전자산업 공정 설비에서 사용했던 장비, 기계, 부품 등을 산, 알칼리, 유기용제 등 화학물질을 이용한 세정(cleaning) 작업에 관련된 용어에 대해 공유하고자 한다.
화학물질 세정 작업 관련 용어
세정(cleaning)이란 전자산업 등 제조공정에서 사용한 금속과 비금속 장비, 기계, 부품, 도구 등에 묻은 먼지, 이물질 등의 오염물질을 제거하는 작업을 말한다. 건조(드라이), 습식, 초음파, 헹굼 등 다양한 방법이 있다.
구체적인 기술로는 유기용제 탈지, 산과 알칼리를 이용한 세정, 연마 블라스팅 등이 있다.
그리고 세정 공정 시 제품의 표면에서 입자, 유기 잔류물, 금속 불순물 등 특정 유형의 오염물질을 제거하도록 설계된 여러 단계의 복잡한 공정을 거친다. 공정 흐름은 일반적으로 제품 표면을 깨끗이 세정하기 위해 물리적, 화학적 세척 방법이 모두 포함된다.
예를 들어 반도체 제조 과정 중 제품에 묻은 오염물질을 제거하기 위해 다음 그림과 같이 화학물질 세정 탱크, 식각 탱크, 건조 탱크 등을 거치게 된다.
<그림 1> 반도체 제조에서 화학물질 세정의 예(그림 출처: 하기 Reference 2)
전자부품 세정은 크게 화학물질을 이용한 습식 세정과 건식(플라스마) 세정으로 구분할 수 있다.
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| 화학물질 습식 세정 | 건식(플라스마) 세정 |
<그림 2> 전자제품 세정 사례 (그림 출처: 하기 Reference 2)
세정관련
산세척(acid cleaning):
염산, 황산, 불산, 질산 등과 같은 산성용액을 사용하여 부품과 기계에서 녹, 스케일, 기타 무기 침전물을 제거하는 기술을 말한다. 금속 표면을 청소하고 외관을 복원하는 데 효과적이지만, 산의 부식성 때문에 안전보건 위험이 있어 주의 깊게 관리해야 한다.
알칼리 세척(alkali cleaning):
수산화나트륨이나 수산화칼륨과 같은 알칼리성용액을 사용하여 부품과 기계에서 오일, 그리스, 유기 오염물질을 제거하는 기술을 말한다. 비금속 표면의 탈지와 세척에 적합하며, 산보다 부식성이 적으면서 유기 잔여물을 효과적으로 제거할 수 있다.
RCA 세정:
반도체 제조 시 실리콘 웨이퍼의 고온 처리 단계 전에 수행해야 하는 표준 웨이퍼 세정 방법을 말한다. 1965년 미국 라디오 회사(Radio Corporation of America, RCA)의 Werner Kern이 개발했다. 웨이퍼의 표면에서 입자 오염물질과 유기 오염물질을 제거하는 SC-1, 금속과 이온 오염물질을 제거하는 SC-2의 두 가지 주요 단계로 구성된다. 이를 통해 추가 팹 공정을 위한 웨이퍼 표면을 깨끗하게 만들 수 있어 널리 사용되는 방법이다. 디스플레이 등 전자제품의 종류에 따라 SC-1, SC-2에서 구성 화학물질의 종류나 비율이 달라진다.
SC-1(Standard Clean 12), 표준 세정 :
반도체 제조 시 수행하는 RCA 세정 공정의 첫 번째 단계이다. 수산화암모늄(NH₄OH, 28%), 과산화수소(H₂O₂, 30%), 탈이온수를 1:1:5로 혼합한 용액에 실리콘 웨이퍼를 담가 70∼85℃에서 유기 오염물질을 제거하는 공정이다. 과산화수소는 유기물질을 산화하여 물에 녹게 하고, 수산화암모늄은 알칼리성 환경을 조성하여 입자 오염물질 제거를 용이하게 한다.
