[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 국산 장비를 이용해 반도체 산화막의 두께를 측정하는 국제기준을 마련하는데 성공했다. 연구진은 국내 반도체 소자업체에 최고 수준의 측정 신뢰성을 부여함으로써 외국 기업이 따라올 수 없는 초격차 기술을 더욱 확대할 것이라고 기대하고 있다. 한국표준과학연구원(KRISS)은 소재융합측정연구소 표면분석팀이 중에너지이온산란분광기(MEIS)를 이용해 1㎚(10억분의 1m) 이하 반도체 산화막의 절대 두께를 정밀하게 측정할 수 있음을 세계 최초로 확인했다고 30일 밝혔다. 국내 중소기업 케이맥(주)이 개발한 MEIS는 국제도량형위원회(BIPM) 물질량자문위원회(CCQM) 공동연구인 파일럿 연구에서 나노박막 두께측정의 새로운 기준으로 인정받았다. 엑스선반사측정기(XRR)에 의한 기준 두께 결정에 문제가 발생해, 세계 국가측정표준기관 전문가들의 협의를 통해 MEIS를 활용해 기준 두께를 결정한 것이다. 이 기술은 국제회의에서 하프늄산화막의 기준 두께를 결정하는 방법으로 채택되는 등 국제기준으로 활용되기 시작했다. KRISS 김경중 책임연구원은 "이번 성과의 핵심은 반도체 산화막의 초정밀 절대 두께를 측정할 수 있는 국산 첨단 측정 장비의 가능성을 확인한 것"이라고 설명했다. 반도체 집적회로 제조 공정에서는 기판 산화막을 얇고 균일한 두께로 제어하는 것이 매우 중요하다. 산화막은 표면을 보호함과 동시에 전자의 이동을 조절하는 등 반도체의 전자특성 및 회로설계의 핵심적 기능이다. 지금까지 반도체 공정에서는 투과전자현미경(TEM), 분광타원계측기(SE), XRR 등으로 산화막 두께를 측정했다. 문제는 이렇게 측정한 산화막의 두께가 실제 두께와 큰 차이를 보였다는 것이다. 연구진은 그동안 반도체 산화막 두께측정의 기준으로 활용되던 XPS의 경우 측정 기준으로 활용되기 어렵다는 것을 밝혀내고, MEIS를 그 대안으로 제시했다. 연구진은 두께측정에 대한 체계적인 비교 연구를 통해 MEIS의 경우 XPS와 다르게 두께 결정 기준이 변화되지 않는다는 사실을 실험을 통해 증명했다. 김경중 책임연구원은 "차세대 반도체 소자의 수율을 높여 국내 기업의 생산성 향상에도 도움이 되도록 최선을 다하겠다"고 말했다. 이번 연구결과는 측정과학 분야의 세계적 학술지인 '어플라이드 서페이스 사이언스(Applied Surface Science)'에 게재됐다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국표준과학연구원(KRISS)이 국내 중소기업 기술로 개발한 첨단 측정장비를 통해 반도체 측정 난제인 산화막 두께를 측정하는 데 성공했다. 중소기업 케이맥㈜의 측정장비로 해결한 이번 성과는 수입 의존도가 높은 반도체 장비 시장에서 국산 장비의 우수성을 알리고 보급을 활성화할 것으로 기대된다. KRISS 나노구조측정센터 김경중 책임연구원팀은 국산 장비인 중에너지이온산란분광기(MEIS)를 이용, 나노미터(nm)급 산화막의 두께를 측정할 수 있는 상호보정법을 완성했다고 23일 밝혔다. 국가표준기술력향상사업을 통해 ISO 국제표준으로 제정될 예정이다. 김경중 책임연구원팀은 측정기술인 상호보정법을 2008년 처음 제시, 10년 이상의 연구 끝에 완벽한 산화막 절대두께 측정기술을 완성했다. 상호보정법은 2가지 방법을 사용해 측정결과의 정확도를 높이는 기술이다. 연구팀은 이번 기술에 국내 중소기업의 MEIS 장비를 활용했다. 재현성이 좋은 MEIS로 산화막 두께를 측정한 다음, 길이 단위의 소급성을 갖는 TEM의 측정 결과로 보정한 것이다. 이번 성과는 이미 검증된 측정결과와의 비교를 통해 그 우수성이 입증됐다. 