PFC 가스의 위험성: 반도체 공정가스와 플라즈마 스크러버

반도체 산업은 디지털 경제의 근간이지만, 제조 공정에서 온실가스를 직접 배출합니다. 대표적인 것이 식각과 박막 증착 챔버 세정에 쓰는 과불화화합물(PFC) 계열 가스입니다. 양으로는 많지 않지만 같은 무게의 이산화탄소보다 수천~수만 배 강하게 지구를 데우고, 한 번 대기로 나가면 수백 년에서 수만 년 동안 남습니다.

이 글은 PFC 가스가 왜 문제인지, 반도체 산업이 이를 어떻게 줄여 왔는지, 그 과정에서 플라즈마 스크러버가 어떤 자리에 있는지를 공개된 평가 보고서와 논문, 기업과 정부의 공개 자료로 정리한 문헌 검토입니다. 특정 기술의 우열을 가리기보다 수치가 어디서 나왔고 어떤 한계가 있는지를 함께 적었습니다. 날짜와 수치는 2026년 10월에 확인한 것입니다.

#자료와 용어

#다룬 자료

• 기체의 물성(대기 수명, 복사효율, 지구온난화지수): IPCC 제6차 평가보고서(AR6) 제1실무그룹 7장과 보충자료 표 7.SM.7.
• 대기 농도: AR6 표 7.5와, 이를 해마다 갱신하는 Climate Indicator 프로젝트의 온실가스 농도 자료(1750~2025년). 2025년 값은 잠정치라 2024년까지만 썼습니다.
• 반도체 공정의 배출 구조: IPCC 2006 지침 2019 개정판 3권 6장(전자산업).
• 처리 설비의 성능: 국내 사업장 실측 연구 세 편(Lee 외 2023, Kang 외 2024, Woo 외 2024)과 IPCC 배출계수 데이터베이스(EFDB)에 등재된 국내 실측값.
• 산업계 대응과 정책: 각 기업의 공식 발표와 지속가능경영 자료, 법령과 정부 발표, 언론 보도.

#용어

PFC는 좁게는 탄소와 불소로만 이루어진 과불화탄소(perfluorocarbon)를 가리킵니다. CF₄, C₂F₆, C₃F₈, c-C₄F₈이 여기에 듭니다. 반도체 업계에서는 여기에 삼불화질소(NF₃), 육불화황(SF₆), 일부 수소불화탄소(CHF₃ 등)까지 묶어 과불화화합물(perfluorinated compounds)이라고 부르는 일이 많습니다. IPCC 2019 지침은 전자산업이 쓰는 불소계 가스(FC gas)로 CF₄, C₂F₆, C₃F₈, C₄F₆, c-C₄F₈, C₄F₈O, C₅F₈, CHF₃, CH₂F₂, CH₃F, C₂HF₅, NF₃, SF₆을 꼽습니다. 이 글은 업계 관례를 따라 이들을 넓게 PFC라고 부르고, 좁은 뜻이 필요할 때는 과불화탄소라고 적습니다.

처리효율은 처리 설비로 들어온 가스 가운데 분해되거나 제거된 비율입니다. 영어로는 DRE(destruction or removal efficiency)라고 하며, 0.95처럼 소수로 쓰거나 95%처럼 백분율로 씁니다.

#PFC는 반도체 공정의 어디에서 나오나?

반도체 공정에서 PFC는 크게 두 곳에 쓰입니다. 하나는 웨이퍼 위의 산화막과 질화막 같은 실리콘 계열 막을 깎아 내는 플라즈마 식각이고, 다른 하나는 박막 증착(CVD) 장비의 챔버 벽에 쌓인 막을 걷어 내는 챔버 세정입니다. 두 공정 모두 플라즈마나 열로 불소계 가스를 쪼개 반응성이 큰 불소 원자를 만들고, 그 불소가 막과 반응합니다(IPCC 2019).

배출은 두 경로로 생깁니다. 첫째, 넣은 가스가 챔버 안에서 다 쪼개지지 않고 그대로 빠져나갑니다. IPCC 지침은 이를 가스 이용률(U)로 나타내고, 1−U를 미반응 비율이라고 부릅니다. 둘째, 쪼개진 조각들이 다시 결합해 넣지 않았던 가스가 생깁니다. 이를 부생가스라고 합니다. C₄F₆이나 c-C₄F₈을 넣어도 CF₄가 생기고, 탄소가 없는 NF₃나 F₂로 탄소가 든 막을 세정해도 CF₄가 생길 수 있습니다. IPCC 2019 지침은 탄화수소 연료를 태우는 처리 설비에서 불소와 연료가 반응해 CF₄가 새로 생길 수 있다는 점도 따로 계산하게 합니다.

IPCC 2019 지침이 반도체 공정에 제시한 기본값을 보면, 미반응 비율은 가스마다 크게 다릅니다.

CF₄는 넣은 양의 73%가 그대로 나가는 반면, 원격 플라즈마 세정에 쓰는 NF₃는 2%만 남습니다. 이 차이는 업계가 1990년대 말부터 C₂F₆ 위주의 챔버 세정을 NF₃ 원격 플라즈마 세정으로 바꾼 이유 가운데 하나입니다. NF₃는 세정이 빠르고 챔버 수명에도 유리해, 그전까지 쓰던 PFC의 일부를 대신했습니다(Arnold 외 2013).

