세계 최초 정전 방식 가스·먼지 동시 저감장치 개발

[산업일보]
반도체 생산 공정에서 생기는 가스와 먼지를 동시에 잡을 수 있는 길이 열렸다.

반도체 생산 공정에서 발생하는 온실가스 유발 물질을 줄이는 ‘정전 방식 가스·먼지 동시 저감장치’가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 이 공정을 적용하면 기존 반도체 공정에서 전·후로 나뉘었던 오염물질 처리를 통합형으로 할 수 있어 설비 규모를 30% 절감할 수 있다.

한국기계연구원 환경시스템연구본부 환경기계연구실 김용진 박사 연구팀은 환경부 환경산업기술원의 글로벌탑 환경기술 개발사업의 일환으로 반도체 공정에서 배출되는 온실가스 처리 공정의 오염물질을 제거하기 위한 통합형 배기가스 처리 시스템 개발에 성공했다. 설비 규모가 기존보다 약 30% 절감된 만큼 생산설비를 추가 구축할 수 있어 생산효율도 높일 수 있을 것으로 기대된다.

정전 방식 가스·먼지 동시 저감장치는 정전 전처리 산화 환원 및 습식 전기집진 통합형 시스템이다. 배출가스를 제거하기 위해 고온과 저온 처리를 모두 거쳐야 했던 방식과 달리 저온 상태에서 모두 처리가 가능하다.

반도체 생산 공정에서는 에칭이나 화학 증착, 이온주입 등의 공정을 거치면서 SF6(육불화황), CF4(사불화탄소), NF3(삼불화질소), HF (불화수소), NOx (질소산화물), 초미세먼지 등 다양한 인체 유해 오염물질이 발생한다. 최근에는 반도체 제조에 필요한 웨이퍼 직경이 대형화되고, 대면적 디스플레이의 생산 증가, 반도체 공정의 급속세정 공정 추가 등 관련 산업발전에 따라 배출 가스의 양이 증가하고 있다.

기존에는 배기가스를 처리하기 위해 촉매를 이용해 오염물질을 선택적으로 제거하는 선택적 촉매 환원(SCR)과 먼지에 물을 뿌려 제거하는 습식 스크러버 공정을 거쳐 오염물질을 줄였다. 하지만 이 경우 촉매 공정에 일정한 고온을 유지해야 하고, 습식 스크러버 공정을 위해 대형 설비 구축이 필요하다. 또 발생하는 폐수와 슬러지도 처리해야 하는 등 어려움을 겪어 왔다.

연구팀이 개발한 정전방식 가스·먼지 동시 저감장치는 정전 산화와 습식환원, 습식전기집진 방식을 하나로 결합한 기술이다. 화학 반응에서 발생하는 정전 라디컬을 이용해 배기가스를 물에 잘 녹는 수용성 상태로 만들고, 복합환원제를 분무해 줄이는 원리다. 최종 배출되는 초미세 미스트와 먼지는 자동 세정형 전기집진 장치로 다시 제거해 정화 효율을 높였다.

연구팀은 정전방식 가스·먼지 동시 저감장치 기술을 연구소기업 ‘엔노피아’와 함께 국내 반도체 생산 공정에 시범 적용하고 있으며 실제 생산 현장 적용을 추진할 예정이다.

김용진 박사는 “기존의 오염물질 제거장비가 설치면적과 처리량이 비례한다면 새로 개발한 장치는 가스 유량과 농도 대비 외부의 정전 라디컬 주입량으로 조절된다”며 “일체형 복합방식이기 때문에 설치 면적을 획기적으로 줄일 수 있고, 습식 자동 세정형 전기집진기의 저배압, 고내구성 기술이 결합해 제조라인 내부에 운용이 가능하다”고 말했다.