기업

산학관 연대를 기초로 한 첨단결정재료 개발과 벤처기업화

福田承生 Fukuda Crystal Laboratory

1. 들어가는 말
(주)福田結晶技術硏究所는 2002년 1월 24일에 자본금 1000만 엔으로 설립되었다. 현재의 사업내용은 결정성장의 컨설턴트, 기술개발지원, 결정시작육성 등을 주로 하고 있는데, 2006년 5월에 기술개발센터 겸 양산공장으로 약 1100m2의 ‘결정센터’를 설립했다. 앞으로는 지금까지의 컨설턴트 중심의 업무에서 직접 결정제조업에 진출할 수 있는 단계를 향해서 매진해 나갈 것이다.
 
2. 회사설립의 경위
나는 원래 ‘산(産)’인 東芝에서 23년간 근무했는데, 그동안에 나라의 프로젝트로 설립된 ‘관(官)’인 광기술공동연구소에 5년간 파견되었고, 그 후 ‘학(學)’인 東北大學에 18년간 적을 두어왔다. 東北大學을 퇴직한 후에 福田결정기술연구소를 설립하여 4년이 경과하였으니, 지난 40년 이상 일관되게 결정성장 분야의 일을 계속해 온 것이다(그림 1). 한 사람이 ‘산학관’을 모두 경험하는 일은 거의 없으리라 생각되는데, 운 좋게도 귀중한 경험을 할 수 있었다. 학교를 그만 둔 후인 현재에도 객원교수, 연구교수로서 東北대학 다원물질과학연구소에 연구실을 가지고 대학과 회사라는 두 가지 일을 겸하면서 노력하고 있다. 나의 이러한 약 40년간의 경험에서 우선 느낀 것은 많은 대기업이 신규사업 창출 및 그 사업화를 위하여 연구소를 설립해 왔음에도 불구하고 ‘두드러진 성과가 나질 않는다’, ‘사업화가 생각대로 되지 않는다’등의 이유로 연구소를 없애버린 예가 많다는 점이다. 그에 대신할 수 있는 것으로 기업은 대학을 자사의 ‘연구소’ 대신으로 삼아 ‘산학연대’에 의한 신규사업창출을 기대하며 공동연구, 프로젝트의 획득에 힘을 쏟게 되었다. 이에 호응하듯이 대학은 본래 기초연구에 전념해야 함에도 불구하고, 기업 측에 붙어서 산학연대에 의한 신규사업의 창출 및 사업화에 대한 흥미를 보이지 않을 수 없게 되었다. 이것은 대학의 독립행정법인화에 의해 한층 가속화되고 있다. 즉 연구비를 획득하기 위해서는 기업과의 연대가 불가결해지고 있어 대학 혹은 연구자의 자주성이 손상되고 있다고 느낀다. 나도 그 일익을 담당해 온 책임은 통감하고 있는 바이지만 앞으로의 대학에 있어 연구의 어려움을 실감하고 있다. 대학발 벤처 1000사(社) 계획이라는 구호로 2004년에는 벤처 1000사를 달성했지만, 앞으로 이들 기업이 얼마나 살아남을 것인지 상당히 흥미롭다. 대학은 단순히 대기업의 연구소 대신이 아닐 뿐 아니라 사업화를 목적으로 벤처를 만들기만 하면 되는 것도 아니다. 그런 가운데 대학발 벤처 기업의 존재의식은 무엇인가, 현상을 살펴보면 스케일이 작아 시장규모가 작은 분야에서만 사업화를 겨냥하고 있는 듯이 보인다.
내가 이 회사를 설립한 것은 대학과 기업이라는 전혀 다른 세계를 연결하여, 대학발의 유망한 기술이 세상에 도움이 되도록 하고 싶었기 때문이다. 내가 대학에 재적한 18년간 10억 엔 이상의 연구개발비를 투자하여 여러 가지 결정을 개발한 많은 논문을 써왔지만, 정말로 사람들에게 도움이 되었는가, 자문자답하면 대답은 ‘NO’이다. 우수한 연구 성과라도 그 기술을 이용하기 쉬운 형태로 제공하지 않으면 기술 그 자체가 죽어 버린다. 따라서 지금까지의 연구 성과 및 경과를 ‘살리기’위해서 福田結晶技術硏究所를 설립했다. 당사는 결정성장 기술의 컨설턴트를 주로 하는 회사로 출발했다. 당초는 대기업이 자본으로 출발했으나 방향성과 사고방식의 차이 등으로 2004년 12월에 자본제휴를 해소하고, 내가 100% 주식을 보유하는 형태가 되어 재출발했다. 당사의 특징은 자사 내의 결정제조 장치를 사용하여 고객기업의 기술자를 직접 지도하는데 있다. 자사 설비를 사용함으로써 연구개시에 있어 고객기업의 리스크, 부담을 경감하여 연구개발의 장애물을 줄일 수 있게 된다. 현재는 컨설턴트 업무와 함께 당사 내에서도 결정의 양산을 위해서 개발을 추진하고 있다. 연구개발 시설은 당초는 東北인텔리전트 코스모스 연구기구(ICR)빌딩 내의 실험실을 사용했으나, 자사 내에서의 결정양산화에 대한 가속화를 해서 신규로 1100m2의 결정 센터를 설립했다.