SC-2(Standard Clean 23),
표준 세정 : 반도체 제조 시 수행하는 RCA 세척 공정의 두 번째 단계이다. 실리콘 웨이퍼 표면의 금속과 이온 오염물질을 제거하는 공정이다. 화학 세정 용액은 일반적으로 염산(HCl, 73%), 과산화수소(H₂O₂, 73%), 이온수를 1:1:6으로 혼합하여 만들며, 70~85℃에서 세정한다. 염산은 금속이온을 용해하고, 과산화수소는 금속이온을 산화시켜 산성 용액에 용해되도록 한다.
부식 위험성(corrosive risk):
산이나 알칼리 등이 부품, 재료 등을 분해하여 구조적 약화, 장비 고장 또는 안전 위험을 초래할 수 있는 잠재적 손상이다. 부식성 화학물질은 심각한 피부 및 눈 화상, 흡입 시 호흡기 손상 등의 건강위험이 있다. 또한 부식성 화학물질은 신체의 영구적인 흉터, 시력상실, 호흡곤란, 심각한 인체 내 손상으로 이어질 수 있다. 부식성 화학물질은 다른 물질과 격렬하게 반응하여 인화성 가스나 열을 방출함으로써 폭발과 발화 위험을 초래할 수 있다.
탈지(degreasing):
전자산업 등 제조공정에서 사용한 금속과 비금속 장비, 기계, 부품, 도구 등의 표면에서 그리스, 오일, 기타 유사한 물질을 제거하는 과정을 말한다. 기계의 최적 작동을 보장하고, 도장이나 코팅 공정에서 접착력을 개선하며, 장비 고장으로 이어질 수 있는 오염이나 축적을 방지하므로 매우 중요하다.
메가소닉 세정(Megasonic cleaning):
반도체 제조에 사용되는 특수 음향 세정 방법으로, 고주파(약 1MHz 이상)를 사용하여 실리콘 웨이퍼에서 입자를 부드럽게 제거하는 방법이다. 웨이퍼 표면에 손상을 줄 수 있는 초음파 세정과 달리 웨이퍼 표면에 손상을 주지 않고 효과적으로 입자를 제거할 수 있다. 반도체 웨이퍼와 같은 섬세한 부품에 이상적으로 알려져 있다. 일반적으로 안전하지만, 화학 용액을 취급할 때 안전 프로토콜을 준수해야 하고, 공정에 사용하는 고주파 때문에 적절한 청력 보호구를 착용해야 한다.
초음파 세정(Ultrasonic cleaning):
일반적으로 반도체 웨이퍼 세정에 사용되는 방법으로, 초음파(보통 20~200kHz)와 액체(물, 알칼리, 유기용제 등)를 사용하여 섬세한 부품의 오염물질을 효과적으로 제거한다. 오염물질을 효과적으로 제거하지만, 무작위 캐비테이션(cavitation)으로 인해 제품에 손상을 줄 수 있다. 근로자는 열과 기계적 영향을 최소화하기 위한 지침을 따라야 한다. 또한 캐비테이션 시 발생하는 열로 인한 화상을 방지하기 위해 보호 장갑을 착용해야 한다.
물 블라스팅(water blasting):
고압 물 분사기를 사용하여 세정 부품 표면을 세척하고, 코팅을 제거하며, 재료를 절단하는 작업을 말한다. 하이드로 블라스팅(hydro blasting)이라고도 한다. 다양한 표면에 효과적이며 먼지가 발생하지 않아 산업 장비 청소, 페인트와 오염물질 제거, 추가 처리를 위한 표면 준비에 자주 사용된다. 유출수를 처리하고 환경문제를 피하기 위해 세심한 물 관리가 필요하다.
위험성평가 관련
유해·위험 요인(hazard):
사람의 부상, 질병을 일으키거나 재산이나 환경에 손상 (damage)을 입힐 만한 잠재적인 유해 요소 또는 손상의 원인이 되는 모든 것을 말한다. 건설물, 기계·기구·설비, 원재료, 가스, 증기, 분진, 작업자의 작업 행동 등이 있다.
