[논문]첨단공정용 드라이펌프 유량 측정 한계 향상기술 개발

신진현; 고문규; 정완섭; 윤주영; 임종연; 강상우

doi:10.5757/jkvs.2009.18.6.411

초록
AI-Helper

차세대 반도체 및 디스플레이 산업용 드라이펌프의 배기속도를 평가하기 위해 최소부피 22 L 급의 정적형 유량계를 설계/제작 하였다. 정적형 유량계의 기본 평가항목인 base pressure와 leak rate 측정결과 각각 $6{\times}10^{-8}\;mbar$ 와 $1.5{\times}10^{-6}\;mbar-L/s$로 측정되었고 throughput limit의 경우 기존 875 L 급보다 1 order 낮은 $1{\times}10^{-3}\;mbar-L/s$ 영역까지 확대되었음이 확인되었다. 구축된 시스템을 이용해 배기용량이 적은 최신 공정 드라이 펌프까지도 배기속도 값을 정확히 측정할 수 있으며, 구축비용이 높은 정압형 유량계를 어느 정도 대체할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The constant volume flow meter system (the chamber volume in the 22 L class) was developed to estimate the pumping speed of the dry pump used for the industry of the next generation semiconductor and display. In order to insure the validity of the system, The base pressure and the leak rate in the e...

The constant volume flow meter system (the chamber volume in the 22 L class) was developed to estimate the pumping speed of the dry pump used for the industry of the next generation semiconductor and display. In order to insure the validity of the system, The base pressure and the leak rate in the enclosed system were checked, which were the $6{\times}10^{-8}\;mbar$ and $1.5{\times}10^{-6}\;mbar-L/s$, respectively. Furthermore, it is also confirmed that the value of throughput limit in this system was as much as 1 order of magnitude lower than that in a previously developed system in the 875 L class. By using this developed system, the pumping speed of the new small dry pump was measured. It is believed that the new developed system can be alternating the expensive constant pressure flow meter system in the range of $1{\times}10^{-2}\;mbar-L/s{\sim}1{\times}10^{-3}\;mbar-L/s$.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구는 배기속도 측정을 위해 기구축한 875L급 정적형 유량계의 유량 한계(1×10-2 mbar-L/s)를 22L급의 정적형 유량계를 제작함으로서 1×10-3 mbar-L/s 영역까지 확대하는 것을 목적으로 한다.
본 연구의 정량적 목표인 throughput limit 1×10-3 mbar-L/s 영역까지 확충하기 위한 실험을 진행하였다.

제안 방법

드라이 펌프의 특성 평가 시스템은 크게 진공 용기, 유량 주입/측정 시스템, 데이터 수집 시스템, 특성 평가 수행 펌프로 총 4 부분으로 구성되어 있다[9]. 구축 된 평가 시스템으로는 드라이 펌프의 도달 진공도, 배기 속도, 소비 전력, throughput Q, 소음, 진동 그리고 내구성 평가를 수행중이다.
드라이 펌프의 성능 평가를 위해 기존의 throughput limit (1×10-2 mbar-L/s)을 1×10-3 mbar-L/s 영역까지 확충하였다.
정적형 유량계(constant volume flow meter)는 식 (4)에서 dV/dt=0(기체의 부피가 일정)으로 유지하면서 압력 변화율 dP/dt를 측정하여 유량을 측정한다 [1]. 본 연구에서는 유량 측정 시 정적형 유량계의 일정 압력을 유지한 상태에서 유량을 주입하여 시간에 따른 압력의 증가율로부터 throughput Q를 구한다.
본 연구의 정량적인 목표인 throughput limit를 1×10-3 mbar-L/s 영역까지 확대하기 위해 최소 부피를 가지는 진공 용기를 설계/제작하였고, base pressure와 leak rate를 측정하였다.
실험은 875 L급 유량계로 유량을 측정하여 3-ways 밸브를 통하여 22 L 유량계로 by-pass하여 측정된 유량과 비교하는 방법으로 진행하였다. Fig.
mbar-L/s 영역까지 확충하기 위한 실험을 진행하였다. 실험은 미세 조절이 가능한 metering 밸브 (swagelok, S series)를 사용하여 미세 유량을 조절하였다.
2는 터보 펌프(PFEIFFER, TPU 240)에 배후 펌프를 스크롤 펌프(IWATA, ISP-250B)로 하여 챔버를 배기한 결과를 보여준다. 챔버 내 압력은 저진공 국가표준기인 초음파간섭 수은주압력계를 이용하여 교정된 CDG (capacitance diaphragm gauge) [11] (PFEIFFER, CMR 27* Series)와 TPG 256A controller (PFEIFFER)를 사용하여 측정 정확도를 높였다.
정적형 유량계로 유량을 측정하기 위해서는 유량계의 정확한 부피를 알아야 한다. 챔버의 정확한 부피를 구하기 위해서 기 구축된 875 L 정적형 유량계를 통하여 정확한 유량을 측정하여 22 L 급 유량계로 by-pass 하여 부피를 측정하였다.