다만 이 기본값은 미국 온실가스 보고제도로 모은 자료의 평균이라 개별 공정과는 다를 수 있습니다. 국내 식각 챔버에서 잰 CF₄ 미반응 비율은 플라즈마 세기 1,0003,000 W에서 0.300.37로, 기본값 0.73보다 낮았습니다(IPCC EFDB, EF ID 234810~234813). 공정 조건에 따라 배출이 달라진다는 뜻이고, IPCC가 사업장 고유 측정(Tier 3)을 가장 정확한 방법으로 두는 이유이기도 합니다.

#PFC는 왜 강력한 온실가스인가?

#적외선을 흡수하는 자리

지구는 받은 햇빛 에너지를 적외선으로 우주에 내보냅니다. 이산화탄소와 수증기는 이 적외선 가운데 일부 파장을 흡수하지만, 약 8~12 μm 부근에는 둘 다 잘 흡수하지 못해 열이 빠져나가는 영역이 있습니다. 흔히 '대기의 창'이라고 부르는 곳입니다. 탄소-불소, 황-불소, 질소-불소 결합은 바로 이 영역에서 적외선을 강하게 흡수합니다. 이미 막혀 있는 파장이 아니라 열려 있던 창을 막기 때문에 분자 하나가 더해질 때 늘어나는 온난화 효과가 큽니다.

이 효과를 나타내는 값이 복사효율입니다. AR6 값으로 대기 농도가 같은 양(1 ppb)만큼 늘 때를 비교하면 CF₄는 CO₂의 약 7,400배, C₂F₆는 약 2만 배, NF₃는 약 1만 5,000배, SF₆는 약 4만 3,000배의 복사강제력을 만듭니다.

#지구온난화지수와 수명

지구온난화지수(GWP)는 같은 무게(1 kg)를 배출했을 때 정해진 기간 동안 쌓이는 온난화 효과를 CO₂와 견준 값입니다. 복사효율에 더해 대기에 얼마나 오래 남는지가 함께 들어갑니다.

표 1. 주요 불소계 온실가스의 수명과 100년 지구온난화지수 (IPCC AR6)

가스	수명(년)	GWP-100	100년 뒤
CO₂	단일 값 없음	1	–
N₂O (비교)	109	273	40%
HFC-23 (CHF₃)	228	14,600	65%
NF₃	569	17,400	84%
SF₆	1,000	24,300	90%
C₃F₈	2,600	9,290	96%
c-C₄F₈	3,200	10,200	97%
C₂F₆	10,000	12,400	99%
CF₄	50,000	7,380	99.8%

자료: IPCC AR6 WGI 표 7.SM.7. '100년 뒤'는 배출한 양 가운데 100년 뒤 대기에 남는 비율로, 단일 지수 감쇠를 가정해 exp(−100/수명)으로 계산했습니다.

표 2. 기간에 따른 지구온난화지수 (IPCC AR6)

가스	GWP-20	GWP-100	GWP-500
N₂O (비교)	273	273	130
HFC-23 (CHF₃)	12,400	14,600	10,500
NF₃	13,400	17,400	18,200
SF₆	18,200	24,300	29,000
C₂F₆	8,940	12,400	17,500
CF₄	5,300	7,380	10,600

자료: IPCC AR6 WGI 표 7.SM.7. 두 표의 값과 C₃F₈·c-C₄F₈의 20년·500년 값은 CSV로 받을 수 있습니다.

두 표에서 세 가지를 읽을 수 있습니다.

첫째, "CO₂의 수천~수만 배"는 과장이 아닙니다. 100년 기준 GWP는 CF₄ 7,380에서 SF₆ 24,300까지입니다. CF₄ 1톤을 대기로 내보내는 것은 CO₂ 7,380톤을 내보내는 것과 100년 동안 같은 온난화 효과를 냅니다.

둘째, 수명이 아주 긴 가스는 기간을 길게 잡을수록 GWP가 커집니다. N₂O나 CHF₃는 500년 GWP가 100년 GWP보다 작지만, CF₄는 20년 5,300, 100년 7,380, 500년 10,600으로 오히려 커집니다. CO₂와 견주는 기간 안에 거의 사라지지 않기 때문입니다. 흔히 쓰는 100년 기준은 이런 가스의 장기 영향을 작게 잡는 쪽입니다. AR6는 목적에 따라 알맞은 지표가 달라진다며 하나의 지표를 권하지 않습니다(AR6 7장 글상자 7.3).

셋째, 어느 평가보고서의 값을 쓰느냐에 따라 CO₂ 환산량이 달라집니다. 제5차 평가보고서(AR5)의 100년 GWP는 CF₄ 6,630, NF₃ 16,100, SF₆ 23,500이었습니다(Czerniak 2021). 같은 CF₄ 1톤이 AR5로는 CO₂ 6,630톤, AR6로는 7,380톤으로 약 11% 차이가 납니다. 국가 인벤토리와 배출권거래제 같은 보고 제도는 제도마다 정한 값을 쓰므로, 서로 다른 자료의 CO₂ 환산 배출량을 견줄 때는 어떤 값을 썼는지부터 확인해야 합니다.

#한 번 배출되면 얼마나 오래 남나?

#대기에서 사라지는 길

대부분의 온실가스는 대류권에서 수산기(OH) 라디칼과 반응하거나, 빗물에 녹거나, 성층권의 자외선에 쪼개져 사라집니다. 과불화탄소와 SF₆에는 이 경로가 거의 통하지 않습니다. 화학적으로 매우 안정해 OH와 거의 반응하지 않고, 물에 잘 녹지 않으며, 성층권 자외선으로도 잘 쪼개지지 않습니다. 남는 길은 고도 50 km 위 중간권의 매우 짧은 파장 자외선(라이먼 알파선)과 같은 고층 대기의 반응, 그리고 지상의 고온 연소 정도입니다.

