[Y인사이트] 하이 NA EUV 시대 오면 펠리클도 확 바뀐다... 국내 수혜주는​
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한양대 안진호 연구부총장, “EUV 같은 혁신적인 분야에서 판 뒤집을 기회 잡아야”
 
 

안진호 한양대학교 연구부총장[사진=김예림 프로]

 
첨단 반도체 시대를 이끌어가는 핵심 기술 중 하나가 바로 ‘극자외선(EUV) 리소그래피’다. EUV 리소그래피는 13.5나노미터의 극자외선을 사용해 반도체 웨이퍼에 미세한 회로 패턴을 새기는 기술로, 기존 노광 장비로는 불가능했던 10나노미터 이하의 미세 회로를 구현할 수 있게 해준다.
 
최근 일본 오키나와 과학기술대학이 발표한 미러 두 개만을 사용하는 소형 EUV 기술이 주목받고 있다. 한양대학교 안진호 연구부총장은 “오키나와에서 제안한 투미러 EUV 시스템이 연구용으로는 유용할 수 있지만, 실제 대량 생산에 적용하기에는 한계가 있다”면서 “EUV 기술에서 핵심적인 문제 중 하나는 수차 보정과 초점 심도의 확보이며, 이를 위해서는 여러 개의 미러를 사용하는 구조가 필수적”이라고 강조했다.
 
안 교수는 현재 EUV 장비에 사용되는 미러가 고도의 기술력과 엄청난 비용을 필요로 한다고 설명했다. EUV 미러는 80층의 몰리브덴과 실리콘을 교차 적층하여 제작되며, 그 비용은 장비 전체 가격의 약 30%에 이를 것으로 추정된다. 안 부총장은 “최근에는 ASML에서도 현재 사용되는 10개의 미러 중에서 하나라도 줄여보자는 시도를 하고 있다”며, “이렇게 되면 시스템의 효율성과 성능이 향상될 수 있다”고 설명했다.
 
앞으로 High NA 기술이 도입되면 EUV 장비의 성능은 더욱 향상될 것으로 보인다. 하지만 새로운 기술이 도입되면 기존 펠리클의 한계를 극복해야 한다. 안 부총장은 “EUV 펠리클의 투과도는 90% 정도에 불과하며, 출력이 높아지면 펠리클이 흡수하는 열도 증가해 이를 견디기 어렵다”고 설명했다. 이를 해결하기 위한 방법으로 카본 나노튜브(CNT) 기반 펠리클이 주목받고 있지만, 이 역시 수소 플라스마로부터의 공격을 막기 위한 코팅 기술이 필요하다.
 
안 부총장은 드라이 포토레지스트 기술의 중요성도 강조했다. 이 기술은 더 작은 패턴을 높은 품질로 구현할 수 있어, 차세대 반도체 공정에 필수적인 역할을 할 것으로 예상했다.
 
안 부총장은 한국 기업들의 적극적인 기술 개발도 강조했다. “기존의 판이 이미 짜여진 분야에서 경쟁하기보다는, 새로운 개념이 필요할 때가 바로 우리가 판을 뒤집을 수 있는 기회”라며, “리스크는 있지만, 이런 도전이 한국 반도체 산업의 새로운 전환점을 가져올 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

-  7월에 일본 오키나와 과학기술대학에서 미러를 두 개만 사용하는 소형 EUV 기술을 개발했는데 기존 대비 전력 소비를 10분의 1로 줄일 수 있다는 언론 보도가 일본에서 나왔습니다. 이와 관련해서 업계와 학계에서 정말 실현 가능한 기술인지에 대한 논의가 많은데, 교수님께서는 어떻게 생각하십니까?
 
“당시에 신문 기사를 직접 보지는 못했지만, 여러 사람에게서 ‘이게 정말 가능한 일이냐?’라는 질문을 많이 받았습니다. 그렇게 할 수 있다면 큰돈을 벌겠지만, 현실적으로는 실현하기가 어려울 것이라고 답변했습니다.
 
