재료 연구개발 및 품질관리를 위한 실용적인 SEM, Tescan VEGA

Tescan 제품 마케팅 매니저 Tomas Boruvka가 현대 소재 연구실에서  Tescan VEGA™가 어떤 역할을 하는지, 고객들이 수년간 이 장비를 지속적으로 사용하는 이유는 무엇인지, 그리고 검증된 분석용  주사전자현미경(SEM)이 어떤 경우에 더 현명한 투자 선택이 될 수 있는지 설명합니다.

특정한 고난도 분석을 위해 도입하는 현미경이 있는가 하면, 사용자가 매일 찾는 장비로 자리 잡는 현미경도 있습니다.

Tescan VEGA는 후자에 해당합니다.

최초의 VEGA는 25년 이상 전에 출시되었으며, 이후 여러 세대에 걸쳐 지속적으로 발전해 왔습니다. 현재 VEGA는 일상적인 재료 특성 분석, 품질관리, 불량 분석 및 연구를 위해 설계된 장비로, SEM 이미징, 원소 분석, 저진공 기능 및 간편한 시료 탐색 기능을 하나의 분석 플랫폼에 통합하고 있습니다.

이처럼 일상적인 분석에 폭넓게 활용할 수 있다는 점은 한국에서 특히 의미가 있습니다. 반도체, 디스플레이, 이차전지 등 재료 기술이 핵심인 산업 분야에 상당한 연구개발 투자가 지속되고 있기 때문입니다. 또한 한국은 2024년 연구개발 지출이 국내총생산(GDP)의 5.1%를 차지할 만큼, 세계적으로 연구개발 집약도가 높은 국가 중 하나입니다.

Tescan 제품 마케팅 매니저 Tomas Boruvka에게 20년 이상 이어진 Tescan VEGA 개발을 통해 얻은 경험, 오늘날 VEGA가 가장 효과적으로 활용될 수 있는 분야, 그리고 한국의 연구 및 산업 분석실이 차기 SEM 도입을 검토할 때 고려해야 할 사항을 물었습니다

VEGA가 Tescan의 역사와 함께한 지 25년이 넘었습니다. 이 SEM 플랫폼이 오랫동안 사랑받아 온 이유는 무엇인가요?

가장 간단한 답은 VEGA가 해결하고자 했던 분석 수요가 지금도 존재한다는 것입니다.

모든 SEM 분석에 최고 수준의 분해능이나 분석실에서 가장 고도화된 장비가 필요한 것은 아닙니다. 전자현미경 분석의 상당 부분은 여전히 실제 분석 현장에서 제기되는 질문에 신뢰할 수 있는 답을 찾는 과정입니다. 이 표면에서는 어떤 현상이 발생하고 있는지, 결함은 어디에 있는지, 어떤 상이나 원소가 존재하는지, 이 부품은 왜 고장 났는지, 생산 공정이 재료에 어떤 변화를 일으켰는지 등을 파악하는 것입니다. VEGA가 오랫동안 사용되어 왔다는 사실이 장비가 시대에 뒤처졌다는 의미는 아닙니다. 저희는 고객이 중요하게 생각하는 사용 편의성을 유지하면서 플랫폼을 지속적으로 발전시켜 왔습니다. 현재 VEGA는 Tescan의 상위급 SEM과 동일한 소프트웨어 환경과 운용 철학을 공유합니다. 따라서 사용자는 수십 년간 축적된 경험을 바탕으로 최신의 사용 환경을 경험할 수 있습니다.

현재 VEGA는 동일한 Essence™ 환경에서 SEM 이미징과 원소 분석을 수행할 수 있습니다. 또한 Wide Field Optics™를 활용한 초저배율 시료 탐색, 유연한 진공 모드, 다양한 분석 목적에 맞춰 구성할 수 있는 분석 플랫폼을 제공합니다. 

VEGA 고객이 장비를 매우 오랫동안 사용한다는 이야기를 자주 듣습니다. 이를 가능하게 하는 요인은 무엇이라고 생각하시나요?

저는 장비의 장기적인 가치를 단순히 오랜 기간 작동할 수 있는지의 문제로 보지 않습니다. 그 기간 동안 계속 유용하게 활용할 수 있는지가 중요합니다.

이전 세대의 VEGA를 오랫동안 사용하는 고객이 있는 이유는 장비를 도입할 당시의 핵심 분석 업무가 여전히 필요하기 때문입니다. 재료 검사, 형태 분석, 파단면 분석, EDS 분석, 품질관리 및 연구 등이 이에 해당합니다.