데이터처리

구축된 22 L급 시스템의 유효성을 검증하기 위해 875 L급 (＞3%, Uncertainty) 정적형 유량계와 비교하여 평가를 진행하였다.
8, 9, 10에 나타내었다. 정적형 유량계의 유량은 챔버 내 압력 변화의 기울기의 평균값으로 linear plotting하여 throughput을 계산하였다. 측정결과 5×10^-3 mbar-L/s 포인트에서 5.

성능/효과

Fig. 6에서 확인할 수 있듯이 2×10-2 mbar-L/s 부터 1×102 mbar-L/s 영역까지 측정 한 결과 국제 규격에서 제시하는 5%보다 적은 3% 미만의 불확도를 확인하였고, 이 결과로 22 L급 유량계의 성능이 검증되었다.
특히 leak rate는 연구의 목표인 1×10^-3 mbar-L/s보다 낮은 1/1000 수준으로 측정 불확도에 영향을 미치지 않는 수준임을 확인하였으며, 구축된 유량계의 신뢰성도 검증할 수 있었다. 또한 기 구축된 875 L급 정적형 유량계와 비교 테스트한 결과 국제 규격에서 제시하는 5 %보다 적은 3 % 미만의 불확도를 보여 22 L급 유량계를 신뢰도를 검증하였고, MFC와 비교한 결과에서는 최대 40 %의 오차를 보여 22 L급 유량계의 높은 신뢰성을 확인하였다.
실험의 오차를 최소화하기 위해서 실험실의 온도는 23±1 ℃로 유지 하였다. 또한 일반적으로 산업 현장에서 많이 사용되는 MFC와 비교한 결과 (Fig. 7)에서도 최고 40%의 차이를 보여 22 L 정적형 유량계의 높은 신뢰성을 확인 할 수 있었다.
본 연구를 통해 배기 용량이 적은 드라이 펌프의 저 유량 영역에서도 배기 속도 값을 정확히 측정할 수 있게 되었으며, 구축비용이 높은 정압형 유량계를 어느 정도 대체할 수 있게 되었다. 하지만 더욱더 정확하고 미세한 유량계의 개발을 위해서는 측정 gauge 및 controller의 신호 처리 불확도를 줄이는 방법 또한 연구되어야 한다고 생각한다.
4 이상에서는 점차 유량이 감소한다고 알려져 있다 [9]. 챔버의 부피를 측정한 결과로 알 수 있듯이 압력 증가율의 R-square 값이 0.99999로 유량이 일정하게 주입되었다는 것을 알 수 있었다.
측정된 leak rate는 1.5×10-6 mbar-L/s로 본 연구의 정략적 목표인 1×10-3 mbar-L/s의 1/1000 수준으로 throughput limit 측정에 leak rate로 인한 영향이 미비하다는 것이 확인되었고, 이를 통해 본 실험의 유효성 또한 검증되었다고 생각한다.
특히 leak rate는 연구의 목표인 1×10-3 mbar-L/s보다 낮은 1/1000 수준으로 측정 불확도에 영향을 미치지 않는 수준임을 확인하였으며, 구축된 유량계의 신뢰성도 검증할 수 있었다.

