Chapter 05

초순수(UPW)

반도체 팹이 가장 많이 쓰는 원료는 실리콘도, 가스도 아닌 물이다. 웨이퍼는 수백 번의 공정 사이사이에 물로 씻기고, 마지막 헹굼물에 남은 이온 하나, 나노입자 하나가 그대로 웨이퍼 위 결함이 된다. 그래서 팹은 수돗물을 받아 염분을 99.99 % 이상 걷어내고, 남은 유기물을 자외선으로 태우고, 녹아 있는 산소까지 뽑아낸 초순수(UPW, Ultrapure Water)를 하루 수만 톤씩 만든다. 이 장은 “물이 얼마나 깨끗한가”를 무엇으로 재는지, 그 물을 어떤 장치의 사슬로 만드는지, 그리고 만든 물을 어떻게 더럽히지 않고 장비까지 보내는지를 계산으로 따라간다.

UPW의 주요 사양(비저항, TOC, 용존산소, 입자, 금속, 실리카, 세균)이 각각 웨이퍼의 어떤 결함과 연결되는지 설명할 수 있다.
물의 해리와 이온 몰전도도로 18.2 MΩ·cm라는 이론 한계를 유도하고, ppb 수준 불순물이 비저항을 얼마나 낮추는지 계산할 수 있다.
비저항 측정값의 온도 보정이 왜 필요한지, 단순 선형 보정이 초순수에서 왜 틀리는지 말할 수 있다.
전처리 → 1차(RO·탈기·EDI) → 폴리싱(UV185·혼상 이온교환·UF) → 공급 루프의 각 단계가 무엇을 제거하는지 도식으로 그릴 수 있다.
RO의 회수율·염 제거율로 투과수와 농축수 농도를 물질수지로 계산하고, 실리카 스케일이 회수율을 제한하는 이유를 설명할 수 있다.
순환 루프의 최소 유속과 데드레그 금지 원칙을 세균 증식과 연결하고, FAB-E의 하루 UPW 수요를 웨이퍼당 사용량에서 추정할 수 있다.

왜 이렇게까지 깨끗한 물이 필요한가

웨이퍼 한 장이 완성될 때까지 거치는 공정 스텝은 첨단 로직과 DRAM에서 1,000개를 넘는다. 그중 상당수가 식각, 증착, 이온 주입, 화학적 기계 연마(CMP) 뒤에 따라오는 세정과 헹굼(rinse)이다. 세정은 황산·과산화수소, 암모니아수, 불산 같은 케미컬로 오염을 녹여 내고(7장), 헹굼은 그 케미컬을 물로 씻어 낸다. 헹굼 직후 웨이퍼 표면에 남는 것은 결국 마지막 헹굼물의 불순물이다. 물이 깨끗하지 않으면 세정이 오염을 오히려 옮겨 놓는다.

문제는 웨이퍼 위 소자의 크기다. 게이트 산화막은 몇 nm, 최소 선폭은 십수 nm다. 수돗물 1 L에는 수백 mg의 이온과 수억 개 이상의 미세 입자, 수 mg의 유기물과 산소가 녹아 있다. 이 물 한 방울이 웨이퍼 위에서 마르면 그 자리에 고형분이 남아 물자국(watermark)이 생긴다. 소자 크기가 작아질수록 문제가 되는 오염의 크기와 양도 함께 작아져서, 지금의 UPW 사양은 금속을 원소당 1 ppt 수준, 입자를 10~20 nm급까지 따진다.

그림 5-1. UPW 속 불순물과 웨이퍼 결함의 연결. 이온은 비저항으로 한꺼번에 재지만 금속 하나하나는 ICP-MS로 따로 재야 하고, 입자·TOC·용존산소·세균은 각각 다른 계측기가 필요하다. 사양 항목이 많은 이유는 결함의 종류가 많기 때문이다.

얼마나 많이 쓰는가도 중요하다. 첨단 팹은 300 mm 웨이퍼 한 장을 만드는 동안 대략 5~10 m³의 UPW를 쓴다(공정과 재이용 수준에 따라 크게 다르다). 웨이퍼 한 장의 부피는 약 54 cm³(지름 300 mm × 두께 0.775 mm)이니, 자기 부피의 10만 배가 넘는 물로 씻기는 셈이다. 월 10만 장을 만드는 팹이라면 하루 수만 m³, 인구 수만~십수만 명 도시의 상수도에 맞먹는 물을 쓴다. 이 물을 어디서 받고 쓰고 나서 어떻게 처리·재이용하는지는 9장에서 물 수지로 따로 계산한다.

FAB-E의 초순수 규모

FAB-E는 월 100,000장(하루 약 3,333장)을 투입한다. UPW 사용량을 웨이퍼당 약 7.5 m³로 잡으면 하루 약 25,000 m³, 시간당 약 1,040 m³다. UPW 설비 전체의 회수율(원수 대비 제품수 비율)을 약 70 %로 가정하면 UPW 설비에 들어가는 물은 하루 약 35,700 m³이고, 그중 일부는 사용 후 회수한 물이다. 냉각탑 보충수 등까지 합친 팹 전체 원수는 하루 약 40,000 m³로, 그 계산은 9장의 물 수지에서 한다.

UPW 사양: 무엇을 얼마나 재는가

UPW 품질은 국제 규격으로 정리되어 있다. 반도체 업계 단체 SEMI의 SEMI F63(Guide for Ultrapure Water Used in Semiconductor Processing)은 공정 세대별 UPW 목표치를 제시하고, 미국 ASTM의 ASTM D5127(Standard Guide for Ultra-Pure Water Used in the Electronics and Semiconductor Industries)은 E-1, E-1.1, E-1.2, E-1.3처럼 등급을 나눈다. 국제 로드맵(ITRS, 이후 IRDS의 Yield Enhancement 장)도 UPW 목표치를 함께 다뤘다. 실제 팹은 이 규격보다 엄격한 자체 기준을 쓰는 경우가 많고, 수치는 개정 때마다 바뀐다. 아래 표는 이런 자료들을 참고해 대략의 크기를 보여 주는 교육용 요약이다.