국제도량형위원회(CIPM) 물질량자문위원회(CCQM)가 주관하는 세계 측정표준기관들의 공동연구에서 결정된 하프늄산화막(HfO2)의 두께와 연구팀이 측정한 두께를 비교한 결과, 1% 수준의 차이에서 정확하게 일치하는 것을 확인한 것이다. KRISS 김경중 책임연구원은 "일본의 수출규제 등으로 인한 경제 위기 상황에서 반도체 소재 개발을 위해 국가측정표준기관이 나선 좋은 사례"라며 "중소기업과의 협력으로 탄생한 이번 기술은 반도체 산업 현장에 활용되어 차세대 반도체 소자의 생산 수율을 크게 향상시킬 것"이라고 강조했다. 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업(CAP)의 지원을 받은 이번 연구결과는 측정과학분야의 세계적 학술지인 메트롤로지아에 온라인 게재됐다. 한편, 반도체 공정에서 집적회로를 만드는 데 사용하는 웨이퍼는 표면에 얇고 균일한 산화막을 형성하는 것이 매우 중요하다. 산화막은 웨이퍼 표면을 보호함과 동시에 전류의 흐름을 제어하는 역할을 하며, 산화막이 형성된 웨이퍼 위에 반도체 설계 회로가 그려진다. 따라서 산화막의 두께를 유지하고 정확히 측정하는 것은 반도체의 수율을 결정짓는 핵심 요인으로 꼽힌다. 실제 산화막 문제로 12인치 웨이퍼 한 장만 결함이 발생해도 약 수천만원대의 피해를 초래할 수 있다. 현재 현장에서는 1nm 내외의 산화막 두께를 4% 이하 불확도로 정확하게 측정해야만 반도체 품질 유지가 가능하다고 판단하고 있다. 지금까지 반도체 공정에서는 투과전자현미경(TEM), 분광타원계측기(SE), 엑스선반사측정기(XRR) 등으로 산화막 두께를 측정했다. 문제는 이렇게 측정한 산화막의 두께가 실제 두께와 큰 차이를 보였다는 것이다. 장비 사용이 어렵고 품질 확보에도 불확실성이 생겨 산화막 측정은 반도체 소자 제작에서 커다란 근심거리로 남아있었다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

안경과 렌즈에서 벗어날 수 있는 대표적인 방법인 라식수술은 레이저를 이용해 각막을 절삭하는 수술로 각막절편을 만들 때 눈물 분비에 필요한 각막신경이 일시적으로 손상 받게 된다. 손상된 신경이 재생되기 까지는 비교적 많은 시간이 필요하고 이로 인해 안구건조증이 나타날 수 있다.하지만 최근에는 ‘슈퍼 가우시안빔 레이저’ 방식의 ‘10초대 라식수술’이 도입되면서 기존 레이저시력교정수술의 단점이었던 야간 빛 번짐 현상이나 안구건조증 유발을 획기적으로 개선 하였다.기존 라식수술에서 쓰이던 엑시머레이저에 비해 속도가 2배 이상 빠른 초고속 레이저가 탑재되어 있으며, 수술 시 레이저 조사시간을 10초대로 단축시킨 수술법이다.0.54mm의 가장 작은 레이저 빔 사이즈로 부드러우면서도 정확한 레이저 조사가 가능할 뿐 아니라 오차 없는 0.5mm의 레이저 스팟 사이즈를 통해 가장 정교하게 각막을 조사할 수 있다.이와 함께 수술 중 레이저 펄스가 각막을 조사하는 위치를 최적 분배해 각막 손상을 최소화하며, 초정밀 실시간 각막 두께 측정기를 통해 각막 절편의 생성 전후의 각막 두께 변화를 계산해 레이저 연마 직전에 수술의 계속 여부를 판단할 수 있어 수술의 안정성을 극대화하고 있다.또한, 안구의 움직임을 100% 추적하기 때문에 수술에 대한 막연한 두려움이나 수술 후 부작용을 걱정하는 사람들에게 적합하다. 수술을 두려워하는 사람은 긴장을 많이 하기 때문에 수술 시 안구의 떨림이나 회전이 많을 수 있는데, 6차원 입체 안구추적장치로 수술 진행 시 이러한 안구의 움직임과 동공의 이동까지 추적해 정확하고 안전한 시술이 가능하다.강남아이언스안과의 좌운봉원장은 “10초대 라식수술은 각막 조직의 손상이 적어 빛 번짐이나 안구건조증 등의 부작용이 거의 발생하지 않으며 각막확장증과 부정난시 등의 부작용도 함께 해결할 수 있는 수술법”이라며 “선명하고 정확한 시력회복을 기대 할 수 있을 뿐 아니라 통증이 적어 환자들의 만족도가 높다”고 말했다.한편 강남 아이언스안과에서는 안전한 시력교정수술을 보증하는 4대 보증서를 수술 받는 모든 환자에게 발행하고 있어 눈길을 끌고 있다. 안전수술보증서, 목표시력 보증서, 평생고객만족관리 보증서, 50항목 정밀검사 결과 보증서이다.

