개요
표준 탁상형 SEM 스퍼터 코터는 비전도성 시료 표면에 귀금속을 얇게 입히는 데 널리 쓰입니다. 이렇게 하면 대전(charging)이 줄거나 없어지고 이미지 품질이 좋아집니다. 사용하는 귀금속은 금(Au), 금/팔라듐(Au/Pd), 백금(Pt), 백금/팔라듐(Pt/Pd)입니다. 이 자료는 표준 SEM 스퍼터 코터용 진공 펌프를 고르는 데 필요한 배경 지식을 제공합니다.
필요한 배기 사양
표준 탁상형 SEM 스퍼터 코터는 아르곤으로 플라즈마를 만들어 스퍼터링합니다. 대부분의 스퍼터 코터는 아르곤 작동 압력 0.2~0.02 mbar 범위에서 작동하며, 챔버 부피는 보통 몇 리터에 불과합니다. 이 조건을 맞추려면 진공 펌프의 도달 진공도가 약 0.001 mbar(1×10-3 mbar)이고 배기 속도가 3~6 m3/h(50~100 L/min)여야 합니다(참고 1 참조).
진공 펌프 종류
중진공 영역에서 쓸 수 있는 펌프는 여러 가지입니다.
| 펌프 종류 | 스퍼터 코터 적합성 | 이유 |
|---|---|---|
| 다이어프램 펌프 | 부적합 | 도달 진공도가 약 1 mbar 수준에 그침 |
| 드라이 스크롤 펌프 | 부적합 | 배기 속도는 우수하나 도달 진공도가 약 0.05 mbar 수준 |
| 단단(Single stage) 로터리 펌프 | 부적합 | 배기 속도는 맞으나 도달 진공도가 약 0.01 mbar 수준 |
| 2단(Dual stage) 로터리 펌프 | 적합 (유일한 선택) | 적정 배기 속도, 도달 진공도 10-3~10-4 mbar |
다이어프램 펌프
다이어프램 펌프는 배기 속도가 낮은 편이지만, 가장 큰 문제는 도달 진공도가 비교적 낮다는 점입니다. 성능이 좋은 제품도 1 mbar 수준까지만 도달하므로 탁상형 SEM 스퍼터 코터에는 분명히 부족합니다.
드라이 스크롤 펌프
드라이 스크롤 펌프는 배기 속도 사양이 뛰어나지만, 도달 진공도가 0.05 mbar 수준이라 스퍼터 코터에는 부족합니다.
단단 로터리 펌프
단단 로터리 펌프는 배기 속도 사양이 맞는 제품이 있지만, 도달 진공도가 0.01 mbar 수준이라 스퍼터 코터에는 부족합니다.
2단 로터리 펌프
2단 로터리 펌프는 적정 배기 속도와 10-3~10-4 mbar 수준의 도달 진공도를 제공하므로 스퍼터 코팅 용도에 이상적입니다.
결론
다이어프램 펌프와 스크롤 펌프는 진공 펌프 오일이 필요 없는 건식 펌프라는 장점이 있지만, 표준 탁상형 SEM 스퍼터 코터에는 적합하지 않습니다. 필요한 배기 속도와 도달 진공도를 제공하는 것은 2단 로터리 진공 펌프입니다.
참고 사항
중진공용 진공 펌프의 배기 속도는 대기압 기준으로 표기됩니다. 진공도가 높아질수록 배기 속도는 떨어지며, 도달 진공도에서는 사실상 0이 됩니다. 따라서 펌프의 도달 진공도는 작동 압력보다 한 자릿수(10배) 이상 좋아야 합니다.
오일을 쓰는 2단 로터리 펌프에서는 오일 증기 역류(back-streaming)가 우려될 수 있습니다. 역류는 주로 진공 시스템이 평형 상태에 이르러 로터리 펌프로 들어가는 가스 흐름이 거의 없을 때 발생합니다. 배기 사이클을 짧게 유지하고 코팅 직후 시료를 꺼내면 역류는 일어나지 않습니다.
고분해능 탁상형 FE-SEM 스퍼터 코팅 장비는 10-6 mbar 수준의 기본 진공도가 필요하며, 이는 터보 펌프와 보조(backing) 펌프로 만듭니다. 이 경우에는 드라이 스크롤 펌프나 다이어프램 펌프를 보조 펌프로 써서 2단 로터리 펌프를 대체할 수 있습니다.
공정 가스로 아르곤 대신 공기를 쓰면 진공 펌프의 도달 진공도는 10-2~10-3 mbar 수준이어도 됩니다. 공기를 공정 가스로 쓸 수 있는 것은 금(Au) 타깃뿐이며, 저·중분해능 용도나 탁상형 SEM에만 사용하십시오.
소형 탁상형 코터용 진공 펌프는 보통 코터에 연결되어 코터의 전원 스위치로 작동합니다. 따라서 펌프의 정격 전력이 코터 전원 콘센트의 정격과 맞아야 합니다. 8 m3/h 이하의 펌프는 대부분 호환되지만, 그보다 큰 펌프는 정격 전력이 높아 호환되지 않습니다.