그래핀스퀘어(대표 홍병희)와 단국대학교 신소재공학과 우윤성 교수 및 포스텍 공동연구팀이 차세대반도체 극자외선(EUV) 공정 핵심부품인 펠리클에 그래핀을 적용, 획기적인 성능 개선에 대한 확인 결과를 세계적인 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)’에 온라인 공개했다고 9일 밝혔다.
서울대 화학부 교수이자 차세대융합기술원 그래핀연구센터장인 홍병희 대표이사가 2012년 창업한 그래핀스퀘어는 화학기상증착법(CVD)을 이용한 대면적 그래핀을 상용화하는 토종 벤처기업이다. 지난 2021년 본격적인 제조생산을 위해 포항으로 본사를 옮긴 후 지난 11월 18일에는 세계최초 CVD그래핀 양산공장을 준공했다.
EUV 펠리클은 포토 공정에서 장당 수억 원에 이르는 포토마스크를 오염원으로부터 보호하는 투명하고 얇은 덮개로 EUV 장비가 마스크의 회로 패턴을 웨이퍼에 프린팅할 때 수율을 높이기 위해 필수적이다. 하지만 90% 이상의 고투과도와 기계적, 열적, 화학적 안정성을 동시에 필요로 하는 극도의 난이도로 인해 아직 본격적인 EUV펠리클 상용화는 이루어지지 못하고 있다. 최근에는 2나노 이하 공정을 구현하기 위해 더 큰 렌즈 구경(High-NA)의 고출력 EUV 기술이 채택되면서 펠리클의 요구 성능이 더 높아지고 있다.
그래핀은 실리콘의 100배에 이르는 전자이동도뿐 아니라 이론적으로 강철의 200배에 달하는 기계적 강도와 구리의 10배에 달하는 열전도도, 높은 투과도 및 화학적 안정성으로 인해 EUV 펠리클에 적합한 소재로 주목받아 왔다. 공동연구팀은 그래핀을 원자층 단위로 10장까지 웨이퍼 위에 전사하는 독점적인 기술을 바탕으로 최대 94.4%의 투과도 및 기존소재(SiN) 대비 8배의 파괴하중 등 그래핀 펠리클의 성능을 증명하고 상용화에 필요한 스케일업 가능성까지 확인했다.
연구팀은 2026년 안에 96% 이상의 투과도를 달성하고 고객사와 신뢰성 검증에 착수해 2027년부터 실제 EUV 양산공정에 적용할 계획이다.
공동연구팀을 이끈 단국대 우윤성 교수(전 삼성종합기술원)는 “꿈의 신소재라 불리는 그래핀의 놀라운 특성들이 복합적으로 적용된 EUV펠리클이 상용화된다면 반도체 초미세공정의 글로벌 우위를 점할 수 있을 것”이라고 말했다.
홍 대표는 “앞으로 그래핀의 놀라운 특성들은 반도체분야 뿐 아니라 가전, 모빌리티, 에너지, 바이오 등 우리나라 주력산업 분야에 적용돼 글로벌 경쟁력을 강화시킬 것”이라며 “중국, 유럽연합 등과의 그래핀 기술개발 경쟁이 치열해지는 가운데, 앞으로 2~3년이 그래핀 시장 선점을 위한 골든타임이 될 것”이라고 밝혔다.
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