반도체 제조 필수 초고순도 석영도가니와 전 세계 단 한 곳뿐인 생산지

 

반도체는 현대 전자기기의 핵심 부품으로, 우리의 일상 생활에서 필수적인 역할을 하죠.  그런 반도체는 한국과 대만이 제조부문에서 전세계의 시장을 장악하고 있지만 우리가 잘 모르는 반도체의 성능을 좌우하는 핵심 요소 중 하나인 고순도 실리콘이 존재합니다. 그리고 이 고순도 실리콘을 만들기 위해서는 반드시 초고순도 석영도가니가 필요합니다. 흥미롭게도, 이 초고순도 석영도가니의 원료는 전 세계에서 단 한 곳에서만 생산됩니다. 이번 글에서는 반도체 제조 과정에서 초고순도 석영도가니의 중요성과 유일한 원료 생산지에 대해 자세히 알아보겠습니다.

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고순도 실리콘과 반도체의 관계

반도체 칩의 기본 재료는 실리콘입니다. 실리콘의 순도는 반도체의 성능과 수명을 결정짓는 중요한 요소입니다. 반도체 제조에 사용되는 실리콘은 99.9999% 이상의 순도를 요구합니다. 이러한 고순도 실리콘은 전기적 특성이 매우 우수하여 반도체 소자의 동작을 안정적으로 유지시켜 줍니다.

고순도 실리콘을 얻기 위해서는 실리콘 정제 과정이 필요합니다. 이 과정에서 실리콘 원료는 여러 번의 정제와 가공을 거쳐야 합니다. 특히, 마지막 단계에서는 고온에서 실리콘을 녹여 순도를 극한까지 높이는 과정이 필요합니다. 이때, 실리콘을 녹이는 용기로 사용되는 것이 바로 초고순도 석영도가니입니다.

 

 

초고순도 석영도가니의 중요성과 역할 그리고 특징

석영도가니는 실리콘을 고온에서 녹이는 용기입니다. 실리콘의 순도를 유지하기 위해서는 도가니 자체가 불순물을 포함하지 않아야 하며, 고온에서도 견딜 수 있어야 합니다. 석영도가니는 이러한 조건을 충족시키는 유일한 재료로, 실리콘이 순수한 상태를 유지하며 고온에서 녹을 수 있도록 합니다.

초고순도 석영도가니는 일반 석영도가니와 달리 불순물이 거의 포함되지 않은 상태로 제조됩니다. 이는 매우 까다로운 공정을 통해 이루어지며, 높은 기술력과 정밀한 제작 과정이 필요합니다. 이러한 초고순도 석영도가니는 반도체 제조에 있어서 필수적인 도구로 자리잡고 있습니다.

 

 

반도체 제조의 필수 재료, 초고순도 석영이 생산되는 단 한 곳

반도체는 현대 기술의 핵심을 이루는 중요한 요소로, 이를 제작하기 위해서는 고순도 실리콘이 필요합니다. 그런데 이 고순도 실리콘을 만들기 위해서는 반드시 초고순도 석영도가니가 필요합니다. 흥미롭게도, 이러한 초고순도 석영은 전 세계에서 단 한 곳, 미국 노스캐롤라이나 주 스프루스 파인 외곽에 위치한 광산에서만 생산됩니다. 

 

하지만 현재 이렇게 중요시 되는 이 광산은 수십전에는 아무런 가치가 없는 단순한 광산들중 하나였습니다. 수십년 동안 지역 주민들은 이 광산에서 페그마타이트를 캐기 위해 수공구나 원시적 기계로 암석을 부수고 장석과 운모를 분리하여 광석을 채취했느데 이때 이 초고순도 석영은 "쓰레기"로 간주되었기에 잘게 파쇄해 건설용 모래로만 소모 되었습니다. 그러나 1950년대 중반, 수천 마일 떨어진 노스캐롤라이나에서 캘리포니아의 엔지니어 그룹이 반도체용 순수 석영을 연구하기 시작하면서 이 석영이 가치를 따질수 없는 엄청난 보물이라는걸 알게 되었다고 합니다. 참 아이러니 하죠.  길바닥에 굴러다니는 모래 취급 받던 이 석영이 현대 인류에 없어서는 안될 가장 소중한 자원중 하나였다니 말이죠.

 

스프루스 파인의 석영 광산은 그 독특한 지질학적 조건 덕분에 세계 최고 품질의 석영을 제공합니다. 약 3억 8천만 년 전, 아프리카와 북아메리카의 대륙 충돌로 인해 생성된 이 광산의 석영은 매우 높은 순도를 자랑합니다. 이 광산은 오랜 시간 동안 고온과 압력으로 인해 생성된 매우 순수한 광물로 가득 차 있습니다​.

