KR20230167117A

KR20230167117A - 가스 분석기의 부품들을 위한 밀봉 시스템

Info

Publication number: KR20230167117A
Application number: KR1020237038449A
Authority: KR
Inventors: 케네스 찰스 라이트; 제이미 린 윈필드
Original assignee: 인피콘, 인크.
Priority date: 2021-04-08
Filing date: 2022-04-07
Publication date: 2023-12-07
Also published as: WO2022216954A1; JP2024516094A; EP4320433A1; TW202242372A

Abstract

밀봉 시스템은 제1 밀봉재, 제1 밀봉재로부터 이격된 제2 밀봉재, 및 제1 밀봉재와 제2 밀봉재 사이에 한정된 밀봉 챔버를 포함한다. 밀봉 챔버는 진공 공급원에 유체연결된다. 작동 중에, 밀봉 챔버는 대기압보다 낮은 압력으로 유지된다. 제1 밀봉재 및 제2 밀봉재 중 하나를 돌파한 오염 재료는 밀봉 챔버 내로 끌어당겨지고 진공 공급원에 의해 제거된다.

Description

가스 분석기의 부품들을 위한 밀봉 시스템

관련 출원에 대한 상호 참조/우선권 주장

본 출원은 공통 소유된 미국 임시 특허 출원 제63/172,338호(2021년 4월 8일 출원)와 관련되며, 이에 대한 우선권을 주장한다. 상기 미국 임시 특허 출원의 전체 내용은 인용에 의해 본 명세서에 통합된다.

기술분야

본 개시는 통상적으로 진공 챔버에 부착된 부품들을 위한 밀봉 시스템에 관한 것이다.

가스 분석기 시스템은 다양한 산업 분야의 제조 공정 동안 배출되는 가스들을 샘플링하고 분석하는 데 사용된다. 예를 들어, 가스 분석기는 반도체 제조 공정 동안 생성되는 가스들을 분석하는 데 사용될 수 있다. 많은 가스 분석기들은 저압 또는 진공 조건 하에서 작동하며, 밸브와 센서 주위에 진공 밀봉재를 요구한다. 이러한 밀봉재들은, 밀봉 표면의 결함, 가스켓과 같은 밀봉 부품들의 결함, 설치 불량, 비금속 밀봉재 사용 경우의 가스 투과로 인해, 누설(leaks)을 일으키기 쉽다. 누설은, 시간 경과에 따라, 기계적 응력 및/또는 공정 화학물질과의 상호작용으로 인한 밀봉 부품들의 열화로 인해, 발생할 수도 있다. 입구 부품(inlet components)들은 시험 중인 장치 또는 공정 도구와 접속(interface)하기 때문에 누설에 특히 취약하다. 이러한 누설로 인해, 가스 분석기에 의해 채취된 샘플, 및 궁극적으로 반도체 제조 공정의 모니터링이 손상된다.

일부 가스 분석기들에서는, 진공 밀봉재들을 용접하여 견고한 밀봉재를 생성하거나, 또는 가스 분석기에 요구되는 진공 조건을 달성하기 위해 콘플랫 밀봉재(conflat seals)와 같은 금속 밀봉재를 사용한다. 이러한 유형의 밀봉재들은 더 비싸며, 가스 분석기 시스템에 과도한 무게를 추가한다.

이러한 사항들은, 현재 가스 분석기에 사용되는 밀봉 시스템과 관련된 문제점들 중 일부에 불과하다.

일 구현예에서, 본 밀봉 시스템은 진공 챔버에 대한 부품의 도관 또는 연결 부를 둘러싸는 내측 밀봉재를 포함할 수 있다. 외측 밀봉재는 내측 밀봉재 주위에 위치되고, 그 사이에 한정된, 내측 부피 또는 펌프 챔버와 같은, 부피를 두고 내측 밀봉재로부터 이격된다. 펌프 챔버는 배기(evacuated)되거나, 또는 대기압보다 상당히 낮은 압력까지 펌프다운(pumped down)될 수 있다. 내측 밀봉재에 누설이 있는 경우, 높은 압력(예를 들어, 1기압)으로부터가 아니라, 낮은 압력으로 유지되는 밀봉재 사이 부피로부터만 가스가 누설된다. 그에 따라, 시스템 내로 누설되는 가스의 양이 여러 자리수 규모 만큼 감소하게 된다. 결과적으로, 통상적으로 심각한 누설이었을 누설이 이제는 너무 작아서 기기 성능에 영향을 주지 않으며, 가스 분석기로 시험 중인 장비에 부정적인 영향을 미치지 않는다. 또한, 내측 밀봉재에서 누설이 있는 경우, 임의의 독성인 또는 그렇지는 않더라도 휘발성인 가스들이 펌프 챔버를 통해 펌핑으로 제거될 것이며, 외부 환경으로 방출되지는 않을 것이다.

