[이달의 과학기술자상] 박천홍 한국기계연구원 박사

초정밀 가공기술 세계수준 이끌어이달의 과학기술자상 10월 수상자로 선정된 한국기계연구원 박천홍 박사는 과거에는 기능인의 몫으로 돌려서 기술발전이 전혀 안됐던 초정밀가공분야에서 이론적 기반을 세계 최초로 마련했다는 점에서 높은 평가를 받고 있다.

박 박사는 초정밀장비의 핵심기술인 초정밀 위치결정기술(물건을 원하는 위치에 정확하게 나르는 기술)을 세계적인 수준으로 향상시킬수 있는 운동정밀도(물건을 원하는 위치까지 정확한 경로로 나르는 것) 향상기술을 이론적으로 체계화했다. 또 이를 기반으로 국내 초정밀 장비개발기술을 활성화시켰다.

박 박사는 "이 기술은 반도체 등 정밀을 요하는 산업에는 필수적"이라며 "우리의 장비기술을 세계적 수준으로 올리는 계기가 될 것"이라고 말했다.

특히 국내 초정밀 장비개발에 필요한 가공기술이 전무한 상태에서 박 박사는 장비의 운동정밀도를 초정밀화할수 있는 가공이론을 4년간의 연구끝에 지난해 세계 최초로 개발하는데 성공했으며 이를 이용해 0.1㎛ 이하의 운동정밀도를 갖는 초정밀 위치결정장치를 실용화했다.

이 기술은 아직 이론적으로 정립되지 못한 상태이므로 선진국에서도 숙련도가 높은 기능인의 경험과 장시간에 걸친 반복적인 가공 및 수정기술에 의존하고 있다.

박 박사의 연구결과는 생산기술관련 세계 최고 권위의 생산공학회지인 'Anals of CIRP'및 일본정밀공학회지 등에 실려 독창성 및 우수성을 객관적으로 인정받았다.

또 세계적으로 초정밀 관련 생산기술의 맹점이었던 초정밀 가공기술을 한차원 높이는 계기를 마련했으며 원천기술과 실용화 기술을 동시에 보유함으로써 초정밀 장비분야의 국내 위상을 크게 향상시켰다는 평가를 받고 있다.

초정밀 위치결정 스테이지는 가공 또는 측정 대상물을 적재하는 테이블과 테이블의 이동경로를 안내하는 가이드레일, 모터와 볼스크류 등을 이용해 테이블을 이동시켜주는 이동기구 등으로 구성돼있다.

테이블위에 놓인 물체를 원하는 위치에 정확하게 이동시키고 이동과정에서는 직선을 정확하게 유지해야 한다.

대표적으로 반도체 D램이나 LCDㆍPDP 등 디스플레이용 패널 등에 가공되는 회로 패턴의 경우 가공에 사용되는 노광장비의 스태이지의 직선운동 정밀도에 의해 미세 선폭의 균일도가 결정되며 이를 검사하는 측정장비에 있어서도 선폭보다 높은 정밀도가 요구된다.

현재 초정밀분야에 사용되는 장비들의 세계적인 수준은 200~300mm를 이동할 경우 0.1~0.2㎛이내의 오차를 허용하고 있다.

이러한 정밀도를 얻기 위해서는 스태이지의 운동을 안내하는 가이드레일의 가공오차가 500~600mm의 길이에 대해 1㎛이내가 되도록 초정밀가공을 해야 한다.

이 기술은 아직 이론적으로 정립되지 못한 실정이므로 선진국에서도 숙련도가 높은 기능인이 장시간에 걸친 반복적인 가공 및 수정기술에 의해서만 얻을수 있다.

더욱이 국내의 경우에는 숙련자가 부족해 초정밀장비의 상용화를 이루지 못하고 있으며 생산기술의 핵심이 되는 고가의 초정밀장비를 주로 일본ㆍ미국 등 선진국에서 수입하고 있는 실정이다.

박 박사는 가이드레일과 테이블의 운동정밀도의 관계에 대한 정량적 해석을 가능하도록 했다.

또 가이드레일의 가공형상을 알지 못하는 경우에도 측정된 테이블의 운동정밀도를 이용해 가이드레일의 형상을 추정해내고 추정된 레일 형상으로부터 운동정밀도를 향상시킬수 있는 수정가공정보를 산출할수 있도록 해서 숙련자가 아니더라도 가이드레일의 초정밀 가공을 가능하게 했다는 점에서 의미가 있다.

박 박사는 현재 이 기술을 렌즈가공용 초정밀가공기, 정밀연삭기, 반도체용 검사장비의 개발 등 3개의 초정밀장비 개발에 적용해 실용화 및 기술이전 연구를 수행하고 있다.

또 다양한 초정밀기술 관련장비에 대한 응용이 가능하도록 응용성 확장에 관한 연구를 계속 진행하고 있으며 지난 3년동안 43편의 국내외 학술지 발표, 4개의 국내외 특허등록을 마쳤다.

◆ 박천홍박사 약력

▦60년 서울출생(42)

▦83년 한양대 정밀기계과 졸업

▦2000년 일본 고베대 공학박사

▦85년 한국기계연구원 연구원

▦88년 일본 전자종합연구소 방문연구원

▦90년 한국기계연구원 선임연구원

▦2000년 한국기계연구원 책임연구원

연성주기자