3. 지금까지 진행해 온 기술개발  
가. Cz법에 의한 광학재료용 불화물 단결정 제조기술 개발 지원
불화물 단결정은 산화물 단결정이나 반도체 결정에 비하면 자외 및 적외역에서의 투과범위가 넓어, 이 특성을 살린 자외·적외 레이저용 결정으로 주목을 받고 있다. 또한 진공자외광 투과율이 높은 재료이기 때문에 반도체 리소그래피 장치용 스텝퍼 재료로서 검토되고 있다. 가장 유망하다고 생각되고 있는 것이 불화칼슘 단결정이다. (주)토쿠야마는 당사의 지원 하에 개발한 인하법(Cz법)을 이용하여 세계 최대급인 초대구경 불화칼슘 단결정(직경 30cm)의 제조기술 개발에 성공했다(그림 2). 종래의 브리지맨법에서는 달성하기 어려웠던 대형·고품질 단결정 개발에 성공하여 반도체 리소그래피용 스텝퍼 장치 렌즈로 제품화·사업화를 추진하고 있다.
이 연구개발은 ICR부지 내의 불화물 결정성장 실험동에서 이루어졌는데, 현재는 토쿠야마가 자사 내에 장치를 도입하여 양산화를 진행하고 있다. 이러한 연구개발을 극히 단기간(2년간)에 달성할 수 있었다는 것은 경악에 가까운 일이다. 이것은 토쿠야마가 상당히 열심히 매진했다는 점과 그리고 결정성장에 초보자나 마찬가지였기 때문에 두려움을 몰랐다는 점이다. 아울러 초대형 결정을 개발하기 위해 작은 장치부터 전부 갖추라는 나의 어드바이스에 순순히 따라 주었다. 작은 장치부터 순서대로 실험하는 등의 일은 번거로운 일처럼 생각될지도 모르지만, 역사적으로 보아도 나의 40년의 경험으로도 결정육성의 ‘요령’이다. 그리고 최대의 성공요인은 토쿠야마의 리더십에 있었다고 할 수 있다. 토쿠야마의 담당중역은 “하세요. 책임은 제가 질테니”하고 말한다. 사원은 “그렇다면 어떻게든 해 봐야지”하게 된다. 요는 필사적으로 하느냐 마느냐이다.