일 구현예에서, 펌프 챔버는 이중 밀봉된 터보분자 (터보) 펌프(double sealed turbomolecular (turbo) pump)와 연결된다. 센서(가장 통상적으로 질량 분석기)를 고정하는 진공 매니폴드는 부착된 샘플링 인터페이스(sampling interface)를 가지며, 펌핑 부피를 터보의 낮은 단계에 연결하는 그 안에 기계가공된 채널들을 가질 수 있다. 일 구현예에서, 펌프 챔버는, 진공 매니폴드 내로 통합된 하나 이상의 진공 도관들을 통해 터보에 결합될 수 있다. 다른 구현예에서, 펌프 챔버는, 진공 매니폴드 외부에 있는 하나 이상의 진공 도관들을 통해 터보에 결합될 수 있다. 또 다른 구현예들에서, 펌프 챔버는, 시스템 또는 진공 매니폴드 외부에 배치된 별도의 진공 펌프에 연결되어 이 진공 펌프에 의해 배기될 수 있다.

일 구현예에서, 가스 분석기의 부품들을 위한 밀봉 시스템은, 내측 밀봉 부재, 내측 밀봉 부재로부터 이격된 외측 밀봉 부재, 내측 밀봉 부재와 외측 밀봉 부재 사이에 한정된 밀봉 챔버, 및 밀봉 챔버를 진공 공급원에 유체연결하도록 구성된 하나 이상의 도관들을 포함한다. 작동 시, 밀봉 챔버는 대기압보다 낮은 압력으로 유지된다. 내측 및 외측 밀봉 부재들 중 하나를 돌파(breach)하는 오염물질은 밀봉 챔버 내로 끌어당겨져서 하나 이상의 도관들을 통해 제거된다.

일 구현예에서, 내측 밀봉 부재는 가스 분석기의 두 부품들 사이의 통로를 둘러싼다. 일 구현예에서, 내측 밀봉 부재 및 외측 밀봉 부재 중 적어도 하나는 엘라스토머 재료로 구성된다. 일 구현예에서, 내측 밀봉 부재 및 외측 밀봉 부재 중 적어도 하나는 폴리머 재료로 구성된다. 일 구현예에서, 외측 밀봉 부재는 가스 분석기의 표면에 한정된 홈 내에 적어도 부분적으로 위치된다. 추가 구현예들에서, 하나 이상의 도관들은 가스 분석기의 일부분으로서 형성된다.

밀봉 시스템의 또 다른 구현예는, 제1 밀봉재, 제1 밀봉재로부터 이격된 밀봉재, 및 제1 밀봉재와 제2 밀봉재 사이에 한정된 밀봉 챔버를 포함한다. 밀봉 챔버는 진공 공급원에 유체연결되며, 작동 중에, 밀봉 챔버는 대기압보다 낮은 압력으로 유지된다. 제1 밀봉재 및 제2 밀봉재 중 하나를 돌파한 오염물질은 밀봉 챔버 내로 끌어당겨져서 진공 공급원에 의해 제거된다.

일 구현예에서, 제1 밀봉재는 가스 분석기의 두 부품들 사이의 통로를 둘러싸도록 구성된다. 일 구현예에서, 제1 밀봉재 및 제2 밀봉재 중 적어도 하나는 엘라스토머 재료로 구성된다. 일 구현예에서, 제1 밀봉재 및 제2 밀봉재 중 적어도 하나는 폴리머 재료로 구성된다. 추가 구현예에서, 제2 밀봉재는 가스 분석기의 표면에 한정된 홈 내에 적어도 부분적으로 위치된다. 일 구현예에서, 밀봉 챔버는 가스 분석기의 일부분으로서 형성된 하나 이상의 도관들을 사용하여 진공 공급원에 유체적으로 결합된다. 일 구현예에서, 진공 공급원은 가스 분석기로부터 떨어져서 위치된다. 일 구현예에서, 진공 공급원은 가스 분석기를 위한 시스템 진공 펌프이다.

가스 분석기의 부품들 사이의 접합부를 밀봉하는 것의 일 구현예는, 제1 밀봉재, 제1 밀봉재로부터 이격된 밀봉재, 및 제1 밀봉재와 제2 밀봉재 사이에 한정된 밀봉 챔버를 포함하도록, 부품들 사이의 밀봉 시스템을 구성(structuring)하는 단계를 포함한다. 밀봉 챔버는, 작동 시, 대기압보다 낮은 압력에서 밀봉 챔버를 유지하는 진공 공급원에 유체연결된다. 제1 밀봉재 및 제2 밀봉재 중 하나를 돌파하는 오염물질은 밀봉 챔버 내로 끌어당겨지고 진공 공급원을 사용하여 제거된다.

