1986년 노벨 물리학상은 원자 하나하나의 배열을 영상으로 보여주는 주사 터널링 현미경(STM)을 발명한 연구자들에게 돌아갔다. 이전까지 과학자들은 물질 표면의 원자가 어디에, 어떤 간격으로 놓였는지 직접 볼 수 없었다. STM의 등장으로 원자의 세계가 실험실 화면 위에 펼쳐졌다. 후속 장비인 원자현미경(AFM)이 같은 해 미국 스탠퍼드대에서 탄생했는데, 당시 연구실에 한국인 유학생이 있었다. 그가 1997년 한국으로 돌아와 창업한 회사가 지금은 반도체·소재 연구용 원자현미경 분야에서 세계 선두 기업이 됐다. 과학기술정보통신부의 '미래선도 연구장비 핵심기술개발사업'의 기업 중 하나인 파크시스템스 얘기다. 이 회사의 원자현미경은 반도체 웨이퍼의 미세 결함을 찾아내는 공정에 사용되며 반도체 패권 경쟁의 최전선에서 활약하고 있다.
◇연구실의 '눈과 손'...연구장비 국산화
반도체 공정에서 머리카락 굵기의 수만분의 1보다 작은 회로를 들여다볼 때, 신약 연구실에서 사람 장기처럼 키운 '미니 장기'에 약을 시험할 때, 배터리 연구자가 전극 표면의 미세한 반응을 확인할 때 공통적으로 필요한 것이 있다. 바로 연구장비다. 과학자에게 연구장비는 눈이고 손이다. 눈이 나쁘면 보지 못하고, 손이 없으면 만들지 못한다.
그동안 한국 연구실의 눈과 손은 상당 부분 외국산이었다. 비싼 돈을 주고 연구장비를 수입해도 고장이 나면 해외 개발사 도움을 기다려야 했고, 업그레이드와 소프트웨어도 의존해야 했다. 정부가 미래선도 연구장비 핵심기술개발사업의 목표를 '추격형 연구장비 개발의 한계 극복'과 '미래 선도연구장비 자립화 기반 조성'으로 잡은 이유다.
과기정통부는 이 사업을 통해 첨단 연구장비의 국산화와 투자 유치, 기술이전, 연구소기업 창업 등 산업화 성과를 냈다고 29일 밝혔다. 이 사업은 최근 4년간 최첨단 물리·화학, 글로벌 전략소재, 미래 바이오 분야 연구장비 핵심기술을 개발하는 방식으로 추진됐다. 연구장비 기업 참여를 필수 요건으로 정해 논문이나 특허에 머물지 않고 실제 장비 상용화로 이어지도록 설계한 것이 특징이다.
◇수출, 기술 이전, 상용화 성과
파크시스템스는 이번 사업에서 차세대 원자현미경에 적용할 수 있는 멀티채널 주사탐침 융합현미경 기술을 개발했다. 쉽게 말하면 반도체와 배터리, 첨단소재 표면을 나노미터 단위로 들여다보는 '초정밀 눈'을 고도화한 것이다.
바이오 분야에서는 엠비디가 개발한 오가노이드 기반 신약 스크리닝 장비가 북미와 유럽의 연구기관과 일본 시장에 진출하는 성과를 냈다. 오가노이드 장비는 사람 몸속 장기와 비슷한 '미니 장기'에 신약 후보물질을 시험해 약효와 독성을 빠르게 확인할 수 있다. 이 회사는 신약 개발 효율을 높인 이번 장비 개발로 210억원 투자도 유치했다.
한국표준과학연구원은 시료를 깎아내지 않고도 표면의 성분과 구조를 분석할 수 있는 '반사형 전자에너지 손실 분광장비(REELS)'를 개발해 연구소기업 창업을 추진하고 있다.
이차전지 및 첨단 소재 분야에서는 동아대가 배터리 분석에 쓰이는 주사 전기화학 현미경(SECM) 기술을 고도화해 까다로운 분석 공정을 자동화하는 데 성공했다. 배터리 성능과 수명을 좌우하는 미세한 표면 반응을 확인하는 장비의 국산화로 평가받는다.
이 밖에도 액체 헬륨 없이 극저온에서 양자 소자와 차세대 반도체를 시험하는 분석 장비, 반도체 웨이퍼의 3차원 나노 구조를 부수지 않고 검사하는 광학 측정 장비, 큰 시료를 나노미터 단위로 깎고 분석하는 트리플빔 시스템, 병원 밖 일상에서도 뇌파를 측정할 수 있는 웨어러블 뇌파 장비 등이 개발됐다.
◇세계 시장 안착이 다음 과제
과기정통부는 이번 사업이 글로벌 시장과 학계에서 기술 수월성을 인정받는 질적 성과도 이뤄냈다고 밝혔다. 한국전자기계융합기술원이 개발한 광자빔 가공 품질 평가 기준이 국제 표준 초안으로 승인됐고, 한의학연구원과 기업 브레인유가 공동 개발한 기술을 적용한 장비가 CES 혁신상을 받았다는 것이다. 또 엠비디가 개발한 장비는 룩셈부르크 국립보건원(LIH)과 미국 밴더빌트 대학병원 등 최고 수준의 연구·의료 기관에 납품되며 'K바이오 장비' 위상을 높였다고 평가했다.
다만 국산 연구장비가 세계 시장에서 지속적으로 선택받으려면 장비를 개발하는 데서 끝나지 않고, 실제 연구 현장에서 성능을 검증하고 장기간 유지 보수할 수 있는 체계가 뒤따라야 한다는 지적도 나온다.
과기정통부는 "연구개발 성과가 투자·매출·수출로 연결되는 선순환 구조를 만들었다는 점이 이번 사업의 가장 큰 성과"라며 "세계 최고 수준의 원천 기술을 확보한 연구장비가 글로벌 시장에 확산하도록 지원을 이어갈 계획"이라고 밝혔다.