Ravishankara 외(1993)는 이런 반응 속도를 실험으로 재고 대기 모델에 넣어, 조사한 과불화탄소의 수명이 모두 2,000년을 넘는다고 보고했습니다. 그리고 이 분자들이 대기에 배출되면 쌓이고, 그 영향이 수 세기에서 수천 년 동안 이어질 것이라고 결론지었습니다.

#'영구히 남는다'는 말의 범위

흔히 "한 번 배출되면 영구히 남는다"고 말하지만, 정확히는 가스마다 다릅니다.

• CF₄는 수명 5만 년으로 100년 뒤에도 99.8%, 1,000년 뒤에도 약 98%가 남습니다. 사람의 시간 척도에서는 사실상 영구적입니다. 문자 기록의 역사가 약 5,000년이니 그 열 배입니다.
• C₂F₆(1만 년), c-C₄F₈(3,200년), C₃F₈(2,600년)도 1,000년 뒤 각각 약 90%, 73%, 68%가 남습니다.
• SF₆는 AR5까지 수명을 3,200년으로 보았지만, AR6는 새 연구를 평가해 1,000년으로 줄였습니다. 1,000년 뒤에는 약 37%가 남습니다.
• NF₃는 569년으로 이 가운데 가장 짧지만, 100년 뒤에도 84%가 남습니다.

어느 쪽이든 기업의 감축 목표(수십 년)나 설비의 수명(십수 년)보다 몇 자릿수 깁니다. 오늘 줄이지 못한 배출은 수백 년 뒤에도 거의 그대로 대기에 남아 있다는 뜻입니다.

#대기 농도는 계속 늘고 있다

수명이 길면 배출이 조금만 이어져도 대기 농도가 쌓입니다. 전 지구 관측망 자료를 모은 대기 농도를 보면 이 가스들은 지금도 해마다 늘고 있습니다.

CF₄는 자연에도 조금 있습니다. 지각의 화강암질 암석이 풍화되거나 단층을 따라 지각 유체가 새어 나오면서 CF₄가 대기로 나온다는 관측이 있습니다(Deeds 외 2008). 산업화 이전 대기 농도는 약 34 ppt였고, 2024년에는 약 90.4 ppt입니다. 늘어난 약 56 ppt가 사람이 배출해 쌓인 몫입니다. 최근 10년(2014~2024년)에는 해마다 평균 0.92 ppt씩 늘었습니다.

• NF₃는 2000년 0.17 ppt에서 2024년 3.47 ppt로 약 20배가 되었습니다. 2024년 한 해 증가폭(0.30 ppt)이 최근 10년 평균(0.23 ppt)보다 커, 증가 속도가 아직 줄지 않았습니다. Arnold 외(2013)는 2011년 무렵 NF₃ 배출량이 생산량의 약 10%로, 이상적인 산업 관행에서 기대한 것보다 상당히 크다고 추정했습니다.
• SF₆는 2000년 4.56 ppt에서 2024년 11.79 ppt로 늘었습니다.
• C₂F₆는 같은 기간 3.11 ppt에서 5.33 ppt로, c-C₄F₈는 0.98 ppt에서 2.06 ppt로 늘었습니다.

농도 자료는 CSV로 받을 수 있습니다.

#반도체만의 문제인가

대기 농도의 증가를 모두 반도체 산업 탓으로 돌릴 수는 없습니다. CF₄와 C₂F₆의 주요 인위 배출원은 알루미늄 제련과 반도체 생산이고, C₃F₈은 냉매로도 쓰입니다(Mühle 외 2010). SF₆는 전력 산업의 개폐기, 차단기, 변압기 절연에 대량으로 쓰이며, 설비 안에 쌓인 SF₆가 정비와 교체, 누출로 꾸준히 배출됩니다(Simmonds 외 2020). NF₃는 반도체와 평판 디스플레이, 태양전지 제조에 쓰입니다(Arnold 외 2013).

지금의 온난화 기여도도 따로 볼 필요가 있습니다. AR6 표 7.5에 따르면 2019년 SF₆와 PFC가 만든 유효복사강제력은 합쳐 약 0.013 W/m²로, 잘 섞인 온실가스 전체(3.12 W/m²)의 약 0.4%입니다. 지금 비중은 작습니다. 문제는 크기보다 비가역성입니다. 메탄처럼 수명이 짧은 가스와 달리 배출을 멈춰도 농도가 거의 내려가지 않기 때문에, 오늘의 배출이 수백~수천 년 동안 복사강제력에 그대로 더해집니다.

#반도체 산업은 어떻게 대응해 왔나?

#직접 배출에서 공정가스가 차지하는 몫

온실가스 회계는 배출을 셋으로 나눕니다. 사업장에서 직접 나오는 스코프 1, 사 온 전기와 열에서 나오는 스코프 2, 공급망과 제품 사용에서 나오는 스코프 3입니다. 반도체 팹의 스코프 1에서는 불소계 가스가 8090%를 차지하고, 연료 연소 같은 직접 에너지 사용은 515% 정도입니다(Hess 2024).

다만 기업 전체로 보면 스코프 1의 비중은 크지 않을 수 있습니다. Intel은 2024년 스코프 1이 스코프 1·2·3 전체의 4%였고, 그 대부분이 불소계 가스와 N₂O 같은 공정 배출, 열전달 유체, 처리 설비와 시설의 연료 연소라고 밝혔습니다(Intel 2026). 처리 설비 업체 Edwards의 Chris Jones는 팹에서 스코프 2 배출이 공정 화학물질 쪽의 대략 두 배라고 설명합니다(Davis 2026).