본 명세서에서 개시된 밀봉 시스템 및 방법은 무겁고 더 비싼 금속 밀봉 기술(예를 들어, 콘플랫 플랜지(conflat flanges))을 대체하는 데 사용될 수 있는데, 이는, 본 개시된 밀봉 시스템 및 방법은 사용하기가 더 쉽고, 더 가볍고 저렴한 엘라스토머 또는 폴리머 밀봉재를 채용할 수 있기 때문이다. 이 밀봉 시스템은, 누설에 대해 견고한 초고진공 밀봉재를 여전히 제공할 수 있다. 본 명세서에 개시된 밀봉 시스템의 예들은 밸브 및 입구 부품들에 초점을 맞추고 있지만, 본 밀봉 시스템의 구현예들은 또한, 게이지, 센서, 등과 같은 가스 분석기의 진공 챔버에 부착될 임의의 부품과 양립가능하며, 이와 함께 사용될 수 있다.

위에서 간략하게 요약된 본 발명의 더욱 구체적인 설명이 구현예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 그것들 중 일부는 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 주목되어야 하는 바와 같이, 첨부된 도면들은 본 발명의 전형적인 구현예들만을 도시하므로, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안되며, 이는, 본 발명이 다른 동등하게 효과적인 구현예들을 허용할 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명의 성질 및 목적을 더 잘 이해하기 위해, 다음과 같은 도면들과 연계하여 읽을 수 있는 하기의 상세한 설명을 참조할 수 있다:
도 1a는, 밀봉 시스템의 일 구현예를 갖는 가스 분석기의 일 부분의 구현예의 도식적 단면도를 도시한다;
도 1b는 도 1a의 밀봉 시스템 구현예를 확대한 도면이다;
도 2는 밀봉 시스템의 일 구현예에 의해 밀봉되는 밸브의 개구부를 확대한 개략도를 도시한다;
도 3은 밀봉 시스템의 다른 구현예를 갖는 가스 분석기의 일 부분의 일 구현예의 도식적 단면도를 도시한다;
도 4a는 밀봉 시스템의 일 구현예에 의해 밀봉되는 밸브에 대한 이중 개구부(dual opening)를 확대한 개략도를 도시한다;
도 4b는 A-A를 따른 도 4a의 구현예의 도식적 단면도를 도시한다.
도 5는 밀봉 시스템의 다른 구현예를 포함하는 가스 분석기의 일 부분의 다른 구현예의 도식적 단면도를 도시한다;
도 6은 도 5의 밀봉 시스템의 구현예의 확대도를 도시한다;
도 7a는, 밸브 인터페이스에서의 및 펌프 챔버 내의 공기 흐름의 예를 나타내는, 도 6의 밀봉 시스템의 구현예의 확대된 개략적 단면도를 도시한다;
도 7b는, 밸브 계면에서의 그리고 펌프 챔버 내에서의 공기 흐름의 또 다른 예를 나타내는 도 6의 밀봉 시스템 구현예의 확대된 개략적 단면도를 도시한다;
도 8은 밀봉 시스템의 또 다른 구현예를 갖는 가스 분석기의 일 부분의 일 구현예의 도식적 단면도를 도시한다;
도 9a는 밀봉 시스템의 또 다른 구현예를 갖는 가스 분석기의 일 부분의 일 구현예의 도식적 단면도를 도시한다;
도 9b는 밀봉 시스템의 또 다른 구현예를 갖는 가스 분석기의 일 부분의 일 구현예의 도식적 단면도를 도시한다;
도 10a는 밀봉 시스템의 또 다른 구현예를 갖는 가스 분석기의 일 부분의 일 구현예의 도식적 단면도를 도시한다;
도 10b는 도 10a의 구현예의 일 부분의 확대도를 도시한다;
도 11은 밀봉 시스템의 또 다른 구현예를 갖는 가스 분석기의 일 부분의 일 구현예의 도식적 단면도를 도시한다;
도 12a는 터보 진공 펌프의 일 구현예의 사시도를 도시한다;
도 12b는 터보 진공 펌프의 일 구현예의 상면 사시도를 도시한다.
첨부된 도면들은 예시를 위한 것이며, 반드시 축척대로 그려진 것은 아니다.

다음 논의는 가스 분석기에 결합된 부품들을 위한 밀봉 시스템의 다양한 구현예들에 관련된 것이다. 이해될 수 있는 바와 같이, 본 명세서에 기술된 버전들은 본 명세서에 상세히 설명된 특정 발명의 개념들을 구현하는 예들이다. 이를 위해, 다른 변화들 및 변형들이 충분한 기술을 갖는 사람들에게 쉽게 드러날 것이다. 또한, 첨부 도면과 관련하여 적합한 기준 틀을 제공하기 위해 본 논의 전반에 걸쳐 특정 용어들이 사용된다. "상부", "하부", "전방", "후방", "내부", "외부", "전면", "후면", "상단", "하단", "내측", "외측", "제1", "제2" 등과 같은 용어들은, 명시적으로 표시된 경우를 제외하고는, 이러한 개념들을 제한하려는 의도가 아니다. 본 명세서에 사용되는 용어 "약", "대략", 또는 "실질적으로"는 달리 명시되지 않는 한 청구되거나 개시된 값의 80% 내지 125% 범위를 가르킬 수 있다. 도면과 관련하여, 도면의 목적은 가스 분석기에 결합된 부품들에 대한 밀봉 시스템의 주요 특징들을 설명하는 것이며, 특정 축척대로 제공된 것을 아니다.