원래 노광장비가 처음 개발되기 전, 미국 로렌스 버클리 국립연구소에서 연구용으로 사용했던 시스템이 투미러(Two-mirror) 시스템이었습니다. 이 시스템은 두 개의 구면 미러를 조합해 4분의 1로 축소 투영을 할 수 있는 장비였죠. 이 장비는 다양한 테스트, 특히 마스크 레지스트 개발에 사용되었고, 노광했을 때 그 파장에 대한 여러 가지 문제점들을 파악하는 데에도 사용되었습니다.
 
그 시스템은 ‘마이크로 익스포저 2’라는 이름이었는데, 이 장비는 반도체 노광처럼 칩 전체를 프린팅하는 것이 아니라, 아주 작은 마이크로미터 단위의 면적만을 프린팅할 수 있었습니다. 미러의 개수를 줄이면, 빛이 미러를 반사할 때 생기는 ‘수차(Aberration)’ 문제 때문에 발생하는 왜곡이 커집니다. 수차는 빛이 통과하는 거리에 따라 왜곡을 일으키는데, 대표적으로 색수차(Chromatic Aberration)나 비점 수차(Astigmatism)가 있습니다. 이로 인해 패턴의 정확성이 떨어지게 됩니다.
 
또한, 실제 반도체 소자를 양산할 때는 실리콘 웨이퍼가 완벽히 평평하지 않고, 공정 과정에서 높낮이 차이가 생기기 마련입니다. 이런 단차가 있는 상태에서 선을 그릴 때, 위와 아래가 모두 정확히 같은 10나노미터로 그려져야 하는데, 이는 ‘초점 심도(Depth of Focus)’라는 특성에 따라 달라집니다. 초점 심도가 높은 시스템은 높낮이 차이가 있어도 정확히 그릴 수 있지만, 낮은 경우는 그렇지 못합니다. 이는 현미경을 사용할 때 저배율에서는 고저 차이가 있어도 잘 보이지만, 고배율에서는 포커스를 맞추기 어려운 것과 비슷한 원리입니다.
 
그래서 미러를 두 개만 사용하는 시스템은 초점 심도가 낮아, 양산 공정에서 사용하기 어렵습니다. 앞서 말씀드린 버클리 연구소의 '마이크로 익스포저 2'가 작은 면적만 프린팅할 수 있었던 것도 이 때문입니다. 따라서 오키나와 연구소의 투미러 EUV 시스템은 연구개발용으로는 사용할 수 있겠지만, 실제 양산에는 어려움이 있을 것으로 생각합니다.”

- 지난번에 나오셔서 왜 ASML이 여러 개의 미러를 사용하는지, 그리고 그 내부 구조에 관해 설명해 주신 적이 있습니다. 오늘은 짧게 EUV 시스템이 그렇게 구성될 수밖에 없는 이유, 즉 EUV 파장의 특성에 대해 간단히 설명해 주시죠.
 
“EUV라는 파장은 지구상에서 우리가 직접 관측할 수 없는 파장입니다. 우리가 일상적으로 보는 모든 물체는 가시광선 영역에 있는 빛을 반사하기 때문에 눈으로 인식할 수 있죠. 하지만 자외선, 적외선, 엑스레이와 같은 다른 파장들도 우리 주변에 존재하지만, 눈에 보이지는 않습니다.
 
EUV는 13.5나노미터의 매우 짧은 파장을 사용하는데, 왜 10나노에서 수십 나노미터 영역에 이 파장대가 없냐면, 이 파장대의 빛들은 대기권을 통과하면서 모두 흡수되어 사라져버리는 특성이 있습니다. 즉, EUV는 고체, 액체뿐만 아니라 공기와 같은 기체에서도 쉽게 흡수되는 특성이 있는 것이죠.
 
과거에 사용되던 ARF나 KRF 노광 장비는 렌즈를 사용해 4대 1로 축소하여 프린팅하는 방식이었는데, EUV 노광 장비는 렌즈를 사용할 수 없습니다. 왜냐하면 렌즈를 통과하는 순간 EUV 빛이 전부 흡수되어 소멸해버리기 때문이죠. 그래서 EUV 장비는 렌즈 대신 미러를 사용해 빛을 반사시키는 방식으로 설계되었습니다.
 