그런데도 공정가스가 따로 중요한 까닭은 감축 수단이 다르기 때문입니다. 스코프 2는 재생에너지 전력을 사면 줄지만, 챔버에서 나오는 PFC는 전력을 바꿔도 줄지 않습니다. 공정과 가스, 처리 설비를 바꿔야만 줄어듭니다.

#30년 가까운 자발적 감축

반도체 업계는 기후 문제를 비교적 일찍 다룬 산업입니다. 세계반도체협의회(WSC)는 1999년 각 지역의 PFC 배출을 10년 안에 기준 대비 10% 이상 줄이겠다고 약속했고, 2010년까지 32%를 줄였습니다. 이어 웨이퍼 면적당 배출량(NER)을 2020년까지 2010년보다 30% 낮추는 목표를 세웠고, 2020년까지 22.9%를 줄였습니다. 제품이 복잡해지고 층수가 늘며 새 식각 가스가 들어오는 가운데 얻은 결과입니다. 이 성과는 크게 두 가지에서 나왔습니다. 하나는 챔버 세정을 NF₃ 원격 플라즈마로 바꾼 것이고, 다른 하나는 공정에서 나온 PFC를 분해하는 처리 설비를 들인 것입니다(Czerniak 2021).

#주요 기업의 감축 목표

2020년대 들어 주요 반도체 기업은 2030~2050년을 시한으로 한 탄소중립 목표를 내놓았습니다.

표 3. 주요 반도체 기업의 공개 목표

기업	공개 목표와 세부 내용	자료 시점
삼성전자	전사 2050년 탄소중립, DX 부문은 2030년(스코프 1·2). 2030년까지 반도체 라인에 공정가스 처리 시설 설치	2022.9
SK하이닉스	2050년 넷제로. 2022년 탄소관리위원회를 세우고 고효율·저전력 스크러버 개발	2024.9
TSMC	2050년 넷제로, 재생에너지 100%를 2040년으로 앞당김. 2025년 기준 SBTi 경로로 스코프 1·2·3 절대 감축 약속, 현지 스크러버 교체·설치	2025.4
Intel	2040년 스코프 1·2 넷제로, 2050년 상류 스코프 3 넷제로. 화학물질 대체, 처리 설비, 공정 최적화로 감축	2026.1
Micron	2050년 스코프 1·2 넷제로. 2030년까지 스코프 1을 2020년 대비 42% 감축	2022.5

자료: 각 사 발표(참고 자료 참조). '자료 시점'은 이 글이 확인한 자료의 날짜입니다. 목표마다 포함하는 스코프와 기준 연도, 재생에너지 인증서나 탄소 제거 크레딧을 쓰는지가 달라 서로 바로 견줄 수는 없습니다. 독일 Infineon처럼 2030년 탄소중립을 내건 곳도 있습니다(Yole Group).

목표를 내건 기업은 고객 쪽에서도, 공급망 쪽에서도 압력을 주고받습니다. 예를 들어 TSMC는 2035년까지 공급사들이 SBTi에 맞는 감축 목표를 세우도록 하겠다고 밝혔습니다(TSMC 2025).

#감축 수단의 순서

공정가스를 줄이는 방법은 대체로 다음 순서로 검토됩니다.

1. 공정 최적화: 가스 유량과 플라즈마 조건을 조정해 같은 결과를 덜 쓰는 가스로 얻습니다.
2. 대체 가스: 온난화지수가 낮거나 이용률이 높은 가스로 바꿉니다. 삼성전자는 2018년부터 C₄F₈을 대체 가스로 바꾸기 시작했고, 2025년에는 CF₄, 2026년부터는 CHF₃의 대체를 시작한다고 밝혔습니다(삼성전자 2026). 앞에서 본 NF₃ 원격 플라즈마 세정도 같은 갈래입니다.
3. 포집과 회수: 쓰고 남은 가스를 모아 정제해 다시 쓰는 방법입니다.
4. 처리(분해): 남은 가스를 처리 설비에서 분해합니다. 공정 장비마다 붙는 POU(point-of-use) 스크러버와, 여러 배기를 모아 처리하는 중앙·베이 단위 설비가 있습니다.

처리 쪽의 최근 사례도 있습니다. 삼성전자는 재생식 촉매 시스템(RCS)을 2025년 기준 55기 운영하고 있고, 3세대 촉매로 PFC 처리효율 97%를 얻었으며 이 촉매의 사업장 적용률을 2025년 25%에서 2026년 100%로 높일 계획이라고 밝혔습니다(삼성전자 2026). SK하이닉스는 기존 플라즈마 스크러버에 물 주입과 가변 출력 시스템을 더해 식각 공정의 처리효율을 99%까지 높였고, 이로써 식각 공정의 스코프 1 공정가스 배출이 22% 줄 것으로 예상했습니다(SK하이닉스 2024).

#플라즈마 스크러버는 무엇을 하나?

#설비의 자리

POU 스크러버는 공정 장비의 진공 펌프 뒤, 팹 아래층(서브팹)에 놓입니다. 배기가 건물 덕트에서 다른 배기와 섞이기 전에 장비 가까이에서 처리하는 방식입니다. 챔버나 장비 단위로 붙기 때문에 설치 대수가 많고, 그만큼 전체 전력 사용량도 커집니다(SK하이닉스 2024). 국내 반도체·디스플레이 사업장의 처리효율을 조사한 Woo 외(2024)는 2018~2023년 사이 1,794대의 처리 설비 자료를 모았습니다. 다만 팹 하나에 몇 대가 설치되는지는 공정 구성에 따라 크게 달라, 공개된 일관된 수치는 찾기 어렵습니다.

