주요 화학: 초순수

Sep 20, 2023

제가 대학원을 졸업하고 처음으로 취직한 직장은 매사추세츠 주 케임브리지에 있는 생명공학 회사였습니다. 그것은 작은 장비였고 모든 사람은 자신이 고용된 과학 외에 "실험실 업무"를 가졌습니다. 이는 실험실의 공용 영역을 유지하는 작업이었습니다. 제가 맡은 일은 모든 사람이 작업할 수 있는 순수하고 탈이온화된 물을 충분히 공급받을 수 있도록 정수 시스템을 유지하는 것이었습니다. 작업은 주로 최종 연마 장치의 필터와 이온 교환 카트리지를 교체하는 것으로 구성되어 수돗물을 과학적으로 충분히 청소했습니다.

필터팩을 교체할 때마다 그 안에 쌓인 슬라임과 침전물에 늘 놀라고 반감을 느꼈습니다. 찰스강 기슭의 창밖을 잠깐 본 것(그 더러운 물을 좋아함)은 내가 보고 있는 것을 설명하기에 충분했고, 그것은 당신이 마시고 요리하는 물에 얼마나 많은 다른 것들이 섞여 있는지에 대한 교훈이었습니다. 목욕하다.

우리 인간은 일반적으로 합리적으로 순수한 물로 평가되는 물로 꽤 잘 지낼 수 있지만, 우리의 산업 공정은 전혀 다른 것입니다. 발전소에서 제약 제조 시설에 이르기까지 모든 것에는 훨씬 더 높은 순도의 물이 필요하지만, 반도체 공장의 특수한 나노미터 규모 작업보다 더 순수한 물이 필요한 것은 없습니다. 하지만 어떻게 일반 수돗물이 오염물질이 1조분의 1로 측정될 정도로 순도가 높은 화학물질로 변할까요? 그리고 Fab에서는 필요에 따라 충분한 양의 초순수를 어떻게 생산합니까? 큰 화학으로.

표준은 산업마다 다르지만 일반적으로 초순수(UPW)가 도달하는 순도 수준은 거의 믿을 수 없을 정도로 높으며 식수와 비교할 때 어려움을 겪습니다. 가장 순수한 식수라 할지라도 실제로는 물에 용해된 미네랄과 가스의 복잡한 혼합물이며, 그 안에 상당한 수의 미립자가 부유하고 있습니다. UPW가 식수와 얼마나 다른지 보여주는 예로서 미국 환경 보호국은 식수의 크롬 한도를 단지 0.1ppm으로 설정했습니다. 그러나 반도체 등급 UPW의 경우 한도는 1조당 2파트(50,000배 더 적음)입니다!

반도체 제조와 관련된 규모를 생각하면 엄격한 UPW 표준이 완벽하게 이해됩니다. 실리콘 웨이퍼에 에칭되는 형상의 크기는 프로세스 노드에 따라 다르지만 현재 프로세스는 직경이 몇 나노미터에 불과한 입자에 의해 쉽게 중단될 수 있습니다. 규모를 보면 코로나바이러스 입자의 크기는 100nm 정도입니다. UPW에서 미립자를 제어하는 ​​것은 까다로운 일이 될 수 있습니다. 그 이유는 주로 정화 공정에 사용되는 배관, 탱크, 펌프 및 화학 물질 통의 거의 모든 곳에서 입자가 나올 수 있기 때문입니다.

입자만이 처리해야 할 유일한 오염물질은 아닙니다. 팹 공장의 UPW 장비의 매끄럽고 깨끗한 표면은 생명체가 번성하기에는 열악한 장소처럼 보일 수 있지만 박테리아는 가장 가능성이 희박한 생태학적 틈새에도 서식할 수 있는 능력이 입증되었습니다. 생물막은 UPW 시스템에 큰 문제를 일으킬 수 있으며 물이 고이는 곳이면 어디든 형성될 수 있습니다. 생물막은 미립자 오염뿐만 아니라 본질적으로 죽은 박테리아의 잔해인 총 산화 탄소(TOC, 총 유기 탄소라고도 함)에 영향을 줄 수 있습니다.

미립자 및 TOC 외에도 UPW 오염의 다른 주요 원인은 광물 및 가스와 같은 수용성 물질인 경향이 있습니다. 나트륨은 UPW 처리에 사용되는 이온 교환 수지의 문제를 나타내는 주요 지표가 되는 경향이 있기 때문에 큰 우려 사항입니다. 이에 대한 자세한 내용은 아래에서 설명합니다. 용해된 가스와 마찬가지로 규산염도 문제가 됩니다. 산소는 반응성이 높고 칩을 만드는 데 필요한 금속층을 쉽게 산화시킬 수 있으며, 이산화탄소는 물에서 쉽게 해리되어 탄산을 형성하여 물의 전도성을 높이고 해롭습니다. 웨이퍼 공정에

간단히 말해서, 칩을 만드는 데 사용되는 물은 가능한 한 "그냥 물"에 가까워야 합니다. 하지만 그렇게 하려면 엄청난 노력이 필요합니다. 순도뿐만 아니라 볼륨도 마찬가지입니다. 반도체 공장에서는 하루에 200만 ~ 300만 갤런(700만 ~ 1200만 리터)이라는 놀라운 양의 UPW를 사용합니다. 이렇게 엄격한 요구 사항에 따라 많은 양의 물을 정화하고 필요할 때까지 순도를 유지하며 가능한 경우 재활용할 수 있는 프로세스를 구축하는 것은 큰 과제입니다.