항목	단위	일반 UPW (약, 2000년대)	첨단 공정 목표 (약, 2020년대)	주 측정법
비저항 (25 °C)	MΩ·cm	> 18.0	> 18.18 (이론값 근처)	온라인 비저항계
TOC	µg/L (ppb)	< 2~5	< 1, 일부 < 0.5	온라인 UV 산화식 TOC 분석기
용존산소 DO	µg/L	< 20~50	< 10, 일부 공정 < 1~3	전기화학식·형광식 DO계
입자	개/L	> 50 nm 기준 < 수백	> 20 nm(일부 > 10 nm) 기준 수백 이하	온라인 액체 입자계수기(LPC), 필터 포집 후 SEM
세균	CFU/L	< 10	< 1	멤브레인 필터 배양
실리카(총)	µg/L	< 1~3	< 0.5	ICP-MS, 몰리브덴 비색
금속 (원소당)	ng/L (ppt)	< 10~50	< 1~5, 중요 원소 < 1	ICP-MS (농축 후)
음이온 (Cl⁻ 등)	ng/L	< 50~100	< 10~50	이온 크로마토그래피(IC)
공급 온도	°C	25 ± 2	약 22~25, 변동 ± 1 이내	RTD

수치는 SEMI F63, ASTM D5127, ITRS/IRDS 자료의 크기 수준을 대략 정리한 것이다. 규격의 정확한 값은 판(개정 연도)마다 다르므로 실제 설계에는 최신 원문을 확인해야 한다.

ppm, ppb, ppt의 크기

물에서 쓰는 농도 단위는 질량비다. 1 ppm은 1 mg/L, 1 ppb는 1 µg/L, 1 ppt는 1 ng/L다(물 1 L ≈ 1 kg이므로). 이 단위들은 숫자로는 1,000배씩이지만 감각으로는 잘 와닿지 않는다. 1 ppt를 그림으로 보자.

그림 5-2. 농도 단위의 크기. 수돗물의 용존 고형물(TDS)에서 UPW의 금속 사양까지는 약 여덟 자릿수 차이가 난다. 어떤 장치도 혼자 이 범위를 감당하지 못하므로, 전처리·RO가 앞의 두세 자릿수를, EDI·이온교환이 다음 자릿수들을 나눠 맡는다.

측정할 수 있어야 관리할 수 있다

UPW 사양이 강화되는 속도는 분석 기술의 발전 속도에 묶여 있다. 금속 1 ppt를 관리하려면 그보다 낮은 농도를 재야 하는데, 이는 클린룸 안의 분석실, 고순도 시료 용기, 농축 전처리, ICP-MS가 모두 갖춰져야 가능하다. 입자도 마찬가지로, 온라인 입자계수기가 볼 수 있는 최소 크기가 수십 nm에 머무는 동안 10 nm급 입자는 필터에 걸러 전자현미경으로 세는 방식으로 보완한다. 사양표의 “측정법” 열은 장식이 아니다.

비저항: 18.2 MΩ·cm는 어디서 오는가

UPW의 대표 지표인 비저항(resistivity)은 물이 전기를 얼마나 안 통하는지를 나타낸다. 물속에서 전류를 나르는 것은 이온이므로 비저항이 높을수록 이온이 적다. 단위 MΩ·cm는 한 변 1 cm인 정육면체 물의 마주 보는 면 사이 저항이다. 실제 측정은 전극 사이 거리 $L$, 면적 $A$인 셀에서 저항 $R$을 재고 셀 상수 $K = L/A$로 나눈다($\rho = R/K$).

이온을 하나도 넣지 않은 물도 비저항이 무한대가 아니다. 물 분자 스스로가 아주 조금 해리하기 때문이다.

$$\mathrm{H}_2\mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{H}^{+} + \mathrm{OH}^{-},\qquad K_w = [\mathrm{H}^{+}][\mathrm{OH}^{-}] \approx 1.0\times10^{-14}\ (25\,{}^\circ\mathrm{C})$$

순수한 물에서는 $[\mathrm{H}^{+}] = [\mathrm{OH}^{-}] = \sqrt{K_w} \approx 1.0\times10^{-7}$ mol/L (pH 7). $K_w$는 온도가 오르면 커진다(0 °C에서 약 $1.1\times10^{-15}$, 50 °C에서 약 $5.5\times10^{-14}$).

묽은 용액의 전기전도도(conductivity) $\kappa$는 각 이온의 몰농도와 극한 몰전도도(limiting molar conductivity)의 곱을 더해 근사한다(콜라우시의 이온 독립 이동 법칙, Kohlrausch's law).

$$\kappa\ [\mathrm{S/cm}] = 10^{-3}\sum_i c_i\,\lambda_i^{0},\qquad \rho = \frac{1}{\kappa}$$

$c_i$: 이온 농도(mol/L), $\lambda_i^{0}$: 극한 몰전도도(S·cm²/mol). 25 °C에서 H⁺ 349.8, OH⁻ 198.6, Na⁺ 50.1, Cl⁻ 76.4, HCO₃⁻ 44.5, NH₄⁺ 73.5. $10^{-3}$은 L를 cm³로 바꾸는 계수다.
순수한 물: $\kappa = 10^{-3}\times1.0\times10^{-7}\times(349.8+198.6) \approx 5.5\times10^{-8}$ S/cm = 0.055 µS/cm, 즉 $\rho \approx 18.2$ MΩ·cm.

이것이 18.2 MΩ·cm의 정체다. 물 자신의 이온만 남았을 때의 이론 한계이므로 아무리 좋은 장치로도 이보다 높일 수 없다. H⁺와 OH⁻의 몰전도도가 유난히 큰 것은 이 이온들이 물 분자 사슬을 따라 양성자를 넘겨주는 방식(그로투스 메커니즘)으로 움직이기 때문이다.

여기에 NaCl 1 ppb(1 µg/L)를 넣으면 어떻게 될까. 몰농도는 $10^{-6}/58.44 = 1.7\times10^{-8}$ mol/L이고, 추가 전도도는 $10^{-3}\times1.7\times10^{-8}\times(50.1+76.4) = 2.2\times10^{-9}$ S/cm다. 전체 $5.72\times10^{-8}$ S/cm, 비저항은 약 17.5 MΩ·cm로 떨어진다. 1 ppb의 소금이 비저항을 약 4 % 낮춘다. 거꾸로 말하면 1 ppt 수준의 금속은 비저항계로 전혀 보이지 않는다. 비저항 18.2는 “이온이 대략 0.1 ppb 아래”라는 필요조건일 뿐, 금속 ppt 사양을 보증하지 못한다.

