물박사 워터맨의 물 이야기 - 79

산업 현장에서 사용하는 물, 과연 어떤 물이 사용되고 있는 걸까? 물의 쓰임을 살펴보면 흔히 우리가 쉽게 접하는 생활용수 및 식수, 식품제조수 등을 들수 있는데 다양한 산업 분야의 현장에서 사용되는 물은 일반수에 비해 보다 정제된 순수한 물을 사용하고 있다. 대표적으로 사용되고 있는 초순수 워터(Ultrapure Water)의 활용사례를 소개한다.

고도의 정수장치를 통한 초순수 워터

초순수워터(Ultrapure Water, UPW)는 일반적인 단순한 정수 과정을 거친 물보다 복합적이고 세밀한 정수과정을 거쳐 생산된 순도가 매우 높은 물이다. 이러한 물은 주로 산업용 제품 제조 및 연구실 시험수, 반도체 부품제조, 제약 제조 등 물 속 이물질이나 경도성 물질을 완벽하게 제거된 물이 각기 필요한 분야에서 활용되고 있다.

초순수 워터를 만들기 위해서는 무려 10~20단계의 정수처리장치를 거쳐 생산되는데 이 과정이 매우 까다롭고 복잡한 구조를 지니고 있다.

제조 과정을 정리해서 살펴보면 복합 전처리 마이크로 여과장치(멤브레인 Membrane)를 통과시키고 다단계의 이온교차장치 및 순수전처리 장치(Activated Carbon)를 통과하여 이온물질, 잔류염소, 유기탄소를 제거한 후 마지막 1단계인 초순수처리(RO·Reverse Osmosis)장치, 역삼투압 필터를 통과해서 원하는 구조의 워터를 얻는다.

이렇게 얻어진 1차 초순수 워터는 전기분해장치(CEDI·Continuous Electro Deionization)를 통해 물 속에 남아있는 이온 물질을 완벽하게 분해한다.

그런 후 마지막 단계인 자외선(UV) 살균 램프로 살균해 박테리아 등 각종 미생물을 제거한 후 유기탄소(TOC) 장치를 통해 산화물질 제거, 마지막 단계인 멤브레인 가스를 이용해 남은 가스를 제거하면 비로소 초순수 워터가 완성된다.

이러한 정수단계는 분야별 사용 목적에 따라서 다소 축소되거나 추가 장치를 통해 원하는 초순수 워터를 얻을수 있다.

​초순수 워터의 활용 분야

정제된 초순수 워터는 순수 탱크에 저장하여 반도체 부품 제조 및 디스플레이 업체 등에서 주로 활용되고 있다.

공업용수로 사용되는 물은 크게 일반수, 순수, 초순수로 구분한다. 이중 전도성을 뛰지 않는 물 초순수 워터를 반도체분야에서 사용한다. 불순물이 없는 초순수 워터는 제품 세척뿐만 아니라 생산 공정중에 발생하는 부산물이나 오염물질 제거에도 효과적이므로 주로 사용되고 있다.

대표적인 반도체 업계에선 하루에도 엄청난 양의 초순수를 사용한다. 보통 반도체 생산의 기반인 웨이퍼 6인치를 하나 깎아내는 데 약 1t(톤) 이상의 초순수 워터가 필요하다고 한다.

반도체 업계 관계자는 "초순수 워터가 없다면 웨이퍼 위의 불순물들을 제거할 수 없어 반도체 수율을 확보할 수 없다"며 "잘 알려지지 않았지만 초순수는 반도체 제조 공정에 필요한 핵심 중 핵심"이라고 설명했다.

초순수 워터의 미래

우리나라 핵심 산업인 반도체 분야에서 초순수 워터가 중요한 역할을 담당하고 있는 만큼 초순수 워터 시스템의 개발과 실용화에 박차를 가해야할 것이다. 현제는 일본 제품에 의존하고 있는 현실이다. 대표적인 삼성전자, SK하이닉스 반도체 공장 내 초순수 생산 설비도 일본 기업의 장비로 구성되어 있다. 그 만큼 일본 기업의 의존도가 높으므로 추후 규제의 틀에서 자유로울수 없다는 이야기다.

일본은 1980년대부터 반도체 제조 기술과 초순수 개발을 진행해왔다. 그 결과 쿠리타 워터 인더스트리(Kurita Water Industries), 노무라 마이크로 사이언스(Nomora Micro Science) 같은 대표적인 초순수 워터 제조설비 기업들이 일본 정부의 적극적인 지원책 아래 크게 성장했다.

우리나라도 수입 의존도를 낮추기 위해 지난 2021년부터 환경부가 "초순수 내재화"를 목표로 관련 기술 개발에 돌입해 총 450억원을 투입, 2025년 말까지 하루 총 2400t의 초순수를 생산하는 실증플랜트를 설치, 운영하겠다는 계획을 밝히고 적극적으로 추진하여 현제에는 많은 성과를 이루고 있다.

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