마이크로 렌즈나 마이크로 화학칩 등 미세가공된 유리에 대한 요구가 커지고 있다. 단단하고 잘 깨지는 유리는 미세가공 자체가 어렵지만 연구개발 단계에서는 이 ‘난문(難問)’에 도전, 여러 가지 성과가 나오고 있다. 그 중에서 유리의 새로운 미세가공법으로서 기대할 수 있는 세 가지를 실었다. (東工大) 금속박을 얹고 광조사로 순식간에 변질 東京공업대학의 戶倉和 교수, 比田井洋史 조교 등은 빛을 조사하는 것만으로 유리의 성질을 바꿀 수 있는 기술을 개발했다. 금속박을 얹은 유리에 아르곤이온 레이저를 아래쪽에서 수직으로 쏘아 ‘조사흔’을 새기는 것으로 빛이 닿은 임의의 장소만을 순간적으로 변질시킨다. 아르곤이온 레이저는 파장 500나노미터 전후에서 연속발진, 금속박의 표면에서 직경 수십 마이크로미터로 좁혀진다. 금속박은 구리박을 사용했다. 빛을 잘 반사하지 않고 열에 잘 견디는 재료라면 금속이 아니라도 괜찮다고 한다. 실험에서는 구리박을 얹은 두께 2밀리미터의 유리 아래에 두께 10밀리미터의 유리를 겹쳤다. 이들의 아래쪽에서 구리박 표면에 직경 30마이크로미터로 좁혀지는 레이저광을 매초 500마이크로미터의 속도로 곧장 주사시킨 결과, 양쪽 유리 내부에 500마이크로미터 간격으로 ‘조사흔’이 연속적으로 생겼다. 이 간격은 주사의 속도나 금속박의 재질에 따라 바꿀 수 있으며, 지금까지 다른 실험에서 100마이크로미터 이하의 간격도 달성했다. 구리박에 접한 유리는 조사로 갈라지지만, 그 아래쪽 유리는 갈라지지 않아 ‘조사흔’을 새길 수 있다. 이 ‘조사흔’은 ‘유리는 빛을 거의 흡수하지 않는다’는 상식과 다른 현상인데, ①빛이 닿으면 금속박이 수 백 ℃의 열을 가진다 ②금속박에 접한 유리 표면에 열이 전달되어 녹는다 ③녹은 부분이 빛의 흡수를 시작하는 ‘기점’이 된다-로 이루어진다고 그 시스템을 추측하고 있다. 마이크로미터 사이즈에서 유리를 미세가공하는 신기술로서 유리 속에 광화이버의 성질을 갖춘 ‘광도파로’의 제작이나 유리의 미세한 구멍뚫기 가공 등에 응용을 기대할 수 있다고 한다. (産總硏) 비정질 카본 사용 나노사이즈 틀누름 산업기술종합연구소 마이크로 실장(實裝)연구그룹의 高橋正春 주임연구원, 前田龍太郞 그룹리더 등이 개발한 것은 유리를 나노사이즈로 틀누름 가공하는 기술이다. 유리와 비슷한 성질의 비정질 카본을 틀로 사용하는 것으로 틀은 집속이온빔장치(FIB)로 가공한다. 비정질카본은 탄소를 고온에서 구어 굳힌 것으로 ①고온에서 견딜 수 있다 ②틀누름 전후의 가열, 냉각으로 유리와 팽창, 수축의 양상이 거의 같다 ③틀누름 후 잘 떨어진다-등의 이점이 있다. 또 FIB에 의한 틀의 가공은 매끄러운 경사면이나 계단상의 경사면 등도 갈륨이온빔의 조사로 자유롭게 만들 수 있다. 이 기술로 깊이 350나노미터, 폭 100나노미터의 홈이 300나노미터 간격으로 늘어서 있는 형태를 만들어 유리에 대한 전사가공에 성공했다. 전용 장치를 사용하여 590~600℃에서 일정하게 유지한 진공 속에서 시판하는 내열성 유리에 틀누름한 뒤, 틀을 안정되게 한 뒤 100수십℃까지 냉각시켜 틀을 제거했다. 유리, 틀 모두 사방 15밀리미터의 크기였고 틀누름에는 7킬로그램의 하중을 가했다. 1회의 틀누름 가공에 약 45분 걸렸으나 대부분이 냉각시간이라고 한다. 또 다른 조건에서 200나노미터 간격의 계단이 깊이 4.12마이크로미터까지 이어지는 틀과 이 간격을 100나노미터로 축소시킨 매끄러운 경사면의 틀을 만들고 이들의 전사가공에도 성공했다. 틀누름은 미세한 3차원 형상을 용이하게 만들 수 있어 고정도의 성형품을 양산할 수 있다는 것이 특징으로 바이오칩이나 마이크로렌즈 등 유리재료를 이용하는 다채로운 분야에서 응용을 기대할 수 있다. 에칭을 대신할 새로운 유리 미세가공법으로서 주목될 듯 하다. (千葉大) 표면에 은이온을 넣어 복잡한 3차원 가공 마이크로미터 사이즈에서 유리에 복잡한 3차원 가공을 하는 기술을 千葉대학의 渡部武弘 교수와 松坂壯太 조교가 개발했다. 빛에 의해 흡수하도록 유리 표면에 이온교환으로 은이온을 넣은 후, 파장 266나노미터의 자외선을 그 표면에 조사하여 가공한다. 비스듬한 홈이나 계단 모양의 높낮이를 자유롭게 만들 수 있는데 실제로 마이크로팬 제작에도 성공했다. 이 기술에서는 유리 속에 나트륨이온이 들어간 소다라임 글라스를 사용했다. 은이온이 들어간 약품에 유리를 담그고, 유리 표면의 나트륨이온을 은이온과 교환했다. 이 유리표면에 직경 22마이크로미터로 좁힌 자외선을 10억분의 6초로 짧은 펄스폭으로 1초간 10회 조사한다. 입사에너지 밀도는 1 평방센티미터당 1.6줄 이하가 정밀한 가공에 적합하다. 보통 유리의 강화에 사용되는 이온교환을 이번에 가공에 이용했다. 두께 80마이크로미터의 유리를 사용, 표면의 약 10마이크로미터만 이온 교환한 것과 일체 이온교환을 하지 않은 것을 비교한 결과, 이온 교환한 것이 평균 5% 빛을 잘 흡수했다. 여기에서 이온 교환되어 있는 곳만으로 한정한다면 30% 빛을 잘 흡수한다고 추측할 수 있다고 한다. 이 기술로 길이 100마이크로미터, 폭 80마이크로미터의 날개 4장으로 구성된 유리 마이크로 팬을 제작했다. 시료를 겹치지 않도록 비껴가며 깊이 판 결과 보다 많은 자외선을 쏘아한 장의 날개에 깊이 20마이크로미터의 경사를 만들었다. 앞으로 나사나 베벨기어 등 복잡한 형상의 마이크로 부품 만들기에 착수하려고 하며, 유리제 마이크로 머신 재료의 실현이 길을 열 수 있을 것 같다. (NK)