그림 5-3. (a) 비저항계는 두 전극 사이의 저항을 재고 셀 상수로 나눈다. 초순수용 셀은 셀 상수가 작은(전극이 크고 가까운) 0.01 cm⁻¹급을 쓴다. (b) 순수한 물의 전류는 물 자신의 H⁺·OH⁻가 나른다. ppb 수준 염이 들어오면 비저항이 눈에 띄게 떨어지지만, ppt 수준은 구분되지 않는다.

SIMULATOR

비저항 계산기: 불순물 농도 → MΩ·cm

예시

불순물 종류

농도 수온

비저항 (현재 수온)—

전도도—

pH—

같은 물의 25 °C 값—

계산: 전하 균형 $[\mathrm{H}^{+}] + [\mathrm{Na^+}] + [\mathrm{NH_4^+}] = [\mathrm{OH}^{-}] + [\mathrm{Cl^-}] + [\mathrm{HCO_3^-}]$을 수치로 풀어 [H⁺]를 구하고, $\kappa = 10^{-3}\sum c\lambda$로 전도도를 더한다. 해볼 것: ① NaCl 0.1 ppb와 1 ppb를 비교하자. ② CO₂를 고르면 같은 ppb라도 비저항이 덜 떨어진다. 약산이라 일부만 이온이 되기 때문이다. 그래도 공기에 닿은 물(CO₂ 수백 ppb)은 1 MΩ·cm대까지 떨어진다. ③ 불순물을 최소로 두고 수온만 올리면, 깨끗한 물인데도 비저항이 크게 떨어진다. 다음 시뮬레이터의 주제다. (몰전도도의 온도 계수와 25 °C 해리 상수를 쓴 교육용 근사)

온도가 바뀌면 같은 물도 비저항이 바뀐다

비저항계는 온도에 매우 민감하다. 수온이 오르면 이온이 더 빨리 움직이고(몰전도도 증가, 1 °C당 약 2 %) 물의 해리도 늘어난다($K_w$ 증가). 순수한 물의 비저항은 0 °C에서 약 86 MΩ·cm, 25 °C에서 18.2, 50 °C에서 약 5.8 MΩ·cm다. 그래서 UPW 비저항은 항상 25 °C 기준으로 보정한 값으로 말한다.

일반 공업용수의 전도도계는 “1 °C당 2 %” 같은 선형 보정을 쓴다. 그런데 초순수에서는 전도도의 대부분이 물 자신의 H⁺·OH⁻에서 오고, 이 부분은 $K_w$ 때문에 1 °C당 약 5~6 %로 변한다. 선형 보정을 그대로 쓰면 깨끗한 물을 더럽다고, 혹은 더러운 물을 깨끗하다고 잘못 읽는다. 초순수용 비저항계는 순수한 물의 기여분과 불순물 기여분을 나누어 각각 다른 식으로 보정한다.

$$\kappa_{25} = \kappa_{\text{pure}}(25) + \frac{\kappa_T - \kappa_{\text{pure}}(T)}{1 + \alpha\,(T-25)},\qquad \alpha \approx 0.02\ /^\circ\mathrm{C}$$

$\kappa_T$: 수온 $T$에서 측정한 전도도, $\kappa_{\text{pure}}(T)$: 같은 온도의 순수한 물 전도도(이론값 표). 불순물 몫만 선형 계수 $\alpha$로 보정한다.

SIMULATOR

비저항 온도 보정: 선형 보정은 얼마나 틀리나

측정 수온 NaCl 불순물

측정값 (보정 전)—

선형 2 %/°C 보정—

순수 분리 보정—

실제 25 °C 값—

선형 보정 오차—

해볼 것: ① 불순물 0, 수온 30 °C에서 선형 보정값이 18.2를 넘어서는 것을 보자. 물리적으로 불가능한 값이다. ② 수온을 15 °C로 내리면 오차 부호가 바뀐다. ③ 불순물을 10 ppb 이상으로 올리면 불순물 기여가 커져 선형 보정도 덜 틀린다. 일반 용수에 선형 보정이 통하는 이유다.

UPW 트레인: 전처리 → 1차 → 폴리싱 → 루프

UPW 설비는 수십 개의 장치가 직렬로 이어진 트레인(treatment train)이다. 크게 네 구역으로 나뉜다. 각 구역은 앞 구역이 남긴 것을 처리하고, 뒤 구역을 보호한다. 예를 들어 RO 막은 염소와 입자에 약하므로 전처리가 이를 먼저 걷어내야 하고, 폴리싱의 비싼 비재생 이온교환 수지는 1차 처리가 이온을 충분히 줄여 놓아야 오래 쓸 수 있다.

그림 5-4. 전형적인 UPW 트레인. 전처리는 RO 막을 보호하고, 1차 처리는 이온과 용존 기체 대부분을 걷어 1차수 탱크에 모은다. 폴리싱은 팹 가까이에서 TOC·잔류 이온·용존산소·입자를 ppt·nm 수준으로 마무리하고, 공급 루프는 사용하지 않은 물을 계속 되돌려 정체를 막는다. 구체적인 구성(2단 RO 유무, EDI 대신 재생형 이온교환, 탈기 위치 등)은 설비마다 다르다.

단계	주로 제거하는 것	원리	출구 수준 (약)
응집·여과·UF	탁도, 콜로이드, 미생물 일부	응집 후 모래·다층 여과, 중공사 막	SDI < 3 (RO 공급 조건)
활성탄	잔류 염소, 일부 유기물	흡착, 염소 환원	염소 불검출 (RO 폴리아마이드 막 보호)
RO (1·2단)	이온, 유기물, 실리카, 입자	반투막, 압력 > 삼투압	TDS 수 ppm → 0.1 ppm 이하
탈기	CO₂, O₂	소수성 중공사 막 + 진공·N₂ 스윕	DO 수십 ppb 이하
EDI	남은 이온, 약산(실리카·붕소 일부)	이온교환 수지 + 직류 전기장으로 연속 재생	10~18 MΩ·cm
UV185	TOC	185 nm 광분해 → OH 라디칼 산화 → CO₂·유기산	TOC < 1 ppb
혼상 이온교환	UV가 만든 이온, 극미량 금속·붕소	H형 양이온 + OH형 음이온 수지 혼합	18.2 MΩ·cm, 금속 ppt
최종 UF	입자, 수지 파편, 세균 사체	분획분자량 수천~수만 Da 중공사 막	입자 > 20 nm 수백 개/L 이하

트레인의 앞쪽은 큰 양을 대충, 뒤쪽은 작은 양을 정밀하게 다룬다. 그래서 앞쪽 장치는 큰 유량과 운전비가, 뒤쪽 장치는 재질의 청정도가 설계의 핵심이다. 폴리싱부터 장비까지는 금속 용출이 거의 없는 고순도 PVDF(polyvinylidene fluoride) 배관과 밸브를 쓴다. 스테인리스는 철·크롬·니켈이 녹아 나오므로 쓰지 않는다.

