4차 산업혁명과 함께 인공지능, 빅데이터, 클라우드 등 혁신 기술이 산업 전 분야에 널리 적용되면서 전 세계적으로 산업의 구조가 급격히 변화하고 있다. 이에 따라 기존 산업 분야에서도 새로운 시장이 형성됐다. 이와 함께 기존의 제조 공정에서 사용되던 일반 모터에 비해 정밀함과 효율성을 가진 '피에조' 기술이 높은 성장성을 보이고 있다.
피에조 기술은 주로 반도체, 자동화 로봇, 드론, 3D 프린팅 등과 같이 정밀함이 요구되는 산업 분야에서 중요한 역할을 담당하고 있다. 또한 최근의 코로나19 팬데믹으로 인해 늘어난 비대면 서비스, 의료 분야에서도 다양한 방식으로 쓰임새가 늘어나고 있다.
모션컨트롤 전문기업 PI는 Physik Instrument의 약자로, 이름처럼 물리학 관련 장비, 특히 고정밀 모션 컨트롤 제품을 개발하고 공급하는 회사다. 특히, 나노미터급의 높은 정밀도를 요구하는 분야에서 쓰이는 폭 넓은 피에조 모터스테이지 등 제품 라인업을 보유하고 있다.
피에조(piezo) 기술은 피에조 전극을 이용해 물체를 움직이거나 형태를 변형시키는 기술이다. 피에조는 모터처럼 회전해서 움직이는 게 아니라, 전압을 가해 크기나 모양이 변형되는 특성을 가지고 있고, 나노 단위로 컨트롤이 가능하다. PI는 피에조를 컨트롤하는 기술을 보유하고, 나노 스테이지를 비롯한 다양한 피에조 제품을 생산하고 있다. PI의 피에조 제품은 고효율, 높은 전압 변환, 높은 출력 등 특징을 갖고 있다.
세라믹을 구매해서 쓰는 일반적인 나노 스테이지 제조사와 달리 PI는 원료 단계에서부터 자체적으로 제품을 생산한다. 직접 분말을 구워 세라믹을 만들고, 스테이지 형태로 만드는 것이다. 0.1나노미터까지 대응되는 제품이 있을 뿐 아니라 반도체 웨이퍼 레벨에서 움직일 수 있는 미터 단위의 큰 스테이지 제품과 렌즈 스캐너, 액츄에이터까지 생산한다. 모션컨트롤 회사들이 많은 경우 특정 영역에 치중돼 있는 데 반해 모든 영역을 커버할 수 있는 기술과 제품을 가지고 있다.
PI의 핵심 기술은 크게 세 가지로, 나노 포지셔닝, 퍼포먼스 오토메이션, 피에조 테크놀로지다. 피에조 악전 소재를 이용해 만든 나노 스테이지는, 서브 나노급, 즉 0.1나노미터 단위로 대상체를 움직일 수 있게 만든 제품이다. 주로 반도체 분야에서 사용된다. 국내외 글로벌 반도체 생산 및 장비 업체에서 웨이퍼 패턴을 검사할 때, 레이저 소스를 나로 단위로 컨트롤해야 할 때 등 다양한 상황에 사용된다.
두 번째로, 기술은 퍼포먼스 오토메이션이다. 공장 자동화보다 더 정밀한 부분에서 자동화를 실현하고 있다. 특정 대상체를 어디로 움직인다 수준을 넘어, 대상체를 얼마만큼의 정밀도로 어디에 움직인다에 포커싱을 맞춰 오토메이션을 수행하고 있다. 국내에서는 주로 검사 장비에 많이 적용된다.
마지막으로, 피에조 테크놀로지는 의료 공학 등 분야에서 주로 쓰이고 있다. 이밖에도 피에조라는 물질은 다양한 응용 분야에서 활용된다. PI는 위 세 가지 핵심 기술을 가지고 포토닉스, 라이프 사이언스, 오토메이션, 반도체 등 산업에 솔루션을 공급하고 있다.
포토닉스, 라이프 사이언스, 오토메이션, 세미컨덕터 시장은 모두 현대 산업에서 중요한 역할을 하는 분야다. 포토닉스는 광전자기학을 이용해 빛과 전자를 다루는 분야다. 포토닉스 분야에서는 최근 광기술을 활용해 데이터 전송율과 열전도율을 높이는 기술이 개발되는 등, 혁신적인 기술개발이 한창이다.
PI는 정밀한 광학 계측기기 및 광학 렌즈 등에 필요한 모션 컨트롤 기술을 바탕으로 고객사의 요구에 따라 반도체 제조, 자동차 산업, 항공우주 산업 등 다양한 분야에서 사용되는 고성능 광학 제품에 솔루션을 공급하고 있다. 구체적으로는 광학 렌즈, 계측기 등의 포커싱을 지원하거나 스테이지의 정밀도를 높여주는 솔루션이 주다.
PI는 반도체 제조 분야에서 적용되는 고성능 나노 포지셔닝 시스템을 지원하고 있다. 대표적으로는 리소그라피 공정에 쓰인다. 리소그라피는 레이저로 나노미터 단위의 패턴을 새기는 공정인데, 레이저나 광학 장비의 정밀한 움직임을 피에조가 담당한다. 반대로 만들어진 패턴을 검사하는 데에도 아주 작은 단위로 움직일 수 있는 피에조를 이용해 스캐닝을 할 수 있다.
제조업에서 생산성을 높이고 비용을 절감하는데 큰 역할을 하고 있는 오토메이션 분야는 자동화 기술이 적용되는 산업 전반을 아우른다. PI는 산업 전반에 필요한 다양한 산업 자동화 시스템과 로봇 제어 시스템에도 솔루션을 공급하고 있다.
높은 해상도의 현미경이나 검사 장비 등, 광기술이 다방면으로 활용되는 라이프 사이언스는 의료, 생명과학 등 인간의 건강에 직접적으로 맞닿아있는 분야인 만큼, 모션 컨트롤에 높은 수준의 정밀도와 안전성이 요구된다. PI는 라이프 사이언스 분야에 사용되는 고성능 장비와 시스템에도 모션 컨트롤 제품을 지원하고 있다.
특히 바이오 메디컬 분야에서는 정밀한 생체 조작을 위한 나노 포지셔닝 시스템과 세포 조작을 위한 마이크로 포지셔닝 시스템을 제공하고 있다. 구체적으로 비뇨기과 쇄석술, 초음파 검사, 코로나 PCR 검사 단계에서의 시약 공정 등에 쓰이고 있다. 이밖에도 다양한 분야에 피에조 기술이 적용될 수 있다. 마스크 제조 공정이나, 카메라의 손떨림 방지 솔루션 등 다양한 분야에 PI의 피에조 기술이 필요하다.
이렇듯 피에조는 현재 굉장히 다양한 산업에서 각광을 받고 있다. 피에조의 또 다른 장점은 모터와 달리 수명이 없다는 것이다. 모터는 마찰로 인한 마모 현상으로 수명이 있지만, 피에조의 경우 수명이 무한대에 가깝다. 모터의 경우, 동일한 영역에서 반복적으로 사용하다 보면 정밀도가 떨어지는 일을 피할 수 없지만, 피에조는 정밀도를 보장할 수 있다. 또한 피에조는 특정 구간에서 속도가 굉장히 빠른데, 수백 헤르츠 이상에까지 이른다.
헬로티 이동재 기자 |
