Special(1) 소재 자립화를 위한 세라믹 소재혁신 선도 프로젝트

반도체/전자산업용 극한환경 반응형 필터 핵심소재 개발

조소혜_한국과학기술연구원 물질구조제어연구센터 센터장
송인혁_한국재료연구원 분말/세라믹 연구본부 책임연구원
장봉준_한국화학연구원 계면재료화학공정연구센터 책임연구원
최재우_한국과학기술연구원 물자원순환연구센터 책임연구원
조계용_부경대학교 신소재공학과 조교수

1. 서론

반도체를 비롯한 전자산업은 우리나라의 기반 산업으로 아주 작은 크기의 먼지 하나로도 오류를 일으킬 수 있기에 다량의 물을 사용하는 세정 공정을 통해 공정 불량을 줄이는 과정이 필요하다. 이후 생성되는 폐수는 정화 시설을 거쳐 강이나 저수지와 같은 국민 건강에 직접적으로 연관된 곳으로 방류가 되거나 사업장 내 정화 시설을 거쳐 재활용되고 있다. 하지만 높아지는 환경 기준과 재이용수의 높은 수질에 대한 요구로 인해 고도화된 폐수처리 기술개발은 매우 중요한 과제이다.

그림  1. 반도체 폐수처리 방법

  반도체/전자산업 배출 폐수는 반도체 제조 공정 중 특히 식각공정(HF etching, 및 chemical mechanical polishing (CMP) 등 포함)에서 대부분 발생하므로 폐수 내에 산, 산화제, 구리이온, 산화물 입자, 불소, 유기용제 등 매우 다양한 물질이 포함되어 있다. 현재의 폐수처리에 사용되는 기술은 생물학적 방법, 화학적 방법, 물리적 공정, 고도산화공정 등이 있다.
- 생물학적: 기존 반도체 폐수처리에 주로 사용되는 공정이나, 반도체 폐수 내에 독성 물질들의 함량이 높아서 이에 따른 미생물 활성 저해가 큰 문제점임. 또한 효율적으로 질소를 제거하기 위해 외부에서 탄소원을 주입하는 공정이 필요하고 이에 따라 큰 비용이 발생함
- 화학적 공정: 반도체 폐수를 처리하는 화학적 공정 중 하나인 스트루브산 침전법은 암모니아성 질소와 인산 성분 등 다양한 폐수 내 영양성분을 제거하기 위해 투입하는 화학 약품에 의한 비용이 큼. 반도체 폐수에 다량 함유된 불소 이온, 유기 물질과 부식 물질이 역시 스트루브산 침전형성에 방해가 됨
- 물리적 공정: 분리막을 이용하여 고압 조건에서 거름(sieving)하는 공정으로, 운전 비용 및 에너지 소비가 높고 주기적으로 분리막을 교체해 주어야 하는 불편함이 있음
- 고도산화공정: 고도산화공정 (Advanced Oxidation Process, AOP)은 강한 산화제인 OH 라디칼을 형성하여 미생물에 의해 분해되기 힘든 유기 오염물질을 분해하는 데 사용됨 

이 중 분리막을 이용하는 물리적 공정은 응집과 침전에 기반한 화학적 방법, 미생물을 이용한 생물학적 방법보다 수질개선 효과가 높고, 약품 사용이 배제된 친환경 공정으로, 분리막을 이용한 친환경적 처리공정이 차세대 수처리 기술로 대두되고 있고 (그림 2), 이를 위해 기존 필터의 성능을 뛰어넘는 고내구성 소재 기반의 필터개발이 요구되는 실정이다.

그림 4. 스미토모의 MF 분리막(SPMW-05B6. 중공사 PTFE막, pore size 0.2 ㎛)

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