역삼투: 압력으로 염을 걸러 내는 막

물은 통과시키고 이온은 막는 반투막을 사이에 두고 한쪽에 순수, 다른 쪽에 소금물을 두면 물이 소금물 쪽으로 넘어간다. 이것이 삼투(osmosis)이고, 이 흐름을 멈추는 데 필요한 압력이 삼투압이다. 소금물 쪽에 삼투압보다 큰 압력을 걸면 물이 거꾸로 순수 쪽으로 밀려 나온다. 이것이 역삼투(RO, Reverse Osmosis)다.

$$\pi = i\,C\,R\,T,\qquad J_w = A\,(\Delta P - \Delta\pi),\qquad J_s = B\,(c_{\text{feed side}} - c_p)$$

$\pi$: 삼투압(반트호프 식, $i$: 해리되는 이온 수, $C$: 몰농도), $J_w$: 물 플럭스, $A$: 물 투과 계수, $\Delta P$: 막 양쪽 압력 차, $J_s$: 염 플럭스, $B$: 염 투과 계수. NaCl 1,000 mg/L의 삼투압은 약 0.8 bar다. 염 플럭스가 압력과 무관하므로, 압력을 올려 물을 많이 밀어내면 투과수가 묽어진다.

그림 5-5. (a) 반투막을 사이에 두고 소금물 쪽에 삼투압보다 큰 압력을 걸면 물만 순수 쪽으로 이동한다. (b) RO의 물질수지. 회수율 $r$이 높을수록 투과수가 많아지지만, 남은 염이 적은 물에 몰리므로 농축수 농도는 $1/(1-r)$배로 치솟는다. 회수율 75 %면 4배, 90 %면 10배다.

RO 설계의 핵심 변수는 회수율(recovery)과 염 제거율(salt rejection)이다. 회수율을 높이면 원수를 아낄 수 있다. 그러나 농축수의 농도가 $1/(1-r)$배로 오르면서 두 가지 문제가 생긴다. 첫째, 막 표면의 평균 농도가 높아져 투과수 수질이 나빠지고 필요한 압력이 오른다. 둘째, 녹아 있던 성분이 용해도를 넘어 막 위에 결정으로 석출되는 스케일(scale)이 생긴다. 반도체용 RO에서 가장 까다로운 것은 실리카다. 비정질 실리카의 용해도는 25 °C에서 약 100~150 mg/L(SiO₂)인데, 원수에 15 mg/L만 있어도 회수율 90 %에서 농축수가 150 mg/L에 이른다. 칼슘·마그네슘 스케일은 연수화와 스케일 방지제로 막을 수 있지만 실리카는 다루기 어렵다.

막 모듈 안에서는 물이 빠져나가며 농도가 공급 쪽 입구에서 출구로 점점 오르므로, 막이 “보는” 평균 농도는 공급 농도보다 높다. 이를 로그 평균으로 근사한다.

$$\bar c = c_f\,\frac{\ln\!\big(1/(1-r)\big)}{r},\qquad c_p \approx (1-R)\,\bar c,\qquad c_c = \frac{c_f - r\,c_p}{1-r}$$

$R$: 염 제거율(막 고유 성능 기준), $r$: 회수율. 회수율 75 %에서 $\bar c \approx 1.85\,c_f$. 2단 RO는 1단 투과수를 다시 RO에 통과시키고, 2단 농축수(1단 공급수보다 깨끗함)를 1단 공급으로 되돌린다.

SIMULATOR

RO 물질수지: 회수율 · 제거율 · 실리카 스케일

원수

공급수 TDS 공급수 실리카 1단 회수율 r 염 제거율 R

구성

최종 투과수 TDS—

1단 농축수 TDS—

농축수 실리카—

1단 공급 압력—

전체 회수율—

FAB-E 원수 / 농축수 (투과 28,000 m³/일)—

가정: 삼투압 $\pi \approx 0.0008$ bar/(mg/L)×TDS, 플럭스 20 L/m²·h, 물 투과 계수 2.5 L/m²·h·bar, 모듈 압력 손실 1 bar, 실리카 제거율 99 %. 2단 RO는 회수율 90 %로 고정하고 2단 농축수는 1단 공급으로 되돌린다. 해볼 것: ① 회수율을 75 %에서 90 %로 올려 보자. 원수는 줄지만 농축수 실리카가 한계를 넘는다. ② “지하수·고실리카”에서 실리카 한계를 넘지 않는 최대 회수율을 찾아보자. ③ 1단과 2단을 비교해 투과수 TDS가 몇 배 차이 나는지 보자.

RO 막이 망가지는 세 가지 방식

스케일링은 용해도를 넘은 무기염(CaCO₃, CaSO₄, 실리카)이 결정으로 석출되는 것이고, 회수율과 pH, 스케일 방지제로 관리한다. 파울링은 콜로이드·유기물이 막 표면에 쌓이는 것으로 전처리의 SDI(Silt Density Index)로 관리한다. 바이오파울링은 막 위에 생물막이 자라는 것으로, 살균제를 쓰면 좋겠지만 폴리아마이드 막은 염소에 산화되어 망가진다. 그래서 활성탄이나 아황산수소나트륨으로 염소를 없앤 뒤 RO에 넣고, 대신 주기적인 화학 세정(CIP, Clean-In-Place)을 한다. 막 운전 상태는 정규화 투과 유량과 차압의 추세로 감시한다(15장의 예지 정비와 같은 발상이다).

EDI와 탈기: 남은 이온과 녹아 있는 기체

전기탈이온(EDI): 약품 없이 재생되는 이온교환

RO 투과수에는 아직 ppm 이하의 이온이 남아 있다. 전통적으로는 이온교환 수지 탑으로 이를 걸렀는데, 수지가 포화되면 염산·가성소다로 재생해야 해서 약품과 재생 폐수가 많이 나왔다. 전기탈이온(EDI, Electrodeionization)은 이온교환 수지를 양이온·음이온 교환막 사이에 채우고 직류 전압을 걸어, 수지에 잡힌 이온을 전기장으로 계속 끌어내 옆 칸(농축실)으로 보낸다. 물이 매우 깨끗한 출구 쪽에서는 전기장이 물 분자를 H⁺와 OH⁻로 쪼개는 물 분해(water splitting)가 일어나 수지를 그 자리에서 재생한다. 약품 재생이 필요 없고 연속 운전이 된다.

