日독점한 '반도체 생명수' 국산화 잰걸음…구미 실증플랜트 가보니

"설계, 운영, 소부장 모두 국산기술로 만든 초순수(Ultrapure Water)를 써 반도체 웨이퍼(원판)를 생산할 날이 올 것입니다." 29일 오후 경북 구미 SK실트론 2공장. 공장 내 초순수 실증플랜트 4층에선 각종 공정 기계, 펌프 소리가 요란하게 울려 퍼졌다. 이곳에선 '반도체 생명수'로 불리는 초순수가 매일 2400t(톤)씩 생산된다. 최종 생산까지 30개 공정을 거쳐야 하는 초순수는 물 속 유기물·이온 등을 제거한 순수에 가장 가까운 물로, 반도체 웨이퍼 등의 불순물 세척에 사용된다. 나노미터(nm·1nm=10억분의 1m) 단위의 첨단 공정이 필요한 고급 반도체를 씻어내는 물에 불순물이 남으면 수율(웨이퍼 1장당 정품 칩 생산 비율) 등이 낮아져서다. 150mm 웨이퍼 1장 세척에 통상 초순수 0.8~1톤이 투입된다.

한국 반도체 산업 `퀀텀점프`, 초순수 국산화부터 속도 낸다

"반도체의 시작과 끝은 '물'입니다. 물(초순수)에 대해 일본 기술 탈피는 물론 환경부 전략에 맞게 글로벌 리딩을 하자는 목표가 많이 진척되고 있고 자체적으로 투자도 많이 하고 있습니다."(탁세완 한국수자원공사(K-water) 산업용수처장) 한국 반도체 산업의 경쟁력 제고가 '물'부터 조용히 시작되고 있다. 반도체 웨이퍼(원판) 제조와 관련한 해외전문기술분야의 국산화 전환에 정부 지원과 민간 노력이 시너지를 내며 본격적으로 빛을 발하기 시작한 것이다.

"0.0000001% 불순물도 안돼"···반도체 생명수 ‘초순수’ 순항중

“반도체 공정 중 땀 한방울이라도 웨이퍼에 떨어지면 불량이 됩니다.” 김학승 SK실트론 부사장은 ‘초순수’의 필요성과 중요성을 한 마디로 정리했다. 초순수는 반도체 웨이퍼(원판)의 불순물을 씻어내기 위해 필요한 물이다. 말 그대로 ‘초’정밀 ‘순수’한 물이다. 물의 구성요소인 수소와 산소만 남기고 무기질과 박테리아 등을 전부 제거해 총유기탄소량(TOC)의 농도는 1ppb(10억분의1, 0.0000001%) 이하로 만들어 수질을 관리하게 된다. 땀 한방울은 물론 어떤 불순물도 용납이 안되는 ‘반도체 생명수’인 셈이다. 이처럼 반도체 공정에 반드시 필요하지만, 한국은 웨이퍼를 처음 생산한 1983년 이후 41년 간 초순수를 일본에서 수입했다.

SK실트론 초순수 실증플랜트…“설계·운영 100% 자립, 日 독점 깬다”

#반도체 생산을 위한 핵심 소재인 '초순수'(고순도 공업용수)는 일본이 전 세계시장을 사실상 독점하고 있다. 일본 정부는 2019년 반도체 소재에 대한 수출규제에 이어 한국을 화이트 리스트(백색 국가)에서 제외하면서, 국내 반도체 제조사들은 외산 특히 일본에 대한 의존도가 높은 초순수 확보에 비상이 걸렸다. 정부는 민관 원팀을 구성해 한국 경제의 핵심으로 꼽히는 반도체 산업이 글로벌 패권 경쟁에서 우위를 확보할 수 있도록 초순수 기술 자립화에 나섰다. 환경부 기자단과 '초순수 실증플랜트' 시운전 현장을 직접 찾아 국산화 연구개발(R&D) 사업 추진현황을 둘러봤다.