후속연구

본 연구를 통해 배기 용량이 적은 드라이 펌프의 저 유량 영역에서도 배기 속도 값을 정확히 측정할 수 있게 되었으며, 구축비용이 높은 정압형 유량계를 어느 정도 대체할 수 있게 되었다. 하지만 더욱더 정확하고 미세한 유량계의 개발을 위해서는 측정 gauge 및 controller의 신호 처리 불확도를 줄이는 방법 또한 연구되어야 한다고 생각한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	정압법의 특징은?	정압법은 넓은 압력 범위 내에서 배기 용량이 다양한 사이즈의 드라이 펌프의 배기 속도를 측정할 수 있는 방법으로, 한국표준과학연구원에서 드라이 펌프의 배기속도를 측정하기 위해 활용하고 있는 방법이다. 세 번째는, 오리피스를 이용해 배기 속도를 구하는 방식으로 고진공 펌프의 배기속도 측정에 사용된다.
	ISO 21360에서 제시하는 드라이 펌프의 배기속도 측정 방법 세가지는?	ISO 21360에서 제시하는 드라이 펌프의 배기속도 측정 방법은 세 가지 (감압법, 정압법, 오리피스법)가 있다. 첫째, 감압법 (pump down method)은 챔버 내에 기체를 주입하지 않는 상태에서 압력과 시간을 측정하여 압력의 감소율로부터 펌프의 배기속도를 구하는 방법으로 반도체 및 LCD 등의 현장 공정에서 드라이 펌프의 배기속도 측정에 아주 유용하게 이용되는 장점이 있다.
	ISO 21360에서 제시하는 드라이 펌프의 배기속도 측정 방법 중 감압법의 특징은?	ISO 21360에서 제시하는 드라이 펌프의 배기속도 측정 방법은 세 가지 (감압법, 정압법, 오리피스법)가 있다. 첫째, 감압법 (pump down method)은 챔버 내에 기체를 주입하지 않는 상태에서 압력과 시간을 측정하여 압력의 감소율로부터 펌프의 배기속도를 구하는 방법으로 반도체 및 LCD 등의 현장 공정에서 드라이 펌프의 배기속도 측정에 아주 유용하게 이용되는 장점이 있다.

참고문헌 (11)

배석희 외 4인, 진공공학, (한국경제신문, 서울, 2000).
노명근, 황태경, 박제우, 한국진공학회지 17(4), 292 (2008)

원문보기 상세보기
ISO/CD 1607, Positive displacement pumpsmeasurement of performance characteristics
ISO/CD 5607, Vacuum technology-vacuum pumproots blowers acceptance specifications
ISO/DIS 21360, Vacuum technology-standard methods for measuring vacuum-pump performance General description
ISO 10816-1: 1995, Mechanical vibration evaluation of machine vibration by measurements on ratating parts-part 1: General guidelines
PNEUROP 6602, Vacuum pumps; acceptance specifications
ISO 10816-1: 1995, Mechanical vibration evaluation of machine vibration by measurements on rotating parts-part 1: General guidelines
Jong Yeon Lim, Wansup Cheung, Yong Moon Choi, Dae Jin Seong, Yong Hyeon Shin, and Kwang Hwa Chung, Engineering Materials, 277-279, 1000, (2005)
정석민 외 2인, 진공과학입문, (청문각, 2001)
홍승수, 신용현, 정광화, I. Arakawa, 한국진공학회지 12(3), 151 (2003)

원문보기 상세보기

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

첨단공정용 드라이펌프 유량 측정 한계 향상기술 개발
Development of Improvement Technology for Achieving Higher Throughput Limit Utilized in the Evaluation of Next Generation Dry Pumps 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

데이터처리

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (11)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

첨단공정용 드라이펌프 유량 측정 한계 향상기술 개발 Development of Improvement Technology for Achieving Higher Throughput Limit Utilized in the Evaluation of Next Generation Dry Pumps 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

데이터처리

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (11)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

신진현 (2) 고문규 (2) 정완섭 (29) 윤주영 (16) 임종연 (15) 강상우 (13)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

첨단공정용 드라이펌프 유량 측정 한계 향상기술 개발
Development of Improvement Technology for Achieving Higher Throughput Limit Utilized in the Evaluation of Next Generation Dry Pumps 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper