초순수

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1. 개요

초순수는 19세기 후반 물의 전기 전도도 연구에서 시작되어, 반도체, 제약, 발전소 등 다양한 산업 분야에서 사용되는 고도로 정제된 물이다. 주요 지표로는 전기저항률, 총유기탄소, 미립자 수 등이 있으며, 용도에 따라 요구되는 순도 기준이 다르다. 초순수는 플랜트 또는 소형 정제 장치를 통해 제조되며, 오염원 관리와 분석 방법을 통해 품질을 유지한다. 특히 반도체 산업에서는 웨이퍼 세척 등에 필수적으로 사용되며, 재활용을 통해 물 사용량을 줄이려는 노력이 이루어지고 있다. 제약 산업에서는 의약품 제조에 사용되며, 엄격한 품질 기준에 따라 검증된다. 초순수 운송에는 고성능 폴리머 파이프가 주로 사용된다.

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초순수
기본 정보
초순수 제조 과정
정의
정의	극도로 정제된 물
다른 이름	고순도 물, HPW
품질 기준
품질 기준	매우 엄격하고 상세함
일반적인 물과 비교	일반적인 물보다 훨씬 높은 수준의 순도 요구
오염 물질 기준	매우 낮은 수준의 불순물, 유기물, 무기물, 이온, 미생물 허용
측정 지표	전기 전도도 또는 저항 총 유기 탄소 (TOC) 입자 크기 및 개수 박테리아 및 미생물
응용 분야
응용 분야	반도체 제조 제약 산업 발전소 특수 실험실 광학 레이저 응용 식품 산업 음료 산업 생명 공학 환경 모니터링
반도체 산업	반도체 웨이퍼 세척 생산 공정의 중요한 부분
제약 산업	주사제 제조 정제 공정
제조 공정
일반적인 제조 공정	다단계 정제 시스템 사용 여과 이온 교환 역삼투 자외선 소독
여과	미세 입자 제거
이온 교환	이온 제거
역삼투	분자 수준 불순물 제거
자외선 소독	미생물 제거
추가 정보
보관	제조 후 특별한 주의 필요 매우 순수한 상태 유지 중요 오염 방지
보관 용기	특수 용기 사용 비활성 재료 사용
품질 관리	지속적인 품질 관리 필요 실시간 모니터링
일본의 초순수
일본의 초순수	반도체 산업에서 높은 기준 요구
일본 초순수 제조 기술	세계적으로 선도적 위치
기타
참고	고순도 물 참조

2. 역사

물리학자 프리드리히 콜라우슈(Friedrich Kohlrausch)는 1870년대에 과학사상 처음으로 극도로 순수한 물을 얻으려는 시도를 했다.^[46] 그는 질소 가스와 석영 기구를 사용한 특수 증류 장치로 물을 42회 증류하여 전기 전도도가 0.03μS/cm (18°C 기준, 현재 이론값은 약 0.055μS/cm)인 정제수를 얻었다. 이 실험을 통해 물이 비전해질이 아니며 약간 해리(解離)한다는 사실이 증명되었고, 물의 이온곱을 구하는 데 중요한 기여를 했다.

20세기에 들어 이온 교환 수지가 등장하면서 물에서 전해질을 쉽게 제거할 수 있게 되었고, 물 정제 비용이 획기적으로 낮아졌다. 이후 물의 품질이 중요한 여러 분야에서 순수 및 초순수가 활용되기 시작했다. '초순수'라는 용어는 1950년대에 이미 사용되었지만^[45], 당시의 순도는 현재 수준에 훨씬 미치지 못했다. 특히 비전해질(세균, 유기물, 콜로이드, 규산 등)은 제거와 측정이 모두 어려웠다. 산업 기술이 고도화됨에 따라 '더 불순물이 적은 물'에 대한 요구는 계속 강해졌고, 이에 부응하기 위해 불순물 제거 기술도 발전했다. 즉, 초순수의 역사는 불순물 제거 및 관리 기술의 역사이기도 하다.

초순수의 초기 용도는 다양했다. 1966년 문헌^[45]에 따르면 전자공업, 관류 보일러의 복수 처리, 원자력발전, 합성 섬유 공업, 유기·무기 약품 공업, 제약 공업, 사진 공업 등 여러 산업 분야에서 사용되었다.

1960년대에는 트랜지스터와 브라운관 제조 공정에서 세척용으로 고순도 물이 널리 사용되었다. 그러나 집적회로(IC)가 등장하면서 미립자 등 비저항률만으로는 평가할 수 없는 불순물이 수율 저하의 원인이 되었다.^[47] 1970년대 LSI(고밀도 집적회로) 제조 공정에서는 유기 용매 세척 방식으로 전환되면서 반도체 산업에서 초순수의 중요성이 일시적으로 감소했다.

하지만 1980년대에 유기 용매가 토양 오염과 지하수 오염의 원인으로 지목되면서 환경 문제가 부각되었고, 그 대체재로서 초순수의 수요가 다시 증가했다. 화력 발전소나 원자력 산업의 수요에 맞춰 초순수 제조 기술은 발전했지만, 미세한 집적회로 패턴 세척에는 물의 높은 표면 장력 극복 등 여러 기술적 과제가 있었다. 반도체 소자의 성능 향상과 미세화 추세에 따라 초순수의 불순물을 줄이고 세척 효과를 높이기 위한 연구 개발이 지속되었다.

1990년대 이후 반도체의 집적도 증가와 가격 경쟁 심화는 더 높은 순도의 초순수를 더 낮은 비용으로 생산해야 하는 과제를 안겨주었다. 2000년대 이후에는 바이오 기술 분야에서도 무균 상태의 물을 얻을 수 있다는 장점으로 초순수 활용이 늘어났으며, 연구실 규모의 소형 초순수 제조 장치들이 등장했다. 막 여과 기술의 발달과 보급은 초순수의 활용 분야를 더욱 넓히고 있다.

초순수는 매우 높은 수질을 의미하지만, 명확한 정의나 통일된 규격은 없으며 사용 목적에 따른 수요자의 요구 수준을 충족하는 것이 중요하다. 따라서 같은 '초순수'라도 요구되는 등급은 다양하며, 제조 비용은 다른 용수에 비해 높은 경향이 있다. 연구 개발과 제조 현장을 포함하여 요구 수준은 해마다 고도화되고 있다.

2. 1. 한국의 초순수 기술 개발 노력

1960년대 트랜지스터와 브라운관 제조 공정에서는 세척용으로 탈이온 및 정밀 여과를 거친 고순도 물이 널리 사용되었다. 하지만 집적회로(IC)가 등장하면서 비저항률만으로는 평가할 수 없는 미세 입자 등의 불순물이 제품 수율을 떨어뜨리는 문제가 부각되었다.^[47] 1970년대에는 LSI(고밀도 집적회로) 제조 공정에서 세척 방식이 트리클로로에틸렌, 트리클로로에탄과 같은 유기 용매 사용으로 바뀌면서 반도체 산업에서 초순수의 중요성이 일시적으로 감소하기도 했다.

그러나 1980년대 들어 이러한 유기 용매가 토양 오염, 지하수 오염의 주요 원인으로 지목되면서 환경 문제에 대한 우려가 커졌고, 그 대체재로서 초순수의 수요가 다시 증가하게 되었다. 화력 발전소나 원자력 산업의 수요에 맞춰 초순수 제조 기술 자체는 발전했지만, 미세한 집적회로 패턴을 세척하는 데에는 여러 기술적 과제가 남아 있었다. 예를 들어, 물은 유기 용매보다 표면 장력이 훨씬 크기 때문에 이를 극복해야 했다. (세척 시 웨이퍼를 고속으로 회전시키는 이유 중 하나이다.)

세척용 물에 극미량의 불순물이라도 남아 있으면 회로 패턴을 단락시키거나 반도체의 조성을 교란하는 등 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서 오늘날까지 반도체 소자의 성능 향상과 회로 패턴의 미세화 추세에 발맞춰, 초순수에서 불순물을 더욱 줄이고 세척 효과를 높이기 위한 연구 개발이 끊임없이 이루어지고 있다.

1990년대 이후 반도체의 집적도는 지속적으로 높아졌지만, 동시에 가격 경쟁이 심화되면서 높은 수율을 확보하는 것이 더욱 중요해졌다. 이는 소자 자체가 커지고 여러 층으로 쌓이는 다층화 경향과 패턴 선폭이 계속 줄어드는 미세화 추세 속에서, 아주 작은 미립자 하나가 더 큰 손실을 유발할 수 있음을 의미했다. 따라서 극도로 낮은 비용으로 초순수를 생산하면서도 미립자 제어 수준은 더욱 높여야 하는 어려운 과제에 직면하게 되었다.

2000년대 이후에는 건열 멸균 없이도 무균 상태의 물을 얻을 수 있다는 장점 때문에 바이오 기술 분야에서도 초순수 활용이 늘어났다. 이에 따라 연구실 규모에서 소량의 신선한 초순수를 즉석에서 제조할 수 있는 소형 장비들이 시장에 등장했다. 현재는 막 여과 기술의 발달과 보급으로 초순수의 활용 분야가 더욱 넓어지고 있다.

2010년대 초반 기술 수준을 기준으로, 최첨단 설비에서 생산되는 초순수에 포함된 불순물의 양은 0.001μg/L (1L당 10억 분의 1그램) 정도로 극히 미미하다. 이는 서울 잠실 야구장(약 124만 세제곱미터) 전체 부피에 콩알 하나 정도가 섞여 있는 것에 비유할 수 있다.

