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반도체 공정 장비에서는 진공 유지, 오염 차단, 공정 신뢰성 확보를 위해 O-Ring을 이용한 정적(Static) 씰링 구조를 광범위하게 사용한다. 특히 플라즈마, 고온, 케미컬 환경에 노출되는 장비에서는 O-Ring Groove(홈)의 정밀한 설계가 장비 성능과 유지보수 주기에 결정적 영향을 미친다.

이 글에서는 반도체 장비용 O-Ring Groove 설계에 필요한 핵심 기준을 총정리한다.

1. O-Ring Groove의 역할

• 진공/대기 분리: 외부 공기나 오염 입자의 유입 차단
• 기밀 유지: 공정 챔버 내 고진공 조건 안정화
• 오링 고정: 조립 중 이탈 방지 및 씰링력 유지

2. 주요 설계 기준

2.1 압축률 (Compression Ratio)

• O-Ring을 눌러주기 위한 깊이 조절 항목
• 정적 씰 기준: 20% ~ 30% 권장
• 과도한 압축 → 재질 손상
• 부족한 압축 → 진공 누설 발생
• 고온에서 사용할 경우, 상온에서는 20%에 가깝게, 운전온도에서는 30%를 넘지 않게 조절 필요. 

2.2 Groove 형상

반도체 장비에서는 O-Ring의 고정성과 조립성을 고려해 아래 3가지 형상을 선택적으로 사용한다.

 

형상	특징
Rectangular	가장 일반적, 가공과 조립이 쉬움
Half Dovetail	O-Ring 탈락 방지에 유리, 수직 체결 구조에 적합
Dovetail	O-Ring을 완전히 고정, 진동/고진공 환경에 적합하지만 가공 및 조립 난이도 높음

• 밑면이 넓은 Half 및 Dovetail 오링 그루브는 공구의 진출입을 위한 Hole이 필요
• 이 Hole은 오링빼기 홈으로도 사용됨.
• 그러나 공구 진출입 hole의 날카로운 부분은 오링 손상을 줄 수 있어 특수 공구를 통해 공구 진출입 hole 없이 가공하는 경우도 있음. 

2.3 Groove Fill (충전률)

• O-Ring이 Groove 내에서 차지하는 체적 비율
• 권장 범위: 70% ~ 90%
• 과도한 Fill → 과압착, 돌출, 손상
• 부족한 Fill → 씰 압력 불균형 및 누설 위험
• 고온에서 사용할 경우, 운전온도에서 열팽창 고려 필요. 

2.4 표면 조도 (Surface Finish)

• Groove 접촉면 조도는 Ra 0.4 µm 이하 권장
• 너무 거칠면 O-Ring 표면 손상 및 리크 유발
• 너무 매끄러운 경우 정적 씰 기준으로는 큰 문제 없음

2.5 O-Ring Stretch (신율)

• 조립 시 O-Ring을 끼우기 위해 늘어나는 비율
• 내경 기준 Stretch 권장 범위: 1% ~ 3% (최대 5% 이하)
• 과도한 신율은 조립 난이도 증가, 단면 변화, 장기 피로 손상 초래 
• 특히 FFKM 재질은 Stretch에 민감

3. 최종 요약 체크리스트

결론

반도체 장비에서 O-Ring Groove 설계는 단순한 치수 설계를 넘어서 정밀한 밀봉 성능, 장기 신뢰성, 공정 적합성을 확보해야 하는 고난이도 설계 요소다. 압축률, Groove Fill, Stretch, Groove 형상 등을 종합 고려해 최적의 씰링 구조를 구현하는 것이 장비의 수명과 성능에 직접 연결된다.

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

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

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.

Lok 피팅(Swagelok 스타일 포함)은 고압 유체 시스템에서 밀봉성과 신뢰성을 동시에 확보할 수 있도록 설계된 기계적 튜브 접속 방식이다. 하지만 그 성능은 정확한 조립 방법에 따라 크게 달라진다. 특히 조립 시 사용하는 조임 토크와 회전 각도는 시스템의 밀봉성과 내압 성능에 직접적인 영향을 준다.

1. Lok 피팅은 왜 회전각도로 조립하는가?

Lok 피팅은 페럴(Ferrule)이 튜브 외면에 기계적으로 파고들며 밀봉과 고정을 동시에 수행하는 구조다. 이 과정에서 단순한 토크 기준보다 회전 각도 기준이 훨씬 더 일관된 조립 품질을 제공한다.

토크 방식의 한계:

• 튜브 재질이나 윤활 상태에 따라 토크 값이 다르게 작용
• 과조임 시 튜브 손상 또는 페럴 변형 가능
• 부족한 조임은 누설 및 이탈의 원인

따라서 대부분의 제조사는 지정된 회전 각도로 조립할 것을 권장한다.