가스 분석기(10)의 일 부분이 도 1a 내지 2에 도시되어 있다. 가스 분석기(10)는 통상적으로, 진공 챔버(30)를 둘러싸는 하우징(40)에 결합된 밸브(20)를 포함한다. 밸브(20)는 입구(23) 및 출구(24)를 포함한다. 하나 이상의 내부 도관들(26)은 입구(23) 및 출구(24)에 유체연결되고, 출구(24)는 진공 챔버(30)에 유체연결된다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 입구(23)는 추가적인 외부 또는 보충 입구 채널들(22)에 유체적으로 결합될 수 있다. 센서(70)는 진공 챔버 하우징(40)에 결합될 수 있고, 진공 챔버(30) 내의 가스들을 검출하도록 구성될 수 있다. 일 구현예에서, 센서(70)는 질량 분석기일 수 있다. 시스템 진공 펌프(50)는 진공 매니폴드(60)에 의해 둘러싸여 있고, 진공 챔버(30)를 목적하는 압력 수준까지 펌프다운하도록 구성된다. 도시된 바와 같이, 밀봉 시스템(100)은, 밸브(20)의 기능 및/또는 모니터링되는 공정을 손상시킬 수 있는 누설을 방지하기 위해, 밸브(20)와 진공 챔버(30) 사이의 연결을 밀봉하는 데 사용된다.

도 1b 및 도 2를 참조하면, 밀봉 시스템(100)은 제1 밀봉재 및 제2 밀봉재를 포함한다. 도시된 바와 같이, 밀봉 시스템은, 채널 또는 도관을 수용하거나 둘러싸도록 구성되고 밸브(20)의 입구(23) 또는 출구(24)와 같은 채널 또는 도관의 둘레 주위에 위치된 개구부(119)를 한정하는 내측 밀봉재(112) 또는 내측 밀봉 부재를 갖는다. 외측 밀봉재(114) 또는 외측 밀봉 부재는, 내측 밀봉재(112)와 외측 밀봉재(114) 사이에 내부 부피 또는 밀봉 챔버(118)가 한정되도록 내측 밀봉재(112) 주위에, 그리고 내측 밀봉재(112)로부터 이격되어, 위치된다. 도 1a, 1b, 5 내지 7b, 9a, 10a, 및 10b에 도시된 구현예들을 포함한 일부 구현예들에서, 외측 밀봉재(114)는, 진공 챔버(30)의 밸브(20) 또는 하우징(40)에 형성된 홈(116)에 적어도 부분적으로 위치될 수 있다. 일부 구현예들에서, 외측 밀봉재(114)는 엘라스토머 또는 폴리머 재료로 구성된 O-링일 수 있다. 도 1b 및 도 2에 개략적으로 도시된 구현예에서, 밀봉 챔버(118)는 하나 이상의 진공 도관들(115)을 사용하여 시스템 진공 펌프(50)에 유체연결된다. 그러나, 도 1a 및 도 3에 도시된 구현예와 같은 일부 구현예들에서, 밀봉 챔버(118)는, 대신에, 진공 챔버(30)에 유체연결되고 진공 챔버(30)가 펌프다운됨에 따라 펌프다운된다.

도 3 및 도 4b는, 적어도 하나의 내측 밀봉재(212) 또는 밀봉 부재, 및, 밸브(20) 또는 진공챔버(30)의 하우징(40)에 형성된 홈 또는 채널 내에 위치되지 않은 외측 밀봉재(214) 또는 밀봉 부재를 포함하는 밀봉 시스템(200)의 일 구현예를 갖는 가스 분석기(10A)의 일 부분을 도시한다. 대신에, 외측 밀봉재(214)는 밸브와 진공 챔버(30)의 하우징(40)의 계면에 위치될 수 있다. 외측 밀봉재(214)는 하나 이상의 내측 밀봉재들(212)과 별개의 부품일 수 있거나, 또는 도 4a에 도시된 구현예와 같이 단일 부품으로서 형성될 수 있다. 적어도 하나의 내측 밀봉재(212)는, 밸브(20)의 입구(23) 또는 출구(24)와 같은 채널 또는 도관을 수용하거나 그렇지 않으면 둘러싸도록 구성된 개구부(219)를 한정한다. 외측 밀봉재(214)는 밸브(20)와 진공 챔버(30)의 하우징(40) 사이에 위치된다. 외측 밀봉재(214) 및 적어도 하나의 내측 밀봉재(212)는 둘 다, 엘라스토머 또는 폴리머 재료와 같은, 동일한 재료로 구성될 수 있거나, 또는 그것들은 각각 다른 재료로 구성될 수 있다. 외측 밀봉재, 내측 밀봉재, 및 도관들의 많은 구현예들이 계란형(oval)(원과 같은) 또는 타원형(ellipse)인 것으로 도시되어 있지만, 당해 기술분야의 통상의 기술자는 이들 부품에 대해 다른 형상이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 도 4b는, 도 4a의 A-A 선을 따라 취해진 도식적 단면도이다. 도시된 바와 같이, 하나 이상의 내측 밀봉재들(212) 및 외측 밀봉재(214) 사이에 한정된 2개 이상의 개구부들(213)은, 외측 밀봉재(214)와 하나 이상의 내측 밀봉재들(212) 사이에서 연장하는 밀봉 챔버(218)를 한정한다. 하나 이상의 진공 도관들(215)은, 밀봉 시스템(100)에서와 같이, 밀봉 챔버(218)를 진공 챔버(30)에 유체연결한다.

