O-ring: 반도체 및 진공 장비용 오링의 이해

반도체 제조 장비 및 진공 시스템은 극한의 청정도와 정밀도가 요구되는 환경이다. 이때 미세한 누설도 허용되지 않는 씰링(Sealing) 역할을 수행하는 핵심 부품 중 하나가 바로 **오링(O-ring)**이다. 본 글에서는 진공 및 반도체 장비에서 사용되는 오링의 특징과 재질, 설계 고려사항을 정리한다.

---

1. 진공/반도체 공정 환경의 특수성

반도체 장비의 공정 챔버나 진공 장치는 일반 산업 설비와는 다른 특수 조건을 요구한다. 대표적인 특징은 다음과 같다.

• 고진공 또는 초고진공 상태 (UHV) 유지
• 고온(200°C~300°C 이상) 및 플라즈마 노출
• 다양한 부식성/반응성 가스 사용 (CF₄, Cl₂, NF₃ 등)
• 파티클 발생 억제 및 아웃가스(outgassing) 최소화

이러한 특성으로 인해 일반 고무 재질의 오링은 사용할 수 없으며, 고기능성 소재가 필요하다.

---

2. 진공/반도체용 오링의 주요 재질

재질주요 특성사용 공정 예시

FFKM (퍼플루오로엘라스토머) 예: Kalrez, Chemraz	최고 수준의 내열성, 내화학성, 아웃가스 최소 (~300°C 이상 사용 가능)	플라즈마 식각, CVD, ALD
FKM (불소고무) 예: Viton	중간 수준의 내화학성 및 내열성, 경제적	Load-lock, Transfer chamber
EPDM (에틸렌 프로필렌 고무)	산/알칼리 저항, DIW 라인 등에 적합	웨이퍼 세정기, 습식 공정
Silicone (실리콘 고무)	고온 가능, 가스 방출 많음 → 제한적 사용	비공정 부위에 한정

FFKM은 반도체 장비에서 가장 많이 사용되는 재질로, 플루오린계 가스에 대한 안정성이 매우 뛰어나고 열에 의한 분해물 발생이 적다. 단점은 가격이 매우 비싸다는 점이다.

---

3. 설계 및 운영 시 고려사항

3.1. Outgassing 최소화

• 고진공에서 가스 방출은 공정 오염의 주 원인이 된다.
• FFKM 제품 중에서도 low outgassing 등급 선택 필요

3.2. 압축률 (Compression Ratio)

• 일반적으로 단면의 20~30%를 눌러서 씰링 성능 확보
• 과도한 압축은 오링 파손 유발, 부족하면 누설 발생

3.3. Bake-out 공정 대응

• 장비 가동 전 Bake-out(200~250°C 가열) 필요
• 열에 의한 팽창률과 탄성 유지 여부 고려

3.4. 플라즈마 및 부식성 가스 내성

• 플라즈마에 직접 노출되는 부위에는 FFKM 중에서도 플라즈마 저항 특화 모델(Kalrez 9100 등) 사용 필요

---

4. 적용 예시

장비 부위오링 요구 특성사용 재질

Process Chamber (Etch, CVD)	플라즈마 내성, 고온	FFKM
Load-lock	진공 반복 개폐, 경제성	FKM
Transfer Module	이송 환경 진공 유지	FKM, EPDM
Wet Bench / 세정장비	내산성, DIW 적합성	EPDM

---

5. 정기 교체 및 관리

• 고온/플라즈마에 노출되는 오링은 주기적 점검 및 교체 필요 (일반적으로 수백 시간 단위 기준)
• **Sealing 면의 표면 거칠기(Ra)**도 오링 성능에 큰 영향 → Ra < 0.4 μm 이하 유지 권장
• 장착 시 오염물 부착 금지, 장갑 착용 및 청정한 환경 필요

---

결론

반도체 및 진공 장비용 오링은 단순한 고무 링이 아닌, 공정의 신뢰성과 수율을 좌우하는 핵심 부품이다. 재질 선택, 아웃가싱 특성, 내화학성과 내열성 등 다각도의 검토가 필요하며, 단순한 경제성보다는 전체 공정 안정성 기준에서 접근해야 한다.