문서화된 사례 중 하나는 브르노 교통연구센터입니다. 이곳에서는 약 15년 동안 VEGA II를 건설 재료 분석에 활용했습니다. 연구팀은 SEM, 후방산란전자(BSE) 이미징 및 EDS 분석을 통해 콘크리트의 미세구조, 공극, 광물화 및 결정 성장을 조사하고, 재료의 품질과 잠재적인 파손 원인을 보다 깊이 이해하고자 했습니다.

해당 장비는 2020~2021년경 교체되었지만, 활용은 여기서 끝나지 않았습니다. 같은 VEGA II가 현재는 브르노 공과대학교 전기공학 및 통신학부에 설치되어 있습니다. 이 현미경은 현재 약 21년 된 장비입니다.

저는 이것이 장비의 장기적인 활용 가치가 갖는 진정한 의미라고 생각합니다. VEGA는 여러 세대에 걸쳐 발전해 왔지만, 20년 이상 전에 제작된 장비가 지금도 현미경 분석실에서 역할을 수행하고 있다는 사실은 이 플랫폼의 기본적인 가치를 잘 보여 줍니다. 

“장비의 수명은 단순히 얼마나 오래 작동하는가에 달려 있지 않습니다. 얼마나 오랫동안 유용하게 활용할 수 있는지가 중요합니다.”

VEGA가 Tescan의 사용하기 쉬운 SEM이라면, 주로 첫 현미경을 도입하는 분석실을 위한 장비인가요?

그렇지는 않습니다.

VEGA는 일상적인 운용을 간편하게 수행할 수 있도록 설계되어 있어 첫 SEM으로도 매우 좋은 선택이 될 수 있습니다. 하지만 그만큼 중요한 또 다른 활용 사례가 있습니다. 이미 고성능 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM)을 보유한 분석실에서도 VEGA를 통해 이점을 얻을 수 있습니다.

고성능 장비는 해당 분석에 그 성능이 실제로 필요할 때 큰 가치를 발휘합니다. 하지만 모든 일상적인 검사, EDS 확인 또는 파단면 관찰에 고성능 시스템을 사용하는 것이 분석실의 장비 운용 측면에서 항상 가장 효율적인 방식은 아닐 수 있습니다.

VEGA는 대량의 일상적인 재료 특성 분석, 품질관리 및 불량 분석 업무를 담당할 수 있습니다. 이를 통해 상위급 현미경 시스템은 해당 성능이 꼭 필요한 분석에 집중할 수 있습니다.

현재 VEGA는 일상적인 재료 검사, 품질관리, 불량 분석 및 연구를 위해 설계된 제품입니다

산업 품질관리나 생산 환경에서 VEGA가 특히 유용한 이유는 무엇인가요?

산업 현장의 현미경 분석에서는 신뢰할 수 있는 결과를 효율적으로 확보하는 것이 중요합니다.

파단면, 코팅, 분말, 오염물, 계면 또는 생산 부품을 분석할 때는 관찰 대상의 형상뿐 아니라 무엇으로 구성되어 있는지도 파악해야 할 수 있습니다.

VEGA는 형상 정보와 원소 조성 정보를 함께 제공합니다. Essence™ EDS를 사용하면 동일한 소프트웨어 환경에서 SEM 이미징에 이어 원소 조성 정보와 원소 맵을 확인할 수 있습니다. Wide Field Optics™는 최저 2배 배율의 넓은 시야에서 시료 전체를 살펴보고, 조사하려는 영역으로 직접 이동할 수 있도록 지원합니다.

이 기능은 크기가 크거나 형상이 불규칙한 산업용 시료에서 특히 유용합니다. 예를 들어, 발표된 강재 피로 연구에서는 VEGA를 파단면 이미징에 활용했습니다. 연구자들은 Wide Field Optics를 통해 넓은 파단면을 분석하면서도 금속 부품 전체에서 해당 부위가 차지하는 위치와 전체적인 구조를 함께 파악할 수 있었습니다.

생산과 품질관리에서는 이처럼 전체 시료에서 결함의 위치를 파악하는 것이 중요합니다. 보고서를 받는 사람이 전자현미경 전문가가 아닐 수도 있기 때문입니다. 이들은 결함이 어디에 있으며, 분석 결과가 해당 부품에 대해 무엇을 알려 주는지 이해할 수 있어야 합니다.

현재 VEGA에 가장 적합한 분석 분야는 무엇이라고 보시나요?

가장 폭넓게 답하자면 재료과학입니다. VEGA는 다양한 유형의 시료를 분석할 수 있기 때문입니다.

금속과 합금은 대표적인 적용 분야입니다. 파단면, 개재물, 미세구조, 코팅 및 부식 등을 분석할 수 있습니다. 세라믹, 분말 및 복합재료 역시 VEGA에 적합한 분야입니다. 저진공 기능을 활용하면 비전도성 시료와 대전이 발생하는 다양한 시료도 분석할 수 있습니다.

