초순수의 정의 및 이해
초순수의 정의 및 이해
'초순수' 내지 '초초순수'라는 정의는 반도체 산업의 발전에 따라 생겼다고 할 수 있다. 종래의 "순수" 정의는 기본적으로 수용액 속의 전해질이 대상이 되었다고 할 수 있다. 따라서 전기 전도도 측정이 중심이 된 반면, "초순수"는 수중에 포함되어 있는 전해질, 유기물, 미생물, 생균, 미립자, 부유고형물 등의 불순물들이 대상이 된다고 할 수 있다.
초순수(UPW, Ultra Pure Water)란 일반적인 물속의 무기질, 미립자, 박테리아, 미생물, 용존가스 등을 제거한 고도로 정제된 물입니다. 이온 성분을 제거했다는 의미로 DIW(De-ionized Water, 탈이온수) 라고도 합니다. DIW는 탈이온수로 양이온, 염기성 이온교환수지를 통해 이온을 최대한 제거해준 것을 말합니다.
1차 증류수가 단순히 물을 끓여서 식힘으로써 물만을 모으는 (이 경우 꽤 많은 불순물이 포함됩니다) 반면 DIW의 경우 물속에 있는 극미량의 이온들도 거의 제거해주기 때문에 "초순수"라고 말합니다.
반도체 산업에서 요구되는 초순수는 불순물들이 전혀 포함되어 있지 않은 '100%의 이론순수'라고 할 수 있다. 그러나 이론순수는 어디까지나 관념적인 것이고 실제적으로 얻는 것은 불가능하다. 그것은 이론순수를 제조하는 것 자체가 곤란하고 제조한다고 하더라도 제조장치 재질의 부착물이나 재료의 용출 등으로 인해 요구되는 순도를 유지할 수 없기 때문이다. 따라서 초순수는 현실적으로 입수 가능한 이론순수에 가장 근접한 수질이라 할 수 있다. 하지만 초순수의 정의에 있어 다음과 같은 점에 유의할 필요가 있다.
첫 번째는, 물이 가장 순도가 높은 것은 말할 것도 없이 이미 말한 이론순수이고, 그 저항률은 25℃에서 18.24MΩ.cm, 전기 전도도는 0.05482 μS/cm 이다. 전기 전도도는 물 자체의 해리 H2O <=> H+ + OH- (정식으로는 2H2O = H3O+ +OH- )에 따른 것이다. 그러나 여기에서 사용하는 '초순수' 내지 '초초순수'란 말의 의미는 저항률만이 아닌 적어도 이론순수 수준에 가깝다. 따라서 물의 해리에 의한 수소 이온 및 수산화물 이온 이외의 전해질은 없고, 미립자, 유기물, 생균, 실리카 등을 가능한 최대로 제거한 이론순수에 가장 가까운 순수이다. 이러한 고순도의 물이 되면 될수록 점차 물질을 잘 용해하게 된다. 따라서 고순도의 물을 용기에 담으면 용기재료의 용출 등으로 오염되고, 순도가 저하되어 버리는 일이 있다.
두 번째는 최근의 고집적도 반도체 제조 공정에서 요구되는 수질은 저항률적으로18.0MΩ.cm 이상이다. 지금 18.0MΩ.cm의 순수에 Fe2+ 이온이 1 ppb(μg/l) 용해되면 저항률은 약 17 MΩ.cm 로 저하된다. 즉, 지금 문제가 되고 있는 농도 수준은 ppb(part per billion; 1ppm=1,000ppb=0.0001%) 수준이라는 것이다. ppb란 말할 것도 없이 10억분의 1을 뜻하는 것으로 대단히 낮은 수준이라는 것을 알 수 있다. 따라서 극단적으로 말하면 같은 측정기를 사용하고, 같은 샘플을 같은 방법으로 측정해도 측정자가 바뀌면 다른 값이 나온다거나, 동일인이라 하더라도 오전과 오후에 측정치가 다르게 된다는 것은 당연한 것이다. ppb 수준의 실험에서는 측정하면 어쨌든 데이터는 나온다. 그러나 그 데이터가 과연 논의에 부합하는 데이터인가 어떤가는 극히 중요한 것이다. ppm(part per million; 백만분의 1) 수준까지는 순수 제조장치나 측정에 사용하는 용기, 펌프, 배관 등의 재료에서의 용출은 무시할 수 있다. 그러나 ppb 수준에서는 재료에서의 용출을 무시할 수 없게 된다. 바꾸어 말하면 초순수와 접하는 재료에서는 많든 적든 반드시 불순물을 함유하는 재료 구성 성분의 용출이 일어난다는 것이다.