도 5 내지 도 7b는, 도 1a 및 도 1b와 유사한 외측 밀봉재(314)를 포함하는 밀봉 시스템(300)을 갖는 가스 분석기(10A)의 일 부분을 도시한다. 이 구현예에서, 외측 밀봉재(314)는, 밸브(20) 및/또는 진공 챔버(30)의 하우징(40)에 형성된 홈 또는 채널(316)에 위치된다. 밀봉 챔버(318)는 외측 밀봉재(314)와 하나 이상의 내측 밀봉재들(312) 사이에 형성된다. 이 구현예에서, 밀봉 챔버(318)는, 진공 챔버(30)의 하우징(40)과 통합되거나 그 안으로 형성된 진공 도관(315)에 유체연결된다. 이때, 진공 도관(315)은, 진공 챔버 하우징(40) 및/또는 가스 분석기(10A) 외부에 있는 보충 진공 도관(317)에 유체연결된다. 도 5 내지 도 7b에 도시된 바와 같이, 보충 진공 도관(317)은, 가스 분석기(10A)의 외부에 있을 수 있는 2차 진공 펌프(80)에 유체연결된다. 이 2차 진공 펌프(80)는, 진공 챔버(30)를 별도로 펌프다운하도록 구성된 시스템 진공 펌프(50)와 별개로 존재한다. 따라서, 밀봉 챔버(318)의 환경은 진공 챔버(30)의 환경과 독립적으로 제어될 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 밀봉 시스템(300)을 통한 공기 흐름 패턴의 예를 도시한다. 도 7a에 복수의 화살표들로 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이 외측 밀봉재(314)에서 대기 누설(atmospheric leak)이 있는 경우, 대기 누설은 펌프 챔버(318)로 들어가고, 2차 진공 펌프(80)에 의해 진공 도관들(315)(및 보충 진공 도관(317))을 통해 배기된다. 대안적으로 그리고 도 7b에 복수의 화살표들로서 개략적으로 도시된 바와 같이, 하나 이상의 내측 밀봉재들(312)에서 누설이 발생하는 경우, 빠져나가는 임의의 가스는 펌프 챔버(318)로 들어가고, 진공 도관들(315)(및 보충 진공 도관(317))을 통해 배기될 것이다. 이러한 방식으로, 독성이거나 또는 그렇지 않은 휘발성 가스들이 주변 환경으로 빠져나가지 않는다. 도 8에 도시된 바와 같이, 가스 분석기(10A)의 일 부분은, 진공 챔버(30)의 하우징(40)에 대해 밸브(20)를 밀봉하는 밀봉 시스템(400)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 이 구현예에서, 외측 밀봉재(414) 및 하나 이상의 내측 밀봉재들(412)은 도 3 및/또는 도 4b의 그것과 유사하다. 외측 밀봉재(414)와 하나 이상의 내측 밀봉재들(412) 사이에 밀봉 챔버(418)가 형성된다. 밀봉 챔버(418)는, 진공 챔버(30)의 하우징(40)과 통합되거나 그 안으로 형성된 진공 도관(415)에 결합된다. 진공 도관(415)은, 진공 챔버 하우징(40) 및/또는 가스 분석기(10A)의 외부에 있을 수 있는 보충 진공 도관(417)에 유체연결된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 보충 진공 도관(417)은 가스 분석기(10A)의 외부에 있을 수 있는 2차 진공 펌프(80)에 유체연결된다. 이러한 2차 진공 펌프(80)는, 진공 챔버(30)를 펌프다운하도록 구성된 시스템 진공 펌프(50)와는 별개로 존재하며, 따라서, 시스템 진공 펌프(50)와는 독립적으로 제어될 수 있다.

