• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.242-242
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• 2013

현재 크라이오펌프의 주요 관심기술은 생산성 향상을 위한 급속 재생기술의 확보와 극저온 냉동기의 효율 향상 기술 및 저진동 기술의 확보이다. 크라이오펌프는 크게 냉동기 모듈과 펌프모듈로 구성되고, 냉동기 모듈은 주로 G-M 극저온 냉동기, Stirling 극저온 냉동기 또는 맥동관 극저온 냉동기 등을 사용하는데, 이것은 주로 압축기, 왕복기, 재생기, 구동장치 등으로 펌프모듈은 cryoarray와 펌프 body로 구성된다. 최근에 구조가 간단하고 장수명 및 저진동의 장점을 가진 맥동관 극저온 냉동기의 효율이 급속히 증가함에 따라 초전도, 액화 등의 분야에서 기존의 G-M 극저온 냉동기를 대체하는 추세이다. 본 연구에서는 지식경제부 제조기반산업원 천기술사업 "급속재생형 저진동 크라이오펌프 개발" 사업을 통해 급속 재생, 저진동, 고신뢰성 확보를 위해 기존의 G-M 극저온 냉동기를 맥동관 극저온 냉동기로 대체 적용 개발 및 국산화를 도모하고자 한다. 또한 상용화에 따른 공정 개발을 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.109.1-109.1
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• 2016

진공산업 분야에서 OLED 디스플레이가 큰 시장으로 성장하며 크라이오 펌프가운데서 특별히 수분만 집중적으로 배기할 수 있는 워터펌프(CWP or cold trap)가 각광받고 있다. 이에 현민지브이티(Genesis)는 중소기업청 중소기업개발지원사업의 일환으로 진행된 2014년도 구매조건부 신제품 개발사업에 선정되어 '극저온 G-M냉동기를 이용한 대용량 Cold Trap개발'과제를 수행하면서 32인치 급으로 수분에 대해서 30,000[L/s] 이상의 배기속도를 가지는 대형 CWP를 개발하고 있다. 그 일환으로 본 CWP에 장착할 80K에서 200W급 단단 G-M 냉동기를 2015년 국내 최초로 개발하였다. 본 HPS80200(200W @80K) 단단 G-M냉동기에 대한 성능시험을 수행하던 중 기존 평가방식에 보완할 부분이 있음을 확인하였다. 통상적으로 G-M냉동기의 냉동능력은 저온 스테이지 상단에 온도센서와 히터가 설치된 히터 블럭을 장착한 후 일정한 열부하를 인가하면서 77K 또는 80K에서의 냉동능력을 측정한다. 문제는 여기에 설치하는 온도센서의 장착 위치의 중요성이다. 즉, 어느 부위의 온도를 냉동기의 대표 온도로 정하느냐에 따라 냉동기의 성능 값에 큰 차이를 나타내기 때문이다. 실제 확인 결과, 온도는 히터블럭 내의 위치뿐 아니라 저온 스테이지 부위별로도 크게 차이를 보였다. 따라서 본 연구에서는 보다 합리적이고 정확한 냉동 능력 측정을 위해 77K 에서 냉동기의 질소 액화 능력으로 냉동능력을 평가하고자 하였다. 이를 통해 개발된 HPS80200냉동기의 보다 정확한 냉동능력(77K에서 200W 이상임을 확인함)을 측정할 수 있었고 냉동기의 저온 스테이지에서 대표온도로 설정할 수 있는 위치도 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.98.1-98.1
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• 2015

G-M극저온냉동기의 구동으로 인해 발생되는 크라이오 펌프의 진동 저감을 위해 각 요소에 해당하는 부품의 소재 및 모델 변경으로 설계에 반영하고자 한다. G-M극저온냉동기는 헬륨냉매를 사용하여 2개의 정압과정과 2개의 정적과정으로 구성되는 냉동사이클을 구성하는데, 구조적 특성상 내부 왕복기의 운동과 고저압변환에 따른 압력차이가 냉동기의 진동을 유발하므로 진공성능에 영향을 줄 수 있으므로, 이를 최소화하는 기술 개발이 필요하다. 헬륨냉매의 고압 유동에 따른 관로 압력증가로 인한 유동소음이 발생하는데, 이로 인한 소음을 줄이기 위해 관로의 최적화 설계/방진구조반영(DAMPER)으로 진동 안정화(Vibration Stabilization)설계를 수행 하고자 하며, 이에 따른 최적화 연구을 수행하고자 한다. 일차적으로, 기존 시스템의 진동측정을 통해 진동의 가진원을 밝히고 진동 전달경로를 파악하고자한다. 진동 가진원의 가진 최소화, 진동전달경로의 전달률 최소화, 고압유동에 따른 관로 설계 최적화를 진동해석, 탄성체 동역학해석, 그리고 유동해석을 통해 진동 및 소음의 최소화 방안을 도출하고자 한다. 해석결과를 토대로 진동가진원의 최소화를 위한 제품설계변경과 진동전달경로에 대한 방진을 위한 dmper 적용(전달률 최소화) 및 유동소음 최소화를 위한 damper나 관로 최적화 설계를 수행한다. 상기 기존시스템 측정/분석, CAE해석을 통한 진동/소음의 최적화방안도출 및 실제품 적용기술은 저진동 크라이오펌프 개발을 위한 기반 기술 확립에 크게 기여할것이며, 향후 크라이오펌프 고도화 및 최신 기술 제품 개발에 큰 기여가 기대된다.