2. 기본 조립 절차 (Swagelok 기준)

Lok 피팅의 일반적인 조립 단계는 다음과 같다.

1. 튜브를 피팅 보디에 완전히 삽입
2. 너트를 손으로 끝까지 조임
3. 스패너로 너트를 추가 회전

※ 재조립 시 페럴이 이미 형성되어 있기 때문에 소량의 회전만으로도 밀봉력 확보 가능

3. 토크 기준이 필요한 경우

특수한 산업 환경 또는 자동화 조립 시스템에서는 정량적인 토크 값이 요구될 수 있다. 이 경우 Swagelok에서 제공하는 권장 토크 차트를 참고한다.

예시:

⚠ 주의: 위 토크는 표준형 스테인리스 피팅에 한정된 수치이며, 재질(황동, 플라스틱 등)에 따라 다르게 적용해야 한다.

4. 주의사항

• 윤활제 사용 금지: Swagelok 피팅은 건식 상태에서 설계된 구조이며, 윤활제가 미끄러짐을 유발해 조립 실패 가능성 증가
• 토크렌치 사용 시 교정 필수: 특히 저 토크 영역에서는 오차가 누적될 수 있음
• 회전각 확인용 마킹: 조립 전 너트와 보디에 마킹하면 회전각도 체크에 용이

5. 결론

Lok 피팅은 단순한 나사 조임 이상의 정밀한 밀봉 기술이 적용된 시스템이다. 따라서 지정된 회전각도 기반의 조립 절차를 정확히 준수하는 것이 누설 없는 연결을 확보하는 가장 효과적인 방법이다. 토크 값은 보조적인 수단으로 활용하며, 반드시 튜브 재질, 피팅 재질, 사용 환경을 고려한 수치 적용이 필요하다.

Lok 피팅은 나사 방식이나 용접 없이 튜브와 피팅을 기계적으로 고정하는 방식입니다. 주로 고압, 고온, 부식 환경에서도 신뢰성 있게 동작해야 하는 계측, 유체 제어, 반도체, 석유화학 장비 등에 사용됩니다.

구성 요소

일반적인 Swagelok 피팅은 다음과 같은 4가지 부품으로 구성됩니다.

1. 너트(Nut)
   피팅을 조이는 부분으로, 조임력 전달 역할.
2. 프론트 페럴(Front Ferrule)
   튜브 외면에 밀착되어 밀봉 및 고정력 확보.
3. 백 페럴(Back Ferrule)
   너트 조임 시 튜브를 물리적으로 잡아주는 역할.
4. 보디(Body)
   시스템과 연결되는 메인 하우징.

작동 원리

1. 너트를 조이면, 프론트 페럴과 백 페럴이 축 방향으로 이동.
2. 프론트 페럴은 보디의 테이퍼 면을 따라 밀리며 튜브 외면을 강하게 밀착.
3. 백 페럴은 너트의 조임력으로 튜브를 따라 미끄러지면서 튜브 외면에 자국(indentation)을 남겨 튜브를 물리적으로 고정.

이중 페룰 구조로 인해 이탈 방지 + 밀봉 기능이 동시에 확보됩니다.

장점

• 재조립 가능: 분해 후에도 재사용 가능.
• 우수한 밀봉 성능: 진공 및 고압에서도 누설 없음.
• 쉬운 설치: 특별한 용접이나 가공 필요 없음.
• 내식성 우수: 스테인리스 등 고내식성 재질 사용 가능.

주의할 점

• 규격 호환 필수: Swagelok, Parker, DK-Lok 등 브랜드 간 완벽 호환되지 않음.
• 정해진 토크 이상 조임 금지: 과도한 조임은 오히려 누설 유발 가능.
• 튜브 재질과 표면 상태 확인 필요: 페럴 자국 형성이 어려운 재질은 고정력 약화. → 우레탄, 테프론과 같은 연식 튜브는 튜브 인서트 삽입 필요.  

마무리

Lok 피팅은 정밀 유체 제어 시스템의 핵심 인터페이스입니다. 특히 재조립성과 고신뢰성을 동시에 요구하는 분야에서 필수적입니다. 사용 시 정확한 조립 절차와 규격 관리가 중요합니다.

VCR(VeriClean Remakeable) 피팅은 반도체, 바이오, 진공 시스템 등에서 사용되는 고성능 배관 피팅으로, 금속 대 금속 씰링(Metal Gasket Face Seal) 방식으로 극한 조건에서의 누설 제로 수준의 신뢰성을 제공한다.

1. 구조 및 작동 원리

VCR 피팅은 다음과 같은 주요 구성요소로 이루어진다:

• Male/Female Body: 배관 연결을 위한 메인 피팅 구성.
• Gasket (가스켓): 금속(SS316L, Ni, Cu 등) 또는 PTFE 재질로, 밀폐 성능을 확보.
• Nut & Retainer: 체결을 위한 고정 부품 및 가스켓 위치 유지.

