스프루스파인은 세계에서 가장 순수한 석영 광산의 본고장이며, 시벨코는 반도체 산업용 최고의 석영을 정제하는 회사입니다.
애팔래치아 소나무와 가문비나무 숲 - 이 땅은 비옥하지 않습니다. 도심에는 기차역 하나, 2층 벽돌집 몇 채, 그리고 오랫동안 문을 닫은 영화관 하나뿐일 뿐입니다. 하지만 주변 산에는 귀중한 광물이 풍부하며, 그중 일부는 산업용으로 가치가 있는데, 특히 석영이 그렇습니다.
하지만 지구상의 다른 어떤 석영과도 달리 가문비나무는 가장 순수한 천연 석영을 가지고 있습니다. 이처럼 매우 우수한 이산화규소 입자의 증착은 반도체 칩 제조에 사용되는 실리콘 생산에 중요한 역할을 합니다.
애팔래치아 산맥과 스프루스 파인 산맥의 산비탈과 계곡에서 수십 년간 귀중한 광물을 찾아다닌 은퇴한 지질학자 글로버는 와이어드 와의 인터뷰에서 "여기는 수십억 달러 규모의 산업입니다."라고 웃으며 말했다. "여기를 지나가다 보면 알아채기 힘들고, 아마 앞으로도 알아채지 못할 겁니다."
가문비나무 숲에 있는 시벨코 공장 단지. 사진: 시벨코
21세기에 모래는 그 어느 때보다 중요해졌으며, 특히 반도체 산업에서 더욱 그렇습니다. 전 세계 모래의 대부분은 이산화규소의 일종인 석영(실리카라고도 함)으로 이루어져 있습니다. 고순도 이산화규소 입자는 컴퓨터 칩, 광섬유 케이블, 기타 첨단 하드웨어 제작에 필수적인 원료입니다. 이러한 제품에 사용되는 석영의 양은 콘크리트나 토양을 개선하는 데 사용되는 엄청난 양의 석영에 비하면 미미합니다. 하지만 디지털 시대에 그 영향력은 헤아릴 수 없을 정도입니다.
순수한 석영을 정제하는 것은 어렵지만, 스프루스 파인에는 세계에서 가장 순수한 석영으로 여겨지는 거대한 석영 광상이 풍부하게 매장되어 있습니다. 이는 약 3억 8천만 년 전 아프리카 대륙과 아메리카 대륙 사이의 지질 운동으로 인해 섭씨 2,000도가 넘는 고온의 마찰이 발생하여 페그마타이트라고 불리는 암석층이 녹았던 독특한 지질학적 역사의 결과입니다. 100년 후, 땅속 깊은 곳에 묻혀 있던 이 용암은 식고 재결정화되었습니다. 지질 활동을 통해 표면으로 솟아오르기 시작했습니다.
수년 동안 지역 주민들은 페그마타이트를 파내어 수공구나 초보적인 기계로 파쇄한 후, 장석과 운모를 분리하여 사용했습니다. 반면 석영은 "쓰레기"로 여겨져 건설용 모래로만 사용하거나 버렸습니다. 그러나 1950년대 중반, 수천 마일 떨어진 노스캐롤라이나에서 캘리포니아의 엔지니어들이 반도체용 순수 석영을 연구하기 시작했습니다.
당시 트랜지스터 시장이 급속도로 성장하고 있었습니다. 텍사스 인스트루먼트, 모토로라를 비롯한 여러 회사들이 컴퓨터에 사용할 더 작고 효율적인 트랜지스터를 개발하기 위해 경쟁하기 시작했습니다. 트랜지스터에 사용된 재료에는 게르마늄과 실리콘이 포함되었습니다.
시벨코는 스프루스 파인에서 석영 광석을 채굴합니다. 사진: 시벨코
획기적인 발전은 1959년 로버트 노이스와 페어차일드 반도체의 동료들이 손톱 크기의 고순도 실리콘 조각에 여러 개의 트랜지스터를 집적하는 방법을 발견하면서 이루어졌습니다. NASA는 우주 프로그램에 페어차일드의 마이크로칩을 사용하기로 결정했고, 페어차일드의 칩 판매는 급증했습니다.
이 칩을 만드는 과정은 매우 복잡합니다. 아주 작은 불순물이라도 모든 것을 망칠 수 있기 때문에, 기본적으로 순수한 실리콘이 필요합니다. 실리콘은 지구상에서 가장 풍부한 원소 중 하나이기 때문에 쉽게 구할 수 있습니다. 하지만 많은 추출 과정이 필요합니다. 순수한 석영을 사용하면 시간과 비용을 절약할 수 있습니다.
일반적으로 모래는 고온의 전기로에서 구워져 대부분의 산소를 분리하는 화학 반응을 일으켜 99% 순도의 실리콘만 남습니다. 하지만 이것만으로는 충분하지 않습니다. 태양광 패널용 실리콘은 99.999999%의 순도를 가져야 하며, 컴퓨터 칩은 99.9999999999%의 순도를 가져야 합니다. 그러나 스프루스 파인 석영은 순도가 99.998%, 심지어 99.9992%까지 높아질 수 있어 불순물 분리 비용을 크게 절감할 수 있습니다.
정제 후의 석영. 사진: 시벨코
하지만 순수한 석영을 사용한다고 해서 누구나 순수한 실리콘을 정제할 수 있는 것은 아닙니다. 펜실베이니아 대학교 와튼 경영대학원에서 AI와 반도체를 연구하는 이선 몰릭 교수는 톰스 하드웨어와 의 인터뷰에서 "현대 경제 는 스프루스 파인의 한 거리, 즉 초고순도 석영을 채굴하고 정제하는 회사인 시벨코 북미 공장으로 이어지는 길에 기반을 두고 있습니다."라고 말했습니다.
시벨코는 자사 웹사이트에서 "칩 제조용 실리콘 웨이퍼 정제에 사용되는 석영의 유일한 공급업체"라고 주장합니다. 하지만 이 회사의 존재감은 반도체 분야에서 TSMC, 인텔, ASML, 삼성만큼 널리 알려져 있지 않습니다.
일부 전문가는 시벨코의 독창성은 이 회사가 생산하는 용융 석영이 반도체 제조, 태양광 패널의 태양광 전지, 통신 케이블의 광섬유에 "뛰어난" 광학적, 기계적, 열적 특성을 제공한다는 사실에서 입증된다고 말한다.
몰릭은 특히 시벨코와 스프루스 파인의 중요성이 매우 크다고 말했습니다. 그는 3월 24일 X에 게재된 콘웨이의 저서 『물질 세계』를 인용하며, 스프루스 파인이나 그 상공에 문제가 발생한다면 "컴퓨터 칩 제조의 종말"은 "컴퓨터 칩 제조의 종말"이 될 것이라고 주장했습니다.
몰릭은 "이유와 관계없이 스프루스 파인의 석영 채굴 작업이 갑자기 중단되거나 중단되면 칩 제조가 수년간 지연될 수 있는 '매우 치명적인' 사고가 발생할 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.
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