▲ NF₃의 분자구조 .

■3대 특수가스의 한 축 ‘NF₃’

삼불화질소(NF₃)는 반도체 및 LCD 제조 공정 중 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 공정에서 챔버 세정에 쓰이는 가스로 암모니아(NH₃)와 불소(F₂)를 고온·고압 하에서 반응시킨 후 추출 및 정제된다.

모노실란(SiH₄), 헬륨(He)과 함께 반도체·LCD 제조 공정에 가장 많은 양이 사용되는 특수가스(specialty gas) 품목으로, 공정 처리량 확대와 장비 수명 연장, 높은 세정률이 장점이다.

그뿐만 아니라 안정성이 뛰어난 비인화성 기체로 수송과 저장이 용이하면서도 상대적으로 배출가스 발생이 적다는 강점을 함께 지니고 있다.

과거 국내 수요량의 대부분을 수입에 의존하고 있었으나 국내 기업인 OCI머티리얼즈(당시 소디프신소재)가 국산화에 성공한 이후 국내 특수가스 시장의 주요 아이템으로 각광받고 있다.

반도체, LCD 등 전자산업에 강하게 종속돼 있는 특수가스 시장의 특성 상 NF₃ 역시 이들 산업의 성장과 함께 급속한 신장을 이룩하고 있다.

▲ 최근 5년간 NF₃수요변화. ⓒ 자료: OCI머티리얼즈

■수요확대에 지진 여파, ‘공급부족’ 우려

NF₃는 최근 2~3년간 반도체, LCD, 태양광 등 전자·반도체 산업의 회복세와 맞물려 폭발적인 성장세를 이어가고 있다.

스마트폰, 태블릿 PC 등 신규 모바일 품목의 급신장, LED BLU 탑재한 이른바 ‘LED TV’와 3D TV 등 신기술이 적용된 TV 제품의 각광, 최근 더욱 강해지고 있는 신재생에너지에 대한 사회적 관심이 각각 반도체, LCD패널, 태양광(PV) 셀의 수요를 강하게 견인하고 있는 상황이다.

특히 LCD 분야의 경우 세계 시장 점유율이 양사 합계 50%를 넘기고 있는 삼성전자와 LG디스플레이가 60인치 이상 대형 LCD패널을 겨냥한 10세대 라인 투자를 추진하고 있어 NF₃의 수요가 더욱 크게 진작될 것으로 예상되고 있다.

세계 NF₃수요는 세계적으로는 우리나라와 일본, 대만을 중심으로 형성돼 있는 주요시장에 더해 아직 소규모지만 중국 시장의 빠른 성장세가 주목을 받고 있는 상황.

지난 2006년 이후 연평균 22%의 성장률을 기록하고 있다.

이는 지난 2009년 잠시 주춤하며 연간 8,000톤 선에 머물렀지만 지난해 1만2,000톤 규모로 급격히 증가하며 한 해 사이 40%가까운 성장률을 보인 데 따른 것이다.

올해도 이 같은 증가세가 유지된다면 올해 안에 1만5,000톤 선을 훌쩍 넘을 것으로 추산된다.

이에 따라 각 수요기업들이 물량 확보에 어려움을 겪게 된 것도 이미 오래된 이야기.

독보적인 캐파를 가지고 있는 OCI머티리얼즈를 비롯, 특수가스 기업들이 경쟁적으로 생산량을 늘리고는 있지만 지난해 4분기부터 수요를 따라가지 못하면서 국내는 물론 전 세계적으로 공급부족 우려가 강하게 제기되고 있다.

최근 수년간 제조사들의 설비증설 영향으로 하향곡선을 그리던 NF₃제품가격도 공급이 타이트해지면서 오름세를 보이고 있는 것으로 전해지고 있다.

2005년 전후 150달러/kg 선을 찍었던 NF₃ 가격은 지난해 중반 30달러/kg까지 급강하했지만, 장치산업인 특수가스 제조업의 특성 상 급격히 증가하는 수요에 대처하는 데 시간이 걸리면서 가격상승 압력이 점차 강해지고 있다.

특히 세계 시장 TOP 3인 칸토덴카공업이 지진 영향으로 1개월여 동안 생산을 중단한 부분은 세계 시장 전체에 어느 정도 파장을 미친 것으로 분석되고 있다.

