반도체 공장은 왜 물을 그렇게 많이 사용할까? 삼성·SK하이닉스 팹 건설과 용수 부족 논란

최근 정부는 호남권(서남권) 반도체 매가 클러스터 조성계획을 발표했는데요.

반도체 양대 산맥인 삼성전자와 SK하이닉스가 각각 400조 원씩, 총 800조 원으로 반도체 생산공장인 팹(Fab) 4기를 건설하는 역대 최대 규모의 자금을 투입한다고 밝혔습니다.

 

경기 용인, 평택 등 수도권에만 집중되어 있던 반도체 산업 지도가 남부권으로 대폭 확장됨으로써 기대감이 커지고 있습니다만, 지역주의와 함께 빠지지 않고 등장하는 이야기가 있습니다.
바로 '용수 공급'입니다. (전기는 호남권에 상대적으로 재생에너지가 많아 문제가 안되는 편임)

반도체 공장은 왜 그렇게 많은 물을 사용할까요? 
실제로 공장 한 곳에서 사용하는 물의 양은 어느 정도이며, 이 물은 어디에 쓰일까요? 

이번 글에서는 반도체 산업에서 물이 얼마나 중요한 자원인지 알아봤는데요.
사진은 삼성전자와 SK하이닉스 뉴스룸에서 가져왔음을 밝히고, 글은 chat GPT와 제미나이는 물론 웹을 통해 최종 사실여부를 확인하며 작성했습니다.

 

삼성전자 반도체공장 모습

 

반도체 팹(Fab)은 'Fabication(제조)'의 앞 글자를 딴 말로, 실리콘 원판인 웨이퍼(Wafer) 위에 미세한 회로를 그려 넣어서 실제 반도체 칩을 만들어내는 반도체 제조공장을 뜻합니다.

반도체 팹 내부를 떠올릴 때 머리부터 발끝까지 하얀 방진복을 입은 엔지니어들이 가장 먼저 생각나는데, 그들이 일하는 공간이 바로 클린룸이고 병원 수술실보다 수백, 수천 배 더 깨끗한 상태를 유지하는 공간입니다.

반도체는 설계 단계와 제조 단계로 나뉘는데, 팹은 전공정(Front-End Process)을 담당하며 웨이퍼라는 둥근 판에 수백 개의 복잡한 제조 단계를 거쳐 회로를 새겨넣는 과정입니다.
노광(회로 밑그림) - 식각(정밀 깎아내는 과정) - 증착 및 이온주입(전기 흐르도록) 등의 과정을 수십 번 거치며 웨이퍼 위에 빌딩을 짓듯 미세한 회로 아파트(소자)를 층층이 쌓아 올리게 되는 것입니다.

 

이런 반도체 팹은 지구상에서 가장 비싼 건축물 중 하나로 불리는데요.

 

최첨단 반도체 팹 1기를 짓고 장비를 채워 넣는 데 보통 15조 원에서 30조 원 이상의 비용이 든다고 합니다. 
네덜란드 ASML 사의 EUV(극자외선) 노광 장비 같은 필수 장비 한 대 가격만 수천억 원에 달하기 때문입니다.

 

그럼 반도체 공장인 팹은 물이 왜 그렇게 많이 사용할까요?

반도체는 먼지 하나, 머리카락 한 올만큼의 오염에도 불량이 발생할 수 있는 초정밀 산업입니다.
그래서 제조 공정마다 웨이퍼를 씻고, 깎고, 또 씻는 무한 반복의 세정작업에 물이 필요하고, 강력한 레이저(노광)나 고온의 가스, 플라즈마가 사용되는데 이때 발생하는 열이 엄청나기 때문에 끊임없이 물을 순환시켜 식혀주어야 합니다.

 

또한 이 물은 수독물 그대로 쓰는 것이 아니라 물속에 녹아 있는 미네랄, 이온, 미생물, 심지어 유기물까지 완벽하게 제거하여 거르고 걸러낸 극도의 순수한 물인 초순수를 사용합니다.

 

그러기 위해서 삼성과 하이닉스에서는 약 20~30단계의 고도 정수 공정을 거치는 작업을 실시하여 초순수 물을 만들고, 공정에 사용된 후 다시 깨끗이 정화하여 최대한 다시 쓰는 첨단 폐수처리 및 재활용 시스템(70~80% 이상)을 거치게 됩니다.

정화된 물의 상당량은 다시 공장으로 들어가 재사용하고 일부는 인근 하천으로 방류되는데 법적 기준보다 훨씬 깨끗한 상태라 환경을 파괴하는 일은 없다고 합니다.

 

결론적으로 반도체 공장인 팹에는 제조시설도 중요하지만, 초순수를 만들고 사용한 물을 다시 정화시키는 시설이 크게 중요하기도 한 것 같습니다.

그리고 초순수 물을 만들어낼 수 있는 국가도 몇 개 되지 않는다고 합니다.

 

 

삼정전자 반도체공장인 평택과 기흥, 화성캠퍼스는 주로 팔당댐의 용수를 가져다 쓰고, SK하이닉스의 이천캠퍼스는 남한강 수계인 충주댐 물을, 청주캠퍼스는 금강수계의 대청댐에서, 용인 반도체 클러스터는 남한강 여주 취수장에서 끌어들여 용수를 확보하고 있습니다.

