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반도체 팹의 가스상 여과: 케미컬 여재 선택

2026-09-27 · 업데이트 2026-10-30

분자상 오염물질은 HEPA 필터를 그대로 통과합니다. 그 분류, 암모니아와 산이 웨이퍼와 전자 장비에 주는 영향, 활성탄과 첨착 여재를 고르는 방법을 설명합니다.

핵심 요약

  • HEPA 필터는 입자를 제거하지 기체를 제거하지 않습니다. 분자상 오염물질에는 케미컬 여과가 필요합니다.
  • AMC는 산, 염기, 응축성 유기물, 도펀트로 분류되며(SEMI F21), ISO 14644-8은 농도를 로그 척도로 분류합니다.
  • 산성 가스는 알칼리 첨착탄, 염기(암모니아, 아민)는 산 첨착탄, 유기물은 활성탄, H₂S는 과망간산 알루미나.
  • 여재와 충전층 두께는 가스 종류, 농도, 풍량, 온도, 습도로 정하고 모니터링으로 확인합니다.

HEPA 필터로 잡을 수 없는 오염

현대 팹은 입자 수를 ISO 3등급 이상으로 유지하면서도, 입자계수기에 보이지 않는 오염으로 수율을 잃을 수 있습니다. 분자상 오염물질(AMC)은 기상 오염으로, HCl과 SO₂ 같은 산, 암모니아와 아민 같은 염기, 유기 화합물, 도펀트를 포함합니다. 냄새를 맡기에는 훨씬 낮은, 흔히 ppb 이하의 농도지만 표면을 바꾸기에는 충분합니다.

기체 분자는 1나노미터도 안 되는 크기로, HEPA 필터가 잡도록 만들어진 입자보다 수천 배 작고 입자처럼 유리섬유에 달라붙지 않습니다. 흡착되거나 중화되지 않으면 통과합니다. 이것이 케미컬 여과의 역할입니다.

ppb가 중요한 이유

처음으로 잘 기록된 사례는 리소그래피에서 나왔습니다. 1990년대 초 IBM 연구진은 소량의 광발생 산으로 작동하는 화학 증폭형 레지스트가 공기 중 염기에 민감하다는 것을 보였습니다. 미량의 암모니아나 아민이 레지스트 표면에서 산을 중화해 노광 패턴 윗부분이 현상되지 않고, 선이 T자 단면을 갖게 되는데 이를 T-토핑이라고 합니다 [4]. 그 뒤로 염기 관리는 모든 리소그래피 구역의 필수가 되었습니다.

산은 다른 피해를 줍니다. 금속 배선, 콘택트, 본드 패드를 부식시키고, 제어 장비와 전력 장비의 구리와 은을 침식합니다. 응축성 유기물은 웨이퍼, 광학 부품, 레티클에 침착해 막의 밀착성을 바꿀 수 있습니다. 붕소와 인 화합물 같은 도펀트는 소자의 전기적 특성을 바꿀 수 있습니다.

AMC 분류

반도체 업계는 AMC를 화학적 성질로 묶습니다. SEMI F21은 산(MA), 염기(MB), 응축성 유기물(MC), 도펀트(MD)의 네 계열로 나누고 계열별로 농도에 따라 등급을 정합니다 [2]. ISO 14644-8은 모든 클린룸에 쓸 수 있는 일반 방법을 제시하며, 공기 화학 청정도를 ISO-ACC 등급 N으로 나타냅니다. 물질이나 그룹의 농도가 10ᴺ g/m³이며, 대상 농도는 10⁰부터 10⁻¹² g/m³까지입니다 [1]. 1 µg/m³(10⁻⁶ g/m³)의 농도는 ISO-ACC 등급 −6입니다.

제어실, 데이터센터, 전기실의 기준은 ANSI/ISA-71.04로, 구리와 은 시편에 30일 동안 생기는 부식막으로 공기의 부식성을 분류합니다 [3].

구리 반응성에 따른 ISA-71.04 심각도 수준(시편 30일 노출)
심각도 수준구리 반응성의미
G1 경미< 300 Å부식이 장비 신뢰성에 영향을 주는 요인이 아님
G2 보통< 1,000 Å부식 영향이 측정 가능하며 신뢰성에 영향을 줄 수 있음
G3 가혹< 2,000 Å부식 공격 가능성이 높음
GX 매우 가혹≥ 2,000 Å특별히 설계·밀봉한 장비만 견딜 것으로 예상됨

2013년판 ISA-71.04는 은 반응성도 요구하며, 구리와 은 결과 중 높은 쪽이 심각도 수준을 정합니다. 같은 가스 농도에서도 습도가 높을수록 부식 속도가 빨라집니다.

