• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.44-44
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• 2010

포항가속기연구소에서는 성능향상사업(PLS-II)를 수행하고 있다. 전자빔의 에너지는 2.5에서 3 GeV로, 빔전류는 200 mA에서 400 mA로 증가되는 반면 빔에미턴스는 약 1/3로 줄어든다. 저장링 진공시스템은 저장된 전자가 충분한 시간동안 저장되도록 $10^{-9}$ Torr 대의 진공도를 가져야 한다. 빔에너지와 전류가 늘어나기 때문에 기체부하도 약 4배 상승하므로 적절한 배기 시스템을 가지도록 설계되어야 한다. 본 논문에서는 저장링 Main pump로 사용할 조합펌프, Lumped NEG 펌프의 설계 과정과 시험결과 에 대하여 보고하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2001년도 제21회 학술발표회 초록집
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• pp.114-114
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• 2001

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.136-136
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• 2012

기체부하가 작은 초고진공 시스템은 보통 60~360 l/s 정도의 배기속도를 가지는 이온펌프를 사용하고 있으며 $10^{-10}$ mbar대의 진공도를, 때에 따라서는 $10^{-11}$ mabr대의 도달진공도를 얻을 수 있다. 이온펌프의 단점 중 하나는 그 부피와 무게가 상당하다는 데 있고 따라서 사용자의 불편을 초래한다. 본 논문에서는 부피, 무게를 줄이면서도 동일한 진공성능을 구현하기 위한 노력을 보고하고자 한다. 아주 작은 크기의 이온펌프(10 l/s)와 소형 게터펌프를 조합하여 초고진공용 조합펌프를 구성하였고 그 진공특성을 조사하였다. 그 결과 작은 펌프의 조합으로도 $10^{-11}$ mabr대의 진공도를 비교적 손쉽게 얻을 수 있었으며 $10^{-10}$ mbar의 진공도는 재빨리 얻을 수 있었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.94.2-94.2
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• 2017

TiN 박막은 음극 아크 증착(Cathodic Arc Deposition) 방법을 이용하여 단층과 빗각 증착(Oblique Angle Deposition; OAD)으로 다층 박막 제조하여 잔류응력 변화에 대해서 확인하였다. 타겟은 99.5% Ti이고, 기판은 Si wafer를 사용하였다. 기판과 타겟 간의 거리는 29cm이며, 기판을 진공챔버에 장착하고 ${\sim}2.0{\times}10^{-5}Torr$까지 진공배기를 실시하였다. 진공챔버가 기본 압력까지 배기되면 Ar 가스를 주입한 후 약 800V 의 전압을 인가하여 약 30분간 청정을 실시하였다. TiN 박막은 Ar와 $N_2$ 가스를 주입하여 코팅하였으며 모든 박막의 두께는 약 $1{\mu}m$로 고정 하였다. 공정 변수는 기판 인가 전압 이었다. 음극 아크를 이용하여 제조된 TiN 박막은 공정 조건에 따라 잔류응력 변화가 확인되었다. 바이어스를 인가한 단층 박막이 인가하지 않는 박막 보다 잔류응력이 약 1 GPa 증가하였다. 빗각 증착으로 코팅한 다층 박막의 잔류응력은 약 3.4 GPa로 빗각을 적용하지 않은 단층의 코팅 박막 보다 약 2~3 GPa의 잔류응력 감소가 있었다. 이는 빗각구조가 박막의 잔류응력을 감소시키는데 영향을 미친 것으로 판단된다. 본 연구를 통해 얻어진 결과를 바탕으로 빗각 증착을 활용하여 박막의 잔류응력 제어가 가능할 것으로 보인다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.194-194
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• 2010

태양전지용 투명전도막에 사용되는 Al-doped ZnO (AZO) 막은 저가이면서도 가시광역 영역에서 갖는 우수한 투과율과 낮은 비저항을 갖는 특성 때문에 ITO의 대체 재료로서 최근 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히, 양산 현장에서는 in-line type의 대형 sputtering system에서 증착하고 있으며 높은 증착 속도와 박막 특성의 균일도가 중요한 과제다. 본 연구에서는 $2\;m\;{\times}\;1\;m\;{\times}\;0.2\;m$의 sputtering system에서 기판 캐리어를 이용해서 커다란 기판을 좁고 긴 타겟의 양쪽으로 왕복 운동을 하는 swing dynamic deposition 방법으로 $272\;mm\;{\times}\;500\;mm$ 크기의 AZO target (Al 2 wt%)을 이용하여 bipolar pulsed dc로 증착하였다. 이 시스템의 배기는 TMP와 cryo pump를 이용해서 $5\;{\times}\;10^{-7}\;Torr$의 기본 진공도를 얻으며, 공정 중에는 TMP만 사용하였다. 하지만, 본 시스템의 TMP는 비대칭 적으로 한쪽에 치우쳐 설치되어 있는데, 이것이 챔버 내에서 공정 가스인 Ar의 유동의 불균일도를 초래하게 되며, 그것이 증착되는 박막의 두께 균일도 및 특성 균일도에 영향을 주고 있음을 알 수 있었다. 본 연구에서는 다른 기본 진공도에서 증착된 AZO 박막의 특성 차이를 알아보고 비대칭 배기 구조가 in-line type 시스템에서 어떠한 두께 및 특성 불균일도를 가져오는지, 그리고 시스템 내부에 발생시키는 압력 불균일도를 상용 3차원 전산 유체해석 프로그램인 CFD-ACE+를 이용하여 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.119-119
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• 2013

