(주)코스모크는 차세대 반도체 분석장비 제조 스타트업이다. 공정 간 소재의 특성 변화를 모니터링하고 분석하여, 반도체 제조 수율 향상을 구현하는 기술력, 특히 MRAM(Magnetic Random Access Memory) 분석 분야에서 독자적인 기술을 확보해 국내외 반도체 제조사들의 주목을 받고 있다. 지속적인 R&D와 투자 유치를 통해 글로벌 시장 진출의 발판을 마련하고 있는 코스모크의 CEO, 장범진 로봇공학과 교수를 만났다. 

 글. 이연주/ 사진. 손초원

■ 스핀트로닉스 시장을 공략하는 자성 박막 비파괴 분석 플랫폼

2025년 3월, 시장조사기관 퓨처마켓인사이트는 전 세계 스핀트로닉스 시장이 2035년 986억 달러에 육박할 것을 전망했다. 수요 급증에 따라 국내 과학계를 비롯해 반도체 대기업 또한 스핀트로닉스 관련 연구와 개발에 박차를 가하고 있다. 스핀트로닉스는 스핀(자화)을 정보의 매개로 활용하고, 전하 전류로 그 스핀 상태를 만들고 읽는 기술이다. 기존의 반도체보다 연산속도와 저장 용량을 획기적으로 개선할 수 있는 기술로 전력 손실은 낮추면서 정보 처리 속도를 획기적으로 높일 수 있어 양자 컴퓨팅 및 데이터 저장을 비롯한 기존 반도체의 한계를 극복하는 핵심 기술로 주목받고 있다. 그리고 이 스핀트로닉스를 기반으로 만들어진 메모리 반도체가 바로 MRAM이다. 빠른 속도와 뛰어난 내구성, 저전력으로 메모리 반도체의 미래로 주목받는 MRAM은 국내를 비롯해 해외에서 활발하게 양산되고 있다. 

"대만 TSMC의 경우 AI와 전장, ioT 등 다양한 분야에 임베디드솔루션을 공급하고 있고, 미국의 Everspin과 Avalanche Technology는 항공우주 분야에 독립형 MRAM을 제공하고 있습니다. 국내에서는 삼성전자 파운드리가 eMRAM을 양산 중이며, SK하이닉스는 일본 Kioxia와 협력해 서버용 MRAM을 연구 중입니다. 또한 MRAM은 온도 변화 등과 같이 극한 환경에 강하여, 강하고 높은 신뢰성이 요구되는 전장 반도체, 우주항공 반도체, 로봇 반도체 등 미래 산업에 활용되는 반도체에 특히 적합하죠. 글로벌 MRAM 시장은 연평균 36% 성장률을 보이고 있습니다."

MRAM은 자성박막 소재를 적용한 만큼 기존의 반도체 분석 장비로는 특성 분석이 어렵다는 한계가 있다. 장범진 교수 역시 삼성전자 연구소 재직 당시 MRAM 양산 공정에서 자성 박막을 제조라인 밖에서 파괴적으로 측정하면서 뒤따르는 수율 저하의 문제점을 포착했다. 

"MRAM 양산 공정에서 자성 박막을 비파괴적으로 분석할 수 있는 적절한 장비가 없어 공정 수율에 문제가 발생하는 것을 들었습니다. 이때 '자기광 커 효과(MOKE) 기반 분석 장비를 적용하면 해결할 수 있지 않을까?라는 의문이 들었고, 기존 MOKE 장비에 사용되던 헬름홀츠 코일 구조가 웨이퍼 이동을 방해해 인라인 적용이 어렵다는 기술적 한계를 알게 되었죠. 흥미롭게도, 제가 박사과정에서 전자기장 기반으로 자성 미세로봇을 제어하는 연구를 수행하며 사용했던 개방형 슬레이노드 구조가 MOKE 인라인 장비 개발에 적합하다는 아이디어를 얻게 되었습니다."

