안녕하세요~ 송송입니다.
이번에는 D.I water를 간략히 소개해드리고자 합니다.
공학계열이 아니라면 D.I water가 매우 생소하게 느껴지실 수 있어요. 뭐.. 비싼 에비앙 같은 물인가??
그럼 같이 알아보곘습니다.
1. D.I Water란 무엇인가?
D.I Water는 Deionized Water(탈이온수)의 약자로, 이온 성분이 제거된 물을 의미합니다. 이는 물 속에 존재하는 이온(양이온과 음이온)을 제거하여 전기적 전도성이 거의 없는 상태로 만든 물로, 반도체 공정에서 필수적으로 사용됩니다.
# 여러분도 아시다시피 물에는 우리 눈에 보이지 않는 많은 불순물들이 존재합니다.
뭐.. 우리가 수돗물을 먹지 않고 정수를 거쳐 먹는것만 봐도 알 수 있죠.
꾸준하게 반도체 소자가 작아지면서, 웨이퍼에 미세한 불순물도 이젠 크리티컬한 이슈를 만들고 있죠.
생각해봅시다.
15평짜리 투룸 집에 작은방이 보일러가 고장이났습니다.
불편해도 다른 방이 따뜻하니 얼어 죽을 일은 없을겁니다.
근데 2평짜리 원룸에 보일러가 고장나면? 이건 얼어죽을게 뻔하죠.
이 처럼 현재 초미세수준의 회로에서 불순물은 완전히 제거되야하는 대상인 셈이죠.
1-1. D.I Water의 원리
D.I Water는 이온교환수지(ion exchange resin)를 사용하여 물 속의 양이온(칼슘, 마그네슘 등)과 음이온(염화물, 황산염 등)을 제거합니다. 이 과정에서 물의 전기적 전도도가 극히 낮아지며, 순수한 형태의 물을 얻게 됩니다.
1-2. D.I Water의 특징
- 전기적 전도도 낮음: 순수한 상태에서는 전기적 전도도가 거의 0에 가까워야 합니다.
- 화학적 중립성: 물 속의 불순물이 제거되어 화학 반응을 일으키지 않습니다.
- 고순도: 미세 먼지, 미생물, 유기 화합물이 거의 없는 상태입니다.
2. 반도체 공정에서 D.I Water가 필요한 이유
일반 수돗물이나 정수된 물은 물속에 포함된 이온, 유기물질, 미생물, 입자 등이 존재하기 때문에 고도의 정밀성을 요구하는 반도체 공정에 사용할 수 없습니다. D.I Water는 이런 불순물을 모두 제거하여 반도체 제조의 품질을 보장합니다.
2-1. 공정 중 웨이퍼 세척
반도체 제조 공정에서는 웨이퍼를 여러 번 세척해야 합니다. 이 과정에서 일반 물을 사용할 경우 불순물이 웨이퍼 표면에 남아 공정 불량률이 급격히 상승할 수 있습니다. D.I Water는 물속 불순물이 없기 때문에 세척 후 웨이퍼 표면에 어떠한 잔여물도 남기지 않아 이상적인 세척 도구로 사용됩니다.
2-2. 화학 물질 희석
반도체 제조에는 다양한 화학 물질이 사용됩니다. 이때 화학 물질을 희석하는 용매로 D.I Water가 사용됩니다. 일반 물에 포함된 이온이나 유기물은 화학 반응을 일으킬 가능성이 있지만, D.I Water는 화학적으로 안정되어 있어 이러한 문제를 방지합니다.
2-3. 온도 제어
반도체 제조 장비는 고온에서 작동하기 때문에 열전달 매체로 물을 사용할 수 있습니다. D.I Water는 전기적 전도도가 낮아 열전달 매체로 이상적인 특성을 가지고 있습니다.
3. Ultra Pure Water(초순수)란 무엇인가?
Ultra Pure Water(UPW), 즉 초순수는 D.I Water보다 더욱 정제된 상태의 물을 말합니다. 초순수는 반도체 공정 중에서도 특히 민감한 작업에서 사용됩니다.
3-1. 초순수의 특징
- 이온 농도 0 수준: 전기 전도도 0.055 μS/cm 이하로, 불순물이 거의 존재하지 않습니다.
- 미생물 및 유기물 제거: 초미세 필터와 멤브레인을 사용하여 미생물과 유기물을 제거합니다.
- 분자 수준의 순도: 웨이퍼의 나노미터 단위 패턴 공정에서도 이상적입니다.
3-2. 초순수의 용도
초순수는 특히 증착 공정(CVD, PVD), 포토리소그래피, 초정밀 세척 등에서 사용됩니다. 이러한 공정에서는 물 속의 단위 분자까지 제어가 필요하기 때문에 초순수는 필수적입니다.
4. D.I Water 및 UPW의 제작 방법
D.I Water와 UPW는 일반적인 수돗물 또는 정수된 물을 기반으로 여러 단계를 거쳐 제작됩니다. 아래는 주요 공정을 요약한 것입니다.
4-1. D.I Water 제작 과정
- 1단계: 필터링으로 입자 제거
- 2단계: 활성탄 필터로 유기물 제거
- 3단계: 역삼투압(RO) 공정으로 이온과 용해 물질 제거
- 4단계: 이온교환수지로 이온 제거
4-2. Ultra Pure Water 제작 과정
초순수는 D.I Water 제작 과정에서 추가로 정제 단계를 거칩니다:
- 초미세 필터를 사용한 입자 제거
- UV 산화를 통한 유기물 분해
- 디가싱(degassing)으로 용존 가스 제거
- 순환 시스템을 통해 초고순도 유지
5. 일반 물 대신 D.I Water를 사용하는 이유
일반 물은 불순물, 이온, 미생물 등이 포함되어 있어 반도체 제조의 정밀성과 안정성을 보장할 수 없습니다. 반면 D.I Water와 초순수는 이러한 불순물이 모두 제거되어 반도체 공정의 품질을 크게 향상시킵니다.
반도체 제조는 나노미터 단위의 정밀도가 요구되기 때문에, 불순물이 없는 물만이 공정의 성공 여부를 보장할 수 있습니다. 따라서 D.I Water와 초순수는 반도체 제조 공정에서 없어서는 안 될 필수 자원으로 자리 잡고 있습니다.
6. 결론
D.I Water와 Ultra Pure Water는 반도체 제조 공정에서 핵심적인 역할을 합니다. 일반 물이 아닌 이런 특별한 물을 사용하는 이유는 순도, 화학적 안정성, 그리고 공정 신뢰성을 보장하기 위함입니다. 반도체 산업이 고도화될수록 D.I Water와 초순수의 중요성은 더욱 커질 것입니다.
# 불순물도 없고 몸에 좋은거 아니야? 라고 생각하시면.. 큰 착각이신겁니다.
우리가 마시는 물에는 소량의 칼슘, 칼륨, 미네랄이 함유되어 있지만, D.I water는 전혀 없기 때문에 건강에 더 좋은 일이 발생할 일은 제로에 가깝죠.
그렇다고 해서, 몸에 나쁘진 않습니다.
사람이 물텃세?도 있다고 그러잖아요.. 여행가서 물 바뀌면 아프거나 하니까요
호기심이 있어도 정수기 물을 마시는 걸로 합의하죠!
다음 포스팅에 뵐게요