3. 지표

초순수의 등급을 나타내는 지표는 여러 가지가 있지만, 명확한 정의나 국가·국제 규격과 같은 통일된 기준은 없다. 사용 목적에 따른 수요자의 요구 수준을 충족해야 하므로, 같은 ‘초순수’라도 등급이 다양하다.^[45] 초순수의 제조·관리·이용 목적이 주로 산업용에 한정되어, 특정 산업 분야에서 중요시되는 지표가 다른 분야에서는 중요하지 않을 수 있어 공통 기준의 필요성이 적었다. 실제로 같은 공장 내에서도 생산 라인에 따라 관리 지표 항목이나 기준값이 다른 경우가 많다.

수질 관리 지표로는 일반적으로 다음과 같은 것들이 이용되며, 이 외에도 용도에 따라 다양한 지표가 활용된다. 하위 섹션 #한국산업규격(KS)과의 관계에서 관련 한국산업규격(KS) 시험 방법을 확인할 수 있다.

전기저항률(비저항, 단위: MΩ·cm) / 전기전도율(도전율, 단위: μS/cm): 가장 일반적인 지표로, 물속 이온 농도를 나타낸다. 순수한 물은 이온이 거의 없어 전기가 잘 통하지 않으므로 저항률이 높고 전도율은 낮다. 25°C에서 이론적인 순수 물의 전기저항률은 18.18 MΩ·cm, 전기전도율은 0.05501 μS/cm이다.^[27]^[28] 일반적으로 17 MΩ·cm 이상(0.058 μS/cm 이하)이면 초순수로 간주되지만, 반도체 공장에서는 18 MΩ·cm 이상을 요구하는 경우가 많다. 아주 적은 양의 염화 나트륨(NaCl)만으로도 저항률은 크게 낮아지고 전도율은 높아진다.^[27]^[28] 대기 중 이산화탄소(CO₂)가 녹아 들어가 탄산을 형성하면 전도성이 생기므로, 측정 시 오염에 주의해야 하며 보통 배관에 직접 센서를 설치하여 실시간으로 모니터링한다. 온도 변화에 따른 영향이 크기 때문에 온도 보정이 필수적이다.

총유기탄소(TOC, 단위: μg/L 또는 mg/L): 물속에 포함된 유기물의 총량을 탄소의 양으로 나타내는 지표이다. 물 속 유기물을 이산화탄소(CO₂)로 산화시킨 후, 생성된 CO₂ 양을 측정하여 계산한다.^[33] 반도체 공정 등에서는 10 μg/L 미만을 요구하기도 하며, 제약 분야의 주사용수 기준으로는 0.5 mg/L 미만으로 관리된다.^[14]^[15]

미립자 수(단위: 개/L): 물속에 떠다니는 작은 입자(미립자)의 개수를 측정하는 지표이다. 반도체 제조 공정에서는 웨이퍼 위의 미세 회로 사이에 입자가 끼어 단락(쇼트)을 일으키면 불량(수율 손실)의 원인이 되므로 매우 중요하게 관리된다. 레이저 빛을 쏘아 산란되는 빛을 감지하는 입자 계수기(Laser Particle Counter, LPC)가 주로 사용되지만, 회로 선폭이 나노미터(nm) 수준으로 미세화되면서 새로운 측정 기술(예: NDLS)의 필요성이 커지고 있다. 초고집적 기억 소자 제조 라인에서는 1리터당 1개 미만을 목표로 관리하기도 한다.

생균수(단위: 개/L 또는 CFU/100 mL): 살아있는 세균(박테리아)이나 배양 시 발아할 수 있는 포자의 수를 나타낸다. 일부 세균은 영양분이 거의 없는 초순수 배관 내에서도 증식하여 바이오필름을 형성할 수 있다. 이 바이오필름은 미립자 발생원이 되거나 떨어져 나와 설비 고장을 일으킬 수 있어, 미립자 관리 못지않게 중요하다. 반도체 분야에서는 1 mL당 10개 미만 유지를 목표로 하며, 제약 분야 주사용수 기준으로는 100 mL당 10 CFU 미만으로 관리된다.^[14]^[15] 과산화수소 등으로 정기적인 멸균 세척을 하지만, 배관 재질(예: PVC)의 손상을 유발할 수도 있어 관리가 까다롭다. 배양 시간이 필요하여 즉각적인 확인이 어렵고 비용도 높아, 일상 관리는 미립자 수 측정으로 대체하는 경우가 많다.

온도(단위: ℃): 온도 변화가 크면 설비 자재의 팽창·수축이나 초순수 자체의 부피 변화로 인해 사용량 측정 오차나 배관 연결부 누수, 오염 등을 유발할 수 있으므로 일정하게 유지하는 것이 중요하다.

용존산소(DO, 단위: μg/L 또는 ppb): 물속에 녹아있는 산소의 양이다. 첨단 마이크로전자 제조 공정에서는 웨이퍼 표면의 불필요한 산화를 막기 위해 10 ppb 이하로 엄격하게 관리한다. 발전소에서는 부식을 최소화하기 위해 관리하며, 사용되는 금속 재질(구리 합금, 철 합금)에 따라 요구되는 농도가 다르다. 전기화학적 방법이나 광학 형광을 이용해 측정한다.^[30]

실리카(SiO₂, 단위: μg/L ~ ng/L): 규산염 형태(이온상 또는 콜로이드상)로 존재하는 불순물이다. 규소(실리콘) 기반의 반도체 제조에 특히 해로우며, ppb 이하 수준으로 관리해야 한다. 증기 발전에서는 보일러나 터빈 날개에 침전되어 열효율이나 공기역학적 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 실리카는 음이온 교환 수지의 성능 저하를 나타내는 초기 지표로 사용되기도 한다. 전기를 띠지 않아 전도율 측정으로는 검출되지 않으며, 비색 분석법으로 측정한다.^[31]

양이온, 음이온(단위: μg/L ~ ng/L): 특정 이온의 농도를 측정한다. 이온 교환 수지에서 유래하는 나트륨(Na⁺) 이온이 가장 검출되기 쉬워 표준적인 지표로 사용된다. 알칼리 토금속 이온이나 염화물 이온(Cl⁻) 등 다른 이온들도 오염원으로 간주되지만, 보통 나트륨 농도보다 낮아 나트륨 측정으로 대체하는 경우가 많다. 이온들의 비율 분석은 오염원 추적에 활용될 수 있다.

중금속(단위: μg/L ~ ng/L): 필요에 따라 관리되는 지표이다.

특정 원소나 이온, 분자(단위: μg/L ~ ng/L): 특정 공정이나 용도에 따라 필요한 경우 정기적으로 평가하거나 상시 감시한다.

의료 및 바이오테크놀로지 분야에서는 무균 상태 유지가 매우 중요하므로 생균수와 미립자 수 외에 다음과 같은 지표들이 추가로 관리된다.

파이로젠(Pyrogen): 내독소(Endotoxin) 또는 발열 물질이라고도 불리며, 체내 주입 시 발열 반응을 일으킬 수 있는 물질이다. 의약품 제조용수 관리의 기본 지표이다.
엔도톡신(Endotoxin, 단위: EU/mL 또는 IU/mL): 그람 음성균의 세포벽 성분으로, 파이로젠의 일종이다. 매우 흔하게 존재하며, 약전에 규정된 방법으로 측정하여 관리한다. 주사용수 기준은 보통 0.25 EU/mL 또는 IU/mL 미만이다.^[14]^[15]^[17]
RNase, DNase: RNA와 DNA를 분해하는 효소이다. 유전공학 실험 등에서는 이들 효소가 없는 물이 필수적이며, 디에틸피로카보네이트(DEPC) 처리수를 대체할 수 있다.
DNA: 유전자 분석 등 특정 실험에서는 외부 DNA 오염이 없어야 하므로 관리 지표가 될 수 있다. 자외선(UV) 조사나 특정 크기 이상의 분자를 걸러내는 막 여과를 통해 제거한다.

3. 1. 한국산업규격(KS)과의 관계

초순수의 품질을 평가하는 다양한 지표들의 시험 방법은 한국산업규격(KS)에 규정되어 있다. 주요 지표와 관련 KS 규격은 다음과 같다.

지표	설명	관련 KS 규격
전기저항률(비저항), 전기전도율(도전율)	물속에 녹아있는 전해질의 농도를 나타내는 가장 일반적인 지표이다.^[48]	KS M ISO 3696
총유기탄소(TOC)	물속에 포함된 유기물의 총량을 나타내는 표준적인 지표이다.	KS M ISO 8245
미립자 수	물속의 이물질 개수를 측정하는 지표로, 반도체 제조 등에서 중요하게 관리된다.	KS M ISO 4407
생균수	살아있는 세균이나 배양 시 발아하는 포자의 수를 측정한다.	KS M ISO 6222
실리카	규산염 형태로 존재하는 불순물로, 특히 반도체 산업에서 중요하게 관리된다.	KS M ISO 9297
양이온, 음이온	특정 이온의 농도를 측정하며, 오염원 추적 등에 활용된다.	KS M ISO 7887

이 외에도 용도에 따라 다양한 지표와 관련 시험 방법이 한국산업규격에 정의되어 있으며, 이는 한국 내 초순수 품질 관리의 중요한 기준으로 활용된다.

