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CHANESS RESEARCH

진공 펌프는 빨지 않는다

반도체 · 팹 인프라 · 2026-10-29 · 유튜브 주식을 요리하다

반도체 챔버를 공기가 거의 없는 상태로 비우는 '터보 펌프' 이야기예요. 핵심은 두 가지 — 이 펌프는 공기를 빨아들이지 않고 날개로 분자를 쳐서 내보낸다는 것, 그리고 혼자서는 대기압으로 뱉지 못해 뒤에서 드라이 펌프가 받쳐 준다는 것.

한눈에 흐름

진공 챔버→터보 펌프→드라이 펌프→대기 중으로 배출

챔버 안 기체를 터보 펌프가 날개로 쳐서 내보내면, 아래층 드라이 펌프가 그걸 받아 대기압까지 올려 밖으로 내보냅니다.

30초 이해

이게 뭔가요?챔버 안 기체를 거의 다 빼내서 진공을 만드는 장치예요. 그중 터보 펌프는 1분에 수만 번 도는 날개로 분자를 쳐서 내보내요.

뭐가 어렵나요?터보 펌프는 분자끼리 거의 안 부딪히는 옅은 기체에서만 일해요. 그래서 혼자서는 대기압으로 뱉어 내지 못해요. 헬륨처럼 가벼운 분자는 너무 빨라서 날개가 잘 못 쳐 내기도 해요.

어떻게 푸나요?뒤에 드라이 펌프를 붙여 대기압까지 마저 내보내요. 가벼운 기체는 출구 쪽에 압축 단을 하나 더 달아 밀어 내요.

장면으로 따라가기

옆으로 넘겨 보세요 → (9장면)

1대기압의 76억 분의 1까지

금속 막을 쌓는 PVD 챔버는 10⁻⁷ Torr까지 비워요. 대기압(760 Torr)의 약 76억 분의 1이에요.

2빨지 않고 쳐서 보낸다

터보 펌프는 공기를 빨아들이지 않아요. 1분에 수만 번 도는 날개가 분자를 쳐서 배기 쪽으로 내려보내요.

3분자 속도에 맞춘 날개

날개 끝은 공기 분자의 평균 속도(초속 463m)에 가까운 속도로 돌아요. 그래야 분자를 잘 쳐 낼 수 있어요.

4옅은 기체에서만 통한다

분자끼리 거의 안 부딪히는 옅은 기체에서만 제 일을 해요. 흡입 압력이 10⁻³ mbar보다 높으면 효과가 떨어져요.

5드라이 펌프가 뒤를 받친다

터보 펌프 뒤에서 드라이 펌프가 약 5~10 mbar의 기체를 대기압까지 눌러 내보내요. 식각 챔버에서는 이 펌프가 지하층에 놓여요.

61초에 최대 4,000L

식각 챔버 반응기에 바로 붙는 최신 터보 펌프는 1초에 최대 4,000L를 퍼내요.

7가벼운 분자는 날개를 피한다

헬륨 분자는 초속 1,245m로 날아요. 너무 빨라서 날개가 잘 못 쳐 내요.

8출구에 압축 단 하나 더

배기구 가까이에 압축 단을 하나 더 달면, 가벼운 기체를 내보내는 속도가 크게 좋아져요.

9불순물이 줄어든다

이렇게 비워 둬야 막에 섞이는 불순물이 줄어요. 폰 속 칩도 이런 챔버에서 한 겹씩 쌓였어요.

비유로 이해하기

💡 날아다니는 공을 라켓으로 쳐 내는 것과 같아요

방 안에 공이 사방으로 날아다닌다고 해 보세요. 이 공을 모두 한쪽 문으로 보내려면, 빨아들이기보다 라켓으로 한 방향으로 쳐 내는 게 빠르죠.

터보 펌프의 날개가 그 라켓이에요. 공(분자)이 날아다니는 속도와 비슷한 속도로 휘둘러야 잘 맞아서, 날개 끝도 공기 분자가 나는 속도에 가깝게 돌아요.

그런데 아주 가볍고 빠른 공(헬륨)은 라켓이 잘 못 맞혀요. 그래서 출구 쪽에 쳐 주는 단을 하나 더 두는 거예요.

숫자로 보기

76억 분의 1PVD 챔버가 10⁻⁷ Torr까지 내려가면 대기압(760 Torr)의 이 정도 — 760 ÷ 10⁻⁷로 계산한 값

36,000~72,000 rpm터보 펌프 날개의 회전수 — 1분에 수만 번

463 m/s → 1,245 m/s공기 분자의 평균 속도에서 헬륨 분자의 평균 속도로 — 가벼울수록 빨라서 날개가 잘 못 쳐 낸다

최대 4,000 L/s최신 식각 챔버에 붙는 터보 펌프가 1초에 퍼내는 양

산업에서 왜 중요한가

칩은 진공 챔버 안에서 막을 쌓고 깎아서 만들어요. 비우는 일이 약하면 막에 불순물이 섞이니, 펌프는 증착·식각 장비마다 꼭 들어가요.
터보 펌프 혼자서는 대기압으로 못 내보내서, 챔버 위의 터보 펌프와 지하층의 드라이 펌프를 짝으로 써요. 가벼운 기체까지 빼려고 압축 단을 더한 복합형 펌프도 쓰입니다.