그뿐만 아니라, 마스크 역시 기존에는 투과형이었지만, EUV에서는 반사형 마스크를 사용해야 합니다. 또한, 포토레지스트도 기존의 방식과는 다른 새로운 소재를 필요로 하게 되었습니다.
 
결국 초점 심도를 확보하고 그 이미지의 왜곡을 최소화하기 위해 여러 개의 미러를 써서 리스크를 헤지(Hedge)한다고 표현하면 제일 좋지 않을까 싶습니다.”

- 그 미러가 보통 우리가 보는 거울은 아니죠? 굉장히 비쌀 것 같습니다.
 
“일반적으로 우리가 알고 있는 거울은 유리 위에 크롬 같은 금속을 얇게 코팅한 것입니다. 그러나 EUV 미러는 완전히 다른 방식으로 만들어집니다. 13.5나노미터의 EUV 파장을 반사시키기 위해서는, 13.5나노미터의 약 4분의 1 두께인 3나노미터와 4나노미터 두께의 몰리브덴과 실리콘 층을 번갈아 적층해야 합니다. 이렇게 서로 다른 광학적 특성을 가진 층을 80번 쌓아야 EUV 빛을 약 60% 정도 반사할 수 있습니다.
 
EUV 미러가 얼마나 비싼지 궁금해서 ASML에 직접 물어본 적이 있습니다. 참고로, ASML의 EUV 장비에 들어가는 미러는 독일의 자이스(ZEISS)에서 만드는데, 한 장비에 대략 10개의 미러가 사용됩니다. 그런데 이 미러의 가격은 절대로 알려주지 않더군요. 제 추측으로는, 노광 장비 전체 가격의 약 30% 정도 되지 않을까 싶습니다. 예를 들어, 한 대에 5천억 원짜리 장비라면, 미러만으로도 약 1,600억 원에서 1,700억 원 정도 될 것으로 예상합니다.”

- EUV 파장 손실이 가장 적은 물질로 적층한 것 아닙니까?
 
“그렇죠. 최대한 반사를 많이 하는 물질 조합이죠.”

- EUV 미러가 반사를 할 때마다 빛의 40%가 손실된다는 얘기잖아요. 미러를 하나 통과할 때 40%의 빛이 손실되고, 다음 미러를 통과할 때 또 40%가 손실되기 때문에 소스 파워를 더 높여야 한다고 하죠. 그렇지 않으면 웨이퍼에 빛이 도달하기도 전에 대부분의 빛이 소멸해버리니까요.
 
“맞습니다. EUV 미러도 결국에는 몰리브덴과 실리콘으로 이루어진 멀티 레이어 구조입니다. 앞서 말씀드렸듯이, 노광 장비에는 미러가 10개 정도 들어가 있습니다. 마스크에도 미러가 사용됩니다. 빛이 미러를 통과할 때마다 40%씩 손실되는데, 이를 10번 이상 반복하면 거의 남는 빛이 없습니다. 하지만 13.5나노미터 파장의 EUV 빛을 사용해서 노광할 수 있는 유일한 방법이기 때문에, 이렇게 미러를 여러 개 사용하는 복잡한 시스템을 이용하는 것입니다.
 
그래서 최근에는 ASML에서도 이 10개의 미러 중에서 하나라도 줄여보자는 시도를 하고 있습니다. 이렇게 되면 시스템의 효율성과 성능이 약간 향상될 수 있습니다.”

- ASML이나 그 장비를 사용하는 반도체 업체 입장에서는 미러가 하나 줄어들면 비용이 절감되고 효율이 조금이라도 향상되니 좋은 일이겠지만, 미러를 만드는 자이스(ZEISS) 입장에서는 별로 반가운 소식이 아닐 수도 있겠네요.
 
“그럴 수도 있습니다. 그러나 장비 자체로 보면 자이스 미러 하나 덜 넣었다고 싸게 해주지는 않을 것 같습니다. 왜냐하면, 기존의 10개 미러 시스템을 9개로 바꾸려면 새로운 디자인이 필요합니다. 오키나와 연구소의 2개 미러 시스템이 10개 미러 시스템의 성능을 따라가지 못하는 것처럼, 10개에서 9개로 줄이려면 또 다른 고도의 기술이 필요합니다. 이 기술 개발에 들어가는 비용을 고려하면, 미러를 줄인다고 해서 장비 가격이 크게 싸지지는 않을 것 같습니다.”