산업 품질관리와 고장 분석에서도 이차전자(SE) 및 후방산란전자(BSE) 이미징을 EDS 분석과 결합하는 기능이 특히 유용합니다.

반도체 패키징도 주목할 만한 사례입니다. 저희는 전도성 코팅을 하지 않은 패키징 시료와 후공정 배선(BEOL) 구조 분석에 VEGA를 활용한 사례를 소개한 바 있습니다. 저진공 이미징은 대전을 줄이는 데 도움이 되며, EDS는 불량 분석 과정에서 조성 정보를 제공합니다.

같은 응용 사례에서 VEGA가 BSE 이미징과 원소 매핑을 결합할 수 있고, 서브마이크론 수준의 BEOL 층도 검사할 수 있다는 점을 보여 주었습니다.

다만 VEGA가 모든 반도체 현미경 분석 문제를 해결할 수 있다고 말씀드리기는 어렵습니다. 고도화된 나노스케일 분석 중에는 다른 등급의 장비가 필요한 분야도 분명히 있습니다. 하지만 패키징, 재료 검사, 공정 지원 및 일상적인 불량 분석에서는 매우 유용한 도구가 될 수 있습니다

산업용 시료는 SEM 분석에 이상적인 조건을 갖추지 못한 경우가 많습니다. VEGA는 비전도성 시료나 차징이 발생하는 시료 등 까다로운 시료에 어떻게 대응하나요?

바로 이러한 상황에서 VEGA의 실용성이 특히 돋보입니다.

SingleVac™와 MultiVac을 사용하면 대전이 발생하는 시료, 비전도성 시료, 전자빔에 민감한 시료 또는 가스를 방출하는 시료를 저진공 환경에서 분석할 수 있습니다. 분석 목적에 따라 전도성 코팅의 필요성을 줄이고, 이에 따라 시료 준비 과정도 간소화할 수 있습니다.

반도체 고장 분석에서 좋은 사례를 확인할 수 있습니다. 전도성 코팅을 하지 않은 패키지는 일반적인 고진공 이미징에서 심한 대전이 발생할 수 있습니다. VEGA 응용 사례에서는 저진공으로 전환하여 차징으로 인한 이미지 왜곡 없이 필요한 이미지 정보를 확보할 수 있었습니다. 또한 진공 모드 전환은 수초 내에 수행할 수 있었습니다.

이러한 유연성은 반도체 외의 분야에서도 유용합니다. 고분자, 세라믹, 분말 및 다양한 복합재료에서도 유사한 문제가 발생합니다.

산업 분석실에서는 시료 준비를 줄이는 것이 시료 접수부터 문제의 원인을 파악하기까지 걸리는 시간을 단축하는 데도 도움이 될 수 있습니다.

많은 SEM에서 EDS를 사용할 수 있습니다. VEGA의 분석 워크플로에 EDS가 통합되어 있을 때 얻을 수 있는 실질적인 이점은 무엇인가요?

단순히 VEGA에 EDS가 있다는 사실만으로 이점을 설명할 수는 없습니다. 중요한 것은 사용자가 이미징에서 화학적 조성 분석으로 넘어갈 때 어떤 과정을 거치는가입니다.

Essence™ EDS에서는 SEM 이미지와 동일한 환경에서 스펙트럼, 원소 맵 및 기타 조성 정보를 확인할 수 있습니다. 따라서 시료에 대한 다음 질문에 답하기 위해 서로 다른 분석 소프트웨어나 워크플로를 반복해서 전환할 필요가 없습니다.

반도체 응용 사례에서는 실시간 SEM 화면에서 관심 영역을 직접 선택할 수 있었습니다. 별도의 외부 EDS 소프트웨어에서 이미지를 다시 취득할 필요가 없어 데이터 확보까지 걸리는 시간을 줄일 수 있었습니다.

숙련된 현미경 사용자에게는 분석 단계를 줄여 주고, 현미경을 가끔 사용하는 사람에게는 전체 분석 절차를 더 쉽게 익힐 수 있도록 돕습니다.

산업 분석실에서는 이러한 점이 중요합니다. 오늘은 전담 현미경 전문가가 SEM을 사용하더라도, 내일은 재료 엔지니어나 품질 엔지니어가 사용할 수 있기 때문입니다

한국은 세계적으로 기술 집약도가 높은 국가 중 하나입니다. 한국의 연구와 산업 분야에서 VEGA는 구체적으로 어떤 역할을 할 수 있다고 보시나요

한국은 다양한 전략 산업에서 재료 특성 분석이 중요하다는 점에서 주목할 만합니다.