4. 제조 방법

초순수(超純水)는 매우 높은 수준의 수질을 가진 물을 의미하지만, 명확한 정의나 통일된 규격은 없으며 사용 목적에 따른 수요자의 요구 수준을 충족해야 한다. 따라서 같은 ‘초순수’라도 등급이 다양하며, 제조 비용은 다른 용수에 비해 높은 경향이 있다. 연구 개발 및 제조 현장에서 요구되는 순도 수준은 해마다 높아지고 있다.

초순수의 역사는 불순물 제거 및 관리 기술의 역사와 같다. 1870년대 프리드리히 콜라우슈(Friedrich Kohlrausch)가 과학사상 최초로 극도로 순수한 물을 얻으려 시도한^[46] 이래, 20세기에 등장한 이온 교환 수지는 전해질 제거를 용이하게 하여 정제 비용을 획기적으로 낮추었고, 다양한 산업 분야에서 순수 및 초순수 활용이 시작되었다. 1960년대에는 전자공업, 특히 트랜지스터나 브라운관 제조 공정의 세척용으로 널리 사용되었으나, 1970년대 LSI 제조 공정에서는 유기 용매 사용이 늘면서 초순수의 중요성이 잠시 감소하기도 했다. 그러나 1980년대 토양 오염 및 지하수 오염 문제로 유기 용매 사용이 제한되면서 다시 초순수의 수요가 증가했다.^[47]

일반적인 초순수 제조 공정은 원수(예: 증류수 또는 역삼투 처리수)를 이용하여 여러 단계의 정제 과정을 거친다. 주요 공정으로는 부유물 제거를 위한 여과, 용존 이온 제거를 위한 이온 교환, 유기물 제거를 위한 자외선(UV) 산화 또는 활성탄 흡착, 용존 기체 제거를 위한 탈기, 미립자 및 미생물 제거를 위한 한외여과(UF) 등이 조합되어 사용된다.^[49] 이러한 공정들은 주로 대규모 플랜트 설비(하위 섹션 '플랜트' 참고)에서 이루어지며, 요구되는 순도 수준에 따라 공정 구성이 달라진다.

특히 반도체 산업은 초순수 기술 발전을 이끌어 온 핵심 분야이다. 집적회로 패턴이 미세화됨에 따라 극미량의 불순물(입자, 금속 이온, 유기물 등)도 반도체 소자의 성능과 수율에 치명적인 영향을 미치기 때문에^[4], 매우 엄격한 수질 관리가 요구된다. 2010년대 전반의 기술 수준에서는 최첨단 설비로 제조되는 초순수에 포함된 불순물의 양이 0.001μg/L(1 리터 중 10억 분의 1 그램) 수준에 달하기도 한다.

최근에는 비용 절감과 환경 보호에 대한 관심이 높아지면서 사용된 초순수나 정제 과정에서 발생하는 농축수를 회수하여 재활용하는 기술이 중요해지고 있다. 대규모 공장에서는 폐수 배출을 최소화하는 제로 에미션(Zero Emission) 시스템을 도입하는 사례가 늘고 있으며, 이는 자원을 효율적으로 사용하고 환경 부담을 줄이는 지속 가능한 산업 발전을 위한 긍정적인 노력으로 평가받는다.

한편, 연구실 등 소규모 사용 환경에서는 필요할 때마다 간편하게 초순수를 제조할 수 있는 카트리지 교체 방식의 소형 정제 장치(하위 섹션 '소형 정제 장치' 참고)도 널리 사용된다.^[49]

4. 1. 플랜트

반도체 소자나 액정 패널 등을 생산하는 대규모 공장에서는 초순수를 안정적으로 대량 공급하기 위해 여러 단위 장치를 조합한 플랜트 설비를 운영한다. 초순수 제조 기술은 대규모 화력 발전소 및 원자력 산업의 수요에 맞춰 발전해 왔으며, 특히 반도체 산업에서는 회로 패턴의 미세화에 따라 요구되는 초순수의 품질 수준이 지속적으로 높아지고 있다.^[47]

일반적인 초순수 제조 플랜트의 공정은 다음과 같다.

1. 1차 순수 제조: 먼저 증류수 등을 원료로 사용하여 1차 순수를 만든다.

2. 탈산소: 1차 순수를 가열한 뒤 역삼투막을 통과시키거나, 진공탱크 또는 고순도 질소 가스를 이용하여 물속에 녹아있는 산소(용존 산소)를 0.1mg/L 수준까지 제거한다. 이는 초순수의 품질을 높이는 동시에, 산소를 필요로 하는 미생물(호기성균)의 증식을 억제하기 위함이다.

3. 냉각 및 유기물 분해: 열교환기를 이용해 물을 냉각시킨다. 이후 자외선(UV)이나 오존(O₃)을 이용하여 물속에 남아있는 미량의 유기물을 산화시켜 분해한다. 이 과정에서 유기산이나 탄산수소이온 등이 생성되어 일시적으로 물의 비저항률이 낮아진다. 참고로 열교환기는 구조상 오염원이 되기 쉬워 공정 앞단에 배치되지만, 이로 인해 온도 제어가 어려워지는 단점이 있다.

4. 이온 제거: 특수하게 정제된 혼상 이온교환수지(폴리셔(polisher) 또는 데미너(demineral)라고도 함)를 통과시켜 이온화된 유기물이나 각종 이온을 제거한다. 이 단계를 거치면 물의 비저항률이 다시 높아진다.

5. 최종 여과: 중공사막 형태의 한외여과막(UF)을 통과시켜 자외선으로 분해되지 않은 고분자 유기물, 미세 입자, 살아있는 균 등을 걸러낸다. 역삼투막(RO)은 필요한 압력을 만들기 위한 펌프 자체가 오염원이 될 수 있어 이 단계에서는 잘 사용되지 않는다. 이상적으로는 냉각용 열교환기로 보내는 펌프의 압력만으로 최종 사용 지점까지 물을 보낼 수 있도록 플랜트를 설계해야 한다.

사용 목적에 따라서는 극미량 남아있는 용존 산소나 질소까지 제거해야 하는 경우도 있다. 이때는 수소 가스를 불어넣은 후 팔라듐 촉매를 사용하거나, 역삼투막을 이용한 탈기막(Membrane Degasifier)을 사용하기도 하지만, 일반적으로 물속에 녹아있는 기체를 완전히 제거하는 것은 매우 어렵다.

이렇게 생산된 초순수는 총유기탄소(TOC) 측정기, 미립자 계측기 등으로 품질을 지속적으로 감시하며 사용 지점(유스포인트, Use Point)으로 보내진다. 최종 처리 단계에서는 사용 목적에 따라 특정 물질을 의도적으로 첨가하기도 한다. 예를 들어, 초순수는 전기 전도도가 매우 낮아 정전기가 발생하기 쉬운데, 이는 반도체 웨이퍼 등의 절연막을 파괴할 수 있다. 이를 방지하기 위해 고순도의 이산화탄소(CO₂)를 녹여 일부러 전도도를 약간 높이는 조치를 취하기도 한다. 이렇게 특정 기능을 부여한 물은 기능수로 분류될 수도 있다.

제조된 초순수는 매우 민감하여 공기 중에 노출되거나 배관, 탱크 등에 머무르게 되면 품질이 급격히 저하된다. 공기 중의 이산화탄소나 질소, 산소 등이 헨리의 법칙에 따라 녹아들어가고, 흐름이 멈춘 곳에서는 배관 재질에서 용출되는 미량의 불순물을 영양분 삼아 미생물이 증식할 수 있기 때문이다. 따라서 고순도가 요구되는 초순수는 항상 루프(Loop) 형태의 배관을 통해 순환시켜야 한다. 사용 지점을 거치고 남은 초순수(이차 순수)는 별도의 탱크에 모아 불순물 제거 처리 후 다시 순환시키거나 1차 순수와 합쳐 재처리한다. 사용 지점에서 초순수가 소모된 만큼 1차 순수를 시스템에 보충하는 방식으로 운영되며, 업계에서는 이 1차 순수 이후의 초순수 제조·공급 시스템을 이차 순수가 순환하는 것을 의미하는 '서브 시스템(Subsystem)'이라고 부르는 경우가 많다.

설비 유지보수 등을 위해 플랜트 가동을 멈췄다가 재가동할 때는 반드시 살균 세척 과정을 거쳐야 한다. 최근에는 주로 40°C 정도의 온수와 과산화수소를 이용한 살균법이 사용된다.

최근 대규모 반도체나 액정 공장에서는 비용 절감과 환경 보호를 위해 초순수 사용 과정에서 발생하는 폐수를 최소화하는 제로 에미션(Zero Emission) 시스템 도입이 확산되는 추세이다. 이는 사용 후 회수된 이차 순수뿐만 아니라, 원수(Raw Water)를 정제하는 과정에서 발생하는 농축수나 사용 지점에서 세척 등에 사용된 물까지 모두 회수하여 재활용하는 것을 목표로 한다.

4. 2. 소형 정제 장치

연구실 기구 세척 등 비교적 고순도가 요구되지 않는 용도에는 소형·탁상용 초순수 정제 장치가 널리 보급되어 있다.^[49] 이러한 소형 장치는 대부분 내부가 유닛화된 카트리지 형태로 되어 있어, 사용자가 직접 탈염장치 재생이나 막 세척을 할 필요 없이 카트리지 교체만으로 유지보수가 가능하다. 이는 사용자가 직접 유지보수를 할 경우 수질을 보장하기 어렵기 때문이며, 비용은 다소 높을 수 있지만 필요할 때 언제든지 신선한 초순수를 바로 얻을 수 있다는 편리함이 장점이다.