회사는 지난 3월 일본 도호쿠 지방을 강타한 대지진과 쓰나미로 특수가스 분야 주력 생산시설인 군마현 시부가와공장의 조업을 중단, 당초 5월로 계획돼 있던 정기보수를 실시했다.

이달 중순경 작업 완료와 함께 생산재개에 들어갔지만 칸토덴카 물량 공백의 상당부분을 OCI머티리얼즈 등을 비롯한 국내 기업들이 메웠다.

더욱이 공급안정성이 강조되는 품목 특성 상, 이번 일로 환경적 불안요인이 강하게 각인된 일본산 제품의 메리트가 크게 감소됐다는 부분에 각 수요처들이 주목하고 있는 시점이어서 여파가 장기화될 여지도 있다는 것이 업계 전문가들의 견해다.

■2013년 국내 4社 생산량 ‘1만톤’

현재 국내 NF₃ 제조사들의 연간 생산량은 총 6,700톤으로 집계되고 있다.

국내는 물론 세계 시장 수위(首位)의 생산량을 확보하고 있는 OCI머티리얼즈는 현재 연산규모 5,200톤을 유지하고 있다.

여기에 오는 10월 1,000톤 추가에 이어 오는 2013년 영주공장에 2,000톤 규모의 추가 증설분을 더해 연산 8,200톤급으로의 확대를 예고하며 부동의 1위 입지를 더욱 굳히고 있다.

반면 하위 그룹은 순위 변동이 있을 예정이다.

연 600톤의 생산능력으로 2위를 유지하던 후성에 500톤 규모의 에어프로덕츠코리아가 그 뒤를 잇고 있으나 최하위권에 머무르던 효성이 오는 6월 울산 용현공장(현 400톤급) 증설을 완료(본지 4월27일자 제86호 보도)하고 연산규모 총 800톤의 설비를 갖추게 되면 단숨에 2위로 도약하게 된다.

여기까지만 계산해도 오는 6월 7,100톤, 10월엔 8,100톤, 2013년이면 연산 1만100톤.

지난해 추계된 전 세계 생산량에 근접하는 막대한 물량이 된다.

게다가 아직 수면위로 떠오르진 않고 있지만 상당기간 수요확대가 전망되는 시장 정황 상 후성과 에어프로덕츠로서도 증설을 충분히 고려할 만한 타이밍이어서 국내 생산능력이 더욱 확대될 가능성도 적지 않다.

■전 세계 1만3천톤, 한국이 ‘절반’

지난해 연산 1만3,000톤가량으로 잠정 집계됐던 전 세계 NF₃생산량은 일단 OCI머티리얼즈(4,500톤→5,200톤)의 변화로 현시점에서 1만3,600톤을 넘었다는 계산이다.

그 뒤로 미국 에어프로덕츠(2,700톤), 일본의 칸토덴카공업(2,700톤)와 미쓰이화학(900톤), 센트럴초자(600톤), 국내의 후성(600톤)과 효성(400톤), 대만 포모사(400톤), 미국 ACD(150톤) 순이다.

그러나 앞서 이야기 한 대로 지진으로 1달간 생산을 중단한 칸토덴카가 단순 계산상으로는 200여톤가량의 생산량 감소를 보일 것으로 추정되고 있고 효성이 캐파를 2배로 증설한 부분 등이 반영되면 시장에 약간의 변화가 전망되는 상황이다.

여기에 OCI머티리얼즈의 오는 10월 1,000톤 추가증설과 내년부터 양산에 들어갈 예정인 중국 법인 물량 연산 1,000톤을 감안해야 한다.

이 경우 OCI머티리얼즈의 국내외 생산량은 내년 연산 7,200톤, 영주공장 증설을 마치는 2013년엔 9,200톤이 된다.

이미 전 세계 생산량의 절반을 차지하고 있는 국내 기업의 비중 증가는 눈여겨 볼만하다.

전 세계적인 수요증가 상황에서도 국내 기업 외에는 이렇다할 증설움직임을 보이지 않고 있는 것이다.

이는 제조원가 중 전기료 비용이 높은 미국, 일본 등의 기업들이 에너지가격 상승과 상대적인 고 인건비 등을 고려해 가격경쟁력 열위를 인정하고 공장의 신설 및 증설을 어느 정도 포기한 것으로 풀이되고 있어 향후 국내 기업들의 비중 확대가 더욱 기대되는 부분이다.

