ArcSafe Cases — CASE-PIP-001
KO / EN
KO / EN
ArcSafe / Cases / PIP / CASE-PIP-001
CASE-PIP-001 ● HIGH 반도체 FAB TEOS 2025.04.29

TEOS Delivery Line
부분 막힘 사례

반도체 CVD 공정 TEOS 공급 배관 차압 상승 → 퍼지 후 재발 → 히트트레이싱 오류 + 데드레그 복합 원인 규명

막힘 리스크 Tool 사용 ARC-PIP-004 기준 보기 현장 체크리스트

01 사건 개요

반도체 FAB의 CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정에 사용되는 TEOS(Tetraethyl Orthosilicate) Delivery Line에서 차압이 점진적으로 상승하는 현상이 발생했다. 초기에는 단순 퍼지(Purge)로 일시 해소됐으나, 수일 내 재발이 반복됐다.

배관 계통 점검 결과 히트트레이싱 미도달 구간에서 TEOS가 응축·고화되어 부분 폐색이 발생한 것으로 확인됐다. 데드레그(Dead Leg) 구간이 추가 위험 요소로 작용했다.

02 사건 전개 흐름

증상
TEOS 라인 차압(ΔP) 점진적 상승
정상 범위 대비 약 15~20% 상승. 유량 감소 없이 차압만 증가하는 초기 단계. 운전원이 Flow Controller 이상으로 오인.
초기 대응
N₂ 퍼지(Purge) 수행
표준 절차에 따라 N₂ 퍼지 실시. 차압 일시적으로 정상화. 공정 재가동 후 2~3일 내 동일 증상 재발.
재발
동일 현상 3회 반복 재발
퍼지 후 2~4일 주기로 재발. 차압 상승 패턴이 동일. 완전 폐색이 아닌 부분 막힘 상태 지속. 원인 불명 상태로 에스컬레이션.
원인 규명
히트트레이싱 미도달 구간 + 데드레그 확인
열화상 카메라 점검 결과 배관 일부 구간 온도가 설정값(50°C) 대비 15°C 이상 낮은 것 확인. 해당 구간에 TEOS 응축·실리카 석출 발생. 추가로 미사용 분기 배관(데드레그)에 TEOS 고임 확인.
개선 조치
히트트레이싱 재설계 + 데드레그 제거
히트트레이싱 커버리지 재설계 및 온도 센서 추가. 데드레그 구간 배관 폐쇄 또는 제거. 조치 후 4개월 이상 재발 없음.

03 현장 조건

물질
TEOS (Tetraethyl Orthosilicate)
배관 재질
SUS316L (전기연마)
배관 직경
3/8" ~ 1/2" (소구경)
운전 온도 설정
50°C (히트트레이싱)
실측 미도달 구간 온도
32~35°C ← 문제 구간
TEOS 물성
비점 168°C, 수분 반응성 높음
운전 압력
0.2~0.5 MPa
데드레그 길이
약 400mm (미사용 분기)
핵심 위험 조건

TEOS는 수분과 반응하면 실리카(SiO₂)를 생성한다. 저온 구간에서 응축된 TEOS에 미량 수분이 유입되면 고화된 실리카 스케일이 배관 내벽에 부착된다. 퍼지로는 완전 제거가 불가능하고 재발이 반복된다.

04 근본 원인 분석

단순 막힘이 아닌 3가지 요인의 복합 작용이 근본 원인이었다.