코스모크는 스핀트로닉스 기반의 토토사이트 확인 소자(MRAM, MR센서, HDD 등) 제조 공정에서 자성 특성을 비파괴적으로 분석할 수 있는 MOKE 기반의 인라인 분석 장비를 개발해 공급하고 있다. MRAM의 핵심 공인 자성 박막 증착 이후, 공정 수율을 높이기 위해 자성 특성을 실시간으로 분석할 수 있는 장비가 필요한데, 코스모크의 분석 장치를 활용하면 인라인에서 분석이 가능하다. MRAM에 국한하지 않고 스핀트로닉스 기반 제조 공정에서 향후 필수적으로 요구되는 기술인 만큼 적용의 범위가 매우 넓다. 자기장과 빛, 촉매 등 다양한 외부 에너지를 활용한 미세 로봇을 개발해 왔던 연구 경험과 자성 마이크로 로봇 제어 연구 수행에 활용했던 기술이 토토사이트 확인 인라인 장비 개발에 적합하게 맞물려 창업도 순풍을 타게 된 것. 2023년 9월 코스모크 법인 설립 이후 2023년 12월 제2회 한양대 ERICA 통합 IR데모데이 최우수상을 수상하고 지난 6월 기술보증기금 벤치캠프 16기에서 대상을 받았다.

■ 기초와 실용의 연결고리를 추구한다

장범진 교수는 코스모크 설립 후 숨 가쁘게 달리며 눈부신 성장을 이뤘다. 연구용 모델인 COSMOKE RESEARCH와 제조라인용 COSMOKE SEMI를 필두로 지속적인 고도화 작업을 거치고 있다는 그는 MRAM이라는 새로운 물질에 특화된 분석 장비를 토대로 기술적 니즈 공략을 위한 남다른 전략을 내세웠다. 시장 성과 경쟁력을 확보한 절묘한 전략이다. 

"현재는 연구용 장비인 COSMOKE RESEARCH의 개발을 마무리 중이며, 대학 및 기업 연구소를 주요 타깃으로 초기 매출을 확보할 계획입니다. 가장 큰 도전은 제조 인라인 장비 개발입니다. RESEARCH 장비에서 확보한 핵심 기술을 바탕으로, 생산 현장의 고사양 스펙과 안전 기준을 충족하는 장비를 만들어야 합니다. 이를 위해, 삼성전자 생산기술연구소에서 30년간 인라인 장비를 개발하신 기구 전문가 편희수 CTO와 전장 전문가 기종일 기술이사 두 분을 올해 6월 영입해 개발을 본격화하고 있습니다."

이를 위한 개발비를 확보하기 위해 다양한 정부 과제 및 시드 투자 라운딩 등 스타트업 대표로서 몸이 열 개라도 바쁘다. 반도체 설비 제조업은 이미 대기업 중심으로 형성된 레드오션 분야다. 그러나 코스모크는 시장의 변화를 빠르게 감지하고 차세대 반도체 제조에 필요한 장비를 지속적으로 선보여 초격차를 확보하고 있다. 그렇다면 교수로서의 목표는 무엇일까. 산업의 문제점을 파악해 획기적인 솔루션을 제시한 그였기에 교수로서의 연구 비전이 궁금해진다.

"교수로서 제 연구 목표는 한양대 ERICA Biomimetic Robotics Lab에서 수행하는 기초 연구를 산업 현장과 유기적으로 연결하는 것입니다. 기초 연구에 몰입하다 보면 실용화에 대한 갈증이, 실용화에 집중하다 보면 다시 펀드멘털 연구에 대한 갈증이 생깁니다. 그래서 저희 연구실은 촉각 센서, 미세로봇, 소프트 로봇 등 차세대 로봇 산업의 핵심 주제를 심도 있게 탐구하고 있습니다. 특히 촉각 센서는 기초 단계를 넘어 실용화 국면에 들어섰고, 현재 다양한 로봇 기업으로부터 협력 요청이 이어질 만큼 높은 사업성을 확인하고 있습니다. 궁극적으로 저는 '기초와 실용의 연결고리'로서 연구 성과가 산업을 통해 사회에 실질적인 가치를 창출하는 것을 비전으로 삼고 있습니다.”