초순수(超純水, Ultra pure water)는 물 속에 포함된 불순물(전해질, 유기물, 미생물, 생균, 미립자, 부유고형물 등)들을 극히 낮은 값으로 억제한 이론순수에 가장 근접한 물을 말한다.

물은 식염뿐만 아니라 우라늄 등 중금속이나 미네랄, 산소, 이산화탄소 등 가스 종류도 녹아들어 있을 정도로 각종 물질을 포함하고 있다.

그런데 연구기관 등에서 의약품이나 화학 실험에 활용할 목적으로 물에서 유기물이나 무기물을 제거한 '증류수'를 사용하는 것처럼, 반도체 공정용 '초순수'는 의약용 앰플이나 수액용 물보다 더 많은 물질을 제거한 '순수 물' 그 자체라 보면 된다. 

증류수의 pH가 7.0으로 중성인데 반해 초순수는 특히 이온이 적어 5ppb, 즉 물에 10억 분의 5 정도만 불순물이 들어 있는 것이다.

때문에 초순수는 반도체, LCD, 태양광 패널 제종 등 정밀산업 분야에 국한돼 산업계에서 광범위하게 사용된다.

▲ 초순수 생산공정.

이 중 반도체 공정용 초순수는 수 백개의 반도체 생산 단위공정 중에 나오는 부산물, 오염물 등을 세정할 때 쓰이는 필수 공업용수로 초미세회로(nano meter, 10-9m)로 구성된 반도체를 세척해야 하기 때문에 총유기탄소량(TOC)의 농도가 ‘10억분의 1(ppb)’ 이하일 정도로 고순도를 유지해야 한다.

이에 따라 초순수의 생산공정은 물속의 유기물, 이온성분, 미생물, 중금속, 용존산소 등 모든 불순물을 제거하기 위해 20~30여개의 다양한 수처리 공정 조합으로 구성된다.

문제는 그간 우리나라에서는 반도체 사용 용수의 약 50%를 차지하는 초순수 공업용수의 생산·공급을 일본 등 해외업체에 의존했으며, 특히 공정설계, 초순수 배관, 수처리 약품 등을 일본에 의존하고 있어 수출규제 등 외부환경에 매우 취약한 상황이었다는 것이다. 

이 같은 상황에서 환경부(장관 한정애)는 2021년 7월 15일 한국수자원공사, 한국환경산업기술원과 함께 ‘고순도 공업용수 설계·시공·운영 통합 국산화 기술개발’ 사업에 착수하고, 이를 통해 반도체 사업의 필수원료인 초순수의 생산기술 국산화를 본격적으로 추진한다고 밝혔다.

‘고순도 공업용수 설계·시공·운영 통합 국산화 기술개발’은 지난 2019년 일본의 수출규제에 대응하기 위한 조치 중 하나로 추진되었으며, 국산기술을 활용하여 반도체 공정 등에서 사용되는 고순도 공업용수를 생산 및 공급하는 기술개발(R&D) 사업이다.

한국수자원공사는 2025년까지 하루에 2,400톤의 초순수를 생산하는 실증플랜트를 실제 반도체 공급업체에 설치·운영할 계획이며, 초순수 생산 시설이 완료되면 반도체 설계·시공·운영 단계별로 쓰이는 초순수 공정의 최대 60%를 국산화할 것으로 기대된다.

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