전자현미경 보다 높은 해상도로 원자까지 측정

독보적인 기술로 글로벌 반도체 업체 90% 이상 고객사

원자현미경으로 글로벌 계측기 시장을 평정한 회사가 있다.

세계 최초로 원자현미경 (Atomic Force Microscope)가 개발된 스탠퍼드대 캘빈 퀘이트(Calvin F Quate) 교수 연구실의 핵심연구원이었던 박상일 대표가 창업한 파크시스템스가 그 주인공이다.

원자현미경 관련 특허만 32개를 보유한 국내 유일의 원자현미경 개발, 제조 기업으로 세계 시장에서 원자현미경 분야에서 만큼은 글로벌 기업으로 연구장비의 강자인 미국의 ‘브루커’와 영국의 ‘옥스포드 인스트루먼츠’와 어깨를 나란히 하고 있다.

파크시스템스의 주력제품인 원자현미경은 시료 형상과 물성을 나노미터 수준에서 계측, 분석하는 장비로 최고 수천 배 배율을 가진 광학현미경과 최고 수십만 배 배율의 전자현미경에 비해 최고 수천만배에 달해 원자까지 측정할 수 있다는 특장점을 가지고 있다.

독보적인 기술력으로 반도체 및 바이오 분야의 다양한 나노기술 연구에 활용되고 있는 파크시스템스의 원자현미경. 원자현미경하면 ‘한국’을 떠올릴 수 있도록 세계 최고가 되겠다는 파크시스템스를 찾아 사업의 현주소와 기업의 방향성에 대해 들어봤다. 

<편집자주>

원자현미경 개발을 통해 나노기술의 발전을 이끌고 있는 박상일 대표

원자현미경

국가핵심기술 선정된 독보적 기술력, 세계 시장 ‘선두’

파크시스템스의 주력 제품인 원자현미경(AFM)은 배율이 최고 수천만배에 달하는 것으로, 원자까지 측정할 수 있어 점점 작아지고 있는 반도체 소자를 비롯하여 기존에 측정할 수 없어 알지 못했던 바이오를 비롯한 다양한 기초과학 분야에서 미지의 세계를 탐구하는 나노기술 연구에 주로 활용되고 있다.

글로벌 반도체 업계에 제품을 공급하고 있는 파크시스템스는 현재 세계 시장에서 브루커에 이어 2위를 차지하고 있으며 산업용 자동화 원자현미경 시장으로 국한할 경우에는 브루커를 앞선 시장 점유율 1위다.

세계 시장 점유율 1위를 차지하는데 큰 역할을 차지한 산업용 자동화 원자현미경의 개발은 지난 10년간 산업부와 산업기술평가관리원(산기평)에서 원천기술개발, 산업핵심기술개발사업, 우수기술연구센터사업 등으로 이어지는 국책사업을 통하여 단계적으로 지원을 받으며 정부와 산업계 협력의 성공사례로 꼽히고 있다.

다수의 국책사업의 책임자를 맡으며 성공사례를 만들어낸 조상준 전무는 “단순히 원자현미경이라는 기술을 개발하는데 그치지 않고 원자현미경분야를 국가적인 브랜드로 키우기 위해 노력하고 있다.”고 말하고 “ISO에서 원자현미경 분과의 국제의장을 맡아 국제표준화 활동을 비롯하여 원자현미경이라는 성공사례를 통하여 한국연구산업협회에서 연구장비의 육성과 사단법인 표면분석학회 설립을 통해 원자현미경의 학술적인 커뮤니티 조성에 힘쓰고 있다.”고 말한다.

원자현미경은 탐침과 시료 사이 작용하는 물리적 현상을 이용해 시료 형상을 측정하는데, 주로 탐침이 시료와 접촉하거나 간헐적으로 접촉하는 태핑 모드 기술이 적용된 것이 보편적이다.

그러나 파크시스템스 원자현미경의 경우, 비접촉 모드 기술이 적용됐다는 것이 눈여겨 볼 부분이다.

