• 한국진공학회지
• /
• 제14권2호
• /
• pp.69-77
• /
• 2005

중성입자빔 가열장치의 이온원과 빔라인 부품들을 개발하고 시험하기 위해 제작한 부피 $60m^3$의 시험설비에는 특성 비교를 위해 몇 가지 다른 방식으로 제작된 대용량 크라이오 흡착펌프를 장착하여 사용하고 있다. 크라이오 펌프의 활성탄 패널을 냉각시키면서 수소를 적절한 간격으로 도입하여 수소 분압을 측정하고 그 시간적인 변화를 통해 온도에 따른 수소흡착과 방출특성을 분석해 보았으며 관련 파라미터 사이의 상호 영향에 대해 알아보기 위해 시뮬레이션을 수행했다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
• /
• pp.333-333
• /
• 2010

크라이오 펌프는 크기에 비해 상대적으로 큰 배기속도를 가지고 있고 자체 기체 방출이 적어 비교적 쉽고 빠르게 도달압력을 낮출 수 있다. 또 초고진공 펌프로서 경쟁 상대인 터보분자 펌프보다 기체 돌입에 대한 기계적 사고 가능성이 낮다. 그러나 흡착 패널의 온도에 민감하게 반응하는 배기 성능 측면에서 볼 때 크라이오 펌프의 대유량 및 펄스 기체 부하에 대한 성능 유지 및 회복능력은 의문의 여지가 있다. 크라이오 펌프의 기체부하에 대한 공식적인 성능지표로는 최대배기량(max. throughput)과 교차(crossover)값이 있다. 전자는 연속적인 유량[$Pa{\cdot}m^3/s$]에 대해, 또 후자는 일정 기체량[$Pa{\cdot}m^3$]에 대해 흡착 패널이 20 K를 넘지 않는 가동범위를 구하는 것이다. 교차값은 넓은 의미에서 펄스 기체부하에 대한 성능으로 볼 수도 있지만 원래 목적은 진공용기를 저진공 상태에서 고진공 상태로 전환하는 시점을 정하려는 데 있다. 펌프회사에서 제공하는 사양에는 대부분 아르곤 회복시간(Ar recovery time)이라는 지표가 있는데 이는 아르곤을 상당한 유량으로 흘리다 멈췄을 때 얼마나 빨리 기저 상태로 회복되는가를 나타낸다. 보통 사양서에 제시하지는 않지만 주로 크라이오 펌프의 재생상태를 알아보기 위해 사용하는 걸프(gulp) 시험이 있는데 일정량의 기체를 펄스로 도입한 후 압력변화를 기록하여 재생후 배기성능 회복 능력을 보는 것이다. 이들은 겉보기에 서로 다르지만 한편으로는 서로 중복되거나 연관성을 가지고 있어서 실용적인 면에서 절차들을 비교, 검토 및 개선하고 때에 따라서는 적절히 결합할 수 있는 방안을 모색할 필요성이 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
• /
• pp.93-93
• /
• 2012

반도체 생산 공정은 고청정 환경을 요구하며, 이를 위해 반도체 생산 장비에서 고진공 펌프는 핵심 장비이다. 크라이오 펌프는 극저온 냉동기에 의해 냉각되는 냉각판에서의 응축 또는 흡착에 의해 기체를 제거하여 고진공 환경을 조성하는 고진공 펌프의 일종이다. 특히, 기존의 상용화된 크라이오 펌프에 적용되어온 GM 극저온 냉동기에 비해 본 연구에서 개발하는 맥동관 냉동기는 저진동 및 고신뢰성의 장점을 갖기 때문에 반도체 생산 장비의 공정 정밀도 및 유지보수 주기 향상에 도움이 될 것으로 기대된다. 하지만, 맥동관 냉동기는 저온부에 움직이는 부분이 없어 많은 장점을 갖지만, GM 극저온 냉동기에 비해 성능이 낮은 단점이 있다. 때문에, 맥동관 냉동기 적용 크라이오 펌프가 기존의 상용 제품에 대해 경쟁력을 갖기 위해서는 맥동관 냉동기의 성능 향상이 요구된다. 본 연구에서는 형상 설계 및 작동 조건 최적화 등을 포함하여 크라이오 펌프용 GM 맥동관 냉동기의 성능 향상 방안에 대한 연구를 수행한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
• /
• pp.11-11
• /
• 2010