하지만 소형 장치를 사용할 때는 주의할 점도 있다. 장치 내 탱크에 초순수를 저장해 둘 경우, 사용자가 직접 수질 관리를 해야 한다. 초순수는 매우 불안정하여 공기 중의 이산화탄소나 미생물, 저장 용기 자체에서 나오는 미량의 물질 등에 쉽게 오염될 수 있다. 따라서 장시간 저장된 초순수는 수질이 저하될 수 있으므로^[49], 가급적 저장하지 않고 정제 후 바로 사용하는 것이 권장된다. 저장된 물을 사용하면 실험 결과에 예상치 못한 영향을 미칠 수 있다.

5. 용도

초순수는 특정 용도에 필요한 매우 높은 순도로 정제된 물을 의미하며, 다양한 산업 분야의 요구 품질 기준을 충족하기 위해 여러 단계의 처리 과정을 거친다. "초순수"라는 용어는 1970년대 후반과 1980년대 초반부터 특정 산업에서 요구하는 고순도 물을 지칭하기 위해 사용되기 시작했다.

주요 사용 산업 분야는 다음과 같다.

반도체 소자 및 액정 디스플레이 제조 공정: 웨이퍼나 기판 세척, 식각액 희석 등에 사용된다. 과거 토양 오염, 지하수 오염 문제로 사용이 제한된 유기 용매를 대체하는 역할도 한다.^[47] (관련 상세 내용은 한국 산업에서의 중요성 문단 참조)
태양광 발전
제약: 주사용수 등 제품의 직접적인 성분이나 세척에 사용되며, 엔도톡신, 미생물, 바이러스가 없는 극히 청정한 상태가 요구된다.^[51]
발전: 화력 발전소의 초고압 보일러용 증기 생산이나 원자력 발전소(경수로)의 냉각재로 사용되어 불순물의 방사화를 방지한다.^[47]
연구소 및 특수 용도: 정밀 정량 분석 시 기구 세척, 시약 조제, 생명 공학 분야의 세포 배양이나 DNA 증폭 등에 활용된다. 또한 소립자 물리학 연구에서 뉴트리노 검출 매질이나 양성자 붕괴 탐색 재료로 사용되기도 했다.

각 산업 분야에서 사용하는 초순수는 요구하는 품질 기준이 다르다. 예를 들어, 반도체 및 디스플레이 제조 공정에서는 제품 수율에 영향을 줄 수 있는 미세한 입자나 용존 불순물이 거의 없어야 하는 반면, 제약 산업에서는 생물학적 오염 물질 제거가 특히 중요하다.

초기에는 이온 교환 수지를 이용한 탈이온수가 주로 사용되었으나, 기술 발달로 역삼투압(RO), 전기탈이온(EDI) 등이 도입되면서 더 높은 순도의 물을 효율적으로 생산하게 되었다. 초순수는 비교적 저렴하고 환경 부하가 작다는 점에서 세척수나 용매로서의 이용이 가장 일반적이다.^[50]

5. 1. 한국 산업에서의 중요성

한국의 주력 산업인 반도체 산업과 평판 디스플레이, LED, HDD, SSD, 이미지 센서 등 첨단 전자 제품 제조 공정에서 초순수(UPW, Ultra-Pure Water)는 필수적인 요소이다.^[6] 초순수의 품질은 제품의 수율과 신뢰성을 결정짓는 핵심 요인 중 하나로 작용한다. 특히, 세계적인 기술 경쟁력을 갖춘 한국 반도체 및 디스플레이 산업에서 초순수 기술의 중요성은 매우 크다.

반도체 산업에서는 막대한 양의 초순수가 사용된다. 단일 공장에서 하루에 5500m³에 달하는 초순수를 사용하기도 하며,^[6] 이는 소규모 도시의 물 소비량과 맞먹는 수준이다. 초순수는 일반적으로 각 공장에서 자체적으로 생산하여 사용한다. 주요 용도는 다음과 같다.^[7]

웨이퍼 세척: 화학 물질 처리 후 웨이퍼를 헹구는 공정. 특히 FEOL 단계의 습식 식각 중 및 이후 세척이 가장 중요한 용도로 꼽힌다.^[8]
화학 물질 희석
침지형 포토리소그래피의 광학 시스템
냉각액 보충
클린룸 환경의 가습

반도체 제조 공정은 극도로 높은 청정도를 요구하며, 초순수에 포함된 미량의 불순물조차 회로 패턴을 손상시키거나 공정 효율(예: 식각 속도)을 저해할 수 있다.^[8] 따라서 세척 및 식각 단계에서 사용되는 초순수는 불순물이 거의 완벽하게 제거되어야 한다. 2002년 기준으로, 물 분자 100만 개 중 오염 물질 분자가 1~2개 수준일 때 '초순수'로 간주될 정도로 엄격한 기준이 적용되었다.^[8] 화학적 기계적 연마(CMP) 공정에서도 시약, 연마 입자와 함께 초순수가 사용된다.

반도체 공정 기술이 점차 미세화됨에 따라 초순수의 품질 기준은 더욱 엄격해지고 있다. 특히 실리카(Silicon dioxide)와 같은 특정 불순물은 마이크로전자공학 공정에 치명적인 영향을 미칠 수 있어 ppb(10억 분의 1) 이하 수준으로 관리해야 한다. 다음은 반도체 산업에서 요구되는 초순수의 일반적인 품질 기준이다.

시험 매개변수	고급 반도체 초순수^[2]^[3]
비저항 (25 °C)	>18.18 MΩ·cm
총 유기 탄소 (온라인 <10 ppb)	<1 μg/L
온라인 용존 산소	10 μg/L
온라인 입자 (>0.05 μm)	<200 입자/L
비휘발성 잔류물	100 ng/L
실리카 (총량 및 용존량)	50 ng/L
금속/붕소 (ICP/MS에 의함)
가장 일반적인 22가지 원소 (자세한 내용은 F63-0213^[3] 참조)	<1–10 ng/L
이온 (IC에 의함)
7가지 주요 음이온과 암모늄 (자세한 내용은 F63-0213^[3] 참조)	50 ng/L
미생물
박테리아	<1 CFU/100 mL

이것은 평판 디스플레이, 이산형 부품(예: LED), 하드 디스크 드라이브 플래터(HDD) 및 낸드 플래시(SSD) 솔리드 스테이트 드라이브, 이미지 센서 및 이미지 프로세서/웨이퍼 수준 광학(WLO) 및 결정질 실리콘 태양 전지와 같은 다른 유형의 전자 제조에서도 유사한 방식으로 사용된다. 그러나 반도체 산업의 청정도 요구 사항은 현재 가장 엄격하다.^[6]

이처럼 높은 수준의 수질을 달성하고 유지하기 위해 이온 교환(IX), 역삼투압(RO), 전기탈이온(EDI), 마이크로필터, 울트라필터, 자외선 조사 등 다양한 정제 기술이 복합적으로 사용된다. 반도체 회로 패턴의 미세화가 계속 진행됨에 따라, 초순수 내 극미량 불순물을 효과적으로 제어하고 제거하는 기술의 중요성은 한국 산업 경쟁력 유지에 있어 더욱 커지고 있다.

6. 성질

초순수는 수질이 매우 높은 상태의 물을 의미하지만, 명확한 정의나 통일된 규격은 없다. 사용 목적에 따라 요구되는 수준이 다르며, 같은 '초순수'라도 등급이 다양하다.

일반적으로 마시는 물(상수도, 지하수, 하천수 등)과 비교했을 때, 초순수에는 잔류 염소나 미네랄과 같은 용해된 물질이 거의 포함되어 있지 않다. 또한 기체도 거의 용존하지 않아 연수 이상의 특징은 없다.

초순수가 인체에 유해하다는 속설도 있다. 초순수를 마시면 체내의 미네랄을 빼앗아 설사를 일으킨다는 주장이 있지만, 과학적 근거는 없다.^[52] 초순수는 특정 물질이나 핵종을 지칭하는 것이 아니라 고도로 정제된 물의 "상태"를 의미한다. 따라서 컵에 담긴 초순수 상태의 물을 마실 수는 있지만, 몸 안에 들어간 물이 초순수 상태를 유지하는 것은 불가능하므로 장관 점막에 미치는 영향은 없다. 치아가 탈회된다는 우려도 있지만, 설탕 섭취나 침에 의한 재석회화와 비교하면 무시할 수 있는 수준이다.

생체에 필요한 미량원소는 대부분 음식을 통해 공급되므로, 미량원소가 없는 초순수를 장기간 마신다고 해서 미량원소 결핍의 주요 원인이 되지는 않는다.

맛의 측면에서는, 용존 물질과 기체가 거의 없어 소위 "맛있는 물"과는 거리가 멀다. 커피나 차를 끓이는 데 사용한다면, 특징 없는 연수로 끓인 것과 비슷하다. 일반적으로 클린룸의 실온에 맞춰 공급되는 초순수는 "맛없다"는 의견이 많은데, 이는 물맛이 온도에 크게 영향을 받기 때문이다. 10~15℃ 정도로 차갑게 마시면 다를 수 있다.

초순수 음용이 건강에 특별한 이점을 준다는 기대 역시 플라시보 이상의 효과를 기대하기는 어렵다. 만약 물의 적수나 이취 현상이 문제라면, 굳이 초순수를 사용할 필요 없이 더 저렴한 다른 해결책들이 많이 존재한다.