도 9a는, 2차 진공 펌프(80)에 연결되지 않은 도 5 내지 도 7b의 밀봉 시스템(300)의 구현예를 갖는 가스 분석기(10B)의 일 부분을 도시한다. 여기서, 밀봉 시스템(300)의 보충 진공 도관(317)은, 진공 도관(315) 및 그에 따라 펌프 챔버(318)를, 진공 매니폴드(60)에 형성된 하나 이상의 시스템 채널들(62)을 통해 시스템 진공 펌프(50)에 연결한다. 이러한 방식으로, 시스템 진공 펌프(50)는, 진공 챔버(30) 및 펌프 챔버(318)를 펌프다운하거나 배기하는데 사용될 수 있다. 보충 진공 도관(317)은, 도 5 내지 도 7b에서와 같이, 시스템 진공 펌프(50) 또는 2차 진공 펌프(80)에 유체연결하기 위해 보충 진공 도관(317)이 사용될 수 있도록, 분리가능(detachable)할 수 있다. 보충 진공 도관(317)이 2차 진공 펌프(80)에 유체연결되는 경우, 하나 이상의 시스템 채널들(62)은 막힐 수 있거나, 또는 이와 다른 방식으로 외부 오염으로부터 차단될 수 있다.

도 9b는, 진공 챔버(30)의 하우징(40)에 대해 밸브(20)를 밀봉하는 밀봉 시스템(400)의 일 구현예를 갖는 가스 분석기(10B)의 일 부분을 보여준다. 이 구현예에서, 하나 이상의 내측 밀봉재들(412) 및 외측 밀봉재(416)는 도 3 및/또는 도 4b의 것과 유사하다. 따라서, 외측 밀봉재(414)와 하나 이상의 내측 밀봉재들(412) 사이에 밀봉 챔버(418)가 형성된다. 밀봉 챔버(418)는, 진공 챔버(30)의 하우징(40)과 통합되거나 그 안으로 형성되는 진공 도관(415)에 결합된다. 이때, 진공 도관(415)은 진공 챔버 하우징(40) 및/또는 가스 분석기(10A) 외부에 있을 수 있는 보충 진공 도관(417)에 유체연결될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 보충 진공 도관(417)은 가스 분석기(10B) 외부에 있을 수 있는 2차 진공 펌프(80)에 유체연결된다. 이러한 2차 진공 펌프(80)는, 진공챔버(30)를 펌프다운(pump down)하도록 구성된 시스템 진공 펌프(50)와는 별도의 것이며, 따라서, 시스템 진공 펌프(50)와 독립적으로 제어될 수 있다.

도 10a 및 도 10b에 도시된 구현예에서, 가스 분석기(10C)의 일 부분이 밀봉 시스템(500)의 다른 구현예와 함께 도시되어 있다. 여기서, 외측 밀봉재(514)는 도 1a 내지 도 2에 설명된 외측 밀봉재(114)와 유사하다. 외측 밀봉재(514)는, 진공 챔버(30)의 밸브(20) 또는 하우징(40)의 일 부분으로서 형성된 홈 또는 채널(516) 내에 적어도 부분적으로 위치될 수 있다. 밀봉 챔버(518)는, 외측 밀봉재(514)와 적어도 하나의 내측 밀봉재(512) 사이에 한정된다. 밀봉 챔버(518)는, 진공 챔버(30)의 하우징(40)과 통합되거나 그 안으로 형성된 진공 도관(515)에 결합된다. 특히 도 10a에 도시된 바와 같이, 진공 도관(515)은 시스템 진공 펌프(50)에 결합된 진공 매니폴드(60)에 형성되거나 그와 통합된 하나 이상의 시스템 도관들(562, 564)에 결합된다. 시스템 도관들(562, 564)의 직경은, 목적하는 진공 특성 또는 가스 분석기의 설계에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 진공 챔버(30) 또는 진공 챔버 하우징(40) 근처에 위치된 시스템 도관(561, 563)의 일 부분은, 시스템 진공 펌프(50)로 연장하는 시스템 도관(562, 564)의 나머지 부분보다 더 큰 직경을 가질 수 있다. 따라서, 가스 분석기(10C)의 이 구현예는, 진공 매니폴드(60) 및 진공 챔버(30)의 하우징(40)과 통합되거나 그와 함께 형성된 도관들을 통해 시스템 진공 펌프(50)에 결합된 밀봉 챔버(518)를 포함하는 밀봉 시스템(500)을 갖는다.

