표준연, 고분해능 주사전자현미경 개발

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2007-01-23 10:39

대전--(뉴스와이어)--“외국장비가 아닌 국산장비로는 첨단과학분야 연구개발을 할 수 없다?”

현재 국내의 과학기술관련 연구장비는 대부분 수입에 의존하고 있다. 특히, 고가의 고성능 첨단분석장비의 경우 전량 외국에서 수입하고 있으며 우리나라의 주력산업인 반도체/디스플레이산업에서도 외국장비 및 기술에 대한 의존도가 심각한 수준이다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 표준연 조양구 박사팀이 나섰다. 첨단연구분석장비 가운데 가장 핵심이 되는 주사형 전자현미경을 우리 기술로 개발함으로써 지금까지 외국에 의존하던 고급 분석장비기술을 국산화하는데 성공했다.

한국표준과학연구원(원장 정광화) 첨단연구분석장비개발사업단 조양구 박사팀이 3.5 나노미터(1 ㎚ = 10억분의 1, 머리카락 굵기의 약 10만분의 1) 분해능 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope) 국산화에 성공하였다.

이번 기술은 과학기술부 첨단연구분석장비개발사업의 지원으로 이루어졌다.

주사전자현미경(SEM : Scanning Electron Microscope)은 전자현미경내에 미세하게 집속이 된 전자 빔을 이용하여 확대화상을 표시하거나 기록하여 시료의 형태, 미세구조의 관찰이나 구성원소의 분포, 정량 등을 분석하기 위해 사용하는 장치이다. 이는 물리, 생물, 반도체 및 재료과학분야에서 물체의 미세구조 관찰 및 정밀 측정을 위해 필수적인 장비이다.

하지만 현재 이러한 장비는 전량 미국, 일본 등 해외 수입에 의존하고 있다. 특히, 반도체·디스플레이 산업의 경우 수입 의존도가 점차 심화되어 외화 유출 및 독자적인 공정기술 개발에 어려움을 겪고 있다.

또한 최근 일본의 산업체는 경기 회복이 본격화됨에 따라 첨단기술의 유출을 막아 관련 분야를 선점하기 위해 반도체, 디스플레이산업 분야에 대한 최첨단 장비 수출을 제한하고 있다. 따라서 우리의 주요 성장동력산업에 대한 경쟁력을 지키는 데 한계점이 되고 있다.

하지만 장비산업의 경우, 단기간 내에 기술을 향상시켜 원하는 장비를 개발하기가 어렵기 때문에 첨단연구장비에 대한 지속적인 연구개발 및 투자는 필수적이다.

이에 조양구 박사팀은 2005년부터 과기부, 산자부 등의 지원을 받아 산업체, 연구기관, 대학, 외국 계측기업체 등을 대상으로 수차례에 걸친 국내외 장비개발 현황 및 개발 우선순위 장비선정을 위한 실태조사를 실시하였다.

이러한 현장조사 및 그동안 축적된 측정표준기술 노하우를 바탕으로 전자현미경의 핵심부품인 고압전원, 자기렌즈, 디지털화상처리시스템, 디지털제어시스템 등을 개발하여 첨단응용장비 국산화를 위한 기반을 마련하였다.

조박사팀은 국내 산업계 및 연구현장의 어려움을 적극 반영하여 각 부품들을 우리 연구 환경에 적합하도록 설계, 제작함으로써 ‘현장 중심’의 기술개발을 실현하였다.

예를 들어, 수입장비에 비해 선명도/밝기 등을 크게 개선하였으며 장비의 사용법은 물론 문제점 발생 시 그 해결방안을 담은 매뉴얼을 제작하여 사용자 편의를 극대화하였다.

또한 기존 수입장비 구입을 위해서는 약 1억 원 이상의 비용이 소요되어 외화유출의 문제점이 지적되었지만 이번 장비는 가격을 그 절반으로 낮추어 경제성을 갖추었다.

이밖에 초, 중, 고등학생을 위한 교육용으로도 보급이 가능해 우리나라 과학교육의 발전에도 크게 기여할 것으로 보인다.

한편, 이 장치는 첨단연구분석장비 가운데 가장 핵심이 되는 장비이기 때문에 앞으로 개발될 ‘고가의 첨단연구장비 국산화’의 활로가 될 전망이다.

예를 들어, 각종 주사전자현미경의 응용제품인 전자선로광장비(e-beam lithography), 생물용 저진공 전자현미경(bio-Low Vacuum SEM), 반도체검출기장착 분석현미경(Analytical SEM) 및 자성체관측이 가능한 스핀전자현미경(SEMPA)등 많은 장비들을 국산화할 수 있을 것으로 기대된다.

이외에도 현재 300억원에 이르는 국내 전자현미경 시장에 대한 수입 대체효과와 더불어 창의적인 연구 수행에도 큰 역할을 할 것으로 보인다.

그동안 국내연구자는 연구수행 과정에서 장비를 개조하거나 변형할 경우, 해외 업체에 보내야했기 때문에 시간 및 비용 상의 손실이 부담으로 작용하였다.

하지만 이번 장비개발을 통해 첨단연구 수행에 맞는 특수 변형 및 개조가 국내에서 이루어짐으로써 창의적이고 신속한 연구 활동은 물론 시간 및 비용 절감효과까지도 거둘 수 있게 되었다.

이러한 연구결과 및 성과는 올해 각종 국내외 학회지 발표 및 특허 등록 등을 통해 그 우수성을 알릴 예정이다.

조박사팀은 올해 5월경 이 장비를 제품으로 출시할 예정이다. 이 정밀측정기술은 전라북도 지역특화사업으로 선정되었으며, 지난해 12월 중소기업 (주)엠피씨에 기술이전 되었다.

앞으로 표준연은 보다 많은 현장의 요구를 반영한 응용프로그램을 개발할 계획이다. 또한 장비의 원활한 공급과 사용을 위해 전국적인 판매·서비스망을 구축하고, 사용자를 위한 교육 및 전문가 강연 등을 지속적으로 실시할 것이다.

<전문용어>

전자선로광장비(e-beam lithography) : 전자선을 사용하여 반도체, 금속 등의 표면 위에 빛을 투여해 현상함으로써 물체를 가공하는 장비

생물용 저진공 전자현미경(bio-Low Vacuum SEM) : 일반적으로 생물을 관찰하기 위해 사용해온 고진공 방식을 벗어나 생물체의 손상을 최소화시켜 저진공 상태에서 생물체를 관측하는 장비

스핀전자현미경(SEMPA) : 하드디스크 표면 등의 자성체를 직접 관측할 수 있는 장비

한국표준과학연구원 개요
국가측정표준 정점이며 가장 앞서가는 측정을 연구하는 대덕연구단지내의 출연연구기관입니다.

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