• 진공이야기
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• 제2권2호
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• pp.49-58
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• 2015

진공 배기 시스템에 위험한 환경을 초래할 수 있는 모든 가능성을 찾아 낼 수는 없지만 누적된 현장 경험과 연구 결과에 맞추어 최대한 필요한 안전 조치들을 취해야 한다. 진공 배기 시스템이나 그 구성품들에 대한 심각한 파손을 유발하는 공통적인 요인들은 발화성 물질의 점화나 진공 배기 시스템의 배기구 막힘에 의해 발생한다. 따라서, 진공 펌프와 진공 시스템의 안전한 가동과 사용을 위해서는 다음과 같은 것들을 반드시 준수하여야 한다. ${\blacksquare}$ 발화성, 폭발성 공정 물질을 사용하는 진공 배기 시스템은 정규 유지 보수 작업(PM) 후 첫 번째 배기 과정은 매우 천천히 진행하여 진공 배기 시스템 내부에 급격한 난류가 형성되지 않도록 해 주어야 한다. ${\blacksquare}$ 진공 배기 시스템 내에서 발화성 물질들의 농도가 발화 영역(flammable zone, potentially explosive atmosphere)에 들어가지 않도록 하여야 한다. 이를 위해서는 불활성 가스를 이용하여 진공 펌프와 진공 배기 시스템의 가동 예상 조건이나 고장 환경하에서 안전한 농도 이하로 희석시켜야 한다. ${\blacksquare}$ 진공 펌프와 진공 배기 시스템에 장착되어 사용되는 밸브 등의 기계적 부품들이나 공정에 사용되는 물질과 공정 부산물들(by-products)로 인하여 배관, 필터 배기구 등이 막히지 않도록 하여야 한다. ${\blacksquare}$ 공정에 사용되는 물질들, 특히 산소($O_2$), 오존 ($O_3$) 등의 산화제 농도가 높을 때는 오일 회전 배인 진공 펌프(Oil rotary vane vacuum pump)에 미네랄(mineral) 오일을 사용하지 말아야 하며, PFPE(Perfluoropolyether) 오일을 사용하여야 한다. 시판되는 진공 펌프 오일 중 비발화성(non-flammable)으로 표기된 오일이라고 하더라도 산화제(oxidant)의 농도가 체적비로 30 % 넘는 공정 환경에는 사용하지 말아야 한다. ${\blacksquare}$ 진공 펌프와 진공 배기 시스템에 의해 배기되는 물질들이 물($H_2O$)과 격렬하게 반응하는 경우는 물이 아닌 다른 냉각제를 사용하여야 한다. ${\blacksquare}$ 안전하지 않다고 판단되는 상황에서는 해당 전문가의 조언이나 해당 전문가의 직접적인 현장 도움을 통해 문제를 해결하여야 한다.

• 한국진공학회지
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• 제4권1호
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• pp.1-5
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• 1995

진공표준용기에서 압력을 측정하는 진공계의 위치는 측정압력으로부터 계산된 진공펌프의 배기속도가 진실한 값에 얼마나 가까운가를 결정하는 중요한 요소이다. 본 논문에서는 압력을 유효배기확률에 반비례하는 양으로 보아 해석적 방법으로 적절한 진공계위치를 계산하고 있다. 또 진공계가 차지하는 폭과 펌프의 고유배기확률이 압력(또는 배기속도)측정값의 정확도에 미치는 영향에 대해 논의한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.69.2-69.2
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• 2015

가속기의 진공용기는 안지름이 대략 20~40 mm 정도로 아주 작지만 길이는 수백 미터 이상이다. 이 같은 진공장치에서 기체 컨덕턴스가 그 진공성능을 결정하게 되며 점점 더 작아지고 있다. 이때 진공배기 방법은 주로 균등배기(distributed pumping)을 하는 데 초기에는 distributed ion pump와 Strip NEG를 주로 사용하였으며 최근에는 coated NEG가 대세이다. 균등배기의 또 다른 한 가지 방법으로 작은 동전 모양의 게터를 사용하여 그 성능을 평가하여 보고하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.141.1-141.1
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• 2014

