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\”반도체 진공펌프 No.1 분야별 대표기업\” 한국알박, 에드워드코리아, 엘오티베큠 5분 기업핵심분석 리뷰! [세미콘코리아 2019]
세미콘코리아 2019 현장취재!\”반도체 진공펌프 No.1 분야별 대표기업\” 초간단 기업분석! (한국알박, 에드워드코리아, 엘오티베큠)
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박막공정의 핵심요소, 진공 펌프(Vacuum pump)를 알아봅시다.
반도체 공정뿐만 아니라 다양한 산업군에서의 핵심·필수 전제조건 역할을 합니다. 이렇게 중요한 ‘진공(Vacuum)’ 상태를 도대체 어떻게 만드는 것일까요?
Source: mr-penguin.tistory.com
Date Published: 11/18/2021
View: 6178
반도체 산업에 있어서의 진공 펌프 소비 전력 절감 방안
근접 배기(proximity pumping). ․ 마찰 감소(less friction). ․ 한 대의 보조 펌프로 여러 대의 고진공 펌프 보조. (multi high vacuum pump with one backing pump).
Source: www.koreascience.or.kr
Date Published: 4/12/2021
View: 276
[진공 개념]진공이란? 반도체에서 진공이 필요한 이유, Torr, Pa
진공 상태를 만들기위해서는 내부의 압력을 낮추는 역할을 하는 진공 펌프(Vacuum pump)가 필요하다. 앞서 언급한 저진공, 중진공, 고진공, 초고진공 등 …
Source: kookcoffee2000.tistory.com
Date Published: 12/6/2022
View: 3648
진공을 형성하는 방법에 대해 알아보자!(feat. 반도체공정)
이런 진공펌프를 하나하나 분석해보도록 합시다. 가장 우선적으로 알아볼 것은 Rotary Pump입니다. Rotary Pump의 스펙은 다음과 같습니다.
Source: alive-earth.com
Date Published: 2/15/2021
View: 3426
진공펌프(Vacuum pump) – :: 진공에 대해 알려주마.
반도체 공정에서 가장 중요한 것 중 하나가 진공이다. 챔버나 용기의 진공 상태를 만들거나 유지하기 위하여 사용되는 펌프를 진공 펌프라 한다.
Source: hivac.tistory.com
Date Published: 11/29/2022
View: 65
KR19980015712A – 반도체 공정용 진공시스템 – Google Patents
반도체장치 제조공정이 수행되는 공정챔버 내부에 크라이오 트랩을 설치하여 단시간 … 본 발명은 러프 진공 펌프(Rough Vacuum Pump)와 고진공 펌프(High Vacuum …
Source: patents.google.com
Date Published: 8/22/2021
View: 977
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주제에 대한 기사 평가 반도체 진공 펌프
- Author: 렛유인 l 취업도우미 유이니
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- Date Published: 2020. 6. 8.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=FleVjAyW7yY
박막공정의 핵심요소, 진공 펌프(Vacuum pump)를 알아봅시다.
안녕하세요. 미스터펭귄입니다.
첫 포스팅으로 ‘진공 펌프(Vacuum pump)’를 소개해드리도록 하겠습니다.
평소 공학을 전공하시는 전공자들은 앞으로 펌프를 많이 접해보실 것이라고 생각합니다.
최근 반도체 산업이 발전하고 있는데, 반도체 공정 중 박막 증착법인 PVD, CVD, ALD에서
가장 핵심요소가 바로 ‘진공 펌프’라고 할 수 있죠.
진공(Vacuum)은 박막증착 공정뿐만 아니라
표면분석 및 특성평가에서도 중요한 조건이기 때문에
반도체 공정뿐만 아니라 다양한 산업군에서의 핵심·필수 전제조건 역할을 합니다.
이렇게 중요한 ‘진공(Vacuum)’ 상태를 도대체 어떻게 만드는 것일까요?
그 질문에 대한 답은 바로 ‘진공 펌프(Vacuum pump)’ 입니다.
다양한 블로그를 찾아보시면 ‘진공’에 대해 전반적으로 이해할 수 있게 이미 포스팅이 되어있기 때문에,
이번에는 조금 더 깊이 들어가서 진공을 만들어주는 ‘펌프’에 대해 설명드리고, 진공 범위에 따라 사용되는
펌프를 각각 하나씩 예를 들어 설명드리는 시간을 가지도록 하겠습니다.
진공이란, 아무런 입자도 존재하지 않는 공간을 말합니다.
