▲ 2050년 넷제로 달성을 위해 ‘저전력 펌프 개발 및 기존 펌프 개선’ 프로젝트를 진행한 탄소관리위원회 ‘저전력 펌프 도입 분과’ 왼쪽부터 이정빈 TL(장비부품표준화), 이세호 TL(ThinFilm기술전략), 성해용 팀장(장비부품표준화), 유진식 TL(장비부품표준화), 최승원 TL(장비부품표준화)
SK하이닉스가 기후 위기 극복을 위한 노력에 박차를 가하고 있다. 회사는 지난 2022년, 연구·제조·설비·환경·구매 등 각 분야 기술 인력으로 구성된 전사조직 ‘탄소관리위원회(이하 탄관위)’를 출범하고, ‘2050년 넷제로*’ 달성을 위한 구체적인 계획을 세워 실천해 나가고 있다.
* 넷제로(Net Zero): 온실가스 배출량을 순 제로(0)로 만들자는 목표. 순 제로란 온실가스 ‘배출량’과 ‘흡수 및 제거량’이 같아 실질적인 온실가스 배출량이 0이 되는 상태를 뜻한다.
탄관위는 12개의 세부 분과를 통해 Scope*별 온실가스 배출 저감 활동을 추진하고 있으며, ▲네온가스 재활용 기술 개발[관련기사] ▲대체가스 개발[관련기사] ▲고효율/저전력 스크러버 개발[관련기사] 등 2050 넷제로 달성을 위한 여러 성과를 이뤄냈다.
* Scope: 온실가스 배출은 Scope 1(직접 배출), Scope 2(간접 배출), Scope 3(기타 간접 배출)로 나뉜다.
‘저전력 펌프 도입 분과’에서는 ‘저전력 펌프 개발 및 기존 펌프 개선’ 프로젝트 진행 소식을 전하며, 2050 넷제로 달성을 향한 SK하이닉스의 행보에 한 걸음을 더했다.
‘펌프(Pump)’는 더욱 미세화되는 반도체 공정에서 고(高)진공 환경을 만들어 불순물들을 제거하는 장비로, 반도체의 품질 및 수율을 결정하는 핵심적인 역할을 한다. 실제 펌프 구동을 위해 사용되는 전력은 팹(FAB) 전체 소비 전력의 15% 내외다.
해당 프로젝트는 새로운 저전력 펌프 개발과 동시에 기존 운영 중인 펌프의 저전력 운영을 통해 펌프 구동으로 인한 전력 소비를 줄이고, 이에 따른 탄소배출을 저감하는 등 Scope 2 배출량을 감축한다는 목표로 진행됐다.
저전력 펌프 도입 분과는 모터, 소재, 구조 등의 변경과 신규 아키텍처 도입을 통해 신규 저전력 펌프 개발에 성공했으며, 새롭게 개발된 신규 저전력 펌프는 기존 팹 및 신규 팹에 적용될 예정이다. 이와 더불어, 기존 운영 중인 펌프의 회전 속도(RPM) 감속 등 용량 축소를 통해 펌프의 전력 소비 저감을 이끌었으며, 기존 팹의 식각공정 등에 적극 반영될 계획이다.
뉴스룸은 이번 프로젝트에서 괄목할 만한 성과를 이룬 탄관위의 이야기를 듣기 위해 저전력 펌프 도입 분과 유진식 TL, 이정빈 TL(장비부품표준화), 이세호 TL(ThinFilm기술전략)을 직접 만나봤다.
▲ 이세호 TL, 유진식 TL, 이정빈 TL(좌측부터)
SK하이닉스는 새롭게 개발한 신규 저전력 펌프의 도입을 위해 2024년 1분기부터 평가를 시작했으며, 3분기부터는 신규 투자를 통해 기존 운영 중인 팹에 도입하고 있다. 또한, 새로 짓고 있는 M15X 팹과 용인 클러스터에는 평가가 완료된 공정에 한해 신규 저전력 펌프를 전량 도입할 예정이다. 회사는 추후 신규 저전력 펌프 도입을 더욱 확대한다는 계획이다.
또한, 2024년 1분기 시작된 신규 저전력 펌프 도입 평가에서 식각공정의 펌프 용량을 기존 3만L(리터)에서 2만L로 축소(Downsizing)해도 반도체 품질 및 수율에는 유의차가 발생하지 않는다는 평가 결과를 도출하기도 했다. 이에, 3분기부터 진행된 식각공정 신규 투자에서는 저전력 펌프 도입뿐 아니라 펌프 용량까지 줄여 저전력 효과를 극대화하고 있다.
이와 관련해 유진식 TL은 “신규 저전력 펌프 도입과 더불어 펌프의 용량 자체를 낮춤으로써 소비 전력 저감 효과를 극대화했으며, 이를 통해, 탄소 배출 저감과 더불어 투자비와 수리비, 운영비 등을 절약할 수 있을 것으로 기대하고 있다”고 말했다.
