PRESSURE GAUGES 2

진공 설비에는 반드시 압력게이지(Pressure gauge)가 설치되어야 한다. 공정을 위한 챔버 혹은 버퍼 챔버등의 압력을 확인하기 위해서는 반드시 설치되어야 하는 필수템이다.

챔버의 압력이 낮으면 챔버를 손으로는 열 수 없으며 공압등의 실린더를 이용하여 열게 되면 엄청난 충격으로 챔버 내부에 파츠를 손상시킬 수 있다. 챔버에 웨이퍼나 글라스가 있다면 충격파로 형체를 알아보기 어려울 정도로 파손될 것이다.

챔버와 대기의 Gate door, 챔버와 챔버 사이의 gate door 등 두 공간을 격리하는 isolation valve를 구동하기 전에는 무조건 상호 압력을 확인하고 두 공간의 압력차를 최소화하여야 한다. 제어에서는 압력의 차이를 파라미터로 두고 두 공간의 압력차이가 설정치 이하일 때만 door를 열 수 있도록 관리한다.

챔버의 압력을 읽기 위해 다양한 게이지가 사용된다. 예전에 게이지 메이터에서 이를 하나의 센서로 통합하려는 시도가 있었으나 유지 비용과 특정 구간에서의 정밀도 하락으로 성공하지는 못했다.

Gauge map

 

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아래는 게이지를 기능별로 분류해 보았다. 

1. ATM Sensor
대기압 근처의 압력을 정밀하게 검증하기 위한 센서로 대기압을 만들 후 티칭후 사용하게 된다. ATM Sensor라고는 불리나 pressure switch를 용도에 맞게 사용하는 것이다.

SMC Digital pressure switch

 

ATM Sensor의 용도는 아래와 같이 일부 게이지는 ATM 부근에 가스의 종류나 환경에 따라 정확치 않은 voltage 값을 보여주어 이를 보완하고자 하는 용도이다.
대기압 부근의 압력이 정확치 않으면 vent 동작중 대기압과 같은지를 알 수 없으며 Under 혹은 over venting 되어 door open시에 소음과 충격을 동반하게 된다. 이러한 잇슈를 해결하고자 ATM 부근의 압력을 정확히 감지할 수 있는 장치가 필요하다. 

Aanlog gague의 압력과 출력 전압

 

2. 저진공용 압력 게이지
보통 760.0 torr에서 1x10-4 torr 정도를 읽어 낼 수 있는 저진공용 압력 게이지이며 pirani, convetron 등이 있다.

MKS Convectron gauge(좌), PFEIFFER Pirani gauge(우)

 

3. 고진공용 압력 게이지
-5승 이하의 압력을 정밀하게 측정하도록 고안 되었으나 INFICON사의 모델은 대기압에서 -10승까지 읽을 수 있다고 한다. 공진공 게이지의 역할은 챔버의 base pressure 검증용이다. 각종 이유로 챔버를 open후 설비를 백업하는 경우 설정된 base pressure까지 pumping 하여 leak를 확인하거나 out gasing 되는 불순물을 배출 여부를 확인한다. 

아주구형(좌), INFICON(중), PFEIFFER(우) Ion gauge

 

4. 공정용 게이지
Etch공정에서는 공정 압력의 폭이 넓어 하나의 게이지로는 공정 범위를 커버하지 못해 두 개의 게이지를 사용하였다. 초정밀 게이지는 커버하는 압력의 폭이 상당히 좁다. 당연한 이치로 원하는 범위에 맞는 게이지를 필요한 만큼 설치하여 사용한다. 

CDG(Capacitance Diaphragm Gauge)

 

5. Equalize valve
그리고 게이지는 아니지만 챔버의 안전을 확보하기 위하여 챔버에 연결된 라인에 밸브와 필터를 설치하고 대기 쪽 door를 열기 직전 이 밸브를 열어 챔버의 압력을 챔버 바깥쪽 압력과 동기화시켜 주는 기능을 한다. 별도의 기능은 없다. 밸브와 필터만 연결한다. 

 

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예전에 혹은 연구소 같은곳에서는 다양한 게이지가 사용되겠지만 전공정 라인에서는 평준화된 것 같다. 

지금은 MKS가 된 그 옛날에 Granville Phillips 275 Convectron gauge를 사용하였는데 제품 자체의 안정성이 떨어졌는지 아니면 우리가 잘못 사용하는지 고생을 많이 한 기억이 난다.

GP275

 

게이지와 통신을 위해서는 게이지에 통신 컨트롤러가 내장된 제품과 외부 컨트롤러로 구성된 제품 두 종류가 있다. 내장 제품은 약간 비싼 반면 배선이 간단해지는 장점이 있다. 하지만 통신용 ID를 설정해야 하는 경우 초기에는 문제가 없으나 차후 교체 시에 ID를 다시 설정등 어려움이 있다. 

외부 컨트롤러를 사용하면 많은 부가 기능을 지원한다. 신뢰성이 높아진다. ID 설정도 필요없다. 노이즈로 인한 fluctuation도 막을수 있고 원격 teaching도 지원한다. 제어 입장에서는 장점이 많다. 외부 컨트롤러 사용을 적극 추천한다. 

PFEIFFER 게이지 컨트롤러 (무조건 사용 추천)