하지만, 아무것도 존재하지 않는 공간을 만드는 것은 거의 불가능에 가깝다고 할 수 있죠.
예를 들어,
방 안에 공기를 포함한 어떤 물질도 존재하지 않는다면 방 안을 ‘진공’ 상태라고 말할 수 있지만,
방 안에 아주 작은 먼지 하나라도 날아다닌다면 그것은 이론적으로 ‘진공’이라고 할 수 없습니다.
사전적 의미의 진공은 먼지 하나라도 있으면 진공이 될 수 없다.
이렇게 미세한 물질 하나라도 존재하면 진공으로 정의될 수 없기 때문에,
실질적으로 사용하는 진공의 정의는 대기압보다 낮은 압력을 가진 상태를 의미합니다.
진공을 나타내는 단위는 여러가지가 있는데,
진공은 대기압의 단위인 atm을 기준으로 Torr, Pa, mmHg, psi 등을 사용합니다.
대기압(1atm)을 기준으로 각 단위별로 환산해보면 아래와 같습니다.
대기압(1atm) = 760Torr = 760mmHg = 14.7psi = 101,300Pa
진공도 범위(Torr 단위)에 따른 진공 영역
진공 영역은 위의 표를 보시는 것과 같이 네 영역으로 나눌 수 있습니다.
초고진공 영역은 압력이 가장 낮은 영역이기 때문에
네 영역 중에서 가장 불순물의 양이 적다고 할 수 있죠.
하지만 가장 낮은 압력을 만드는 만큼
시간이 굉장히 오래걸리고 비용이 많이 들기 때문에
진행하고자 하는 공정에 알맞는 진공 영역을
선택하는 것이 가장 효율적인 방법이라고 할 수 있습니다.
앞에서 진공에 대한 개념과 진공 영역을 간단히 알아보았습니다.
진공에 대한 전반적인 내용을 이해하였으니,
진공을 만들어주는 진공 펌프에 대해 차근차근 알아가보도록 합시다.
진공 펌프(Vacuum pump)란? 말 그대로 진공을 만들어주는 펌프라는 의미입니다.
그렇다면 여기서 간단한 퀴즈를 내보겠습니다.
Quiz. 하나의 진공 펌프로 대기압에서 초고진공상태로 만들 수 있다?
정답은 없다. 입니다.
하나의 진공 펌프로 대기압에서 초고진공상태로 만들 수 없는 이유는
그 이유는 진공 영역에 따라 펌프의 설계가 달라지기 때문입니다.
예를 들어서,
고진공에 사용되는 펌프를 저진공에서 사용하게 되면,
몇 안되는 기체 분자만을 배출시키기 위해 설계된 고진공 펌프가
감당할 수 없을 정도로 많은 기체 분자들과 충돌하면서 제 기능을 하지 못하고 멈춰버리게 되죠.
그렇기 때문에 진공을 만들때는 저진공, 고진공, 초고진공 영역에 맞는 진공 펌프를 사용해야 합니다.
저진공에서 고진공, 고진공에서 초고진공을 만들기 위해 다양한 펌프를 사용해야 한다는 것을
아래 그림의 청소 도구에 비교해보았습니다.
눈삽 (저진공 펌프) 도로빗자루 (고진공 펌프) 빗자루 (초고진공 펌프)
눈을 기체분자, 청소 도구를 진공 펌프라고 생각한다면,
수북히 쌓인 눈을 퍼내어 걷어내는 눈삽 = 저진공 펌프.
눈을 쓸어서 땅이 보이게 하는 도로빗자루 = 고진공 펌프.
남은 눈을 구석구석 털어내는 빗자루 = 초고진공 펌프.
라고 쉽게 이해할 수 있는데요.
이렇게 저진공, 고진공, 초고진공으로 나뉜 펌프들은 다양한 종류의 펌프를 통해 진공을 만듭니다.
각 진공 영역에 맞는 펌프의 종류를 나열해보았습니다.
진공 영역별 사용되는 펌프 종류
정말 많은 종류의 펌프들이 있죠?
다양한 종류의 펌프들이 있는 만큼 펌프의 장단점이나 사용목적에 따라 쓰임새가 다양하기 때문에,
공정에 적합한 진공 펌프를 잘 선택하는 것이 중요합니다.
이번 포스팅에서는 다양한 펌프들 중에,
저진공을 만들기 위해 사용되는 Rotary vane pump,
고진공을 만들기 위해 사용되는 Oil diffusion pump,
초고진공을 만들기 위해 사용되는 Cryogenic pump,
3가지 펌프의 원리에 대해 알아보도록 하겠습니다.