그림 5-6. EDI 셀 단면. 양이온 교환막(CEM)은 양이온만, 음이온 교환막(AEM)은 음이온만 통과시킨다. 희석실의 Na⁺는 음극 쪽 CEM을 지나 농축실로, Cl⁻는 양극 쪽 AEM을 지나 반대쪽 농축실로 빠져나가고, 되돌아오지는 못한다. 희석실의 수지는 이온의 “고속 통로” 역할을 해 아주 묽은 물에서도 전류가 흐르게 한다.

EDI는 강하게 이온화된 염은 잘 제거하지만 실리카·붕소·CO₂ 같은 약산은 상대적으로 약하다. 앞 단에서 CO₂를 탈기로 미리 빼 주는 이유다. CO₂는 물에서 탄산(H₂CO₃)이 되어 HCO₃⁻를 내놓으므로 EDI에 이온 부하를 더하고 비저항을 떨어뜨린다.

탈기: 녹아 있는 산소를 ppb까지

공기와 평형을 이룬 25 °C 물에는 산소가 약 8.3 mg/L 녹아 있다. 첨단 공정은 이를 10 µg/L(ppb) 이하, 일부는 1 ppb 근처까지 낮춘다. 헹굼 중 용존산소가 실리콘이나 구리 표면을 산화시켜 원치 않는 자연산화막을 만들기 때문이다. 기체의 용해도는 헨리 법칙을 따른다.

$$C_{\text{eq}} = \frac{p_{\mathrm{O_2}}}{H} \;\Rightarrow\; C_{\text{eq}} \approx 8.3\ \mathrm{mg/L}\times\frac{p_{\mathrm{O_2}}}{21.2\ \mathrm{kPa}},\qquad C_{\text{out}} = C_{\text{eq}} + (C_{\text{in}} - C_{\text{eq}})\,e^{-\mathrm{NTU}}$$

$p_{\mathrm{O_2}}$: 막 반대편(기체 쪽)의 산소 분압, 21.2 kPa는 대기 중 산소 분압. $\mathrm{NTU}$: 막 면적·물질전달 계수로 정해지는 전달 단위 수. 기체 쪽 산소 분압을 낮추는 방법은 진공과 질소 스윕(N₂ sweep)이다.

막 탈기기(membrane degasifier, MDG)는 소수성 중공사 막 안쪽으로 물을, 바깥쪽에 진공을 걸어 기체만 빼낸다. 그런데 진공만으로는 한계가 있다. 25 °C 물의 증기압이 약 3.2 kPa이므로 그 아래로는 진공을 걸 수 없고, 빠져나온 기체 중 산소 비율도 1/3 정도라서 산소 분압이 0.5 kPa 안팎에 머문다. 이 분압과 평형인 용존산소는 약 200 ppb다. 그래서 기체 쪽에 고순도 질소를 흘려 산소를 희석하는 질소 스윕을 쓰고, 막을 2~3단으로 직렬 연결한다. 더 낮추려면 팔라듐 촉매 수지에 수소를 넣어 O₂ + 2H₂ → 2H₂O로 산소를 물로 바꾸는 촉매 탈산소를 쓴다.

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막 탈기: 진공 · 질소 스윕 · 단수 → 용존산소

입구 DO 진공 절대압 막 한 단의 NTU

질소 스윕

직렬 단수

출구 DO—

평형 한계 C_eq—

기체 쪽 O₂ 분압—

제거율—

가정: 수온 25 °C(증기압 3.17 kPa), 진공만 쓸 때 빠져나온 기체 중 O₂ 몰분율 0.33, 질소 스윕 시 0.003(교육용 값). 해볼 것: ① 스윕 없이 단수를 3단으로 늘려도 출구 DO가 평형 한계 아래로 내려가지 않는 것을 확인하자. ② 스윕을 켜고 단수를 바꿔 10 ppb, 1 ppb 목표를 맞추는 조합을 찾아보자. ③ 진공 절대압을 30 kPa로 나쁘게 하면 어떻게 되나?

폴리싱: UV185, 혼상 이온교환, 한외여과

1차 처리를 마친 물은 이미 대부분의 사양에 근접하지만, TOC와 입자, ppt 수준 금속은 아직 남아 있다. 폴리싱(polishing)은 팹 가까이에 두고 매일 쓰는 양보다 많은 물을 계속 순환시키며 이를 마무리한다.

그림 5-7. 폴리싱 세 단계. UV185는 물에서 OH 라디칼을 만들어 유기물을 유기산과 CO₂로 산화시킨다. 이 과정에서 이온이 생겨 비저항이 잠시 떨어지므로 혼상 이온교환이 바로 뒤에서 이를 잡는다. 마지막 한외여과(UF)는 입자와 수지 파편을 거른다.

UV185로 TOC 태우기

저압 수은등은 254 nm와 185 nm 빛을 낸다. 254 nm는 세균 DNA를 손상시키는 살균용이고, 185 nm는 물 분자를 직접 쪼개 강력한 산화제인 하이드록실 라디칼(·OH)을 만든다. 이 라디칼이 유기물을 차례로 산화해 결국 CO₂로 만든다. 분해 속도는 대략 투입 자외선 에너지에 대해 1차 반응을 따르지만, 유기물 종류마다 속도 상수가 크게 다르다. 알코올류는 쉽게 분해되지만 요소(urea)처럼 작고 안정한 분자는 잘 분해되지 않는다. 원수의 요소는 RO도 잘 통과해서, 계절에 따라(비료 사용) UPW TOC를 흔드는 주범으로 알려져 있다.

$$\mathrm{TOC}_{\text{out}} = \mathrm{TOC}_{\text{in}}\Big[(1-f)\,e^{-k_1 E} + f\,e^{-k_2 E}\Big]$$

$E$: 물 1 m³당 투입 자외선 램프 에너지(W·h/m³), $f$: 분해가 어려운 유기물 비율, $k_1, k_2$: 쉬운·어려운 성분의 속도 상수(교육용 값 $k_1 = 0.12$, $k_2 = 0.02$ m³/W·h).

