안녕하세요, 송송입니다. 오늘은 진공도를 측정하는 진공 게이지에 대해 알아보도록 하겠습니다.
사실 진공 게이지의 경우, 사용환경 및 공정에 따라 무수히 많은 스펙을 고려해 사용해야합니다...
저희는 진공에 대한 전문가가 아니니 가장 보편적인 진공 게이지에 대해 간단히 알아보겠습니다!
1. 저진공 게이지
- 피라냐 게이지(Pirani gauge) : 게이지 내부에 Pt 또는 Pt-Rh으로 구성된 필라멘트가 존재합니다. 필라멘트는 항상 자기 자신만의 일정한 온도를 유지하고 있습니다. 이 필라멘트에 기체 분자가 지나가게 되면, 필라멘트는 기체로부터 열을 빼앗기게 됩니다. 필라멘트는 다시 온도를 유지하기 위해 빼앗긴 열을 보상하기 위해 전압 또는 전류가 변화하게 됩니다.
이때 변화하는 전압 또는 전류 변화를 측정하여 압력으로 환산하는 방식의 게이지입니다.
... 이해하기 어렵나요? 자 쉽게 갑니다.
* 압력이 높다 = 기체 분자 多 → 필라멘트 열손실 多 → 보상 전압 多
압력이 낮다 = 기체 분자 小 → 필라멘트 열손실 小 → 보상 전압 小
장점 : 사용이 매우 간단함.. / 값싼 비용(가성비 최고)
단점 : 오일 펌프에 오염될 수 있음 / 공기 또는 질소 이외 기체에서 정확도 떨어질 수 있음
- Capacitance gauge(바라트론 게이지) : 게이지 내부에 다이어프램(Diaphragm)이라는 금속 또는 비금속 탄성체 막이 존재합니다. 이는 챔버 내 압력에 의해 휘어지게 됩니다. 이때 발생하는 전기 용량 차이를 전기 신호로 변환하는 방식의 게이지 입니다. 이는 피라냐 게이지와는 달리, 가스의 특성에 따라 달라지지 않고, 압력계 내의 물리적 변화에 의한 신호를 측정하기 때문에 기체 조성과는 무관한 값을 측정할 수 있습니다. 이와 같은 원리를 이용한 게이지는 바라트론 게이지라고도 통상 불리우고 있습니다.
사실 바라트론 게이지란, 바라트론이라는 회사의 게이지를 뜻하는 것입니다. 왜 이렇게 부르냐?? 유명하니까~
캐패시턴스 방식의 저진공 게이지는 보통 바라트론 게이지를 많이들 씁니다.. 누가 바라트론 게이지 어쩌구 한다면?
아.. 캐패시턴스 게이지를 말하는거구나 라고 이해하시길 바라요.
장점 : 가스(기체) 종류에 상관 없이 측정 가능
단점 : 비싼 가격
2. 고진공 게이지
- 이온화 게이지(Ionization gauge) : 고진공 이상에서 가장 널리 사용되고 있는 게이지입니다. 고진공 상태에서는 내부에 기체의 양이 너무나도 적습니다. 따라서, 저진공 게이지의 방식대로 압력을 측정하기엔 한계가 있죠.
이온화 게이지는 편하게 이온 게이지라고 불립니다. 이온 게이지 또한, 저온/고온 3극 어쩌구~ 종류가 나뉩니다.
그게 무엇이든!! 간단하게 이온 게이지는 말 그대로 챔버 내 가스를 이온화 시키고, 이때 발생하는 양이온의 이온전류를 측정하는 방식입니다.
흔히 볼 수 있는 이온 게이지는 열전자형입니다. 내부에는 전자 방출용 필라멘트, 그리드(전자 콜렉터, 이온 콜렉터)로 구성되어 있습니다. 필라멘트는 보통 W(텅스텐)이 사용되고 있습니다. 필라멘트에 전류/전압을 공급하여 가열시키면 열전자가 방출되게 됩니다. 방출된 열전자는 그리드에 의해 포획되어 전류로 변화하게 되고, 양이온은 이온 콜렉터에 의해 수집됩니다. 이때 이온 콜렉터에서 발생한 이온 전류를 측정하여 압력으로 변환하게 됩니다.
* 설명이 어렵네요.. 간단히 하면, 필라멘트로 열전자 방출 → 전자는 전자 콜렉터가 / 양이온은 이온 콜렉터가 수집 → 수집된 이온 전류를 측정하고 압력으로 변환!!
이온 게이지의 경우, 고진공 환경에서만 사용해야합니다. 압력이 높을 경우 발생하는 이온의 수가 너무 많아 측정이 어렵습니다. 이를 방지하기 위해 거의 모든 이온 게이지는 높은 압력에서 자동으로 OFF되게끔 설계되어 있습니다.
* 장점 : 고진공 측정 가능
단점 : 매우 비쌈... / 약골임(주의하지 않으면 필라멘트가 잘 끊어짐) / 고진공 환경 이외에 사용되면 수명이 짧아짐(당연)
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
이 외에도 사용 환경마다 무수히 많은 것들이 고려되어야 하는 것이 진공 게이지지만, 그 전에 가장 널리 사용되고 있는 저진공 및 고진공 게이지를 알아보았습니다.
큰 틀 안에서의 단점들을 보완하고 개조하여 각 스펙이 달라지게 됩니다.
따라서, 자기 자신이 사용하고 있는 공정 환경을 잘 고려해보고 구매 및 사용하길 바라겠습니다~
* 참.. 게이지는 꼭 교정이 된 상태로 사용하셔야합니다!
진공 게이지 교정은 진공 게이지 회사마다 자체적으로 하고는 있지만, 가장 정확하게 교정할수 있는 기관은 대전에 한국표준과학연구원에서 가능합니다.
워낙, 의뢰가 많아 오래걸릴 수 있지만, 교정 성적서가 나오는 국내에서 가장 신뢰성 있는 교정 센터입니다.
참고하세요~
!! 드디어 반도체를 알아가기 전에 필수적으로 알아야할 진공에 대해 알아봤습니다.!!
다음은 반도체 8대 공정에 관하여 소개드리겠습니다~