위험성(risk):
유해·위험 요인에 노출되어 해(harm)를 입거나 손상을 입을 가능성 (likelihood) 또는 확률(probability)을 말한다. 피해 또는 손상의 심각도와 유해·위험 요인에 노출될 가능성 또는 빈도로 설명한다.
노출(exposure):
건강 영향을 일으키는 화학적, 물리적, 생물학적, 정신적·사회적 요인에 사람이 접촉하는 것 또는 그러한 환경을 말한다. 화학물질 노출의 맥락에서는 흡입, 섭취, 피부나 눈흡수를 통해 화학물질과 접촉하는 것을 말한다.
노출 기준(Occupational Exposure Limits, 이하 OEL):
작업장에서 화학물질 노출량과 노출 기간을 제한하여 작업자의 건강을 보호하기 위해 설정된 규제 기준값을 말한다. 국가기관 등에 따라 PEL, TLV 등 같은 개념의 용어를 사용한다.
화재·폭발 관련
인화성 가스(Flammable Gas):
정상 대기조건(1기압, 20℃) 하에서 공기와 혼합하여 인화되는 범위에 있는 가스로서, 인하 한계농도의 최저한도가 13% 이하 또는 최고한도와 최저한도의 차가 12% 이상인 물질을 말한다. 반도체 공정에서 직접 사용하기도 하고, 부산물로 발생할 수도 있다.
폭발성 한계:
특정 조건에서 스파크, 불꽃, 뜨거운 표면과 같은 점화원이 있을 때 빠르게 연소하거나 폭발하는 가스를 만들 수 있는 공기 중 가스나 증기의 농도 범위를 말한다. 폭발하한(lower explosive limit, LEL)과 폭발상한(upper explosive limit, UEL)의 두 가지 한계로 구성된다. 폭발하한은 공기 중 폭발성가스나 증기의 최저 농도를 나타내며, 그 이하에서는 폭발이 일어나지 않는다. 폭발상한은 공기 중 폭발성가스나 증기의 최고 농도를 나타내며, 이 농도가 너무 높으면 연소가 일어나지 않는다.
밀폐작업 및 개인보호장비 관련
질식(asphyxiation):
산소가 인체 조직에 제대로 전달되지 않아 의식을 잃거나 사망에 이를 수 있는 상태를 말한다. 반도체, LCD, OLED 제조와 같은 전자산업 공정의 챔버 등 밀폐된 공간이 될 가능성이 있는 곳에서 정비 작업을 할 때 질소, 아르곤, 헬륨 등 불활성가스의 누출로 산소결핍이 일어나고, 질식이 발생할 우려가 있다.
송기 마스크(air-line respirator):
오염되지 않은 공기 공급원에 연결된 긴 호스를 통해 깨끗한 공기를 공급하는 호흡보호구를 말한다. 밀폐된 공간이나 환기가 잘되지 않고 화학물질 농도가 높은 곳, 산과 알칼리를 사용하여 세정하는 환경 등에서 깨끗한 공기를 지속적으로 공급하고 독성가스 흡입을 방지하기 위해 필수적이다. 특히 장기간 노출, 유지보수 작업 또는 화학물질 유출이나 누출과 관련된 긴급 상황에서 필요하다. 사용자가 많이 움직여야 하는 상황이나 호스의 테더링으로 인해 물리적 장애물이 많은 환경에는 적합하지 않다.
자가 공기호흡 장치(self-contained breathing apparatus, SCBA):
일반적으로 사용자의 등에 고압 탱크를 메는 형태의 자체 공기공급 장치를 말한다. 공기 공급량은 한정되어 있다. 사용자는 호스에 연결되어 있지 않기 때문에 이동성이 뛰어나고, 다양한 환경에서 자유롭게 움직일 수 있다. 고압 탱크의 무게로 인해 착용하기가 더 무겁다.
Reference : 1. KOSHA 전자산업 화학물질 세정 작업 안전보건 가이드
2. KOSHA 전자산업 클린룸 내 세정 공정 작업 안전보건 가이드
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