진공 챔버의 품질은 가장 나쁜 용접부 하나로 결정됩니다. 헬륨 질량분석기 검사는 UHV에서 문제가 되는 크기의 누설을 찾아낼 수 있는 유일한 방법이며, 반도체 고객이 부품을 승인하기 전에 반드시 요구하는 수치입니다.
왜 헬륨이고, 왜 질량분석기인가
헬륨은 불활성이고 분자가 작으며, 대기 중 농도가 5 ppm에 불과해 측정값을 흐리는 배경 신호가 거의 없습니다. 질량 4에 맞춘 질량분석기는 헬륨을 직접 검출합니다. 압력 강하 시험이나 기포 시험은 10⁻⁹ 영역을 전혀 판별하지 못하므로, 통과시킨 챔버가 고객 공장에서 UHV에 도달하지 못하는 일이 생깁니다.
당사가 사용하는 검사 방법
밀봉되거나 폐쇄된 챔버에는 헬륨 스프레이(스니퍼) 방식을 사용합니다. 챔버를 진공으로 유지한 상태에서 교정된 헬륨 제트를 모든 용접부, 플랜지, 피드스루 위로 이동시키며 검사합니다. 소형 부품과 서브어셈블리에는 헬륨 봄빙(bombing) 방식을 사용하며, 챔버 안에서 헬륨으로 가압한 뒤 진공 상태에서 부품을 측정합니다. 중요한 챔버에는 챔버를 배기한 상태에서 외부로 헬륨을 인가하는 전체 헬륨 검사를 수행하며, 이것이 가장 감도가 높은 구성입니다.
누설률 수치가 의미하는 것
누설률은 기체 유량이며 일반적으로 mbar·l/s로 표기합니다. 실무 구간은 다음과 같습니다. 1 × 10⁻⁵ mbar·l/s 이상은 스프레이로 찾을 수 있는 거친 누설이고, 1 × 10⁻⁵에서 1 × 10⁻⁸까지는 질량분석기가 필요한 미세 누설이며, 1 × 10⁻⁹ 이하는 검사 자체를 주의 깊게 수행하지 않으면 배경 헬륨이 신호를 가리는 UHV 영역입니다.
제공되는 문서
사용한 방법, 검출 한도, 각 측정점의 측정 누설률, 날짜와 작업자, 그리고 헬륨 농도와 유지 시간을 담은 챔버별 검사 성적서를 제공합니다. 이것이 고객 감사에서 요구하는 문서이며, 누설이 발견되지 않은 경우에도 발행합니다.
누설 검출 방법과 실제로 판별 가능한 범위
| 방법 | 최소 검출 누설률 | 적합한 용도 | 불가능한 것 |
|---|---|---|---|
| 기포 / 침수 시험 | ~1 × 10⁻⁴ mbar·l/s | 거친 누설, 현장 점검 | 미세 누설, 잔류물 발생 |
| 압력 강하 시험 | ~1 × 10⁻³ mbar·l/s | 밀봉 용적, 양산 | 진공 등급 기밀도가 요구되는 검사 |
| 헬륨 스니퍼 / 스프레이 | 1 × 10⁻⁷ mbar·l/s | 대형 용접 구조물의 누설 위치 확인 | UHV 성능의 정량 평가 |
| 헬륨 봄빙 | 1 × 10⁻⁹ mbar·l/s | 소형 밀봉 부품, 서브어셈블리 | 대형 챔버 |
| 진공 상태 전체 헬륨 검사 | 1 × 10⁻¹⁰에서 1 × 10⁻¹¹ mbar·l/s | UHV 및 반도체 챔버 | 누설 위치 확인(존재 여부만 판정) |
당사가 직접 수행하는 공정
- 304 / 316L stainless steel and 6061 / 5083 aluminium fabrication
- Clean-environment TIG welding with full penetration and no micro-porosity
- Helium mass-spectrometer leak testing to 1 × 10⁻⁹ mbar·l/s
- In-house electropolishing and passivation — not subcontracted
- Chamber bake-out to 150–400 °C for UHV outgassing control
- Precision-machined ISO-KF, ISO-K and CF (ConFlat) flanges
- Zeiss CMM verification to ±0.02 mm across large work envelopes
- 12 m gantry CNC machining — 12 m × 4 m × 2 m envelope
- SEMI-referenced documentation and inspection protocols
자주 묻는 질문
UHV 챔버의 허용 누설률은 얼마인가요?
대부분의 반도체 장비 제조사는 UHV 챔버에 1 × 10⁻⁹ mbar·l/s보다 우수한 값을, 핵심 프로세스 챔버에는 1 × 10⁻¹⁰을 규정합니다. 당사는 1 × 10⁻⁹ mbar·l/s를 표준으로 검사하며 요청 시 더 낮은 값까지 대응합니다.
대형 용접 구조물의 누설은 어떻게 찾나요?
스니퍼 방식을 사용합니다. 챔버를 배기한 뒤 교정된 헬륨 제트를 각 용접부와 접합부를 따라 훑으면서 질량분석기로 질량 4를 관찰합니다. 제트가 누설 지점을 지날 때 신호가 상승하며, 이를 통해 수 cm 이내로 위치를 특정합니다.
헬륨 누설 검사와 헬륨 리크 검출은 무엇이 다른가요?
동일한 물리 현상을 가리키는 말입니다. 리크 검출은 질량분석기로 누설을 찾아 정량화하는 일반적인 용어이고, 누설 검사는 보통 규격에 따라 수행하는 공식적이고 문서화된 절차를 뜻합니다. 당사는 두 경우 모두 문서를 발행합니다.
헬륨 검사를 통과한 챔버도 UHV에 도달하지 못할 수 있나요?
그럴 수 있습니다. 바로 아웃개싱 때문입니다. 누설이 전혀 없어도 내부 표면에서 수증기가 탈착되어 진공이 끝내 올라가지 않는 챔버가 있습니다. 그래서 전해연마와 베이킹을 누설 검사와 함께 규정하는 것이지, 누설 검사를 대체하는 것이 아닙니다.
고객 현장에서도 검사해 주나요?
챔버 검사는 출하 전 당사 설비에서 수행합니다. 완전 조립 상태로 운송할 수 없는 대형 조립체의 경우 기본 챔버를 검사하고, 설치 시 고객이 동일하게 반복할 수 있도록 최종 현장 검사 절차를 제공합니다.
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