<격막식 진공계 XacTorrⓇ CMX/DMX의 압력 계측과 그 역할>

1. 서 론

본고에서는 반도체 제조 장비에서 격막식 진공계(CDGA: Capacitance Diaphragm Gauge)가 수행하는 핵심 역할을 재조명하고, 이를 바탕으로 Brooks Instruments의 XacTorrⓇ 시리즈 CMX와 2025년에 출시된 차세대 모델 DMX가 제공하는 가치를 깊이 이해하고자 한다.

2. 격막식 진공계의
압력 측정 방법과 특징

1) 압력이란?
단위 면적당 가해지는 힘
CDG에서 압력을 계측하기 위해서는 그 원리를 이해하는 것이 중요하다. 압력을 나타내는 단위는 여러 가지가 있지만, SI 단위계에서는 파스칼(Pa)을 사용한다. 파스칼은 1제곱미터(㎡)당 1뉴턴(N)의 힘이 작용할 때의 압력을 의미한다. 이를 통해 압력의 본질이 ‘힘’이라는 사실임을 알 수 있다.

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2) 측정 가스 종류에
의존하지 않는 직압식 진공계
CDG는 기체가 격막(다이어프램)을 누르는 힘을 직접 압력으로 환산하는 직압식 진공계로, Direct Gauge에 속한다. 그림 1은 참고용으로, 압력 측정 방법을 기준으로 진공계를 분류한 것. CDG는 Capacit ance Manometer에 해당하며, 그림 1의 왼쪽 아래 점선 테두리 안의 4가지 진공계 중 하나이다.
CDG에서 압력은 다음과 같은 방식으로 계측된다.
① 압력 센서가 받는 압력(p) 변동에 따라 다이어프램과 전극 사이 간의 수 nm 규모의 매우 작은 탄성 변형(Δd)이 생겨난다.
② 다이어프램과 극판 사이에 쌓이는 전하 Q = ΔCV는 일정하므로, 다이어프램의 이동 거리 Δd에 따른 정전용량 변화(ΔC)는 전압 변화로 나타난다.
③ Δd는 다이어프램이 받는 힘으로 결정되므로, Indirect Gauge보다 높은 측정 정밀도를 제공한다.
그림 2는 CDG 센서의 단면이다. Direct Gauge인 CDG는 기체가 센서를 누르는 힘을 직접 계측하기 때문에, Indirect Gauge와 달리 측정값이 가스 종류에 따른 이온화 경향이나 열전도율에 영향을 받지 않는다. 이로 인해 CDG의 압력 측정 정밀도 사양에는 가스 종류나 농도가 명시되지 않으며, 별도의 환산 과정도 필요 없다. 즉 CDG를 사용하면 진공 챔버 내 기체 성분 비율이나 농도를 고려할 필요가 없어, 다른 방식보다 더 정확하고 안정적인 압력 계측이 가능하다.

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⇒ 본고는 월간지 ‘計測技術’(일본, 일본공업출판주식회사 발행)2025년 12월호(특집)를 번역·전재한 것입니다. 본 기사의
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