Rotary vane pump는 저진공을 만들때 사용합니다.
고진공, 초고진공을 만들기 전에 가장 먼저 진행하는 펌프이기 때문에
‘1차 펌프’라고 부르기도 한답니다.
그렇다면 이 펌프가 어떻게 작동하는지 아래의 그림을 통해서 알아보도록 하죠.
Rotary vane pump의 구조
Rotary vane pump의 구조는 크게 실린더, 흡입구, 배출구, 새터,
회전하는 로터와 날개(Vane)로 구성되어 있습니다.
또한 Rotary vane pump는 오일을 사용하는데요.
펌프 내에 충분한 오일이 채워져 있어서 마찰로 인한 열을 냉각시켜주는 역할을 하고,
오일이 날개와 정지자 사이의 공간으로 기체 분자가 빠져나가는 것을 막아주기 때문입니다.
그림 출처: https://goo.gl/ME49zW
Rotary vane pump는 총 4가지 단계,
흡입(Induction) – 고립(Isolation) – 압축(Compression) – 배기(Exhaust) 를 통해서 진공을 만들어줍니다.
각 단계별로 살펴보면,
흡입(Induction)
로터가 회전하면서 흡입구의 기체를 실린더 안쪽으로 들어오게 만듭니다.
고립(Isolation)
로터가 계속 회전하면서 날개가 흡입구를 차단하고, 실린더 안의 기체를 고립시킵니다.
압축(Compression)
실린더 안에 들어있는 기체들을 로터와 날개가 회전하면서 배기구쪽으로 이동시키고 압축시킵니다.
배기(Exhaust)
압축된 기체는 배기구의 마개가 열리면서 최종적으로 밖으로 빠져나가게 됩니다.
이렇게 4가지 단계를 반복하면서 기체분자를 밖으로 빼내고, 저진공을 만들어 주는겁니다.
Oil diffusion pump는 저진공 상태에서 고진공으로 만들어주기 위해 사용하는 펌프입니다.
오일을 분사시켜서 기체 분자들을 아래쪽의 배기구로 이동시키는 단순한 컨셉으로 진공을 만들어내죠.
아래 그림을 참고하면서 자세하게 살펴보도록 하겠습니다.
그림 출처: https://goo.gl/2AAarU
Oil diffusion pump의 구조는 히터, 배럴, 굴뚝(Chimney) 3가지로 구성되있습니다.
히터는 오일을 증발시켜서 굴뚝을 타고 올라가게 만드는 역할을 합니다.
굴뚝(Chimney)은 증발된 오일이 아래쪽을 향하여 분사되도록 설계되어 있고,
오일을 분사시키는 노즐은 오일이 충분한 운동성을 가질 수 있도록 해주죠.
배럴 내부에는 충분한 오일이 있고, 외부에는 오일을 냉각시켜주는 냉각수가 코일의 형태로 둘러쌓여져 있습니다.
냉각수 코일은 분사된 오일을 다시 냉각시켜서 액체로 만들어주죠.
그림 출처: https://goo.gl/EUVJ4v
Oil diffusion pump이 고진공을 만드는 원리도 펌프의 구조만큼이나 간단합니다..
먼저, 배럴 내부의 오일을 히터를 통해 증발시킵니다.
증발된 오일이 굴뚝을 따라 상승하게 되고, 증발된 오일이 점점 많아지게 되죠.
굴뚝 위로 올라온 오일들은 노즐을 통해서 초음속(약 300m/s)의 속도로 분출됩니다.
분출된 오일들은 주위의 기체분자들과 충돌하면서 오일이 가진 운동량을 기체분자들에게 전해주게 됩니다.
충돌을 통해 운동량을 얻은 기체분자들은 아래로 향하게 되고 배기구를 통해 빠져나가게 됩니다.
고진공을 만들어내는 펌프라고 해서 복잡하고 이해하기 힘든 원리를 사용하지 않는다는 점 알고 계셨으면 좋겠습니다.
그렇다면 초고진공을 만들어내는 펌프도 복잡하고 어려운 원리를 사용하지 않는다는 것을 짐작하실텐데요.
다음으로 초고진공을 만들어내는 Cryogenic pump에 대해서 알아보도록 합시다.
‘Cryo’는 영어로 ‘추위, 한랭’을 뜻하는 접두어입니다.