고도의 진공 환경을 요구하는 반도체 생산 라인에 적용되는 고진공 펌프는 주로 복합 분자펌프와 크라이오 펌프가 사용되고 있다. 이 중 크라이오 펌프는 극저온으로 냉각되는 냉각판에 기체 분자를 응축 또는 흡착시켜 기체를 제거하는 방식으로 복합 분자 펌프로 무게가 가볍고 증발 온도가 낮은 네온, 수소, 헬륨 기체 제거에 장점이 있다. 본 연구에서는 현재 상용화된 크라이오 펌프에 적용되는 GM 극저온 냉동기를 대체하기 위한 2단 GM형 맥동관 냉동기를 개발하여 기초 성능 시험을 수행하였다. 1단과 2단 모두 U-자형 형상으로 제작되었으며, 압력과 질량 유동 사이의 위상 조절을 위하여 오리피스 밸브와 이중 유입 밸브를 사용하였다. 개발된 맥동관 냉동기의 냉각 성능 목표는 1단(80 K)과 2단(20 K)에서 각각 45 W와 5 W이다. 기초 시험에서는 위상 조절용 밸브들의 개도와 작동 조건에 대한 냉각 특성과 부하 특성 시험을 수행하였다. 특히, 본 연구에서는 로터리 밸브 및 위상 조절 기구의 배치로 인해 고온부 형상이 복잡한 맥동관 냉동기를 크라이오 펌프로의 적용 편의성을 위하여 고온부 외형 구조를 단순화하였으며, 개발된 맥동관 냉동기와 기존에 크라이오 펌프에 적용되는 GM 극저온 냉동기를 비교, 고찰하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.102.2-102.2
• /
• 2015

진공 시스템의 기저상태를 지배하는 것은 대부분의 경우 용기 내면에 수십 단원자 층 정도로 흡착되어 있는 물이다. 용기 압력이 10-9 mbar 대가 될 때까지는 잔류기체의 90% 이상이 수분이고 압력을 10분의 1로 떨어뜨리려면 10배의 시간이 더 필요하다는 소위 1/t 법칙은 광범위한 흡착에너지를 가지는 물분자의 표면방출 특성으로 잘 설명되어진다. 용기가열 등 적극적인 표면처리를 하지 않고 전형적인 압력변화 양상은 그대로 유지하면서 절대적인 시간을 줄이는 가장 직접적인 방법은 물 배기속도를 가능한 한 높이는 것이지만 대부분의 고진공 펌프들에서 물배기속도만 더 증가하도록 만드는 것은 쉽지 않다. 크라이오 워터펌프(CWP: cryo-water pump)는 바로 이런 고민을 제대로 해결할 수 있는 유일한 실용적인 방안이라고 말할 수 있다. 다른 기체분자들의 배기는 일단 염두에 두지 않고 물배기만을 열심히 해서 배기시간을 단축하고 도달 진공도를 낮추는 것을 목표로 하는 장치가 CWP이다. CWP는 모든 기체에 반응하는 정통적인 크라이오 펌프에 비해 훨씬 간단하고 저렴하게 만들 수 있으면서도 진공 시스템에 큰 영향을 미칠 수 있지만 그동안은 물배기의 필요성에 대한 인식이 미흡하고, 또 부수적이고 추가적인 비용이 드는 것으로 생각되어 주목을 받지 못했지만 디스플레이와 반도체 산업을 필두로 물분압을 낮추고 생산수율을 높이는 것에 점점 더 관심이 높아지면서 CWP에 대한 수요도 높아지고 있다. CWP의 물배기는 아주 단순한 응축현상에 의존하므로 물리적으로 이해하고 성능을 예측하는 것이 직관적이지만 사용용도에 따라 물 이외의 기체분자들은 잘 통과시키면서 물배기는 최대화하는 최적설계가 요구되거나 터보분자펌프(TMP)와 같이 이질적인 고진공펌프와 조합하여 사용하는 경우 기체 온도 의존성을 고려해야 하는 등 까다로운 점이 있다. 본 보고에서는 CWP+TMP로 구성된 복합진공배기시스템을 설계하면서 CWP만의 물배기성능과 복합 시스템의 물 및 알곤 배기성능을 예측하고, 두 펌프의 상호관계에 대해 분석하며, 실제 만들어진 복합배기시스템을 사용하여 실험적으로 구한 물 및 알곤 배기속도 측정결과에 대해서도 간단하게 논의하려고 한다.

• 한국진공학회지
• /
• 제22권5호
• /
• pp.225-230
• /
• 2013

크라이오펌프는 응축과 흡착을 통해 기체를 배기하므로 극저온 표면 온도와 증기압이 배기성능에 큰 영향을 미친다. 어느 부분의 온도가 어중간하면 한번 응축했던 기체분자가 방출과 재응축 또는 재흡착을 반복하여 진공용기 압력이 어느 선 이하로 떨어지지 않고 심한 요동을 나타낸다. 어떤 기체나 특정 온도 범위에서 이런 불안정성이 나타날 수 있지만 크라이오펌프를 많이 사용하는 스퍼터 장치의 공정기체인 알곤을 배기할 때 불안정성이 발생하는 것은 좋지 않다. 본 논문에서는 알곤 회복시간 측정실험을 수행하면서 크라이오펌프의 알곤 불안정성의 원인과 대책을 분석했다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2003년도 제25회 학술발표회 초록집
• /
• pp.61-61
• /
• 2003

• 한국진공학회지
• /
• 제12권2호
• /
• pp.86-92
• /
• 2003

초고진공용으로 시판되고 있는 G-M 냉동기 부착형 크라이오 펌프의 여러 기체에 대한 배기특성을 조사했다. 수소 및 중수소, 헬륨, 알곤, 질소, 일산화탄소의 배기량에 따른 배기속도의 변화를 측정하고 질소의 배기용량을 측정하였으며 그 경향을 이론적으로 분석했다. 또 크라이오펌프로 배기할 때 시스템의 잔류기체 변화에 대해서도 조사했다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
• /
• pp.12-12
• /
• 2010

