창간 15주년 특집② Ⅲ. 반도체용 초순수 생산기술 국산화 시급하다
“반도체 관련 초순수 생산기술 국산화 추진 필요”
관·산·학·연 전문가 50여명 “환경 분야 소재·부품·장비 기술개발 적극 추진해야”
송갑석 의원, 국회서 ‘반도체용 초순수 생산기술 국산화·경쟁력 확보 토론회’ 개최
(더불어민주당)
지난 11월 5일 여의도 국회의원회관서 열려
최근 반도체 소재 수출 규제 및 백색국가 제외로 인한 국내 관련 산업 피해가 예상되는 가운데 반도체 제조용 초순수 분야 경쟁력 강화 대책을 논의하는 토론회가 마련됐다. 송갑석 더불어민주당 의원(광주 서구갑)은 지난 11월 5일 오후 2시 여의도 국회의원회관에서 해외 의존형 산업구조 탈피를 위한 ‘반도체용 초순수 생산기술 국산화 및 경쟁력 확보 토론회’를 개최했다.
‘초순수(初純水, ultrapure water)’란 특수처리 공정을 거쳐 오염물질을 모두 제거한 상태의 물을 말하며, 반도체 제조 등 정밀산업 분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 이날 토론회에는 정부와 공공기관, 학계, 산업계 관계자 50여 명이 참석하여 일본의 반도체 관련 품목 수출규제의 해법을 찾기 위해 반도체 제조공정에서 필수적인 초순수 생산 국산화 및 경쟁력 확보 방안을 논의했다.
송갑석 의원은 개회사에서 “반도체용 초순수에 대한 전략물자 현황 및 기술의존도 심각성은 최근 이슈로 인해 알게 되었다”며 “이 문제와 관련하여 실질적이고 구체적인 대안이 나올 수 있도록 모두의 노력이 필요하다”면서 반도체용 초순수에 대한 전략물자 대응을 위한 실질적이고 구체적인 대안 마련의 필요성을 언급했다.
한국물학술단체연합회 최승일 회장(고려대 교수)은 환영사에서 “초순수는 반도체 수율에 직접적인 영향을 주는 원재료이나 저장 및 수입이 곤란해 10-15 수준의 고난이도 미세분석기술이 필요하다”고 말했다. 최 회장은 이어 “현재 우리나라는 소규모 수준의 기술을 보유하고는 있으나 스케일업(Scale-Up) 문제, 상용화의 어려움으로 일본기술에 의존하고 있다”고 지적하며, 국산화 기술 개발 후 상용화를 위한 체계 구축의 필요성을 언급했다. 스케일업은 규모(scale)를 확대(up)하는 것으로 주로 기술이나 제품, 서비스, 기계의 성능, 생산능력 등의 확대를 말한다.
한국수자원공사(K-water) 임성호 이사는 축사에서 “K-water는 SK하이닉스 이천공장 정수시설을 운영 중이나 초순수 생산 및 운영은 여전히 외산에 의존하고 있다”며 “이제는 우리나라가 해외기술에 의존하지 않고 실증화가 가능한 일정 규모 이상의 실증플랜트를 구축해 소재, 부품, 장비에 대한 신뢰성을 확보하여 점진적 기술개발을 추진해야 한다”고 말했다. 그는 특히 “2022년 착공 예정인 용인 반도체 클러스터에 반도체용 초순수의 국산화 기술의 적용이 필요하다”고 덧붙였다.
“생산시설 설계·시공 분야도 일본기술에 의존”
K-water 맑은물연구소 소장
초순수는 전기전도도, 미립자수, 생균수 등을 극히 낮은 수준으로 억제하여 이론 순수에 근접한 고순도 물로, 인간이 만들 수 있는 가장 깨끗한 물이다. 초순수 처리 공정은 제품 생산의 안정성을 확보하기 위해 20∼30개의 다양한 수처리 단위 공정의 조합으로 구성되며, 초순수 제조 시 정밀분석장치 및 기술이 필요하다. 그러나 일본이 올해 7월 4일부터 반도체 핵심소재인 불화수소, 폴리아미드, 레지스트 등 3개 특별조치 품목을 개별허가 의무화로 변경했으며, 8월 28일부로 한국을 백색국가 목록에서 배제했다.
임 소장이 제시한 ‘Ultrapure water market latest advancement and scope(초순수 시장의 최근 발전 및 범위) 2019∼2025’에 따르면 글로벌 초순수 시장은 2025년 말까지 61억2천만 달러로 7.1%의 연평균성장률(CAGR)을 기록할 것으로 전망된다. 또 ‘Global ultrapure water market 2018∼2022(Business Wire-Technavio)’에 따르면 현재 세계 초순수 시장의 62% 이상이 아·태 지역에 집중되어 있다.