대양엔바이오, 반도체 초순수용 활성탄 개발 환경부 지원 받는다

한성크린텍 자회사 대양엔바이오가 환경부로부터 반도체 초순수용 활성탄 사업화 지원을 받는다. 대양엔바이오는 환경부에서 지원하는 '2024년 중소환경기업 사업화 지원사업'(녹색신산업 부문, 초순수 분야)에 선정됐다고 18일 밝혔다. 해당 지원사업은 우수기술을 보유한 환경기업의 기술사업화 성공률을 높이고 환경기술의 산업현장 보급 확대를 지원하는 사업이다. 환경부가 총 264억원 규모 예산을 책정했다. 대양엔바이오는 향후 2년간 6억원의 지원을 받는다. 자체 예산 2억6000만원을 더해 초순수 생산 과정의 1차 핵심인 각종 오염물질을 제거하는 활성탄을 대나무 소재로 대체하는 맞춤형 기술개발 및 사업화를 추진한다. 이를 기반으로 고품질의 초순수를 생산할 계획이다. 모회사인 한성크린텍은 초순수 및 주요 수요처에 기술 적용을 담당한다. 앞서 한성크린텍, 대양엔바이오는 베트남 기업 그리너퓨쳐(Greener Future)와 지난 2월 23일 하노이에서 공동 업무협약(MOU)을 체결한 바 있다. 활성탄은 산업 분야에서 불순물과 각종 오염물질을 제거하기 위해 사용되는 특수 흡착제다. 수질 정화 및 대기정화 필터 등의 산업에 다양한 형태로 활용되고 있다. 기존에는 야자나무 껍질, 석탄(유연탄) 등의 원료를 활성화 과정을 거쳐 활성탄을 생산해 전량 수입에 의존했다. 2023년 7월 활성탄은 긴급 수급조절물자로 지정되기도 했다.

한성크린텍, 반도체산업 실리콘 자원순환 분야 본격 기술개발 나선다

한성크린텍이 초고속 원심 분리기 기술을 보유한 일본 지포스재팬과 손잡고 폐수 재활용을 위한 기술 개발에 나선다. 한성크린텍은 지난 25일 일본 나고야 지포스재팬 본사에서 기술협력 및 장치 공급을 위한 양해각서(MOU)를 체결했다고 26일 밝혔다. 이번 협약을 통해 한성크린텍은 각종 산업에서 발생하는 고농도 실리콘 폐수 및 농축수를 재이용하기 위한 기술을 지포스재팬과 공동 개발한다. 먼저 초고속 원심 분리기 장치를 국내에 공급할 예정이다. 회수가 어려운 미립자 성분들을 분리하고 각종 폐액을 고형화해 폐수 재이용에 활용하는 기술을 개발한다. 이를 통해 한성크린텍은 산업용수 부족 문제를 개선하고 다양한 분야로 확대 적용하겠단 계획이다. 자원의 선순환을 통해 지속할 수 있는 순환 경제 사이클을 만들고 ESG 경영에도 기여할 수 있을 것으로 회사 측은 바라봤다. 초순수 생산에 필요한 요소기술, 폐수 재이용, 실리콘 및 이차전지 폐액 등 재이용을 위한 기술 개발도 꾀하고 있다. 초순수 전처리 공정에 필요한 활성탄 필터를 대나무 소재로 변경하는 활성탄 생산기술을 확보해 성능을 추가로 검증하고 있다. 박종운 한성크린텍 대표이사는 “초순수 생산기술이 필요한 첨단 산업 분야에 국산화 기술을 속도감 있게 공급하겠다”며 “이번 협약을 계기로 물 부족에 대비한 폐수 재이용 및 자원 재활용 기술 확보 시기가 빨라질 것”이라고 말했다.

한성크린텍, 반도체·초순수 등에 사용 활성탄 소재 개발 성공…환경 소재 사업 진출

한성크린텍 은 초순수 생산시설에 필요한 전처리 및 각종 산업에 필요한 활성탄(Activated Carbon) 소재 사업에 진출한다고 26일 밝혔다. 한성크린텍 관계사 대양엔바이오 김만수 박사팀은 기본적으로 활성탄 성능에 요구되는 요오드흡착력(규격 950mg/g)을 국가 공인시험기관으로부터 1000mg/g 이상으로 확인 받아 1차 시제품 개발에 성공했다. 그동안 활성탄은 야자나무 껍질, 석탄(유연탄) 등을 사용해왔으나, 한성크린텍은 베트남에 산재한 대나무를 활성탄 신소재로 이용하고 새로운 활성화 공정을 적용해 생산 기간을 획기적으로 단축할 수 있게 됐다. 이에 한성크린텍은 본격적인 사업화를 위해 대양엔바이오, 베트남 환경 기업 그리너퓨쳐(Greener Future)와 함께 지난 23일 베트남 하노이 그리너퓨처 본사에서 공동 업무협약(MOU)을 체결했다.