오염물질에 맞는 여재

케미컬 필터는 두 가지 방식으로 가스를 제거합니다. 활성탄은 매우 넓은 내부 표면에 분자를 물리적으로 흡착하며 대부분의 유기물에 잘 듣습니다. 암모니아, HCl, H₂S처럼 작고 반응성이 큰 가스는 일반 활성탄에 약하게만 붙잡히므로, 여재에 이들과 반응하는 약품을 첨착해(화학 흡착) 단단히 고정합니다.

오염물질 계열별 대표 여재
오염물질 계열예여재(이딩 등급)메커니즘
산HCl, HF, SO₂, NO₂KOH 첨착 활성탄(MM-9000), 봉입형 875흡착 + 중화
염기암모니아, 아민인산 첨착 활성탄(MM-7000), 봉입형 147흡착 + 중화
유기물 / VOC용제, 실록산, 악취활성탄(MM-3000), 봉입형 853물리 흡착
황 계열 및 산화성 가스H₂S, SO₂과망간산 알루미나(MM-1000)산화

필터 형식 선택

  • 봉입형 활성탄 필터는 입상탄을 부직포에 넣어 발진이 적어 팹의 외기와 순환 공기에 적합합니다.
  • 입상 충전층은 가장 많은 여재를 담아 낮은 면풍속에서 비교적 높은 농도에 적합합니다.
  • 허니컴 필터는 대풍량에서 저항이 낮아 FFU 같은 저농도 용도에 적합합니다.
  • 여러 계열의 오염물질이 있으면 여재를 층으로 쌓거나 섞고, 느슨한 입상 여재 하류에는 입자 필터를 둡니다.

케미컬 필터의 설치 위치

  • 외기 처리기: SO₂, NO₂, 오존 등 실외 오염물질을 건물에 들어오기 전에 제거합니다.
  • 민감한 장비 위의 순환 경로와 FFU: 세정 약품에서 나오는 암모니아나 습식 장비에서 나오는 산 등 팹 내부에서 발생하는 오염물질을 제거합니다.
  • 장비와 스토커 내부: 공정 사이 웨이퍼가 대기하는 곳에서 가장 엄격하게 관리합니다.
  • 제어실과 전기실: 공기를 ISA-71.04 G1로 유지해 전자 장비를 보호합니다.

선정에 필요한 정보

수명과 제거 효율은 전적으로 현장 조건에 달려 있습니다. 여재와 충전층 두께를 고르려면 대상 가스와 농도, 풍량, 온도, 상대습도, 그리고 요구하는 제거 수준이나 수명이 필요합니다. 가스 조성을 모르면 외기 흡입구나 실내에서 공기를 채취하는 것이 첫 단계이며, 반응성 시편으로 공기의 부식성을 저렴하게 파악할 수 있습니다.

설치한 케미컬 필터는 하류 공기 측정, 시편 노출, 여재 시료의 잔존 용량 분석으로 점검합니다. 입자 필터와 달리 압력손실로는 거의 예고하지 않습니다. 여재는 저항이 변하기 훨씬 전에 소진될 수 있기 때문입니다.

자주 묻는 질문

HEPA 필터로 냄새가 안 없어지는 이유는?

HEPA 필터는 입자를 잡습니다. 냄새 같은 기체는 분자라서 통과하므로 활성탄이나 케미컬 여재가 필요합니다.

케미컬 여재는 얼마나 쓰나요?

오염 부하에 따라 다릅니다. 농도, 풍량, 조건으로 추정한 뒤 출구 공기 모니터링이나 여재 시료 시험으로 확인합니다.

케미컬 필터는 어디에 설치하나요?

보통 외기 처리기와, 민감한 공정 구역에 공급하는 순환이나 FFU 경로에 설치하며, 입자 프리필터 하류입니다.

압력손실로 케미컬 여재 교체 시기를 알 수 있나요?

아닙니다. 케미컬 여재는 압력손실이 거의 변하지 않은 채 소진될 수 있습니다. 하류 모니터링, 시편, 여재 시험을 쓰십시오.

참고 문헌

  1. ISO 14644-8:2022. Cleanrooms and associated controlled environments. Part 8: Assessment of air cleanliness for chemical concentration (ACC). iso.org/standard/76890.html
  2. SEMI F21. Classification of Airborne Molecular Contaminant Levels in Clean Environments. SEMI.
  3. ANSI/ISA-71.04-2013. Environmental Conditions for Process Measurement and Control Systems: Airborne Contaminants. International Society of Automation.
  4. MacDonald, S. A., et al. Airborne chemical contamination of a chemically amplified resist. Proceedings of SPIE 1466, Advances in Resist Technology and Processing VIII (1991).
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