밀봉 시스템(600)의 다른 구현예가 도 11에 도시되어 있다. 이 구현예에서, 외측 밀봉재(614)은 도 3, 도 4a 및 도 4b에 설명된 외측 밀봉재(214)와 유사하다. 외측 밀봉재(614)는 밸브(20)와 진공 챔버(30)의 하우징(40) 사이 또는 계면(interface)에 위치된다. 적어도 하나의 내측 밀봉재(612)는 외측 밀봉재(614) 내부에 위치되고, 밸브(20)의 입구(23) 또는 출구(24)와 같은 채널 또는 도관을 수용하거나 둘러싸도록 구성된 적어도 하나의 개구부를 한정한다. 밀봉 챔버(618)는 외측 밀봉재(614)와 적어도 하나의 내측 밀봉재(612) 사이에 한정된다. 밀봉 챔버(618)는, 진공 챔버(30)의 하우징(40)과 통합되거나 그 안으로 형성되는 진공 도관(615)에 유체연결된다. 진공 도관(615)은, 시스템 진공 펌프(50)에 유체연결된 진공 매니폴드(60) 내에 형성되거나 그와 통합된 하나 이상의 시스템 도관들(662, 664)에 유체연결될 수 있다. 시스템 도관들(662, 664)의 직경은, 목적하는 진공 특성 또는 가스 분석기의 설계에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 진공 챔버(30) 또는 진공 챔버 하우징(40) 근처에 위치된 시스템 도관(661, 663)의 일 부분은, 시스템 진공 펌프(50)로 연장하는 시스템 도관(662, 664)의 나머지 부분보다 더 큰 직경을 가질 수 있다. 따라서, 가스 분석기(10C)의 이 구현예는 또한, 밀봉 챔버(618)를 포함하는 밀봉 시스템(600)을 가지며, 여기서 밀봉 챔버(618)는, 진공 매니폴드(60) 및 진공 챔버(30)의 하우징(40)과 통합되거나 그와 함께 형성된 도관들을 통해 시스템 진공 펌프(50)에 유체연결되어 있다.

앞의 설명에서 기술된 하나 이상의 내측 밀봉재들 및 외측 밀봉재들은 고무와 같은 엘라스토머 재료로 구성될 수 있다. 펌프 챔버들은 1 atm 또는 760 torr보다 훨씬 낮은 수준까지 펌프다운될 수 있다. 일 구현예에서, 펌프 챔버 내의 압력은 1 torr 미만까지 펌프다운되어 거기에서 유지될 수 있다. 다른 구현예들에서, 펌프 챔버 내의 압력은 0.5 torr 미만까지 펌프다운되어 거기에서 유지될 수 있다. 밀봉 시스템(100, 200, 300, 400, 500, 600)의 구현예들이 밸브(20)와 관련하여 설명되었지만, 밀봉 시스템의 그러한 구현예들은 임의의 표면 실장 부품을, 센서(70)와 같은, 가스 분석기의 진공 챔버에 밀봉하는 데 사용될 수 있다.

기술된 구현예들에 사용되는 진공 펌프는 임의의 공지된 진공 펌프일 수 있다. 일 구현예에서, 시스템 진공 펌프(50) 또는 2차 진공 펌프(80)는 펌프 챔버에 배치되는 게터 재료(getter material)와 함께 사용될 수 있다. 도 12a 및 도 12b를 참조하여 설명되는 다른 구현예들에서, 시스템 펌프(50)는 액츄에이터에 작동가능하게 결합되고 블레이드 챔버(53) 내에서 회전하도록 구성된 복수의 블레이드들(51)을 포함하는 터보 펌프일 수 있다. 내측 밀봉재(52)는 진공 매니폴드(60) 또는 진공 챔버(30)의 하우징(40)에 대해 블레이드 챔버를 밀봉하기 위해 블레이드 챔버(53)의 개구부 주위에 위치된다. 외측 밀봉재(54)는 내측 밀봉재(52)의 외부에 위치되어, 내측 밀봉재(52)를 둘러싼다. 밀봉재들(52, 54) 사이에 한정된 부피(55)는 하나 이상의 펌프 도관들(56)을 통해 1 atm 또는 760 torr보다 훨씬 낮은 수준까지 펌프다운될 수 있다. 도 12a 및 도 12b에 도시된 것과 같은 터보 펌프가 시스템 진공 펌프(50)로서 사용되는 경우, 하나 이상의 펌프 도관들(56)이 펌프 챔버들을 펌프다운하기 위해 밀봉 시스템들의 펌프 챔버들에 결합될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 펌프 도관들(56)은, 내부에 있는 또는 통합된 진공 도관들(515, 615) 및 시스템 도관들(562, 564, 662, 664)을 통해 펌프 챔버에 결합될 수 있으며, 그에 따라, 밀봉 시스템(500, 600)의 밀봉 챔버(518, 618), 진공 도관들(515, 615), 시스템 도관들(562, 564, 662, 664) 및 시스템 진공 펌프(50)는 모두 가스 분석기(10C)의 하우징(40) 또는 매니폴드(60) 내에 배치된다.

본 발명은 특정한 예시적 구현예를 참조하여 구체적으로 도시되고 설명되었지만, 당해 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 본 기재된 설명 및 도면에 의해 뒷받침될 수 있는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않은 채 세부적인 다양한 변화가 이루어질 수 있다. 또한, 예시적 구현예들이 특정 개수의 요소들을 참조하여 설명되는 경우, 이해될 수 있는 바와 같이, 예시적 구현예들은 특정 개수의 요소들보다 적거나 많은 것들을 활용하여 실시될 수 있다.

