안녕하세요, 송송입니다. 진공공학 간단히 알아보기 part.1에서 진공에 대해 소개해드렸습니다.
이번엔 진공상태를 만들기 위한 방법에 대해 알아보겠습니다.
진공 상태! 어떻게 만들까요? 쉽게 돈을 써보자구요.. 돈으로 진공 상태를 만들어주는 진공 펌프를 구입하겠습니다.
자, 그럼 어떤 펌프들이 어떻게 쓰이는지 알고 구입해볼게요.
1. 진공 펌프란?
- 대기로부터 격리된 용기 내부의 기체분자들을 제거해 진공 상태를 만드는 기계설비
* 네.. 쉽게 말해 닫힌계에 있는 기체들을 빨아 땡겨 버린다는 것 = 진공 청소기 원리
2. 진공 펌프의 종류와 응용분야(반도체 분야)
3. 진공 펌프 성능을 나타내는 변수들
1) 도달 압력 : 펌프가 정상 동작 중 외부에서 유입되는 기체가 없는 상태에서 장기간 작동했을 때 얻을 수 있는 최소 압력
→ 통상적으로 "Base pressure" 라고 불리우며 가장 많이 사용되고 있습니다. 꼭 기억해주세요!
2) 배기 속도 : 특정 펌프가 얼마나 강력하게 기체를 배출할 수 있는가의 척도
3) 최대압축비 : 배기의 압력/흡기구의 압력
4) 최대작동압력 : 펌프 및 펌프 운전설비가 오작동 또는 파손의 위험 없이 안정하게 작동할 수 있는 최대 흡기구 압력
5) 임계배압 : 펌프가 기체 배출기능을 나타낼 수 있는 최대 흡기구 압력
6) 기타 : 소요전력, 진공, 소음, 무게 및 크기, 부식 및 오염에 대한 견고성 등
* 펌프를 선정할 때 가장 중요한 변수 1), 2), 6) 기타-부식 및 오염에 대한 견고성입니다.
반도체 분야에서 극한의 청정을 요구하는 공정에 경우 Base pressure가 매우 낮아야하고, Base pressure에 도달하기까지의 시간이 최소화가 되어야만 더 많은 공정을 할 수 있겠죠?
뿐만 아니라, 식각 공정에 경우에는 부식성이 강한 F(플루오린)계 가스를 사용하다 보니 펌프 부식 및 오염이 발생하게 됩니다. 따라서 펌프의 사용 기간이 짧아져 경제적 효율이 좋지 않으니, 내화학성 특성이 우수한지도 꼼꼼하게 체크해주셔야 합니다!
4. 진공 펌프 종류
- 진공 펌프로는 크게 오일펌프와 건식펌프로 나뉘고 있습니다. (저진공 펌프로 불리우고 있습니다. ~ 10-3 Torr)
1) 오일펌프(Oil pump, rotary pump) : 말 그대로, 오일이 들어있는 펌프입니다.
* 장점 : 값이 저렴함(Dry pump에 비해..) / 저진공 펌프로 가장 널리 사용되고 있음
단점 : 주기적인 Oil 교체 필요함, 잔고장이 많음
2) 건식 펌프(Dry pump) : 기름을 사용하지 않는 펌프
* 장점 : 기름을 사용하지 않기 때문에 매우 깨끗함
단점 : 비쌈..
5. 고진공 펌프
- 10-3 Torr ~ 10-7 Torr 까지 영역을 담당하는 펌프입니다. 대표적으로는 Turbomolecluar pump(터보분자펌프)가 있습니다.
회전 블레이드와 고정 블레이드가 번갈아 위치하고 있으며, 이는 기체 분자들이 한쪽 방향으로만 이동할 수 있게끔 설계되어 있습니다.
* 쉽게 말해, 위에서 당겨오는 기체 분자들이 블레이드에 맞아 다시 위로 올라가는(역류)것을 방지해주는 역할을 하고 있습니다.
!! 가장 중요한점 !!
터보분자펌프의 경우, 대기압상태 사용 불가합니다. 이 블레이드의 RPM이 펌프 스펙에 따라 다르지만 보통 30000 RPM이 넘기 때문에 기체가 많은 대기압 상태에서 작동하게 될 경우.. 끔찍한 일이 벌어지게 됩니다.(블레이드 고장으로 인한.. -_-)
가격 또한, 어마무시한 놈이기 때문에 항상 작동 전, 저진공 펌프를 활용하여 10-3 Torr 정도의 환경까지 만들어 주어야합니다.
여기서 끝이 아닙니다.. 이놈은 매우 까다로워 작동 중 백업 펌프를 활용해줘야합니다. 저진공 펌프를 뒤에 연결하여 터보펌프에서 뽑아낸 기체들을 밖으로 방출시키게 하면 끝입니다.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
반도체 분야쪽에 관심이 있거나 이미 종사하고 계시다면, 귀에 딱지가 붙을만큼 많이 듣고 친숙한 친구들입니다.
이 외에도 수 많은 펌프 종류가 있지만, 보편적이고 큰 틀 안에서 설명이 들어갔으니 참고 바랍니다!
그럼 Part.3 에서는 위와 같은 펌프를 활용했을 때, 그 진공도를 측정하는 진공 게이지에 대한 종류를 알아보도록 하겠습니다.