나. 차세대 신틸레이터 결정의 개발·사업화 지원
신틸레이터 결정은 X선과 방사선을 빛으로 변환하는 재료로, 고에너지 물리학, 항공 등의 보안, 의료분야 등 폭넓은 분야에서 이용되고 있다. 그 가운데 특히 주목되는 것이 PET(Posi
tron Emission Tomography : 양전자 방사단층 촬영법)진단장치용 신틸레이터 결정으로, 암의 조기발견과 알츠하이머병의 진단에 상당히 유효하다. 건강보험의 일부 적용도 확대되기 시작하여 도입하는 병원도 늘어서 현재는 120대 이상이 가동되고 있다.
현재 PET용 신틸레이터로 가장 많이 사용되고 있는 것이 BGO(Bi4Ge3O12)인데, 차세대형 PET장치에서는 보다 고성능의 신틸레이터 결정으로 바꿔나가리라 예상된다. PET장치는 수억 엔/대로 상당히 고가이며, 그 가운데 신틸레이터 결정이 차지하는 비율이 20~30%에 달한다고 알려져 있어 값싸고 고성능인 신틸레이터 결정이 요구되고 있다. 단결정의 시장규모도 100억 엔을 넘을 것이라고 기대되고 있는 점에서 결정 비즈니스로서의 매력도 충분하다. 대학에서의 연구 성과로서 차세대 신틸레이터 결정으로 유망한 Pr:LuAG(Pr첨가 Lu3Al5O12)결정이 발견되어, 당사는 현재 복수의 기업과 사업화를 위해 기술개발을 하고 있다. 몇몇 의료장치 메이커도 이 결정에 상당히 흥미를 가지고 있어 양산화기술의 개발이 급선무이다. 대학은 우수한 시즈(seeds)를 제공하고, 당사가 실용화를 위한 기술개발을 하고 있는 이상적인 케이스라고 할 수 있다.

다. 마이크로 인하법에 의한 결정제조 기술 개발
마이크로 인하법(μ-PD법)이란, 작은 도가니에 원료를 연속적으로 넣어 인하하면서 결정을 성장시키는 방법이다. 이 방법의 특징은 성분원소가 다수여도 복수 원료를 섞으면서 공급할 수 있기 때문에 편석(偏析) 등 기타의 문제로 Cz법에서는 불가능했던 조성의 결정을 성장시킬 수 있다는 점에 있다. 또 도가니 재료와 융액과의 젖음에 관계없이 중력으로 융액이 떨어지기 때문에 육성 가능한 결정의 범위가 넓다는 것도 특징이다. 최대의 특징으로서는 받침대 형상으로 여러 가지 치수, 형상의 결정을 육성할 수 있어, 파이버, 롯드, 튜브, 판상 등 갖가지 형상의 결정이 육성되고 있다(그림 3). 이렇게 원하는 형상으로 결정육성이 가능하다는 점에서 절단가공공정, 가공로스를 최소한으로 낮춤으로써 저가의 육성기술로 주목되고 있다.
이 방법은 東北대학에서 개발한 기술인데, 대학에 공동연구차 왔던 유럽의 연구자가 기술을 가지고 돌아가, 유럽의 장치 메이커와 손잡은 형태로 발전시켜 이미 유럽에 파이버 크리스탈이라는 회사가 설립되어 있는 상황이다. μ-PD에서는 유럽에 선점을 당한 형태가 되어 버렸으나, 현재 당사에서는 양산을 위한 개발을 실시하고 있어, 멀티 인하 기술, 원료연속공급기술 등 장치 메이커와 협력하면서 지적재산권의 취득을 포함한 종합적인 결정성장 기술의 확립을 추진하고 있다. 고객기업과의 공동개발과 병행하여 당사에서도 이 기술에 의한 양산을 검토하고 있으며, Pr:LuAG를 비롯한 신틸레이터 결정과 압전결정, 광학용 파이버 결정 등에 대한 적용을 시야에 두고 있다. μ-PD법에 의한 양산화 기술개발에 관해서는 NEDO의 산업기술 실용화 개발비 조성금의 교부를 받아 연구개발을 시행하고 있다.
 