 

참고로 삼성전자는 평택캠퍼스에 6기의 팹(3~4기 가동), 화성캠퍼스는 6기의 팹, 기흥캠퍼스엔 5기의 팹, 중국과 미국에 5기의 팹이 있고요.

SK하이닉스는 이천캠퍼스에 3기의 팹, 청주에 4기의 팹, 용인에 4기의 팹 계획 중, 중국에 4기의 팹이 가동 중에 있습니다.

 

반도체 공장 팹 1기에 사용하는 물의 양은 얼마나 될까요?

 

팹 1기에서 사용하는 물의 양은 공장 규모와 가동률에 따라 달라지는데 보통 하루 수만~수십만 톤에 이릅니다.

성인 한 명이 쓰는 물의 양은 약 0.3톤(300리터)이므로 10만톤의 물이라면 하루 30만명이 사용하는 물의 양이라고 할 수 있습니다.

 

따라서 광주전남특별시에 들어설 반도체 팹 4기를 운영한다면 하루 최소 30만톤(약 40만톤)의 용수가 필요하다고 합니다.

30만톤이라면 올림픽 규격의 수영장에 120번 가득 채우는 양으로 이해하면 됩니다.

 

반도체 공장에 사용될 물은 주로 광주전남특별시 인근에 있는 영산강에서 끌어와야 하는데, 이 물의 양이 부족하다고 하는데 문제가 있는 듯합니다.

 

정부는 인근에 있는 동복댐과 주암댐 등의 댐 높이를 높이고 발전용수와 하수를 활용해 하루 필요량 65만톤을 공급할 예정이라고 밝혔습니다.

또한 모자라는 용수는 해수담수화까지 검토하고 있다네요.

 

뿐만 아니라 정부는 앞으로 최대 100만톤의 용수공급을 목표로 하고 있습니다.

반도체공장 팹 4기 사용분뿐만 아니라 인근에 함께 들어설 수백 개의 소부장(소재, 부품, 장비) 협력업체와 연구소, 배후 주거단지의 생활용수까지 감안한 것이며 향후 1~2개의 팹 증설까지 염두에 두고 있는 양입니다.

 

반도체 공장에서 왜 그렇게 많은 양의 물을 사용하는지 이제 알 것 같습니다.

이런 연유로 반도체공장인 팹은 안정적인 물공급이 가능한 지역에 건설할 수밖에 없는 것 같습니다.

 

정부의 호남권 반도체 메가 클러스터 조성계획 발표는 국토의 균형발전과 수도권 집중현상을 완화하여 지역 불균형을 해소하는 계기가 될 것으로 기대하고 있구요.

대형 팹 4기와 수백 개의 소부장 기업들이 입주하면 고용창출은 물론 지역 경제 파급효과가 기대되고, 재생에너지 100% 대응의 최적지라는 긍정적인 효과와 기대가 있습니다.

 

이에 비해 현실적인 우려도 분명히 있습니다.

위에서 지적한 용수공급 계획을 비롯해 남방 한계선을 넘는 석박사급 핵심 엔지니어 확보가 우선되어야 한다는 점, 반도체는 설계와 제조, 후공정 및 소부장 업체들이 유기적으로 결합해야 하는데 타 지역에 밀집해 있어 효율성이 떨어진다는 점, 용수 관로 매설과 송전탑 건설의 지연 등이 있습니다.

 

뿐만 아니라 비판을 넘어 반대의 목소리도 있습니다.

정치적 논리에 따라 비수도권에 공장을 지음으로써 글로벌 경쟁력에서 뒤처질 수 있고, 영남권 등 타 지역의 역차별이 발생한다는 점, 청사진에만 머무는 건 아닌지 하는 우려 등이 있는 것 같습니다.

 

반도체는 작은 손톱만 한 칩을 만드는 산업이지만, 그 뒤에는 상상을 뛰어넘는 양의 물과 전력, 그리고 첨단 기술이 뒷받침되고 있습니다. 
특히 우리가 무심코 사용하는 스마트폰, 자동차, 인공지능(AI) 서버에 들어가는 반도체를 생산하기 위해서는 웨이퍼를 수없이 세척하는 초순수 공정이 필수적이며, 이를 위해 안정적인 용수 공급은 무엇보다 중요한 요소입니다.

최근 삼성전자와 SK하이닉스의 신규 반도체 팹 건설이 추진되면서 용수 부족 문제가 함께 거론되는 것도 바로 이러한 이유 때문인데요. 
반도체 공장은 단순히 건물을 짓는 것으로 끝나는 것이 아니라, 수십 년 동안 안정적으로 물을 공급할 수 있는 기반시설과 환경이 함께 갖춰져야 비로소 경쟁력을 확보할 수 있을 것입니다.

우리의 미래 먹거리이자 초격차로 경쟁을 따돌릴 수 있는 시간은 이제 얼마 남지 않은 것 같습니다.
이제 실행만 남은 상태, 정부의 적극적인 지원으로 빠른 시간 내 계획했던 반도체 공장이 마무리되길 기원해 봅니다.