◎ 로타리 베인 펌프
일반적으로 가장 많이 쓰이는 진공펌프로, 기본원리는 옆의 그림과 같다. 그림에서 보면 내부 구조가 로타 베인 및 실린더로 되어 있는데, 로타의 중심과 실린더의 중심은 편심되어 있다.
베인은 스프링 또는 원심력에 의해서 실린더 내면에 밀착된 상태로 돌아가게 되는데, 이때 베인과 베인 사이에 공간이
생기게 되고, 이 공간은 로타의 회전에 따라 용적이 달라지게 된다.
한쪽, 베인이 흡기부를 지나면서 공간의 용적은 점차 커지게 되고, 다음 베인이 흡기부 끝단을 통과할 때 공간용적은 최대가 된다. 이렇게 하여 흡기부로부터 빨아들인 공기는 다음 단계에서 압축이 되고 이것이 배기부를 지나면서 배출이 되는 것이다.
로타리 베인 펌프의 최대 진공도는 1+10Torr정도의 영역에 그치고 있으나, 루츠펌프 및 확산펌프와 연결되어 고진공이 요구되는 공정에도 다양하게 쓰이고 있으므로, 오늘날 산업 전반에 걸쳐 가장 널리 쓰이고 있고 기종이라 할 수 있다.
◎ 부스터 펌프
두개의 리본모양의 회전 로타가 쌍을 이루며 회전함으로써 공기를 함입하여 배기시키는 것이다. 주로 저진공, 중진공 영역에서 많이 쓰이며, 용량이 대용량이므로 다량의 공기를 배기시키는데 유리하다.
특히1Torr부터 10Torr 의 영역에서 대용량의 배기능력을 가지고 있으므로, 식품의 동결건조 공정등에서 우수한 성능을 발휘한다. 그러나 배기부가 대기압인 경우 배기 능력을 상실하므로, 로타리 베인 펌프 등 다른 보조펌프와 연결하여 사용되고 있다.
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◎ 확산 펌프
확산펌프는 액체(일반적으로 확산유)를 가열하여 증발시킨 다음이를 노즐을 통해 고속으로 분사 시킴으로써, 이때 충돌하는 공기입자를 아래로 끌어 내려 보조펌프(일반적으로 로타리
베인 펌프)를 통해 배출시키는 것이다.
이 기종의 펌프들은 대체로 구조가 간단하고 기계적인 운동을
하지 않으므로 사용이 간편하여, 고진공을 얻는데 많이 사용되고 있습니다. 그러나 다른 고진공용 펌프와 마찬가지로 반드시 보조펌프를 써야만 한다.
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◎ 크라이오 펌프
크라이오 펌프란?
크라이오 펌프란 진공용기 내에 극저온 면을 설치하여 용기내의 기체분자를 응축 또는 흡착 시키는 배기 Pump이다.
크라이오 펌프가 기체를 유효하게 배기하기 위해서는 응축의 경우에는 증기압이 흡착의 경우에는 흡착평형 압력이
10-8Pa이하로 되어있지 않으면 않된다. (그림1-1)의 곡선은 각종 기체의 증기압을 표시한 것으로 질소보다 증기압이 낮은 기체는 극저온 면 (Cryo 또는 Cryo Panel)이 20K 이하로 냉각 되어 있으면 그 증기압은 10-8Pa이하로 되는 것을 알수있다. 수소(H2),헬륨(He),네온(Ne)과 같이 증기압이 높은 기체는 20K 또는 응축에 의해 배기 하는 것이 불가능하므로 20K이하로 냉각된 흡착제(활성탄)에 의해 배기된다. 이와 같이 크라이오 펌프는 모든 기체를 배기할 수가 있고 초고진공을 얻을 수가 있다.
크라이오 펌프의 작동 원리와 구조
크라이오 펌프에 사용되는 냉동기는 2단으로 되어 있고 1단은 냉동 능력이 큰 80K 이하로 냉각 할 수가 있고 2단은 냉동능력이 작은 10K~20K(켈빈)으로 냉각할 수가 있다.