라. 소르보서말법에 의한 ZnO·GaN단결정 제조 기술
현재 청색 LED는 사파이어 기판 위에 GaN을 헤테로에피택시얼 성장시켜서 디바이스를 형성하고 있는데, 기판과 GaN층간의 미스핏트에 의해 많은 결합이 도입된다. 보다 고휘도, 장수명의 고체조명, 레이저를 실현하기 위해서는 GaN기판 위에 호모에피택시얼 성장이 없어서는 안 될 기술로, 현재 레이저 용도에는 기상성장으로 적층한 후막 자립 기판을 이용하여 디바이스를 제조하고 있다. 그러나 기상성장에 의한 의사 벌크 기판의 경우는 원가면에서 상당히 비싸다는(~100만 엔/2inch기판)점에서 보다 저가의 제조방법이 요구된다. 저가의 제조방법으로서 인공수정의 양산방법으로 실적이 있는 소르보서말법을 채용하기로 하여, GaN 이전에 우선은 같은 고체조명 용도로 주목되는 ZnO 성장기술에 관한 연구를 선행시켰다. GaN는 질화물이기 때문에 용매에 초임계 암모니아를 사용한다는 어려움이 기다리고 있으나 ZnO은 수정의 경우에 실적이 있는 수열법(용매에 물을 사용)을 적용할 수 있기 때문이다. 지금까지 ZnO은 강알칼리 용액을 사용하기 때문에 귀금속 내통을 사용할 필요가 있어, 결정의 고품질화와 대형화를 양립하기가 어렵다고 알려져 왔으나, 東北대학과 東京電波(주)와의 공동연구로 대형장치에 대한 귀금속 내통 적용기술을 확립, 현재는 東京電波에서 3인치 결정의 제조에 성공했다.
ZnO결정제조기술을 베이스로 하여 GaN에 소르보서말법의 적용을 시도했다. 해외의 연구 등에서 액체 암모니아를 이용하여 4000~5000기압의 고압 하라면 GaN결정이 성장한다는 것이 원리적으로는 알려져 있었지만 양산기술을 확립하기 위해서는 적어도 1500기압 이하(수정의 육성압력)로 할 필요가 있다. 이것은 결정제조장치인 압력용기의 설계 가능한 상한으로, 이 이상의 압력에서는 실험실 수준의 소형용기에 그치며 양산화는 불가능하다. 대학에서의 기초실험 결과, 수정과 비슷한 온도압력조건(500℃, 1500기압)에서 GaN결정이 성정한다는 것이 확인되었다. 그러나 문제는 초임계 암모니아를 견딜 수 있는 압력용기를 제적할 수 있느냐 하는 점이다. 따라서 나는 ‘소르보서말 결정성장 기술연구조합’을 결성하여 압력용기제조, 내부식 재료, 암모니아 취급, 결정성장 등의 독자의 기술을 가진 수직종합형 기업팀으로 난관돌파를 위한 체제를 구축했다(그림 4). 이 조합의 대표로서 각각의 기업의 이익을 공평하게 생각하는 입장으로서는 대학교수라는 중립적인 면이 도움이 되어 이러한 팀의 결성이 가능했던 것이라 생각한다. 이 조합을 중심으로 하여 2005~2006년에 걸쳐서 지역 컨소시엄 연구개발사업에 채택되어 GaN결정의 연구개발이 진행되고 있다.
당사에서는 ZnO결정에 관하여 양산도 시야에 넣고 검토하고 있다. ZnO결정은 발광 디바이스뿐 아니라 신틸레이터, 압전디바이스 용도 등 응용범위가 넓어 세계적으로 연구개발이 활발히 이루어지고 있다. ZnO는 반도체 결정으로 디바이스마다에 가장 적합한 특성의 결정을 육성할 기술의 확립이 요구되고 있다. 구체적으로는 한층 더 높은 고순도화, 도핑에 의한 도전성의 제어, 발광특성의 제어 등 개발과제는 산적해 있다고 할 수 있다. 당사에도 국내 해외 포함하여 복수의 기업, 연구기관으로부터의 공동연구의 문의가 있어 작년에 ‘결정센터’안에 소르보서말 결정성장의 연구거점 정비를 추진하기 시작했다.