- 몰리브덴과 실리콘을 반복적으로 교차 적층하는 구조라는 말씀이시죠?
 
“그렇죠. 제가 7월 초에 자이스와 ASML을 방문해서 실제 생산 라인을 보고 왔습니다. 그곳에서 느낀 결론은, 우리나라에서도 이런 EUV 노광 장비를 만들어야 한다는 생각이 들었습니다. 하지만 이 광학 기술은 정말로 넘사벽입니다.
 
EUV 미러를 만드는 과정에서, 몰리브덴과 실리콘을 증착하기 위해서는 기판이 필요합니다. 저는 처음에 모든 기판이 동일한 소재로 만들어질 줄 알았는데, 사실은 그렇지 않더군요. 미러마다 사용하는 소재가 다 다르고, 상황에 따라 여러 가지 물질을 섞어서 사용한다고 합니다.
 
예를 들어, EUV 빛이 처음 닿는 미러는 매우 강한 에너지를 받지만, 뒤쪽으로 갈수록 약해집니다. 그에 따라 기판에 가해지는 온도가 달라지기 때문에, 각 미러의 소재가 열에 어떻게 반응할지를 모두 계산해 최적의 조합을 찾아내야 합니다. 또한, 미러는 단순한 덩어리가 아니라 내부에 작은 구멍이나 수로 같은 구조가 있어서, 열의 흐름을 조절하도록 설계되어 있습니다.
 
이 모든 과정을 고려하면, 이 기술을 다른 곳에서 그대로 따라 한다는 것은 정말 어려운 일이라고 생각합니다. 그래서 저는 이 기술 수준을 따라 하겠다고 하면, 오히려 말리고 싶을 정도입니다.”

- 그런 엄청난 기술과 경험이 축적된 결과물이 ASML의 노광기 안에 다 들어가 있는 거잖아요. 또 그 5천억 원짜리 장비에 약 30%는 미러 시스템일 것으로 추정하셨는데 현재 자이스만 할 수 있는 거 아닌가요?
 
“그렇죠. 그런 모든 과정을 우리에게 다 보여줬습니다. 한 대기업 회장님도 그곳을 방문하신 적이 있었는데요. 처음에는 ‘이 광학 시스템을 빨리 만들어줘야 ASML이 장비를 빨리 만들어서 우리가 공급받을 수 있으니, 좀 서둘러 달라’는 말씀을 하셨다고 합니다. 그러나 생산라인을 보고 기술적인 난이도에 대해 자세히 설명을 들으신 후에는, 그런 말씀은 싹 사라지고, ‘잘만 만들어주시면 감사하겠다’라고 하실 정도로 이 기술이 얼마나 어려운지 실감하신 것 같았습니다.”

- EUV 장비가 양산 라인에 들어가서 적용되기 시작한 것도 꽤 시간이 되지 않았습니까? 제 기억으로는 아마 7나노 때부터 EUV를 쓰기 시작해서 계속 나왔고, D램에도 쓰고 있는데요. 예전에는 0.33 NA 제품을 쓰다가 최근에는 High NA라고 해서 0.55 NA 제품이 출하되어서 누구한테 간다는 얘기가 나오고 있지 않습니까?
 
“인텔이 작년 크리스마스 때 크리스마스 선물로 제품을 받았고요. 아마 두 번째, 세 번째 제품도 인텔로 가고 그다음에 TSMC로 가고, 그다음에 삼성이 받는다는 얘기를 들은 것 같습니다.”

- High NA라고 할 때, NA가 무슨 뜻입니까?
 
“High NA에서 NA라는 것은 ‘개구수’를 의미하는데, 쉽게 말하면 광학계의 크기라고 보시면 됩니다. 렌즈의 경우, 렌즈의 직경이라고 생각하시면 됩니다. 기존의 딥 UV나 EUV처럼 등축 정렬된 렌즈로 NA를 높이는 것은 매우 어려운 일입니다. 렌즈를 크고 정밀하게 가공하는 것 자체가 매우 힘든 작업이거든요.
 
