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벌집형 셀 구조를 가지는 스퍼터 이온펌프의 성능 분석
Pumping speed of a sputter ion pump with a honeycomb anode cell structure 원문보기

韓國眞空學會誌 = Journal of the Korean Vacuum Society, v.15 no.5, 2006년, pp.451 - 457  

하태균 (포항공과대학교) ,  안병남 (주식회사 브이엠티) ,  이득진 (주식회사 브이엠티) ,  김진곤 (주식회사 브이엠티) ,  정석민 (포항공과대학교)

초록
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벌집형 양극 셀 구조를 가지는 스퍼터 이온펌프를 제작하여 그 성능을 측정하고 기존의 원통형 구조와 비교하였다. 원통형 구조는 원통과 원통 사이에 기체의 이온화에 크게 기여하지 못하는 공간(dead space)이 전체의 10 % 정도 존재하는데, 벌집형 구조에서는 이러한 공간이 없으므로 이론적으로는 배기성능 또한 최대 10 % 정도 향상될 것으로 예측된다. 이러한 점에 착안하여 본 연구에서는 원통형 및 벌집형 셀 구조의 스퍼터 이온펌프를 제작하여 배기성능을 측정하여 서로 비교하였다. 그 결과 벌집형 구조가 원통형 구조에 비해 압력 구간에 따라서 $5%{\sim}11%$ 정도 배기속도가 높은 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We measured pumping speed of a sputter ion pump with a honeycomb anode cell structure and compared the result with that of another sputter ion pump with a typical cylindrical anode cell structure. A cell module with a honeycomb structure has no dead space which is about 10 % of the entire horizontal...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 배기속도의 측정과정은 기본적으로 AVS 의 측정권고안 [6] 을 따랐으나, 배기성능의 상대비교라는 본 실험의 목적에 반하지 않는 범위 내에서 일부 변경된 방법을 사용하였다. 구체적인 실험과정은 다음과 같다.
  • 24시간 후 온도를 낮추면서 이온펌프를 작동시키고 터보분자펌프 쪽 밸브를 차단하여 이온펌프 단독으로 배기를 시작하였다. 아래쪽 리크밸브를 조절하여 질소 주입량을 늘리면서 p과 p를 측정하여 두 진공게이지를 미리 교정하였다. 이후 포화 과정을 거치는데, 이온펌프의 포화 조건은 최대배기속도 Sn에 대해 0.
  • 9X10-9 Torr 로 측정되었다. 이 상태에서 위쪽 리크 밸브를 조절하여 압력을 변화시키면서 오리피스 양쪽의 압력인 R과 P2를 각각 측정하였다.
  • 따라서 적당한 세기의 전자기장에 대해 셀의 길이나 지름 등 기하학적인 요소를 최적화하는 연구가 다수 수행되었으나 [2-5], 양극 셀의 모양이 원통형에만 국한되고 다른 형태의 구체적인 배기 특성에 관한 연구는 없었다. 이에 본 연구에서는 벌집 형 셀 구조를 가지는 스퍼터 이온펌프의 특성을 예측하고, 그 배기속도를 측정하여 기존의 원통형 셀 구조와 비교하였다.
  • 03 - Sn Torr I 로세6], 실험에 적용 시에는 1X10-6 Torr 에서 약 10 시간 정도 측정 기체를 배기하면 충분히 포화된다고 보지만 [7], 벌집형 구조에 대해 이렇게 측정한 결과 각각의 측정압력에서 배기속도가 시간에 따라 감소하는 경향을 보이므로 충분한 포화가 이루어지지 않았다고 판단하여, 다시 10-5 Torr ~ 10-4 Torr 의 높은 압력에서 24시간 이상 포화 과정을 거쳤다. 이온펌프가 포화된 후 리크 밸브를 잠그고 압력을 낮추어 최종도달진공도(P01,P02)를 측정하였다. 첫 번째 포화 이후 최종도달진공도 (P02)는 1.
  • 측정이 완료된 후 원통형 셀 모듈로 교체하여 다시 같은 방법으로 측정하였다. 이때 벌집형 구조의 포화 시간이 과도하게 길었다고 보고, 원통형 셀에 대해서는 10-5 Torr 에서 10-4 Torr 의 압력에서 10 시간 정도로 포화시켰다.

대상 데이터

  • 이를 측정하는 방법으로는 유량법과 오리피스법이 있는데[이, 여기서는 그림 1의 실험 장치와 같이 유량계 (flowmeter) 없이 진공 게이지 만으로 배기속도의 측정이 가능한 오리피스법을 선택하였다. 애벌배기를 위해 60 l/s 터보 분자 펌프와 다이어프램 펌프를 사용하였고, 지름이 8 mm 인 오리피스를 기준으로 아래, 위쪽 진공 용기에 각각 Granville-Phillips 사의 B-A 게이지(275)를 설치하였다. 측정 기체로는 고순도 질소 가스를 사용하였고 측정 장치에 주입되었을 때의 순도를 측정하기 위해 Balzers 사의 RGA(QMS200) 를 위쪽 진공 용기에 설치하였다.
  • 애벌배기를 위해 60 l/s 터보 분자 펌프와 다이어프램 펌프를 사용하였고, 지름이 8 mm 인 오리피스를 기준으로 아래, 위쪽 진공 용기에 각각 Granville-Phillips 사의 B-A 게이지(275)를 설치하였다. 측정 기체로는 고순도 질소 가스를 사용하였고 측정 장치에 주입되었을 때의 순도를 측정하기 위해 Balzers 사의 RGA(QMS200) 를 위쪽 진공 용기에 설치하였다. 스퍼터 이온펌프 컨트롤러는 출력 전압이 6100 V인 Physical Electronics 의 DIGITEL 500 모델을 사용하였다.

이론/모형

  • 측정 기체로는 고순도 질소 가스를 사용하였고 측정 장치에 주입되었을 때의 순도를 측정하기 위해 Balzers 사의 RGA(QMS200) 를 위쪽 진공 용기에 설치하였다. 스퍼터 이온펌프 컨트롤러는 출력 전압이 6100 V인 Physical Electronics 의 DIGITEL 500 모델을 사용하였다. 또한 장착된 자석의 자기장은 최대 1500 G 의 세기를 가진다.
  • 나눈 값으로 정의된다. 이를 측정하는 방법으로는 유량법과 오리피스법이 있는데[이, 여기서는 그림 1의 실험 장치와 같이 유량계 (flowmeter) 없이 진공 게이지 만으로 배기속도의 측정이 가능한 오리피스법을 선택하였다. 애벌배기를 위해 60 l/s 터보 분자 펌프와 다이어프램 펌프를 사용하였고, 지름이 8 mm 인 오리피스를 기준으로 아래, 위쪽 진공 용기에 각각 Granville-Phillips 사의 B-A 게이지(275)를 설치하였다.
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참고문헌 (7)

  1. L. D. Hall, Rev. Sci. Instrum. 29, 367 (1958) 

  2. M. D. Malev and E. M. Trachtenberg, Vacuum 23, 403 (1973) 

  3. H. Hartwig and J. S. Kouptsidis, J. Vac. Sci. Technol. 11, 1154 (1974) 

  4. Y. Suetsugu and M. Nakagawa, Vacuum 42, 761 (1991) 

  5. Y. Suetsugu, Vacuum 46, 111 (1995) 

  6. M. H. Hablanian, J. Vac. Sci. Technol. A 5(4), 2552 (1987) 

  7. M. Audi, Vacuum 38, 669 (1988) 

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