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'초미세공정' 향하는 반도체를 들여다보는 눈, '주사전자현미경'

소형화 실현…원자 수준까지 관측 가능

반도체·디스플레이·이차전지 등의 공정이 100nm(나노미터) 수준으로 작아졌다. 이와 같은 초미세공정을 모니터링하거나 개발 및 생산 단계의 분석을 위해 전자현미경(Electron Microscope, EM)이 활용되는 추세다.
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'초미세공정' 향하는 반도체를 들여다보는 눈, '주사전자현미경' - 산업종합저널 전시회


반도체·디스플레이 공정에서 필수…전망 밝아

전자현미경은 이미징 방식에 따라 물질의 표면 정보를 관찰할 수 있는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)​과 표본을 투과해 내부 조직의 미세한 구조를 관찰할 수 있는 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM)​으로 분류된다.

이 중 반도체 소자와 회로망의 품질검사 등 다양한 산업 분야에서 주사전자현미경이 활용되며 영역을 확장하고 있다.

이달 7일 일산 킨텍스(KINTEX)에서 열린 '나노코리아 2021(NANO KOREA 2021)'에 참가한 (주)이공교역은​ 주사전자현미경을 주력으로 하는 업체다. 이 회사 강다루 과장은 전자현미경이 원자 수준 혹은 그 이하의 크기도 확인할 수 있는 만큼, 전기전자 부품 R&D는 물론, 양산 공정 중에 사용하기 적합하다고 설명했다.

"특히 반도체의 경우 더 작고, 더 빽빽하게 칩(Chip)층을 쌓아올릴 수 있는지가 기술의 핵심이다. 이를 확인하기 위해서 전자현미경이 필수"라고 밝힌 강 과장은 "디스플레이의 경우 OLED 제조 공정 중 내부에 이물질이 들어갔는지 확인하기 위해 전자현미경이 필요하다"고 첨단 산업에서 전자현미경의 필요성을 강조했다.

이어 "우리나라 반도체와 디스플레이 시장이 지속해서 성장하고 있으므로, 두 산업의 제조 공정에 활용되는 전자현미경 시장도 성장할 것"이라고 향후 전자현미경 시장을 전망했다.

'초미세공정' 향하는 반도체를 들여다보는 눈, '주사전자현미경' - 산업종합저널 전시회


일반 전자현미경과 성능 차 좁힌 탁상형 전자현미경

주사전자현미경은 전자선(electron beam)을 쏘기 때문에 전자총 및 전자검출기 같은 장치가 필요하고, 미세한 크기를 확대해야 하기 때문에 많은 렌즈가 필요하다. 이에 책상과 천장 사이를 메꿀 정도로 크기가 컸던 것이 일반적이었다. 그러나 최근에는 주사전자현미경의 크기도 탁상에 올려놓을 수 있을 정도로 소형화가 이뤄지고 있다.

동일한 전시회에 참가한 (주)밥코리아는 이번 전시회에서 기존 주사전자현미경을 소형화한 탁상형 주사전자현미경(Mini SEM)을 선보였다.

이 회사 김진솔 과장은 "기존 탁상형 전자현미경은 10만 배가 최대 확대 배율이었으나, 최근 15만 배율까지 확대가 가능해졌다"며 일반 전자현미경과 비교했을 때 1/3수준이었던 배율이 절반 수준으로 향상돼 탁상형 전자현미경과 일반 전자현미경의 성능 차가 많이 좁혀졌다고 설명했다. ​

김 과장은 "일반 전자현미경 가격의 1/3 정도여서 기존에 높은 가격으로 인해 구매하지 못했던 사람도 구입할 수 있고, 일반 전자현미경만큼 고배율 사양이 필요 없는 경우 탁상형 전자현미경 두 대를 사서 사용할 수 있다"며 "사용자에게는 선택지가 넓어진 셈"이라고 밝혔다.

이어 ​탁상형 전자현미경의 전망에 대해 "탁상형 전자현미경이 개발된 후, 기업 및 연구소에서 주요 분석기관에 의뢰하는 대신, 직접 구매해서 사용하는 방향으로 변화하고 있다"며 "아직 모든 업체들이 알고 있는 상황이 아니기 때문에 계속해서 판매량이 증가할 것"이라고 예측했다.
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