오일 증기의 제트를 분사하여 잔류가스를 배기하는 오일확산펌프는, 구조가 간단하여 고장이 적고 저렴하며 소음 및 전기노이즈가 적게 발생하는 많은 장점을 가지고 있다. 그러나 오일의 증기압에 의해 그 도달압력이 10-9 Torr 이상으로 제한되어, 액체질소로 냉각되는 배플형태의 저온 트랩을 사용하지 않는 한 10-10 Torr영역의 초고진공 배기용으로는 사용하지 못하는 것으로 알려져 있다. 유회전펌프로 뒷받침 배기(foreline pumping)하는 700l/s의 배기속도를 가진 오일확산펌프에 300 liter/sec의 컨덕턴스를 가진 액체질소 트랩을 부착하여 메탈 실링을 사용하는 초고진공 챔버를 배기하였다. 액체질소트랩에 액체질소를 투입하면 $1{\times}10-8Pa$이하의 초고진공이 얻어졌으나, 액체질소가 증발하여 트랩의 온도가 상온으로 상승하면 압력도 $1{\times}10-7Pa$ 이상으로 상승하였다. 50 liter/sec의 배기속도를 가진 터보분자펌프로 오일확산펌프를 뒷받침 배기하면 액체질소를 투입하지 않은 상태에서 $5{\times}10-9Pa$이하의 초고진공이 얻어졌으며, 액체질소를 투입하여도 압력은 거의 변화하지 않았다. 잔류가스분석장치로 얻은 잔류가스 성분 스펙트럼은 수소가 잔류가스의 대부분을 차지하는 것을 보여주었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.337-337
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• 2010

하나로 반사체의 수직공 안에 설치된 냉중성자원 시설계통의 수조내기기는 원자로에서 생성되는 열중성자를 약 22K의 감속재로 감속시켜 0.1~10 meV 범위에서 높은 선속을 갖는 냉중성자를 생산한다. 냉중성자를 생산하기 위한 냉중성자원 시설계통의 구성은 감속재인 수소를 포함하고 있는 수소계통, 수소의 외부누출을 방지하기 위한 가스블랭킷계통, 극저온의 액체수소를 생산하기 위한 헬륨냉동계통, 극저온인 액체수소 층을 감속재용기 내에 유지하기 위한 진공계통 등으로 되어있다. 이들 계통 중 진공계통은 냉중성자원 시설계통의 정상운전 시 액체수소 열사이펀, 감속재용기 등의 냉중성자원 극저온 부품의 단열을 위하여 진공용기의 내부 진공도를 공정진공도 이하로 유지하기 위한 계통이다. 정상운전 시 진공계통으로부터 발생되는 배기 가스는 배기 수집탱크에 포집된다. 냉중성자원 시설계통으로부터 발생되는 배기가스는 배기수 집탱크를 통하여 수소의 누출여부를 확인한 후 원자로홀로 배기되도록 되어 있으며, 만일의 경우 탱크내부의 배기가스 수소 농도가 기준치인 3.5%이상일 때는 유입 원을 자동으로 차단하고, 희석용 가스인 고압의 질소를 주입하여 수소의 농도를 기준치 이하로 낮춘 후 원자로 홀로 자동 배출하도록 되어 있다. 본 논문에서는 냉중성자가 생산되는 냉중성자원 시설계통의 운전과정에서 진공계통으로부터 배출되는 배기가스를 배기수집탱크로 포집하고, 이 가스에 대해 수소가스의 농도를 분석하여 원자로 홀로 안전하게 배기할 수 있도록 수행된 수소가스 분석에 대해 기술하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.148-148
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• 2013

