업계 기준을 넘어: CF₄에서 99.9% 이상의 DRE
반도체 산업에서 99.9% 이상의 DRE가 중요한 이유 – 업계 기준과 기술적 현실 사이의 격차 해소
핵심 요약
반도체 산업은 직접적인 온실가스 배출량을 줄여야 한다는 요구를 점점 더 강하게 받고 있습니다. 특히 CF₄는 매우 높은 지구온난화지수(GWP)와 긴 대기 잔류 기간으로 인해 중요한 관리 대상입니다. 소량의 배출만으로도 기후에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.
이에 따라 분해 및 제거 효율(DRE)이 전략적으로 중요한 요소로 부상하고 있습니다. 업계 기준이 95~99% 수준인 반면, 99.9% 이상의 DRE를 달성하면 잔류 배출량을 10분의 1 수준으로 줄일 수 있어, 탄소 배출 저감과 규제 준수를 위한 핵심 수단이 될 수 있습니다.
기술적인 과제는 CF₄의 높은 안정성에 있습니다. CF₄는 정밀하게 제어된 열적 조건에서만 효율적으로 분해할 수 있습니다. 이러한 측면에서 최적화된 Burn-Wet 시스템은 검증된 처리 솔루션으로 평가됩니다
고효율 폐가스 처리는 배출량과 장기적인 비용을 동시에 절감할 수 있습니다. 따라서 단순한 규제 준수 수단을 넘어 전략적인 경쟁 우위를 확보할 수 있는 핵심 요소로 자리 잡고 있습니다.
CF₄가 반도체 산업의 가장 큰 기후 과제 중 하나인 이유
반도체 산업은 제조 공정에서 발생하는 직접적인 온실가스 배출량을 줄여야 한다는 요구를 점점 더 강하게 받고 있습니다. 반도체 생산은 에너지 전환에 필수적인 다양한 기술을 가능하게 하지만, 반도체 팹에서는 지구온난화지수(GWP)가 매우 높은 공정가스를 사용합니다. 그중에서도 CF₄는 여전히 가장 중요한 관리 대상 물질 중 하나입니다.
CF₄는 불소계 온실가스(F-GHGs, Fluorinated Greenhouse Gases)에 속하며, 주로 식각 및 챔버 세정 공정에 사용됩니다. CF₄는 탄소-불소 결합이 매우 안정적이기 때문에 분해가 매우 어렵고, 대기 중에서 수천 년 동안 잔류할 수 있습니다. Semiconductor Climate Consortium(SCC)에 따르면 CF₄의 100년 기준 지구온난화지수(GWP-100)는 7,390입니다.[1]
[1] 출처: IPCC AR6 WGI (2021), Table 7.SM.7, Greenhouse Gas Emission Metrics.
이는 극히 적은 양의 CF₄ 배출만으로도 지구온난화에 매우 큰 영향을 미칠 수 있음을 의미합니다. 예를 들어 CF₄ 1톤이 배출될 경우, 이는 CO₂ 7,390톤을 배출하는 것과 동일한 수준의 온난화 영향을 미칩니다. 이처럼 매우 높은 기후 영향과 긴 대기 잔류 기간을 고려할 때, 반도체 산업의 온실가스 배출량을 줄이기 위해서는 효과적인 폐가스 처리가 필수적입니다.
동시에 전 세계적으로 관련 규제도 점차 강화되고 있습니다. SCC의 백서 Overview of F-GHG and Nitrous Oxide Semiconductor Abatement Technologies (2024)에서는 고효율 온실가스 처리 기술의 중요성이 점점 높아지고 있음을 강조하며, 반도체 산업이 넷제로 제조(Net-Zero Manufacturing)로 나아가기 위해서는 차세대 처리 기술이 필요할 것으로 전망하고 있습니다.
DRE가 전략적 요소로 부상한 이유
반도체 제조 분야에서는 오랫동안 폐가스 처리 성능에 대한 보수적인 기본 가정값을 기반으로 온실가스 배출량을 산정해 왔습니다. 그러나 최근에는 실제 분해 및 제거 효율(DRE)을 보다 정확하게 평가하는 방향으로 산업계의 접근 방식이 변화하고 있습니다.