그렇다면 우리는 Cryo를 보고 “저온과 관련이 있는 펌프” 라고 짐작해볼 수 있겠죠?
사진 출처: https://goo.gl/sBrfdF
추운 겨울에 안경 쓴 사람들이 추운 실외에서 따뜻한 실내로 들어올 때
안경이 뿌옇게 흐려지는 것을 본 적 있으신가요?
이 현상은 공기 중에 존재하는 수증기가 차가운 온도의 안경면을 만나면서
액체로 응축하는 현상이 일어나기 때문인데요.
이렇게 우리가 생활하면서 겪었던 현상을 진공 펌프에 적용시킨 것이 바로
‘Cryogenic pump’ 입니다.
Cryogenic pump를 이해하기 위해서는 먼저 ‘증기압(Vapor pressure)’이란 용어를 알아야 합니다.
‘증기압(Vapor pressure)’이란?
사전적 의미로는 액체 또는 고체에서 증발하는 압력으로,
증기가 고체나 액체와 동적평형상태에 있을 때의 포화증기압을 말합니다.
그래서, 어떤 물질의 증기압이 높다는 것은 높은 포화증기압을 만족하기 위해서
물질이 계속해서 증발하려 하는 것을 뜻해요.
반대로, 어떤 물질의 증기압이 낮다는 말은 조금만 증발이 일어나도
금방 포화증기압에 도달하는 것을 뜻하죠.
증기압은 온도라는 변수에 의해 변화하는데요.
아래의 그래프를 보면서 조금더 자세하게 알아보겠습니다.
‘평형 증기압 곡선’, 기체와 액체 또는 고체가 공존하는 곳을 곡선으로 나타냄. 그래프 출처: https://goo.gl/WQZzKv
모든 물질이 온도가 감소함에 따라 증기압 곡선 또한 감소하는 것을 볼 수 있습니다.
따라서, 물질의 온도를 낮춘다면 기체의 포화증기압을 낮아져서 더이상 기체로 존재하지 못하고 액체로 응축됩니다.
그래서 증기압이 펌프와 무슨 관련이 있는가?
Cryogenic pump는 두 가지 원리를 사용해서 진공을 만들기 때문에 설명드렸습니다.
1.냉온 응축(Cryo-Condensation)
냉온 응축(Cryo-Condensation)이란, 증기압이 낮은 물질의 온도를 낮추어 액화시킨 다음, 얼리는 방법을 말합니다.
2.냉온 흡착(Cryo-Sorption)
냉온 흡착(Cryo-Sorption)이란, 극저온에서도 증기압이 높아서 액화되지 않는 기체들의 운동에너지를 빼앗아
표면에서 움직이지 못하게 하는 방법을 말합니다.
흡착과 응축은 실생활 숯과 창문에서도 손쉽게 관찰할 수 있습니다.
숯은 실생활에서 주로 공기를 정화하는 용도로 사용하는데요.
숯이 습기를 제거하거나 탈취가 가능한 이유는 숯이 주변에 존재하는 기체들을 잡아서
흡착하는 성질 때문이라고 할 수 있죠.
추운 겨울날에 온도가 낮아지면 창문에 물방울이 맺히는 것을 보신 적이 있으실텐데요.
창문의 낮은 온도로 인해 수증기의 증기압이 낮아져서 수증기가 액회되어 형성된 것이
바로 창문에 맺힌 물방울이에요.
이제 Cryogenic pump가 두 가지 원리를 이용해서 어떻게 기체를 제거하는지 감이 오시나요?
그렇다면 지금부터 그림을 살펴보면서 Cryogenic pump의 구성요소에 대해 알아보도록 하겠습니다.
Cryogenic pump의 실제 모습(왼쪽)과 개략도(오른쪽) 출처: https://goo.gl/AV1Dio
Cryogenic pump의 구성요소는 Cold head, Baffle, 활성탄(activated charcoal)
이렇게 3가지로 크게 구분할 수 있어요.
Cold head는 펌프 내부를 극저온으로 만들어주는 냉각판 역할을 합니다.
Baffle은 외부와 연결되는 부분에 설치하여 펌프의 온도를 유지시키는 일종의 차단막입니다.
펌프 내부의 온도가 밖으로 빠져나가지 못하게 하고 외부의 열이 안쪽으로 들어오지 못하도록 반사시키죠.
활성탄은 Cold head에 부착하여 펌프 내부에서 응축되지 않는 기체들을 흡착하는 역할을 합니다.
Cryo pump의 구성요소를 알아보았으니 이제 펌프의 작동 원리를 살펴보도록 합시다.
