[CNT 반도체] 2회: 초미세 공정의 게임 체인저, EUV와 CNT의 결합 — 2nm 이하 공정의 수율과 투과율 분석

2026년 반도체 산업의 가장 큰 화두는 단연 2nm(나노미터) 공정의 양산 안정화입니다. 삼성전자와 TSMC는 기존의 FinFET 구조를 넘어선 GAA(Gate-All-Around) 기반의 나노시트(Nanosheet) FET 기술을 통해 전류 제어 능력을 극대화하고 있습니다. 하지만 2nm 이하의 초미세 영역으로 진입하면서, 회로를 그리는 EUV(극자외선) 노광 공정의 결함 관리가 파운드리 수율의 핵심 변수로 떠올랐습니다.

1. 2nm 공정의 방어막: EUV 펠리클(Pellicle)

2nm 노드에서는 회로 선폭이 원자 수준에 가까워지기 때문에, 아주 작은 미세 입자 하나도 칩 전체를 폐기하게 만드는 치명적인 결함이 됩니다. 여기서 등장한 필수 부품이 바로 ‘EUV 펠리클’입니다. 펠리클은 포토마스크를 외부 오염으로부터 보호하는 얇은 박막으로, 고출력 EUV 광원 아래에서 마스크의 수명을 연장하고 수율을 보존하는 방어막 역할을 수행합니다.

쉽게 비유하자면, 초미세 회로를 그리는 정밀 도면(마스크) 위에 씌우는 투명한 보호 필름과 같습니다. 하지만 이 필름은 단순한 비닐이 아니라, 1,000도 이상의 고온을 견디면서도 빛을 거의 100% 통과시켜야 하는 극한의 기술력이 응집된 결정체입니다. (SemiWiki 기술 분석)

2. 소재의 한계: MeSi에서 CNT로의 세대 교체

현재 1세대 EUV 공정에서 사용되는 MeSi(금속 실리사이드) 기반 펠리클은 80~90% 수준의 투과율을 확보했으나, 2nm 이하의 차세대 공정에서는 심각한 한계에 직면해 있습니다. 고해상도 구현을 위해 EUV 광원의 출력이 500W를 넘어 1kW(킬로와트) 수준으로 높아지면서, 기존 소재는 고온에서 변형되거나 파손될 위험이 높기 때문입니다.

이러한 한계를 돌파할 ‘게임 체인저’가 바로 탄소나노튜브(CNT) 펠리클입니다. CNT 펠리클은 수 나노미터 두께의 탄소 그물 구조로 이루어져 있어 다음과 같은 압도적인 우위를 점합니다. (Canatu 기술 백서)

• 초고투과율: imec과 카나투(Canatu)의 최신 연구에 따르면, CNT 펠리클은 97% 이상의 투과율을 기록하며 공정 효율을 극대화합니다.
• 극한의 내열성: 탄소 원자 간의 강력한 공유 결합으로 1,500°C 이상의 고온에서도 구조적 안정성을 유지합니다.

3. 파운드리 거인들의 전략: 삼성전자 vs TSMC

2026년 현재, 양대 파운드리의 펠리클 도입 전략은 미묘한 차이를 보입니다. 삼성전자는 2nm 공정의 조기 수율 확보를 위해 CNT 펠리클의 국산화 및 도입에 매우 공격적입니다. 국내 기업 에프에스티(FST)와의 협업을 통해 독자적인 펠리클 공급망을 구축하고 있으며, 이는 ‘고투과율 채택 → 마스크 결함 감소 → 수율 조기 달성’으로 이어지는 전략입니다. (FST-삼성 협력 리포트)

반면 TSMC는 미쓰이화학(Mitsui Chemicals)과의 파트너십을 통해 imec의 기술을 통합한 차세대 CNT 펠리클 양산을 준비 중입니다. (imec-Mitsui 파트너십 발표) 결국 누가 더 빨리 CNT 펠리클을 공정에 최적화하느냐가 칩당 단가 경쟁력의 승부처가 될 것입니다.