SCC 백서에서는 DRE를 폐가스 처리 시스템이 오염물질과 온실가스를 얼마나 효과적으로 분해하거나 제거하는지를 나타내는 지표로 정의하고 있습니다. 또한 특정 대상 가스를 처리하도록 설계된 최신 POU(Point-of-Use) 시스템은 불소계 온실가스(F-GHGs)에 대해 높은 수준의 DRE를 달성할 수 있다고 설명합니다.
현재 업계에서는 일반적으로 95% 이상의 DRE(업계 최소 기준) 또는 최대 99% 수준의 DRE(목표치)를 중심으로 논의가 이루어지고 있습니다. 그러나 99%와 99.9% 이상의 처리 효율 차이는 단순한 수치 이상의 의미를 갖습니다.
즉, DRE를 99%에서 99.9%로 높이면 잔류 배출량을 추가로 10분의 1까지 줄일 수 있습니다. CF₄와 같은 가스의 경우 이러한 차이는 팹의 전체 운영 기간 동안 발생하는 CO₂ 환산 배출량(CO₂e)을 크게 줄이는 결과로 직접 이어집니다.
반도체 제조업체들이 지속 가능성 전략과 탄소 배출량 산정에 Scope 1 배출량을 점점 더 중요하게 반영함에 따라, 폐가스 처리 성능은 더 이상 단순한 환경 지표에 그치지 않습니다. 이제는 운영 효율성과 경제성을 좌우하는 중요한 요소로 자리 잡고 있습니다.
Scope 1은 기업이 소유하거나 통제하는 배출원에서 직접 발생하는 모든 온실가스 배출을 의미합니다. 여기에는 공정가스, 연료 연소 및 사업장 내 화학반응에서 발생하는 배출이 포함됩니다. 이러한 배출은 기업이 직접 관리하고 책임져야 하는 영역이므로 규제 준수, 배출량 산정의 정확성 및 탄소 배출 저감 목표에 직접적인 영향을 미칩니다.
“폐가스 처리 시스템의 지속가능성 성능은 전체적인 기후 영향을 기준으로 평가해야 합니다. CF₄와 같은 가스의 경우 DRE가 단 몇 퍼센트포인트만 향상되더라도 중요한 차이를 만들어냅니다. 99.9% 이상의 분해 효율을 달성하는 최신 Burn-Wet 기술은 잔류 온실가스 배출량을 크게 줄일 수 있으며, 천연가스를 사용함에도 불구하고 팹 전체의 탄소 배출 저감 전략에 긍정적으로 기여할 수 있습니다.”
CF₄ 폐가스 처리의 기술적 과제
SCC 백서에서는 CF₄를 일반적으로 사용되는 불소계 온실가스(F-GHGs) 중에서도 화학적 결합이 매우 강한 물질로 설명하고 있습니다. 따라서 CF₄를 효율적으로 분해하기 위해서는 정밀하게 제어된 열적 조건과 최적화된 반응 환경이 필요합니다.
해당 백서는 Burn-Wet 시스템을 반도체 공정가스 처리 분야에서 가장 확립된 기술 중 하나로 제시하고 있습니다. 이러한 시스템은 연료와 산화제를 사용하여 고온의 반응 조건을 형성하고, 이를 통해 불소계 가스를 분해합니다.
또한 백서는 불소계 온실가스 처리를 목적으로 최적화된 번-웻 시스템이 일반적으로 높은 수준의 DRE를 달성할 수 있다고 설명합니다. 바로 이러한 측면에서 고도화된 시스템 설계가 결정적인 역할을 합니다.
TILIA가 99.9% 이상의 DRE를 달성하는 방법
DAS Environmental Experts는 TILIA 플랫폼을 통해 실제 산업 생산 환경에서 CF₄ 및 기타 불소계 온실가스에 대해 99.9%를 초과하는 분해 및 제거 효율(DRE)을 기술적으로 달성할 수 있음을 보여줍니다.
핵심적인 차별점은 완전히 새로운 물리적 원리를 적용하는 것이 아니라, 높은 안정성을 가진 반도체 공정가스에 대응할 수 있도록 검증된 Burn-Wet 기술을 지속적으로 최적화했다는 점에 있습니다.