Claims

가스 분석기(gas analyzer)를 위한 밀봉 시스템(sealing system)으로서, 상기 밀봉 시스템은:
내측 밀봉 부재;
상기 내측 밀봉 부재로부터 이격된 외측 밀봉 부재;
상기 내측 밀봉 부재와 상기 외측 밀봉 부재 사이에 한정된 밀봉 챔버; 및
상기 밀봉 챔버를 진공 공급원에 유체연결하도록 구성된 하나 이상의 도관들;을 포함하고,
작동 중에, 상기 밀봉 챔버는 대기압보다 낮은 압력으로 유지되고,
상기 내측 밀봉 부재 및 상기 외측 밀봉 부재 중 하나를 돌파하는(breach) 오염물질은 상기 밀봉 챔버 내로 끌어당겨지고 상기 하나 이상의 도관들을 통해 제거되는,
밀봉 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 내부 밀봉 부재는 상기 가스 분석기의 두 부품들 사이의 통로를 둘러싸도록 구성된, 밀봉 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 내측 밀봉 부재 및 상기 외측 밀봉 부재 중 적어도 하나는 엘라스토머 재료로 구성된, 밀봉 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 내측 밀봉 부재 및 상기 외측 밀봉 부재 중 적어도 하나는 폴리머 재료로 구성된, 밀봉 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 외측 밀봉 부재는 상기 가스 분석기의 표면에 한정된 홈(groove) 내에 적어도 부분적으로 위치된, 밀봉 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 도관들은 상기 가스 분석기의 일 부분으로서 형성된, 밀봉 시스템.
밀봉 시스템으로서, 상기 밀봉 시스템은:
제1 밀봉재;
상기 제1 밀봉재로부터 이격된 제2 밀봉재; 및
상기 제1 밀봉재와 상기 제2 밀봉재 사이에 한정된 밀봉 챔버;를 포함하고,
상기 밀봉 챔버는 진공 공급원에 유체연결되고,
작동 중에, 상기 밀봉 챔버는 대기압보다 낮은 압력으로 유지되고,
상기 제1 밀봉재 및 상기 제2 밀봉재 중 하나를 돌파하는 오염물질은 상기 밀봉 챔버 내로 끌어당겨지고 상기 진공 공급원에 의해 제거되는,
밀봉 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 제1 밀봉재는 가스 분석기의 두 부품들 사이의 통로를 둘러싸도록 구성된, 밀봉 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 제1 밀봉재 및 상기 제2 밀봉재 중 적어도 하나는 엘라스토머 재료로 구성된, 밀봉 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 제1 밀봉재 및 상기 제2 밀봉재 중 적어도 하나는 폴리머 재료로 구성된, 밀봉 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 제2 밀봉재는 가스 분석기의 표면에 한정된 홈 내에 적어도 부분적으로 위치된, 밀봉 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 밀봉 챔버는, 가스 분석기의 일 부분으로서 형성된 하나 이상의 도관들을 사용하여 상기 진공 공급원에 유체적으로 결합된, 밀봉 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 진공 공급원은 가스 분석기로부터 떨어져서 위치된, 밀봉 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 진공 공급원은 가스 분석기를 위한 시스템 진공 펌프인, 밀봉 시스템.
가스 분석기의 두 부품들 사이의 접합부(junction)를 밀봉하는 방법으로서, 다음 단계들을 포함하는 방법:
밀봉 시스템을 구성(structuring)하되, 상기 밀봉 시스템이,
제1 밀봉재,
상기 제1 밀봉재로부터 이격된 제2 밀봉재, 및
상기 제1 밀봉재와 상기 제2 밀봉재 사이에 한정된 밀봉 챔버를 포함하도록 구성하는, 단계;
상기 밀봉 챔버를 진공 공급원에 유체연결하는 단계;
작동 중에, 상기 밀봉 챔버를 대기압보다 낮은 압력으로 유지하는 단계; 및
상기 제1 밀봉재 및 상기 제2 밀봉재 중 하나를 돌파하고 상기 밀봉 챔버 내로 끌어당겨지는 오염물질을, 상기 진공 공급원을 사용하여 제거하는 단계.
제 15 항에 있어서, 상기 제1 밀봉재 및 상기 제2 밀봉재 중 적어도 하나를 엘라스토머 재료를 포함하도록 구성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 제2 밀봉재를 가스 분석기의 표면에 한정된 홈 내에 적어도 부분적으로 위치시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 밀봉 챔버를 상기 진공 공급원에 유체연결하는 것은, 가스 분석기의 일 부분으로서 형성된 하나 이상의 도관들을 포함하는, 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 진공 공급원은 가스 분석기로부터 떨어져 위치된, 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 진공 공급원은 가스 분석기를 위한 시스템 진공 펌프인, 방법.