기존 반도체 산업용 장비보다 반도체 두께를 빠르고 정밀하게 측정할 수 있는 기술이 개발됐다. 한국표준과학연구원은 나노이미징기술센터 편광계측팀이 0.03㎚(나노미터·1㎚=10억분의 1m) 수준의 박막 두께 차이를 정확히 측정할 수 있는 초고속 다채널 분광 타원계측기 개발에 성공했다고 16일 밝혔다. 다채널 분광 타원계측기는 반도체 및 디스플레이 등 나노 두께의 박막을 측정하는데 활용하는 장치. 기존 반도체 산업용 장비보다 측정 속도가 5배 이상 빠르면 약 2000개에 달하는 데이터 스펙트럼을 동시 측정하는 데 걸리는 최소시간도 9ms(밀리세컨드·1000분의 1초)로 매우 짧은 것이 특징이다. 특히 새로운 오차보정 기술을 개발해 나노박막 두께 측정 분해능(정밀도)을 0.03㎚ 수준까지 향상시켰다고 연구진은 설명했다. 나노이미징기술센터 조용재 박사는 “이 기술은 차세대 반도체 및 디스플레이 분야의 경쟁력 향상에 크게 기여할 전망”이라며 “국내 반도체 측정기술 로드맵에서 박막 두께 측정분야에 대한 2014년도 목표를 달성한 것”이라고 설명했다. 이번 기술 개발은 교육과학기술부 기관주요사업 및 나노메카트로닉스사업단 지원을 받아 진행됐다. /pado@fnnews.com허현아기자

기존 반도체 산업용 장비보다 반도체 두께를 빠르고 정밀하게 측정할 수 있는 기술이 개발됐다. 한국표준과학연구원은 나노이미징기술센터 편광계측팀이 0.03㎚(나노미터·1㎚=10억분의 1m) 수준의 박막 두께 차이를 정확히 측정할 수 있는 초고속 다채널 분광 타원계측기 개발에 성공했다고 16일 밝혔다. 다채널 분광 타원계측기는 반도체 및 디스플레이 등 나노 두께의 박막을 측정하는데 활용하는 장치. 기존 반도체 산업용 장비보다 측정 속도가 5배 이상 빠르면 약 2000개에 달하는 데이터 스펙트럼을 동시 측정하는 데 걸리는 최소시간도 9ms(밀리세컨드·1000분의 1초)로 매우 짧은 것이 특징이다. 특히 새로운 오차보정 기술을 개발해 나노박막 두께 측정 분해능(정밀도)을 0.03㎚ 수준까지 향상시켰다고 연구진은 설명했다. 나노이미징기술센터 조용재 박사는 “이 기술은 차세대 반도체 및 디스플레이 분야의 경쟁력 향상에 크게 기여할 전망”이라며 “국내 반도체 측정기술 로드맵에서 박막두께 측정분야에 대한 2014년도 목표를 달성한 것”이라고 설명했다. 이번 기술 개발은 교육과학기술부 기관주요사업 및 나노메카트로닉스사업단 지원을 받아 진행됐다. /pado@fnnews.com허현아기자

에스엔유프리시젼은 LCD, OLED, 태양광, 반도체 산업 등에서 투명한 박막 두께를 Nano급 3차원으로 측정할 수 있는 '두께 측정방법' 특허권을 취득했다고 12일 공시했다. /moon@fnnews.com 문영진기자