그런데 EUV에서는 더 복잡한 문제가 있습니다. EUV 장비의 구조를 보면, 빛이 여러 미러를 통과하면서 반사되는데, 미러를 크게 만들려고 하면 빛이 미러에 부딪혀 간섭이 생길 수 있습니다. 그래서 미러를 무조건 크게 만들 수가 없습니다.
 
이 문제를 해결하기 위해 고민한 끝에, 간섭이 생기는 방향으로는 미러를 조금 왜곡시키자는 아이디어가 나왔습니다. 그래서 X축은 기존처럼 4대 1로 축소하고, Y축은 8대 1로 축소하는 ‘애너모픽(Anamorphic)’이라는 기발한 방법이 개발된 것이죠. 이 아이디어는 ASML이 아니라, 자이스에서 나온 것이 아닐까 생각합니다.”

- High NA 제품이 출시되면 그 장비는 한 5천억 넘는다고 그래요. 그런데 그 장비를 도입하기 전에도 0.33 NA로 피치를 줄이려고 더블 패터닝 같은 기술을 이용하고 있는 것이죠?
 
“그렇습니다. TSMC는 확실히 더블 패터닝을 하는 것으로 알고 있고요, 삼성도 이미 시작했을 것으로 생각합니다.”

- 더블 패터닝 다음으로 쿼드러플로 가면 High NA 도입 시점을 늦출 수 있습니까?
 
“그건 이제 계산을 해봐야겠지만, 장비가 없다면 어쩔 수 없이 쿼드러플(Quadruple) 패터닝이라도 해서 생산해야 하겠죠. ASML이 장사를 잘하는 이유 중 하나는, 예전에 0.33 NA 장비를 사용하다가, 더 높은 High NA 장비를 도입하겠다고 할 때부터 드러났습니다.
 
처음 High NA 장비의 가격이 5천억 원 정도 될 거라고 했을 때, 많은 사람들이 ‘그걸 누가 사겠냐’고 했습니다. 왜냐하면, 그 당시 처음 도입된 EUV Low NA 장비가 약 1,800억 원 정도였기 때문입니다. 그런데 지금의 Low NA 장비 가격은 3,500억 원 정도로 올랐습니다.”

- 이미 많이 올랐네요. 그동안 무언가 개선된 것이 있나요?
 
“생산성도 높이고 여러 과학적 특성도 개선되어 가격이 이미 3,500억 원에 이르고 있습니다. 만약 1,800억 원짜리 장비를 사용해서 더블 패터닝을 한다면 두 대가 필요하겠죠. 1,800억 원짜리 장비 두 대를 사면 3600억 원이 듭니다. 물론, 애칭 장비 등 다른 비용도 들겠지만, 노광 장비만 따지면 3,600억 원인데 5,000억 원짜리 새 장비를 사올까 아니면 더 버틸까 고민해볼 텐데 이미 기존 장비 가격도 3,600억 원이 됐단 말이에요. 두 대를 사면 7,200억 원이니 5,000억 원짜리 한 대를 사는 것이 오히려 더 경제적이게 된 겁니다. 이 때문에 ASML이 정말로 뛰어난 장사꾼이라는 생각이 듭니다.”

- High NA로 가면 주변 생태계도 바뀌는 것이 있습니까?
 
“많은 부분이 바뀌어야 합니다. 단순히 해상도를 높이기 위해 광학 장치만 바뀌는 것이 아니라, EUV 광원의 파워도 점점 더 개선되고 있습니다. 이는 기술적으로는 좋은 방향이지만, EUV 펠리클을 개발하는 회사들에는 어려운 소식이죠.
 
EUV 펠리클은 투과도에 한계가 있습니다. 이상적인 EUV 펠리클은 100% 투과도를 가져야 하지만, 현실에서는 그럴 수 없습니다. 기존의 ARF 펠리클은 거의 99.9%의 투과도를 자랑했지만, EUV 펠리클은 아무리 잘 만들어도 투과도가 90% 정도밖에 되지 않습니다. 이 말은 10%의 빛이 펠리클에 흡수되어 열로 변환된다는 뜻입니다.
 
