게이트 밸브와 스로틀 밸브 차이, 챔버 압력 제어 정리 (반도체 진공시스템 2편)

가스가 챔버에 들어왔으면, 이제 빠져나가는 쪽을 볼 차례입니다. 챔버와 펌프 사이에는 보통 게이트 밸브와 스로틀 밸브가 함께 달립니다. 2편에서는 두 밸브의 차이와 챔버 압력을 맞추는 방법, 그리고 러핑 라인에 쓰는 밸브를 정리합니다.

PART 01

스로틀 밸브와 게이트 밸브는 뭐가 다른가요?

게이트 밸브는 열었을 때 통로 안에 걸리는 게 없어서 배기 통로를 넓게 쓸 수 있습니다. 진공 밸브는 원래 펌핑 속도를 깎아 먹지 않아야 하고, 완전히 열었을 때 같은 지름의 배관과 비슷한 컨덕턴스를 내야 합니다. 컨덕턴스는 기체가 그 배관이나 부품을 얼마나 쉽게 지나가는지를 나타내는 값입니다.

게이트 밸브의 열림·닫힘 단면. 왼쪽은 주황색 게이트 판이 위로 올라가 통로가 열린 상태, 오른쪽은 판이 내려와 통로를 막은 상태입니다

PART 02

챔버 압력은 어떻게 맞추나요?

스로틀 밸브 원판의 세 가지 각도. 왼쪽부터 닫힘, 반쯤 열림, 완전 열림으로 원판 각도를 바꿔 배기량을 조절합니다

자동 압력 제어(APC)는 보통 이렇게 돌아갑니다. 챔버에 단 게이지가 압력을 재면, 컨트롤러가 목표 압력과 비교해 스로틀 밸브의 열린 정도를 계속 조금씩 바꿉니다. 압력이 목표보다 높으면 밸브를 더 열어 더 빨리 빼고, 낮으면 덜 엽니다.

챔버 압력 제어 흐름. 챔버의 게이지가 잰 압력을 컨트롤러가 받아, 챔버와 펌프 사이 스로틀 밸브의 열린 정도를 조절합니다

다만 챔버 부피와 실제 배기 속도가 공정마다 달라 제어가 흔들리기 쉬워서, 밸브와 컨트롤러는 한 세트로 맞추는 편이 안전합니다.

PART 03

러핑 라인에는 어떤 밸브를 쓰나요?

기밀이 특히 중요한 자리에는 밸브 축을 금속 벨로우즈로 감싸 대기와 분리한 밸브를 씁니다. 이런 중·고진공 밸브는 누설률이 보통 10⁻⁹ mbar·L/s 미만입니다.

벨로우즈 실 앵글 밸브 단면. 주름진 금속 벨로우즈가 밸브 축을 감싸 바깥 공기와 진공 쪽을 나눕니다

오일식 로터리 펌프로 러핑한다면 챔버 압력이 약 15 Pa 아래로 떨어질 때부터 오일 증기가 챔버 쪽으로 올라올 수 있습니다. 그래서 적당한 압력에서 러핑 밸브를 닫아 주는 게 보통입니다.

▸ 챔버 플랜지 규격과 필요한 누설 사양을 알려 주시면 맞는 게이트 밸브와 스로틀 밸브 조합을 정리해 드립니다.

챔버 주변의 스로틀 밸브(왼쪽)와 게이트 밸브(오른쪽) 사진

FAQ

자주 묻는 질문

Q. 게이트 밸브로 압력을 조절할 수는 없나요?

A. 권하지 않습니다. 게이트 밸브는 완전히 열거나 닫는 용도라서, 반쯤 연 상태로 압력을 맞추는 일에는 스로틀 밸브를 씁니다.

Q. 스로틀 밸브만 바꾸면 압력이 안정되나요?

A. 꼭 그렇지는 않습니다. 챔버 부피와 배기 속도가 공정마다 달라서, 밸브와 컨트롤러를 한 세트로 맞추고 공정 조건에서 조정해야 안정됩니다.

Q. 오일 회전 펌프로 러핑해도 되나요?

A. 됩니다. 다만 챔버 압력이 약 15 Pa 아래로 내려가면 오일 증기가 올라올 수 있으니, 적당한 압력에서 러핑 밸브를 닫아 주세요.

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