4. 벤처기업 경영에 관하여
당초는 대기업의 자본참여에 의해 설립되었으나 이 점에 있어서는 좋은 면과 나쁜 면이 있었다. 우선 좋은 면은 신용면에서는 큰 이점이 있다. 자금조달, 회사운용 등 모회사의 신용을 배경으로 하여 안정적인 경영을 기대할 수 있다. 한편 벤처의 특징은 그 기동성과 신속한 판단에 의한 적확한 방향설정에 있다고 생각하는데, 대기업의 자본이 들어와 있던 당시는 그런 사장으로서의 일은 거의 불가능했다. 현재는 주식을 100% 내가 보유하고 있지만, 모회사와의 자본해소 시에는 주변으로부터 ‘福田結晶은 이제 풍전등화’라는 소문이 돌기도 했다. 그러나 지금까지 쌓아올린 인맥, 고객과의 신뢰관계에 의해 간신히 여기까지 올 수 있었다. 지금까지 힘을 빌려 주신 모든 분들에게 이 자리를 빌어 감사의 마음을 전하고 싶다. 그리고 진정한 벤처로서 세상에 필요불가결하며 존재의의가 있는 회사로 발전할 수 있도록 필사적으로 노력할 각오이다.
자본력이 약한 개발형 벤처기업의 경우는 국가, 지방자치단체로부터의 조성금도 중요한 연구개발 자금이다. 지역 ICR을 비롯해 東北經濟産業局으로부터는 여러 가지로 응원을 받아 감사하고 있다. 힘껏 사업을 확대하여 지역의 산업발전, 고용확보에 공헌하여 기대에 응하고자 한다.
개발형 벤처에 있어 가장 중요한 것은 기술개발력이라는 것은 말할 나위 없지만, 그렇다고 해서 기술을 가진 머리 좋은 인간만 모으면 성공하는 것이냐 하면 그렇지 않다고 생각한다. 역시 기업은 사람이며 목표를 향해 필사적으로 달려갈 수 있는 인간이 필요하다. 소위 ‘바보가 될 수 있는’인간이다. 성공할 것인가 실패할 것인가 머리로 먼저 생각하고 답을 내 버리는 좋은 머리는 마이너스이다. 곤란한 와중에도 가능성을 찾고 목표를 향해 필사적으로 나갈 수 있는 사람. 그런 인재가 가장 필요하며 소중하게 여겨져야 한다. 요즘 세상에 그런 사람은 좀처럼 없다고들 말하지만, 하나가 되어서 필사적으로 일한다면 그런 사람을 키워낼 수 있을 것이다. 필사적이 되면 누군가가 구원의 손길을 내길어 준다. 실패 따위 두려워하지 않고 필사적으로 일하라고 말하고 싶다. 이것은 내 자신에게 들려주는 말이기도 하다.

5. 맺음말
내 동기인 친구들은 벌써 은퇴해서 연금생활을 보내고 있는 사람도 많은데, 왜 나는 68세라는 나이에도 아직 노력하고 있느냐 하면 지금까지 해 온 40년의 경험을 물거품으로 만들고 싶지 않기 때문이다. 내 스스로 키워 온 기술을 내 손으로 사업화하여 세상에 도움이 되게 한다. 그런 멋진 일을 경험할 수 있게 된다면 그것만큼 행복한 일은 없지 않을까. 결국 나 자신의 행복을 거머쥐기 위해 필사적으로 노력하고 있다. 단지 그것 뿐이라고 생각한다.                             (Ceramics Japan)

그림 1. 지금까지의 단결정 성장 연구의 흐름
그림 2. 불화물 단결정 인상 장치와 대형 불화칼슘 단결정
그림 3. 마이크로 인하법으로 제작한 형상제어 신틸레이터 결정

그림 4. 소르보서말 결정성장 기술연구조합