멤스관련 센서, ’05년 41억만개로 지속 성장 예고

[산업일보]
- 로봇이 혈관 속을 돌아다니며 환부를 치료한다 –


SF 영화 속에서나 봄직한 이런 장면이 이제는 현실로 다가왔다. 바로 ‘멤스(MEMS, Micro-Electro-Mechanical Systems)’란 기술의 발달이 가져온 결과다.
미세 전자 기계 시스템인 MEMS 기술이 상용화될 경우 전자, 기계, 의료 등 전 산업 분야에 일대 변혁을 일으킬 것으로 예측돼 현재, 정부 기관, 대학 연구소, 기업 등에서 연구 개발이 활발히 진행중이다.

최근 들어 멤스 기술은 3차원 미세구조 설계로 확대되는 등 응용범위가 사람들이 미처 예상치 못한 분야로까지 확산돼 엄청난 산업 유발 효과를 불러올 것으로 기대되고 있다. 차세대 마이크로 일렉트로닉스 테크놀러지로 부각되고 있는 MEMS에 대해서 바이오 등 응용산업을 중심으로 분석해 본다.

초소형 미세가공시스템 MEMS

멤스(MEMS : Micro Electro-Mechanical System)란 반도체 가공방법을 응용해 미세기계구조를 가공하는 기술 또는 가공된 제품을 지칭하며, 초소형 시스템이나 초소형 기계를 의미한다. 이를 이용하면 수㎛(마이크로미터, 1㎛는 100만분의 1m) 이하의 초미세 구조를 지닌 기계 장비를 설계할 수 있다.
MEMS 장치는 아주 좁은 장소에서도 사용될 수 있기 때문에 자동차 엔진 또는 생체 내부에 들어가서 여러 가지 기능을 수행할 수 있는 것이다.

MEMS 기술, 실생활에 다양하게 활용

종래의 반도체 제조라인을 사용하는 MEMS는 반도체 미세공정기술을 적용해 저렴한 비용으로 초소형 제품의 대량 생산을 가능케 한다. 특히 나노 및 시스템온칩(SoC) 기술의 등장과 함께 그 중요성이 더욱 부각되고 있다. 예전에는 대학과 연구소 중심으로 연구개발단계에 그쳤으나 최근에는 상용화를 목적으로 한 상품개발단계로 접어들면서 활발해지고 있는 기술 분야이다.
MEMS 기술은 이미 잉크젯 프린터 헤드, 자동차 에어백용 충돌 감지 센서, 압력 센서 등 우리 실생활에 다양한 제품으로 응용되고 있다.
실리콘 가공 기술에서 시작된 초기의 MEMS는 밸브, 모터, 펌프, 기어 등 미세 기계 요소들을 만들고, 앞서 잘 개발된 반도체 공법을 이용해 실리콘 기판 위에 3차원 구조물을 만들었다. 요즘에는 LIGA, LASER, 전기방전 등 여러 제작 기술이 개발됐고 이에 따라 MEMS 연구도 활기를 띄고 있다.

최근에 가장 주목 받고 있는 분야는 바이오 멤스다. 이는 MEMS와 바이오 기술(BT)을 결합해 의료, 생명공학 분야에 활용하는 것으로, DNA칩, 단백질칩, 셀칩 등 각종 분석, 진단용 도구 제작에 마이크로 머신이 사용되고 있다. 이 기술을 이용하면 우리 몸의 혈관을 돌아다니면서 진단, 치료하는 미세로봇 등을 만들 수 있다.

멤스 기술 가운데서도 센서 분야는 자동차, 민생기기, 산업분야(건설기계, 반도체 제조장치), 각종 계측기기 등 각종 실용 센서에 적용돼 산업적으로 우리와 가장 가까운 시장을 형성하고 있다.
특히 압력센서는 자동차 엔진 흡기압이나 대기압 계측, 차량 안전화 장치와 연동 브레이크 제어, 디젤 커먼 레일 엔진, 타이어 공기압 경보 장치용으로 사용되며 1998년부터 2004년까지 연평균 8%대의 성장률을 나타내고 있다.

MEMS 센서 개발에 주력하고 있는 전자부품연구원(원장 김춘호)은 산업자원부 국책과제로 지난 1998년~2002년까지 초소형 정밀기계사업(G7) 기간동안 가속도 센서를 개발했다. 이는 자동차, 선박을 비롯해 미사일, 헬기 등 군사용으로까지 광범위하게 응용될 수 있는 기술이다. 전자부품연구원은 이 외에도 스마트 압력 센서, RF 스위치 등 MEMS 기술을 이용한 다양한 분야를 연구, 개발중이다.

실용센서에서 바이오 기술에까지 MEMS 접목

압력, 가속도, 각속도 센서를 비롯한 기타 MEMS 관련 센서의 세계시장규모는 1998년에 15억 449만 개에서 2004년 35억 250만개로 계속 증가 추세다. 2005년도에는 41억만 개로 성장할 것으로 예측되고 있다.
이러한 MEMS 센서는 자동차용 센서를 비롯해 휴대전화, PDA, 노트북 PC, 게임기기 등에 응용되며 점점 첨단화, 소형 경량화 되는 전자제품의 성능 개선에 일조를 하고 있다.
이제 MEMS는 인간의 감각기관 및 손발의 역할을 비롯해 자동차, 디스플레이를 포함한 가전 등의 기간산업과 앞으로 다가올 항공, 우주산업, 의료, 생물, 제약 산업에까지 응용하며 2010년대에는 산업 경제에 상당한 파급효과를 미칠 것으로 예상된다.
향후 MEMS는 인체 내의 진단 및 치료를 위한 마이크로 캡슐 제조, 적진 탐지용 미소정찰기의 개발과 같은 군사분야 등 여러 분야에서의 응용연구가 보다 활성화될 것으로 전망하고 있다.

21세기 핵심 유망 기술로 떠오르고 있는 MEMS 기술이 반도체나 바이오 분야에서도 점점 두드러지고 있다. 다음 회에는 차세대 반도체 검사장치로 주목 받고 있는 멤스 카드와 첨단 바이오기술(BT) 분야인 바이오칩 시장에 대해 조명해 본다.


자료제공 : 매경산업기술세미나, 전자부품연구원, 한국기술거래소
정리 : 미디어다아라 이경옥 기자(withok2@daara.co.kr)