비접촉 모드 기술 구현은 시료나 탐침의 손상을 막을 수 있어 원자현미경이 비파괴검사 장비로 산업분야의 실전에 투입될 수 있는 가능성을 열었지만 기술 구현이 상당히 까다롭기에 타 경쟁사에서 쉽게구현하지 못하고 있다.

현재 파크시스템스의 비접촉 모드 구현 기술을 포함한 원자현미경 제조기술은 2015년 부터 국가핵심기술로 선정된 바 있으며, 파크스템스는 2015년 12월 기술평가기관 2곳으로부터 모두 ‘AA’ 등급을 획득한 최초의 코스닥 상장 기업이다.

원자현미경 한계 넘은 파크시스템스, 반도체 업계 90%를 고객으로 나노기술의 세상을 여는 열쇠라 불리는 원자현미경은 전자현미경이나 광학현미경으로 보지 못하는 것을 인지할 수 있게 해 주는 기술로, 아주 작은 영역에 대해 시각이 아닌 탐침의 접촉을 통해 촉각의 극대화를 통하여 관찰할 수 있는 원리를 가지고 있다.

탐침의 방식이 적용된 원자현미경은 주변 환경 요인에 민감하고 복잡하고 다양한 기계적 구조물로 구성되어 있어 정량적 측정이 쉽지 않아 연구용으로만 한정되어 왔고, 탐침이 시료에 접촉하면서 마모돼 측정 결과에 대해 신뢰를 가질 수 없거나 시료의 표면이 손상되는 경우도 발생했기에 산업계에서는 원자현미경에 대한 기대가 크지 않은 상황이었다.

이런 시장에서 파크시스템스는 독보적인 기술을 이용해 한계를 뛰어넘었다. 기존 인식을 뛰어넘은 비접촉식 모드의 스캐너를 개발해 측정 시료에 손상이 가지 않은 상태에서 정량적인 측정을 가능하게 한 것이다.

기존의 틀을 깬 파크시스템스의 행보는 거침없이 이어졌다.

지난해 산기평의 국책사업을 통하여 개발된 나노계측기기를 통하여 산업용 자동화 원자현미경 분야에서 시장점유율 세계 1위를 달성한 것이다. 국내 계측장비 회사로서는 최초로 세계적 반도체 연구소인 IMEC와 협력 관계를 구축했고, 원자현미경의 반도체 공정 응용분야를 공동으로 개척하여 IMEC의 제안을 통해 개발된 기술이 탑재된 계측장비도 개발하는데 성공했다.

이렇게 개발된 기술로 구축된 반도체 계측 검사 자동화 장비는 반도체 업계에 성공적으로 진출, 현재 전 세계 반도체 제조업체 상위 20개 업체에서는 90% 이상이 파크시스템스의 장비를 사용하고 있는 중이다.

계측기 분야는 기존의 시장을 지배한 업체들이 지속적으로 시장을 유지하는 대표적 분야다. 계측이 잘못되면 연구결과에 오류를 발생시킬 뿐 아니라 최종 제품 생산에도 문제가 생기기 때문에 가격과 상관없이 신뢰도가 높은 1등 제품을 살 수밖에 없다는 이유에서다.

이런 시장 분위기 속에 파크시스템스는 독보적인 기술력을 바탕으로 세계 최고 기업으로 자리매김하고 있다.

반도체 시대, 필수기술된 원자현미경.. 연평균 성장세 7% 돌파 세계 원자현미경 시장은 광학현미경이나 전자현미경을 넘어선 큰 폭의 성장세를 보이고 있다. 2017년 4억 달러 수준 이상의 글로벌 시장이 2020년에는 5억 달러 수준을 넘어섰고, 현재 연평균 성장세는 7%로 진단되고 있다. 반면 파크시스템스는 연평균 20% 성장을 수년째 계속 이어가고 있다.

원자현미경 분야에서 독보적인 기술력과 인지도를 구축한 파크시스템스의 현재가 있기까지는 미국 스탠퍼드대 유학시절 원자현미경의 상업화 가능성을 가장 먼저 발견하고 사업화한 박상일 대표의 공을 빼놓을 수 없다. 파크시스템스가 돋보이는 부분은 단순히 선진국 장비를 본떠 국산화에 성공한 기업이 아니라, 원자현미경 코어기술을 바탕으로 시장을 확대하고 있는 기업이라는 점이다.

