정밀 가공 분야에서 많은 장비의 발전 및 새로운 공정 기술 등이 개발되면서 초정밀 가공 기술에 대하여 많은 연구가 행해지고 있는데, 그 중X-선을 이용하여 나노/마이크로 크기의 구조물 및 정밀 소자 등을 가공하는 차세대 기술을 LIGA 기술이라 일컫습니다.
LIGA 공정기술을 이용하면 기존의 기계가공으로 제작이 불가능한 마이크로미터 크기 또는 그 이하의 구조물 및 금형 제작이 가능하며, 여러응용공정으로 복합형상의 대면적 마이크로 구조물의 제작도 가능합니다.
----------------------------------------------------------------------------------
방사광을 이용한 MicroMachining
지금 선진 각국에서는 Synchrotron Radiation(이하 방사광)을 이용한 첨단과학 기술의 개발연구가 괄목할만한 성과를 쌓아가고 있고, 다음 세기에는 새로운 기술혁신, 신 산업의 구축이 확실시되어가고 있다. 방사광을 이용한 응용연구로서는 이미 알려져 있는 X-ray lithography 기법을 이용한 반도체 개발에 응용을 시작으로 최근에 주목을 받고있는 연구분야로서 LIGA공정을 이용한 마이크로머시닝(micromachining)이다.
독일 칼수루에(Kalsruhe) 원자핵연구소에서 우라늄 동위원소를 분리하기위해 Slot nozzle을 제작하는 과정에서 처음으로 개발 되었던 공정으로 방사광을 이용해 상대적으로 두꺼운 X-ray 감광재(感光材)에 필요한 패턴을 노광, 현상한 후 도금, 몰딩을 통해 3차원 구조체를 제작할 수 있다.
폭 수 ㎛ 에서 깊이 수 mm또는 cm까지의 High Aspect Ratio ( 높이와 폭의 비: > 100 )를 가지며 측면 거칠기가 sub-㎛ 의 초소형 정밀 미세 구조물 제작의 실현이 가능하다.
LIGA공정을 이용해 제작한 마이크로 노즐
LIGA(LIthographie, Galvanoformung, Abformung)공정은 X-ray 식각기술 (X-ray lithography), 정밀도금기술(Electroplating), 정밀 사출기술(Moulding)의 기본 공정으로 이루어지며 이중 가장 중요한 것은 식각에 사용하는 방사광 광원의 특성이다.
싱크론트론 방사광은 강도가 기존의 광원보다 적어도 수만배 이상의 강한 펄스광원이며, 평행성이 매우 좋아 퍼짐이 아주 작고, 연속 에너지 스펙트럼을 가지고 있고, 고진공에서 방생하는 아주 깨끗함 광원이라는 탁월한 특성을 가지고 있다. 따라서 기존의 광원에 비해 노광시간을 극단적으로 줄일 수 있고, 퍼짐이 매우 작아 높은 고폭비의 구조의 실현이 가능하다. 또한, 임의의 파장역을 선택함으로써 마스크 기판의 자유도를 증가시킬 수가 있어, 싱크로트론 방사광이야 말로 LIGA공정에 최적의 X-선 광원이라고 할 수 있다.
마이크로 머시닝 기술개발 연구는 방사광 관련 연구와 x-ray lithography 관련 연구를 기초로 하여 미소 기계, 미소 전자전기 제품을 개발하여 앞으로 전개될 21세기 마이크로 머신 시대에 맞추어 관련산업의 기술력을 확보하여 국가 경쟁력을 높이는데 초점을 두고 있다. 현재 마이크로 머시닝기술과 관련되어 주목을 하고 있는 응용분야로는 미래의 광통신분야에 사용잠재력이 큰 광부품의 응용을 비롯해 항공우주분야와 같이 중량대비 비용의 효과가 큰 분야, 인체내의 진단 및 치료를 위한 마이크로 켚슐 제조 등의 의용분야, 적진탐지용 미소 정찰기의 개발과 같은 군사분야 등 많은 분야에 응용 연구가 진행되고 있다.
아직까지 LIGA 기술을 이용하여 요소부품을 제작하거나 판매한 적이 없어 그 시장을 조사할 수는 없으나 지금까지 조사된 미국 및 일본의 마이크로 머신 시장을 그 예로 들면 1988년부터 1994년까지 연간 시장 증가율이 평균 17%를 나타내고 있으며, 일본 시장의 경우 해마다 15%정도의 고성장을 보이고 있다. 최소한 같은 추세로 성장한다고 가정하면 2000년대에의 미국 및 일본 시장은 각각 36억 달러와 1600억엔 규모를 갖게 될 것으로 예상된다. 최근의 유럽 LIGA 협회의 조사에 의하면 수백억 파운드의 세계시장이 앞으로 20여년 내에 전개되리라는 보고도 있었다. 따라서 유럽, 미국 일본 시장 증가율을 고려하면 앞으로 수년내에 전체 세계시장의 1/3 정도를 마이크로 머신 분야가 차지 할 것으로 예상된다. 이와 같이 현재 가시적인 효과는 없으나 수년 내에 마이크로 머신 분야의 수요는 폭발적으로 증가가 있을 것으로 예상되어 진다.
세계적으로 LIGA공정을 주도하고 있는곳이 독일의 IMM(Institute of Microtechnology Mainz)과 미국의 Wisconsin 대학의 UW-MEMS이다. 이곳에서 방사광을 이용한 LIGA공정에 의한 마이크로머시닝 관련 첨단 과학기술의 기초 및 응용 개발기술이 수행되어 많은 연구결과가 보고되고있다.
우리나라는 리가 전용 빔라인이 1998년 말 준공이 되어 현재 운전 중에 있다. 이것은 국내 연구자들을 위해 개방되는 연구시설로서 완성되면 국내에서도 LIGA공정에 대한 연구 및 기술개발이 적극적으로 진행될 것으로 기대되며 마이크로 머신 분야에서도 선진국을 따라잡는데 매우 유리한 환경을 제공할 것이다.
댓글 없음:
댓글 쓰기