▲ ‘디스플레이 패널 식각 공정용 C5F8 제조 기술개발’에 참여한 솔머리티얼즈, 삼성디스플레이, 한국화학연구원, 성균관대 등 산학연 관계자들이 기념촬영에 응하고 있다.

글로벌 탄소중립 강화로 인해 반도체, 디스플레이 등 첨단산업에서 온실가스 배출 규제가 날로 강화되고 있는 가운데, 기존 대비 온실가스 배출량을 획기적으로 낮춘 친환경 특수가스의 공정이 개발돼 첨단산업 경쟁력 강화에 기여할 전망이다.

반도체·디스플레이 특수가스 전문기업 ㈜솔머티리얼즈는 정부가 지원하는 ‘반도체·디스플레이 온실가스 감축공정 기술개발 사업’(2022~25년)을 완료하고 반도체용 특수가스 ‘COF2(carbonyl fluoride:플루오린화카보닐)’과 디스플레이용 특수가스 ‘C5F8 (Octafluorocyclopentene:옥타플루오로사이클로펜텐)’에 대한 합성·정제 공정을 확보했다고 밝혔다.

인공지능(AI) 시대 도래와 HBM, OLED 등 신제품 확대로 인해 반도체·디스플레이 산업에서의 생산량도 증대되고 있다. 이로 인해 세정, 증착, 식각 등 생산 공정에서의 특수가스 사용량도 비례해 늘어나고 있는데, 주요 특수가스인 NF3(삼불화질소), CF4(사불화탄소), N2O(아산화질소) 등은 지구온난화지수(GWP)가 높아 탄소중립을 위해 환경규제 대상으로 논의되고 있어 대체가스 개발이 시급한 상황이다.

일례로 IPCC 제6차 평가보고서(AR6)에 따르면 NF3의 GWP를 1만7,400으로 산정했는데 이는 1톤의 NF₃가 CO₂ 1만7,400톤과 같은 온실효과를 나타냄을 의미한다.

이에 솔머티리얼즈는 지난 2022년부터 정부가 지원하는 ‘반도체·디스플레이 온실가스 감축공정 기술개발 사업’의 주관기관(총괄책임자 박현기 솔머티리얼즈 연구소장)을 맡아 △‘GWP 1000 이하 증착 챔버 세정가스 및 성능 고도화 기술개발’과 △‘대면적 디스플레이 식각 공정용 C5F8 제조 기술 개발 및 低 GWP 대체 가스 후보물질 도출 플랫폼 구축’을 추진했다.

이 사업은 특수가스의 합성 정제, 공정 평가, 수요처 의견 도출을 통해 대체 가스의 양산 가능성을 검토하기 위한 반도체·디스플레이 산업에서의 첫 도전이었다는데 의미가 있다.

▲ 솔머티리얼즈가 주관한 ‘반도체·디스플레이 온실가스 감축공정 기술개발 사업’의 참여기관 현황

올해까지 4년간 개발을 통해 솔머티리얼즈는 반도체 세정 공정에 사용되는 低 GWP 특수가스인 COF2와 디스플레이 식각 공정용 低 GWP 특수가스인 C5F8에 대한 합성과 정제 공정을 확립했다.

개발된 COF2는 사업 참여기관인 명지대학교, 나노종합기술원에서 공정 평가를 거쳤으며 기존 특수가스 대비 동등 수준의 결과를 확보했다. 또한 세정 챔버에 대량 유입되는 세정가스 특성에 맞추어 뉴파워프라즈마의 플라즈마 전원 장치(RPS)의 개선을 통해 특성을 확보할 수 있었다.

C5F8도 사업 참여기관인 한국화학연구원, 한국전자기술연구원의 공정 평가를 통해 기존 가스 대비 동등 수준임을 확인했다.

연구개발 결과 관련 특허 6건 등록, 10건 이상 출원, 논문 20여편 이상 SCI 게재 등 성과를 거뒀으며, 한국표준과학연구원에서 GWP 측정 기준을 마련하고 개발된 특수가스의 GWP 측정을 통해 초기 가능성을 확보할 수 있는 결과를 얻었다. 특히 관련 기술의 공정평가 조건을 개선 후 기존 양산 특수가스 대비 동일 수준의 특성을 확보함으로써 개발된 가스의 양산 적용 가능성을 확인했다는데 의미가 있다.

연구책임자인 박현기 소장은 “이번 기술개발과 확장된 추가 연구를 통해 C5F8, COF2, CF3OF 등 다양한 친환경 특수가스의 확장 및 공정 평가를 추진할 수 있는 시스템을 마련하게 됐다”며 “참여기관들과의 협력을 강화함으로써 첨단산업 맞춤 친환경 특수가스 양산까지 도전할 계획”이라고 밝혔다.

▲ ‘GWP 1000 이하 증착 챔버 세정가스 및 성능 고도화 기술개발’에 참여한 솔머티리얼즈, 뉴파워프라즈마, 나노종합기술원 등 관계자들이 기념촬영에 응하고 있다.