스퍼터 이온펌프(Sputter Ion Pump)는 주로 화학흡착으로 동작하며 기계적 진동이 없고, 기름 등의 오염 물질을 배출하지 않으며, 수명이 길어 초고청정 진공이 요구되는 표면실험장치, 표면분석계, 입자가속기 등에서 널리 사용 되고 있다. 일정한 지름을 갖는 다수의 원통 양극과 그 양단에 두개의 음극판을 배치시킨 후, 양극과 음극 사이에 수 kV의 전압을 걸고 원통의 축방향으로 자장을 인가하면 페닝 방전이 발생한다. 냉음극에서 방출된 전자는 양극으로 비행하면서 가스를 이온화한다. 이온분자는 가스흡수성 게터재료로 된 음극에 충돌하여 스퍼터링을 일으키며 게터막를 주변에 증착시킨다. 이온 및 중성 가스는 게터 고체막 속에 주입 포획되는 형태로 배기된다. 스퍼터 이온펌프는 $10^{-5}$ Pa 부근에서 최대 배기속도를 가지며, 압력이 낮아질 수록, 특히 $10^{-10}$ Pa영역 이하에서는 그 배기속도가 급격히 저하되며, $10^{-10}$ Pa영역에서는 배기능력을 거의 상실한다. 따라서 스퍼터 이온펌프 단독으로 진공시스템을 배기할 때 도달압력은 $10^{-9}$ Pa 영역에 머무르게 되며, $10^{-10}$ Pa 이하의 극고진공을 얻기 위해서는, $10^{-8}$ Pa 이하의 압력에서 배기 속도가 압력과 무관한 흡착펌프(getter pump)와 이온펌프를 조합하여 사용한다. 본 실험에서는 $600^{\circ}C$ 이상의 온도로 진공로에서 탈개스시킨 진공용기를 배기속도 450, 60, 30, 20, 5, 3 l/s의 6종류의 이온펌프와 배기속도 400 l/s, 100 l/s의 non-evaporable getter (NEG) 펌프를 조합시켜 배기하여 그 배기 특성을 비교하였다. 도달 압력은 이온펌프의 배기속도가 클수록 낮아지는 경향을 보여주었다. 450 l/s 이온펌프와 400 l/s NEG를 조합하여 배기시킬 때 도달 압력은 ~$2{\times}10^{-10}$ Pa을 기록하여 가장 낮았으며, 3 l/s 이온펌프와 400 l/s NEG를 조합하였을 때는 $ 2{\sim}3{\times}10^{-8}$ Pa을 기록하였다. 450 l/s 이온펌프와 400 l/s NEG를 조합한 경우 잔류가스의 대부분이 수소였으나, 3 l/s 이온펌프와 400 l/s NEG의 조합한 경우에는 메탄의 잔류량이 수소 보다 많았다. 이 결과는 메탄을 배기하지 못하는 NEG의 배기 특성을 보완하기 위해서는 일정 배기속도 이상의 이온 펌프가 필요함을 보여준다.

• 한국진공학회지
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• 제3권4호
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• pp.401-404
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• 1994

초고 진공영역에서 배기특성 개선을 위하여 재질 및 구조가 다른 세가지 형태의 60(l/s) 형이온 펌프를 제작하여 그 배기특성을 측정하였다. 그 결과 음극판에 Ta 선을 전기용접한 펌프와 양극 cell의 구조에 변화를 준 펌프의 배기속도가 상용으로 이용되고 있는 펌프에 비해 약 50% 이상 개선되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.366-366
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• 2011

냉중성자원은 하나로 반사체탱크에 위치한 수직공에 설치되어 노심에서 발생하는 열중성자를 감속재인 액체수소층을 통과시켜 냉중성자를 생산하는 설비로 수소가를 충전하고 있는 수소계통이 있으며, 21K의 극저온 액체수소/기체수소 2상(ttwo-phase)을 유지하기 위해 외부에서 유입되는 열침입을 최소화하기 위해 진공계통이 설치되어 있다. 진공계통은 수조내기기 집합체(In-Pool Assembly : IPA)의 액체수소 열사이펀, 감속재 용기 등의 냉중성자원 극저온 부풀들의 단열을 위하여 진공용기 내부진공도를 공정진공도 이하로 유지하기 위한 계통으로 고진공펌프, 진공배기탱크 및 저진공펌프의 조합으로 두 개의 진공펌프시스템과 진공박스, 배기수집탱크 및 밸브박스를 포함한 연결배관으로 설계되었다. 저진공펌프를 이용하여 대기압에서 고진공펌프 작동압력까지 도달한 후 고진공펌프를 가동하여 공정진공도 이하의 진공도를 확보하고, 고진공펌프로부터 배기되는 배출가스는 고진공펌프 후단에 설치된 진공배기탱크에 포집되며, 필요 시 저진공펌프레 의하여 배기수집탱크로 배출된다. 진공펌프시스템은 진공용기 내부의 압력이 공정진동고 이하로 유지되도록 연속적으로 가동되어 진공단열이 가능하다. 본 논문은 감속재인 수소를 액화상태로 유지하며, 공정진공도 이하로 충분히 유지되어 운전되는 진공계통의 특성을 원자로 운전 주기별로 소개하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.149.2-149.2
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• 2014

