안정된 용수 공급부터 안전한 폐수 처리까지, DB하이텍의 수자원 관리

대만의 세계 최대 반도체 파운드리 기업 TSMC가 공장을 짓고 있다. 반도체 공장이 아니라 ‘물 공장’이다. 대만 남부에 산업폐수를 용수로 재활용하는 설비를 짓는 것이다. 산업, 특히 반도체 산업에서 ‘물’은 핵심 자원이다. 웨이퍼의 재료가 되는 실리콘은 없더라도 다른 소재로 대체할 수 있지만, 물이 없으면 아예 제품을 만들 수 없다. 반도체 기업들이 기술 개발 못지 않게 용∙폐수 관리에 고심하고 있는 이유다.

 

 

 

 

반도체 제조

 

 

다량의 물이 필요한 세정공정

 

반도체 제조 공정은 세정공정, 확산공정, 사진 감광 및 형성공정, 식각공정, 증착공정 등 일련의 화학공정으로 이루어진다. 반도체 소자가 초고집적화 되면서 제조 공정 수는 증가되는데, 현재 반도체 제조 공정은 약 400단계를 거친다. 반도체 제조에서 경제적인 기술로 연속적인 공정의 효율성을 높이고 생산되는 웨이퍼의 수율을 높이는 화학공정의 최적화는 필수적이다.

 

반도체는 먼지 입자 하나만 내려앉아도 품질에 치명적인 결함이 생긴다. 수율을 높이기 위해 물로 씻어내는 공정이 그만큼 중요하다. 웨이퍼를 깎은 뒤 나오는 부스러기, 반도체에 주입하고 남은 이온 등을 모두 물로 씻어낸다. 세정공정(Cleaning process)의 중요성이 더욱 부각되는 이유다. 반도체 제조 공정의 20% 이상이 이 세정공정과 표면 처리 공정으로 이루어져 있다. 이 공정에서 많은 양의 물이 사용된다. TSMC는 하루 평균 20만 톤의 물을 사용하는데, 대만 생산공장에서만 2019년 한 해 5,690만 톤의 물을 사용했다.

 

 

 

 

물 관리

 

안정된 용수 공급부터

안전한 폐수 처리까지

 

반도체 산업에서는 안정된 용수 공급부터 제조 공정에서 발생한 폐수를 안전하게 처리하는 것까지 모두 물 관리 영역에 속한다. 반도체 산업의 물 관리는 크게 세 가지 분야로 분류된다. △반도체 공정에 적정 수질의 수량을 공급하는 용수 관리 분야 △공정과 설비에서 배출되는 폐수를 처리하는 폐수 관리 분야 △용수를 효과적으로 확보하는 재활용 분야다.

 

용수는 ‘특정한 목적을 위해 사용되는 물’로, 사용 목적에 따라 공급 수질에 차이가 있다. 반도체 산업에서 용수는 초순수, 설비가동에 사용되는 정수, 생활용수로 구분되며, 물의 성상에 맞게 처리해 공급하고 있다. 특히 반도체 제조 공정에서는 이온(ion), 미립자(particle), 염소(Chlorine), 이산화규소(Silica) 등이 제거된 초순수(UPW, Ultra Pure Water)를 사용해야 하기 때문에 수질 관리에 더욱 신경 써야 한다.

 

 

 

 

환경

 

환경오염 방지 넘어

수질개선까지 고려

 

폐수는 ‘물 안에 액체성 또는 고체성의 수질오염 물질이 섞여 있어 그대로 사용할 수 없는 물’을 가리킨다. 반도체 산업에서 폐수는 주로 웨이퍼 세정공정이나 대기 방지시설에서 오염물질을 처리할 때 발생한다. 뿐만 아니라, 반도체 제조 공정에는 다양한 종류의 환경유해성 용매와 제품의 원료로서 많은 화학물질이 사용된다. 제조 공정에 사용된 이 환경유해성 화학물질과 오∙폐수를 후속 관리하는 일이 매우 중요하다.

 

폐수는 △물리화학적 처리 △생물학적 처리 △카본 흡착 처리 등 3단계 정화 과정을 거친 뒤 방류수조에 모여 한꺼번에 방류된다. 이 과정은 24시간 모니터링 되며, 각 단계에서 이상 수치가 발생할 경우 모든 방류·정화 과정은 문제 해결 전까지 중단된다. 최근에는 법이 허용한 세부 기준치의 약 30% 이내 수준으로 수질을 관리하고, 수질개선을 위해 하천의 허용 오염부하량을 고려한 오염물질 배출총량까지 관리하는 추세다.

 

 

 

 

폐기물 재활용

 

오∙폐수 정화한 재활용수,

폐수슬러지 재사용

 

반도체 산업에서는 물 저감 노력도 상당하다. 반도체 제조 공정에서 물 사용을 최소화 하며, 공정 과정에서의 물 배출 손실을 줄이고, 공정에서 쓴 물은 정수해 재활용수로 재사용한다. 재활용수는 ‘오수, 폐수 등이 재이용시설을 통해, 생활용수나 공업용수로 사용할 수 있도록 처리된 물’이다.

 

뿐만 아니라 폐기물을 재활용하는 데에도 공을 들이고 있다. 반도체 제조 공정에서 발생하는 폐수슬러지를 제철 과정 부원료로 재사용하는 기술도 개발됐다. 제철소의 제강 공정에서는 쇳물 속 황, 인 등 불순물을 더욱 쉽게 제거하기 위해 형석을 사용하는데, 반도체 폐수슬러지에 포함된 플루오린화칼슘, CaF2 50~60% 등 주성분이 형석과 유사한 성분이라는 점에서 착안한 결과다. 이 밖에도 자체 폐기물 처리 시스템을 만들어 ‘폐기물 매립 제로’에 나서기도 한다.

 

 

 

 

 

 

DB하이텍

 

철저한 수자원 관리, 환경안전의 시작점

 

DB하이텍은 법규가 요구하는 수준 이상의 환경안전보건(ESH) 기준을 확립하기 위해 ESH팀을 중심으로 환경안전경영에 집중하고 있다. 화학물질 누출을 비롯한 각종 환경안전 사고는 회사 뿐만 아니라 지역사회와 지역주민에도 막대한 영향을 미치기 때문이다. DB하이텍은 수질·대기·에너지절감 등 환경 개선 활동에 대한 투자를 2018년 39억7000만원에서 2020년 53억5000만원으로 늘려 환경 개선에 주력하고 있다.

 

DB하이텍은 특히 폐수, 폐기물 정화에 각별한 노력을 기울이고 있다. 2020년에는 중수도처리 시스템을 설치하여 용·폐수의 재활용률을 최대한 높이는 노력을 했고, 그 결과 1년간 약 329,000㎥의 용수를 절감할 수 있었다. 또, 제조 과정에서 발생하는 폐기물을 최소화하기 위해 자원 효율을 고려한 제품을 설계하고 제조 공정을 개선하는 등 각 프로세스별 관리 방안을 수립, 운영하고 있다. 이 같은 자원 순환 노력으로 해마다 발생하는 폐기물의 98% 이상이 재활용되는 성과를 내고 있다.