석유화학은 원유·가스를 분해해 나프타, 올레핀, 방향족을 만들고 이를 모노머·폴리머로 확장해 산업 전반에 소재를 공급하는 기반 산업이다. 반도체는 포토레지스트, 고순도 용제, 에폭시, CMP 패드 등 핵심 재료를 석유화학 사슬에서 조달한다. 본 문서는 나프타·폴리머·모노머 관점에서 관계와 수급·품질·리스크를 정리한다.
나프타·폴리머·모노머: 석유화학 의미와 반도체 공급망
석유화학의 의미는 정유·가스에서 출발한 탄화수소를 분해·정제·합성해 범용부터 첨단까지 파생소재를 공급하는 기초 인프라에 있다. 원유를 증류하면 휘발유·경유·중질유와 함께 나프타가 나온다. 나프타는 스팀 크래커에서 고온 분해되어 에틸렌·프로필렌(올레핀)을 만들고, 촉매 공정으로 BTX(벤젠·톨루엔·자일렌) 같은 방향족도 얻는다. 이 1차 기초제품은 모노머(SM, MMA, AN, VCM 등)로 전환되고, 이어 폴리머(PE, PP, PS, PMMA, PC, PI, PBO, PU 등)로 중합되어 포장재부터 공업소재까지 확산된다. 반도체 밸류체인은 이 사슬을 고순도·고사양 형태로 재가공해 사용한다. 예를 들어 포토레지스트는 반응성 폴리머 수지+감광제+용제(PGMEA 등)로 구성되며, 모두 나프타-올레핀-모노머에서 기원한다. 식각·세정에는 IPA, MEK, 아세톤, 톨루엔, 자일렌 등 용제가 쓰이는데, 전자등급은 금속이온·수분·유기불순물을 ppb/ppm 이하로 관리한 제품만 사용된다. 패키징·언더필에는 에폭시 계 수지(BPA·에피클로로하이드린 유래)가, CMP 패드에는 폴리우레탄 폴리머, 웨이퍼 캐리어(FOUP)에는 PC, PEEK 등이 적용된다. 불소계 가스(C4 F8 등)나 실란류도 석유화학 가스 라인에서 정제된 고순도 제품이다. 요약하면 나프타는 출발점, 모노머는 중간체, 폴리머는 구조·기능을 부여하는 최종소재로서, 반도체는 이 사슬의 가장 정밀·청정한 분지를 선택 해 쓰는 구조다. 이 때문에 원유→나프타 가격, 크래킹 마진, 아로마틱스 스프레드의 변화가 전자소재의 원가·납기에 시간차를 두고 반영된다.
나프타·폴리머·모노머: 전자소재 품질·공정 연계
반도체용 화학물질은 “일반 석유화학”과 달리 초고순도·저금 속·저입자 요건이 절대적이다. 나프타 유래 용제·모노머는 다단 증류·흡착·이온교환·멤브레인 탈기를 거치며, 금속이온(Fe, Na, K, Ca), 염소·황계 불순물, 미량 유기 잔사가 제거된다. 전자등급 IPA·PGMEA의 금속 불순물은 보통 ppb급 이하, 수분은 수십 ppm 이하로 관리되며, 포토레지스트는 분자량 분포, 산가, 잔류 용매가 공정 간편차(CD 변동)에 직접 영향을 준다. 모노머 단계에서는 중합 안정성·잔류 모노머가 수율과 outgas를 좌우한다. 예컨대 MMA→PMMA 체인에서 잔류 모노머가 높으면 EUV 포토 공정에서 outgas로 인해 반사경 오염 리스크가 증가한다. 폴리머 단계에서는 분자량(Mw/Mn), Tg, CTE, 흡수율 같은 물성이 포장 신뢰성과 선폭 제어에 영향을 주며, 패키징용 에폭시는 저 이온성·저α선 설계가 필수다. 또한 나프타→올레핀→불소화/실란화로 이어지는 가스 라인의 금속·입자 관리가 플라스마 식각 균일도와 막질 결함(DP, 파티클)에 직결된다. 공정 연계 측면에서 레지스트-노광-현상-식각-세정의 일련 단계는 각각 다른 석유화학 유래 소재(폴리머 수지, 모노머 도파민, 용제, 식각가스, 세정제)를 사용하며, 상호 호환성(용해도 파라미터, 표면에너지, 접착성)이 확보되어야 수율이 유지된다. 소재사-레지스트사-팹 간에는 CoA/CoC, 로트 추적, SPC, FTIR/ICP-MS 데이터 공유가 상시 이루어지며, 배치 간 편차가 공정 중심값을 밀어내지 않도록 사양(금속이온, 잔류 용매, 입도 D50/D90)과 허용 공차가 계약서에 명문화된다. 결과적으로 나프타·모노머·폴리머의 각 단계에서 불순물을 낮추는 설계가 축적될수록 반도체 공정의 선폭/수율이 안정된다.
