앞서 SK하이닉스는 지난 2월 ‘재활용 소재 사용 중장기 로드맵[관련기사]’을 발표하고, 2025년까지 재활용 소재 비율 25%, 2030년까지 30% 이상으로 늘리겠다는 목표를 밝힌 바 있다. 이번 네온 재활용 기술 개발은 이 로드맵과 더불어 소재 재활용 분야에서 의미 있는 성과가 될 것으로 회사는 기대하고 있다.

네온은 희귀 가스* 중 하나로, 반도체 노광공정*에 필수적인 엑시머 레이저 가스(Excimer Laser Gas)의 주요 성분이다. 네온은 레이저 광원으로 활용할 때 화학적으로 분해되거나 변형되지 않는다는 특징이 있다. 때문에 한 번 사용한 네온은 불순물 제거 등의 분리 및 정제만 거치면 재활용이 가능하다.

* 희귀 가스(Rare Gas): 공기 중에 극소량만이 존재하기 때문에 양산이 어렵고 인공 제조가 불가능한 희소성 높은 산업용 가스로 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe), 라돈(Rn) 등이 포함된다.
* 노광공정: 레이저 등으로 웨이퍼에 반도체 회로를 그리는 공정

회사는 이 점에 주목해 네온 재활용 기술 개발에 성공했다. SK하이닉스와 TEMC는 노광공정 이후에 스크러버*를 통해 공기 중으로 배출되던 네온 가스를 수집 탱크에 포집하고, TEMC의 가스 처리 과정을 통해 네온만 선택적으로 분리해 정제 했다. 이렇게 정제된 네온은 다시 SK하이닉스로 공급되어 반도체 제조 공정에 사용된다. 현재 네온 회수율(배출량*포집량*정제수율)은 72.7%에 이른다. SK하이닉스는 앞으로 지속적으로 정제수율을 개선해 네온 회수율을 77%까지 높일 계획이다.

* 스크러버(Scrubber): 반도체 생산 공정 중 발생하는 가스, 화합물 등을 걸러내고 제거하는 장치

SK하이닉스-협력사 원팀 협업으로 이룬 성과… 구매 비용 절감 기대

이번 기술 개발은 SK하이닉스와 소재 및 장비 협력사가 각 분야의 전문 지식을 바탕으로 긴밀하게 협력해 만들어진 성과라고 회사는 강조했다. 회사는 앞으로도 전문성을 갖춘 협력사들과의 파트너십을 더욱 발전시켜 나가겠다는 계획이다. 회사는 앞으로도 전문성을 갖춘 협력사들과의 파트너십을 더욱 발전시켜 나가겠다는 계획이다. 네온 재활용 기술이 반도체 팹에 적용될 경우 연간 400억 원* 상당의 네온 구매 비용이 줄어들 것으로 예상된다.

* 2022년 네온 단가 및 용인 반도체 클러스터 1기 팹 적용 기준

‘2025년까지 10개 원자재 재활용 기술 개발 목표’의 첫걸음 떼다

▲ 소재 재활용 분과 송환욱 TL, 송부섭 팀장, 정용준 TL(왼쪽부터)이 소재 재활용 기술과 관련해 회의하고 있다.

네온 재활용 기술 개발을 주도한 SK하이닉스 탄소관리위원회*의 소재 재활용 분과*는 반도체 공정에서 화학적으로 분해 및 변형되지 않는 모든 소재의 재활용을 최종 목표로 삼고 있다. 분과는 2025년까지 네온, 중수소(D₂), 수소(H₂), 헬륨(He) 등 4개 가스 소재와 황산(H₂SO₄등 화학 소재를 비롯해 총 10개 원자재의 재활용 기술을 개발할 계획이다. 2030년까지는 화학적 변형이 없는 모든 소재에 대한 기술 검토를 완료한다는 것이 회사의 목표다.