#원리

플라즈마 스크러버는 전기로 만든 수천 ℃의 열 플라즈마 안에서 PFC를 쪼갭니다. 이때 물이나 산소, 수소를 함께 넣으면 쪼개진 불소는 HF로, 탄소는 CO₂로 묶여 원래 분자로 다시 결합하지 못합니다. CF₄의 대표 반응은 다음과 같습니다.

CF₄ + 2H₂O → CO₂ + 4HF

열 플라즈마 실험에서는 H₂와 O₂를 더해 CF₄ 분해율을 99%까지 올렸습니다(Sun & Park 2003). 생긴 HF는 뒤쪽의 습식 세정부에서 물에 녹여 제거합니다. 처리 뒤에 나오는 CO₂는 원래 CF₄보다 훨씬 약한 온실가스이고, HF는 수명이 짧은 대신 독성과 부식성이 커서 반드시 걷어 내야 합니다.

#방식별 차이

POU 처리 설비는 에너지원과 분해 방식에 따라 나뉩니다.

표 4. 주요 POU 처리 방식

방식	특징과 고려할 점	에너지원
연소식 (연소-습식)	1990년대 말부터 가장 널리 쓰였고 지금도 사용 비중이 가장 큼. 연료 연소의 CO₂(스코프 1)가 나오고, 탄화수소 연료와 불소가 만나 CF₄가 새로 생길 수 있음. NOx	LNG·수소
플라즈마식 (플라즈마-습식)	2000년대 초부터 개발되었고 탄소중립 대응으로 도입이 늘어남. 연료에서 나오는 탄소가 없는 대신 전력을 씀(스코프 2, 전원 구성에 따라 달라짐). 고온에서 NOx, 토치·전극 소모	전기
촉매식	촉매로 분해 온도를 낮춰 전력과 NOx를 줄임. 촉매 수명과 교체를 관리해야 하고, 가스에 따라 처리효율 차이가 큼(C₃F₈ 0.905, Kang 외 2024)	전기

자료: 글로벌스탠다드테크놀로지 사업보고서(2025), IPCC 2019, Czerniak(2021), SK하이닉스(2024). 실제 설치 현장에서는 가스 종류와 유량, 전력과 연료의 값과 공급 사정에 따라 방식을 고릅니다. 같은 이유로 업계에서는 연료와 전력 가운데 무엇이 더 싸고 구하기 쉬운지가 방식 선택을 좌우하는 일이 많다고 설명합니다(Czerniak 2021).

#실측으로 본 처리효율

처리효율이 가장 낮게 나오는 가스는 대개 CF₄입니다. 가장 안정한 분자라 분해에 많은 에너지가 필요하기 때문입니다. IPCC 2019 지침의 처리 설비 기본 처리효율도 불소계 가스는 대부분 0.95~0.99인데 CF₄만 0.89입니다. 국내 사업장 실측 연구 두 편의 CF₄ 결과를 모으면 다음과 같습니다.

표 5. 국내 사업장의 CF₄ 처리효율 실측

방식	Kang 외 (2024)	Woo 외 (2024)
연소식	0.933 ± 0.020	0.86 ± 0.14
플라즈마식	0.968 ± 0.008	0.98 ± 0.05
촉매식	0.949 ± 0.032	–

평균 ± 표준편차. Kang 외(2024)는 20202021년 36건(연소식 8, 플라즈마식 23, 촉매식 5), Woo 외(2024)는 20182023년 720건(연소식 301, 플라즈마식 419)입니다. Woo 외(2024)의 플라즈마식 값은 논문 본문 기준이며, 같은 연구진이 IPCC EFDB에 등재한 값은 0.96입니다(EF ID 234779). 견줄 기준으로 IPCC 기본값은 방식 구분 없이 2006 지침 0.9, 2019 지침 0.89입니다.

두 연구 모두 플라즈마식의 평균이 연소식보다 높았습니다. 하지만 두 가지를 함께 봐야 합니다. 하나는 산포입니다. 연소식의 표준편차 0.14는 같은 방식 안에서도 설비와 운전 조건에 따라 처리효율이 크게 갈린다는 뜻입니다. 다른 하나는 표본입니다. 촉매식은 5건뿐이고, 측정한 사업장과 기종이 한정되어 있어 이 값을 모든 설비로 넓혀 읽기는 어렵습니다.

#운전 조건과 전력

같은 설비에서도 처리효율은 운전 조건에 따라 크게 움직입니다. Lee 외(2023)가 한 사업장의 플라즈마-습식 스크러버 한 기종에서 잰 값을 보면, 유량 100 SLM에서 CF₄ 처리효율이 8.08 kW에서 72.5%, 10.73 kW에서 95.6%였습니다. 95%를 넘기는 데 필요한 전력은 유량이 늘수록 커져 100 SLM에서 약 10.7 kW, 130 SLM에서 약 14.5 kW, 150 SLM에서 약 15.8 kW였습니다. NF₃는 300 SLM에서 6.06 kW일 때 49%, 10.73 kW일 때 95.6%였습니다. 이 자료는 앞서 스크러버를 고정 전류로 돌리면 생기는 일에서 그래프로 다루었습니다.