해외 기업이 지금의 생산량을 유지하고 국내 생산능력 확충이 현재 밝혀진 선에서 이뤄진다고 가정할 경우 2013년 국내 기업은 전 세계 NF₃ 생산능력 1만8,000여톤 중 1만1,100톤으로 61%를 차지하게 된다.

▲ 2011년-2013년 전 세계 NF₃제조업계 생산량 비중 비교.

■국내서 ‘도움닫기’, 中 시장 노린다

세계 NF₃업계를 주도하고 있는 OCI머티리얼즈는 과감하고 발빠른 행보를 멈추지 않고 있다.

회사는 지난 2009년부터 대규모 증설을 지속적으로 단행하며 단일 기업으로 세계 NF₃생산량의 40% 점유라는 확고부동한 고지를 차지하고 있다.

생산이 수요를 못따라가 ‘캐파가 생산량’인 현 시장상황이 유지된다면, 2013년에는 시장점유율 50%를 넘기는, 논쟁의 여지가 없는 지배적 사업자가 될 전망이다.

해외 시장에 대한 접근도 시작됐다.

앞서 언급했듯이 회사는 지난해 8월 중국 강소성 진강시 진강경제개발구에 NF₃ 공장건설을 위한 현지법인 설립 계획을 발표했다.

자본금 2,500만달러(한화 약 300억원)가 투입되는 이 설비는 연산규모 1,000톤급으로 내년부터 양산에 들어갈 예정이다.

향후 폭발적인 성장이 예상되는 중국의 LCD 및 반도체 소비시장을 배경으로 LCD 패널과 반도체 제조공장의 신설 및 증설이 경쟁적으로 이어지고 있는 현지 NF₃시장을 선점한다는 전략이다.

운송부담이 큰 특수가스의 특성 상 현지생산으로 얻을 수 있는 물류비 및 원료비 절감과 현지 고객사 요구에 대한 신속 대응능력, 고속성장이 예상되는 거대시장 선점의 메리트까지 고려한다면 글로벌화를 지향하는 기업으로서는 놓칠 수 없는 기회.

전문가들은 OCI머티리얼즈를 제외한 여타 NF₃제조사의 소극적인 행보를, 공정개선으로 증설비용을 절감하고 일찌감치 규모의 경제를 달성한 OCI머티리얼즈와의 가격경쟁 부담때문인 것으로 분석하고 있다.

그러나 최근과 같은 공급부족 상황 하에서라면 자금 등에서 여력이 충분한 기업의 경우 일정부분 손실부담을 안고서라도 증설을 통해 반전을 노려볼 수 있지 않겠는냐는 시각도 있다.

OCI머티리얼즈를 제외하고 이렇다 할 증설이 없는 가운데 설비를 2배로 늘리고 나선 효성의 움직임도 이 부분에서 눈여겨 봐둘만 하다.

오랜 업력을 바탕으로 특수가스 시장에 대한 꾸준한 접근을 모색하고 있는 효성이 수요확대의 호기를 타고 국내 시장에서 어느 정도의 성과를 거둔다면 재계순위에서 OCI머티리얼즈의 모기업 OCI를 근소하게 앞서고 있는 데다 다양한 사업영역을 가진 회사의 이점을 살려 신흥시장에서의 반격을 시도할 가능성도 생각해 볼 수 있다.

국내 NF₃ 4사 중 가장 큰 규모임에도 최하위에 머무르다가 이 시점에서 2위로 도약하는 효성의 행보에 눈길이 가는 이유다.

이밖에도 세계 시장 2위를 마크하고 있으며 중국에 에어프로덕츠차이나를 두고 있는 에어프로덕츠도 주시할 만하다.

또, 가능성은 크지 않지만 자국 내 생산을 고수해 온 칸토덴카가 이번 지진 피해를 계기로 중국 등 신흥국 시장에서의 현지 생산을 고려할 수 있다는 부분도 중장기적인 관점에서 음미해 볼 필요가 있다.

후성은 최근 2차전지 소재인 육불화인산리튬(LiPF₆)에 집중하는 모습을 보이고 있으나 그동안 전해질 분야에서 진행해 온 투자가 이익으로 돌아오기 시작했고, 특히 최근 중국의 냉매수요 급증에 짭짤한 재미를 본 만큼 놀라운 성장세를 보이는 중국의 NF₃ 시장에 조만간 어떤 형태로든 접근을 모색할 여지가 적지 않다.

