파크시스템스 - 나노스케일과 원자현미경 시장의 선구자

파크시스템스는 첨단 나노계측장비인 원자현미경(AFM: Atomic Force Microscope)을 전문 개발 및 생산, 판매하는 업체로서, 2015년 12월 기술특례로 상장하였다. 창립자 박상일 대표는 AFM을 세계 최초로 개발한 미국 스탠포드 대학교 켈빈 퀘이트 교수 연구진 출신으로서, 1988년 세계 최초로 AFM 회사 (주)PSI(Park Scientific Instruments)를 설립한 바 있으며, 이후 (주)PSI를 매각(이는 현재 경쟁사 Bruker의 AFM 사업부 모태가 됨)하고 1997년 한국에 (주)PSIA를 다시 설립하였으며, 2007년 현재의 사명 파크시스템스로 변경하였다. 현재 전세계 11개국에 12개의 현지 법인을 운영하고 있으며, 그 외 30개국에 판매망을 구축, 자체 브랜드로 제품을 공급하고 있다.

 

AFM 핵심기술력 보유 - 비접촉식모드, 독립적인 XY, Z축 스캐너, 자체 OS

 

파스시스템스가 개발한 AFM 제품은 미국 (주)PSI에서 사용하던 ‘Piezoelectric Tube Scanner’ 보다 훨씬 업그레이드된 ‘Flexure Scanner(유연힌지 스캐너)’이다. 이는 측정의 정확성과 최상의 해상도 제공, 그리고 자체 OS를 탑재하여 사용자 편의성 제공이라는 측면에서 우수하다. 기존의 AFM 작동방식은 탐침이 시료와 항상 접촉하고 있는 접촉식(Contact Mode)인 반면, 동사 제품은 비접촉식(Non-Contact Mode)으로 시료와 탐침 끝 사이에 서로 밀고 당기려는 상호 작용력을 이용하여 Cantilever의 공진 주파수의 변화를 검출, 시료와 탐침 간의 상호 간격을 측정하는 원리다. 또한 시료가 X-Y축으로 움직이는 것과 독립적으로 Z축 스캐너가 위아래로 움직이며, 탐침이 시료 표면의 높낮이를 따라 가며 시료의 형상을 3차원적으로 인식하게 되어 정확한 나노해상도 데이터를 얻을 수 있다.

파크시스템스 고객사

 

비접촉식 모드 기술 - 기존의 접촉식 대비 고해상도, 측정의 정확성 면에서 우수

 

 

원자현미경 팁의 뾰족한 말단은 너무 섬세하기 때문에 사료에 접촉하는 순간 즉시 마모되어 AFM의 분해능이 떨어지며 화질이 저하된다. 또한 시료가 부드러운 경우는 팁이 시료에 손상을 가하여 시료의 높이가 부정확하게 측정될 가능성이 높다. ‘접촉식 모드’의 이런 단점과 대비되어, 동사의 혁신적인 AFM 기술인 ‘완전 비접촉식 모드’는 시료에 손상을 주지 않고도 높은 분해능과 데이터의 정확성을 계속 유지할 수 있게 해준다.

 

매출 구성 : 연구용 13%, 산업용 78%, 기타 9%

 

파크시스템스의 매출 구성은 연구용 AFM 13%, 산업용 AFM 78%, 기타(소모품 및 C/S) 9%로 나뉜다. 수익면에서는 산업용이 연구용 보다 10~20% 마진이 높다. 연구용으로 주력 제품은 Park NX10, Park NX20이며, 작년 6월 출시한 신제품 Park FX40는 완전자동화된 것으로 기존 제품 대비 가격이 2배 이상이다. 산업용(HDD, 반도체, 디스플레이 등)으로 주력 제품은 Park NX-Wafer(반도체 용)이며, 신제품으로 작년 11월 출시한 Park NX- Hybrid WLI(기존의 반도체 후공정 3D 측정장비 WLI와 AFM의 기술 장점을 합친 것)는 대당 가격이 50~70% 더 높다.

 

파크시스템스 제품구성

 

장비 생산능력 1천5백억원 -> 과천 신사옥 완공 시 연매출 3천억원

 

현재 파크시스템스의 장비 생산 능력은 연매출 1천5백억원 수준이다. 대부분 국내 외주 가공을 통해 본사에서 조립만 하기 때문에 공급망 이슈는 없으며, 수주 이후 출고까지의 리드타임은 3~6개월 정도다. 향후 수주 증가에 대비하여 과천에 7~8백억원을 투자, 새로 사옥을 신축 중에 있으며, 2025년경 완공 예정이다. 신사옥으로 이전할 경우 생산 능력은 연매출 3천억원 규모가 될 전망이다

 

 

나노 측정에서 원자현미경(AFM)의 장점 부각, 전자현미경 시장 잠식 기대

 

1세대 광학현미경(최고 수천 배의 배율), 2세대 전자현미경(최고 수십만 배의 배율)에 이은 3세대 원자현미경(AFM)의 배율은 최고 수천만 배에 달하며, 특히 수직 방향의 분해능이 좋기 때문에 원자 지름의 수십분의 일(0.01nm) 까지도 측정이 가능하다. 전자현미경과 비교 하여 AFM이 가진 주요 장점은 다음과 같으며, 향후 전자현미경 시장을 잠식해 나갈 것으로 예상한다.