7. 초순수 관리 및 제어

초순수의 극도로 높은 순도를 유지하기 위해서는 생산부터 최종 사용 지점까지 전 과정에 걸쳐 세심한 관리가 요구된다. 이는 초순수를 오염시킬 수 있는 다양한 오염원들을 효과적으로 제어하고, 정밀한 분석 기술을 통해 수질 상태를 지속적으로 모니터링하는 것을 포함한다. 주요 오염원의 종류와 관리 방법, 그리고 사용되는 분석 기술에 대한 상세한 내용은 하위 섹션에서 다룬다.

7. 1. 오염원 및 관리

초순수(UPW)의 오염원은 원수 자체의 특성, 초순수 생산 공정, 그리고 이를 운반하는 배관 시스템 등 다양한 요인에 의해 결정된다. 주요 오염원으로는 세균, 입자, 유기물, 무기물(금속 이온, 음이온, 실리카 등), 용존 기체 등이 있다.

'''세균'''

세균은 초순수 관리에서 가장 제어하기 어려운 오염원 중 하나이다.^[4] 초순수 내 세균 농도는 일반적으로 부피당 집락 형성 단위(CFU)로 보고된다. 세균 집락 성장을 최소화하기 위해 주기적인 화학 또는 증기 살균(주로 제약 산업), 한외여과(UF, 반도체 및 일부 제약 산업), 오존 처리, 과산화수소 처리 등의 방법을 사용한다. 또한, 배관 시스템 설계 시 최소 유량을 위한 레이놀즈 수 기준을 적용하고^[5] 데드 레그(dead leg, 물이 정체되는 구간)를 최소화하여 세균 증식을 억제한다. 새로 설치된 초순수 시스템에서는 초기에 세균 수치가 검출될 수 있으나, 오존이나 과산화수소를 이용한 살균으로 해결할 수 있다. 적절히 설계되고 관리되는 시스템에서는 일반적으로 세균이 검출되지 않는다. 세균 분석은 주로 ASTM F1094 방법^[39]에 따라 배양법을 사용하여 수행된다.

'''입자'''

초순수 내 입자는 부피당 개수로 측정하며, 특히 반도체 산업에서 심각한 문제를 일으킨다. 나노미터 크기의 미세 공정인 포토리소그래피에서 결함을 유발할 수 있기 때문이다. 입자의 오염원은 세균 조각, 배관 내부 벽의 탈락, 배관 시스템 제작 시 사용된 접합 공정의 청결도 문제 등 다양하다. 입자는 주로 여과 및 한외여과(UF)를 통해 제어한다. 반도체 제조 공정의 미세화에 따라 입자 제어 수준은 점점 더 엄격해져, 2023년 12월 기준 10nm 이하 수준까지 요구되고 있다. 입자 검출에는 주로 레이저 입자 계수기(LPC)가 사용되지만, 기술적 한계로 인해 동적 광 산란(DLS) 기반의 새로운 분석법(NDLS)도 활용되기 시작했다. 주사 전자 현미경(SEM) 분석은 오프라인에서 입자 계수 및 성분 분석(SEM-EDS)에 사용된다. 입자 제거를 위한 필터는 나일론, 폴리에틸렌(PE), 폴리설폰(PS), 불소 고분자 등 초고순도 재료로 제작되며, 사용 지점(POU, Point of Use) 여과가 중요하다. 특히 한외여과막(UF)은 중공사막 형태로 제작되어 오염물질을 효과적으로 제거하고 긴 수명을 가진다.^[42] 필터는 사용 환경(예: 습식 식각 및 세정, 리소그래피 세척)에 따라 간헐적 흐름이나 압력 변화를 견딜 수 있도록 설계된다. SEM 분석은 50nm까지의 입자 크기에 대한 계수를 제공할 수 있다.

'''유기 오염물 (TOC)'''

총 유기 탄소(TOC)는 초순수 내 유기 오염물의 총량을 나타내는 지표로, ppm, ppb, ppt, ppq 등의 농도 단위로 측정된다. TOC는 세균 증식의 영양원이 될 수 있으며, 민감한 열 공정이나 생물 공정에 영향을 미치고 부품에 잔류물을 남길 수 있다. TOC의 오염원은 원수 자체, 배관 시스템 구성 요소(제조 시 첨가제 등), 배관 제작 및 세척 과정 등이다. TOC는 일반적으로 물 속 유기물을 이산화탄소(CO₂)로 산화시킨 후, 증가된 CO₂ 양(ΔCO₂)을 측정하여 계산한다(TOC = 총탄소(TC) - 무기탄소(IC)).^[33] TOC 제거에는 자외선(UV) 산화, 이온 교환 등의 방법이 사용된다. 특히 제거가 어려운 저분자량 중성 화합물(요소, THM, 이소프로필알코올 등)이 문제가 될 경우, 고급 산화 공정(AOP)을 사용 지점(POU) 처리로 적용하기도 한다. 예를 들어 과황산암모늄과 UV 산화를 결합한 AOP는 TOC를 0.5 ppb 수준까지 낮출 수 있다.^[3] 실험실 분석으로는 액체 크로마토그래피-유기 탄소 검출(LC-OCD) 방법을 사용하여 유기물의 종류를 상세히 분석할 수 있다.^[37]^[38]

'''무기 오염물'''

무기 오염물에는 금속 이온, 음이온, 실리카 등이 포함되며, ppm, ppb, ppt, ppq 등의 농도 단위로 측정된다. 이러한 오염물은 생물 공정의 효소 반응을 방해하고, 발전 설비의 부식을 유발하며, 반도체 소자의 전기적 고장을 일으킬 수 있다. 오염원은 TOC와 유사하게 원수, 배관 시스템 등에서 유래한다.

'''금속 및 음이온:''' 이온 교환 수지나 역삼투막(RO)을 통해 제거한다. 초순수의 전기 전도도(비저항) 측정을 통해 총 이온 농도를 간접적으로 파악할 수 있다. 정밀 분석에는 이온 크로마토그래피(IC, 주로 음이온 및 암모니아 분석), 원자 흡수 분광법(AA), 유도 결합 플라즈마 질량 분석법(ICP-MS, 주로 금속 분석) 등의 기기 분석법이 사용된다. ICP-MS는 sub-ppt 수준까지 금속 분석이 가능하다.^[34] IC는 일반적인 7가지 무기 음이온 외에 요소 분석에도 사용된다.
'''실리카:''' 실리카는 마이크로전자공학 공정에 해롭고 발전 설비의 효율을 저하시키므로 ppb 이하 수준으로 관리해야 한다. 특히 음이온 교환 수지에서 가장 먼저 누출되는 경향이 있어 수지 재생 시점을 판단하는 지표로 사용된다. 실리카는 비전도성이므로 전도도로는 검출되지 않는다. 주로 비색 분석기를 이용한 광도법으로 측정하며,^[31] 반응성 실리카와 총 실리카를 구분하여 분석하기도 한다. 반도체 산업에서는 나노입자 형태로 존재하는 콜로이드성 실리카가 용존 실리카보다 더 중요하게 간주되어 총 실리카 분석이 선호된다. 정밀 분석에는 ICP-MS나 흑연로 원자 흡수 분광법(GFAA)도 사용된다.^[36]
'''용존 무기물 (총칭):''' 초순수가 건조될 때 웨이퍼 표면에 남아 문제를 일으킬 수 있는 용존 무기물 전체를 측정하기 위해 비휘발성 잔류물(Non-volatile residue) 측정을 사용하기도 한다. 이는 네뷸라이저와 응축 입자 계수기를 이용하여 ppt 수준까지 측정 가능하다.^[32]

'''용존 기체'''

용존산소(DO)는 마이크로전자 제조 공정에서 웨이퍼 산화를 방지하기 위해 10 ppb 이하로, 발전소에서는 부식 방지를 위해 ppb 수준으로 관리되어야 한다. 이산화탄소는 공기 접촉 시 용해되어 수질을 저하시키므로 초순수는 공기와의 접촉을 피해야 한다. 용존 기체 제거를 위해 탈기 장치, 질소 가스 통기, 수소 통기 후 팔라듐 촉매 사용, 탈기막(역삼투막 이용) 등의 방법이 사용된다. 용존산소 측정에는 전기화학 전지 방식 센서나 광학 형광 센서가 사용된다.^[30]

'''품질 관리 및 시스템 운영'''

초순수의 품질 시험은 주로 분배 지점(POD, Point of Distribution)이나 사용 지점(POC, Point of Connection)에서 이루어진다.^[2]^[3] 온라인 계측기를 통한 실시간 모니터링과 함께 실험실에서의 포집 샘플 분석(금속, 음이온, 실리카, 입자, TOC 등)이 병행된다.

제조된 초순수는 공기에 접촉시키거나 배관이나 탱크 등에서 정체·저장할 수 없다. 공기 중의 이산화탄소, 질소, 산소가 헨리의 법칙에 따라 용해되고, 흐름이 멈추면 배관 벽에서 용출되는 불순물 농도가 높아져 미생물 증식을 유발하기 때문이다. 따라서 고순도 유지를 위해 초순수는 루프 형태의 배관을 통해 항상 순환시켜야 하며, 사용 지점(유스포인트)을 통과한 물(이차 순수)은 재처리 후 순환시키거나 원수(일차 순수)와 합류시킨다. 많은 공장에서는 사용된 초순수까지 회수하여 재활용하는 제로 에미션 시스템을 추구한다. 설비 정지 시에는 재가동 전에 반드시 살균 세척(예: 가열+과산화수소)을 실시해야 한다.