진공용기를 배기하기 시작하면 짧은 시간 동안은 공기의 배기가 주를 이루지만 그 후에는 표면 방출 기체의 배기가 이어지고 표면방출 기체의 대부분은 물이라는 것은 누구나 알고 있는 사실이다. 그러나 배기 계산을 할 때는 막상 물 보다는 공기의 일부로 생각하거나 수분을 다른 기체들과 유사하게 다루는 것에 익숙해져 있다. 이런 계산 결과는 실제 상황을 재현하지 못할 뿐만 아니라 일반적으로 배기능력을 과대평가하게 만들어서 공정 계획대로 진공 시스템을 운전하는 것을 불가능하게 만든다. 물은 일반적인 기체와는 성격이 아주 다르다. 다른 기 체 분자들의 흡착 에너지가 ~0.3 eV이고 기름분자가 ~1 eV 정도인 것에 반해 물은 0.55 eV 내외로 상온에서도 비교적 흡착을 잘하고 또 적당히 방출도 일어나는 특별한 특성 때문에 용기 압력을 지배하면서도 신속한 배기를 방해한다. 만일 이런 물의 흡착률 및 방출률을 제대로 수치화할 수 있다면 배기 계산을 훨씬 현실화할 수 있다. 물의 흡착률은 물분자의 부착계수가 지배하고 방출률은 체류시간에 의해 결정되지만 표면상태에 따라 천차만별이므로 얼마라고 확정하기 어렵다. 우선 이번에는 물의 부착계수 최대값을 0.1 정도로 잡고 흡착량에 따라 직선적으로 줄어드는 것으로 가정하며, 물의 표면 체류시간도 몇 가지 값으로 가정해서 0-D 입자 평형 계산을 수행하여 특정 시스템에서 얻은 실험 결과와 비교하려고 한다. 앞으로 몬테카를로 방법과 연계하여 3차원적 분석을 할 수 있는 코드로 발전시켜 나갈 예정이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.94-94
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• 2011

본 논문은 "차세대 반도체용 진공공정의 실시간 측정/진단/제어 기술개발"과제의 제 3 세부과제 "스마트형 진공 배기 진단 제어 시스템 개발"의 주요 연구 실적을 소개한다. 본 세부과제는 (1)진공펌프 및 배기 시스템의 다중 상태변수 측정 장치 개발, (2)공정별 펌프 상태 및 공정 조건 data base 구축 및 진단 알고리즘 개발(e-Diagnostics Level 2 FDC 수준), (3)공정별 펌프 상태 변수 측정을 통한 자기 진단 기술 개발(e-Diagnostics Level 2 FDC 수준), 그리고 (4)측정/통신 PMS (Pump Monitoring System) 개발(통신속도 56k bps 이상, e-Diagnostics Level 0~1)을 최종 목표로 추진되어 왔다. 첫 번째 주요실적은 진공배기시스템의 다중 상태변수 측정 및 평가 장치를 성공적으로 개발하였다. 본 장치는 현장에서 진공펌프의 배기속도를 3% 이내로 정밀하게 측정할 수 있는 소닉 노즐을 이용한 배기속도 측정 장치 및 기술을 성공적으로 개발 완료하였다. 그리고 측정 가능한 상태변수는 20종에 달하며 이들을 이용하여 진공펌프의 성능인자 15종과 특성치 9종을 종합적으로 평가할 수 있는 능력을 갖추었다. 두 번째 주요실적은 공정별 진공배기시스템의 자기진단 및 예지보수 기수 개발이다. 연구에서 개발된 적응형 인자모델을 이용한 상태진단 기술은 이미 학회 논문으로 소개되었으며 본 기법은 기존의 시계열 상태변수를 이용한 기존의 상태진단 기법보다 메모리 소요량을 100배로 줄였으며 그리고 연산양은 10% 이하로 줄인 획기적인 기법이라 할 수 있다. 세 번째 주요실적은 상태변수 측정, 통신, 제어 및 공정적응 기능 통합형(smart) PMS(pumper monitoring system) 개발이다. 본 장치는 CAN통신 기법을 새로이 채택하였으며 한 대의 PC로 64대의 단위 진공펌프들의 운전 상태변수를 실시간으로 수집할 수 있도록 하였다. 그리고 운전 중인 개별 진공펌프들의 운전 상태진단은 적응형 인자모델을 이용한 상태진단 기술을 응적용함으로써 매우 정확한 상태진단을 매 batch마다 수행할 수 있는 기능을 제공한다.