반도체 공정에서 사용되는 진공 펌프 종류와 역할 완벽 정리 🏭💨

반도체 공정에서 사용되는 진공 펌프 종류와 역할 완벽 정리 🏭💨

🔎 반도체 공정에서 진공이 중요한 이유

반도체 공정은 우리가 생각하는 것보다 훨씬 더 엄격한 환경 조건이 필요합니다. 대기 중에서 진행되는 공정도 많지만, 상당수의 공정은 진공 상태에서 이루어집니다.

그 이유는 간단합니다. 공기 중 부유물은 반도체 제조에 치명적인 이물질이 될 수 있기 때문입니다. 반도체 회로는 극도로 미세한 단위로 만들어지며, 작은 먼지 하나만으로도 제품 불량이 발생할 수 있습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 반도체 공정에서는 **진공 펌프(Vacuum Pump)**를 사용하여 챔버 내부의 공기를 제거하고, 오직 특정한 기체만을 남겨 공정을 진행합니다.

이번 글에서는 반도체 공정에서 사용되는 다양한 진공 펌프의 종류와 원리, 그리고 각 펌프의 역할과 특성을 완벽하게 정리해보겠습니다.

 

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📌 1. 진공 펌프란?

진공 펌프(Vacuum Pump)는 챔버나 용기의 공기를 제거하여 진공 상태를 만들거나 유지하는 장치입니다.

✅ 반도체 공정에서 진공을 유지해야 하는 이유
1️⃣ 공기 중 이물질(먼지, 수분, 가스 등) 제거
2️⃣ 특정 공정에 필요한 특수 가스만 유지
3️⃣ 반응성을 높이고 균일한 공정 환경 제공
4️⃣ 부품 및 재료 표면의 산화 방지

예를 들어, 반도체 제조에서는 산소(O₂)와 수분(H₂O)을 최소화해야 합니다. 공기 중에는 산소와 수분이 포함되어 있기 때문에, 이를 제거하지 않으면 웨이퍼 표면이 산화되거나 오염될 가능성이 높아집니다.

즉, 진공 펌프는 반도체 제조에서 불순물을 제거하고, 원하는 조건을 유지하기 위해 필수적인 장치라고 할 수 있습니다.

 

반도체 공정에서 사용되는 진공 펌프 종류와 역할 완벽 정리 🏭💨

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📌 2. 반도체 공정에서 사용되는 주요 진공 펌프 종류

진공 펌프는 진공의 압력 범위와 목적에 따라 크게 두 가지로 구분됩니다.

✅ 1) 저진공 펌프 (Low Vacuum Pump)

• 대기압(ATM)에서 1.0E-3 ~ 1.0E-4 torr 정도까지 낮출 수 있는 펌프
• 대표적으로 Dry Pump(드라이펌프) 사용

✅ 2) 고진공 펌프 (High Vacuum Pump)

• 1.0E-4 torr 이하로 더욱 낮은 진공을 만들기 위해 사용
• 대표적으로 **TMP(Turbo Molecular Pump)**와 Cryo Pump 사용

각 펌프의 특성과 역할을 자세히 살펴보겠습니다.

 

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📌 3. 저진공 펌프: Dry Pump (드라이펌프)

💡 Dry Pump란?

Dry Pump(드라이펌프)는 대기압(ATM)에서 저진공(1.0E-3 ~ 1.0E-4 torr)까지 압력을 낮추는 역할을 하는 진공 펌프입니다.

✅ 특징

• 오일을 사용하지 않는 무윤활 방식 (청정 환경 유지)
• 챔버 내부의 가스를 지속적으로 배출하는 역할
• 저진공 공정에서는 단독으로 사용 가능
• 고진공 펌프를 사용할 때는 보조 역할(전단 펌프)

✅ 구성 방식

• 일반적으로 **메카니컬 펌프 + 부스터 펌프(Booster Pump)**를 함께 사용
• 강력한 진공을 생성하기 위해 병렬 또는 직렬 연결

 

✅ Dry Pump의 활용 예시

1️⃣ 저진공 장비에서 단독으로 사용
2️⃣ 고진공 펌프(TMP, Cryo Pump)와 함께 사용하여 전단 압력을 낮추는 역할
3️⃣ 반도체 및 디스플레이 공정에서 공정 가스를 일정하게 배출

🛠 대표적인 Dry Pump 제조사

• 에드워드(Edwards)
• 카시야마(Kashiyama)
• 알카텔(Alcatel)
• 에바라(Ebara)
• 레이볼드(LEYBOLD)
• LOT Vacuum

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📌 4. 고진공 펌프 ①: TMP (Turbo Molecular Pump)

💡 TMP란?

TMP(Turbo Molecular Pump)는 초고속으로 회전하는 블레이드(날개)를 이용해 가스를 강제로 배출하는 방식의 고진공 펌프입니다.

✅ 특징

• 회전 속도: 최대 20,000~90,000 RPM
• 저진공(1.0E-3 torr)에서 고진공(1.0E-7 torr)까지 압력을 낮출 수 있음
• Dry Pump와 함께 사용해야 함 (단독 사용 불가)
• 빠른 속도로 진공을 형성할 수 있지만, 사용 절차가 까다로움

✅ TMP의 펌핑 과정
1️⃣ Dry Pump를 사용하여 챔버의 압력을 일정 수준(roughing pressure)까지 낮춤
2️⃣ TMP를 가동하여 초고속 블레이드 회전으로 가스를 하부로 밀어냄
3️⃣ 최종적으로 1.0E-7 torr 이하의 고진공을 형성

✅ TMP 사용 시 주의점

• TMP는 갑자기 많은 기체가 유입되면 정지(브레이크)될 수 있음
• TMP는 빠르게 회전하는 블레이드를 사용하기 때문에 고체 이물질이 유입될 경우 손상 가능

📌 TMP 블레이드 손상 예시
TMP가 구동 중에 챔버 내에서 고체 이물질이 떨어지면 블레이드가 망가지는 치명적인 손상이 발생할 수 있습니다. 따라서 TMP를 사용할 때는 항상 챔버 내의 상태를 점검해야 합니다.

🛠 대표적인 TMP 제조사

• I사, T사 TMP Pumping System

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📌 5. 고진공 펌프 ②: Cryo Pump (크라이오펌프)

💡 Cryo Pump란?

Cryo Pump(크라이오펌프)는 극저온(cryogenic temperature) 환경을 이용해 기체를 냉각·응축시켜 가스를 제거하는 방식의 고진공 펌프입니다.

✅ 특징

• 냉각 온도: -273°C(절대온도 0K)에 가까운 극저온 사용
• 고진공을 만들지만, 일정 시간이 지나면 재생(Regeneration) 과정 필요
• 특정 공정에서 TMP 대신 사용 가능

✅ Cryo Pump vs. TMP

구분 TMP (터보펌프) Cryo Pump (크라이오펌프)

원리	블레이드 회전	극저온 냉각
주요 용도	일반적인 고진공 공정	극저온 응축이 필요한 공정
유지보수	상대적으로 쉬움	재생 과정 필요

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📌 6. 반도체 공정에서 최적의 진공 시스템 구성

반도체 공정에서는 Dry Pump + TMP 또는 Cryo Pump 조합이 일반적입니다.

✅ Dry Pump 단독 사용 → 저진공 유지
✅ Dry Pump + TMP → 일반적인 고진공 공정
✅ Dry Pump + Cryo Pump → 특수 공정(저온 응축 공정)

이처럼 진공 시스템을 적절히 구성하면 반도체 공정의 생산성과 품질을 극대화할 수 있습니다.

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