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공부&지식

[진공 개념]진공이란? 반도체에서 진공이 필요한 이유, Torr, Pa

by 쿠크크라운 2022. 3. 8.

반도체 진공

 

진공 개념
Vacuum
반도체에서 진공이 필요한 이유

 

반도체 산업이 발전하고 급부상하면서, 진공에 대한 개념들이 중요해지고 있다. 공학 도라면 한 번쯤은 들어봤을 만한 진공의 개념에 대해서 정리해보고자 한다.

 

반도체뿐만 아니라 다양한 산업군에서 진공을 이용한 시스템들이 존재하며, 이러한 시스템에서는 진공을 만들어내는 진공 펌프(pump)들이 시스템과 연결되어 있다.

 

진공의 개념과 진공을 표현하는 용어들을 이해하면 산업을 이해하는데 도움이 될 것으로 생각한다. 

 

 

진공이란 '대기압보다 낮은 상태'를 의미하며 반도체 제조 공정에서는 진공 공정 장비를 많이 사용합니다. 그렇다면 진공이 무엇이며, 어떻게 진공을 만들며, 왜 진공이 필요한 지 알아야 한다. 

 

 

진공은 대기압보다 낮은 압력 상태를 의미하기 때문에 대기압(760 Torr) 이하의 압력을 진공이라고 정의한다.

 

토리첼리의 실험을 기반으로 유리관 안에 가득 채운 후, 수은이 담긴 다른 용기 안에 거꾸로 유리관을 세우면 수은이 차 있는 유리관은 76cm의 높이를 유지하게 된다는 것이 발견되었다. 이때, 수은이 차 있는 유리관의 위쪽은 비어있는 부분이 발생하게 되고, 이것을 토리첼리 진공이라고 표현하며 '진공 상태'가 되었다고 표현을 할 수 있다.

 

이 실험을 바탕으로 진공도의 단위를 토리첼리의 이름을 따서 Torr로 지었으며, 대기압 상태를 760 Torr, 760mmHg 등으로 표현하게 된다. 진공 상태를 표현하는 기본적인 단위는 Torr와 Pa 등으로 나타낸다. 

 

특히, 반도체 진공장비에서 진공을 표현할 때 Torr, Pa 등의 단위로 나타내며, 이 때 압력의 단위는 다음과 같이 정리할 수 있다. 

 

 

대기압: 760mmHg = 760 Torr

1 Torr = 133 Pa

 

 

반도체 산업에서는 보통 1Torr 이하의 압력을 진공 상태라고 표현하며, 진공도에 따라 저진공, 중진공, 고진공, 초고진공 등으로 진공 영역이 구분된다.

 

반도체 산업에서 주로 초고진공으로 갈수록 압력이 낮다는 것을 의미하며 이는 내부에 존재하는 기체가 적음을 의미하며 즉, 오염도가 적다는 것을 의미한다.

 

따라서 반도체 산업에서는 진공 상태에서 공정 중 발생할 수 있는 불순물의 영향을 최소화하고 플라즈마 형성을 가능하게 하기 때문에 반도체 공정 중 플라즈마(Plasma)를 이용한 식각(Etching), PVD, CVD, ALD 등의 증착 공정 등을 진행하는데 필수적으로 사용된다.

 

그리고 이 진공에 따라서 공정 특성이 달라질 수 있으며, 고순도의 공정을 진행할 수 있고, 또한 분석을 진행할 때에도 진공을 이용하여 대기 중의 노출을 방지하거나 외부로부터 표면이 오염되는 것을 방지하기 위한 목적으로 사용될 수 있다.  

 

진공 상태를 만들기위해서는 내부의 압력을 낮추는 역할을 하는 진공 펌프(Vacuum pump)가 필요하다.

 

앞서 언급한 저진공, 중진공, 고진공, 초고진공 등 진공 영역에 따라서 사용되는 펌프가 다양하며, 진공 시스템에서 진공 상태를 유지하는 진공 챔버라고 불리는 공간의 기체를 뽑아내어 진공 상태로 만들어주는 역할을 진공 펌프가 하게 된다.  

 

 

다음 포스팅에서는 진공 펌프의 종류와 역할에 대해 정리해보고자 한다.

 

 

 

*해당 내용은 글쓴이가 공부하고 이해하기 위한 목적으로 정리한 글이기 때문에 오류가 있을 수 있습니다.

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