지난달 28일 중국 산동성에 LiPF₆ 용액 제조·판매 법인을 현지 회사와 합작으로 완공한 센트럴초자 역시 향후 움직임이 주목된다.

■‘온실가스’ NF₃, 대안은 F₂?

장기적으로 NF₃를 비롯한 특수가스 업계가 가장 관심을 기울여야 할 의제는 환경이다.

지난 2008년 독일 본에서 열린 유엔 기후변화협상 차기 라운드에서, 만료가 내년으로 다가온 교토의정서를 대체할 새 기후협약의 온실가스리스트에 NF₃를 포함한 수종의 화학물질을 추가하는 문제가 적극 논의된 바있다.

실제로 유엔 정부간 기후변화위원회(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)가 2008년 6월 작성한 리포트, ‘기후 변화의 물리과학적 근거(The Physical Science Basis of Climate Change)’에 수록된 온실가스 목록에는 이미 메탄(CH₄), 아산화질소(NO₂), 육불화황(SF₆) 등과 함께 NF₃가 포함돼 있다.

여기서 NF₃는 이산화탄소(CO₂) 대비 지구온난화지수(Global Warming Potential)가 배출 20년 후 1만2,300배, 100년 후 1만7,200배, 500년 후 2만700배 높은 것으로 적시되고 있다.

이에 따라 당시 국내 NF₃생산업체들은 물론 이를 사용하는 반도체 및 LCD제조업체들의 우려가 상당히 컸다.

물론 2009년 제15차 당사국총회(COP)와 지난해 멕시코 칸쿤에서 개최된 제16차 총회에서도 선진국과 개도국의 현격한 입장차이로 새 협정에대한 합의는 미뤄졌다.

지난 3일 태국 방콕에서 올들어 처음 열린 기후협약 협상회의 역시 미국과 중국의 미온적인 태도에 일본과 러시아 측이 강한 불만을 제기하면서 파행을 거듭하고 있는 실정.

관련 업계로서야 한숨 돌리게 됐지만 최근 대기 중 NF₃농도가 급증하면서 규제 여론이 높아지고 있고 감축 목표나 대상 국가는 둘째 치더라도 합의가 도출되는 순간, 온실가스 지정은 피하기 어려울 것으로 여겨지는 상황이어서 근본적 대책 마련이 필요한 상황이다.

대체물질로는 이미 지난 2004년 ‘친환경 세정가스’로서 반도체 업계의 관심을 받은 바 있는 불소(F₂)가 가장 강력하게 거론되고 있다.

NF₃, SF₆, CFC·PFC·HFE계 물질 등 불소화합물이 강력한 지구온난화 물질인 데 반해 F₂ 자체는 대기에 잔류하지 않아 온실가스에 해당하지 않으면서도 용도면에서 NF₃를 대체할 수 있는 차세대 청정소재로 부각되며 큰 기대를 받았다.

F₂는 지난 1999년 세계반도체협의회(WSC)가 지구온난화 물질로 규정된 반도체 세정용 PFC가스의 사용을 2010년까지 1997년 수준의 10% 이내로 자발적 감축하기로 합의하면서 관심을 받기 시작했다.

이후 친환경 세정소재 연구개발에 많은 회사가 노력을 기울였으며 2004년 4월 영국의 BOC그룹(現 린데)과 합작법인으로 설립된 성원에드워드(現 에드워드 코리아)가 2년여간의 연구 끝에 천안시 차암동 제3공단 외국인 전용산업단지에 F₂ 발생장치 양산공장을 완공했었다.

이에 따라 F₂가 NF₃시장을 잠식할 것으로 기대하는 시각도 있었다.

특히 자사 매출의 상당부분을 NF₃가 차지하고 있는 OCI머티리얼즈의 경우 당시 남다른 관심을 보이기도 했다.

그러나 문제는 안정성이었다.

공정 효율성은 높지만 높은 반응성과 독성 때문에 대규모 생산라인에 적용했다가 자칫 안전상 문제가 생길 수 있다는 염려가 컸던 것이다.

신뢰성이 입증되지 않은 고 반응성 물질을 자사 라인에 선뜻 적용할 반도체 업체는 없다.

온실가스 지정을 명문화한 차기 기후변화 협약이 지지부진한 상황인 데다 설혹 NF₃가 온실가스로 지정된다 하더라도 감축일정은 10년 또는 20년의 장기간으로 세워질 예정. 거기에 부담은 어차피 최종사용자에게 돌아간다.