1. (1)  전자현미경은 전자빔을 쏴서 2D 이미지를 구현하는데 반해, 원자현미경은 높낮이와 각도 등 시료의 3차원적 형상을 정량적으로 측정할 수 있을 뿐 아니라 전자기적 특성, 기계적 특성, 광학적 특성 등 다양한 물리적 성질을 나노미터 수준에서 측정 분석할 수 있다.
2. (2)  전자현미경은 진공 상태에서만 작동하지만, AFM은 대기 중이나 액체 속에서도 작동이 가능하며, 시료의 전도성과 관계 없이 별도의 시료 준비과정을 거치지 않고 바로 측정이 가능하다.

 

 

반도체, 디스플레이, 바이오 등 수요처 확대로 높은 성장 잠재력

 

정확한 최신 통계 자료가 발표된 건 없지만, 글로벌 전자현미경 시장 규모는 약 40억불 규모로 파악되며 1위 업체 Hitachi를 비롯해 JEOL, FEI, ZEISS 등의 플레이어가 있다. 반면 원자현미경 시장 규모는 1/10 수준인 4억불 규모로 추정되며, 미국 Bruker가 25~30%, 파크시스템스가 15~20%를 점유하고 있는 것으로 파악된다. Bruker의 경우 계측기 회사로 AFM은 하나의 사업부여서 정확한 매출 자료가 공개되지 않고 있다. 반도체(매년 30% 가량 성장 기대) 위주의 산업용 AFM 시장에서는 동사가 80% 가량 점유하고 있다. 반도체 Fab 당 전자현미경이 평균 20대 배치되는 반면 AFM은 현재 2대 정도 들어 가는데, 초미세화 공정 도입, EUV 파티클 이슈, GAA 같은 새로운 트랜지스터 구조 도입에 따라 AFM 수요는 더욱 증가할 전망이다. 반도체 전공정에서 AFM은 Mask Defect, Patterned Wafer Defect 등을 측정하거나, CMP Process, Narrow Trench Structure, Fin/Gate Process 이후의 계측에 유용하게 이용되고 있다. 한편, 디스플레이의 경우는 2020년에 1대 공급 후 실적이 없지만, 하반기부터 수요가 증가할 것으로 기대되고 있다. 그리고 바이오의 경우는 아직 분자 단계 연구라서 AFM 수요가 없지만, 경쟁사들이 보유하지 않은 독자적인 기술을 보유하고 있고 언젠가는 Killer Application이 등장하여 새로운 시장이 열릴 수 있을 것으로 전망된다.

반도체 신제품 : Hybrid WLI, EUV 마스크 리페어 장비

 

작년에 출시한 Park NX-Hybrid WLI는 기존에 반도체 후공정 3D 측정에 사용되던 WLI(White Light Interferometry)와 AFM의 장점을 통합한 신장비다. WLI 기술은 0.1nm의 초정밀 높이 분해능과 AFM 대비 고속 측정이 가능하다는 장점이 있으나, 광학 분해는 한계로 인해 공간 분해능이 수백 nm 수준이고 빛이 투과하는 투명한 물질에는 사용이 어렵다는 단점이 있어, 주로 수 마이크로미터 이상 크기의 구조물의 3D 측정에 사용되어 왔다. 파크시스템스가 개발한 Hybrid WLI는 WLI(자체 기술로 모듈 개발)와 AFM의 각 기술 단점을 보완하여 반도체 후공정 및 패키지 뿐만 아니라, 반도체 전공정에도 적용, 나노 구조물을 빠르고 정밀하게 측정 가능하다. 

 

한편 EUV 마스크 리페어 장비는 가격대가 고가이며  해외 마스크 업체로부터 몇대의 수주를 받은 바 있다. EUV 마스크는 장당 3~5억원에 이르는 고가이며, 대부분 세정 후 재사용한다. 파크시스템스 제품은 나노 계측을 통해 비접촉방식으로 마스크 파티클을 효과적으로 제거할 수 있어, 원가절감과 수율 향상에 기여할 수 있으며, 전자현미경 보다 기술적 우위에 있다는 점에서 향후 수요가 지속 증가할 것으로 예상한다.

파크시스템스

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