5년 동안 진행된 고진공 펌프 개발 사업의 일환으로 맥동관형 냉동기에 활성탄 어레이를 장착한 흡기구 직경 14인치 국산 크라이오펌프 완제품이 만들어졌다. 이미 지난해에 완성한 시제품을 가지고 모든 배기성능시험을 완료하고 목표를 뛰어 넘는 성능을 가지고 있음을 입증하였지만 완제품의 경우는 현장에서 스퍼터링 공정에 대한 신뢰성과 열적 내구성 시험이 중요한 항목으로 대두되었다. 개발된 펌프를 생산 공정에 직접 투입하는 모험을 하지 않으면서도 신뢰성을 확보하는 방편으로 카이스트 나노종합팹 센터에서 가동중인 스퍼터링 장비에 완제품을 달고 기존 공정과 같은 방식으로 장치를 운영하면서 외제 상용품을 사용했을 때와 진공성능 및 공정수율을 비교하는 시험을 수행하였다. 또 내구성 시험 항목으로 열부하 시험과 열 사이클 시험을 수행하였다. 열부하 시험은 300도까지 온도를 올릴 수 있는 열판을 펌프 흡기구 배플 앞에 설치하여, 냉동기 2차 냉각단 온도가 20 K 이하로 유지될 수 있는 최대 허용 복사열을 측정하는 방식으로 진행되었으며 열 사이클 시험은 크라이오 펌프의 활성화 기능을 활용하여 완전 활성화(full regen., 10K-300K-10K) 과정을 10회 연속 시행하여 펌프의 배기성능과 기계적 이상 유무를 관찰하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.93-93
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• 2017

고전력 펄스 전원공급장치를 이용한 마그네트론 스퍼터링(high-power impulse magnetron sputtering; HiPIMS)과 직류(direct current; DC) 전원공급장치를 이용한 마그네트론 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 이용하여 제조한 티타늄 질화물(titanium nitride; TiN) 박막의 특성을 비교하였다. HiPIMS와 DC 스퍼터링 공정 중에 빗각증착을 적용하여 TiN 박막의 미세구조와 기계적 특성의 변화를 확인하였다. TiN 박막을 코팅하기 위한 기판으로 스테인리스 강판(SUS304)과 초경(cemented carbide; WC-10wt.%Co)을 사용하였다. 기판은 알코올과 아세톤으로 초음파 처리를 실시하여 기판 표면의 불순물을 제거하였다. 기판 청정 후 진공용기 내부의 기판홀더에 기판을 장착하고 $2.0{\times}10^{-5}torr$의 기본 압력까지 진공배기를 실시하였다. 진공 용기의 압력이 기본 압력에 도달하면 아르곤(Ar) 가스를 진공용기 내부로 ${\sim}10^{-2}torr$의 압력으로 주입하고 기판홀더에 라디오 주파수(radio frequency; rf) 전원공급장치를 이용하여 - 800 V의 전압을 인가하여 글로우 방전을 발생시켜 30 분간 기판 표면의 산화막을 제거하는 기판청정을 실시하였다. 기판청정이 완료되면 기본 압력까지 진공배기를 실시하고 Ar과 질소($N_2$)의 혼합 가스를 진공용기 내부로 ${\sim}10^{-3}torr$의 압력으로 주입하여 HiPIMS와 DC 스퍼터링으로 TiN 박막 제조를 실시하였다. 빗각의 크기는 $45^{\circ}$와 $-45^{\circ}$이었다. 제조된 TiN 박막은 주사전자 현미경, 비커스 경도 측정기 그리고 X-선 회절 분석기를 이용하여 특성을 분석하였다. HiPIMS로 제조한 TiN 박막은 기판 전압을 인가하지 않아도 색상이 노란색을 보이지만, DC 스퍼터링으로 제조한 TiN 박막은 기판 전압을 인가하지 않으면 노란색을 보이지 않고 어두운 갈색에 가까운 색을 보였다. TiN 박막의 경도는 HiPIMS로 제조한 TiN 박막이 DC 스퍼터링으로 제조한 TiN 박막보다 높았다. 이러한 TiN 박막의 특성 차이는 DC 스퍼터링과 비교하여 높은 HiPIMS의 이온화율에 의한 결과로 판단된다. 빗각을 적용한 TiN 박막은 미세구조 변화를 보였으며 이러한 미세구조 변화는 TiN 박막의 특성에 영향을 미치는 것을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.266-266
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• 2010

