표준연, 헬룸이온현미경 이온빔 원천기술 개발

산화막 역으로 활용해 3원자 탐침 만들어

식각 전의 다원자 탐침(왼쪽)은 넓은 면적에서 여러 방향으로 이온빔을 방출하는 반면,이번에 개발한 탐침(오른쪽)은 매우 좁은 면적(3개 원자)에서 고휘도의 이온빔을 방출한다.

한국표준과학연구원(KRISS)이 차세대 현미경으로 주목받는 헬륨이온현미경의 이온빔(ion beam) 원천기술을 개발했다.

이온빔은 이온으로 된 빔 형태의 입자로 이온현미경은 이온빔을 광원으로 사용한다.

표준연 광전자융합장비팀 박인용 선임연구원팀은 자체 설계한 이온원 장치를 이용, 3원자 탐침에서 이온빔 생성에 성공했다.

탐침 끝 부분 원자의 개수가 작을수록 고휘도의 집속(빛이 한곳으로 모이는 것) 된 이온빔이 방출되고 더욱 밝은 이미지를 얻을 수 있다.

헬륨이온현미경은 전자현미경 수준인 나노미터 이하의 영상 분해능은 물론, 전자현미경에서 하지 못하는 10나노미터 이하의 정밀가공까지 가능하다는 점이 특징이다.

헬륨이온현미경의 높은 분해능을 구현하기 위해서는 이온원의 정교한 설계가 핵심이다. 이온원의 탐침을 첨예하게 만들어 이온빔이 방출되는 면적이 극도로 좁아야하기 때문이다. 뾰족한 탐침의 비결은 탐침 끝부분에 최소한의 원자를 남기는 것이다.

정교한 탐침 제작을 방해하는 대표적인 요인이 산화막이다. 연구팀은 제거 대상이었던 산화막을 역으로 활용, 3원자 탐침을 개발하는 데 성공했다. 산화막이 포함된 절연층을 열처리로 제거하지 않고, 오히려 절연층의 산소를 응용해 탐침을 뾰족하게 식각했다.

이번 성과는 이제 국내에서도 세계 최고 수준의 현미경을 만들 수 있는 기반이 구축되었다는 점에서 의미가 크다. 또 기존 장비에서 고온 가열 부분 자체를 배제할 수 있어 훨씬 간단하면서도 효율적으로 이온빔을 생성할 수 있다.

박인용 KRISS 선임연구원은 “이번에 개발한 장비는 기존 방법보다 단계를 대폭 줄인 이온빔 원천기술로 외산 측정장비에 의존하고 있는 국내 시장의 경쟁력을 크게 향상할 것”이라고 말했다. 이어 “탐침의 원자 수를 1개로 줄여 세 배 이상 밝은 단원자 탐침을 안정적으로 구현하는 것이 궁극적인 목표”라고 밝혔다.
이해미 기자 ham7239@