많은 반도체 공정 장비가 진공 환경을 활용합니다. 압력에 따라 플라즈마 생성 조건과 박막의 퀄리티 등이 변할 수 있고, particle로 인한 문제를 줄이기 위해서 등의 다양한 이유 때문입니다. 압력 게이지는 이 압력을 측정하고 모니터링하는 장치입니다. 진공 환경에서 사용하는 게이지를 진공 게이지라 칭하며, 반도체 업계에서 많이 사용됩니다.
진공 게이지는 측정 방식에 따라 측정할 수 있는 압력 범위가 차이 납니다. 크게 직접 게이지(Direct Gauge)와 간접 게이지(Indirect Gauge)로 나뉩니다.
직접 게이지 (Direct Gauge)
직접 게이지는 압력과 관련된 값을 측정하기 때문에 기체의 조성과는 상관 없습니다. 직접 게이지는 대표적으로 부르동 게이지가 있습니다.
Bourdon Gauge
- 구조가 간단하고 저렴합니다.
- 대기압 부근 압력에서 사용 기계적 압력계로 상대 압력을 측정합니다.
- 속이 빈 원형관에 지시침이 달려 있어, 한쪽이 진공용기와 연결되어 압력을 낮추면 원형관의 탄성 변화에 따라 곡률 반경이 변하면서 압력을 측정하게 됩니다.
간접 게이지 (Indirect Gauge)
간접 게이지는 압력 의존 특성을 측정하기 때문에 측정 기체의 종류에 따라 달라집니다.
Thermocouple Gauge
- 가열된 필라멘트에 기체 분자들의 충돌로 필라멘트로부터 열을 빼았는데, 이를 통해 형성된 온도변화를 열전대로 측정하는 게이지입니다.
[ ※ 열전대(열전쌍) : 열기전력이 다른 두 개의 금속선 접합으로 온도변화에 따른 전압 차 형성 ]
- 구조가 간단하고, 저진공 영역에서 활용됩니다. 다만, 정확성이 떨어진다는 단점이 있습니다.
Pirani Gauge
- Thermocouple Gauge와 원리가 유사하지만, 필라멘트의 온도 변화를 통한 저항의 변화를 측정하여 압력으로 환산해냅니다.
- 압력이 높으면 열손실이 커져서 보상 전압이 커지고, 압력이 낮으면 그 반대가 되는 원리입니다.
Ionization Gauge
- 진공용기 내 기체 분자를 이온화하고, 이 이온이 다시 중성이 되기 위해 전자를 잃습니다. 이때의 전류를 측정하여 기체 분자의 밀도를 얻어냄으로써 압력을 알아냅니다.
- 기체 분자가 적은 고진공 영역에서도 측정 가능하다는 장점이 있습니다.
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