확산 펌프의 사용법 및 고장진단

 

 

 

5.1.5 확산 펌프의 사용법 및 고장진단

이미 기술하였듯이, 확산 펌프는 펌프 오일이 끊는 점까지 가열하여 증발관을 따라 이동한 후, 제트장치의 노즐을 통해 아래 방향으로 분사되며, 이때 증기 분자들은 초음속의 속도로 매우 빠르게 이동하고 펌프의 내벽이 도달하여 수냉과의 냉각으로 응축되어 유화되며 아래로 흘러내려서 보일러에서 다시 가열됨으로써 계속 순환된다. 이처럼 동작하는 오일 확산 펌프를 장착한 진공 시스템의 동작 순서에 대해 상세히 알아보면 다음과 같다.

 

 

 

1. 진공 시스템의 모든 밸브를 닫은 상태에서 러핑 펌프를 동작시키고, 러핑 라인의 밸브만을 열어 배기 소음이 안정화될 때까지 작동하도록 하며 고진공 펌프가 수십 torr에 도달까지 내린다. 간혹 러핑 펌프로 진공도를 더 많이 내리려는 시도는 오일의 역류를 초래할 수 있기 때문에 수십 torr에 이르러 진공 게이지의 움직임이 느려지면 고진공 펌프를 사용하는 다음 단계로 넘어가는 것이 바람직하다.
2. 다음 순서로는 러핑 밸브를 닫고, 포가인 밸브를 열어 확산 펌프의 압력을 떨어뜨린다.
3. 수랭과 냉각수가 흐르도록 밸브를 조정하고, 확산 펌프의 전원을 인가하여 보일러를 가열한다.
4. 확산 펌프의 동작이 정상상태에 도달하면, 진공 용기의 압력을 확인한 다음 고진공 밸브를 서서히 열어 배기한다.
5. 진공 용기의 고진공 게이지를 동작시켜 압력을 측정한다.
6. 냉온 트랩을 사용할 경우에는 액체 질소를 주입하여 가동한다.
7. 진공 용기의 압력이 정상상태에 도달하면, 공정 작업을 시작한다.

이와 같은 동작 순서에 따라 작업을 진행하며, 불필요한 동작을 하기에 앞서 동작 순서를 잘 숙지하여 다음 동작에 대해 미리 생각하여야 한다. 특히, 확산 펌프의 배기 능력을 잘 고려하고, 고진공 밸브가 열린 상태에서 러핑 밸브를 동시에 여는 사고는 발생하지 말아야 한다. 이제, 공정 작업이 끝나면, 다음과 같은 역순서로 진공 시스템의 동작을 중지하게 된다.

8. 고진공 게이지의 동작을 중지한다.
9. 고진공 밸브를 잠그고 진공 용기의 vent 밸브를 열어 질소 가스를 주입한 후에 대기압이 되도록 기다린다.
10. 오일 확산 펌프의 전원을 차단하고, 수랭과 물은 계속 흐르도록 유지하여 온도가 내려가도록 한다.
11. 포라인 밸브를 닫고 루핀 펌프의 동작을 중지한 후, vent 밸브를 열어 포라인이 대기압이 되도록 한다.
12. 펌프의 온도가 내려간 것을 확인하면, 냉각수의 흐름을 중지한다.

 

 

 

지금까지는 확산 펌프를 포함한 진공 시스템의 동작에 대해 살펴보았다. 오일 확산 펌프를 사용하면서, 펌프의 보일러를 가열하는 조건은 오일 증기를 생성하기 위해 매우 중요한 요소이다. 보일러 내의 증기 압력은 보일러를 가열하여 포화증기압 정도를 유지하게 되며, 압력의 정도에 따라 증기의 분사 특성. 가장 바람직한 보일러 내부의 압력은 대략 1.5 torr 정도이지만, 오일의 종류에 따라 요구되는 온도가 조금씩 다르다. 즉, 분자량이 큰 오일일수록 증발 온도가 높아지고, 열분해에 의한 역류가 증가함으로 최종 압력은 나빠지게 된다. 따라서 보일러의 설계하면서 보일러 온도는 250°C를 넘지 않도록 하여야 한다. 오일 확산 펌프를 동작하기 위해 중요한 조건은 적절한 오일의 주입량이다. 오일이 과다하면 과열의 원인이 되며, 너무 적더라도 배출이나 트랩에 잡혀 보일러의 오일이 고갈되어 역시 과열의 원인이 된다. 그러므로 확산 펌프에 표시된 적정량의 오일을 확인하고 항상 적절하게 유지하여야 한다. 확산 펌프의 내벽에 도달한 증기 분자가 응축하여 보일러로 되돌아가기 위해 서는 펌프의 몸체에 설치되는 수랭과 냉각수가 잘 흘려야 한다. 오일 증기가 응축하는 효과만을 고려한다면, 내벽의 온도를 낮추기만 하면 될 것 같지만, 벽면의 온도가 낮게 되면, 보일러에서 요구되는 열에너지가 증가하게 되고 오일의 탈라스는 온도가 높아질수록 커지기 때문에 40~70°C 정도로 온도를 유지할 여야 한다. 확산 펌프의 냉각 방식에는 수랭식 이외에 공랭식이 있으며, 또한 액체질소를 사용하기도 한다. 표 5-2에서는 확산 펌프의 고장 진단과 수리에 관해 기술하고 있다. 다음과 같은 고장에 대해 숙지하고 이해함으로써 펌프에 문제가 발생할 경우에 원인을 확인하고 문제를 해결할 수 있을 것이다. 그림 5-11에서는 여러 종류의 오일 확산 펌프를 나타내고 있다. 최근 반도체 공정이나 디스플레이 제조공정과 관련된 진공 시스템에서는 오일의 역류에 의한 오염으로 인하여 오일 확산 펌프를 거의 사용하지 않는다.