처리효율과 전력은 서로 맞물려 있습니다. SK하이닉스는 CF₄ 처리효율을 99%로 올리려고 온도를 더 높이는 방안을 검토했지만, 그만큼 전력이 늘어 간접 배출(스코프 2)이 커지는 문제가 생겼다고 밝혔습니다. 그래서 물을 넣어 분해 온도를 낮추고, 생산 장비와 연동한 가변 출력 시스템으로 전력을 맞추는 방식을 택했습니다. 챔버마다 붙은 스크러버는 대수가 많아 전력이 크고 질소산화물(NOx)도 생긴다며, 여러 챔버를 묶어 촉매로 처리하는 베이형 스크러버를 새 팹(M15X)에 들여 기존 방식보다 전력을 81% 줄일 것으로 예상했습니다(SK하이닉스 2024).

설비 한 대의 전력은 위 실측 조건에서 수 kW에서 16 kW 안팎입니다. 계산해 보면 10 kW로 1년 내내 돌리는 설비는 한 해 87,600 kWh를 씁니다. 팹 전체로 보면 진공 펌프와 처리 설비 같은 서브팹 설비가 팹 에너지의 약 25%를 쓴다는 업계 설명이 있고(Davis 2026), 공정 장비가 팹 에너지의 절반 가까이를 쓰며 그 절반가량이 진공 펌프라는 추정도 있습니다(Czerniak 2021). 처리 설비만의 몫을 일관되게 밝힌 공개 자료는 찾지 못했습니다.

#처리효율 숫자가 뜻하는 것

처리효율은 높은 쪽에서 1%포인트의 무게가 커집니다. IPCC 방식을 단순화해 '배출량 = 투입량 × 미반응 비율 × (1 − 처리효율)'로 계산하면 다음과 같습니다. 부생가스와 처리 설비를 거치지 않는 배기는 뺐습니다.

표 6. CF₄ 100 kg을 넣었을 때 처리효율별 배출량 (계산 예시)

처리 조건	나가는 CF₄	CO₂e (t)
처리 설비 없음	73.0 kg	538.7
처리효율 0.89 (IPCC 2019 기본값)	8.0 kg	59.3
처리효율 0.95	3.65 kg	26.9
처리효율 0.99	0.73 kg	5.4

미반응 비율은 IPCC 2019 기본값 0.73, CO₂ 환산(CO₂e)은 AR6 GWP-100 7,380을 썼습니다.

처리효율이 95%에서 99%로 4%포인트 오르면 대기로 나가는 양은 5분의 1이 됩니다. SK하이닉스 담당자가 "1%의 효율 차이에도 온난화에 끼치는 영향이 달라진다"고 말한 것도 이 때문입니다. 같은 이유로 측정의 정확도도 중요해집니다. SK하이닉스는 99%라는 수치를 계측기가 잴 수 있는 최소량 이하로 검출되었다는 뜻으로 설명했습니다. 처리효율이 높아질수록 남은 양이 분석기의 검출 한계에 가까워져, 측정 방법과 불확도가 결과 해석을 좌우합니다.

#세 가지 흐름은 어디서 만나는가?

PFC 처리 설비를 둘러싼 환경은 세 흐름으로 정리할 수 있습니다. 규제, 전력 단가, 그리고 산업용 AI입니다. 세 흐름 모두 한 방향으로만 움직이지는 않습니다.

#규제: 강화와 완화가 함께 진행된다

표 7. 지역별 주요 제도 변화

제도	주요 내용	시점
EU 불소계 온실가스 규정 (EU) 2024/573	HFC를 2050년까지 단계적으로 퇴출하고 금지 품목을 넓힘. 반도체 식각과 CVD 챔버 세정에 쓰는 HFC는 쿼터 적용에서 빠짐	2024.2
EU 탄소국경조정제도 (CBAM)	2026년부터 본격 시행. 대상은 시멘트·철강·알루미늄·비료·전력·수소로 반도체는 없음. 2025년 12월 철강·알루미늄이 많이 든 하류 제품 약 180개로 넓히는 안이 나옴(2028년부터)	2026.1
한국 배출권거래제 4차 계획기간	2026~2030년 할당 총량 25억 3,730만 t으로 3차보다 16.8% 줄임. 반도체·디스플레이는 탄소 누출 업종으로 무상 할당 유지	2025.11
대만 탄소 요금	2025년 배출분부터 t당 NT$300(자율 감축 계획 승인 시 NT$50·100). 첫 징수액 NT$49.7억 가운데 반도체 123개 공장이 약 NT$22억	2026.5
미국 온실가스 보고 프로그램 (GHGRP)	전자산업(Subpart I)을 포함해 대부분 부문의 보고 의무를 없애는 안을 제안. 2026년 10월 현재 확정되지 않았고 2025년분 보고 기한은 2027년 3월로 미뤄짐	2025.9

자료: EUR-Lex, CMS(2025), 헤럴드경제(2025), Focus Taiwan(2026), 미국 연방관보(2025). 미국의 보고 기한 연기는 2026년 10월 14일 연방관보 잠정 최종 규칙에 따른 것입니다.

몇 가지를 짚어 둡니다. 우선 CBAM은 지금 반도체를 직접 다루지 않습니다. 반도체 기업에 미치는 영향은 고객사의 공급망 감축 요구(스코프 3)를 거친 간접적인 것에 가깝습니다. 한국 배출권거래제는 총량을 줄이고 있지만 반도체는 무상 할당을 유지해, 당장의 직접 비용 부담은 제한적입니다. 한국 정부는 2025년 11월 2035년 국가 감축 목표를 2018년 대비 5361%로 확정했고, 산업 부문은 24.331%로 정했습니다(머니투데이). 대만은 탄소 요금을 실제로 걷기 시작했고 반도체 공장이 징수액의 절반 가까이를 냈습니다. 반대로 미국은 보고 의무 자체를 줄이는 쪽으로 움직이고 있습니다.