<사진은 정과부 화상> 10억분의 1m(나노미터)를 정확히 잴 수 있는 기술이 나왔다. 한국표준과학연구원 김경중 박사는 반도체 소자 공정에서 가장 중요한 난제 중 하나인 산화막의 나노미터 수준의 두께를 정밀하게 측정하는 기술을 개발했다고 4일 밝혔다. 이 결과는 메트롤로지아 최근호에 게재됐다. 김 박사는 나노 미터 측정에 엑스선광전자분광법(XPS)를 이용했다. 이 방법은 엑스선에 의해 방출되는 전자의 에너지를 관찰해 표면의 수 나노미터 영역에 존재하는 원소의 종류, 상대 조성, 화학 상태 및 박막의 두께 등을 분석하는 방법으로 대표적인 표면분석법의 하나다. 김 박사는 또 XPS와 절대 두께측정법인 고분해능 투과전자현미경(TEM)의 장점을 활용한 상호보정법으로 나노미터의 산화막 두께 측정 소급체계를 확립했으며 박막 두께 측정용 인증표준물질도 개발했다. 김박사는 “그동안 나노미터 산화막 두께 측정 기준에 대해 미국, 일본, 영국 등 세계 각국의 의견대립이 팽팽히 맞섰지만 개발된 기술을 통해 국제적 합의를 도출할 수 있을 것”이라며 “차세대 반도체 산업을 위한 필수 기반기술로 활용될 전망”이라고 말했다. /economist@fnnews.com이재원기자

[파이낸셜뉴스] 해양수산부와 극지연구소는 북극 해빙(海氷)의 두께를 추정할 수 있는 기술을 개발했다고 8일 밝혔다. 해빙은 북극으로 유입되는 태양 빛을 반사해 지구의 온도를 낮추는 '거울판' 역할을 한다. 지구온난화로 해빙이 녹으면서 북극해는 더 많은 태양 빛을 흡수하고 있다. 이에 따라 따뜻해진 북극의 바다와 대기가 한반도를 포함한 중위도에 영향을 미쳐 한파 등 이상기후로 이어진다. 해빙의 면적은 태양 빛을 반사하는 거울판의 크기를 결정한다. 이 크기는 지구의 온도에 직접적인 영향을 미친다. 1970년대 후반부터 인공위성을 활용한 해빙 면적의 관측이 활발히 이뤄졌다. 특히 2019년 관측 결과로 지난 40년간 북극 해빙 면적의 약 40%가 감소한 사실도 밝혀졌다. 해빙의 변화를 정확하게 분석하기 위해서는 면적 뿐만 아니라 두께 정보가 필수다. 두꺼운 해빙은 천천히, 얇은 해빙은 더 빨리 녹기 때문이다. 하지만 인공위성은 해빙 표면만 직접적으로 확인할 수 있어 두께를 확보하는 데는 한계가 있었다. 이에 극지연구소 김현철 박사 연구팀은 '수동형 마이크로파 위성 관측'을 이용한 두께 추정 방법을 개발했다. 해빙이 두꺼울수록 해빙에서 방출되는 마이크로파는 더 긴 구간을 통과해야 하기 때문에 더 많이 퍼진다. 이에 따라 마이크로파 신호를 수신하는 위성으로 해빙의 산란 정도를 알게 되면, 역으로 해빙의 두께를 추정할 수 있다. 이번에 개발한 해빙 두께 추정 방법은 과거 다른 위성에서 확보한 자료에도 적용할 수 있다. 이번 연구에서 사용된 자료는 20여 년 전부터 관측을 수행한 위성 자료로, 새로운 해빙 두께 추정 방법을 사용하면 지난 20년간의 겨울철 북극 해빙 두께도 추정할 수 있을 것으로 보인다. 또 두께 추정으로 수면 아래에 있는 해빙의 부피까지 확인할 수 있고, 이를 통해 기후변화에 따라 북극 해빙의 부피가 얼마나 사라졌는지, 앞으로 어떻게 변화할 것인지 더 정확히 예측이 가능하다.  연구팀은 두께 추정방법을 활용해 여름철 북극 해빙의 변화를 정확히 확인할 계획이다.  조승환 해수부 장관은 "극지연구소는 인공위성을 이용한 원격탐사 등 북극 연구에 꾸준히 매진해 왔고, 이를 기반으로 북극 해빙 두께를 계산하는 혁신적인 방법을 개발했다"며 "앞으로도 관련 연구를 지원해 기후변화가 북극에 미치는 영향을 보다 정밀하게 진단하고 대응할 수 있도록 하겠다"고 말했다. 한편 이번 기술은 지난달 국제 학술지인 'Journal of Atomospheric and Oceanic Technology(대기와 해양기술)'에 게재됐다. honestly82@fnnews.com 김현철 기자