Cryogenic pump는 극저온을 만들기 위해 액체 헬륨을 냉매로 사용합니다.
높은 압력의 액체 헬륨을 Cold head 에서 팽창시키게 되면 헬륨의 기화로 인해 주변의 열을 빼앗으면서
극저온이 형성됩니다.
이렇게 극저온으로 만들어진 Cold head는 상부, 하부로 총 2개로 나뉘어져 있는데요.
하부 Cold head와 Baffle의 온도는 약 75~50K 까지 내려가고,
상부 Cold head의 온도는 약 10~20K까지 내려가죠.
(여기서 K는 절대 온도를 나타내는 켈빈 온도를 말합니다.)
또한 상부 Cold head에는 추가적으로 활성탄이 부착되어 있습니다.
75~50K의 온도를 가지는 하부 Cold head는 냉온 응축(Cryo-Condensation)원리를 사용합니다.
따라서 하부 Cold head에서는 증기압이 낮아 액화시킬 수 있는 H2O, N2, O2, Ar 등을 얼려서
1차적으로 제거하는 역할을 하죠.
온도 20~10K에 활성탄이 부착된 상부 Cold head는 냉온 흡착(Cryo-Sorption)원리를 사용합니다.
따라서 상부 Cold head에서는 하부 Cold head에서 응축되지 않은 증기압이 높은 기체들이 약 15K의 활성탄에 의해
운동에너지를 빼앗기고 흡착되어 제거되는 것이죠.
대표적인 기체들로는, H2, He, Ne 등이 있습니다.
2종류의 Cold head에서 기체 분자들이 응축, 흡착되면서 기체분자수가 감소하게 되고
결국 초고진공을 만들어내는 거죠.
지금까지 진공과 진공 범위에 따른 진공 펌프에 대해서 열심히 설명해보았습니다.
실제 박막 공정에서 기본 전제조건이 되는 것이 진공 펌프인만큼,
제가 설명한 내용들이 여러분들께 쉽게 이해가 되고 많은 도움이 됐으면 좋겠습니다!
이상으로 미스터펭귄의 ‘진공 펌프’ 포스팅을 마치도록 하겠습니다.
감사합니다!
[진공 개념]진공이란? 반도체에서 진공이 필요한 이유, Torr, Pa
반도체 진공
진공 개념
Vacuum
반도체에서 진공이 필요한 이유
반도체 산업이 발전하고 급부상하면서, 진공에 대한 개념들이 중요해지고 있다. 공학 도라면 한 번쯤은 들어봤을 만한 진공의 개념에 대해서 정리해보고자 한다.
반도체뿐만 아니라 다양한 산업군에서 진공을 이용한 시스템들이 존재하며, 이러한 시스템에서는 진공을 만들어내는 진공 펌프(pump)들이 시스템과 연결되어 있다.
진공의 개념과 진공을 표현하는 용어들을 이해하면 산업을 이해하는데 도움이 될 것으로 생각한다.
진공이란 ‘대기압보다 낮은 상태’를 의미하며 반도체 제조 공정에서는 진공 공정 장비를 많이 사용합니다. 그렇다면 진공이 무엇이며, 어떻게 진공을 만들며, 왜 진공이 필요한 지 알아야 한다.
진공은 대기압보다 낮은 압력 상태를 의미하기 때문에 대기압(760 Torr) 이하의 압력을 진공이라고 정의한다.
토리첼리의 실험을 기반으로 유리관 안에 가득 채운 후, 수은이 담긴 다른 용기 안에 거꾸로 유리관을 세우면 수은이 차 있는 유리관은 76cm의 높이를 유지하게 된다는 것이 발견되었다. 이때, 수은이 차 있는 유리관의 위쪽은 비어있는 부분이 발생하게 되고, 이것을 토리첼리 진공이라고 표현하며 ‘진공 상태’가 되었다고 표현을 할 수 있다.
이 실험을 바탕으로 진공도의 단위를 토리첼리의 이름을 따서 Torr로 지었으며, 대기압 상태를 760 Torr, 760mmHg 등으로 표현하게 된다. 진공 상태를 표현하는 기본적인 단위는 Torr와 Pa 등으로 나타낸다.
특히, 반도체 진공장비에서 진공을 표현할 때 Torr, Pa 등의 단위로 나타내며, 이 때 압력의 단위는 다음과 같이 정리할 수 있다.