1
히트트레이싱 설계 누락 — 배관 경로 일부 구간(엘보, 서포트 인접부)에 히트트레이싱 케이블이 미도달. 설계 단계의 커버리지 검토 미흡.
↓
2
저온 구간 형성 — 미도달 구간 온도 32~35°C. TEOS 운전 기준 온도(50°C) 대비 15°C 이상 낮음. 이 구간에서 TEOS 점도 상승 및 미량 응축 발생.
↓
3
데드레그에서 TEOS 고임 + 수분 유입 — 미사용 분기 배관(400mm) 내 TEOS가 장기 체류. 피팅 연결부 미세 수분 유입으로 실리카 석출 반응 촉진.
↓
4
실리카 스케일 내벽 부착 — 석출된 SiO₂가 내벽에 고착. 퍼지 시 일부 제거되지만 잔류물이 씨앗(Seed)이 되어 재부착 반복. 퍼지만으로는 근본 해결 불가.
왜 퍼지가 효과가 없었나

N₂ 퍼지는 유동성 있는 TEOS를 밀어내는 데는 효과적이지만, 내벽에 고착된 실리카 스케일은 제거하지 못한다. 스케일이 씨앗 역할을 해 재응축·재석출이 반복되는 구조였다. 퍼지 후 일시 개선되는 이유는 유동 TEOS 제거 효과이며, 재발은 잔류 스케일이 원인이다.

05 개선 조치

구분 조치 내용 효과
히트트레이싱 재설계 미도달 구간 케이블 추가 설치. 엘보·피팅 주변 커버리지 확보. 존별 온도 검증. 전 구간 50°C 이상 유지 확인
온도 모니터링 강화 배관 주요 지점 온도 센서 추가. 저온 알람 설정(45°C 이하 경보). 이상 조기 감지 가능
데드레그 제거 미사용 분기 배관 폐쇄(Blind Flange). 불가 시 정기 퍼지 주기 단축. 체류 TEOS 제거
기계적 세정 해당 구간 배관 교체 + 솔벤트(IPA) 세정 후 재설치. 기존 스케일 완전 제거
정기 점검 절차 수립 6개월 주기 열화상 카메라 점검 절차 수립. 히트트레이싱 커버리지 확인 체크리스트 작성. 재발 방지 시스템화
결과

개선 조치 후 4개월 이상 동일 현상 재발 없음. 차압 정상 범위 유지. 열화상 점검에서 전 구간 50°C 이상 확인.

06 현장 점검 체크리스트

TEOS 배관 계통 설계·운전 시 반드시 확인해야 하는 항목.

TEOS LINE FIELD CHECKLIST — ARC-PIP-004 기반
히트트레이싱 커버리지 — 전 구간 포함 여부 (엘보·피팅·서포트 인접부)
저온 구간 존재 여부 — 열화상 카메라로 50°C 미만 구간 확인
데드레그 존재 여부 — 미사용 분기 배관, 막힌 끝단 구간 확인
퍼지 방식 적합성 — N₂ 퍼지 주기, 압력, 방향 설계 확인
배관 재질 적합성 — TEOS 화학 적합성 (SUS316L 이상 권장)
수분 유입 경로 차단 — 피팅 연결부 씰 상태, 질소 퍼지 유지 압력
유속 설계 — 최소 유속 이상 유지 (정체 구간 없는지 확인)
드레인 구조 — 드레인 포인트 위치, 완전 배출 가능 여부
차압 모니터링 — 정상 범위 정의 및 이상 알람 설정 확인
정기 세정 주기 — IPA 세정 또는 배관 교체 주기 계획 수립 여부

07 예방 설계 원칙

TEOS 배관 설계 시 반드시 적용할 원칙

① 히트트레이싱 커버리지 100% 원칙 — 배관 전체 구간, 엘보, 피팅, 서포트 인접부까지 히트트레이싱이 도달해야 한다. 설계 완료 후 열화상 카메라 검증을 의무화한다.

② 데드레그 Zero 원칙 — 미사용 분기 배관은 설계 단계에서 원천 제거한다. 불가피한 경우 최대 6D(배관 직경의 6배) 이내로 제한하고 정기 퍼지 계획을 수립한다.

③ 최소 유속 유지 — 정체 구간이 생기지 않도록 배관 경로와 유량을 설계한다. 간헐 운전 시에도 최소 유속이 확보되어야 한다.

④ 수분 차단 설계 — 피팅, 밸브, 연결부에서 대기 수분 유입을 차단한다. 장기 정지 시 N₂ 퍼지 상태 유지(Blanket) 절차를 수립한다.