극자외선 리소그래피 또는 EUV에 대해 들어본 적이 있습니까? 이 기술은 고출력 레이저로 일반적인 가시 파장을 초과하는 빛을 생성하며 실리콘 칩에 사용되는 반도체 웨이퍼에 패턴을 에칭하는 데 사용됩니다. 오염을 방지하기 위해 EUV 공정은 수소가 풍부한 환경에서 수행됩니다.
반도체 제조업체들은 스마트폰과 첨단 컴퓨팅에 필요한 더 작고, 더 빠르며, 더 강력한 칩 생산을 가능하게 하는 EUV(극자외선) 기술을 2000년대 중반부터 도입해 왔습니다.
반도체 제조업체들은 EUV 도입을 확대하는 과정에서 세 가지 과제에 직면했습니다. 수소의 안정적인 공급을 확보하고, 대규모 진공 및 배기가스 정화 설비를 구축하며, 동시에 배출가스를 줄여야 했습니다.
수십 년간의 전문 지식을 활용하다
아트라스콥코 그룹의 진공 기술 브랜드인 에드워드는 이러한 혁신 과제 해결에 나섰습니다. 에드워드는 1990년대 후반부터 반도체 산업을 위한 가스 화학, 정제 기술, 시스템 통합 분야에서 전문성을 축적하며 독보적인 기술 역량을 구축해 왔습니다.
"많은 반도체 공정과 달리 EUV는 안정적으로 운영되며 복잡한 화학 반응을 수반하지 않습니다." 아트라스콥코 그룹 반도체 사업부 신기술 부문 부사장 크리스 베일리는 말합니다. "우리는 이미 다른 기술 분야에서 수소 재활용 기술을 개발한 경험이 있었습니다. 그렇기에 EUV 공정에서도 이를 실현할 수 있다고 확신했습니다."
이 팀은 뉴욕주에 본사를 둔 전기화학 기술 회사 및 시스템 통합업체와 NYSERDA(뉴욕주 에너지 연구 개발 당국)와 협력하여 회수된 수소를 초순수 등급으로 정제할 수 있는 수소 회수 시스템(HRS)을 개발했습니다.
에드워드가 개발한 수소 회수 시스템(Hydrogen Recovery System, HRS)은 사용된 수소를 회수해 반도체 공정에 다시 활용할 수 있는 초고순도 등급으로 정제합니다.
배기 가스 감소
현재 전 세계 수소 생산의 대부분은 화석연료에 기반하고 있습니다. 수소 회수 시스템은 기존에 사용된 수소를 재활용함으로써 신규 수소 생산에 따른 탄소 배출을 줄이는 데 기여합니다.
"이 기술은 환경 측면에서 매우 큰 의미를 지니고 있습니다." 2016년 프로젝트 초기에 합류해 수소 회수 시스템의 핵심 전기화학 기술 개발을 담당한 기술 매니저 잭 던바는 설명합니다.
"수소는 보통 메탄가스를 비롯한 화석연료를 원료로 생산되기 때문에 제조 과정에서 많은 CO₂가 배출됩니다. 하지만 수소를 회수·재활용하면 이러한 원료 사용을 줄일 수 있어 탄소 배출 저감에도 기여할 수 있습니다."
수소 공급 리스크 해소
고객들이 중요하게 여긴 또 다른 요소는 물류 효율성이었습니다. 공급망과 안전 규제로 인해 수소를 현장에 저장하거나 공급받는 과정에는 다양한 제약이 따르기 때문입니다.
"물류 측면에서도 분명한 한계가 있습니다. 특히 주요 반도체 제조업체들이 위치한 대만과 같은 섬 지역에서는 더욱 그렇습니다. 사용되는 모든 수소는 해외에서 수입해야 합니다." 크리스는 이렇게 설명합니다.
"일부 지역의 경우 액화수소를 운반하는 튜브 트레일러가 매일 현장에 공급돼야 할 만큼 물류 부담이 큽니다." 반도체 사업부 글로벌 EUV 기술 및 애플리케이션 매니저 앤서니 킨은 설명합니다.
HRS는 사용된 수소를 현장에서 회수·재활용해 수소 운송 부담을 줄이고, 공급망 리스크를 낮추며, 안전성을 강화하는 동시에 저장 공간 활용도를 높입니다.
이론에서 기술로
탐사 R&D 프로젝트로 시작된 것이 반도체 산업의 로드맵과 일치하는 상업적 제안으로 발전했습니다.
"EUV 장비에 재공급되는 수소를 정제하고 제어함으로써, 우리는 이제 공정의 출구와 입구를 모두 관리할 수 있게 됐습니다. 다시 말해, 시스템 전반에 걸쳐 안정적으로 운영될 수 있는 통합 솔루션을 구축하고 있는 것입니다." 크리스는 설명합니다.
"반도체 업계에서는 10년, 15년 전에 떠올린 훌륭한 아이디어가 지금에 이르러서야 비로소 그 가치를 인정받는 경우가 있습니다." 앤서니는 말합니다.
긴 시간에 걸쳐 개발된 기술이지만, 지금은 그 가치가 가장 빛을 발할 시점입니다.