최신 Burn-Wet 시스템은 제어된 열 반응 영역을 형성하여 최적화된 연소 조건에서 불소계 화합물을 분해합니다. 이후 생성된 부산물은 후단의 습식 처리 공정을 통해 제거됩니다. SCC 백서에 따르면 이러한 방식은 대용량 유량이 발생하는 반도체 폐가스 처리 분야에서 여전히 높은 범용성과 효율성을 갖춘 솔루션 중 하나로 평가됩니다.
이러한 시스템의 성능은 공정별 설계, 온도 관리, 체류 시간, 시약 공급 및 안정적인 운전 제어에 크게 좌우됩니다. 특히 CF₄와 같이 안정성이 높은 화합물의 경우 작은 운전 조건의 변화만으로도 분해 및 제거 효율에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.
TILIA는 반도체 온실가스 처리를 위해 특별히 설계된 고도로 최적화된 Burn-Wet 구조를 통해 이러한 기술적 과제에 대응합니다. 그 결과 실제 팹의 운전 조건에서도 99.9% 이상의 높은 DRE를 안정적으로 달성할 수 있습니다.
이러한 수준의 처리 효율은 반도체 팹에서 검증된 배출량 모니터링과 보다 정교한 지속가능성 보고가 확대됨에 따라 그 중요성이 더욱 커지고 있습니다. SCC 백서는 실제 운전 조건이 DRE 성능에 큰 영향을 미치며, 검증 측정 시에도 정상적인 생산 조건을 재현하는 것이 중요하다는 점을 명확히 강조하고 있습니다.
고효율 폐가스 처리는 지속가능성과 비용 목표를 동시에 지원합니다
반도체 산업의 지속가능성에 대한 논의는 주로 에너지 사용량, 물 재이용 또는 재생에너지 전력에 초점을 맞추는 경우가 많습니다. 그러나 직접적인 공정 배출량 역시 산업의 기후 영향을 줄일 수 있는 가장 중요한 요소 중 하나입니다.
동시에 폐가스 처리 효율의 경제적 중요성도 빠르게 높아지고 있습니다. 탄소 가격 제도의 확대, 더욱 엄격해지는 배출 규제 및 ESG 투명성 요구의 증가로 인해 반도체 팹에서는 설비 및 인프라에 대한 투자를 평가하는 방식도 변화하고 있습니다. ESG는 환경(Environmental), 사회(Social), 지배구조(Governance)를 의미하며, 기업이 얼마나 책임감 있고 지속 가능한 방식으로 운영되는지를 평가하는 기준입니다. 이는 규제기관의 요구사항뿐만 아니라 투자자의 의사결정에도 영향을 미칩니다.
DRE가 높아질수록 잔류 온실가스 배출량은 직접적으로 감소합니다. 이를 통해 향후 탄소 관련 운영 비용에 대한 부담을 줄이는 동시에 장기적인 지속가능성 목표 달성에도 기여할 수 있습니다.
SCC 백서 역시 고도화된 폐가스 처리 기술이 산업 전반의 Net-Zero 목표 달성을 위한 핵심 요소임을 강조하고 있으며, 온실가스 처리 분야에서 지속적인 기술 혁신이 필요하다고 설명하고 있습니다.
규제 준수에서 기술 리더십으로
반도체 산업은 이제 “충분한 수준”의 폐가스 처리 성능만으로는 더 이상 충분하지 않은 단계에 진입했습니다. 최소한의 규제 준수를 넘어, 검증된 운전 성능을 기반으로 측정 가능한 배출량 저감을 실현하는 방향으로 초점이 이동하고 있습니다.
CF₄에 대해 99.9% 이상의 DRE를 달성한다는 것은 고도화된 온실가스 처리 기술이 단순한 이론적 목표를 넘어 실제 산업 현장에서 구현 가능한 기술로 발전했음을 보여줍니다.
반도체 제조업체에게 이러한 변화는 폐가스 처리 시스템의 역할 자체를 근본적으로 변화시키고 있습니다. 폐가스 처리는 더 이상 Subfab에서 환경을 보호하기 위한 단순한 환경 안전장치에 그치지 않습니다. 이제는 지속가능성 성과, 배출량 저감 및 장기적인 경쟁력 향상에 직접 기여하는 전략적 기술로 자리 잡고 있습니다.