반도체, 디스플레이, 배터리, 첨단 소재 및 전자 산업에서는 최첨단 연구개발뿐 아니라 재료 개발, 공정 최적화, 고장 분석 및 품질관리 전반에 걸쳐 현미경 분석이 필요합니다.

또한 한국은 연구개발 집약도가 매우 높은 국가입니다. OECD 데이터에 따르면 2024년 한국의 연구개발 지출은 GDP의 약 5.1%로, OECD 회원국 중에서도 가장 높은 수준에 속합니다.

VEGA는 이미 한국의 연구와도 연결되어 있습니다. 울릉분지의 메탄 하이드레이트 함유 퇴적물에 관한 연구에서 한국과 미국의 연구자들은 입자 형태와 규조류를 조사하기 위해 VEGA SEM을 사용했습니다. 이 연구에서는 시료 관찰 시 확보할 수 있는 넓은 시야와 큰 초점 심도가 도움이 되었습니다.

VEGA는 액체금속 표면의 SEM 및 EDS 분석과 재료 연구를 비롯한 다른 한국 연구에서도 활용되었습니다.

핵심은 검증된 SEM 플랫폼이 오늘날 한국의 재료 및 제조 분야 분석 업무에서 어떤 역할을 할 수 있는지 보여 주는 데 있습니다. VEGA는 한국에서도 이미 활용 사례가 있는 검증된 SEM 플랫폼입니다.

연말이 다가오고 있습니다. 한국의 분석실에 아직 장비 예산이 남아 있다면 어떤 경우에 VEGA 도입이 합리적일까요?

예산이 남아 있다는 사실만으로 현미경을 구매하는 것은 좋은 판단 기준이 아닙니다.

더 중요한 질문은 SEM 도입으로 해결할 수 있는 반복적인 분석 문제가 있는지입니다.

예를 들어, 내부 분석 역량이 부족해 일상적인 SEM 또는 EDS 분석을 외부에 의뢰하고 있나요? 고성능 SEM이 해당 장비의 전체 성능을 필요로 하지 않는 업무로 과부하 상태인가요? 품질관리 부서가 현미경 분석 결과를 기다리는 일이 반복되나요? 더 높은 분해능이나 조성 정보가 필요한 결함을 분석하면서도 광학현미경에 의존하고 있나요? 또는 다양한 이미징 조건이 필요한 시료의 종류가 계속 늘어나고 있나요?

이러한 문제가 하나 이상 있다면, 신뢰할 수 있는 분석용 SEM을 추가 도입하는 것은 해당 예산 연도가 끝난 후에도 지속적인 가치를 제공할 수 있습니다.

저는 바로 이러한 상황에서 VEGA의 도입 가치가 높다고 생각합니다. VEGA는 단 한 번의 실험을 위해 구매하는 장비가 아닙니다. 다양한 프로젝트와 팀의 재료 연구개발, 품질관리, 고장 분석 및 일상적인 검사를 지원할 수 있습니다.

“연말 예산을 활용해야 하는 이유는 예산이 남아 있기 때문이 아닙니다. 분석 수요가 내년에도, 그다음 해에도 계속 존재하기 때문입니다.” 

VEGA가 분석실에 적합한 SEM인지 확인하려면 상담이나 데모 시 무엇을 준비해야 하나요?

사양 목록보다 해결하고자 하는 분석 과제를 가져오시기 바랍니다.

가능하다면 실제로 분석하는 시료를 준비하고, 그 시료에서 어떤 정보를 얻고자 하는지 말씀해 주시면 좋습니다.

형태 정보를 확인하려는지, 조성 정보를 확인하려는지, 아니면 두 가지 모두 필요한지 알려 주시기 바랍니다. 시료에 전도성이 있는지, 크기는 어느 정도인지, 화학적 조성 정보가 필요한지도 중요합니다. 분석 대상이 파단면, 코팅, 입자, 전자부품, 세라믹 또는 고분자인지, 현미경을 얼마나 자주 사용할지, 한 명의 전문가가 운용할지 또는 여러 사용자가 함께 사용할지도 고려해야 합니다.

이러한 정보는 사양표부터 검토하는 것보다 훨씬 유용합니다.

가능하다면 항상 고객의 실제 시료를 직접 확인하는 것을 선호합니다. 이를 통해 VEGA가 해당 분석 과제에 적합한 수준의 SEM인지, 아니면 실제로 더 높은 성능의 장비가 필요한지 신속하게 판단할 수 있습니다.

저는 이것이 어떤 현미경이든 가장 효과적으로 평가하는 방법이라고 생각합니다

시료 및 분석 워크플로에 대해 상담하세요 

Tescan 전문가와 분석 목적을 상담하고, VEGA가 귀사의 분석실에 적합한 SEM인지 확인해 보세요

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