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탁호영 변리사

[투데이에너지]

반도체 산업의 숨은 핵심 자원, 물

반도체 산업은 전력 소비가 큰 산업으로 알려져 있지만, 실제 제조 현장에서는 물 역시 없어서는 안 될 핵심 자원으로 사용된다. 웨이퍼 세정, 식각 후 잔류물 제거, 화학물질 희석, 장비 세척 등 다양한 공정에서 막대한 양의 물이 필요하기 때문이다.

특히 웨이퍼 세정 공정에서는 일반적인 물이 아니라, 이온, 유기물, 미생물, 파티클 등을 극도로 낮은 수준까지 제거한 초순수가 사용된다. 미세 공정에서는 아주 작은 오염도 회로 불량으로 이어질 수 있으므로, 초순수의 순도는 반도체 수율과 직결된다.

문제는 이러한 초순수를 생산하고 사용하는 과정이 상당한 환경 부담을 수반한다. 원수를 초순수로 정제하기 위해서는 여과, 역삼투, 이온교환, 자외선 산화, 탈기 등의 복잡한 공정이 필요하며, 이 과정에서 에너지와 화학물질이 소비된다.

또한 세정 공정 후 배출되는 폐수에는 산, 알칼리, 과산화수소, 불소계 화합물, 금속 성분 등이 포함될 수 있어 별도의 처리 공정이 요구된다. 따라서 반도체 제조 경쟁력은 미세 공정 기술뿐만 아니라, 초순수의 안정적 공급과 폐수 처리까지 포함하는 수자원 관리 역량에 의해서도 좌우된다.

반도체 공정에서 배출수 재활용의 필요성

이러한 배경에서 반도체 산업에서는 사용한 물을 단순히 배출하지 않고, 이를 재생 처리하여 다시 활용하는 수자원 관리 기술이 중요해지고 있다.

특히 모든 배출수를 동일한 방식으로 처리하기보다는, 공정별 배출수의 오염 특성에 따라 재이용 가능성을 구분하는 것이 핵심이다. 각 공정에서 발생하는 배출수는 오염 성분과 농도가 서로 다르므로, 전도도, pH, 온도, 유기물 함량, 금속 이온 농도 등을 분석하여 재사용 가능 여부를 판단할 필요가 있다. 상대적으로 오염도가 낮은 배출수는 재생 처리 후 공정용수로 다시 활용하고, 고농도 폐수는 별도로 분리 처리함으로써 처리 효율과 수자원 활용도를 높일 수 있다.

이러한 선별적 재활용을 구현하기 위해서는 정화 장치 자체뿐만 아니라, 배출수의 상태를 실시간으로 감지하고 그 결과에 따라 회수 라인 또는 폐수 처리 라인으로 자동 분기하는 제어 시스템이 필요하다. 예컨대 일부 세정 공정에서 발생한 배출수는 재활용이 가능할 수 있는 반면, 불소나 금속 성분의 농도가 높은 배출수는 즉시 재사용하기 어렵다.

따라서 센서 데이터와 공정 정보를 연계하여 배출수의 처리 경로를 결정하는 기술이 요구된 다. 이러한 기술은 단순한 폐수 정화 기술을 넘어, 반도체 공정 운영과 결합된 지능형 자원 관리 기술로 볼 수 있다.

반도체 경쟁력을 좌우할 새로운 기준

앞으로 반도체 공정의 물 재활용 기술은 단순히 배출수를 정화해 다시 사용하는 수준을 넘어, 공정 운영과 실시간으로 연동되는 방향으로 발전할 가능성이 크다. 공정별 배출수의 성분과 농도를 정밀하게 분석하고, 그 결과에 따라 재사용 여부와 처리 경로를 자동으로 결정하는 기술이 중요해질 것이다. 특히 반도체 제조에서는 수율 안정성이 매우 중요하므로, 물 사용량을 줄이는 것만으로는 충분하지 않다. 재활용률을 높이면 서도 초순수의 순도와 공정 수질을 안정적으로 유지할 수 있는 친환경 수자원 관리 기술이 필요하다.

결국 물 재활용 기술은 더 이상 환경 보호를 위한 부가적인 기술에 그치지 않는다. 기후 변화로 가뭄과 물 부족 문제가 심화될수록, 대규모 팹에서 안정적으로 물을 확보하는 능력은 반도체 공급망 안정성과도 직결될 것이다. 앞으로의 반도체 경쟁력은 더 미세한 회로를 구현하는 능력뿐만 아니라, 제한된 자원으로 안정적인 생산을 지속할 수 있는 능력에 의해서도 좌우될 가능성이 크다. 이런 점에서 반도체 공정의 물 재활용 기술은 지속 가능한 반도체 제조를 가능하게 하는 핵심 인프라가 될 수 있다.

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출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)