* 탄소관리위원회: 2050년 넷제로를 달성하기 위해 연구, 제조, 설비, 환경, 구매 등으로 구성한 전사 조직이며, 저전력 장비 개발, 공정가스 저감, AI/DT 기술 기반 에너지 절감 등을 추진하고 있다.
* 소재 재활용 분과: 탄소관리위원회 산하 12개 분과 중 하나로 화학적 변형이 없는 소재를 대상으로 재활용 기술을 확보하고 이에 기반해 재활용 친화적 팹 환경을 구축하는 업무를 담당하고 있다.

이를 위해 분과는 재활용 기술을 ‘기술 성숙도’에 따라 5단계로 분류하고, 2025년까지 네온 등 10개 원자재에 대해 적어도 3단계(소재 인증) 이상의 기술 확보를 추진하려고 한다. (위 그림 참조)

궁극적으로 SK하이닉스는 해외 의존도가 높은 소재의 수급 문제를 해결해, 회사 경쟁력을 높이는 데 기여하겠다는 계획이다.

SK하이닉스가 국내 업계 최초로 반도체 필수 원료인 ‘네온(Ne) 가스’ 국산화에 성공한 후 공정 도입 비중을 40%까지 확대했다고 밝혔다.

이를 통해 SK하이닉스는 불안정한 국제정세에도 안정적으로 네온을 수급 중이며, 구매 비용도 큰 폭으로 절감할 수 있게 됐다고 설명했다. 향후 SK하이닉스는 2024년까지 네온 국산화 비중을 100%로 확대한다는 계획이다.

지금까지 국내 반도체 기업은 네온 공급을 수입에만 의존해왔다. 지난 몇 년 간 해외 주요 생산 지역의 국제정세가 불안해지며 네온 가격이 급등할 조짐을 보이자 SK하이닉스는 수급 불안 리스크를 선제적으로 해소하기 위해 협력사인 반도체용 가스 제조기업 TEMC 및 포스코와 협력해 네온을 국내에서 생산할 방법을 찾았다.

공기 중에 희박하게 있는 네온을 채취하기 위해선 대규모 ASU플랜트(Air Separate Unit: 공기 분리 장치)가 필요해 초기 투자 비용이 많이 발생한다. 하지만 SK하이닉스의 네온 국산화 취지에 공감한 TEMC와 포스코가 동참해 기존 설비를 활용, 적은 비용으로 네온을 생산하는 기술을 개발했다. 이를 통해 생산된 국산 네온을 SK하이닉스가 평가/검증하는 방식으로 올해 초 국산화에 성공했다. 국산 네온은 포스코에서 생산된 후 TEMC의 가공을 거쳐 최우선으로 SK하이닉스에 공급되고 있다.

네온은 반도체 노광공정에 사용되는 엑시머 레이저 가스(Excimer Laser Gas)의 주재료다. 엑시머 레이저 가스는 매우 짧은 파장의 자외선인 엑시머 레이저를 발생시키며, 엑시머 레이저는 웨이퍼 위에 미세한 회로를 새길 때 쓰인다. 엑시머 레이저 가스 성분의 95%가 네온이지만, 네온은 공기 중에 0.00182% 밖에 존재하지 않는 희귀자원이다.

SK하이닉스는 올해 4월부터 국내 업계 최초로 반도체 노광공정에 국산 네온을 도입했으며, 현재까지 전체 네온 사용량의 40% 수준을 국산으로 대체했다. 2024년에는 네온 전량을 국산품으로 대체할 예정이다.

이 밖에도 SK하이닉스는 내년 6월까지 식각공정*에 쓰이는 크립톤(Kr)/제논(Xe) 가스를 국산화해 원자재 수급 리스크를 최소화하고, 글로벌 일류 기술기업으로서 첨단 반도체 기술 개발에 필요한 자원을 지속 확보해 나간다는 계획이다.

*식각공정: 노광공정을 통해 웨이퍼 위에 새겨진 회로 외부의 불필요한 부분을 깎아내는 공정

SK하이닉스 FAB원자재구매담당 윤홍성 부사장은 “불안정한 국제정세로 불안한 공급상황에서도 국내 협력사와의 협업으로 수급 안정화에 크게 기여한 사례”라고 말하며, “지속적인 협력을 통해 반도체 원재료 공급망을 강화할 계획”이라고 밝혔다.