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UV185 선량과 TOC · 그 직후의 비저항

입구 TOC 난분해 비율 f (요소 등) UV 에너지 E 램프 출력 (노화)

출구 TOC—

생성 CO₂—

UV 직후 비저항—

램프 전력 (1,300 m³/h)—

계산: 분해된 TOC(탄소 기준)가 모두 CO₂가 된다고 보고(CO₂ = TOC × 44/12), 앞의 비저항 모델로 UV 직후 비저항을 구한다(유기산 중간체는 무시). 해볼 것: ① 난분해 비율을 0 %에서 50 %로 올리면 같은 에너지로 1 ppb를 못 맞춘다. ② 램프 출력을 60 %로 떨어뜨려 교체 시점을 판단해 보자. ③ UV 직후 비저항이 18.2보다 크게 낮은 것은 고장이 아니다. 뒤의 혼상 이온교환이 이를 18.2로 되돌린다.

혼상 이온교환과 최종 UF

혼상(mixed bed, MB) 이온교환 탑은 H⁺형 강산성 양이온 수지와 OH⁻형 강염기성 음이온 수지를 섞어 채운다. 양이온은 H⁺로, 음이온은 OH⁻로 바뀌고 둘이 만나 물이 되므로, 한 탑 안에서 수많은 작은 탈이온 단계가 반복되는 효과가 난다. 폴리싱의 MB는 보통 비재생형(non-regenerable)으로, 포화되면 현장에서 재생하지 않고 수지째 교체한다. 재생 약품이 고순도 계통에 들어오는 위험을 없애기 위해서다. 교체 시점은 출구 비저항이나 붕소·실리카가 먼저 새어 나오는 파과(breakthrough)로 판단한다.

마지막 한외여과(UF, Ultrafiltration)는 공칭 기공 수 nm, 분획분자량(MWCO) 수천~수만 Da의 중공사 막이다. 앞 단의 수지가 깨져 나온 파편, 배관에서 떨어진 생물막 조각, 세균 사체를 거른다. 첨단 UPW는 > 10~20 nm 입자를 관리하므로, UF 막의 미세한 결함이나 접합부 누설 하나가 입자 사양을 깨뜨린다. UF 뒤에서 장비까지 가는 배관 자체가 입자원이 되지 않도록 배관 재질과 시공, 초기 세정(flushing)이 함께 관리된다.

보이지 않는 입자를 세는 법

온라인 액체 입자계수기는 레이저 산란으로 입자를 세는데, 입자가 작아지면 산란광이 크기의 6제곱에 비례해 급격히 약해져(레일리 산란) 현재 기술로는 약 20 nm 근처가 실질 한계다. 그래서 10 nm급 관리는 UF 출구 물을 매우 미세한 필터로 장시간 거른 뒤 필터 표면을 전자현미경으로 세거나, 입자를 응축 성장시켜 세는 방식 등을 함께 쓴다. 사양은 > 10 nm로 내려갔지만 실시간 감시는 아직 그보다 큰 입자를 대리 지표로 보는 경우가 많다.

공급 루프: 멈추지 않고 흐르게

폴리싱을 마친 물은 팹 전체를 도는 순환 루프를 타고 장비로 간다. UPW 배관의 철칙은 두 가지다. 물은 항상 흘러야 하고, 막다른 배관(dead leg)을 두지 않는다. 장비가 물을 쓰지 않는 순간에도 루프는 같은 압력과 유속으로 돌고, 쓰고 남은 물은 리턴 배관으로 폴리싱 앞 탱크에 돌아가 다시 처리된다.

이유는 세균이다. 영양분이 거의 없는 UPW에서도 세균은 배관 벽에 붙어 생물막(biofilm)을 만든다. 물이 빠르게 흐르면 벽면 전단 응력이 세균의 부착을 방해하고, 떨어져 나온 세균은 곧바로 UV와 UF가 있는 폴리싱으로 돌아간다. 반대로 물이 고이는 곳에서는 생물막이 자라고, 어느 날 조각이 떨어져 나와 입자·TOC·세균 사양을 한꺼번에 깨뜨린다. 그래서 루프 끝(리턴 쪽)에서도 최소 유속(흔히 약 0.6~1 m/s, 지침마다 다르다)을 유지하고, 장비로 가는 분기관은 길이를 관경의 몇 배 이내(흔히 3~6D 이내)로 짧게 한다.

그림 5-8. 분기관의 길이와 정체. 본관의 흐름이 분기관 안으로 들어가는 깊이는 관경의 몇 배 정도뿐이다. 그보다 긴 막다른 배관의 안쪽은 물이 거의 바뀌지 않아 생물막이 자란다. 장비가 철거된 뒤 배관만 남겨 둔 자리가 대표적인 데드레그다.

루프 설계는 유속과 압력 손실의 줄다리기다. 관경을 키우면 압력 손실과 펌프 전력은 줄지만 유속이 떨어진다. 수요가 적은 야간에는 리턴 유량이 늘어 문제가 없지만, 피크 수요 때는 리턴 쪽 유속이 줄어 최소 유속을 밑돌 수 있다. 펌프가 물에 준 일은 결국 열이 되어 루프 온도를 올리므로, 폴리싱 앞에 열교환기를 두어 온도를 맞춘다.

$$v = \frac{Q}{\pi D^2/4},\quad \mathrm{Re} = \frac{vD}{\nu},\quad \Delta P = f\,\frac{L}{D}\,\frac{\rho \overline{v^2}}{2},\quad \Delta T_{\text{pump}} = \frac{P_{\text{pump}}}{\rho\,c_p\,Q}$$

$\nu \approx 0.89\times10^{-6}$ m²/s(25 °C 물), $f$: 매끈한 관의 마찰 계수($\mathrm{Re} < 10^5$에서 블라시우스 식 $0.316\,\mathrm{Re}^{-1/4}$). 루프를 따라 장비가 물을 빼 가면 유속이 공급 쪽 $v_s$에서 리턴 쪽 $v_r$로 선형 감소한다고 보고 $\overline{v^2} = (v_s^2 + v_s v_r + v_r^2)/3$을 쓴다.

