포스트 No.29 Si 컴포넌트 에칭 후 Acid 및 Alkali 폐기물 재활용 방법

반도체 및 전자 산업에서 Si(실리콘) 컴포넌트를 에칭 처리하는 과정은 필수적인 공정 중 하나이다. 그러나 이 과정에서 다량의 산(Acid)과 알칼리(Alkali) 폐기물이 발생하며, 이를 적절히 처리하지 않으면 환경오염 및 비용 문제가 발생할 수 있다. 이에 따라 폐기물을 효율적으로 재활용하는 방법이 점점 중요해지고 있다. 이번 블로그에서는 Si 컴포넌트 에칭 후 Acid와 Alkali 폐기물을 재활용하는 다양한 방법과 그 기술적 원리를 살펴보겠다.

1. Acid와 Alkali 폐기물의 특성

Si 컴포넌트 에칭 과정에서는 주로 아래와 같은 화학물질이 사용된다:

- 산(Acid): 질산(HNO₃), 황산(H₂SO₄), 플루오르화 수소(HF) 등이 포함된다.
- 알칼리(Alkali): 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 등.

이 화학물질들은 고농도의 화학 반응성을 가지고 있어 직접 배출될 경우 토양과 수질 오염을 유발할 수 있다. 하지만 이들 폐기물은 재활용 기술을 활용하면 자원으로 변환할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

2. Acid 폐기물의 재활용 방법

(1) 금속 회수 기술

에칭에 사용된 Acid 폐기물에는 실리콘, 알루미늄, 구리 등의 금속 이온이 포함되어 있을 수 있다. 이러한 금속 이온을 회수하는 방법은 다음과 같다:

- 침전법: 폐기물에 화학적 중화제를 첨가하여 금속 이온을 침전 형태로 분리한다. 예를 들어, 황산 폐기물에 석회(Ca(OH)₂)를 첨가하면 황산칼슘(CaSO₄) 형태로 침전된다.
- 전해법: 전기 분해 기술을 이용하여 금속 이온을 순수 금속 형태로 추출한다. 이 방법은 고가의 금속(예: 금, 은, 구리)을 회수하는 데 특히 효과적이다.

(2) 재사용을 위한 정제

Acid 폐기물은 정제를 통해 다시 에칭 공정에 사용할 수 있다. 이를 위해 다음 기술이 활용된다:

- 막 분리 기술: 나노필터나 역삼투압(RO) 기술을 사용해 순수한 산과 불순물을 분리한다.
- 증류: Acid 폐기물을 가열하여 순수한 산 성분을 증류해 재사용한다. 이 방법은 특히 고순도 산이 필요한 반도체 공정에 적합하다.

3. Alkali 폐기물의 재활용 방법

 (1) 실리콘 슬러리 회수

Alkali 폐기물은 에칭 과정에서 실리콘과 반응하여 실리콘 슬러리(미세한 실리콘 입자)를 포함할 수 있다. 이를 회수하는 과정은 다음과 같다:

- 침전 및 여과: 폐기물 내 슬러리를 침전시킨 후 여과 장치를 통해 분리한다.
- 슬러리 재사용: 회수된 슬러리는 폴리실리콘 제조나 건축 자재(예: 콘크리트 첨가제)로 활용할 수 있다.

 (2) 화학적 중화 및 염 형성

NaOH나 KOH 같은 알칼리 폐기물은 산 폐기물과 반응시켜 중화시킬 수 있다. 이 과정에서 생성된 염(NaCl, KCl 등)은 산업 공정에서 재활용하거나 비료로 활용 가능하다.

- 중화 반응: NaOH + HCl → NaCl + H₂O
- 염 회수: 생성된 염은 결정화 과정을 통해 고체 형태로 분리된다.

4. 폐기물 재활용 공정의 효율을 높이는 기술

 (1) 자동화 및 AI 기반 모니터링

폐기물 재활용 공정을 자동화하고, AI 기반의 데이터 분석 기술을 활용하여 화학반응을 최적화할 수 있다. 이를 통해 재활용 효율을 높이고 에너지 소비를 줄일 수 있다.

 (2) 에너지 회수 시스템

재활용 과정에서 발생하는 열 에너지를 회수하여 공장 내 다른 공정에 활용하는 방법도 있다. 예를 들어, 폐산 증류 과정에서 발생한 열을 공장 난방이나 추가적인 증류 공정에 사용할 수 있다.

5. 환경적 및 경제적 이점

Acid와 Alkali 폐기물 재활용 기술은 환경보호뿐만 아니라 경제적 이점도 제공한다:

- 환경적 이점: 폐기물의 직접 배출을 줄여 수질 오염과 토양 오염을 예방할 수 있다.
- 경제적 이점: 폐기물 내 포함된 유용한 자원을 회수하여 원료 비용을 절감하고, 폐기물 처리 비용을 낮출 수 있다.

6. 실제 적용 사례

- S사: Acid 재활용 공정을 통해 반도체 제조 과정에서의 폐산 사용량을 약 30% 줄였다.
- L사: Alkali 폐기물에서 실리콘 슬러리를 회수하여 건축용 소재로 활용하고 있다.

따라서, 
Si 컴포넌트 에칭 후 발생하는 Acid와 Alkali 폐기물은 적절한 기술을 활용하면 단순한 폐기물이 아니라 유용한 자원으로 전환될 수 있다. 기업이 이러한 재활용 기술을 도입하면 환경 보호와 비용 절감이라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있다. 앞으로도 관련 기술이 발전하면서 더욱 효율적이고 경제적인 재활용 설루션이 등장할 것으로 기대된다.

환경과 자원을 동시에 지키는 폐기물 재활용, 이제는 선택이 아닌 필수이다.