• Journal of IKEEE
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• v.28 no.2
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• pp.174-179
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• 2024

In this work, we introduce a complementary metal-oxide semiconductor(CMOS)-based integrated circuit(IC) measurement set-up for quantum computer control and read-out using a cryogenic refrigerator. CMOS circuits have to operate at extremely low temperatures of 3 to 5 K for qubit stability and noise reduction. The existing cryogenic measurement system is liquid helium quenching, which is expensive due to the long-term use of expendable resources. Therefore, we describe a cryogenic measurement system based on a closed cycle refrigerator (CCR) that is cost-free even when using helium gas for long periods of time. The refrigerator capable of reaching 4.7 K was built using a Gifford-Mcmahon(G-M) type cryocooler. This is expected to be a cryogenic refrigerator set-up with excellent price competitiveness.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.93.1-93.1
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• 2015

근래 디스플레이 분야에서 OLED가 시장을 주도하면서 이 공정에 가장 적합한 진공펌프로 크라이오 펌프가 주목을 받고 있다. 화소 형성 공정에 사용되는 유기물이 수분에 취약하기 때문인데, 크라이오 펌프가운데서 특별히 수분만 집중적으로 배기할 수 있는 워터펌프(CWP or cold trap)가 각광받고 있다. 이에 HM GVT는 중소기업청 중소기업개발지원사업의 일환으로 진행된 2014년도 구매조건부 신제품 개발사업에 선정되어 '극저온 G-M냉동기를 이용한 대용량 Cold Trap개발' 과제를 수행하면서 32인치 급으로 수분에 대해서 30,000 [L/s] 이상의 배기속도를 가지는 대형 CWP를 개발하고 있다(수요처: (주)아바코). 통상적으로 흡기구가 30인치라면 수분 배기속도는 대략 65,000 L/s에 이르고 200 W 냉각능력이면 최대 수분 분압 0.008 mbar에서 작동시킬 수 있다. 따라서 1차년도의 목표는 큰 배기용량과 대형 사이즈의 CWP를 개발하기 위해 80 K에서 200 W 이상의 냉동능력을 보유한 단단 G-M 극저온냉동기를 선행 개발하는 것이다. 이에 현재 최대 냉동능력 80 K에 130 W의 냉동능력을 가지는 HPS055모델을 이용하여 다양한 예비시험들을 수행하여 최적의 설계인자들을 도출하였고 이를 근거로 80 K에서 200 W 이상의 냉동능력을 가지는 HPS80200모델을 설계 및 제작, 성능시험을 수행하였다. 이에 국내 최초로 80 K에서 200 W의 냉동능력을 가지는 단단 G-M냉동기를 개발하였고 설계 및 제작에 대한 원천기술을 확보할 수 있었다.

• Superconductivity and Cryogenics
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• v.9 no.1
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• pp.9-13
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• 2007

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.112.1-112.1
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• 2013

국내 반도체 생산 업체는 전세계 반도체 시장에서 높은 점유율을 차지하고 있음에도 불구하고, 핵심 생산 장비는 대부분 수입에 의존하고 있는 상태이다. 특히, 고용량/대면적/초정밀 제품을 지향하는 개발추세에 따라 핵심 생산 장비에서 크라이오펌프의 활용도가 크게 증가하고 있다. 이에 기존의 G-M 냉동기 크라이오펌프에서 구조가 간단하고 장수명 및 저진동의 장점을 가진 맥동관 냉동기 크라이오펌프 대체 적용 개발 및 국산화를 도모하고자 한다. 본 연구에서는 지식경제부 제조기반산업원천 기술사업 "급속재생형 저진동 크라이오펌프 기술 개발" 사업을 통해 개발된 16.5 inch/10 inch 크라이오펌프 시제품 및 완제품 제작 과정 및 성능 시험결과, 맥동관 냉동기 장점, 국산화 전략 등에 대해 소개 하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.118-118
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• 2012