예를 들어, EUV 광원의 출력이 200와트일 때, 펠리클이 10%를 흡수하면 20와트를 흡수하는 셈입니다. 만약 출력이 600와트, 800와트로 올라가면 펠리클이 흡수하는 열도 80와트까지 올라가게 되어, 펠리클이 그 열을 견딜 수가 없습니다.
 
이 문제를 해결하는 방법은 두 가지입니다. 하나는 펠리클의 투과도를 96%로 높여, 10% 흡수하던 것을 4%만 흡수하게 만드는 것이고, 다른 하나는 같은 에너지를 흡수해서 온도가 올라가도 견딜 수 있는 소재를 개발하는 것입니다. 실제로 투과도를 높이기 위해 소재와 관련하여 여러 시도가 있었습니다.
 
그런데 이제는 기존 펠리클의 투과도를 높이자는 방향으로 가고 있습니다. 지금까지 EUV 펠리클의 투과도가 90% 정도에 머물렀던 이유는, 우리가 흔히 사용하는 음식 랩처럼 얇고 연속적인 필름 형태로 제작되었기 때문입니다. 투과도를 높이려면 필름을 아주 얇게 만들어야 하는데, 그 두께가 얼마나 얇아졌느냐 하면 약 30나노미터 정도입니다. 이해를 위해 설명드리자면, 30나노미터 두께의 펠리클을 만드는 기술은, 마치 음식을 덮는 랩으로 한양대학교 서울캠퍼스 전체를 덮을 수 있을 만큼 얇게 만드는 것과 같습니다. 이 기술의 난이도를 짐작할 수 있겠죠?”
 
* 펠리클(Pellicle) : 반도체 제조 공정, 특히 포토리소그래피(Photolithography) 단계에서 사용되는 매우 얇고 투명한 필름으로, 포토마스크를 보호하는 역할을 한다.

- 집에서 쓰는 랩을 30나노미터로 얇게 만들면 한양대 전체를 덮을 정도로 커진다는 것이죠?
 
“그렇죠. 그런데도 사용 중에 쳐지지 않아야 하고, 몇백 도의 온도에서도 녹지 않도록 만들어야 하죠. 이를 위해 최근에는 빛의 흡수율을 줄이기 위해, 아예 설기설기 되어 있는 소재를 만들자는 접근이 등장했습니다.
 
그래서 나온 것이 카본 나노튜브(CNT)라는 물질입니다. 이 물질은 약 30년 전에 나왔고, 지금은 여러 분야에서 활용되고 있습니다. CNT로 펠리클을 만들면, 기존의 필름 형태가 아닌, 구멍이 듬성듬성 뚫린 구조의 펠리클이 됩니다. 나노튜브 형태이기 때문에 구멍이 매우 작아, 빛의 투과도를 높이면서도 펠리클로서의 기능을 유지할 수 있습니다.
 
물론, 구멍이 너무 크면 먼지가 들어가 펠리클의 기능을 못 하게 되지만, 이 크기를 잘 조절하면 투과도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 이 방법으로 현재 96%에서 97%의 높은 투과도를 실현하고 있습니다.”
 
- 어디서 한 것입니까?
 
“원래는 아이맥(IMEC ; 벨기에 소재의 반도체 연구소)에서 시작되었지만, 사실 그 이전에 우리 한양대학교에서도 연구를 진행했었습니다. 당시 저희 졸업생이 아이맥으로 가면서 그 프로젝트가 크게 발전했고, 지금은 인텔에서 그 프로젝트를 담당하고 있습니다.
 
현재 CNT 펠리클 분야에서 가장 앞서 있는 데는 핀란드의 카나투(Canatu)입니다. CNT로 EUV 펠리클을 만드는 데 있어 가장 앞서 나가고 있는 회사입니다.
 