공급자 입장에서는 당장 급할 이유가 없다.

그뿐만 아니라 막대한 자금이 투입되는 반도체 생산 라인의 변경은 현실적으로 단기간에 결정되기 어려운 문제여서 반도체 메이커들의 대응을 지켜보면서 대책마련을 해도 늦지 않다는 입장인 것이다.

■최근 활황기, ‘언더독’의 마지막 기회될지도

온실가스 지정에 대한 대비라는 숙제를 논외로 한다면 시장 전망은 앞으로 상당기간 NF₃의 강세가 이어진다는 쪽으로 기울어 있다.

최대 수요처인 반도체와 LCD 제조업계 전망은 이미 수년째 ‘대세 상승’을 가리키고 있고 특히 최근엔 더 이상 말하기 번거로울 정도의 ‘절호조’, 향후 전망도 쾌청하다.

이 같은 흐름은 앞으로도 큰 돌발 변수가 없는 한 대세로 자리잡을 것으로 예상되고 있어 향후 NF₃수요의 확대는 그 폭과 속도가 문제일 뿐 전반적 방향에서는 거의 확실하다는 것이 전문가들의 공통된 의견이다.

업계 관계자는 “지난해 하반기 DRAM 반도체 가격하락에 따른 감산 등으로 NF₃수요 증가 폭은 다소 둔화됐으나 스마트폰 및 태블릿 PC 붐에 따라 NF₃ 공급도 타이트한 상황이 지속됐다”고 말했다.

또 올 상반기 역시 반도체 및 LCD 경기 회복 전망이 강하게 제기되고 있다.

특히 PC 용 DRAM의 경우 모바일 용 DRAM과 낸드플래시로 전환되고 TFT-LCD의 대형화와 중소형 AMOLED 채용이 확대되는 등 각 분야의 주력이 고부가가치 쪽으로 이동함에 따라 제품 단위당 NF₃수요가 증가할 것으로 예상되고 있다.

여기에 아이러니컬하게도 온실가스 지정의 불안을 던져준 지구온난화 위기와 친환경 바람이 태양전지라는 신 수요처를 급성장 시키고 있다.

또한 분명 불행한 사건이지만 일본 대지진이라는 참사가 NF₃업계에는 긍정적인 효과를 일으키고 있다.

일본 메이커의 생산 차질로 인한 국내 기업의 반사이익이라는 국지적, 단기적 호재는 어쩌면 작은 부분일 수도 있다.
지난 3월 일본 도호쿠 지진과 쓰나미, 그로 인한 후쿠시마 원전사태라는 일련의 사건은 원자력 기반의 현행 에너지산업 구조에 대한 강한 회의를 국제 사회에 던짐으로써 태양광 발전에 대한 세계적인 관심을 고조시키고 있다.

특히 국내 업계로서는 이 같은 세계적인 흐름에도 해외 기업들이 캐파경쟁에 소극적이라는 점, 전체적으로 공급을 늘리고 있지만 수요에 비하면 상당히 제한적인 수준이어서 가격상승이 불가피하다는 점 등이 더욱 고무적이다.

증권가에서는 올해 NF₃가격이 지난해 대비 12%가량 상승할 것으로 내다보며 업계 전체의 이익이 증가할 것으로 전망하고 있다.

물론 최대 수혜는 국내 시장을 과점하고 있는 OCI머티리얼즈에게 돌아갈 것이고 회사의 시장지배력은 더욱 공고해질 가능성이 높다.

그러나 수요가 급증하는 상황, 특히 중국을 중심으로 한 신흥시장의 폭발력을 잘 활용한다면 여타 기업들에게도 작지 않은 기회가 될 수도 있다.

상승한 경기는 하강하기 마련이고 온실가스 규제 역시 그리 멀기만한 미래는 아니다.

과점 구도가 점차 심화되고 있는 시장에 찾아온 더할 나위 없는 호시절.

‘언더독(under dog)’에게는 단단한 자기 영역을 확보할 수 있는 ‘어쩌면’ 마지막 기회, ‘탑독(top dog)’에게는 철옹성 건설의 ‘거의’ 마지막 한 걸음이 될 이 기간을 어떻게 보내느냐가 언젠가 찾아올 난관에 대한 두 그룹의 돌파 양태를 결정할 것으로 전망된다.