나프타·폴리머·모노머: 가격연동·ESG·리스크 관리
가격은 나프타 지표→올레핀/아로마틱스 스프레드→모노머/폴리머 판가 순으로 연동되며, 전자소재는 추가 정제·검사 비용 때문에 베이시스+프리미엄 구조를 갖는다. 나프타가 오르면 에틸렌·프로필렌 원가가 상승하고, SM·AN·MMA 같은 모노머, 나아가 PMMA·ABS·PC·PI 폴리머 가격이 단계적으로 인상된다. 반도체 소재사는 보통 원료 패스스루 조항(나프타·프로판·벤젠 등 지수 연동)과 리드타임 SLA를 통해 변동성을 흡수한다. 공급망 리스크는 ① 지정학(크래커·BTX 설비 정지, 항만 병목), ② 품질(원료 변경 시 박막·CD 영향), ③ 규제(REACH, PFAS 제한, VOC 규제)에서 발생한다. 특히 PFAS·불소계 제약은 레지스트·에칭가스 대체 수요를 촉발해 불소계 대체 폴리머 개발과 무불소 세정제 채택을 가속한다. ESG 측면에서 크래커의 연료 전기화, 저탄소 수소, 바이오/케미컬 리사이클(폐플라스틱 열분해유→나프타 대체)이 확대되며, 전자소재에서도 바이오 기반 모노머, 저탄소 솔벤트 인증 요구가 늘고 있다. 구매·R&D 관점의 대응은 다음과 같다. 첫째, 사양 이원화: 동일 기능 소재를 나프타·프로판 크래킹계 또는 아로마틱스 기반으로 듀얼 소싱한다. 둘째, 사양 고정+변경관리(MOC): 모노머 공급원·촉매·용제 변경 시 DoE/미니라인 평가를 거쳐 파라미터(선폭, LER, 도포 균일도, 접착력)를 검증한다. 셋째, 비축·계약 전략: 나프타 상승 사이클에는 장기·분할 매입, 하락기에는 스폿 비중 확대로 조달 가격을 평활화한다. 넷째, 데이터 투명성: CoA 항목(금속이온, 입자, 수분, 유기산)을 SPC 대시보드로 시각화해 배치 드리프트를 조기 탐지한다. 다섯째, 규제 로드맵 반영: PFAS·VOC·탄소 규제 타임라인을 제품 로드맵과 동기화해 대체 폴리머·모노머 개발을 선행한다. 이렇게 나프타·폴리머·모노머의 가격·규제·품질 세 축을 동시에 관리해야 반도체용 화학소재의 원가·수율·납기를 안정화할 수 있다. 석유화학 사슬은 나프타→모노머→폴리머로 이어지고, 반도체는 이 중 초고순도 분지를 선택 해 공정에 투입한다. 나프타 가격·스프레드 변화는 모노머·폴리머 원가에 연쇄적으로 파급되므로, 사양관리·패스스루 계약·듀얼소싱·ESG 전환을 결합한 조달·R&D 전략이 필요하다. 이는 수율·납기·원가의 동시 안정에 직결된다.