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UPW 공급 루프: 유속 · 압력 손실 · 데드레그

수요

루프 공급 유량 배관 내경 루프 길이 분기관 길이 L/D

공급 / 리턴 유속—

리턴 비율—

루프 압력 손실—

펌프 전력 · 수온 상승—

분기 끝 물 교환 시간—

가정: FAB-E 평균 수요 1,040 m³/h, 루프 하나(내경 수백 mm)로 단순화, 필터·UF·밸브의 고정 압력 손실 1.5 bar, 펌프 효율 75 %. 분기관 안 유속은 $v_{\text{branch}}(x) = v_{\text{main}}\,e^{-x/(1.5D)}$로 줄어든다고 둔 교육용 모델이고, 세균 배가 시간은 약 6시간으로 가정했다. 해볼 것: ① 피크 수요에서 리턴 유속이 기준 밑으로 떨어지지 않게 공급 유량을 정해 보자. ② 관경을 키워 압력 손실을 줄이면 리턴 유속은? ③ 분기관 L/D를 2에서 10으로 늘리면 분기 끝의 물 교환 시간이 어떻게 변하는지 보자.

온도도 사양이다

UPW 공급 온도는 보통 22~25 °C 근처에서 ±1 °C 이내로 관리한다. 헹굼물 온도가 바뀌면 웨이퍼 온도가 바뀌고, 식각 속도나 세정 효율, 웨이퍼 열팽창(3장의 오버레이 이야기와 같은 이유)이 함께 흔들린다. 일부 공정은 70~80 °C의 고온 UPW(hot UPW)를 따로 공급받는다. 고온수는 세정력이 좋지만 비저항이 낮게 읽히고(앞의 온도 보정), 배관 재질에서 용출이 늘어나 별도 루프와 재질 관리가 필요하다.

웨이퍼 한 장에 UPW 몇 톤: 사용처와 FAB-E 수요

UPW는 어디에 그렇게 많이 쓰일까. 가장 큰 몫은 습식 세정 장비다. 세정 단계마다 케미컬 처리 뒤 여러 번의 헹굼이 따르고, 배치식 세정조는 넘쳐흐르게(overflow) 헹구며, 매엽식 세정기는 회전하는 웨이퍼에 물을 뿌린다. CMP 장비는 연마 중·후 세정과 패드 컨디셔닝, 슬러리 희석에 물을 쓴다. 이 밖에 노광 트랙의 현상 후 린스, 케미컬 희석(7장), 일부 스크러버와 장비 냉각, 분석실이 있다. 그리고 의외로 큰 몫이 대기 중 흘려보내는 물이다. 장비가 웨이퍼를 처리하지 않는 동안에도 분기관과 장비 내부 배관이 정체되지 않도록 소량을 계속 흘리는 경우가 많다.

그림 5-9. 웨이퍼당 UPW 사용의 교육용 분해. 실제 비율은 제품(로직·DRAM·NAND), 세정 방식(배치·매엽), 재이용 수준에 따라 크게 다르다. 요점은 습식 세정이 절반 안팎을 차지하고, 공정에 직접 쓰지 않는 대기 흐름도 무시할 수 없다는 것이다.

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웨이퍼당 UPW와 팹 하루 수요 계산기

예시

월 웨이퍼 투입 세정 스텝 수 세정 스텝당 UPW CMP 스텝 수 대기 블리드·손실

웨이퍼당 UPW—

하루 UPW—

시간당—

UPW 설비 공급수 (회수율 70 %)—

식: 웨이퍼당 UPW = (세정 스텝 × 스텝당 L + CMP 스텝 × 80 L + 노광 트랙 300 L + 기타 500 L) × (1 + 블리드 비율). 하루 수요 = 웨이퍼당 UPW × 월 투입 / 30. 해볼 것: ① FAB-E 기준에서 하루 약 25,000 m³가 나오는지 확인하자. ② 블리드를 30 %에서 10 %로 줄이면 하루 몇 m³를 아끼나? ③ 첨단 공정으로 갈수록 세정 스텝이 늘어난다. 스텝을 200회로 늘리면 UPW 설비를 얼마나 키워야 하나?

FAB-E UPW 숫자 맞추기

기준값으로 계산하면 웨이퍼당 $(150\times25 + 15\times80 + 300 + 500)\times1.3 = 7{,}475$ L ≈ 7.5 m³, 하루 $7.475\times100{,}000/30 \approx 24{,}900$ m³로 FAB-E 표의 약 25,000 m³/일과 맞는다. UPW 설비 회수율 70 %면 공급수는 약 35,700 m³/일이고, 차이 약 10,700 m³/일은 RO 농축수·재생 배수 등으로 나간다. 사용한 UPW 약 23,750 m³/일(5 %는 증발·제품 등으로 손실)은 배수 종류별로 분리 수집되어 일부는 UPW 설비 앞으로 회수되고 나머지는 폐수 처리로 간다. 이 흐름 전체를 9장의 물 수지 시뮬레이터가 이어서 계산한다.

UPW를 줄이는 세 가지 방향

첫째, 덜 쓰기: 헹굼 종점을 비저항·전도도 센서로 판단해 필요 이상 헹구지 않기, 대기 블리드를 줄이는 장비 설계. 둘째, 되쓰기: 마지막 헹굼처럼 깨끗한 배수를 분리해 UPW 설비 앞(전처리 또는 1차 RO 공급)으로 회수하기. 회수수는 원수보다 TDS가 낮아 RO 부담도 적다. 셋째, 다른 곳에 쓰기: 덜 깨끗한 배수와 RO 농축수를 냉각탑·스크러버 보충수로 돌리기. 둘째와 셋째는 9장의 주제이고, 웨이퍼당 물·탄소 지표는 16장에서 다시 다룬다.