조립 시, 가스켓이 소성 변형(plastic deformation)되면서 양쪽 피팅의 접면 사이를 완전히 밀봉하게 된다.

2. 주요 특징

• 초고진공 대응: 최대 10⁻⁹ Torr 수준의 누설률.
• 고압 지원: 수천 psi의 고압 환경에서도 안정적인 성능.
• 화학적/열적 안정성: 금속 씰 기반으로 고온, 부식성 가스 대응 가능.
• 재사용성: 본체는 재사용 가능, 가스켓만 교체하면 반복 체결 가능.
• 초청정: 파티클 발생이 적어 고순도 가스 라인에 최적.

3. 압력 범위

VCR 피팅은 고압 환경에서도 안정적으로 사용할 수 있다. 일반적인 SS316L 재질 기준 압력 범위는 다음과 같다:

※ 사용 온도가 상승할 경우 허용 압력은 감소하며, 가스켓 재질에 따라 내압 성능도 달라질 수 있다.

4. 적용 분야

• 반도체 공정 장비 (CVD, ALD, Etch 등)
• 고순도 가스 공급 시스템
• 진공 챔버 및 고진공 장비
• 제약·바이오 생산 공정
• 연구용 고압/진공 실험장치

5. 설치 시 유의사항

• 가스켓 재사용 금지: 가스켓은 1회용, 체결 시 반드시 새 것으로 교체.
• 권장 토크로 체결: 과도한 체결은 씰면 손상 위험. 토크렌치 사용 권장.
• 이물질 제거 및 표면 클린 유지: 씰링 표면에 스크래치나 오염이 있으면 누설 위험 발생.

6. VCR vs 일반 튜브 피팅 비교

마무리

VCR 피팅은 정밀도, 청정도, 밀폐성, 고압·진공 대응력을 모두 만족시키는 고성능 피팅이다. 특히 극한 공정 조건에서의 누설 방지가 필수적인 반도체 및 바이오 산업에서는 사실상 표준적인 선택지로 자리잡고 있다. 시스템의 신뢰성을 높이기 위해서는 정확한 체결, 정품 가스켓 사용, 그리고 압력 범위 내 운용이 중요하다.

둘이 호환 안 됩니다. 서로 장착하면 장착은 되는데, 각도가 달라서 탭/쓰레드 손상으로 인해 재사용 불가합니다. 참고하세요.

배관, 유체 제어, 설비 산업에서 사용되는 **관용 테이퍼 나사(pipe taper thread)**는 대표적으로 PT(R) 계열과 NPT 계열이 있습니다. 외형이 유사해 혼동하기 쉽지만, 나사 각도, 표준, 호환성 면에서 명확한 차이를 가집니다. 본 글에서는 PT(R)/Rc와 NPT/NPTF의 차이를 구조적으로 정리합니다.

1. 표준과 명칭

• PT는 일본식 명칭으로, ISO 7-1 기준의 R 나사와 동등합니다.
• Rc는 R/PT의 암나사(내경 테이퍼) 대응이며, Rp는 평행 내나사입니다.
• NPT는 미국에서 사용하는 테이퍼 외경 나사이고, NPTF는 별도 실런트 없이 밀봉 가능한 강화형입니다.

2. 나사 형상 및 밀봉 방식

• PT(R)는 금속 간 밀착으로 밀봉이 가능하나, 실런트 보조 사용 시 누설 방지에 더 유리합니다.
• NPT는 체결만으로는 완전 밀봉이 어려워 반드시 테이프나 실런트를 사용해야 합니다.
• NPTF는 밀봉 정밀도를 높인 버전으로 별도 실런트 없이도 밀봉이 가능한 구조입니다.

3. 지역별 사용 및 호환성

• PT(R)과 NPT는 체결이 물리적으로 가능하더라도 나사산 형상이 달라 누설 위험이 큼.
• 반드시 동일한 규격 간의 체결이 필요하며, 다른 규격 간 연결은 변환 피팅 어댑터 사용을 권장합니다.

4. 정리 요약

Sealing Surface(가운데 구멍 주변의 플랜지)은 평평합니다. IGS panel의 Gas path block입니다. 아마 아이코어 社의 제품으로 보입니다. 

후지킨 社 의 W-Seal 입니다. 

C-Seal은 파트 설계가 단순하여 파트에 단순히 면만 잡아도 밀폐가 우수히 이루어집니다. C-Seal이 가스켓만 있다면 그 특성상 위치를 잡는것이 어려우나, 보통 같이 조립되는 플레이트 브라켓과 같이 제공되어 어렵지 않습니다.