반도체용 수소가 첨단 EUV 공정에서 핵심소재로 급부상하며, EUV 공정을 도입한 첨단 반도체 기업들을 위한 수소 생산 시설이 속속 구축되고 있다.

에어리퀴드(Air Liquide)는 최근 대만 타이난과 신주 사이언스 파크에 25MW 수전해 수소 공장의 1단계 건설을 완공했다.

이 공장에서 생산되는 초고순도 수소는 대만의 TSMC를 비롯해 반도체 전용으로 사용될 예정이다. 알려진 바에 의하면 수소 생산량은 5,000N㎥/h다.

이 공장은 신재생에너지를 이용한 수전해 시설로 이산화탄소 배출이 전혀 없는 그린 수소 생산시설로 알려졌으며, 에어리퀴드에 따르면 일반적인 수소생산 시설 대비 연간 약 3만5,000톤의 탄소배출량을 감축할 수 있는 것으로 알려졌다.

에어리퀴드는 향후 2년 동안 총 25MW 용량으로 대만에서 2단계에서 5단계까지의 수소 전해조 공장 건설을 계속할 것이라고 밝혔다.

특히 이 공장이 주목 받고 있는 이유는 100% 반도체용 수소로 사용될 예정이며, TSMC가 이 공장에서 생산되는 수소를 거의 대부분 사용할 것으로 예상되기 때문이다.

대만 현지 관계자에 따르면 TSMC는 이 공장에서 받는 수소 이외에 남과수곡단지(南科樹谷園區)에 토지를 구매하고 천연가스를 원료로 하는 수소생산설비를 2개 건설할 계획으로 알려졌다.

TSMC는 반도체용 수소를 EUV 장비에 대부분 사용할 것으로 예상된다.

업계에 따르면 EUV 장비의 경우 CO₂ 또는 YAG(이트륨, 알루미늄, 가넷)레이저가 주석(Sn) 액체에 조사돼 초미세 EUV 광을 생성할 때 주석 액체 주위의 대기 가스로 대량의 수소가 사용되는 것으로 알려졌다.

EUV 장비의 경우 LPP(Laser Produced Plasma) 방법이 사용되는데, EUV 노출 장치를 사용하면 주석이 녹아 주석 방울이 형성된 후 CO₂ 레이저 또는 YAG레이저가 조사되는데 이 공정 동안 주석이 산화되는 것을 방지하기 위해서는 대기 가스로서 다량의 환원 가스가 필요하며, 가장 적합한 환원 가스가 수소라는 것이다.

이 경우 주석과 수소의 대량 사용으로 물에 용해되지 않고 가연성인 Stannane(SnH₄)이 생성되며, 이를 처리할 새로운 배기 방법이 필요한 것으로 전해졌다.

이와 함께 EUV 노광 장치를 세정하기 위해 수소가 사용될 수도 있는 것으로 알려졌다.

현재까지 EUV를 본격 도입해 사용 중인 반도체 메이커는 우리나라의 삼성전자 및 대만의 TSMC 등이다.

대부분의 반도체 생산기업들이 반도체용 수소를 외부조달하고 있는 가운데 국내 삼성전자의 경우 반도체용 수소를 린데코리아와 에어프로덕츠코리아의 기흥 및 평택 생산시설에서 파이프라인을 통해 독점적으로 공급받고 있다.

국내 반도체용 수소 전용 생산량은 약 7,100N㎥/h 정도로 파악되고 있으며, 실제 유통량은 더 많을 것으로 추정되고 있다.

이에 대만에 최근 지어진 반도체용 수소 생산시설이 5,000N㎥/h 규모로 볼 때 국내 반도체용 수소의 사용량이 더 많은 것으로 분석된다.

특히 현재 우리나라의 경우 SK하이닉스를 위한 자체 수소 생산 시설이 없는 만큼 EUV 보급이 더욱 증가하면 삼성전자 및 SK하이닉스 등이 자체 수소 생산 시설 증설을 진행 할 것으로 보이며, 반도체용 수소 생산은 더욱 많이 증가하며, 세계 최대를 유지할 것으로 전망된다.

한편 대만에서 탄소 배출량이 가장 높은 기업인 TSMC는 이번 수전해 수소 생산 시설에 중요한 관심을 표했으며, 향후 선진적 반도체 생산 기업으로 거듭나기 위한 핵심이 수소에 있다고 언급했다.