대기압: 760mmHg = 760 Torr
1 Torr = 133 Pa
반도체 산업에서는 보통 1Torr 이하의 압력을 진공 상태라고 표현하며, 진공도에 따라 저진공, 중진공, 고진공, 초고진공 등으로 진공 영역이 구분된다.
반도체 산업에서 주로 초고진공으로 갈수록 압력이 낮다는 것을 의미하며 이는 내부에 존재하는 기체가 적음을 의미하며 즉, 오염도가 적다는 것을 의미한다.
따라서 반도체 산업에서는 진공 상태에서 공정 중 발생할 수 있는 불순물의 영향을 최소화하고 플라즈마 형성을 가능하게 하기 때문에 반도체 공정 중 플라즈마(Plasma)를 이용한 식각(Etching), PVD, CVD, ALD 등의 증착 공정 등을 진행하는데 필수적으로 사용된다.
그리고 이 진공에 따라서 공정 특성이 달라질 수 있으며, 고순도의 공정을 진행할 수 있고, 또한 분석을 진행할 때에도 진공을 이용하여 대기 중의 노출을 방지하거나 외부로부터 표면이 오염되는 것을 방지하기 위한 목적으로 사용될 수 있다.
진공 상태를 만들기위해서는 내부의 압력을 낮추는 역할을 하는 진공 펌프(Vacuum pump)가 필요하다.
앞서 언급한 저진공, 중진공, 고진공, 초고진공 등 진공 영역에 따라서 사용되는 펌프가 다양하며, 진공 시스템에서 진공 상태를 유지하는 진공 챔버라고 불리는 공간의 기체를 뽑아내어 진공 상태로 만들어주는 역할을 진공 펌프가 하게 된다.
다음 포스팅에서는 진공 펌프의 종류와 역할에 대해 정리해보고자 한다.
*해당 내용은 글쓴이가 공부하고 이해하기 위한 목적으로 정리한 글이기 때문에 오류가 있을 수 있습니다.
진공을 형성하는 방법에 대해 알아보자!(feat. 반도체공정)
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안녕하세요. 훈릴스입니다.
오늘은 진공을 형성하는 vacuum pumps에 대해 알아보는 시간을 가져보고자 합니다. 앞 포스팅에서는 진공의 기초적인 개념에 대해 알아보았습니다. 이번 포스팅에서는 진공을 형성하는 여러가지 원리와 방법에 대해 알아보고자 합니다.
진공을 형성하는 방법은 무척이나 다양합니다. 진공의 종류에 따라서 수십가지나 시중에 진공 펌프가 출시되어 있으니 말이죠. 이런 진공펌프를 하나하나 분석해보도록 합시다. 가장 우선적으로 알아볼 것은 Rotary Pump입니다. Rotary Pump의 스펙은 다음과 같습니다.
출처 : common Wiki
– 압력 범위 : 760 ~ \(10^{-3}\) torr
– 비교적 저압에서 기계의 효율이 우수합니다.
– trap을 설치하지 않으면 펌프를 통해 역으로 공간 안 속에 공기가 유입될 수 있습니다.
– 저렴합니다.
– Pumping speed : 1~500 \( l / sec \)
– 발생할 수 있는 문제 :
1. 사용하는 oil은 반드시 낮은 증기압을 가져야 좋은 진공을 형성할 수 있습니다.
2. 사용하는 오일이 기체화되어 유입되면 진공을 망칠 수 있습니다.
3. 한 번에 너무 큰 양의 공기를 빼어내면 기계가 고장날 수 있으니 서서히 작동해야합니다.
다음으로 알아볼 것은 Diffusion Pump입니다. Diffusion pump의 스펙은 다음과 같습니다.
출처 : Common Wiki
– 압력 범위 : \(10^{-2}\) ~ \(10^{-10}\) torr ( 보통 \(10^{-4}\) ~ \(10^{-7}\) torr 사이의 진공을 잡을 때 사용)
– 고압에서 효울적으로 작동합니다.
– 오일이 증발되어 내부의 공기를 가지고 배출되는 원리입니다.
– 비교적 저렴한 가격입니다.
– 움직이는 부분이 없다는 것이 큰 장점입니다.
– 다른 펌프와 함께 사용하여야 합니다. 그렇지 않으면 진공을 망칠 수 있습니다.
– 가능한 문제
1. 진공 공간과 외부의 압력 차이가 크면 공기가 역유입 될 수 있습니다.
2. 냉각수가 떨어지면 과열될 수 있으니 주기적 확인이 필요합니다.