국내 초순수 시장의 경우, ‘2025년 수도정비기본계획 471개 산업단지 공업용수 수요자료’를 볼 때 초순수 수요량이 2010년 일일 30만㎥에서 2020년 일일 50만㎥로 늘어날 것으로 예상되며, 시장 규모는 2010년 7천억 원에서 오는 2020년이면 1조2천억 원으로 성장할 것으로 전망된다.
“대외 의존도 탈피 위해 실증플랜트 구축 필요”
그러나 앞서 말했듯이, 국내 초순수 생산설비는 대외 의존도가 심각한 실정이다. 임 소장은 “현재 국내 단위 공정별 초순수 기술장치는 해외 제품 의존도가 절대적으로, 일본 제품 의존도가 월등히 높고 다음이 미국, 유럽 순”이라고 지적했다. 국산품의 경우 품질문제로 인해 현장 적용 실적이 없다.
이에 반해 일본과 미국은 국가 주도로 초순수 개발을 추진 중이다. 일본의 경우 통산성 주도의 ‘반도체 기반기술 연구회’를 통해 1970년대부터 초순수 기술개발을 지원해 오고 있다. 미국은 1990년대 일본 반도체 산업을 따라잡기 위해 국방부와 민간 공동연구회인 ‘SEMATECH’를 설립해 국가 차원에서 초순수를 포함한 유틸리티 기술개발을 추진했다.
임 소장은 “국내의 경우 산업통상자원부에서 초순수 기술개발을 일부 국책연구과제로 추진했으나, 순수급으로 초순수 기술을 개발하기 위해서는 추가적 보완과 성능검증이 필요하다”고 지적하면서 “단위공정과 소재의 국산화뿐만 아니라 전체 초순수 시스템에 대한 영향을 고려한 종합적 엔지니어링 기술 개발이 시급하다”고 강조했다.
그는 이어 “초순수는 국내 기술수준이 낮고 수입다변화 가능성이 낮아 우리나라 주도의 새로운 공급망 창출이 필요하다”고 주장하며, 관련 대외 의존도 탈피 대응 방안으로 “국산 소재의 우수성 및 대체가능성 여부를 검증할 수 있는 실증플랜트 평가를 위한 실증 규모의 플랜트를 구축해야 한다”고 목소리를 높였다.
초순수 생산기술 관련 핵심요소기술에 관해서는 “중소기업을 중심으로 개발하고, 이를 시스템화하고 적용하는 부분에서 사용자인 대기업이 함께 적극적으로 참여해야 한다”며 기업의 적극적인 참여를 권장했다.
이어 손경익 ㈜시노펙스 회장, 김형태 ㈜에코셋 회장, 손영일 도화엔지니어링 대표 등 기업관계자 3명이 소재부품 분야에 대해 핵심요소기술을 중소기업이 중심이 되어 개발하고, 이를 시스템화하고 적용하는 부분은 주요 사용자인 대기업이 함께 참여하는 구조에 관해 의견을 나눴다.
“실증플랜트 포함 국가과제 추진 위한 기획연구 추진”
환경부 물산업협력과 과장
그는 또 “순수 및 초순수에서 중요한 부분이 분석기술로 현재 초순수를 분석하기 위해서는 10-12과 10-15 수준의 분석기술이 필요하나 오차 발생 등 기술적으로 검토해야 할 부분을 포함해 국가 과제를 추진할 예정”이라고 밝혔다. 또한 물산업 차원에서 초순수 기술개발은 제약, 철강 등 타 분야로 확장할 가능성이 존재한다. 이에 관해서는 “물산업 측면에서도 큰 분야를 차지하는 초순수 기술 개발에 환경부도 적극적으로 지원할 예정”이라고 밝혔다.
“국산화·실증화·운영기술 등 종합적 기술개발 필요”
바른미래당 수석전문위원
오 수석전문위원은 “환경부의 국가과제 추진을 위한 기획연구는 예정대로 추진하더라도 현장 수요 대응은 부족한 것으로 판단되므로, 별도의 대응팀을 구성하여 대응하는 방법에 대해서 다각적인 검토가 필요하다”고 강조하며 “올해 뿐 아니라 이후에도 즉각적인 대응을 위해 어떻게 대응할 것인지에 대해서도 고민해야 한다”고 덧붙였다.
핵심기술은 확보되었으나 실증화가 어려운 부분에 대해서는 “축사에서도 언급되었듯이 용인 반도체 클러스터와 연계하여 추진하는 방안은 좋은 제안이라고 생각된다”고 밝혔다. 아울러 환경기술 개발 후 테스트베드를 갖춘 실증화 시설 구축이 어려운 현실을 고려해 “백화점식 부품 개발이 아닌 국산화, 실증화, 운영기술 등 종합적인 기술개발이 필요하다”고 말했다.
