나노 미터 수준 초미세 물체까지 측정
눈에 보이지 않는 물체를 측정하는데 일반적으로 현미경을 사용해 왔다. 그러나 사람의 눈은 70마이크로(㎛)보다 작은 물체는 볼 수 없다.
따라서 사람이 시각적으로 볼 수 있는 가시광선의 파장보다 더 작은 물체를 보려면 빛이 아닌 전자의 파동성을 이용해야 한다. 특히 높은 에너지의 전자를 이용하면 수십만 배의 배율이 가능해져 원자 하나하나를 세세하게 살펴 볼 수 있다.
최근 들어 이를 해결하기 위해 펨토초(1000조분의 1초) 레이저를 이용, X선을 발생시켜 나노미터 수준의 물체를 측정하는 방법이 대안으로 떠오르고 있다.
이러한 과정에서 반드시 필요한 것이 X선으로 이 X선은 펨토초 레이저를 기체 원자에 집속시켜 극자외선과 연엑스선의 결맞은 광원을 만들어 파동의 일정한 위상관계에 의해 발생하는 간섭현상을 통해 얻을 수 있다.
한국과학기술원(KAIST) 결맞는 엑스선연구단 남창희 교수팀은 알루미늄 엑스선 필터에 고출력 레이저를 이용해 보다 손쉽고 효율적인 X선을 얻을 수 있는 지름 10마이크로미터(㎛)의 `X선 간섭계'를 개발하는데 성공했다고 9일 밝혔다.
이 간섭계는 우수한 공간적 결맞음성을 갖는 고차조화파 엑스선과 바늘구멍 간섭계를 이용해 발생된 고차조화파 빔 파면의 위상을 측정하는 것으로 이를 통해 엑스선 빔의 파면 위상을 측정할 수 있고 X선 광학계 성능검사에도 유용하게 활용될 수 있다.
특히 초강력 펨토초(1000조분의 1초) 레이저 마당 내의 원자조작을 통한 결맞는 X선 광원 개발에도 활용될 수 있을 것으로 관심을 모으고 있다.
그동안 극자외선과 연엑스선 영역은 대부분 물질에 흡수되고 한 빔을 둘로 나누는 빛가르개(beam splitter)나 높은 반사율을 갖는 거울 같은 광학부품을 만드는데 한계를 가져 간섭계를 꾸미기 힘든 영역으로 남아 있었다.
실제로 차세대 고집적도 반도체 소자를 제작하려면 현재의 100∼200㎚의 자외선 광원보다 짧은 파장의 13나노미터(㎚)엑스선 광원을 리소그래피에 활용해야 했으나 남 교수팀이 개발한 엑스선 간섭계 덕분에 이 같은 문제를 해결할 수 있게 됐다.
또한 고차조화파 자체의 우수한 결맞음성은 차세대 반도체 산업에 필요한 나노리소그래피 공정을 측정, 검사하는데도 응용할 수 있다.
남 교수는 "결맞은 X선을 이용한 간섭계는 규모가 작고 간편하면서 효율과 성능이 우수하다는 장점을 갖고 있어 펨토초 레이저를 이용한 결맞은 X선 광원을 개발하는데 기폭제가 될 것"이라고 말했다.
그는 이어 "보다 빠른 시간에 일어나는 초고속 현상을 연구하고 보다 정밀한 수준에서 물체를 측정하는 일에 X선 간섭계가 널리 활용될 수 있는 길을 열게 됐다는 점에서 의미가 있다"고 설명했다.
한편 이 기술은 현재 미국 특허로 등록됐으며 국내와 일본에 특허를 출원중에 있다.
눈에 보이지 않는 물체를 측정하는데 일반적으로 현미경을 사용해 왔다. 그러나 사람의 눈은 70마이크로(㎛)보다 작은 물체는 볼 수 없다.
따라서 사람이 시각적으로 볼 수 있는 가시광선의 파장보다 더 작은 물체를 보려면 빛이 아닌 전자의 파동성을 이용해야 한다. 특히 높은 에너지의 전자를 이용하면 수십만 배의 배율이 가능해져 원자 하나하나를 세세하게 살펴 볼 수 있다.
최근 들어 이를 해결하기 위해 펨토초(1000조분의 1초) 레이저를 이용, X선을 발생시켜 나노미터 수준의 물체를 측정하는 방법이 대안으로 떠오르고 있다.
이러한 과정에서 반드시 필요한 것이 X선으로 이 X선은 펨토초 레이저를 기체 원자에 집속시켜 극자외선과 연엑스선의 결맞은 광원을 만들어 파동의 일정한 위상관계에 의해 발생하는 간섭현상을 통해 얻을 수 있다.
한국과학기술원(KAIST) 결맞는 엑스선연구단 남창희 교수팀은 알루미늄 엑스선 필터에 고출력 레이저를 이용해 보다 손쉽고 효율적인 X선을 얻을 수 있는 지름 10마이크로미터(㎛)의 `X선 간섭계'를 개발하는데 성공했다고 9일 밝혔다.
이 간섭계는 우수한 공간적 결맞음성을 갖는 고차조화파 엑스선과 바늘구멍 간섭계를 이용해 발생된 고차조화파 빔 파면의 위상을 측정하는 것으로 이를 통해 엑스선 빔의 파면 위상을 측정할 수 있고 X선 광학계 성능검사에도 유용하게 활용될 수 있다.
특히 초강력 펨토초(1000조분의 1초) 레이저 마당 내의 원자조작을 통한 결맞는 X선 광원 개발에도 활용될 수 있을 것으로 관심을 모으고 있다.
그동안 극자외선과 연엑스선 영역은 대부분 물질에 흡수되고 한 빔을 둘로 나누는 빛가르개(beam splitter)나 높은 반사율을 갖는 거울 같은 광학부품을 만드는데 한계를 가져 간섭계를 꾸미기 힘든 영역으로 남아 있었다.
실제로 차세대 고집적도 반도체 소자를 제작하려면 현재의 100∼200㎚의 자외선 광원보다 짧은 파장의 13나노미터(㎚)엑스선 광원을 리소그래피에 활용해야 했으나 남 교수팀이 개발한 엑스선 간섭계 덕분에 이 같은 문제를 해결할 수 있게 됐다.
또한 고차조화파 자체의 우수한 결맞음성은 차세대 반도체 산업에 필요한 나노리소그래피 공정을 측정, 검사하는데도 응용할 수 있다.
남 교수는 "결맞은 X선을 이용한 간섭계는 규모가 작고 간편하면서 효율과 성능이 우수하다는 장점을 갖고 있어 펨토초 레이저를 이용한 결맞은 X선 광원을 개발하는데 기폭제가 될 것"이라고 말했다.
그는 이어 "보다 빠른 시간에 일어나는 초고속 현상을 연구하고 보다 정밀한 수준에서 물체를 측정하는 일에 X선 간섭계가 널리 활용될 수 있는 길을 열게 됐다는 점에서 의미가 있다"고 설명했다.
한편 이 기술은 현재 미국 특허로 등록됐으며 국내와 일본에 특허를 출원중에 있다.
