KITECH 생산기술 전문지

최근 제조업에서는 제품의 품질과 신뢰성을 확보하기 위해 미세 단면 분석의 중요성이 점차 커지고 있으며, 특히 반도체, 디스플레이, 이차전지 등 다양한 산업 분야에서는 높은 정밀도와 대면적의 분석이 요구된다. 이러한 요구를 충족하기 위해 널리 사용되는 집속이온빔(focused ion beam; FIB) 기술은 뛰어난 정밀도를 제공하나, 대면적 가공에서 속도가 느려 효율성에 한계가 있다. 본 연구는 펨토초 레이저 가공 기술을 활용하여 FIB 가공 시간을 단축하고, 레이저 가공 과정에서 발생하는 테이퍼 각도를 줄이는 방법을 제안한다. 펨토초 레이저 가공은 기존 FIB 방식에 비해 수백 배 빠른 속도로 재료를 제거할 수 있으며, 열적 손상을 최소화하면서 미세한 가공이 가능하다. 그러나 레이저 가공 시 발생하는 테이퍼 각도는 후속 FIB 밀링 작업에 필요한 가공량을 증가시키는 주요 요인이 된다. 본 연구에서는 입사각(angle of incidence; AOI)을 조절함으로써 레이저 가공된 측벽의 테이퍼 각도를 효과적으로 줄여, FIB 밀링 시간을 대폭 단축할 수 있는 최적의 가공 조건을 도출하였다. 실험 결과, AOI를 8°로 설정한 경우 테이퍼 각도가 27.9°에서 2.5°로 감소하였으며, 이에 따라 FIB 밀링 시간이 약 90% 감소하였다. 동시에 가공된 표면의 품질도 우수하게 유지되었다. 본 연구 결과는 제조 현장에서 단면 분석 시편 제작의 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 효과적인 방법을 제시하며, 다양한 산업 분야에서 레이저 가공의 효율성을 극대화하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.