핵심 정리

UPW 사양은 비저항, TOC, 용존산소, 입자, 세균, 실리카, 금속, 음이온으로 나뉘고, 각 항목은 금속 오염·패턴 결함·유기막·자연산화막·물자국 같은 서로 다른 결함과 연결된다. 규격은 SEMI F63, ASTM D5127을 참고하되 첨단 팹은 더 엄격한 자체 기준을 쓴다.
순수한 물의 비저항 18.2 MΩ·cm(25 °C)는 물 자신의 해리($K_w \approx 10^{-14}$)와 H⁺·OH⁻의 큰 몰전도도에서 나오는 이론 한계다. NaCl 1 ppb가 비저항을 약 17.5로 떨어뜨리지만, ppt 금속은 비저항으로 보이지 않아 ICP-MS로 따로 잰다.
비저항은 온도에 민감하다(순수 기준 1 °C당 약 5~6 %). 초순수에서는 순수한 물의 기여를 분리해 보정해야 하며, 선형 2 %/°C 보정은 18.2를 넘는 불가능한 값까지 만든다.
UPW 트레인은 전처리(RO 보호) → 1차(RO·탈기·EDI) → 폴리싱(UV185·혼상 IX·탈기·UF) → 공급 루프로 이어진다. 앞은 많은 양을 대충, 뒤는 적은 양을 정밀하게 다룬다.
RO 농축수 농도는 약 $c_f/(1-r)$로 오르므로 회수율은 실리카·경도 스케일이 제한한다. 2단 RO로 투과수를 한 번 더 걸러 ppm 이하로 내린다.
EDI는 수지와 이온교환막, 직류 전기장으로 약품 없이 연속 재생한다. 용존산소는 헨리 법칙의 평형 한계 때문에 진공만으로는 수백 ppb에 머물고, 질소 스윕·다단 직렬·촉매 탈산소로 ppb까지 낮춘다.
UV185는 OH 라디칼로 TOC를 CO₂로 바꾸며, 이때 생긴 이온을 바로 뒤의 비재생 혼상 이온교환이 잡는다. 요소처럼 분해가 어려운 유기물이 TOC 관리의 난점이다. 최종 UF가 10~20 nm급 입자를 거른다.
공급 루프는 쓰지 않는 물까지 계속 순환시켜 리턴 쪽에도 최소 유속을 유지하고, 분기관은 짧게 해 데드레그를 없앤다. 정체가 생물막을 키우고, 생물막이 입자·TOC·세균 결함이 된다.
FAB-E는 웨이퍼당 약 7.5 m³, 하루 약 25,000 m³의 UPW를 쓰고, UPW 설비 회수율 약 70 %에서 공급수는 약 35,700 m³/일이다. 사용 후 물의 회수·재이용은 9장의 물 수지로 이어진다.

확인 퀴즈

1. 25 °C 순수한 물의 비저항이 약 18.2 MΩ·cm에서 더 높아질 수 없는 이유로 가장 알맞은 것은?

$K_w \approx 10^{-14}$이므로 순수한 물에도 H⁺·OH⁻가 각각 약 $10^{-7}$ M 존재한다. 이 둘의 몰전도도(349.8, 198.6)로 계산한 전도도 0.055 µS/cm의 역수가 18.2 MΩ·cm다. 측정기나 배관 문제가 아니라 물의 성질이다.

2. UPW 비저항이 18.2 MΩ·cm로 측정되었다. 이것만으로 확실히 말할 수 있는 것은?

NaCl 1 ppb가 비저항을 약 4 % 낮추므로, 18.2를 유지한다는 것은 이온 총량이 대략 0.1 ppb 아래라는 뜻이다. ppt 금속, 비이온성 유기물(TOC), 입자, 세균은 비저항에 거의 나타나지 않아 각각 따로 측정해야 한다.

3. RO 공급수의 실리카가 20 mg/L이고 비정질 실리카 용해도를 약 120 mg/L로 볼 때, 실리카 제거율을 거의 100 %로 가정하면 스케일 없이 운전할 수 있는 회수율의 상한에 가장 가까운 것은?

농축수 농도 $c_c \approx c_f/(1-r)$. $20/(1-r) \le 120$에서 $1-r \ge 1/6$, 즉 $r \le 0.83$. 실제로는 막 표면의 농도 분극 때문에 여유를 더 두거나, 스케일 방지제·pH 조절로 한계를 조금 넓힌다.

4. 진공만 쓰는 막 탈기기를 3단으로 직렬 연결했는데도 용존산소가 약 200 ppb 아래로 내려가지 않았다. 가장 적절한 개선책은?

출구 농도는 평형 한계 $C_{\text{eq}} \propto p_{\mathrm{O_2}}$보다 낮아질 수 없다. 진공은 물의 증기압(약 3.2 kPa) 근처가 한계이고 빠져나온 기체에 산소가 섞여 있어 $p_{\mathrm{O_2}}$가 남는다. 막 면적(NTU)을 늘려도 평형 한계에 가까워질 뿐이다. 질소 스윕은 $p_{\mathrm{O_2}}$ 자체를 수십~수백 배 낮춘다. 수온을 낮추면 오히려 산소 용해도가 커진다.

5. UV185 반응기 바로 뒤의 비저항이 15 MΩ·cm로 떨어졌다. 가장 그럴듯한 설명은?

UV185는 TOC를 CO₂와 유기산으로 바꾼다. 이들은 물에서 이온(HCO₃⁻, 카복실산 음이온)이 되어 비저항을 낮춘다. 정상적인 현상이며, 바로 뒤의 혼상 이온교환이 이온을 잡아 18.2로 되돌린다. UV 뒤에 MB를 두는 이유다.

6. 피크 수요 시간에 UPW 루프 리턴 배관의 유속이 0.2 m/s로 떨어졌다. 이것이 장기적으로 가장 우려되는 이유는?

유속이 느리면 벽면 전단 응력이 작아 세균이 부착해 생물막을 만들기 쉽다. 생물막은 영양이 거의 없는 UPW에서도 자라며, 떨어져 나온 조각이 UF 이후의 배관에서 바로 장비로 갈 수 있다. 그래서 루프는 리턴 쪽에도 최소 유속을 보장하도록 공급 유량과 관경을 정한다.

7. 월 60,000장을 투입하는 팹에서 웨이퍼당 UPW가 8 m³라면 하루 UPW 수요와, UPW 설비 회수율 75 %일 때 필요한 공급수는 대략?

하루 투입 60,000/30 = 2,000장, UPW = 2,000 × 8 = 16,000 m³/일. 공급수 = 16,000 / 0.75 ≈ 21,300 m³/일. 회수율로 나누는 것이지 곱하는 것이 아니다(공급수가 제품수보다 많아야 한다).

8. 폴리싱 단계의 혼상 이온교환 수지를 현장에서 재생하지 않고 비재생형으로 통째 교체하는 주된 이유는?

폴리싱 수지는 ppt 수준 금속까지 잡아야 하는데, 현장 재생 시 약품의 미량 불순물이나 불완전한 수지 분리가 그대로 오염원이 된다. 그래서 공장에서 고순도로 재생·세정된 수지를 받아 교체하고, 쓴 수지는 외부에서 재생하거나 1차 계통으로 돌린다.