하지만 이 기술에도 단점이 있습니다. EUV 펠리클은 EUV 마스크 위에 덮여 스캐너에 장착되는데, 마스크 주변의 스캐너 구조는 하이드로젠 플라스마(Hydrogen Plasma ; 수소 플라스마) 환경이 조성되도록 설계되어 있습니다. 그런데 수소 플라스마는 카본을 공격하는 특성이 있습니다. 그래서 CNT로 만든 펠리클이 처음에는 잘 작동하다가, 사용하다 보면 없어져요.
 
이를 막기 위해 펠리클에 보호 코팅을 해야 하는데, 지금 8년째 여러 곳에서 연구하고 있지만 완벽한 코팅은 찾지 못했습니다.”
 
- 무엇으로 코팅해야 공격을 안 받나요?
 
“이 문제의 어려움은 수소 플라스마에 있습니다. 수소, 즉 원자번호 1번인 H는 이공계 사람들은 잘 아실 텐데요, 수소 원자는 아주 작고 가볍습니다. 실제로 수소 원자의 크기를 눈으로 볼 수는 없지만, 원자핵 주위에 전자가 돌고 있는 구조를 가지고 있습니다. 이 전자가 하나 빠져나가면 H+라는 이온이 되는데, 이 이온은 정말로 작고 어디든지 침투할 수 있습니다. 그래서 수소 이온은 코팅을 뚫고 들어가기도 쉽습니다.
 
과학적으로 보면, 이걸 막을 수 있는 방법이 거의 없습니다. 그럼에도 불구하고, 현재로서는 CNT로 펠리클을 만드는 것이 가장 실용적인 방법입니다.
 
다행히도, EUV 펠리클은 영구적으로 사용할 수 있도록 설계될 필요는 없습니다. 업계에서는 펠리클이 2주만 견디면 된다고 보고 있습니다. 물론, 더 오래 사용할 수 있으면 좋겠지만, 현재로서는 2주 정도 사용하면 충분하다는 것이 업계의 일반적인 분위기입니다. 그래서 CNT 펠리클을 만들어도, 2주만 버티면 괜찮다고 여겨지고 있습니다.”
 
- EUV가 도입된 지 꽤 시간이 흘렀다고 했는데 펠리컬은 아직 안 쓰고 있지 않나요?
 
“쓰고 있습니다. TSMC는 100% 쓰고 있습니다. 삼성은 펠리클을 안 쓰고 있다고 말하기보다는 못 쓰고 있다고 표현하는 것이 더 정확할 것 같습니다. 왜냐하면, 펠리클을 사용하면 투과도가 90% 정도인데, EUV 펠리클은 ARF 펠리클과 달리 반사형이어서 빛이 두 번 통과해야 합니다. 이 과정에서 0.9를 제곱하면 0.81이 되기 때문에, 펠리클을 사용하는 순간 생산성이 20% 정도 떨어집니다.
 
TSMC는 장비를 많이 보유하고 있기 때문에, 생산성이 20% 떨어져도 여러 대의 장비로 커버할 수 있어 안전하게 생산할 수 있지만, 삼성은 그렇지 않은 거죠.”
 
- TSMC는 쓰고 있고 삼성은 못 쓰고 있다는 말씀이네요.
 
“삼성은 장비 수가 상대적으로 적고, 현재 펠리클은 미쓰이에서 구매해야 하는 상황인데 미쓰이의 생산 능력이 부족합니다. 왜냐하면, 펠리클 만드는 것이 너무 어렵기 때문입니다.”
 
- 현재 펠리클은 미쓰이에서 만들고 있군요?
 
“펠리클은 필름 자체가 핵심인데 ASML의 라이선스를 받은 캐나다 업체에서 필름을 만들고 미쓰이가 이 필름을 가져다가 프레임에 부착해서 제품으로 만들어 판매하고 있습니다.”
 
- 현재 쓰고 있는 펠리클의 소재는 무엇인가요?
 
“아마 현재 사용되고 있는 것은 메탈 실리사이드와 몰리브덴 실리사이드일 겁니다.”
 
- TSMC는 그걸 가져다 쓴다는 것 아닌가요?
 