3. 오일은 낮은 증기압을 가진 것을 사용하여야 합니다. 그렇지 않으면, 진공을 망칠 수 있습니다.
세 번째로 알아볼 것은 Liquid Nitrogen traps / baffles 입니다. 보통 다른 진공 펌프와 함께 사용되는 장치입니다. 그 스펙은 다음과 같습니다.
– 위 Liquid Nitrogen trap은 공기의 역유입을 현저히 줄여줍니다.
– 100mTorr이상의 압력에 노출되어서는 안됩니다. 진공을 망칠 수 있습니다.
– 기존의 공간에 물 입자가 있으면 얼어 붙을 수 있으므로, 기체 질소를 이용하여 진공을 잡기에 앞서 공간의 청소가 필요합니다.
– 지속적인 충전이 필요한 장치입니다.
다음으로 알아볼 것은 turbomolecular pump입니다. 스펙은 다음과 같습니다.
출처 : flickr.com
– 압력 범위 : 1 ~ \(10^{-12}\) torr
– mechanical pump
– 오일과 trap을 사용하지 않습니다.
– 단독으로 사용이 어렵습니다. 다른 장치의 설치가 필요합니다.
– 값이 비쌉니다.
– pumping speed : \(10^{3} l/sec\)
– 발생 가능한 문제
1. 빠른 속도로 날이 정교하게 돌아갑니다.
2. 부드럽게 하는 것은 기계 각각의 문제입니다.
3. 너무 높은 고압은 날을 휘게 만들 수 있으니 다른 장치의 적극적 사용이 필요합니다.
다음으로 알아볼 것은 cryogenic pump입니다.
출처 : Common Wiki
– 압력 범위 : \(10^{-3}\) ~ \(10^{-10}\) torr
– 오일을 사용하지 않습니다.
– 단독 사용이 불가능합니다. 다른 장치가 필요합니다.
지금까지 다양한 진공펌프에 대해서 알아보았습니다. 고정된 이론이 아니라, 지금도 계속해서 진공장치들이 개발되고 있기에 꾸준히 공부하는 것이 중요하다고 생각되네요. 이상으로 포스팅 마치겠습니다.
감사합니다.
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진공펌프(Vacuum pump)
반도체 공정에서 가장 중요한 것이 진공이다.
챔버나 용기의 진공 상태를 만들거나 유지하기 위하여 사용되는 펌프를 진공 펌프라 한다. 왜 진공을 유지해야 하는지는 주변 공정 엔지니어에게 물어보라. 여기서는 공기와 공기중 부유물 모두가 이물질로 취급한다.
다양한 진공 펌프를 사용하고 있으나 가장 대표적인 것이 저 진공 펌프인 dry pump와 고진공 펌프인 TMP와 CRYO 펌프이다. 여기에서는 dry ethcer 설비에서 주로 사용되는 TMP와 Dry pump를 주로 설명하고 성능과 공정의 특성에 따라 TMP와 Cryo를 선택적으로 사용하면 된다.
TMP(Turbo Molecular Pump)와 DRY PUMP
Dry pump는 단독으로 사용이 가능하다. ATM에서 1.0E-3 ~ 1.0E-4 torr의 압력이 필요한 설비에서는 dry pump만 사용하여 진공을 유지한다. 이러한 저 진공 설비의 경우 dry pump만으로도 충분히 원하는 압력을 만들 수 있다. 여기에 압력을 더 낮추기 위해서는 추가로 고진공 펌프를 설치해야 한다.
고진공 펌프는 사용할수 있는 압력이 정해져 있어서 dry pump를 이용하여 챔버의 압력을 일정한 수준으로 낮추어야 사용이 가능하다. 고진공 펌프만으로 구성하는 건 불가능하며 반드시 후단에 저 진공 펌프를 배치하여야 한다.
기억으로는 dry pump를 가동시키고 챔버가 ATM인 상태에서 Roughing valve 열고 APC 열고 TMP를 처음부터 가동해 고진공을 만든 경우가 있기는 하나 이것 역시 TMP가 가속하는 동안 dry pump가 계속 pumping을 해서 가능한 일일 것이다.
Dry pump를 단독으로 사용하거나 TMP와 같이 사용하는 경우 챔버와 펌프 사이에 밸브, 압력측정센서, 역류방지장치, 히터 등의 필요한 장치를 설치하여 사용하게 된다.
DRY PUMP
드라이펌프(Dry pump)는 일반적으로 ATM에서 저진공 까지 만들기 위한 pumping 장치로 사용된다.
