- 진공의 특성
- 물질이 전혀 존재하지 않는 공간
- 1atm = 760mmHg = 760Torr
-
| 저진공 | 고압 |
| 고진공 | 저압 |
- 이상 기체 방정식
- PV = nRT
(P : 압력, V : 부피, n : 기체의 몰수, R : 이상기체 상수, T : 절대온도)
=> '진공'의 경우, 기체 분자가 충분히 희박하여 이상 기체 방정식으로 설명 가능
- 진공의 '압력(P)'은 chamber안에 있는 '기체의 몰수(n)'에 비례
-> chamber의 압력을 낮추려면, 진공 pump를 사용해서 chamber 안에 있는 기체 분자를 외부로 배출시켜야 함
-> 진공 상태가 됨
- 진공 시스템
1) 진공 chamber
진공을 생성 및 유지하고 wafer애 원하는 공정을 진행하는 공간
2) 진공 pump
진공 chamber의 기체를 뽑아내어 진공 상태로 만들어주는 장치
3) 진공 gauge
chamber 내부의 진공도를 측정하는 장치
4) 진공 밸브
진공 chamber와 외부를 연결하는 개쳬 장치
5) 실링
진공 chamber에 여러가지 장치를 연결할 때, 연결 부위에서 기체가 chamber 내부로 들어오게 되어 진공이 나빠지는 것을 방지하는 부품
- 진공 pump
1. Rotary Vane pump
- 저진공 pump
저진공 펌프
- 진공 chamber 내부의 저압 상태의 기체를 압축하여 압력을 높여 외부로 배출하는 방식
- oil-sealed된 기계적 펌프
=> oil의 장점
1) pump의 작동 부분 밀봉
2) 냉각/윤활 효과
- 과정 )
흡입 -> 고립 -> 압축 -> 배기
- 장점 )
가격이 쌈
- 단점 )
1) 오일의 역류 발생 가능 (양산에서 많이 사용x)
2) 높은 유지 관리 필요
3) oil의 가격이 비쌈
2. Dry mechamical pump
- 오일 사용 x
(claw와 chamber 벽 사이의 간격이 매우 작아(수mm) gas가 압축이 됨)
- 유지 보수 필요 x
- 오염x
- 운영 비용 쌈
- gas는 각 단계에서 압축이 되어 다음 단계로 강제 이동
- 내부 부품의 축적 및 부식을 방지하기 위해 질소의 흐름을 일정하게 유지
3. Turbo Molecular Pump(TMP)
- 고진공 pump
- 매우 빠른 속도에서 기체 분자로의 운동량 전달을 통해 기체 분자 운반
- 여러 블레이드가 층층히 쌓여있고 각각의 블레이드는 기체 입자를 잘 쳐낼 수 있도록 각도와 날의 수가 설계
- 매우 얇게 만들어진 블레이드와 배출되는 기체의 마찰이 필수적으로 일어나게 되어, 압력이 충분히 낮아지지 않은 상태에서 연결시키게 되면 블레이드가 파괴가 될 수 있음
- 10~40단계로 이뤄지고, 마지막 단계는 roughing pump를 통해 배출
roughing pump
- 진공 시스템의 초기 진공화를 위해 사용되는 진공 pump
- 장점)
1) 깨끗한 pump
2) 유지 보수 필요 x
3) 높은 신뢰성
- 단점)
1) 가벼운 기체 제거 어렵 (ex) H2, He)
2) 비쌈
4. Cyro pump
- 고진공 pump
- He를 사용하여 15K 수준 이하로 냉각시켜 초저온 상태를 구현하여 chamber 내의 입자를 pump에 응결, 흡착시켜 제거하는 방식
- 중앙의 관을 통해 액체 He가 흐름
-> 냉각 효율을 위해 표면적을 넓게 만들어 높은 위쪽의 fin을 초저온으로 냉각
-> chamber 내의 기체 흡착
- 펌핑의 효율을 위해 흡착된 기체를 다시 제거해주는 과정 필요
=> regeneration
- 기체의 성질
1) Mean Free Path (평균 자유이동거리)
- 한 기체 분자가 다른 기체 분자와 충돌 후 다른 기체 분자와 충돌할 때까지의 평균 거리
- 평균 자유 이동거리가 커질수록, 기판에 도달한 입자의 방향은 직진성을 가지게 됨
2) 단분자층 형성 시간
- 기체 입자가 표면에 흡착되어 한 층의 원자/분자 층을 형성하는 데 걸리는 시간
- 단분자층 형성 시간이 짧아질수록, 공정 시간 단축
-> 결과물의 특성 확보가 가능하다면, 단분자층 형성 시간을 줄이는 방향이 공정 생산성을 향상시킬 수 있음
3) 기체분자 이동 속도
=> 기체 종류에 따라 기체 분자의 이동 속도가 차이가 남
-> 수소나 헬륨 등 가벼운 기체 분자는 pumping이 잘 안될수도 있음