경우에 따라서는 특정 목적을 위해 고순도 이산화탄소 등을 의도적으로 첨가하여 전도도를 높이는 조치를 취하기도 한다. 이는 정전기 발생을 방지하기 위한 것으로, 이렇게 처리된 물은 엄밀히는 순수한 물이 아니지만 특정 요구 조건을 만족시키기 위한 초순수로 간주될 수 있으며, 기능수의 일종으로 볼 수도 있다.

7. 2. 분석 방법 및 기술

초순수(UPW)의 수질을 시험하고 관리하기 위해 다양한 분석 방법과 기술이 사용된다. 분석은 크게 실시간으로 이루어지는 온라인 분석과 실험실에서 샘플을 채취하여 진행하는 오프라인 분석으로 나눌 수 있다.^[2]^[3] 분석 위치는 주로 마지막 처리 단계 직후인 분배 지점(POD, Point Of Distribution) 또는 초순수를 실제 사용하는 장비 직전인 연결 지점(POC, Point Of Connection)에서 이루어진다.

=== 온라인 분석 ===

온라인 분석은 초순수 시스템의 상태를 지속적으로 감시하는 데 사용된다. 주요 분석 항목은 다음과 같다.

전도도/저항률: 물 속 이온 농도를 측정하는 가장 기본적인 방법이다. 금속 및 음이온 오염 수준을 간접적으로 파악하는 데 사용되지만, 실리카와 같이 비전도성 물질은 검출할 수 없다.
용존산소(DO): 마이크로전자공학 제조 공정이나 발전소에서는 웨이퍼 산화 방지 또는 장비 부식 최소화를 위해 매우 낮은 농도의 용존산소(ppb, 10억분의 1 수준)가 요구된다. 전기화학 전지 방식 센서나 광학 형광 센서를 이용하여 실시간 측정이 가능하다.^[30] 전기화학 방식은 기체 투과성 막을 통과한 산소 분압에 비례하는 전류를 측정하고, 광학 형광 방식은 형광체가 빛을 흡수하고 재방출하는 과정에서 산소 농도에 따라 빛의 특성이 변하는 원리(스턴-볼머 관계)를 이용한다.^[30]
실리카: 마이크로전자공학 공정이나 증기 발전에 해로운 불순물로, ppb 이하 수준으로 관리해야 한다. 몰리브덴산염 시약을 이용한 비색 분석기로 측정한다. 시약을 첨가하면 물 속 실리카와 반응하여 청색의 규산몰리브덴산염 착물을 형성하는데, 이 색의 농도를 광학적으로 측정하여 실리카 농도를 계산한다(비어-람베르트 법칙).^[31] 일반적으로 10~20분 간격으로 자동 측정된다.^[31] 또한, 사용 후 음이온 교환수지에서 가장 먼저 검출되는 물질이므로 수지 재생 시점을 판단하는 지표로도 사용된다.
입자: 반도체 제조 시 회로 결함을 유발하는 주요 원인이다. 레이저 입자 계수기(LPC, Laser Particle Counter)는 초순수에 레이저를 쏘아 입자에 의해 산란되는 빛을 감지하여 입자의 수와 크기를 측정한다. 반도체 회로 선폭이 나노미터 수준으로 미세화됨에 따라 더 작은 입자를 검출하기 위해 NDLS(Nano Dynamic Light Scattering)와 같은 새로운 기술이 개발되고 있다. NDLS는 동적 광 산란(DLS, Dynamic Light Scattering) 원리에 기반한다.
총유기탄소(TOC): 물 속의 유기물을 자외선이나 화학적 산화제를 이용하여 이산화탄소(CO₂)로 산화시킨 후, 생성된 CO₂ 양(초기 CO₂ 양과의 차이, ΔCO₂)을 측정하여 유기물의 총량을 탄소 질량으로 환산하는 방식으로 측정한다.^[33]

=== 오프라인 분석 (포집 샘플 분석) ===

온라인 분석을 보완하거나 대체하기 위해 특정 지점에서 초순수 샘플을 채취하여 실험실에서 정밀 분석을 수행한다. 이는 기기 가용성이나 비용 문제, 또는 더 정밀한 분석이 필요할 때 이루어진다. 주요 분석 항목은 다음과 같다.^[2]^[3]

금속: 유도결합 플라스마 질량 분석법(ICP-MS, Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)을 이용하여 ppt(parts per trillion, 1조분의 1) 이하 수준의 극미량 금속 원소까지 정밀하게 분석할 수 있다. 용존 상태와 비용존 상태의 금속 모두 검출 가능하다.^[34]
음이온: 이온 크로마토그래피(IC, Ion Chromatography)를 이용하여 황산염, 염화물, 불화물 등 일반적인 7가지 무기 음이온과 암모니아, 기타 금속 양이온 등을 ppt 수준까지 분석한다. IC는 초순수에서 오염되기 쉬운 요소를 ppb 수준까지 검출하는 데도 사용된다.
실리카: 반응성 실리카와 총 실리카로 나누어 분석한다.^[35] 반응성 실리카는 온라인 분석과 유사하게 몰리브덴산염을 이용한 광도법으로 측정하며, 주로 용존 단순 규산염, 단량체 실리카 등을 포함한다. 총 실리카는 콜로이드 형태의 실리카까지 포함하며, ICP-MS, 흑연로 원자 흡수 분광법(GFAA, Graphite Furnace Atomic Absorption),^[36] 또는 시료 소화 후 광도법을 이용하여 분석한다. 특히 반도체 산업에서는 나노입자 오염원으로 작용할 수 있는 콜로이드성 실리카 분석이 중요하다.
입자: 주사 전자 현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)을 이용하여 막 필터에 포집된 입자를 직접 관찰하고 계수한다. 약 50nm 크기까지 분석 가능하며, 에너지 분산형 X선 분광법(SEM-EDS, Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)을 병행하면 입자의 원소 구성까지 분석할 수 있어 오염원 추적에 유용하다. 다만, 필터에 입자를 포집하는 샘플링 시간이 수 일에서 수 주까지 길다는 단점이 있다.
총유기탄소(TOC): 온라인 분석과 동일한 원리로 측정하며, 약 5 ppb 수준까지 분석 가능하다. 문제 해결이나 상세 연구 목적으로 유기물의 종류를 파악해야 할 경우, 액체 크로마토그래피-유기 탄소 검출(LC-OCD, Liquid Chromatography-Organic Carbon Detection) 방법을 사용하여 생체 고분자, 부식질, 저분자량 산 및 중성 물질 등을 식별하고 유기물의 구성을 상세히 분석할 수 있다.^[37]^[38]
세균: ASTM F1094 등의 표준 방법에 따라^[39] 샘플을 채취하여 특정 배지에서 배양한 후 나타나는 집락 형성 단위(CFU, Colony Forming Unit)를 계수하여 측정한다. 배양 온도와 시간(보통 48~72시간)을 엄격히 관리하여 호기성 및 통성 혐기성 세균 수를 파악한다.

=== 기타 분석 ===

비휘발성 잔류물: 초순수를 네뷸라이저로 분무하여 미세한 물방울을 만들고, 이를 고온에서 건조시킨 후 남는 비휘발성 잔류물 입자를 응축 입자 계수기(Condensation Particle Counter)로 측정하는 방식이다. 주로 용존 무기물(특히 실리카)의 총량을 ppt 단위로 평가하는 데 사용된다.^[32]

8. 반도체 산업에서의 응용

반도체 산업은 최고 수준의 순도가 요구되는 초순수(UPW, Ultrapure Water)를 광범위하게 사용하는 대표적인 분야이다. 반도체 산업에서 사용되는 전자 등급 또는 분자 등급의 물의 양은 소규모 도시의 물 소비량과 비슷하며, 단일 공장에서 하루에 약 5500m³의 초순수를 사용하기도 한다.^[6] 초순수는 일반적으로 반도체 제조 공장 현장에서 직접 생산된다.

초순수는 반도체 제조 공정 전반에 걸쳐 다양하게 활용된다. 화학 물질 처리 후 웨이퍼를 헹구는 데 사용되며, 공정에 사용되는 화학 물질 자체를 희석하는 용도로도 쓰인다. 또한, 미세 패턴 형성에 중요한 침지형 포토리소그래피 공정의 광학 시스템이나 일부 중요한 공정 단계의 냉각액 보충제로도 사용될 수 있다. 때로는 클린룸 환경의 습도를 조절하는 가습원으로도 활용된다.^[7]

초순수의 가장 중요한 용도 중 하나는 전공정 단계의 습식 식각 공정 중 및 이후에 웨이퍼를 세척하는 것이다.^[8] 초순수에 포함된 불순물은 웨이퍼 표면에 남아 제품 오염을 유발하거나, 식각 속도와 같은 공정 효율에 직접적인 영향을 미칠 수 있으므로 반드시 제거되어야 한다. 화학 기계 연마(CMP) 공정에서도 연마 입자 및 화학 시약과 함께 초순수가 사용된다. 반도체 제조에 사용되는 초순수는 극도로 높은 순도를 요구하며, 2002년 기준으로 100만 개의 물 분자 중 오염 분자가 1~2개 수준인 물을 "초순수"(반도체 등급)로 간주했다.^[8]

반도체 산업에서 요구하는 초순수의 품질 기준은 다음과 같다.