현재 지어지고 있는 신규 팹의 경우, 기존 운영 중인 M14 팹의 메인 프로세스 공정 기준으로 전력 소비량을 추산하면, 기존 펌프를 사용했을 때 전력 소비량 대비 39.7%가량 저감할 수 있다. 전력 소비 감소는 결국 전력 생산을 위한 탄소 배출 저감으로 이어지기 때문에 Scope 2 배출량 감축에도 크게 기여할 것으로 기대되고 있다.
이번 프로젝트에서는 신규 저전력 펌프 개발 외에도 기존에 운영 중인 펌프의 소비 전력 저감을 위한 노력도 병행됐다. 이정빈 TL은 “현실적으로 모든 펌프를 신규 펌프로 변경할 수 없는 상황에서 우리가 할 수 있는 최선의 전력 소비 저감 방법은 기존 운영 중인 펌프의 전력 소비를 줄이는 것이었고, 이를 위한 많은 논의가 이뤄졌다”고 밝혔다.
저전력 펌프 도입 분과는 많은 논의 끝에 펌프의 회전속도(RPM)를 낮춰 전력 소비를 저감하는 방법을 검토했다. 해당 방법의 경우, 현재 운영 중인 공정에 영향을 주지 않아야 했기 때문에 이론 검증과 시뮬레이션, 현장 평가 등 철저한 PoC(Proof of Concept, 개념 실증)가 중요했다.
특히, 각각의 펌프가 제조사와 모델이 상이하기 때문에 검증 과정은 더욱 어려웠다. 저전력 펌프 도입 분과는 현업 엔지니어와 함께 펌프를 하나하나 검증해 수율 및 영향 분석을 진행했다.
철저한 이론 분석과 시뮬레이션 검증을 마치고, 식각공정에서 운영 중인 일부 펌프의 회전속도를 낮춰 시범 운영했다. 그 결과, 기존 운영 펌프의 회전속도를 낮춰도 공정 수율에는 유의미한 차이가 발생하지 않았으며, 성공적으로 시범운영을 마친 저전력 펌프 도입 분과는 현재 M15, M16 팹에서 각각 공정 평가를 이어가고 있다.
유진식 TL은 “공정 평가가 마무리되고, M15와 M16 식각 프로세스 공정 전체에 펌프의 회전속도 감속이 적용될 경우, 평균 전력 사용은 16.7%가량 감소할 것으로 예상되며, 이는 전력 사용을 위한 비용 절감뿐 아니라 탄소배출 저감에도 기여하게 될 것”이라고 설명했다.
이번 프로젝트의 성과는 5개의 펌프 협력사와 현업 엔지니어의 적극적인 협조가 없었다면 이룰 수 없었다. 이세호 TL은 “회사의 2050 넷제로 달성 목표에 공감한 5개 펌프 협력사와 현업 엔지니어의 적극적인 협조 덕분에 적기에 신규 저전력 펌프 개발과 검증을 진행할 수 있었다”고 강조했다.
유진식 TL은 “특히, 신규 저전력 펌프 개발 과정에서는 관련 데이터가 거의 없어, 많은 어려움이 있었는데 협력사들이 해외 본사와 직접 일정을 조율하는 등 적극적으로 개발에 임한 덕분에 원활히 프로젝트를 진행할 수 있었다”고 덧붙였다.
또한, 현업 엔지니어들의 노력도 빛을 발했다. 이정빈 TL은 “엔지니어들은 본업과 함께 해당 프로젝트를 위한 장비 조건 분석, 테스트 자재 검증 등의 업무를 병행해야 했다”며 “어려운 상황에서도 회사의 2050 넷제로 달성을 위해 최선의 노력을 다해준 덕분에 지금의 성과를 이룰 수 있게 됐다”고 전했다.
한편, 저전력 펌프 도입 분과는 프로젝트를 일괄적으로 추진함과 동시에 신규 펌프 도입 등의 과정이 원활히 진행될 수 있도록 다방면에서 지원을 아끼지 않았다. 특히, 신규 펌프 도입 과정에서 예상되는 추가 비용을 미리 산정해 사전 경비와 투자 지원을 준비하는 등 기민하게 지원했다.
▲ 프로젝트에 대한 소감을 밝히고 있는 이세호 TL, 유진식 TL, 이정빈 TL(좌측부터)
이세호 TL은 “지속가능한 경영의 차원을 넘어 하나뿐인 지구의 기후를 위한 일이기 때문에 더욱 적극적으로 임할 수밖에 없었다”며 “이번 프로젝트를 통해 펌프 협력사와 엔지니어분들이 이러한 가치를 함께 공유하고 있다는 것을 느낄 수 있었다”고 소감을 전했다.
끝으로 이정빈 TL은 현재 진행 중인 프로젝트를 성공적으로 마무리해 2050 넷제로 달성에 기여하겠다는 포부를 밝혔다.
“이번 프로젝트 성과에 더해, 펌프 운영에 있어 AI를 활용한 효율적인 저전력 운용을 이어갈 것이며, 최적의 펌프 모델을 선별하고 적재적소에 투입해 2050 넷제로 달성에 일조하겠습니다. 구성원 여러분의 많은 관심과 성원 부탁드립니다. 감사합니다.”