네온·제논 생산 나선 포스코…글로벌 반도체 시장 공략[포스코 자원보국⑥]

[헤럴드경제(광양)=정경수 기자] 포스코그룹이 반도체 핵심 소재인 네온·제논 등 희귀가스 생산에 나서며 글로벌 반도체 시장 공략에 속도를 내고 있다. 그동안 해외 수입에 의존해온 희귀가스의 국내 생산체제를 구축한 데 이어 실제 반도체 제조공정에 제품을 공급하기 위한 준비에 속도를 내는 것이다.

지난 2일 찾은 전남 광양제철소 동호안 부지의 포스코에어솔루션 공장에서는 네온·제논·크립톤·헬륨 등 4종의 희귀가스를 생산하고 있었다. 제철소 산소공장에서 확보한 원료를 정제해 반도체와 우주항공 산업에 필요한 고순도 가스로 만드는 시설이다.

희귀가스는 공기 중에 극히 적은 양만 존재하지만 반도체 생산에는 없어서는 안 될 소재다. 네온은 반도체 회로를 새기는 노광 공정에, 제논과 크립톤은 식각 등 정밀 공정에 활용된다. 공급이 끊기면 반도체 생산에 차질이 생길 수 있어 안정적인 조달이 중요하다.

배상복 포스코에어솔루션 부장은 “현재 고객사에 샘플을 보내고 있으며, 주요 반도체 기업을 대상으로 판로를 개척하고 있다”고 말했다.

현재는 고객사에 시제품을 보내며 판매처 확보를 추진하고 있다. 배 부장은 “아직 본격적인 판매가 이뤄지는 단계는 아니며, 현재 고객사에 샘플을 공급하고 있다”고 설명했다.

반도체 기업에 희귀가스를 납품하려면 단순히 높은 순도를 확보하는 것만으로는 부족하다. 실제 반도체 제조공정에 투입했을 때 품질에 문제가 없는지 검증하고 장기간 일정한 순도를 유지할 수 있는지도 확인받아야 한다.

포스코에어솔루션은 내년부터 국내 주요 반도체 기업을 대상으로 품질인증 절차를 진행할 계획이다. 고객사별 제품 평가와 제조공정 적용시험을 거쳐 상업 공급을 단계적으로 확대한다는 방침이다.

포스코에어솔루션은 2024년 8월 설립된 포스코그룹의 산업가스 전문회사다. 지난 6월 광양제철소 동호안 부지에 고순도 희귀가스 생산공장을 준공했다.

공장의 연간 생산능력은 13만N㎥다. 2024년 기준 국내 반도체 산업의 희귀가스 수요 약 52%에 해당하는 규모다.

생산 과정은 제철소 산소공장에서 시작된다. 포스코는 철강 생산에 필요한 산소와 질소 등을 얻기 위해 대형 공기분리장치를 운영하고 있다. 이 과정에서 공기 중에 미량으로 포함된 희귀가스를 함께 추출할 수 있다.

추출한 원료에는 여러 가스와 불순물이 섞여 있다. 포스코에어솔루션은 이를 초저온에서 정제해 각각의 고순도 희귀가스로 분리한다.

배 부장은 “가스마다 끓는점이 다르다는 원리를 이용한다”며 “상대적으로 가벼운 성분과 무거운 성분을 분리하고 불순물을 제거해 원하는 순도의 제품을 생산한다”고 설명했다.

특히 네온과 헬륨은 제논·크립톤보다 낮은 온도에서 분리해야 해 공정 제어가 까다롭다. 네온의 끓는점은 영하 246도 수준으로, 극저온 상태를 정밀하게 유지하는 기술이 필요하다.

공장 중앙제어실에서는 생산설비의 온도와 압력 등을 실시간으로 확인하고 있다. 정제가 끝난 가스는 품질분석실에서 순도와 불순물 함량을 검사한 뒤 전용 용기에 충전해 출하한다.

다만 포스코에어솔루션은 원료 수급 전략에 대해서는 다양한 방안을 검토 중이다.

배 부장은 “원료는 기본적으로 포스코 제철소로부터 공급받을 예정이며, 향후 고객사 수요 증대에 따라 추가적인 원료 생산 확대 투자, 해외 수입 등도 검토할 계획”이라고 밝혔다.

희귀가스 시장은 국제 정세에 따른 가격 변동성도 크다. 특정 국가에 공급이 집중돼 있는 만큼 전쟁이나 수출 제한 등으로 공급망에 문제가 발생하면 가격이 급등할 가능성이 있다.

반도체에 앞서 우주항공 분야에서는 제품 공급 실적을 확보했다.

포스코에어솔루션은 지난 5월 한국항공우주연구원에 고순도 제논과 크립톤을 처음 출하했다. 항우연은 이 제품을 인공위성용 전기추력기에 적용해 성능을 시험했으며, 지난 7월 적합 판정을 내렸다.

전기추력기는 제논·크립톤 등의 가스를 이온화해 분사하는 방식으로 인공위성의 궤도와 자세를 제어하는 장치다. 가스의 미세한 불순물이나 품질 변화가 추진 성능에 영향을 줄 수 있어 엄격한 관리가 요구된다.

지난 8월에는 글로벌 인증기관인 로이드인증원으로부터 항공우주·방산 품질경영시스템인 AS9100D 인증도 획득했다. 가스 소재 제조 분야에서 아시아 최초다.

포스코그룹은 철강 생산 과정에서 확보할 수 있는 희귀가스를 새로운 전략자원으로 육성한다는 구상이다. 기존 제철사업에서 축적한 대형 공기분리설비와 정제기술을 활용해 반도체·우주항공 등 첨단산업용 소재 사업으로 영역을 넓히는 것이다.

장인화 포스코그룹 회장은 지난 6월 공장 준공식에서 “첨단산업의 필수 소재를 우리 기술로 직접 생산해 안정적으로 공급할 수 있게 돼 뜻깊다”며 공급망 안정의 중요성을 강조했다.

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