코팅 라인의 생산성과 막 품질 일관성의 상당 부분은 배기 구간에 달려 있습니다. 같은 챔버, 같은 공작물 배치에서 오전 조는 상압에서 전환 압력까지 6분이 걸리는데, 오후 같은 배치는 8분 반이 걸립니다. 챔버도 바뀌지 않았고 펌프도 고장을 보고하지 않았는데 택트는 안정되지 않습니다. 이런 ‘갈수록 느려지는’ 현상은 대부분 펌프 고장이 아니라 중간 구간에서 유효 배기 속도가 떨어졌기 때문입니다.
진공 코팅(PVD) 진공 시스템이 배기 속도 변동을 꺼리는 이유는 동시에 세 가지가 따라붙기 때문입니다: 택트(사전 배기가 1분 느려지면 매 배치가 1분씩 느려짐), 베이스 압력(공정 투입 전 압력이 부족하면 막 부착과 균일성이 흔들림), 공정 가스 압력(스퍼터링 구간은 스로틀 밸브와 가스 유량으로 10⁻³～10⁻² mbar 수준의 작업 압력을 유지하는데, 전단이 부족하면 스로틀 밸브를 아무리 조정해도 보충되지 않음)입니다. 따라서 선정은 명판에 적힌 배기 속도 숫자 하나만 보고 결정할 수 없으며, ‘공정 조건 목록 → 사전 배기 산정 → 유지 구간 산정 → 펌프 세트 구성’의 네 단계로 진행해야 합니다.
1. 먼저 공정 조건 목록을 작성하고, 모델부터 보지 말 것
코팅 라인의 진공 요구는 모두 ‘고진공까지 배기’로 보이지만, 실제 차이는 전부 이 표에 있습니다. 선정을 논하기 전에 아래 여덟 항목을 명확히 채우십시오. 여덟 항목 중 두 개 이상이 비어 있으면, 선정된 구성은 사실상 추측에 가깝습니다.
| 공정 항목 | 기입할 내용 | 배기 속도에 직접 영향을 주는 이유 |
|---|---|---|
| 챔버 용적 | 빈 챔버의 순 용적, 지그와 공작물이 차지하는 공간 포함 | 배기 시간은 용적에 비례하므로 용적을 절반으로 작게 계산하면 시간도 절반으로 적게 계산됨 |
| 배치당 사전 배기 시간 | 공정이 허용하는 상압에서 전환 압력까지의 초 수 | 택트의 핵심 지표이며, 필요한 최소 유효 배기 속도를 역산함 |
| 전환 압력 | 기계식 펌프에서 고진공 펌프로 넘기는 압력 지점 | 일반적으로 5～20 mbar 수준이며, 압력 지점이 낮을수록 배기 속도 부담이 커짐 |
| 공정 작업 압력 | 스퍼터링 구간에서 유지하는 압력과 가스 종류 | 유지 구간의 가스 부하를 결정하며 사전 배기 구간과는 별도 계산 |
| 공정 가스 유량 | 아르곤 등 작업 가스의 sccm 수 | 유량 부하 Q로 직접 환산해 전단 펌프가 배압에서 충분한지 점검 |
| 배기 대상 매체 | 분진, 수증기, 용제 증기, 타깃 재료 휘발물 | 펌프 전단 여과, 응축 및 가스 밸러스트 필요 여부 결정 |
| 동시 사용 계수 | 몇 대의 챔버가 한 펌프 세트를 공유하는지, 시간 분산 정도 | 공용 펌프일 때 피크가 중첩되어 실제 사용 가능한 배기 속도가 분배됨 |
| 배관 조건 | 펌프실에서 챔버까지 거리, 관경, 엘보와 밸브 수 | 배관 유동 저항은 유효 배기 속도에서 가장 큰 숨은 손실 |
2. 사전 배기 구간: 배기 시간 계산 방법
저진공 구간에서는 등온 근사를 사용하며, 배기 시간은:
t = (V / S) · ln(p₁ / p₂)
V는 챔버 용적, S는 유효 배기 속도, p₁은 시작 압력, p₂는 목표 압력입니다. 1013 mbar에서 10 mbar까지 배기하는 예에서 ln(1013/10) ≈ 4.62입니다.
| 챔버 용적 | 주 펌프 | 정격 배기 속도 | 이상 배기 시간 | 70% 유효 배기 속도 기준 환산 |
|---|---|---|---|---|
| 0.5 m³ | DPL-V0155 | 150 m³/h | 55 s | 79 s |
| 1.0 m³ | DPL-V0202 | 200 m³/h | 83 s | 119 s |
| 2.0 m³ | DPL-V0302 | 300 m³/h | 111 s | 158 s |
| 2.5 m³ | DPL-V300B | 실제 240 m³/h | 173 s | 247 s |
| 3.0 m³ | DPL-V630B | 실제 640 m³/h | 78 s | 111 s |
표의 두 열은 차이가 적지 않으며, 두 번째 열이 택트로 보고할 수 있는 수치입니다. 70%는 배관과 밸브의 대략적인 환산값입니다: 관경이 작거나, 배관이 길거나, 엘보가 많으면 실제 환산 계수는 더 낮아집니다. 이는 추정 오차가 아니라 진공 시스템에서 가장 흔히 간과되는 손실 구간입니다. 펌프를 챔버 옆에서 측정한 배기 속도와 펌프실에서 십여 미터 배관을 사이에 두고 측정한 배기 속도는 두 배 가까이 차이 날 수 있습니다.
또한 두 가지가 곡선을 평탄하게 만듭니다: 챔버 벽과 지그의 방출 가스, 그리고 밀봉면과 플랜지의 누설률입니다. 이들은 압력에 따라 선형으로 변하지 않으며, 목표 압력에 가까울수록 더 뚜렷합니다. 그래서 사전 배기 단계에서 가스 밸러스트를 자주 켭니다: 가스 밸러스트가 건조 공기를 섞어 응축성 성분(특히 수증기)의 분압을 낮추어, 배기 밸브가 열리기 전에 펌프 오일에 응축되지 않게 합니다. 대가는 극한 압력 저하이므로 전환 압력에 가까워지면 가스 밸러스트를 끄고 더 내려가야 합니다. 얼마나 오래 켜고 언제 끌지는 실제 수증기량에 맞춰 시험하며, 연중 계속 켜 두는 것으로 마무리하지 마십시오.
3. 유지 구간: 공정 가스 부하가 전단 펌프의 하한을 결정
사전 배기는 ‘공기를 옮기는’ 계산이고, 스