이 가스, 물로는 안 씻긴다

칩 회로를 깎는 식각 공정에 쓰는 사불화탄소(CF4)는 대기에서 5만 년을 버티고, 물에는 거의 녹지 않습니다. 그래서 장비 옆 스크러버는 먼저 1,600℃가 넘는 불꽃으로 이 가스를 쪼갠 뒤, 물에 잘 녹는 불산으로 바꿔 물로 씻어 냅니다.

• 5만 년을 버티는 이 가스, 물로는 안 씻깁니다(사불화탄소 대기 수명 5만 년)
• 그런데 이 가스를 씻는 장치 안엔, 불꽃이 타고 있습니다
• 식각 장비는 사불화탄소를 쪼개 쓰지만, 열에 일곱은 그대로 나옵니다(기본값 73%)
• 빠져나온 가스는 펌프를 지나, 장비 옆 스크러버로 들어갑니다
• 먼저 불꽃 속으로. 1,600℃가 넘어야 탄소와 불소가 떨어집니다
• 떨어진 불소는 수증기와 만나 불산이 되고, 탄소는 이산화탄소가 됩니다
• 앞 편의 불붙는 가스 실레인도, 여기서 타서 고운 가루가 됩니다
• 불산은 사불화탄소와 달리, 물에 얼마든지 녹습니다
• 그래서 마지막은 물줄기. 물이 불산과 가루를 붙잡아 아래로 끌어내립니다
• 그래도 사불화탄소는 끈질겨서, 평균 열에 하나는 끝까지 빠져나갑니다(기본 분해·제거 효율 89%)
• 폰 칩을 깎는 장비 옆에선, 이렇게 불과 물이 함께 일합니다

사불화탄소(CF4)

탄소 하나에 불소 넷이 붙은 기체입니다. 식각 공정에서 플라즈마로 쪼개 불소를 얻어 쓰고, 다른 불소 가스로 식각·세정할 때 부산물로도 생깁니다. 대기 수명 5만 년, 100년 지구온난화지수 7,380(IPCC 6차 평가)이고 물에는 1리터에 약 19mg만 녹습니다.

열에 일곱(73%)

IPCC 2019 개정 지침이 반도체 공정에서 넣은 사불화탄소 중 쪼개지지 않고 남는 비율로 주는 기본값(1−U = 0.73)입니다. 공정·장비마다 실제 값은 다릅니다.

스크러버(배기가스 저감 장치)

장비 배기 바로 옆(사용 지점, POU)에 붙여 진공 펌프에서 나온 가스를 처리합니다. 연소형·플라즈마형·전기가열형·촉매형 등이 있고, 영상은 천연가스나 수소 불꽃으로 태운 뒤 물로 씻는 연소형 습식(burn-wet)을 보여 줍니다. 펌프 앞에 다는 방식도 있습니다.

1,600℃

한 특허는 과불화 화합물이 1,600℃가 넘는 온도에서 분해된다고 적습니다. 그래서 일반 연소보다 높은 온도의 불꽃이나 플라즈마를 씁니다.

불산(HF, 불화수소)

쪼개진 불소가 수증기의 수소와 만나 생깁니다. 물과 어떤 비율로도 섞이므로 물 분사로 씻어 낼 수 있고, 씻은 물은 따로 불소를 처리합니다.

실리카 가루

실레인(SiH4)이 타면 이산화규소(SiO2) 고체 입자가 됩니다(SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2H2O). 습식 탑의 물이 이 가루를 붙잡아 탱크로 보냅니다.

분해·제거 효율(DRE)

저감 장치에 들어간 양 중 없앤 비율입니다. IPCC 기본값은 사불화탄소 0.89, 육불화에탄 0.98, 삼불화질소 0.95, 육불화황 0.96입니다.