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1. 초순수(Ultra-Pure Water, UPW)란
- 초순수(Ultra-Pure Water, UPW)는 불순물의 농도가 극도로 낮은 물로, 일반적으로 순순한 물(H2O) 이에외에 거의 아무것도 포함되어 있지 않습니다.
- 초순수는 전기저항, 유기물함량, 이온농도, 미생물, 수준 등에서 매우 엄격한 기준을 충족해야 하며, 다음과 같은 산업과 분야에서 사용됩니다.
가. 초순수 사용 산업분야
1) 반도체 및 전자산업
- 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 세척, 화학물질 희석 등에서 사용됩니다.
- 초순수의 순도가 반도체 회로의 성능과 수율에 직접적인 영향을 미칩니다.
2) 제약 및 바이오테크놀로지
- 의약품 제조와 실험에서 오염을 방지하기 위해 사용됩니다.
- 주사제, 생물학적 약물, 백신 제조 등에 필요한 고순도의 물입니다.
3) 에너지 및 발전
- 원자력 및 화력발전소의 보일러나 터빈 시스템에서 부식을 방지하기 위해 사용됩니다.
4) 광학 및 정밀 기계
- 렌즈 제조, 정밀 부품 세척 등에 사용되어 표면의 오염물질을 제거합니다.
나. 초순수의 제조과정
초순수는 일반적인 수돗물이나 정수된 물에서 시작하여 다양한 정제 기술을 통해 사용됩니다.
- 역삼투(RO) : 이온 및 용해된 고형물을 제거
- 이온교환 : 잔여 이온 제거
- 전기탈이온(EDI) : 추가 정제
- UV 살균 : 유기물 분해 및 미생물 제거
- 미세여과 : 미립자 제거
다. 초순수 특징
- 초순수는 전기전도도가 거의 없고, pH 중성에 가까우며, 모든 불순물(유기물, 미네랄, 미생물 등)이 거의 제거된 상태입니다.
- 초순수는 일반적인 용도로는 적합하지 않고, 오히려 생물학적으로도 안전하지 않을 수 있습니다. 예를들어, 인체에 필요한 미네랄이 완전히 제거되어 있기에 음용수로는 적합하지 않습니다.
2. 반도체 및 전자 산업에서 초순수(Ultra-Pure Water, UPW)는 핵심적인 역할
- 초순수는 반도체 및 전자산업 제조 공정의 여러 단계에서 사용됩니다.
- 반도체는 전자 회로가 집적된 웨이퍼로 만들어지기 때문에 불순물의 영향을 매우 민감하게 받습니다. 초순수는 이러한 불순물로부터 웨이퍼와 장비를 보호하는 데 사용됩니다.
가. 웨이퍼 세정
1) 세정공정
- 웨이퍼는 반도체 제조 공정 중 수십 번 세척됩니다.
- 초순수는 웨이퍼 표면의 미세먼지, 이온, 유기물, 금속입자 등 모든 불순물을 제거합니다.
- 특히, 웨이퍼 표면의 불순물은 미세 회로를 손상시킬 수 있으므로 초순수의 사용은 필수적입니다.
- 일반적인 세척공정 : 산세척(화학적 오염물 제거) → 초순수 린스(산, 알칼리, 기타 화학물질의 잔여물을 완전히 제거)
- 세정공정은 보통 막을 형성하는 확산공정 전, 회로 패턴 형성을 위해 불필요한 부분을 깍아내는 식각공정 후 등 각 웨이퍼 공정 전후에 가교 역할을 하며 반복적으로 진행되기에 진행 횟수가 다른 공정 대비 2배정도 많습니다.
2) 세정방식
- 세정공정은 크게 침지(Dip) 방식과 스프레이(Spray) 방식으로 구분할 수 있습니다.
- 침지 방식은 세정공정에서 널리 쓰인 방식으로 화학물질(Chemical) 또는 초순수 증류수(Deionuzed Water)에 웨이퍼를 담가 진행하는 방법입니다.
- 스프레이 방식은 회전하는 웨이퍼에 액체나 기체 형태의 화학물질을 분사시켜 불순물을 제거하는 방식입니다.
나. 화학물질 희석
- 반도체 제조에는 다양한 화학물질(예 : 산, 알칼리, 현상액, 식각액 등)에 사용됩니다.
- 이 화학물질은 특정 농도로 희석되는데, 이 과정에서 초순수가 사용됩니다.
- 초순수는 화학물질 희석 후에도 추가적인 불순물을 도입하지 않기 때문에 안전한 희석제로 적합합니다.
다. 리소그래피 공정
- 리소그래피는 웨이퍼 표면에 미세한 패턴을 인쇄하는 과정입니다.
- 이 공정에서는 초순수가 포토레지스트(photoresist)와 같은 민감한 물질을 처리하는데 사용됩니다. ( ※ 포토레지스트 : 포토레지스트는 반도체 웨이퍼 위에 코팅되는 감광성 물질로, 빛에 노출되면 화학적 성질이 변합니다. 리소그래피 공정에서 빛으로 특정 패턴을 형성해 웨이퍼에 미세 회로를 그리는데 사용됩니다.)
- 미세한 패턴에서 불순물이 생기면 결함이 발생할 가능성이 높아지므로, 초순수는 필수입니다.
라. 식각 및 증착 공정
- 식각 : 웨이퍼의 특정 부분을 화학적으로 제거하는 과정에서 초순수는 표면에 남아 있는 식각 잔여물을 씻어냅니다.
- 증착(CVD, PVD) : 얕은 박막을 웨이퍼 표면에 증착하는 과정에서 초순수는 잔여 입자를 제거해 박막의 균일성을 보장합니다.
마. 장비 세척
- 반도체 제조에 사용되는 장비도 정기적으로 초순수를 사용해 세척됩니다.
- 장비 표면에 남아 있는 화학물질과 입자를 제거해 공정 간 오염을 방지합니다. 이를 통해 장비의 정확성과 수명을 연장할 수 있습니다.
3. 초순수의 중요성
- 초순수의 품질은 저항값(Megaohms·cm)으로 측정되며, 반도체 제조용 초순수는 일반적으로 18.2MΩ·㎝ 이상의 저항값을 가져야 합니다. 이 수준의 초순수는 웨이퍼 표면에 아무런 이온이나 입자를 남기지 않습니다.
4. 초순수 기술개발 동향
(출처 : 대한민국 정책브리핑)
- 초순수 기술력 및 전문인력을 확보하고 관련 소부장 기업을 육성하는 전주기 지원 인프라인 초순수 플랫폼 구축을 정부에서 추진중에 있습니다.
- 추진주체 : 환경부
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