코팅 종류 ? CVD : Chemical Vapor Deposition

코팅 종류 ? PVD : Physical Vapor Deposition

코팅 증착 ? 진공장비 (챔버)에서 Cr, Ti, Al, Si 등의 원소와 N를 플라즈마 상태로 만들어 전기적 성질을 이용하여 제품에 증착 (코팅) 함

왜 진공을 이용하는가 ? 플라즈마 생성 조건 만족

플라즈마 (Plasma) 란 ?  기체분자가 전자와 이온으로 분리된 상태 (물질의 제4의 상태)  음전하와 양전하의 수가 거의 같은 밀도로 분포  전기적으로 거의 중성을 유지  우주 구성 물질의 99 % 이상이 플라즈마 상태로 구성

진공이란 ? Good Food Process Better Tube Process Best Space Research Atmosphere

진공의 구분 ? Vacuum Region 압력 (torr) 압력 (Pa) Low vacuum 25 ~ 760 3.3X103 ~ 105 Medium vacuum 7.5X10-3 ~ 25 10-1 ~ 3.3X103 High vacuum 7.5X10-7 ~ 7.5X10-3 10-4 ~ 10-1 Very high vacuum 7.5X10-10 ~ 7.5X10-7 10-7 ~ 10-4 Ultra high vacuum (UHV) 7.5X10-13 ~ 7.5X10-10 10-10 ~ 10-7 Extreme ultrahigh vacuum (EUV) < 7.5X10-13 < 10-10

진공 펌프의 구분 ? 펌프의 종류 작동압력 비고 Rotary Pump Oil 사용 Dry Pump Booster Pump Oil Diffusion Pump Turbo Molecular Pump 수증기 취약 Cryo Pump He, Ar 취약 Sublimation Pump Ion Pump 압력 [torr] 760 10-1 10-4 10-7 10-10 10-13

로타리 펌프 (Rotary Pump)

로타리 펌프 / 작동원리 흡입 고립 압축 배기

Gas Ballast ? 압축과정에서 수분 발생  Oil 오염  sealing 능력 감소  진공배기 속도 감소 작동원리 : 안정한 질소가스를 압축과정에 주입하여 과도한 압축 방지 단점 : 펌프 온도 상승 및 진공배기능력 감소

Back Stream ? Back stream : Oil이 역류하여 진공장비로 유입 구동 압력이 낮을 수록 많이 발생 trap을 사용하여 줄임  conductance 떨어짐

Booster Pump ? 10~10-4 torr 영역의 진공펌프 대형 챔버의 저진공 시간 단축 회전자 사이의 간격 : 0.2㎜ 빠른 회전 속도 : 오일을 사용하지 않음 단독 사용불가 (로타리 보조펌프)

Diffusion Pump Back stream : 외벽 냉각 중요 Jet 에서 초음속으로 분사되는 Oil stream과 휘발성 없고, 정제(purification)가 쉬워야 함 배기 가스와 반응성이 없어야 함 분자량 및 분자밀도가 높아야 함 산화, 열분해, 고온산화 등에 강해야 함 유독성이 없어야 함 Back stream : 외벽 냉각 중요 Jet 에서 초음속으로 분사되는 Oil stream과 기체분자의 충돌  공기 입자를 아래로 보냄 (약 300 m/sec)

Diffusion Pump 장/단점 Oil Diffusion 펌프의 장점 가격이 저렴 구동부위 없음 모든 가스들에 대하여 일정한 배기속력을 갖음 Oil Diffusion 펌프의 단점 Oil의 역류(back stream)  Cold trap 필요 Oil의 산화  leak에 민감

Diffusion Pump System 및 Oil Baffle Cold Trap Backing Pump 냉각수는 위에서 아래로 Pump Oil Mineral (1X10-8 torr) Silicon* (1X10-9 torr) Polyphenyl ether* (1X10-9 torr)

TMP / Turbo Molecular Pump 일정한 각도를 가지고 고속으로 회전하는 blade와 가스분자의 충돌에 의한 분자들의 이동

TMP 장/단점 TMP의 장점 Start-up 시간이 없다 챔버 온도에 둔감 부식성/반응성 물질의 잔류가 없다 냉각이 상대적으로 덜 필요하다 TMP의 단점 가격이 고가 가스에 따른 배기속도가 차이다 많다. 특히 질량이 가벼운 분자의 배기속도가 떨어짐 수증기의 배기속도가 낮다  Cold trap 사용

진공게이지 작업영역 (Torr) - 8 - 6 - 4 - 2 2 Bourdon Gauge Pirani gauge 2 Bourdon Gauge Pirani gauge Penning gauge Cold cathode (IG) Penning gauge Hot cathode (IG) Baratron gauge

Bourdon gauge 760 torr ~ 1 torr

TC 게이지 & 피라니 게이지 TC 게이지 피라니 게이지

Hot cathode ionization (BA) gauge 필라멘트에서 방출된 열전자가 양극으로 가속되면서 중성의 분자와 충돌하여 발생하는 이온의 전류를 측정 넓은 dynamic range 기체의 종류에 따른 보정이 필요 반응성 가스에 취약

Hot cathode ionization (BA) gauge

Cold cathode Gauge 음극에서 방출된 전자가 자석에 의하여 나선운동을 하며 양극쪽으로 이동하면서 중성의 분자와 Penning 이온화된 이온의 전류밀도를 측정 Hot cathode gauge에 비하여 화학반응에 안정 함

Penning ionization General ionization : 가속된 전자와 중성입자의 충돌결과 중성입자가 전자를 잃고 이온화되는 과정 Penning ionization : 가속된 전자와 중성입자의 충돌로 중성입자가 들뜬상태가 되고 이 입자가 바닥상태로 천이하면서 내놓은 에너지에 의하여 다른 중성입자가 전자를 잃고 이온화되는 과정

Flange CF Flange KF Flange CF(Con Flat) Flange : Gasket을 사용한 seal KF(Kwik Flange) or NW Flange CF Flange KF Flange 26

Flange ISO Flange Guide가 있는 O-ring을 사용한 50mm 이상의 diameter의 seal K-type : Clamp를 사용한 O-ring seal F-type : Bolt-Nut를 사용한 O-ring seal ASA Flange 통상의 O-ring seal 27

Butterfly valve & Conductance control valve Coductance Control Valve 저진공 공정에서 고진공 펌프의 원활한 작용 28

Gas Control Valve 잠금밸브 : Shut-Off Valve / Ball Valve 유량조절 밸브 : Needle Valve 29

Leak Detection Leak의 종류 연결부위의 leak : 용접 또는 결합부위의 진공누설 재질 또는 소재의 결함 : 소재의 미세한 구멍 용도에 맞지 않는 재질의 선택 : 두께의 얇음 등 Outgassing : 표면처리 등의 문제 Virtual Leak : 이중 용접 또는 이중 seal에 의한 leak Leak Rate의 정의 단위시간당 진공시스템으로 유입되는 가스량 30

Leak Detection Leak Detection 방법 알코올을 사용한 방법 알코올의 강한 휘발성에 의한 압력의 급격한 증가 급격한 압력의 차이에 의하여 알코올에 잔존하는 수분의 응축으로 이전보다 압력이 낮아짐 Leak Detector를 사용한 방법 분자의 운동이 빠르고 반응성이 없으며 대기에 매우 작은 양이 존재하는 He을 사용 Magnetic Deflection에 의하여 검출되는 He의 양을 통해 진공누설을 감지 Standard leak와의 상호비교를 통하여 leak rate 결정 31