국립부경대학교 의공학전공 임해균 교수(사진)와 성영호 학생 연구팀은 가톨릭대학교 이오준 교수, 미국 연구팀과의 글로벌 공동연구를 통해 상수관 파이프의 부식과 파이프 내의 수질을 동시에 측정할 수 있는 시스템을 개발했다고 29일 밝혔다. 이 연구 성과를 담은 논문은 네이처 자매지 클린워터(npj Clean Water)에 최근 실렸다. 파이프 부식으로 발생하는 산화철 침전물은 물을 오염시켜 위장 감염, 피부 문제, 림프절 합병증과 같은 심각한 건강 문제를 유발할 수 있다. 부식으로 파이프 벽이 약화하면 누수나 파열의 위험이 증가해 수리비용 증가와 물 공급 중단을 초래할 수 있다. 이에 따라 파이프 상태를 조기에 파악하고 적절한 유지보수를 실시함으로써 수질을 보호하고 파이프의 수명을 연장할 수 있는 비파괴적이고 지속적인 부식 모니터링이 가능한 평가방법이 요구돼 왔다. 기존 부식 평가 방법은 파이프를 훼손하거나 시스템을 중단시켜야 하는 경우가 많아 경제적 비효율성을 초래하는 한계가 있었다. 연구팀은 초음파와 인공지능을 이용해 비파괴적이며 지속적인 모니터링이 가능한 이중진단시스템을 개발했다. 고주파 초음파 현미경(SAM)을 활용해 고해상도 파이프 두께 이미지를 생성해 파이프 부식 정도를 모니터링하는 데 성공했다. 동시에 합성곱 신경망(CNN)을 통해 배관 내 초음파 신호를 분석해 물속 산화철 농도를 측정하는 데 성공했다. roh12340@fnnews.com 노주섭 기자

[파이낸셜뉴스] 국립부경대학교 의공학전공 임해균 교수와 성영호 학생 연구팀은 가톨릭대학교 이오준 교수, 미국 연구팀과의 글로벌 공동연구를 통해 상수관 파이프의 부식과 파이프 내의 수질을 동시에 측정할 수 있는 시스템을 개발했다고 29일 밝혔다. 이 연구 성과를 담은 논문은 네이처 자매지 클린워터(npj Clean Water)에 최근 실렸다. 파이프 부식으로 발생하는 산화철 침전물은 물을 오염시켜 위장 감염, 피부 문제, 림프절 합병증과 같은 심각한 건강 문제를 유발할 수 있다. 부식으로 파이프 벽이 약화하면 누수나 파열의 위험이 증가해 수리 비용 증가와 물 공급 중단을 초래할 수 있다. 이에 따라 파이프 상태를 조기에 파악하고 적절한 유지보수를 실시함으로써 수질을 보호하고 파이프의 수명을 연장할 수 있는 비파괴적이고 지속적인 부식 모니터링이 가능한 평가 방법이 요구돼 왔다. 기존 부식 평가 방법은 파이프를 훼손하거나 시스템을 중단시켜야 하는 경우가 많아 경제적 비효율성을 초래하는 한계가 있었다. 연구팀은 초음파와 인공지능을 이용해 비파괴적이며 지속적인 모니터링이 가능한 이중진단시스템을 개발했다. 고주파 초음파 현미경(SAM)을 활용해 고해상도 파이프 두께 이미지를 생성해 파이프 부식 정도를 모니터링하는데 성공했다. 동시에 합성곱 신경망(CNN)을 통해 배관 내 초음파 신호를 분석해 물속 산화철 농도를 측정하는 데 성공했다. roh12340@fnnews.com 노주섭 기자