"웨이퍼 장당 단가 낮아질 것"…한성크린텍, 초순수 첫 국산화 눈앞

수처리 전문기업 한성크린텍 이 진정한 초순수 국산화를 눈앞에 두고 있다. 12인치(300mm) 웨이퍼 기준 세계 3위 기업 SK실트론에 내년까지 자체 제작한 장비를 투입하기로 한 것이다. SK실트론은 초순수 관련 장비를 일본과 유럽 등 외국산을 사용하고 있는데, 내년부터 대체할 경우 가격경쟁력을 높이는 데 도움이 될 것으로 본다. 관련 업계에선 장비까지 국산화해야 '국산 초순수'로 인정한다. 초순수는 전해질, 유기물, 미생물 등 물속 불순물을 제거한 물이다. 반도체 웨이퍼(원판) 제작, 전공정, 패키징(후공정) 단계에서 웨이퍼 세정할 때 쓴다. 박종운 한성크린텍 대표이사 사장은 지난달 29일 서울 본사에서 가진 인터뷰에서 "시간당 400t 이상 초순수를 공급하는 대용량 초순수 생산설비 제작을 진행하고 있다"면서 "SK실트론에 공급하게 될 것"이라고 말했다. SK실트론은 이미 한성크린텍 기술이 투입된 초순수를 지난해 5월부터 하루에 1200t씩 쓰고 있다. 하지만 장비는 일본, 유럽 등 외국산을 유지하고 있다. 내년 한성크린텍 장비가 들어올 경우 SK실트론 초순수 공급량은 지금보다 2배 늘어난다. 초순수 국산화의 가장 큰 장점은 비용을 낮출 수 있다는 것이다. 자리를 함께한 길대수 한성크린텍 미래기술연구소장은 "웨이퍼 1장당 3000원가량 되는 초순수 단가를 더 낮출 수 있는 계기가 될 것"이라고 말했다. 초순수 업계는 일본 업체가 한국보다 20~30%가량 단가를 높게 책정한다고 본다. 국내 초순수 기업이 일본 업체 기술력을 따라잡고 납품을 늘리면 SK실트론 같은 대기업 입장에서도 생산 단가를 낮출 수 있다.

박종운 한성크린텍 대표 "성장통 끝났다. 초순수 기술 국산화로 본격 도약기"

“초순수 국산화 기술력을 바탕으로 올해부터 본격적으로 수익성을 높이는 데 모든 역량을 집중할 계획입니다." 박종운 한성크린텍 대표(사진)는 12일 한국경제신문과 인터뷰에서 “글로벌 환경기업을 목표로 외형을 확장하고 밸류체인(가치사슬)을 구축하는 과정에서 일부 성장통이 있었지만, 비교적 이른 시기에 안정적인 종합 환경 전문기업을 위한 체제를 구축하는 데 성공했다”며 이같이 말했다. 초순수 특화 수처리 전문기업 초순수는 복잡한 공정을 거쳐 불순물을 전부 제거한 순수한 물을 말한다. 한성크린텍은 수처리 EPC(설계·조달·시공) 기술력을 갖춘 곳이다. 반도체 초순수 설계 기술을 토대로 환경부 국책과제에 선정돼 초순수 기술 국산화를 수행하고 있다. 초순수 국책사업은 2025년까지 설계·시공 100%, 핵심 장비 70%, 운영 기술 개발 100%를 국산화하는 게 목표다. 초순수는 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 세정 및 절단 시 사용되는 등 산업 필수재로 꼽힌다. 초순수 시장의 규모는 2023년 기준 국내 1조3000억원, 세계 23조원에 달한다. 이 회사는 국책과제를 성공적으로 수행해 작년 말 환경부 및 한국환경산업기술원이 주관한 ‘환경 기술 개발 우수성과 20선’ 및 과기정통부 주관 ‘국가 R&D 우수성과 100선’에 선정되며 기술력을 인정받았다. 박 대표는 “그동안 국내 초순수는 모두 일본과 프랑스 등에 전적으로 의존하는 구조였지만 기술 자립화가 가능한 수준까지 기술력을 끌어올렸다”며 “2022년 12월 일본 기업과 경쟁해 국내 반도체 소재 대기업의 836억원 규모 초순수 EPC 사업 수주를 따내는 데 성공했다”고 말했다.

이투데이그룹, 미래기술연구소 출범 및 자문위촉식

김상우 이투데이그룹 부회장이 20일 서울 강남구 한성크린텍에서 열린 이투데이그룹 미래기술연구소 출범 및 자문위촉식에서 참석자들과 기념촬영을 하고 있다.