첨단 공정이 필요한 반도체와 LCD, PDP, LED 등의 디스플레이 및 IT 부품을 제조하는데 필요한 장비의 고성능화와 작업환경의 고청정화에 따른 초고진공펌프의 수요 확대와 앞으로 전개될 한-미 FTA에 따른 시장 확대로 인해 크라이오펌프의 국산화가 시급한 실정이다. 고성능 크라이오펌프를 만들기 위해서는 냉각판을 극저온으로 냉각하기 위한 극저온 냉동기 개발도 중요하지만 냉각판(cryoarray)에 최대한 많은 분자를 포획시키는 것 또한 최우선적으로 고려되어야 할 사항 중 하나이다. 이에 본 논문은 크라이오펌프용 냉각판의 분자포획능력에 대하여 연구하였다. 해석에 이용한 냉각판은 현재 상용화된 모델들 중 원형 중앙판에 $45^{\circ}$ 하향 skirt가 달린 형태이며 8장의 냉각판이 일정한 간격을 두고 아래쪽으로 적층되어 있다. 냉각판의 분자포획능력의 해석은 형상계 수법(view factor method)을 이용해 수행하였다. 형상계수법은 크라이오펌프를 n개의 미소면적으로 구성된 밀폐된 공간으로 가정하고 각 미소면적요소의 온도와 흡착계수, 표면조건 그리고 분자유속이 일정하다는 조건을 이용해 분자유속에 관해 n개의 대수연립방정식을 얻고 이 대수연립방정식을 풀어 냉각판의 분자포획능력을 구한다. 해석에 이용한 냉각판의 기체분자포획능력이 구속된 형상에서 얼마나 우수한 가를 알아보기 위해 중앙판의 직경, 입구와 냉각판 사이의 거리, 그리고 각 냉각판 사이의 거리를 변화시켜가며 해석을 수행하고 그 결과를 비교, 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.119.1-119.1
• /
• 2016

크라이오 워터펌프(CWP)는 크라이오 펌프(CP)와 달리 10 K 활성탄 어레이는 장착하지 않고 100 K 정도로 냉각시킨 배플만을 사용하여 물의 배기속도를 최적화 하는 데 초점을 맞춘 진공펌프다. 용기 압력이 10-9 mbar 대가 될 때까지는 잔류기체의 90% 이상이 수분이므로 다른 기체들의 배기 보다는 물을 잘 배기하는 것이 배기시간을 단축하고 도달 진공도를 낮추는 첩경이라는 아이디어에 근거를 두고 있다. CWP는 물 흡착확률을 거의 1에 가깝게 만들어서 오리피스 컨덕턴스에 육박하는 이상적인 펌프를 제작할 수 있지만 용도상 직부형(close type), 통과형(in-line type) 및 내장형(in-vessel type) 등 세 가지 다른 형태에 따라 성능도 약간씩 다르다. CWP는 모든 기체에 반응하는 정통적인 CP에 비해 훨씬 간단하고 저렴하게 만들 수 있으면서도 진공 시스템에 큰 영향을 미칠 수 있지만 물 이외의 기체들을 배기할 펌프가 필요하다는 측면에서 활용에 제약이 있다. 만일 TMP를 이미 사용하고 있거나 작은 TMP를 추가로 달아서 충분히 작동이 가능한 시스템이면서 수분 발생이 많은 곳이나, 또 활성탄의 오염이나 산소 분위기 등 CP 투입이 꺼려지는 환경이라면 CWP 사용이 좋은 선택이 될 수 있다. CWP의 물 배기용량은 CP의 알곤이나 질소 배기용량에 준하는 크기로 0.5g/cm2 이상임이 실험적으로 입증되었다. 따라서 일반적인 상황에서 정상 작동시 대부분의 기체는 TMP로 배출하고 잔류 수분만 포집하므로 CP처럼 주기적인 재생이 필요 없다. 필요하다면 CWP는 금속 표면에 응축된 물을 드라이펌프 작동만으로 쉽게 제거할 수 있고 혹시 오염 물질이 붙어도 세척이 용이하다. 이런 사용상 융통성과 여러 가지 장점에도 불구하고 그동안 물배기에 대한 인식이 미흡하고, 또 부수적이고 추가적인 비용이 드는 것으로 생각되어 주목을 받지 못했지만 디스플레이와 반도체 산업을 필두로 물 분압을 낮추고 생산수율을 높이는 것에 점점 더 관심이 높아지면서 CWP에 대한 수요도 높아지고 있다. 본 보고에서는 20인치 통과형 CWP를 만들고 14인치 TMP에 얹어 복합 진공배기시스템을 구성한 후 물 배기속도와 알곤, 질소 및 수소 배기속도를 측정하고 예측치와 비교했다. 아울러 물 배기용량 측정 및 CWP의 온도제어와 펌프재생 특성 평가 결과도 정리했다.