 

 

스프루스 파인의 반도체 산업에서의 중요성

이 광산에서 채굴된 초고순도 석영은 반도체 제조에 필수적입니다. 반도체는 극도로 민감한 제조 공정을 거쳐야 하며, 미세한 불순물조차도 제품의 성능과 신뢰성을 저하시킬 수 있습니다. 따라서 반도체 제조에 사용되는 석영은 순도가 매우 높아야 하며, 스프루스 파인 광산에서 채굴된 석영은 그 요구를 완벽히 충족시킵니다​.

 

스프루스 파인 지역의 광산은 1928년부터 운영되어 왔으며, 1997년에는 고순도 석영의 품질을 보증하기 위해 여러 차례의 시추와 테스트가 진행되었습니다. 현재 이 광산은 미국 내에서도 1급 군사시설에 버금가는 보안을 유지하며, 철저한 관리 하에 운영되고 있습니다. 이는 반도체 산업의 안정성을 유지하기 위해서 매우 중요한 부분입니다​.

만약 스프루스 파인의 광산이 갑작스럽게 운영을 중단하게 된다면, 전 세계 반도체 제조업계는 큰 혼란에 빠질 것입니다. 이는 반도체 제조에 필수적인 초고순도 석영을 대체할 수 있는 다른 공급원이 거의 없기 때문입니다. 따라서 이 광산의 중요성은 단순히 고품질의 석영을 제공하는 것 이상의 의미를 지닙니다. 이는 전 세계 기술 산업의 안정성을 지탱하는 중요한 축입니다​.

초고순도 석영은 반도체 제조의 핵심 재료로, 그 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 전 세계에서 유일하게 스프루스 파인에서만 생산되는 이 석영은 반도체 제조 공정의 필수 요소이며, 이 광산의 안정적인 운영은 전 세계 기술 산업의 기반을 이루고 있습니다.

 

 

세계 석영 유리 도가니 기술 현황

• 일본은 전 세계 반도체용 석영유리 도가니 시장의 80%이상，국 내 시장의 99%를 일본 3개사 (ShinEtsu, SUMCO(JSQ), Coorstek)에서 공급하고 있으며 독보적인 기술을 보유하 고 있다. 일본 업체 특성에 따라 진공법과 용사법 2가지 방 법으로 석영유리 도가니를 제조하고 있습니다.
• 미국은 Momentive사가 진공법으로 반도체 석영유리 도가니를 제조하고 있으며 천연 석영 파우더를 고순화로 정제하여 제조하는 기술을 보유하고 있습니다.
• 독일은 미국 Momentive사의 자회사가 있으며 미국과 동일하 게 진공법으로 반도체 석영유리 도가니를 제조하고 있으 며 천연 석영 파우더를고순화로 정제하여 제조하는 기술 을 보유하고 있습니다.
• 한국 국내 석영유리 도가니 기술은 쿼츠테크가 유일하게 자체 기술개발 노력과 선진 기술자문 등을 통하여 반도체 및 태양전지 석영유리 도가니를 제조 및 개발을 하고 있다고 합니다. 그 전에는 100% 수입에 의존하던 석영유리 도가니를 2008년 회사 설립 이래 10여 년간 꾸준한 투자와 노력으 로 자체적인 기술력을 확보하고 있으며 해외 반도체，태 양광 업체에 18∼28인치 석영유리 도가니를 제작하여 공 급하고 있으며 특히 국내 태양전지용 석영유리 도가니는 95%이상공급을 하고 있어 대표적인 국산화 성공 사례라 할 수 있습니다.
• 중국의 반도체용 석영유리 도가니는 시작 단계이며 태양전지 용 석영유리 도가니를 제조하는 업체가 수백개의 업체가 있는 것으로 알려져 있습니다. 주요 업체로는 징롱，AQM，난 통로보스터，닝보부스트，강소중위，요신등이 있습니다. 향후 중국정부의 반도체 분야에 대한 대폭적인 지원이 예상되어 반도체 시장의 큰 위협 요인으로 예상됩니다.

반도체 산업의 발전과 함께 초고순도 석영도가니의 수요도 증가하고 있으며, 이를 충족하기 위한 기술 발전이 지속적으로 이루어지고 있습니다. 우리 반도체 산업의 미래를 밝게 하기 위해서는 이러한 기술적 도전과 성장이 필수적입니다.