15K Cryo Panel(1) (응축 Panel)과 15K Cryo Panel(2) (흡착 Panel)은 냉동기의 2단에 부착되어 있고 냉동능력이 큰 1단에 부착되어 있는 80K Shield와 80K Buffle은 실온의 방사(복사)열로부터 펌프를 보호를 하고 있다.
크라이오 펌프가 배기하는 주요 기체
A.공기(N2,O2) : 진공장치 초기 Pumping후의 잔류기체.
B.방출(H2O) : 진공용기의 벽면에 흡착(통상의 진공장치에는 최대의 성분)
Glass,플라스틱,세라믹,등으로 부터의 방출 Gas
(H2) : 진공용기의 금속벽 내부의 확산 방출 (초고진공,극 진공에서 문제)
고온,용해금속(특히Al) 으로의 방출(증착,Sputter)
(CO,CO2,CH4) : 진공장치 벽면의 오염.
C.도입Gas (Ar) : Sputter장치
(H2) : Ion 주입
(O2) : 산화물
증기압 곡선에서 보면 수증기(H2O)는 Cryo면의 온도가 130K이라 하면 증기압은 10-8Pa 이하로 되기 때문에 80K이하로 냉각된 Shield와 Buffle에 응축하여 배기되는 것이다.
질소(N2),산소(O2),아르곤(Ar)등의 기체는 80K에서는 증기압이 높기 때문에 응축을 하지 않고 20K이하의 Cryo panel 표면에 응축하여 배기 된다.
헬륨(He),수소(H2),네온(Ne)등의 증기압이 높은 기체는 10K~20K Level의 온도에서는 응축하지 않기 때문에 Cryo panel(응축Panel)의 내측에 부착되어 있는 흡착제에 의해 흡착되어 배기 된다.
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◎ 드라이 펌프
드라이 펌프란?
반도체,LCD 관련의 진공 장치에서는 활성Gas를 사용하는 조건하에 배기할 필요성이 있고 유확산 Pump의 Oil과 Gas가 반응하여 반응 생성물이 발생할 경우가 있다.
이런 생성물은 Pump 본체의 부식 및 회전 불능 등의 Trouble의 원인이 된다.
또 Pump에 사용되는 Oil이 진공 측으로 역류 하는것에 의해 질 좋은 진공이 얻어지지 않는 원인이 된다.
이런 문제점을 해결하기 위해서 Dry 진공 Pump는 알루미늄, 합금제를 채용하는 것에 의해 광범위하게 균열화가 가능하다.
H(고온형)과 L(저온형)의 두 종류의 Pump가 있다.
[H] : 고온형 Pump 본체의 Gas 통과 부분을 공냉에 의해 고온 영역으로 균열화하여 CVD, Ething등의 Process로 발생하는 승화 성 배기 물질을 Pump내부에 부착시키지 않도록 되어있다.
[L] : 저온형 Gas 통과부를 수냉으로 하는 것에 의해 저온 영역으로 균열화하여 고온에서 반응하는 Process Gas 배기 및 고온 진공 배기에 사용 된다.
드리이 펌프의 용도
Mechanical Booster pump 및 Turbo 분자 Pump와 조합하여 사용 되기도 하고 이런 Pump의 보조 Pump로도 사용 된다
주로 활성 Gas 배기 (CVD,Eching),또는 불활성 Gas 배기의 배기Pump로도 사용된다.
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◎ 터보 분자 펌프
이 펌프는 공기 입자성에 근거를 두고, 일정한 각도를 가지고 고속으로 회전을 하는 많은 날개를 가진 저 회전자 와 그사이에 있는 고정자를 써서, 공기의 입자운동에 일정한 방향성을 부여함으로써 공기를 배출시키는 것이다.
터보 분자 펌프는 10Torr이하의 고진공 영역에서 일정한 배기량을 유지하므로, 고진공이 지속적으로 요구되는 전자 현미경이나 각종 반도체 생산 및 실험실 장비등에 많이 쓰이고 있다.
그러나 중×저진공 영역에서는 배기량이 저하됨으로 로타리 베인 펌프 등의 보조펌프와 함께 사용되고 있는 것이 일반적이다.
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