스웨즈락코리아 필드엔지니어 금연욱

반도체 칩을 생산할 때에는, 정확하고 깨끗한 환경을 유지하는 게 무엇보다 중요하다. 반도체공정의안정성 을 확보하기 위해서는 챔버 내부의 온도를 최적화된 수준으로 유지해야 한다. 그러나 그것은 공정 가스의 적합한 유량을 유지하는데 필요한 극한의 열 때문에 매우 어렵다. 동시에 섬세한 제작 공정이 진행되는 동안 칩 생산량을 극대화하려면, 챔버(chamber) 전체의 오염 가능성을 최소화해야 한다.

주요 엔지니어링과 설계가 이상적인 제작 환경을 만들고 유지하는 데 집중되기 때문에, 칩 생산 공정에서 ‘기본적인’ 부품 선택이 얼마나 중요한지 간과하는 경우가 있다. 단순한 산업용 호스여도 전 세계 제조 분야의 수많은 애플리케이션에서 사용되고 있다. 일반적으로 호스는 반도체 제작 공정에서 필요한 환경을 적절히 조절하기 위해, 강력한 냉각 장치(chiller)를 보조하는 매우 중요한 역할을 한다. 

반도체 공정에서 사용하는 다른 모든 부품과 마찬가지로, 최적의 생산 환경을 유지하기 위해 올바른 호스를 선택하려면 몇 가지 특수한 사항을 고려해야 한다. 예를 들어, 적절한 단열 호스를 선택하는 것은 칩 제조 과정의 온도 조절에 매우 중요할 뿐만 아니라, 불필요한 위험 및 비용을 최소화한다.

이처럼 비용 및 결과 개선에 필요한 단열호스(Insulated Hose) 솔루션을 검토할 때, 고려해야 할 몇 가지 사항은 다음과 같다.

최적의 유체 온도 제어 유지하기. 증착 챔버(deposition chamber)의 온도 안정성은 효율적인 반도체 생산에 매우 중요하다. 이때 온도는 주로 하나 이상의 호스를 통해 냉각수(coolant)가 순환되는 냉각 장치(chiller, heat exchanger)에 의해 조절되는데, 호스가 적절히 단열되어 있지 않으면 냉각수 호스는 더이상 안정적이지 않다.

유체의 온도는 냉각 장치에서 챔버로 이동하는 동안 자연스럽게 상승한다. 호스가 적절하게 단열되지 않는다면, 냉각 장치가 냉각수 라인의 상승하는 온도를 조절하지 못하고 챔버 내부 온도는 최적의 수준을 유지하지 못할 것이다.

일반 산업용 애플리케이션에서 물을 냉각수로 사용하지만, 반도체 애플리케이션에서는 -40℃의 낮은 온도까지 도달할 수 있는 글리콜(glycol)을 주로 냉각수로 사용한다. 이는 에너지 집약적인 공정이며, 일반 산업용 호스보다 더 효율적으로 냉각수의 온도를 유지함으로써, 단열 솔루션이 매우 차가운 온도에서도 라인으로 운송되는 유체의 온도를 더 효율적으로 조절할 수 있도록 한다. 반도체 제조업체들의 가장 큰 관심사는 칩 제작 공정에서 적절한 온도를 최대한 효율적으로 유지하여 고품질의 제품을 꾸준히 생산하고 에너지 비용을 최소화하는 것이다.

결로 방지. 단열이 제대로 되지 않은 호스는 더운 날의 얼음물과 같다. 호스 표면 온도가 주변 이슬점 이하로 떨어지면, 호스 외부에 결로(condensation)가 발생하게 된다. 두 개의 차가운 호스가 떨어져 있을 때보다 너무 밀접하게 붙어 있어 각자의 표면을 더 차갑게 만들 때도 결로 현상이 발생할 수 있다.

많은 산업용 애플리케이션에서와 마찬가지로 결로는 반도체 제조에서도 문제가 될 수 있다. 호스가 바닥(confined area)과 같은 밀폐된 공간에서 서로 붙어 있을 때, 결로로 인해 발생한 물방울이 떨어지는 것을 감지하지 못한다면, 인접한 전자 장비와 같은 민감한 장비를 손상시켜 공정의 가동을 중지해야 하는 상황을 초래할 수도 있다. 또한, 밀폐되지 않은 매우 혼잡한 공간에서 파이프 혹은 호스에 결로로 인한 물방울이 발생한 경우에는 미끄러짐 위험이 생길 수 있다.

또한, 모든 산업용 애플리케이션 근처에 작은 물웅덩이가 발생한다면, 원인 조사 시간에 따른 불필요한 가동 중지와, 작업 인원 재배치를 야기할 수 있다. 이와 같은 문제를 방지하기 위해 올바른 단열 호스를 선택해야 한다.

단열 호스에서 살펴보아야 할 것들. 냉각 애플리케이션에 맞는 단열 호스를 선택할 때는 차가운 온도에 맞춰 특수하게 설계된 재질을 선택하는 것이 중요하다. 단열 옵션이 고온 및 저온 유체 운송 애플리케이션에서 모두 사용이 가능하다고 광고하는 경우가 있지만, 사실은 공정에 따라 각기 다른 유형의 단열 재질을 사용해야 한다. 예를 들어, 플렉시블 폴리올레핀 열 수축 커버(flexible polyolefin heat shrink cover)를 장착한 호스는 저온 애플리케이션에서 더 우수하게 작동하고, 천 재질(fabric covering)의 커버 호스는 고온 유체 애플리케이션에 적합하다. 각 애플리케이션에 어떤 재질이 가장 잘 맞고 그 이유가 무엇인지 이해하고 있는 공급업체를 찾아, 최종으로 사용될 환경에서 최적으로 작동할 수 있는 단열 호스를 선택해야 한다.

또한, 단열 재질에 관계없이 호스가 최적의 라우팅(routing) 및 설치에 충분히 유연하게 유지되는지도 중요하다. 예컨대, 호스의 최소 굽힘 반경(bend radius)은 단열로 인해 변경되지 않아야 하며, 굽힘으로 인해 단열 효과가 감소하면 안 된다. 운송하려는 유체의 목표 온도를 적절하게 유지할 수 있고, hose featuring low thermal-conductivity aerogel 단열 재질과 같이 너무 부피가 크지 않는 옵션을 선택하는 것이 좋다.

마지막으로 애플리케이션의 진정한 효율성을 제공하는 단열 호스는 필요한 만큼만 단열 처리된 호스이다. 좋은 호스 제공 업체는 어디든 적용할 수 있는 제품보다, 특정 애플리케이션의 요구 사항에 경제적으로 부합하는 각기 다른 레이어링 옵션(layering option)을 제공할 수 있다. 가장 좋은 방법은 호스 제공업체가 귀하의 애플리케이션 조건을 파악하고, 이에 따라 공식을 사용하여 호스에 필요한 단열을 정확히 판단하는 것이다.

스마트하고 경제적인 솔루션. 반도체 제조업체가 비용을 절약하려면 공정 중심에 있는 값비싼 장비에만 집중하지 않고, Fab 내부 부대설비를 개선하기 위해 눈에 띄지 않지만 매우 경제적인 효과를 불러일으킬 수 있는 부품들도 살펴야 한다. 저온 유체 운송 애플리케이션에서 사용하는 호스 제품군을 평가하고, 적합한 호스 단열 옵션을 선택하는 것은 이를 위한 최선의 솔루션이다.