누가 만드나

세계 큰손 (해외)

Pfeiffer Vacuum (독일)터보분자펌프와 반도체 증착·식각용 진공 솔루션을 만드는 진공 전문 업체

Leybold (독일)터보분자펌프(TURBOVAC 시리즈)와 드라이 펌프 등 진공 펌프를 만드는 업체

Edwards (영국)반도체 공정용 드라이 펌프와 터보 펌프로 널리 알려진 진공 업체

Ebara (일본)반도체 공정용 드라이 펌프로 알려진 일본 업체

해외 회사는 업계에 널리 알려진 대표 업체를 골랐습니다. 이번 회차 자료에는 진공 펌프를 직접 만드는 국내 회사가 나오지 않아 국내 항목은 비워 두었어요. 회사 소개일 뿐 투자 추천이 아닙니다.

영상으로 보기

YouTube에서 보기 ↗

더 깊이 — 원문 요약·용어 정리·출처

반도체 증착 챔버를 대기압의 약 76억 분의 1까지 비우는 터보 펌프는, 공기를 빨아들이지 않습니다. 빠르게 도는 날개가 분자를 하나씩 쳐서 배기 쪽으로 내려보냅니다.

영상에서 보는 것

PVD(금속 막을 쌓는) 챔버는 10⁻³~10⁻⁷ Torr에서 돕니다. 10⁻⁷ Torr는 대기압(760 Torr)의 약 76억 분의 1입니다(실제 PVD 챔버는 이 수준을 내려고 드라이 펌프·터보 펌프·크라이오 펌프를 함께 씁니다)
터보 펌프 날개는 1분에 수만 번(약 36,000~72,000 rpm) 돌며, 부딪힌 분자를 아래로 쳐 보냅니다
날개 끝은 공기 분자의 평균 속도(초속 463 m)에 가까운 속도로 돕니다
터보 펌프는 분자끼리 거의 안 부딪히는 옅은 기체에서만 일해서, 혼자서는 대기압으로 뱉어 내지 못합니다
그래서 아래층(서브팹)의 드라이 펌프가 뒤를 받쳐 대기압까지 마저 내보냅니다
최신 식각 챔버의 터보 펌프는 1초에 최대 4,000L를 퍼냅니다
헬륨처럼 가벼운 분자는 초속 1,245 m로 빨라서, 날개가 잘 못 쳐 냅니다
그래서 출구 쪽에 압축 단을 하나 더 달아 가벼운 기체까지 밀어 냅니다
이렇게 비워 둬야 막에 섞이는 불순물이 줄어듭니다

핵심 요약

터보분자펌프는 기체를 빨아들이는 게 아니라, 빠르게 도는 날개로 분자에 운동량을 줘서 배기 쪽으로 보내는 펌프입니다. 분자 흐름에서만 제대로 일하기 때문에 배기 쪽에는 반드시 드라이 펌프 같은 앞단 펌프가 붙습니다.

가벼운 기체일수록 분자가 빨라 압축비가 낮아지므로, 배기구 근처에 압축 단(드래그 단)을 더한 복합형을 씁니다.

용어 정리

터보분자펌프(터보 펌프): 날개 단(로터)과 고정 날개(스테이터)를 여러 층 쌓은 고진공 펌프입니다. 도는 날개에 부딪힌 분자가 배기 쪽으로 충격을 받아 밀려납니다.
드라이 펌프(앞단·러핑 펌프): 터보 펌프 배기 쪽의 수 mbar를 대기압까지 압축해 내보내는 펌프입니다. 팹에서는 보통 아래층(서브팹)에 놓입니다.
분자 흐름: 분자가 날개 간격보다 먼 거리를 서로 부딪히지 않고 나는 옅은 상태입니다. 흡입 압력이 10⁻³ mbar보다 높아지면 터보 펌프 효과가 떨어집니다.
압축 단(홀벡·드래그 단): 배기구 가까이에 단 나선 홈 단입니다. 가벼운 기체의 배기 속도를 크게 높입니다.
PVD(물리 기상 증착): 진공 챔버에서 금속 타깃의 원자를 떼어 웨이퍼에 막으로 쌓는 공정입니다.

※ 76억 분의 1은 760 Torr ÷ 10⁻⁷ Torr로 계산한 값입니다. 4,000L/s는 파이퍼 진공 식각 응용 페이지의 최신 반응기 기준입니다.

※ 분자 크기(크게 그림), 기체 색, 펌프·챔버 모양, 날개 수와 회전 속도(느리게 그림)는 원리를 보여 주는 그림입니다.

영상에서 못 다 한 얘기

터보 펌프는 흡입 압력이 10⁻³ mbar보다 높으면 효과가 떨어집니다.

날개 간격보다 분자가 멀리 날아야, 날개에 맞은 분자가 그대로 배기 쪽으로 가기 때문입니다.

그래서 앞단 펌프가 먼저 챔버를 어느 정도 비운 뒤에야 터보 펌프가 제 일을 합니다.

배기 쪽 압력은 수 mbar 정도라, 뒤의 펌프는 약 5~10 mbar에서 대기압까지만 압축하면 됩니다.

식각 챔버에서는 터보 펌프가 반응기에 바로 붙고, 드라이 펌프는 지하층에 놓입니다.

출처

Leybold, How does a turbomolecular pump work / Leybold, Turbomolecular pumps: what you need to know (2020) / Pfeiffer Vacuum, Know-How Book 4.9 Turbomolecular pumps / Pfeiffer Vacuum, Thin Film Deposition / Pfeiffer Vacuum, Vacuum Solutions for Etch & Clean / NIST, standard atmosphere 다음에 궁금해질 질문: 펌프가 비운 챔버 안에서, 금속 막은 어떻게 쌓일까요? 반도체 소부장을 3D 단면으로 하나씩 열어 보는 시리즈입니다. 장비 속을 직접 열어 보고 싶다면 구독해 두세요.

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