혹시 반도체 스크러버라고 들어보셨나요?
스크러버(Scrubber)란 반도체 제조 공정 중 발생하는 유해 가스를 정화하는 장치를 말합니다.
ESG 경영을 위해 환경 보호와 공정 안정성이 중요해지자 각 기업에서 필수적으로 요구되어지고 있습니다.
따라서 오늘 글에서는 스크러버의 핵심 작동 원리 5가지를 알아보겠습니다.
각각의 원리를 중심으로 그 역할과 기술적 메커니즘 또한 알아보도록 하겠습니다.
반도체 공정과 스크러버의 관계
반도체 제조는 화학물질과 고온, 고진공 환경이 반복되는 극도로 복잡한 과정입니다.
특히 식각(Etching)이나 화학기상증착(CVD) 공정에서는 실리콘 웨이퍼 위에 원하는 회로 패턴을 만들기 위해 다양한 반응 가스를 사용합니다.
이때 해당 과정에서 다량의 부산물과 유해 가스가 발생합니다.
이러한 유해 가스를 정화하지 않고 외부로 배출하면 어떻게 될까요?
당연히 환경 오염은 물론, 생산 시설 내부의 안전성도 크게 위협받게 될 것입니다.
따라서 각종 반응 후 배출되는 가스를 처리해야 합니다.
이 과정에서 스크러버(Scrubber)가 사용됩니다.
스크러버는 공정의 신뢰성과 지속가능성을 확보하기 위한 핵심 장비입니다.
1. 흡수(Absorption) 원리
스크러버의 가장 기본적인 원리는 ‘흡수’입니다.
흡수식 스크러버는 유해 가스를 액체 상태의 흡수제에 접촉시킵니다.
이때 해당 가스의 화학 반응을 유도하거나 용해하여 제거합니다.
대표적으로 염산(HCl) 가스를 수용액에 흡수시키는 방식이 있습니다.
흡수의 원리를 적용한 과정은 다음과 같습니다.
먼저 유해 가스가 흡수탑 내로 들어옵니다.
그럼 위에서 아래로 떨어지는 흡수액과 접촉하게 됩니다.
접촉 면적을 넓히기 위해 충진물(packing)이 삽입되어 있는데요.
이러한 충진물과 물리적 용해 또는 화학 반응을 통해 가스가 제거되는 것입니다.
흡수 원리는 구조가 단순하고, 액체 처리의 용이성 덕분에 널리 쓰이고 있습니다.
하지만 반응성 가스에 따라 흡수액의 종류와 교체 주기를 신중히 고려해야만 합니다.
2. 흡착(Adsorption) 원리
흡착식 스크러버는 고체 흡착제를 통해 유해 가스를 제거합니다.
주로 활성탄이나 금속산화물 계열의 흡착제를 이용합니다.
기체 분자를 표면에 붙여 제거하는 방식입니다.
흡착 방식의 특징은 낮은 온도에서도 높은 제거 효율을 보인다는 것입니다.
이는 유기화합물이나 HF와 같은 특정 가스에 효과적입니다.
단, 흡착제 포화 시 재생 또는 교체가 필요합니다.
흡착 방식은 응답 속도가 빠르고 설치가 간편하다는 장점이 있습니다.
그러나 특정 가스에 대한 선택성이 높고, 관리 비용이 비교적 발생한다는 단점도 있습니다.
3. 연소(Thermal Oxidation) 원리
고온 산화란 유기물 혹은 일부 가연성 가스를 700~1,000℃ 이상의 고온에서 연소시켜 이산화탄소(CO₂)와 수증기(H₂O)로 변환하는 방식입니다.
대표적인 예시로 실란(SiH₄), 아세틸렌(C₂H₂) 등과 같은 가연성 또는 폭발성 가스에 사용합니다.
포토레지스트 화학물을 이용하기도 합니다.
이 방식은 제거 효율이 매우 높고, 폐기물 잔여물이 적습니다.
하지만 고온을 유지하기 위한 에너지 비용과 열 관리가 필수적으로 요구됩니다.
그리고 발화 위험성을 고려한 안정성 설계 또한 신중히 이루어져야 합니다.
4. 플라즈마 분해(Plasma Decomposition)
2025년, 최근 각광받는 기술 중 하나입니다.
플라즈마 상태의 고에너지 전자를 이용하여 유해 가스를 분해하는 원리입니다.
저온에서도 작동이 가능하며 짧은 반응 시간을 갖는다는 것이 큰 특징입니다.
특히 NOx, VOCs, PFCs 등의 제거에 효과적이라는 점이 밝혀졌습니다.
플라즈마가 공기 중의 기체를 이온화하여 높은 반응성을 유도하는 원리를 이용한 방식입니다.
이러한 방식을 활용하면 난분해성 가스나 지구온난화지수(GWP)가 높은 가스의 처리도 가능할 것으로 예상하고 있습니다.
5. 세정(Wet Cleaning)과 건식 처리(Dry Scrubbing)의 하이브리드 원리
2025년, 현대의 반도체 스크러버는 앞서 소개한 위의 여러 원리를 통합해 사용하는 하이브리드 시스템으로 발전하고 있습니다.
대표적으로 건식 흡착을 진행한 후, 습식 세정을 통해 2중 안전망을 구축하는 방식이 있습니다.
전단에서 고온 연소나 플라즈마를 분해한 뒤, 후단에서 흡수탑을 통해 이차 세정을 하는 것입니다.
이러한 필터링 과정을 거친 후, 대기로 배출하게 됩니다.
소개한 복합적인 원리를 사용하면, 처리 효율을 극대화할 수 있습니다.
또한 다양한 종류의 유해 가스에 적절하게 대응할 수 있다는 점도 장점으로 손꼽힙니다.
결론
이제 반도체 스크러버는 단순한 폐가스 처리 장비가 아닙니다.
단순 장비를 넘어, 공정의 지속가능성과 산업 안전을 결정짓는 핵심 설비입니다.
오늘날 사용되는 스크러버는 흡수, 흡착, 연소, 플라즈마 분해, 그리고 하이브리드 처리를 통해 점점 더 정교하고 고효율적인 방향으로 진화하고 있습니다.
특히 최근에는 ESG 경영이 강화되는 흐름 속입니다.
그 시류 속에서 스크러버 기술은 친환경 반도체 생산의 필수 요건입니다.
나아가 반도체 산업의 경쟁력으로도 부각되고 있습니다.
앞으로는 더 스마트하고 자동화된 스크러버 시스템이 등장할 것입니다.
현재 시스템에 더불어 자가 진단과 유지보수 기능까지 탑재할 것으로 기대하고 있습니다.
이제 반도체 산업에 있어 스크러버의 중요성은 단순한 ‘공정 부속’이 아니라, 전체 공정의 품질과 안전을 책임지는 ‘숨은 엔지니어’라 할 수 있습니다.
오늘 글은 여기까지입니다.
감사합니다.