Dry의 이름이 붙은 이유는 기존의 펌프가 오일(Oil)을 사용하던 시절 오일을 사용하지 않고 pumping하는 펌프를 개발하고 이를 dry라고 명명한 데서 발생한 게 아닌가 한다. 어쨌든 dry pump는 청정 공간인 크린룸에서는 당연히 사용하는 펌프가 되었다.
드라이 펌프는 현장에서 거의 모든 진공 설비에 사용되어 진다. 저 진공 설비에서는 단독으로 사용되고 고진공 설비에서는 고진공 펌프 후단에 이 펌프를 사용하게 된다.
DRY PUMP만 사용한 설비와 TMP까지 사용하는 설비의 비교
고진공 펌프의 성능상 챔버를 ATM에서 roughing pressure까지는 dry pump가 담당하고 이후에서 고진공 펌프가 pumping 하게 되는데 고진공 펌프 후단의 압력을 낮추는 데 사용되어진다.
드라이 펌프는 챔버(Chamber)의 기체를 pumping하여 제거하는 데 사용된다. 가스가 유입이 없는 경우에는 챔버의 압력을 낮추기 위해서 사용되고 공정 중에는 가스의 흐름을 만들기 위한 pumping용으로 사용된다.
현장에서 Dry pump는 유틸리티에 가깝게 운용된다. Air나 house vacuum 처럼 항상 구동되고 있으며 수리나 특별한 경우가 아니면 멈추지 않는다.
TMP(Turbo Molecular Pump)
TMP는 선풍기 날개 같은 블레이드를 고속 회전시켜 기체는 밑으로 밀어내 펌핑을 하게된다.
고진공 펌프인 TMP는 ATM에서 바로 가동하여 pumping이 불가한 장치이다. 20,000 RPM의 고속 회전을 하게 되어 ATM에서 구동하는 건 TMP에 상당한 무리를 주는 것이다. 이러한 이유로 절차를 지켜 사용하게 되는데 압력이 일정 수준 이하가 되었을 때 사용이 가능해진다.
고진공 펌프를 사용하기 위하여 챔버의 압력을 일정한 값 이하로 만들어야 한다. 드라이 펌프(Dry pump)를 이용하여 챔버를 일정 압력 이하로 낮추게 된다.
Dry pump를 이용하여 챔버의 압력을 ATM에서 Roughing pressure까지 pumping을 위해 사용된다. 이렇게 챔버가 일정한 압력까지 낮아지면 TMP를 가동해 원하는 고진공까지 pumping 하게 된다.
TMP는 정상 RPM까지 도달하는데 10분 넘게 소요되며 20,000 RPM 이상 회전해야 사용 가능한 normal speed가 된다.
TMP가 normal speed로 가동 중에 갑자기 많은 기체가 투입되면 TMP는 break가 걸리게 되고 결국 회전을 멈추게 된다.
만일 TMP가 고속 회전 시 기체가 아닌 고체가 떨어지면 아래와 같이 내부가 망가질 것이다.
파손된 TMP Blade의 모습
TMP 역시 수리나 특별한 상황이 아니면 끄지 않고 계속 사용한다. 챔버를 Vent 하는 경우에도 위쪽에 달린 APC를 full close한후 챔버만 vent 하여 작업을 진행한다.
PUMPING SEQUENCE (클릭하면 움직이는 이미지가 보임)
CRYO PUMP
또 다른 고진공 펌프로 Cryo pump가 있다. 기체를 저온 응축하여 가두는 방식으로 pump 하게 된다. 공정의 특성에 따라 TMP 혹은 CRYO 펌프를 선택적으로 사용하게 된다.
챔버(Chamber)
공정을 위한 반응 용기. 보통 알루미늄이나 SUS를 이용하여 만든다. 진공의 압력을 견디기 위해서 상당한 두께와 무게를 가진다.
ATM(Atmosphere)
우리가 사는 대기를 말한다. 주로 대기압을 말할 때 사용한다.
Roughing pressure
ATM에서 dry pump를 이용하여 pumping을 시작하여 일정한 압력 이하게 되면 TMP를 이용하여 고진공 pumping을 하게 된다. 전환 시점의 압력을 사용자가 지정하는데 항목명으로 사용한다.
KR19980015712A – 반도체 공정용 진공시스템 – Google Patents
H — ELECTRICITY
H01 — BASIC ELECTRIC ELEMENTS
H01L — SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
H01L21/00 — Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
H01L21/02 — Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
H01L21/04 — Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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