠르게 조립되며, 상기 고정자의 다양한 구성 요소들이 오정렬될 위험이 줄어든다. 상기 저진공 펌프(2)의 조립 시간이 단축되면 비용 절감에 도움이 된다.

도 3은 상기 펌프 유닛(1)의 제2 예를 도시한다.

본 예는 이 경우에 상기 루츠 진공 펌프(3)가 상기 저진공 펌프(2) 아래에 배열된다는 점에서 앞의 예와 다르다.

상기 루츠 진공 펌프(3)의 3개의 펌핑 스테이지들(B1-B3)은 상기 루츠 진공 펌프(3)에 의해 생성된 더 큰 용적으로 인해 상기 저진공 펌프(2)보다 크고, 적용 가능한 경우, 상기 저진공 펌프(2)의 중심 간 거리가 작아지기 때문에, 상기 루츠 진공 펌프(3)는 상기 펌프 유닛(1) 중 가장 용적이 크고 무거운 구성 요소가 된다.

상기 루츠 진공 펌프(3)를 상기 저진공 펌프(2) 아래에 공간적으로 배치함으로써, 상기 펌프 유닛(1)의 무게 중심이 낮아지며, 이는 특히 안정성 향상에 도움이 된다.

도 4는 상기 펌프 유닛(1)의 다른 실시예를 도시한다.

본 예에서, 상기 펌프 유닛(1)은 상기 루츠 진공 펌프(3)의 토출측(12)을 상기 저진공 펌프(2)의 토출측(5)과 연통되게 하는 바이패스 덕트(13)를 갖는다. 상기 바이패스 덕트(13)에는 상기 루츠 진공 펌프(3)의 흡입측(11)에서의 압력이 압력 임계값보다 클 때 개방되도록 설계된 밸브 장치(14)가 장착된다.

상기 밸브 장치(14)는 예를 들면 체크 밸브이다. 상기 체크 밸브는 상기 체크 밸브의 교정 임계값에서 상기 저진공 펌프(2)의 자동 우회를 가능하게 한다. 상기 교정 임계값은 상기 루츠 진공 펌프(3)의 흡입측(11)에서의 압력이 상기 상기 압력 임계값보다 클 때 상기 체크 밸브가 개방되도록 설정된다.

다른 예에 따르면, 상기 밸브 장치(14)는 예를 들면, 압력 센서로부터의 신호와 같은, 펌핑되는 가스의 고압을 나타내는 데이터를 사용하는 제어 가능한 밸브이다.

따라서, 상기 바이패스 덕트(13)는 예를 들면 500mbar를 초과하는 압력에서 고압 가스를 펌핑할 때 상기 저진공 펌프(2)로부터 바이패스 경로를 제공한다. 이는 상기 루츠 진공 펌프(3) 상에 제3 펌핑 스테이지(B3)가 존재하기 때문에 가능하다. 상기 제3의 마지막 저유량 펌핑 스테이지(B3)는 상기 루츠 진공 펌프(3)가 어떠한 러프 펌핑 없이도 고장 없이 더 오래 작동할 수 있게 한다. 이와 같은 펌프 유닛(1)은 고압 러프 펌핑을 우회함으로써 고압 펌핑 속도를 증가시키고 압력 강하에 필요한 전력 소모 및 시간을 감소시키는 데 도움이 된다.

본 실시예는 특히 기판 로드 록의 주기적 펌핑에 적용된다. 공지된 방식으로, 로드 록은 대기압에서 개방되어 적어도 하나의 기판을 로딩하고, 진공 청소 후에 기판을 프로세스 챔버 내로 언로딩한다. 기판이 로딩될 때마다, 록 내의 압력을 낮춘 다음 올려야 한다. 상기 로드 록은 특히 평판 디스플레이 또는 광전지 기판의 제조 또는 반도체 기판의 제조에 사용된다.

Claims

펌핑되는 가스의 유동 방향(G)으로, 저진공 펌프(rough-vacuum pump; 2) 및 이 저진공 펌프(2)의 상류측에 직렬로 연결되는 루츠 진공 펌프(roots vacuum pump; 3)를 포함하는 펌프 유닛(1)에 있어서,
- 상기 루츠 진공 펌프(3)는 회전자들(10)이 상기 루츠 진공 펌프(3)의 모터(M2)에 의해 동시에 회전 구동되도록 설계되는 3개의 펌핑 스테이지들(B1-B3)을 가지며,
- 상기 저진공 펌프(2)의 마지막 펌핑 스테이지(T3)에 의해 생성된 유량에 대한, 상기 저진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)에 의해 상기 펌핑되는 가스의 유동 방향(G)으로 생성된 유량의 비율은 4 이하인 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.
제1 항에 있어서, 상기 비율은 3 이하인 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.
제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 저진공 펌프(2)는 3개 내지 5개의 펌핑 스테이지들, 예를 들면 3개 또는 4개의 펌핑 스테이지들(T1-T3)을 가지며, 상기 회전자들(10)은 상기 저진공 펌프(2)의 모터(M1)에 의해 동시에 회전 구동되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)에 의해 생성된 유량은 500m³/h 이하, 예를 들면, 200m³/h 내지 300m³/h인 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 루츠 진공 펌프(3)의 제1 펌핑 스테이지(B1)에 의해 생성된 유량은 상기 저진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)에서 생성된 유량보다 10배 또는 20배 더 큰 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.
제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)에 의해 생성된 유량은 248m³/h 내지 298m³/h이고, 상기 저진공 펌프(2)의 제2 펌핑 스테이지(T2)에 의해 생성된 유량은 124m³/h 내지 149m³/h이고, 상기 저진공 펌프(2)의 제3 펌핑 스테이지(T3)에 의해 생성된 유량은 124m³/h 내지 149m³/h인 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
서로 포개진 상기 루츠 진공 펌프(3)와 상기 저진공 펌프(2)를 지지하는 프레임(8)
을 포함하며, 상기 저진공 펌프(2)는 상기 루츠 진공 펌프(3) 위에 배열되는 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
서로 포개진 상기 루츠 진공 펌프(3)와 상기 저진공 펌프(2)를 지지하는 프레임(8)
을 포함하며, 상기 루츠 진공 펌프(3)는 상기 저진공 펌프(2) 위에 배열되는 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.
제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저진공 펌프(2)의 모터(M1)는 높은 회전 주파수 및/또는 낮은 회전 주파수, 및 상기 높은 회전 주파수와 상기 낮은 회전 주파수 사이의 공칭 회전 주파수를 발생시키도록 가변적으로 설계되는 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.
제9 항에 있어서, 상기 높은 회전 주파수는 100Hz 초과이고 상기 낮은 회전 주파수는 50Hz 미만인 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.
제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펌프 유닛은 상기 루츠 진공 펌프(3)의 토출측(12)을 상기 저진공 펌프(2)의 토출측(5)과 연통시키는 바이패스 덕트(13)를 가지며, 상기 바이패스 덕트(13)에는, 상기 루츠 진공 펌프(3)의 흡입측(11) 압력이 압력 임계값보다 클 때 개방되도록 설계되는 밸브 장치(14)가 장착되는 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.
제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저진공 펌프(2)의 펌핑 스테이지들(T1, T2, T3)의 고정자(6)는 적어도 부분적으로 2개의 하프 쉘(half-shell)들(6b, 6c)로 제조되며, 상기 하프 쉘들은 상기 회전자들(10)을 지지하는 샤프트들의 축을 통과하는 조립 표면(S) 상에 조립되는 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.