시험 매개변수	고급 반도체 초순수^[2]^[3]
비저항 (25 °C)	>18.18 MΩ·cm
총 유기 탄소 (온라인 <10 ppb)	<1 μg/L
온라인 용존 산소	10 μg/L
온라인 입자 (>0.05 μm)	<200 입자/L
비휘발성 잔류물	100 ng/L
실리카 (총량 및 용존량)	50 ng/L
금속/붕소 (ICP/MS에 의함)
가장 일반적인 22가지 원소 (자세한 내용은 F63-0213^[3] 참조)	<1–10 ng/L
이온 (IC에 의함)
7가지 주요 음이온과 암모늄 (자세한 내용은 F63-0213^[3] 참조)	50 ng/L
미생물
박테리아	<1 CFU/100 mL

초순수는 평판 디스플레이, LED와 같은 이산형 부품, HDD 플래터 및 낸드 플래시(SSD) 솔리드 스테이트 드라이브, 이미지 센서 및 이미지 프로세서/웨이퍼 수준 광학(WLO), 결정질 실리콘 태양 전지 등 다른 유형의 전자 제조 공정에서도 유사한 방식으로 사용된다. 그러나 현재까지는 반도체 산업의 청정도 요구 사항이 가장 엄격하다.^[6] 초순수의 등급은 해당 초순수가 사용되는 반도체 소자의 집적도(예: 64M용, 128M용)나 선폭으로 표현되기도 한다.

1970년대 LSI 제조 공정에서는 세정제로 유기 용매가 주로 사용되면서 초순수의 중요성이 잠시 감소하기도 했다. 그러나 1980년대 이후 이러한 유기 용매가 토양 및 지하수 오염의 주요 원인으로 지목되면서 환경 규제가 강화되었고, 그 대체재로서 다시 초순수의 수요가 증가하게 되었다. 반도체 소자의 성능 향상과 회로 패턴의 미세화가 계속됨에 따라, 초순수 내 불순물을 극소량까지 줄이고 세정 효과를 높이기 위한 연구 개발이 지속적으로 이루어지고 있다. 특히 1990년대 이후 반도체 집적도가 급격히 높아지고 가격 경쟁이 심화되면서, 웨이퍼 대형화·다층화 및 패턴 선폭 미세화에 대응하여 제품 수율을 높이는 것이 더욱 중요해졌다. 이는 초순수 품질 관리에 대한 요구 수준을 더욱 높이는 요인이 되었다.

또한, 초순수는 액침 노광 기술에서 유침 렌즈와 유사한 원리로 활용되어 미세 패턴 형성 시 해상도를 향상시키는 데에도 기여한다. 비교적 저렴하고 환경 부하가 작다는 장점 때문에 초순수는 반도체 공정에서 필수적인 세척수 및 용매로 널리 사용되고 있다.^[50]

8. 1. 반도체 산업에서의 초순수 시스템 설계

현대 초순수 시스템은 특정 현장 및 공정 요구 사항, 환경 제약(예: 폐수 배출 한계), 회수 기회(예: 요구되는 최소 회수율) 등을 고려하여 설계된다. 초순수 시스템은 크게 전처리, 주처리, 광택 처리의 세 가지 하위 시스템으로 구성된다. 대부분의 시스템은 설계가 유사하지만, 원수의 특성에 따라 전처리 부분이 다를 수 있다.^[40]^[41]

=== 전처리 (Pre-treatment) ===

전처리 단계의 목표는 정제수를 생산하는 것이다. 이 단계에서는 원수에 포함된 비교적 큰 입자나 불순물을 제거한다. 일반적으로 사용되는 공정 조합은 다음과 같다.

2단계 역삼투
탈염 + 역삼투
HERO (고효율 역삼투)^[40]^[41]

이러한 주요 공정 앞단에는 원수의 부유물질, 탁도, 유기물 수준에 따라 추가적인 여과 과정이 포함된다.

여과: 부유물질 제거 및 탁도 감소를 위해 다매체 필터, 자동 역세척 필터, 한외여과 등이 사용된다.
유기물 및 염소 제거: 유기물 감소 및 염소 제거를 위해 활성탄 여과가 사용된다. 활성탄을 사용하지 않을 경우, 아황산수소나트륨을 주입하여 염소를 제거하기도 한다. 이는 후속 공정인 역삼투나 탈염 장치를 보호하기 위함이다.

=== 주처리 (Primary Treatment) ===

주처리 단계에서는 전처리된 물에서 더 미세한 불순물을 제거한다. 주요 공정은 다음과 같다.

자외선(UV) 조사: 유기물을 산화시켜 제거 효율을 높인다.
탈염: 전기탈이온(EDI) 또는 혼상 이온 교환 수지를 사용하여 물속의 이온을 제거한다. 혼상 이온 교환 수지는 재생 불가능하거나, 현장 또는 외부에서 재생하는 방식이 있다.
탈기: 막 탈기 장치나 진공 탈기법을 이용하여 물속에 녹아있는 산소 (용존 산소)를 제거한다.

=== 광택 처리 (Polishing) ===

광택 처리 단계는 초순수 생산의 마지막 단계로, 극미량의 불순물까지 제거하여 최종적인 초순수 품질을 확보한다.

자외선(UV) 조사: 잔류 유기물을 제거한다.
열교환기: 초순수 공급 온도를 일정하게 유지한다.
이온 교환: 재생 불가능한 이온 교환 수지를 사용하여 잔류 이온을 제거한다.
탈기: 최종 초순수 요구 사항에 맞춰 막 탈기 장치를 통해 용존 가스를 제거한다.
한외여과: 최종적으로 미세 입자를 제거하여 요구되는 입자 수준을 달성한다.

일부 반도체 팹(fab)에서는 특정 공정을 위해 고온의 초순수가 필요하기도 하다. 이 경우, 광택 처리된 초순수를 70°C에서 80°C 범위로 가열하여 공급한다. 이러한 시스템은 대부분 열 회수 기능을 갖추고 있어, 공정에서 사용되고 남은 고온 초순수의 열을 회수하여 에너지 효율을 높인다.^[42]

=== 시스템 설계 시 고려사항 ===

효율적이고 안정적인 초순수 시스템을 구축하기 위해 다음과 같은 사항들을 고려해야 한다.

오염 물질 조기 제거: 시스템의 가능한 앞 단계에서 오염 물질을 제거하여 후단 설비의 부담을 줄이고 비용 효율성을 높인다.
정상 상태 흐름 유지: TOC 및 전도도 급증을 방지하기 위해 보충수 및 주처리 섹션에서 일정한 흐름을 유지한다(잦은 시작/중지 작동 지양). 초과 흐름은 상류로 재순환시킨다.
화학 물질 사용 최소화: 역삼투 장치 이후 단계에서는 화학 물질 사용을 최소화한다.
고품질 설비 고려: 최적의 초순수 품질을 보장하고 문제 발생 가능성을 줄이기 위해 현장 또는 외부 재생 방식의 주요 이온 교환 설비 대신 EDI 및 비재생 방식의 주요 혼합 침대 사용을 고려한다.
적절한 재료 선택: 특히 주처리 및 광택 처리 섹션에서 TOC와 입자를 유발하지 않는 재료를 선택한다. 광택 처리 루프에서는 스테인리스강 사용을 최소화하고, 사용할 경우 전해 연마된 제품을 권장한다.
데드 레그(dead leg) 최소화: 배관 설계 시 물이 정체될 수 있는 '데드 레그' 구간을 최소화하여 세균 번식 가능성을 줄인다.
난류 흐름 유지: 배관 및 분배 네트워크에서 최소 유속을 유지하여 난류 흐름을 확보한다. 이는 침전물 발생을 억제하고 배관 내벽을 깨끗하게 유지하는 데 도움이 된다. 권장 최소 레이놀즈 수(Re)는 3,000 이상이며, 설계자의 판단에 따라 최대 10,000 Re까지 적용될 수 있다.
연마 수지 관리: 광택 처리용 혼합 침대에는 새 수지를 사용하고, 1~2년 주기로 교체한다.
안정적인 공급: 시스템 문제(예: 입자 급증)를 방지하기 위해 일정한 유량과 압력으로 제조 공정에 초순수를 공급한다.
역류 방지 설계: 수력학적 균형을 맞추고 역류(사용 지점에서 공급 라인으로 물이 되돌아가는 현상)를 방지하기 위해 역방향 반환 분배 루프 설계를 활용한다.

시스템 구성 및 크기 결정에는 용량 역시 중요한 고려 사항이다. 과거 소규모 전자 시스템의 광택 처리 시스템은 박테리아 오염 방지를 위해 파이프 끝에서 초당 60cm (약 0.61m)의 최소 유속 기준으로 설계되었다. 더 큰 팹(fab)은 더 큰 규모의 초순수(UPW) 시스템을 필요로 한다.

최신 팹에서 더 큰 웨이퍼를 제조함에 따라 초순수 소비량이 증가함을 보여준다. 그러나 더 높은 소비량으로 인해 더 큰 직경의 파이프가 필요한 경우, 기존의 초당 60cm (약 0.61m) 기준을 적용하면 소비량이 극도로 높아지고 광택 처리 시스템 규모가 과도하게 커지는 문제가 발생한다. 이에 업계는 광범위한 조사, 고순도 재료 선택, 분배 설계 최적화를 통해 레이놀즈 수 기준을 도입하여 최소 유량 설계 기준을 낮출 수 있다. 흥미롭게도, 초순수(UPW) 주 공급 라인의 최대 직경은 생산되는 웨이퍼 크기와 거의 일치하는 경향을 보이는데, 이는 클라이버 법칙과 유사한 관계로 설명되기도 한다. 배관과 시스템 전체 규모가 커짐에 따라 공간 관리 및 공정 최적화를 위한 새로운 접근 방식이 요구된다. 결과적으로 최신 대규모 초순수 시스템은 설계가 유사한 경향을 보인다. 이는 소규모 시스템과 대조적인데, 소규모 시스템에서는 비효율성이 비용 및 공간 관리에 미치는 영향이 적어 설계 최적화의 필요성이 상대적으로 낮기 때문이다.