정리하면 '전 세계적 규제 강화'라고 한마디로 말하기는 어렵습니다. 다만 팹이 몰려 있는 동아시아에서는 배출에 값을 매기는 제도가 자리를 잡아 가고 있고, 공급망을 따라 감축을 요구하는 흐름은 규제와 별개로 커지고 있습니다. 어느 쪽이든 공통으로 요구하는 것은 측정하고 검증할 수 있는 감축입니다.

#전력 단가: 가파르게 오른 뒤 숨 고르기

한국전력은 2021년 이후 일곱 차례에 걸쳐 산업용 전기요금을 kWh당 105.5원에서 182.7원으로 73.2% 올렸습니다(한국경제 2025). 이후 상승세는 멈춘 모습입니다. 2026년 2월 평균 전력 판매단가는 전년보다 0.4% 내려 2021년 9월 이후 53개월 만에 처음 하락했고, 산업용 판매단가는 kWh당 190.1원으로 0.9% 낮았습니다. 같은 자료는 4월 중순부터 반영될 계절별·시간대별 요금 체계 개편도 단가를 낮추는 쪽으로 작용할 것으로 내다봤습니다(하나증권 2026). 월별 산업용 판매단가는 계절에 따라 kWh당 168~194원 사이를 오갑니다.

팹의 전력 사용은 큽니다. 전 세계 팹이 한 해 쓰는 에너지는 200~220 TWh 수준으로 추정됩니다(Davis 2026). 처리 설비로 좁혀 보면, 앞의 계산처럼 10 kW 설비 한 대가 한 해 87,600 kWh를 쓰고 kWh당 182.7원이면 약 1,600만 원입니다. 같은 처리효율을 1 kW 적은 전력으로 낼 수 있다면 한 대에서 한 해 8,760 kWh, 약 160만 원이 줄어듭니다. 이 계산은 설비가 1년 내내 같은 전력으로 돈다고 가정한 예시이며, 실제 값은 운전 시간과 요금제에 따라 다릅니다.

전력이 줄면 비용과 함께 간접 배출도 줄지만, 그 폭은 전력 구성에 달려 있습니다. 재생에너지 비중이 높은 전력이면 간접 배출 감소는 작아지고, 비용 효과가 주로 남습니다.

#산업용 AI: 현장에서 돌릴 수 있게 되다

현장의 설비 옆에서 쓸 수 있는 연산 장치와 시계열 모델이 빠르게 발전하고 있습니다.

• 엣지 연산: NVIDIA는 2025년 8월 Blackwell 기반 Jetson AGX Thor를 내놓으며 FP4 기준 최대 2,070 TFLOPS, 40~130 W, 메모리 128 GB를 제시했습니다. 이전 세대인 Jetson AGX Orin보다 AI 연산이 약 7.5배라고 밝혔습니다(Notebookcheck 2025).
• 시계열 기반 모델: Google의 TimesFM은 1,000억 개 시점의 시계열로 미리 학습한 2억 매개변수 모델로, 따로 학습하지 않은 데이터에서도 예측 성능을 보였습니다(Das 외 2024). 이 정도 크기의 모델은 엣지 장치에서도 돌릴 수 있습니다.

이런 변화로 설비 옆에서 센서 신호를 읽고 실시간으로 판단하는 구성이 현실적인 선택지가 되었습니다. 팹의 운전 데이터는 공정 조건과 맞닿아 있어 외부로 내보내기 까다롭다는 점도 현장 안에서 계산하는 구성을 고려하게 만드는 이유로 꼽힙니다.

한계도 분명합니다. 처리 설비의 운전은 환경 규제와 안전에 직결되므로, AI가 낸 판단이 처리효율을 떨어뜨리지 않는다는 것을 측정으로 확인해야 합니다. 이상 상황에서 안전한 상태로 돌아가는 장치, 사람이 검토할 수 있는 판단 근거, 보고 제도가 인정하는 측정 방법도 함께 갖춰야 합니다. 산업 설비의 실시간 제어에 AI를 쓰는 일은 아직 검증 사례가 쌓이는 단계입니다.

#세 흐름이 겹치는 자리

세 흐름을 겹쳐 보면 하나의 질문으로 모입니다. 처리효율을 지키면서 전력을 필요한 만큼만 쓸 수 있는가입니다. 규제와 공급망은 측정하고 검증할 수 있는 처리효율을 요구하고, 전력 단가는 같은 처리효율을 더 적은 전력으로 내라고 요구하며, 엣지 연산은 설비 한 대 한 대의 조건에 맞춘 판단을 가능하게 합니다. SK하이닉스가 생산 장비와 연동한 가변 출력 시스템을 쓴 것도 이 방향의 한 사례입니다.

다만 이런 운전이 실제로 얼마나 이득인지는 현장마다 다릅니다. 부하가 얼마나 자주 바뀌는지, 처리효율을 운전 중에 잴 수 있는지, 안전 검증을 어디까지 해야 하는지에 따라 결과가 달라집니다. 이 글은 특정 제품이나 방식의 효과를 평가하지 않습니다.