마그네트론 스퍼터링을 이용하여 질소와 탄소를 함유한 티타늄 화합물을 합성하고, 조성 변화에 따른 색상 변화를 통해 티타늄 화합물로 구현할 수 있는 색상에 대해서 알아보았다. 스퍼터 타겟은 4"X1/4" 크기의 고순도(99.99%) 티타늄을 사용하였다. 시편은 알코올과 아세톤에서 각각 5분간 초음파 세척된 SUS304를 사용하여, 진공용기에 시편을 장착하고 압력을 $3{\times}10^{-6}\;Torr$까지 배기한 후, Ar 가스를 주입하여 진공도가 $2{\times}10^{-2}\;Torr$에 이르면 펄스 전원 공급 장치를 이용하여 800 V의 전압으로 1시간 동안 글로우 방전을 시켜 시편 청정을 실시하였다. 시편 청정이 끝나면 다시 $3{\times}10^{-6}\;Torr$까지 진공배기를 실시하고, Ar 가스를 진공용기 내로 공급하여 $1{\sim}3{\times}10^{-3}\;Torr$에서 스퍼터링을 실시하여 완충층으로 티타늄 박막을 코팅하였다. 티타늄 화합물은 티타늄을 스퍼터링 하면서 진공용기 내에 질소와 메탄가스를 적절한 비율로 공급함으로써 코팅하였다. 박막 증착 시 시편 온도는 $200^{\circ}C$, 타겟과의 거리는 12 cm를 유지하였으며, 시편을 회전시켜 코팅하였다. 티타늄 화합물의 두께와 미세구조, 조성 그리고 색상은 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM), 글로우 방전 분광기(glow discharge light spectroscope, GDLS), 및 색차계(spectrophotometer)를 사용하여 각각 분석하였다. TEM 분석결과 TiN의 박막 두께는 약 300 nm로 공극이 존재하지 않는 치밀한 다결정 구조를 나타내었고, TiCN은 약 600 nm로 TiN과 두 배의 두께 차이를 보였다. 이는 탄소의 공급원인 메탄가스의 주입으로 증착률이 증가한 것으로 판단된다. 또한 소량의 질소와 메탄가스의 유량 조절로 화합물의 조성을 변화시킬 수 있었으며, 이러한 조성 변화는 화합물의 색상변화로 나타났다. 따라서 본 연구에서 얻어진 결과를 외관 코팅 분야에 응용한다면 다양한 색상 구현과 외관의 경도, 내마모성, 내식성의 향상 등 많은 장점을 가질 것으로 판단된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.155.1-155.1
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• 2014

Bunch compressor (BC)는 4세대 방사광가속기가 요구하는 매우 짧은 길이의 전자빔을 만들기 위해서 제작된다. 4개의 이극전자석을 이용하여 에너지에 따른 서로 다른 경로차이를 발생시켜 전자빔을 압축할 수 있다. 중간에 위치한 2개의 이극전자석은 전자빔의 길이를 최적화하기 위하여 전자빔에 수직방향으로 가변된다. 전자빔의 궤도와 진공용기 중심을 동일하게 가져가기 위해 이극전자석 진공용기 사이에는 밸로즈를 사용하였다. BC 진공용기의 요구 압력은 Pave < $5{\times}10^{-7}mbar$이며, 4개의 이온펌프(60 L/s)를 이용하여 진공 배기한다. BC 진공용기 전체 길이는 대략 16 m이며, 전자빔과 진공용기 내부 표면 거칠기와의 상호작용에 의한 Wakefield 효과를 줄이기 위해 거칠기는 Ra <250 nm 이하로 제작하였다. 본 논문에서는 현재까지 진행된 BC 진공용기 시제품 제작 현황에 대하여 보고하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.235-235
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• 2012

반도체/디스플레이 공정의 설치 layout의 단순화와 전체 공정 cost의 저감을 위하여 대용량, 고진공 성능의 진공시스템 수요가 증대되고 있다. 이로써 고진공 펌프 국산화의 일환으로 터보분자 펌프와 크라이오 펌프 개발이 진행 중이다. 개발 시제품의 최종 상용화 단계에 진입하기 위한 목적으로 핵심부품의 진공, 기계적 특성평가, 운전상태 및 진공 특성평가, 신뢰성 확보/공정대응성 평가를 위한 관련 기술 및 장치가 개발되었다. 본 연구에서는 터보분자펌프의 공정별 gas load 다변화에 따른 기계적 안정성과 작동 신뢰성의 확인을 위해 내구성 평가 장치를 설계/제작하였다. 상용화 제품의 성능 테스트를 통한 RPM, 소비전력, 압력 그리고 온도 등의 패턴을 확인하여 내구성 평가시스템의 신뢰성을 확인하고 터보분자펌프의 성능 특성 변화를 고찰하고자 한다. 본 연구는 지경부 산업원천기술개발사업 중 "초고진공펌프 개발" 사업의 제 3 세부과제인 "고진공펌프 종합특성평가시스템 개발(과제번호: 11201044)" 및 "스마트형 진공 배기 진단 제어 시스템 개발(과제번호: 11201038)" 과제에서 수행된 연구결과의 일부임.