Cryopump는 반도체 임플란타 공정, OLED분야, 신소재 개발, 표면분석 및 처리, 의료분야, 입자가속기, 핵융합 등 다양한 진공분야에 응용되는 고진공용 극저온펌프이다. 특히 향후로의 산업구조는 디스플레이, 반도체, IT 산업분야로 집중 재편될 것이기에, 이에 따른 핵심제조장비인 고진공 펌프의 수요가 급증할 것으로 판단된다. 그리고 이를 위한 핵심부품과 장비들의 국산화가 시급한 실정이다. 기술적인 측면에서 보자면 GVT는 미국의 Varian과 일본Ebara의 Cryopump 제조기술을 원천으로 한 회사로써 현재는 국내 유일의 G-M 냉동기와 Cryopump 제조기술을 보유한 업체이다. 그리고 최근 오랫동안 정체되었던 관련 기술을 발전시켜 최적화된 한국형 G-M 냉동기 및 이를 장착한 다양한 사이즈의 고성능 Cryopump를 출시하게 되었다. 가장 큰 수확은 Cryopump의 성능을 크게 향상시켰으며 무엇보다 고객맞춤형으로 디자인할 수 있을 정도의 기술력을 확보하게 되었다는 점이다. Cryopump의 성능은 장착되는 Cryocooler (G-M냉동기)의 성능과 밀접한 관련이 있기 때문에 일차로 Cryocooler의 성능을 개선하고 이차로 이를 장착한 Cryopump의 성능을 개선하였다. 본 연구는 일차로 진행된 HP Series 2단 Cryocooler 4가지 모델 중 가장 범용인 HPM 모델과 HPS모델에 대한 제작과 성능시험에 관한 것이다. 이는 각각 기존의 ICP Series 펌프에 장착되던 Expander 535 모델 및 Expander 855 모델에 대한 설계 최적화의 결과물로써 내용은 Cryocooler에 대한 'Typical Performance Test(1st STG와 2nd STG의 온도가 각각의 Stage에 인가되는 Heat Load에 의해 그물망 형태의 그래프가 되도록 수행하는 시험법)'의 절차를 따라 수행되었다. HPM Cryocooler의 성능은 2nd STG Temp. 20K와 1st STG Temp. 80K를 Heat Load기준으로 하였을 경우, 각각 8.2W, 55.0W의 성능을 나타내었고 HPS Cryocooler의 성능은 2nd STG Temp. 20K 와 1st STG Temp. 72K를 Heat Load기준으로 하였을 경우, 각각 14.0W, 90.0W의 성능을 나타내었다. 1st STG Temp.를 72K로 정한 이유는 Power Supply의 용량 한계로 인해 90W이상의 Heat Load를 인가할 수 없었기 때문이다. 만약 성능 그래프의 경향성을 고려하여 1st STG Temp. 80K로 가정한다면, 각각 약 13W, 100W 정도의 성능을 가질 것으로 추정된다. 단, 본 시험에 사용된 Compressor는 GVT의 HC80Plus 모델로 내부에는 Helium용 5HP급 Scroll Type의 Compressor가 장착되어 있으며, 봉입압력 250Psig에 저압 100Psig기준, 65scfm의 유량을 가지는 압축기이다. 압축기와 Cryocooler의 조합은 1:1이었고 시험방법은 Cryocooler에 대한 GVT 자체규정에 따라 진행되었으며 밤과 낮 및 공장전체의 부하변동에 따른 냉각수 온도변화에 따른 펌프의 성능변화는 고려되지 않았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.141.2-141.2
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• 2014

크라이오 펌프는 반도체 임플란타 공정, OLED 분야, 신소재 개발, 표면분석 및 처리, 의료분야, 입자가속기, 핵융합 등 다양한 진공분야에 응용되는 고진공용 극저온펌프이다. 특히 향후 디스플레이 분야에서 OLED가 시장을 주도할 것으로 예상되는 가운데, 점점 대형화 되어가는 OLED 장비에 가장 적합한 고진공 펌프로써 크라이오 펌프가 주목을 받고 있다. OLED 디스플레이 제조공정 중에서도 화소형성 공정을 위한 챔버는 특별히 진동특성에 민감하다. 유기물 증착공정을 진행하기 위해서 글라스 전단에 쉐도우 마스크를 설치하는데, 글라스의 크기가 증가하면서 초래된 처짐문제 그리고 장비의 진동특성과 글라스와 마스크 사이의 간섭문제 등이 제품의 수율에 큰 영향을 미치면서 향수 시급히 해결해야 할 필수 과제로 주목 받고 있다. 그러나 대부분의 상용 크리이오 펌프는 G-M형식의 냉동기를 장착하기 때문에 그 원리 상 제조사에 관계없이 일반적으로 큰 진동특성을 가진다. 이에 GVT에서는 OLED 공정에 적합한 보다 정숙하고 진동특성이 개선된 550 mm구경의 크라이오 펌프 개발을 진행하였다. 그 결과 펌프의 성능은 동종 경쟁모델과 동등 이상의 수준을 유지하고 진동성분은 동종모델 대비 50%이상 개선된 펌프를 개발할 수 있었다. 그리고 시장에 보다 좋은 제품을 출시하기 위해서 현재 성능과 진동특성을 계속해서 튜닝 중에 있다. 진동개선은 크게 2가지 방향으로 진행되었는데, 첫째는 펌프 측면에서 진행한 것이고 둘째는 냉동기 측면에서 진행한 것이다. 후자는 현재 대외비로 개발을 진행 중에 있으며 본 발표에서는 전자에 관한 것으로 펌프 측면에서 진동특성을 개선한 부분이다. 결국 크라이오 펌프의 진동은 진동원인 냉동기에서 발생하는 것이므로 냉동기와 펌프를 구조적으로 고립시키는 방법을 사용하였다. 즉, 냉동기와 펌프 사이에 댐핑 시스템 플랜지를 장착하여 진동원인 냉동기로부터 진동성분이 펌프 측으로 전달되는 것을 차단한 것이 본 기술의 핵심이다. GVT에서는 당 기술로 국내특허등록을 완료하였다(특허-10-1289394_진동 저감을 위한 댐핑 플랜지 조립체 및 이를 갖는 크라이오 펌프).