#이 자료를 읽을 때 주의할 점

• 지표의 선택. GWP는 기간과 평가보고서 판에 따라 값이 바뀝니다. 이 글은 AR6 100년 값을 기본으로 썼습니다. 100년 기준은 CF₄처럼 수명이 매우 긴 가스의 장기 영향을 작게 잡는 쪽입니다.
• 수명의 불확실성. SF₆의 수명은 AR5의 3,200년에서 AR6의 1,000년으로 바뀌었습니다. 다른 가스의 수명도 새 관측에 따라 바뀔 수 있습니다. CF₄에는 자연 배출이 있어 산업화 이전 농도가 0이 아닙니다.
• 농도 자료. 전 지구 평균은 여러 관측망 자료를 모아 만든 값입니다. 2025년 값은 잠정치라 쓰지 않았습니다.
• 미반응 비율과 처리효율. IPCC 기본값은 미국 보고제도 자료의 평균이고, 국내 실측은 일부 사업장과 기종에서 잰 값입니다. 처리효율은 측정 방법과 분석기의 검출 한계에 영향을 받습니다. 어느 쪽도 개별 설비에 그대로 옮겨 쓸 수 없습니다.
• 에너지 몫과 설치 대수. 처리 설비가 팹 전력에서 차지하는 몫과 팹당 설치 대수는 일관된 공개 자료가 없습니다. 이 글의 전력 계산은 가정을 밝힌 예시입니다.
• 기업 목표. 목표마다 포함하는 스코프와 기준 연도, 크레딧 사용 여부가 다릅니다.
• 정책과 가격. 제도와 전기요금은 자주 바뀝니다. 표의 내용은 2026년 10월에 확인한 것입니다.

#맺음말

PFC 가스는 양은 적지만 강하고, 무엇보다 오래 남습니다. 지금의 온난화 기여는 작아도 배출을 멈춘 뒤에도 수백~수만 년 동안 효과가 이어진다는 점에서, 배출되기 전에 줄이는 것 말고는 대응 수단이 거의 없습니다. 반도체 업계는 30년 가까이 세정 가스를 바꾸고 처리 설비를 들여 배출 강도를 낮춰 왔지만, 생산이 늘고 공정이 복잡해지면서 절대 배출량을 관리하는 일은 여전히 과제입니다.

처리 설비는 공정 최적화, 대체 가스와 함께 그 과제의 한 축입니다. 그리고 처리효율을 높이는 일과 전력을 아끼는 일 사이의 균형이 새로운 숙제로 떠올랐습니다. FluEx는 이 균형을 현장 데이터로 다루는 일을 하고 있습니다. 운전 조건에 맞춰 스크러버 전력을 정하는 FluEx ARIA와, 처리 성능을 운전 중에 읽는 FluEx SDIR이 그 일입니다.

#자주 묻는 질문

#PFC와 F-gas, 과불화화합물은 같은 말인가요?

조금씩 다릅니다. 좁은 뜻의 PFC는 탄소와 불소로만 된 과불화탄소(CF₄, C₂F₆, C₃F₈, c-C₄F₈ 등)입니다. 반도체 업계에서 말하는 과불화화합물은 여기에 NF₃, SF₆, CHF₃ 같은 가스까지 넓게 묶는 경우가 많습니다. F-gas(불소계 온실가스)는 EU 규정 등에서 HFC, PFC, SF₆, NF₃를 모두 아우르는 더 넓은 말입니다.

#CF₄의 지구온난화지수는 얼마인가요?

IPCC 제6차 평가보고서(AR6) 기준으로 100년 지구온난화지수는 7,380입니다. 20년 기준은 5,300, 500년 기준은 10,600으로 기간을 길게 잡을수록 커집니다. 대기 수명은 약 5만 년입니다. 이전 보고서(AR5)의 100년 값은 6,630이었으므로, 자료를 견줄 때는 어느 값을 썼는지 확인해야 합니다.

#재생에너지를 쓰면 반도체 공정의 PFC 배출도 줄어드나요?

줄지 않습니다. PFC 배출은 공정 챔버에서 직접 나오는 스코프 1 배출이라 전력을 재생에너지로 바꿔도 그대로입니다. 공정 최적화, 대체 가스, 포집, 처리 설비로 줄여야 합니다. 다만 플라즈마 스크러버처럼 전기를 쓰는 처리 설비의 간접 배출(스코프 2)은 재생에너지로 줄일 수 있습니다.

#플라즈마 스크러버와 연소식 스크러버는 무엇이 다른가요?

연소식은 LNG나 수소 같은 연료를 태워 가스를 분해하고, 플라즈마식은 전기로 만든 고온 플라즈마로 분해합니다. 연소식은 연료 연소의 CO₂와 조건에 따라 CF₄ 부생이 생길 수 있고, 플라즈마식은 연료 탄소가 없는 대신 전력을 씁니다. 국내 실측 연구에서는 CF₄ 처리효율의 평균이 플라즈마식에서 더 높았지만, 같은 방식 안에서도 설비와 운전 조건에 따른 차이가 컸습니다.

#처리효율 95%와 99%는 얼마나 차이가 나나요?

남는 비율로 보면 5%와 1%라서 대기로 나가는 양이 5배 차이 납니다. CF₄ 100 kg을 넣고 IPCC 기본 미반응 비율 0.73을 가정하면, 처리효율 95%에서는 3.65 kg(CO₂ 환산 약 26.9 t), 99%에서는 0.73 kg(약 5.4 t)이 나갑니다.

#NF₃는 PFC를 줄이려고 쓰는데 왜 온실가스로 관리하나요?

NF₃ 원격 플라즈마 세정은 넣은 가스의 약 98%가 반응해(IPCC 기본 미반응 비율 0.02), C₂F₆로 세정할 때보다 배출이 훨씬 적습니다. 그래서 1990년대 말부터 널리 쓰였습니다. 하지만 NF₃ 자체도 100년 지구온난화지수 17,400, 수명 569년의 강한 온실가스이고, 대기 농도가 2000년 0.17 ppt에서 2024년 3.47 ppt로 늘었습니다. 이용률이 높은 공정에서 쓰되 새는 양을 관리해야 하는 가스입니다.

#참고 자료

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