또 다른 고려 사항은 시스템 운영 방식이다. 소규모 실험실 규모 시스템(예: 분당 12L 용량)은 일반적으로 별도의 운영 인력 없이 운영되는 반면, 대규모 시스템은 보통 숙련된 운영자가 24시간 상주하며 관리한다. 결과적으로 소규모 시스템은 화학 물질을 사용하지 않도록 설계되는 경우가 많으며, 대규모 시스템보다 물과 에너지 효율이 낮은 경향이 있다.

8. 2. 반도체 산업에서의 초순수 재활용

반도체 산업은 실리콘 웨이퍼 표면의 오염 물질을 제거하기 위해 대량의 초순수(UPW)를 사용한다. 이 웨이퍼는 나중에 컴퓨터 칩으로 만들어진다.^[6] 초순수는 오염 수준이 극히 낮지만, 웨이퍼 표면과 접촉하면 잔류 화학 물질이나 입자가 섞여 제조 시설의 산업 폐수 처리 시스템으로 유입된다. 헹굼수의 오염 수준은 헹굼 공정 단계에 따라 크게 달라지는데, 예를 들어 초기 헹굼 단계에서는 마지막 헹굼 단계보다 훨씬 많은 잔류 오염 물질과 입자를 포함할 수 있다. 일반적인 반도체 공장에서는 모든 헹굼수를 통합하여 처리하므로, 오염으로 인한 제품 결함 위험 때문에 헹굼수를 효과적으로 재사용하기 어려웠다.

반도체 공장의 일반적인 수처리 시스템 개요. 초순수 생산과 함께 폐수 처리 및 재활용 과정도 포함될 수 있다.

초순수 관련 용어는 국제반도체기술로드맵(ITRS)에서 다음과 같이 정의한다.^[7]

초순수 재활용: 처리 후 동일한 용도로 물 재사용
물 재이용: 2차 용도로 사용
물 회수: 폐수에서 물 추출

일부 반도체 제조 공장에서는 사용 후 헹굼수를 냉각탑 공급, 배기 스크러버 공급 등 직접적인 공정 외 용도로 재생수를 사용해 왔다. 이는 '물 재이용'에 해당한다.

그러나 초순수 자체를 처리하여 웨이퍼 헹굼 공정에 다시 사용하는 '초순수 재활용'은 일반적이지 않았다. 수십 년간 많은 제조 엔지니어들은 화학 잔류물과 입자로 인한 오염이 초순수 공급 시스템으로 유입되어 제품 결함을 일으킬 위험 때문에 이를 꺼려왔다. 최신 초순수 시스템이 이온 오염은 ppt(1조 분의 1) 수준까지 제거할 수 있지만, 유기 오염 제거는 여전히 ppb(10억 분의 1) 수준에 머무르는 기술적 한계도 있었다.

최근 미국과 아시아 일부 지역에서 물 및 폐수 처리 비용이 증가하면서, 일부 반도체 기업들이 초순수 재활용을 검토하기 시작했다. 초기에는 모든 폐수를 통합 처리하는 복잡하고 큰 규모의 시스템을 도입하기도 했으나, 최근에는 비용과 복잡성을 줄이기 위해 상세한 물 관리 계획을 통합하는 새로운 접근 방식이 개발되었다.

성공적인 물 회수, 재활용, 재사용을 극대화하기 위해서는 잘 계획된 물 관리 계획이 핵심이다. 성공적인 물 관리 계획에는 다음 요소들이 포함된다.

1. 공정 이해: 사용된 화학 물질과 부산물을 포함하여 헹굼수가 제조 공정에서 어떻게 사용되는지 완전히 파악한다.

2. 배수 분류: 공정 이해를 바탕으로 배수 시스템을 설계하여 고농도 화학 폐수, 중간 오염 헹굼수, 약한 오염 헹굼수를 분리한다. 이를 통해 과거 폐기물로 간주되던 흐름을 재사용하거나 판매하고, 헹굼수는 회수하여 처리 후 재활용할 수 있다.

3. 데이터 분석: 적절한 배수 분류, 온라인 분석 측정 적용, 전환 제어, 최종 처리 기술 결정을 위해 샘플 데이터를 수집하고 분석한다. 실험실 분석을 통해 다양한 폐수 흐름의 특성을 파악하고 재사용 가능성을 결정한다.

4. 처리 시스템 설계 및 제어: 일반적으로 80~90%의 시간 동안 발생하는 일반적인 오염 수준을 처리하도록 시스템을 설계하는 것이 비용 효율적이다. 오염 수준이 시스템 처리 능력을 초과할 경우, 온라인 센서와 제어 장치를 통해 해당 헹굼수를 산업 폐수 처리 시스템이나 냉각탑과 같은 덜 민감한 용도로 전환한다.

반도체 제조 현장에 이러한 물 관리 계획을 통합함으로써 물 사용량을 최대 90%까지 줄일 수 있다. 미국 캘리포니아주 어바인의 Exergy Systems, Inc.와 같은 회사는 특허받은 이온 교환 방식의 물 재활용 공정을 제공하며, 이는 여러 반도체 공정에서 성공적으로 테스트되었다.

9. 제약 산업에서의 응용

초순수는 의약품 제조 시 주사용수나 밀봉된 정제수를 만드는 데 사용되는 등 제약 산업에서 중요한 역할을 한다.^[51]

9. 1. 제약 산업에서의 초순수 사용

제약 산업은 초순수(UPW)를 주요하게 사용하는 분야 중 하나이다.^[49] 다른 산업 분야와 마찬가지로 제약 산업에서도 초순수를 사용하지만, 요구되는 품질 기준은 반도체 제조 공장이나 발전소에서 사용하는 초순수와는 다르다. 기준은 용도에 따라 달라지는데, 제약 시설에서는 초순수를 세척제로 사용할 뿐만 아니라 제품의 성분으로도 직접 활용하기 때문이다. 따라서 제약용 초순수는 특히 엔도톡신, 미생물, 바이러스 등이 없는 매우 높은 수준의 순도를 요구한다.

구체적인 용도로는 의약품 제조 시 주사용수를 만드는 데 사용된다. 이는 주사제를 제조할 때 필요한 물을 의미하며, 접종 시 희석이나 용해에 사용하는 물과는 구별된다. 또한 밀봉된 형태의 정제수 제조에도 초순수가 활용된다.^[51]

9. 2. 초순수 시스템 검증

주어진 원본 소스에는 '초순수 시스템 검증'에 대한 내용이 포함되어 있지 않습니다. 원본 소스는 주로 초순수 내 입자 오염 문제와 이를 해결하기 위한 여과 기술(필터 종류, 재질, 구조, 사용 지점 여과 등)에 대해 설명하고 있습니다. 따라서 요청하신 '초순수 시스템 검증' 섹션의 내용을 작성할 수 없습니다.

10. 운송

초순수를 운송하고 분배하는 시스템의 배관 재료는 매우 중요하다. 제약 산업에서는 여전히 스테인리스강이 선호되지만, 미세전자공학 분야에서는 금속 이온이 용출될 수 있다는 문제 때문에 1980년대 이후 대부분의 강철 배관이 고성능 폴리머로 대체되었다. 미국과 유럽에서는 주로 폴리불화비닐리덴(PVDF), 퍼플루오로알콕시(PFA), 에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 같은 불소수지 계열 폴리머가 사용된다.^[2] 아시아에서는 이러한 고성능 폴리머 외에도 폴리염화비닐(PVC), 염소화 폴리염화비닐(CPVC), 폴리프로필렌(PP) 등이 함께 사용되기도 한다.

이러한 열가소성 플라스틱 파이프는 다양한 열융착 기술을 통해 접합된다. 주요 접합 방법은 다음과 같다.

소켓 융착 (SF, Socket Fusion): 파이프의 끝부분 외경과 연결 부속(피팅)의 내경을 각각 가열한 후, 파이프를 피팅에 삽입하여 접합하는 방식이다. 파이프 외경이 피팅 내경에 꼭 맞게 들어간다. 냉각 후 클램프에서 분리한다.
일반 맞대기 융착 (CBF, Conventional Butt Fusion): 내경과 외경이 동일한 두 파이프 또는 부품의 끝부분을 히터 플레이트에 대고 가열한 후, 서로 맞대어 압착하여 접합하는 방식이다. 냉각 후 클램프에서 분리한다.
비드 및 크레비스 없는 융착 (BCF, Bead and Crevice Free): 맞대기 융착과 유사하지만, 파이프 내부에 팽창식 블래더(공기 주머니)를 삽입하여 가열 및 접합하는 방식이다. 이 방식의 가장 큰 장점은 접합부 내부에 용접 비드(돌출 부위)가 생기지 않아 파이프 내벽처럼 매끄러운 표면을 유지할 수 있다는 점이다. 이는 미생물 번식이나 입자 발생 가능성을 줄여준다.
적외선 융착 (IR, Infrared Fusion): 일반 맞대기 융착과 비슷하지만, 파이프 끝부분이 히터 플레이트에 직접 닿지 않고 적외선 복사열을 이용하여 가열하는 비접촉 방식이다. IR 융착은 접합 시 일정한 겹침 거리^[44]를 두는 방식과 압력을 이용하는 방식 두 가지가 있다. 겹침 거리를 이용하는 방식은 비드 크기의 변화를 줄여 정밀한 치수 공차를 유지하는 데 유리하다.

참조

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