“TSMC가 참 미스터리한 회사입니다. 공개를 하지 않아요. 일부에서는 TSMC가 미쓰이에서 펠리클을 구매해 사용한다고 알려져 있지만, 대부분의 물량은 TSMC가 자체 생산해서 사용하고 있다고 합니다. 제 생각에, TSMC가 현재 사용 중인 펠리클의 소재가 미쓰이에서 사용하고 있는 것과 같지 않을까 하는 의심이 듭니다. 물론, 베껴 쓰면 특허에 걸리지만, 외부에 판매하지 않으니까 알 수가 없죠.”
 
- 국내 에스앤에스텍이나 에프에스티는 무엇으로 만들었죠?
 
“실리콘 카바이드와 메탈 실리사이드로 했죠. 그런 것들은 지금 당장 쓸 제품으로는 가치가 있습니다. 하지만 High NA와 Hyper NA 기술이 도입되고, EUV 파워가 더 높아지면 이들 소재로는 견디기 어려워질 것입니다. 그래서 차세대 제품으로 CNT 기반 펠리클이 개발되고 있는 거죠.
 
카나투는 CNT를 만드는 전문 회사이지만, 그걸 가져와 코팅하는 작업은 국내 기업들이 해야 합니다. 동시에, 카나투와 경쟁하는 회사도 나와야 하는데 다행히 CNT로 구멍이 뚫린 필름 형태의 펠리클을 만드는 국내 기업들도 몇몇 생겨났습니다. 예를 들어, 제이오와 어썸레이라는 회사가 있습니다.”
 
- 둘 다 처음 들어보는 회사들이네요.
 
“제이오는 상장된 회사로, 현재 배터리 분야에서 사용되는 소재로 상당한 매출을 올리고 있는 기업입니다. 반면, 어썸레이는 스타트업입니다. 저희는 이 두 회사의 제품을 모두 테스트하고 있습니다. 제품을 가져와서 저희가 코팅을 해보고, 코팅이 제대로 되었는지 확인하는 작업을 합니다. 회사들도 코팅을 할 수 있지만, 기본적인 물성 확인은 어렵기 때문에 저희 학교에 의뢰해 확인하는 것이죠.”
 
- 테스트해보신 결과는 어떻습니까?
 
“개선이 필요하긴 합니다. 유니포머티(균일성)를 유지하는 것이 중요한데 아직 개선이 필요합니다. CNT로 필름을 만드는 공정은 이전에 우리가 사용했던 것과는 전혀 다른 방식입니다. CNT를 생성하면서 동시에 필름 형태로 만드는 기술을 사용하고 있습니다. 제이오와 어썸레이도 비슷한 공정을 사용하고 있으며, 핀란드의 카나투 역시 비슷한 공정을 사용하는 것으로 알고 있습니다. 시간이 걸릴 수 있지만, 충분히 가능성이 있다고 생각됩니다.”
 
- 정리하자면 펠리클 쪽에서는 앞으로 High NA로 갈수록 파워가 높아지기 때문에 열을 견딜 수가 없어서 기존에 쓰던 소재는 아마 쓰기 어려울 것이다. 그래서 CNT로 옷 짜듯이 만들어야 하는데 카나투라는 핀란드 회사가 잘 하고 있다는 말씀입니다. 그러면 코팅은 어디가 잘 합니까?
 
“코팅은 아직 더 해봐야 할 것 같습니다. 카나투 제품을 가져다 코팅을 해서 테스트하는 회사가 국내에 있다는 얘기가 있습니다.”
 
- 수소 플라스마 환경에서 CNT가 공격당하는 현상을 막기 위해서 코팅을 해야 하는데 아직 어떤 물질이 좋은지 답은 못 찾았다는 말씀인 거죠?
 
“현재 코팅을 하고 있지만, 문제는 이 코팅이 2주를 버텨야 한다는 점입니다. 그런데 2주가 되기 전에 코팅이 벗겨지거나 손상되는 경우가 많습니다.”
 
- 펠리클 가격이 지금도 장당 몇천만 원 하지 않습니까?
 
“약 3천만 원 정도로 알고 있습니다.”
 
 
(중략)
 
 
“열심히 노력해야죠.”
 
 
 
출처 : 전자부품 전문 미디어 디일렉(http://www.thelec.kr)