파크시스템스 데모룸에서 세계최고 수준의 자동화 기능을 구현한원자현미경 FX40 소개 중인 조상준 전무가 연구진들과 기술에 관한 이야기 나눠고 있다.

박상일 대표는 원자현미경 계측장비의 역사를 이끌어 온 인물로, 1988년 원자현미경 시장의 가능성을 발견한 이후 자신의 성을 딴 PSI를 실리콘벨리에서 설립하고 처음으로 원자현미경 장비를 세상에 선보인 이다.

PSI가 실리콘 벨리에서 벤처로 성공했지만, 제2의 창업을 위해 박 대표는 PSI를 매각하고 1997년 한국으로 귀국하면서 산업분야에 사용될 수 있는 원자현미경을 제작하는 것을 목표로 한 파크시스템스가 설립됐다.

이전에 매각된 PSI는 몇 차례의 인수합병을 거쳐 현재 파크시스템스의 경쟁사인 ‘브루커’로 속해졌다. 이때부터 원자현미경 시장의 주도권을 두고 브루커와 무한 경쟁 체제에 돌입한 상태다. 브루커가 관련 업계의 인수를 통한 외형 확장 방식으로 점유율을 높이는 전략을 펼치는 사이, 파크시스템스는 자체 기술연구소를 중심으로 연구에 매진했다.

AI와 로보틱스 기술을 더해진 나노 과학 기술 연구의새로운 시대를 여는 획기적인 연구용 원자현미경 FX40

현재 원자현미경 기술 고도화 및 제품 다변화에 주력하고 있는 파크시스템스는 지금도 매출액 대비 20% 이상을 연구개발에 투입하고 있다. 파크시스템스는 한계에 도전.. 향후 목표는 매출1조원대 회사”지속적인 연구를 이어오며 한 우물을 판 결과일까.

10여년 전까지만 해도 하드디스크 검사계측 시장에 장비를 공급하던 파크시스템스가 2015년을 기점으로 글로벌 반도체사의 러브콜을 잇따라 받으며 미국의 I사, 대만의 T사, 중국의 Y사를 비롯해 국내의 S사 등 굴지 메이커 회사를 고객사로 두고 있다.

파크시스템스 제품의 정확도와 재현성이 바탕이 된 덕분이다. 우수한 성능을 바탕으로 산업용 원자현미경 분야에서 압도적인 1위를 이끌고 있는 파크시스템스는 현재 산업용 시장에서 6대 4 정도로 브루커를 앞서고 있는 것으로 파악되고 있다.

파크시스템스 데모룸에서 세계최고 수준의 자동화 기능을 구현한원자현미경 FX40 소개 중인 조상준 전무

원자현미경 시장의 전망이 밝은 만큼, 해외의 주요 고객사와 특히 중화권 주요 고객사들이 다수의 파크시스템스 원자현미경을 도입해 양산라인에 폭넓게 적용을 시도하고 있다.

국내 투톱인 국내 반도체 회사에서도 원자현미경의 도입이 증가하고 있는 상황이다. 특히 S사의 경우 파크시스템스 장비를 속속 입고하고 있으며 후속 오더에 대한 협의도 활발히 진행 중이다.

파크시스템스는 코로나19에 따른 경기 불황과 시장 침체에도 2020년 전년 대비 매출과 영업이익으로 각각 37%, 86% 성장하는 쾌거를 이뤘다.

한국경영학회는 “파크시스템스는 선진국 기술과 제품을 모방한 것이 아닌 독창적이고 원천적인 나노계측기술을 개발했다. 자체 브랜드와 판매망으로 세계 시장을 개척한 것”이라고 평가했다.

조상준 전무이사는 “실패도 성공의 어머니로 승화시킬 수 있도록 도전해 나갈 계획이다. 기업가 정신의 본질은 이 사회가 필요로 하나, 하지 못하는 일에 도전해 나가는 것이 아닌가. 향후 목표는 매출 1조원대 회사”라며 포부를 밝혔다. N