“초순수 기술개발, 국가·환경부 주도로 추진해야”
고려대학교 교수
홍 교수는 이어 환경부의 기술개발 추진 필요성에 대해서도 언급했다. “물관리 일원화에 맞춰 실증플랜트의 검증 및 평가, 확대 적용을 추진하고, 수자원 확보 측면에서 하·폐수를 포함한 물재이용 기술을 적용하는 것을 환경부에서 추진해야 한다”고 말했다. 또 환경부가 개발한 전처리 기술 등을 예로 들며 “환경부가 개발한 많은 고도화 기술은 초순수 기술 개발 시 적용할 수 있으며, 전처리, 재이용 기술 등에도 적용이 가능해 확장성이 있다”고 설명했다.
“산자부·환경부 간 역할 분담과 협업이 우선”
K-water연구원 원장
이어 박 연구원장은 “K-water는 하루 25㎥의 초순수 소규모 실증플랜트를 구축하여 검증·평가가 가능하나, 실규모에 근접한 일정 규모 이상의 실증플랜트 구축이 필요하다. 또한 실공장과 연계해 신뢰성검증이 가능토록 기업과 협업을 추진하고, 배타적이지 않고 건전한 관계 속에서 기술을 개발해야 한다”고 목소리를 높였다.
박 연구원장은 특히 “소재·부품의 경우 산업자원통상부 지원 아래 중소기업이 개발하고, 상용화 및 운영기술 개발은 환경부에서 도맡아야 한다”고 주장하며 “K-water가 이 모든 것을 적극적으로 지원할 수 있는 체계를 도입해야 한다”고 덧붙였다. 이어 “환경부와 K-water가 이 모든 것을 추진하기는 어렵지만 산업계, 학계 등 각 분야에서 소임을 다해 성공적으로 추진한다면 학문적으로도 발전할 수 있는 계기가 될 것”이라고 기대감을 드러냈다.
“국산화 후 실적 확보 위한 현장적용에 어려움 있어”
㈜시노펙스 회장
일반적으로 국산화 기술을 개발하기 위해서는 투자비가 대규모로 소요되고 매출액 대비 경제성이 없어 접근이 어려운 부분이 있다. 특히 초순수 소재부품은 국산화 개발 후 진입장벽이 높아 현장 적용이 어렵다.
최근 반도체 소자 대기업과 국산화에 대한 미팅을 진행한 경험을 들어 손 회장은 “대기업이 원하는 속도는 빠르나 국산화 추진 단계는 지지부진하여 서로의 원하는 바가 다름을 확인했다”며 “국산화 개발 후 제품을 현장에 적용하고 보완을 거듭해완성품이 만들어지므로 대구 물산업클러스터에 실증플랜트를 구축해야 한다”고 말했다.
“산·학·연 중심으로 검증평가 위한 실증플랜트 필요”
㈜에코셋 회장
김 회장은 “에코셋의 경우 2008년 미국에 수출하여 2010년에 타이틀22(Title 22, 캘리포니아주 성능 검증)를 획득하고 20개의 대리점을 확보했으며 트루젠, 자이렌 등 세계 유수 기업들과 경쟁할 정도의 기술력을 갖췄다고 생각한다”며 회사 제품에 대한 자부심을 드러내면서도 초순수가 현장적용이 어려운 점에 대해서는 아쉬움을 내비쳤다.
그는 건의사항으로 “초순수 기술개발 후 검증에 장기간이 소요되며 이를 주관하는 기관이 없으므로 산·학·연을 중심으로 실증플랜트를 구축하고 장기간 소요되는 검증 평가를 수행 할 수 있도록 국가지원이 필요하다”고 말했다.
“국산화 설계기술 개발 포함해 추진”
도화엔지니어링 대표
손 대표는 이어 “초순수 분야는 상하수도 및 물재이용 분야처럼 제도권 내에 포함될 수 있도록 관심이 필요한 분야이며 엔지니어링 분야도 국산화 기술개발이 포함되어 추진되어야 한다”고 강조했다.
“대기업·중소기업 간 간담회 추진 필요”
광주과학기술원(GIST) 교수
김 교수는 이어 우리나라의 초순수 기술개발을 비롯한 실증화 플랜트 구축과 실증화 기술 개발이 더딘 이유를 “연구개발(R&D) 분야가 아니라고 생각하기 때문”이라고 지적하며 “실증 후 현장 적용을 위해 대기업인 수요처가 중요한 역할을 하고 있으므로 향후 대기업과 중소기업 간의 간담회 또한 추진해야 한다”고 말했다.
[취재·정리 = 동지영·추유경 기자]
[『워터저널』 2019년 12월호에 게재]