오늘날, 반도체는 지능형 스마트 기술의 핵심이라고 할 수 있습니다.
이렇듯 반도체는 우리 삶의 모든 곳에 있습니다.
그러나 그 제조 공정에서는 다양한 환경 오염 문제가 발생하고 있는 것이 현실입니다.
따라서 이번 글에서는 반도체 제조 공정에서 대표적으로 발생하는 환경 오염 문제 5가지를 알아보겠습니다.
1. 초순수 사용으로 인한 수자원 고갈
혹시 초순수라고 들어 보셨을까요?
반도체 제조에는 불순물이 전혀 없는 ‘초순수(Ultra-Pure Water, UPW)’가 대량으로 필요합니다.
특히 웨이퍼 세정 공정에서는 수많은 단계를 거치며 오염물질을 제거합니다.
이때 초순수라는 일반 수돗물보다 수십 배 이상 정제된 물이 요구됩니다.
문제는 이 초순수를 생산하기 위해서는 막대한 양의 지하수와 에너지가 사용된다는 점입니다.
특히 반도체 공장이 밀집된 지역에서는 지하수 고갈과 지역 수자원 불균형이 심각한 문제로 떠오르고 있습니다.
이로 인한 생태계 교란도 무시해서는 안 됩니다.
2. 고온 공정에서 발생하는 온실가스 배출
반도체 제조 공정에서는 고온 고압 환경에서 이뤄지는 화학 반응이 필수적입니다.
특히 플라즈마 식각(Etching)이나 화학 기상 증착(CVD) 등 고온의 공정에서 사용되는 육불화황(SF₆), 삼불화질소(NF₃), 사불화탄소(CF₄) 등의 가스들은 강력한 온실가스로 분류됩니다.
이러한 가스들은 대기 중에서 수백 년 동안 분해되지 않습니다.
또한 이산화탄소보다 온실효과가 수천 배에 이르기도 합니다.
최근 ESG 경영을 위하여 많은 반도체 업계가 탄소 중립을 외치고 있습니다.
그러나 이러한 특수 가스를 대체할 수 있는 친환경적인 기술은 아직 연구 단계에 머물러 있는 경우가 많습니다.
따라서 아직까지는 해당 문제를 방치할 수밖에 없는 상황입니다.
3. 유해 화학물질 배출 및 폐기물 문제
반도체를 제조하는 단계들 중 웨이퍼 세척, 도금, 식각, 증착 등 다양한 공정에는 암모니아나 과산화수소, 황산, 불산 등 다양한 유해 화학물질이 사용됩니다.
만약 이 물질들이 정화 없이 외부로 배출되면 어떻게 될까요?
토양과 수질 오염의 직접적인 원인이 될 겁니다.
또한 사용된 화학물질이 남은 슬러지와 폐액은 유해 폐기물로 분류됩니다.
즉 별도의 고비용 처리 공정을 요구합니다.
따라서 일부 제조업체는 비용 절감을 위해 불법으로 방류하기도 합니다.
혹은 위탁 업체의 관리 소홀로 인해 환경 사고가 발생하는 경우도 있습니다.
따라서 꾸준한 감시와 관리가 필수적으로 요구됩니다.
4. 미세먼지 및 대기 오염
고온 공정이나 건식 식각 시에도 많은 가스와 입자 물질이 발생합니다.
유감스럽게도 이러한 물질들은 대기 오염을 유발합니다.
특히 실리콘을 플라즈마로 식각할 때 분진과 유기화합물(VOCs)이 발생합니다.
이들은 미세먼지로 변환되어 주변 지역의 대기질을 악화시킵니다.
이러한 입자 물질은 호흡기 질환 유발 가능성이 높아 장기적으로는 지역 주민들의 건강에 심각한 악영향을 미칠 수 있습니다.
과학 기술의 발달로 필터링 시스템을 통해 배출량을 줄일 수는 있습니다.
그러나 이 역시 정기적인 유지 관리가 이뤄지지 않으면 효과가 반감됩니다.
이 또한 유의미한 마땅한 해결책이 없어 애를 먹고 있는 상황입니다.
5. 막대한 에너지 소비와 전력 사용
반도체 공정은 특히 나노 단위의 정밀 작업을 요구합니다.
때문에 클린룸, 고온 처리, 정밀 장비 가동 등에서 막대한 전력이 사용됩니다.
특히 공정 안정성을 유지하기 위해 무정전 전력 공급 시스템을 도입하였습니다.
이는 전체 에너지 사용량의 상당 부분을 차지하고 있습니다.
이러한 고에너지 소비는 화석연료 기반 전력 생산과 맞물려 탄소 배출량의 증가로 이어집니다.
이러한 문제를 해결하고자 최근에는 태양광, 수소 연료 전지 등 대체 에너지 도입을 시도하는 기업들도 있습니다.
그러나 여전히 전체 공정을 친환경화하기에는 분명한 한계가 존재합니다.
결론
2025년, 이제 반도체는 디지털 시대의 핵심 기술로 자리잡았습니다.
그러나 그 제조 과정은 결코 친환경적이지 않습니다.
오늘 소개한 초순수 사용부터 온실가스 배출, 유해 화학물질과 폐기물, 대기 오염, 고에너지 소비까지, 다양한 환경 오염 요소들이 복합적으로 작용하고 있습니다.
이러한 반도체 산업이 지속적으로 발전하기 위해서는 보다 엄격한 환경 규제가 필요합니다.
그와 동시에 친환경 기술 개발, 기업의 책임 있는 행동이 요구되어야 합니다.
우리의 기술이 더 나은 미래를 만드는 도구가 되기 위해서는, 그 기반부터 건강하고 지속 가능해야 합니다.
반도체 산업이 더욱 발전하여 오늘 소개한 문제들을 지혜롭게 해결할 수 있게 되길 바랍니다.
오늘 글은 여기까지입니다.
감사합니다.