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.227-227
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• 2012

Cryopump는 반도체 임플란타 공정, OLED분야, 신소재 개발, 표면분석 및 처리, 의료분야, 입자가속기, 핵융합 등 다양한 진공분야에 응용되는 고진공용 극저온펌프이다. 특히 향후로의 산업구조는 디스플레이, 반도체, IT 산업분야로 집중 재편될 것이기에, 이에 따른 핵심제조장비인 고진공 펌프의 수요가 급증할 것으로 판단된다. 그리고 이를 위한 핵심부품과 장비들의 국산화가 시급한 실정이다. 기술적인 측면에서 보자면 GVT는 미국의 Varian과 일본Ebara의 Cryopump 제조기술을 원천으로 한 회사로써 현재는 국내 유일의 G-M냉동기와 Cryopump 제조기술을 보유한 업체이다. 그리고 최근 오랫동안 정체되었던 관련 기술을 발전시켜 최적화된 한국형 G-M 냉동기 및 이를 장착한 다양한 사이즈의 고성능 Cryopump를 출시하게 되었다. 가장 큰 수확은 Cryopump의 성능을 크게 향상시켰으며 무엇보다 고객맞춤형으로 디자인할 수 있을 정도의 기술력을 확보하게 되었다는 점이다. Cryopump의 성능은 장착되는 Cryocooler(G-M냉동기)의 성능과 밀접한 관련이 있기 때문에 일차로 Cryocooler의 성능을 개선하고 이차로 이를 장착한 Cryopump의 성능을 개선하였다. 본 연구는 일차로 진행된 HP Series 2단 Cryocooler 4가지 모델 중 가장 범용인 HPM 모델과 HPS모델에 대한 제작과 성능시험에 관한 것이다. 이는 각각 기존의 ICP Series 펌프에 장착되던 Expander 535 모델 및 Expander 855 모델에 대한 설계 최적화의 결과물로써 내용은 Cryocooler에 대한 'Typical Performance Test(1st STG와 2nd STG의 온도가 각각의 Stage에 인가되는 Heat Load에 의해 그물망 형태의 그래프가 되도록 수행하는 시험법)'의 절차를 따라 수행되었다. HPM Cryocooler의 성능은 2nd STG Temp. 20K 와 1st STG Temp. 80K를 Heat Load 기준으로 하였을 경우, 각각 8.2W, 55.0W의 성능을 나타내었고 HPS Cryocooler의 성능은 2nd STG Temp. 20K 와 1st STG Temp. 72K를 Heat Load기준으로 하였을 경우, 각각 14.0W, 90.0W의 성능을 나타내었다. 1st STG Temp.를 72K로 정한 이유는 Power Supply의 용량 한계로 인해 90W이상의 Heat Load를 인가할 수 없었기 때문이다. 만약 성능 그래프의 경향성을 고려하여 1st STG Temp. 80K로 가정한다면, 각각 약 13W, 100W 정도의 성능을 가질 것으로 추정된다. 단, 본 시험에 사용된 Compressor는 GVT의 HC80Plus 모델로 내부에는 Helium용 5HP급 Scroll Type의 Compressor가 장착되어 있으며, 봉입압력 250Psig에 저압 100Psig기준, 65scfm의 유량을 가지는 압축기이다. 압축기와 Cryocooler의 조합은 1:1이었고 시험방법은 Cryocooler에 대한 GVT 자체규정에 따라 진행되었으며 밤과 낮 및 공장전체의 부하변동에 따른 냉각수 온도변화에 따른 펌프의 성능변화는 고려되지 않았다.