▲'홀로그램 스토리지' 전공으로 박사 학위를 받은 후 삼성전자에 입사한 이홍석 마스터는 지난 2012년부터 홀로그래픽 디스플레이 연구에 집중해오고 있다

동화 '피터팬'의 원작이기도 한 스코틀랜드 작가 J.M.배리(James Matthew Barrie, 1860~1937)의 1911년작 소설 '피터와 웬디(Peter and Wendy)'엔 이런 장면이 나온다. 사악한 선장 '후크'는 '피터팬'이 아이들과 사는 네버랜드의 한 동굴을 발견한 후 피터팬이 마실 감기약에 독(毒)을 탄다. 그 사실을 알아차린 요정 '팅커벨'은 피터팬의 약 복용을 말리지만 피터팬이 믿지 않으려 하자, 자신이 그 약을 대신 마시고 죽어간다. 그제야 모든 정황을 이해한 피터팬은 팅커벨을 살리기 위해 큰 소리로 기도하며 온 세상 아이들에게 호소한다. "요정이 있다는 걸 믿으신다면 박수를 쳐주세요!" 그러자 사방에서 박수 소리가 들려오고, 그 소리는 점점 커진다. 마침내 팅커벨은 환한 빛을 내며 다시 살아난다.

팅커벨, 100여 년 만에 '헬레나'로 부활하다

피터팬과 팅커벨의 사연에 전 세계 어린이가 열광한 지 100여 년이 흐른 지난해 11월 초, 삼성전자 나노시티 기흥캠퍼스에서 삼성기술전이 개최됐다. 삼성그룹 관계사의 미래 신기술이 한데 모인 이 행사장에선 '2015년형 팅커벨'을 연상케 하는 요정이 등장, 눈길을 끌었다.

그런데 이 요정을 보려면 특별한 '장치'가 필요했다. 장치의 생김새는 이랬다. 어깨 높이 정도의 대형 블랙박스 앞에 의자가 하나 고정돼 있다. 박스 윗면 뒤쪽으론 인조 잔디가 깔려 있다. 의자에 앉아 전방을 주시하면 잔디 한쪽에서 별안간 예쁜 요정이 튀어나온다.

'헬레나'란 이름의 이 요정은 잔디 정원 위를 빙그르르 돌다 갑자기 의자에 앉은 사람 쪽으로 쓱 날아온다. 3D 안경을 착용하지 않고 의자에 앉아 맨눈으로 관찰하는 행위만으로 요정을 '손에 잡힐 듯' 체험할 수 있는 것이다.

지난해 삼성기술전에서 공개된 헬레나는 삼성전자 종합기술원의 작품이다. 이들은 '(요정처럼) 실재하지 않는 존재까지 실감 나게 재현해내는' 기술의 가능성을 확신하고 그 구현에 승부수를 띄웠다. 흔히 홀로그램(hologram), 혹은 홀로그래픽 디스플레이(holographic display)로 불리는 기술이다.

올 초 삼성전자 뉴스룸이 이홍석 삼성전자 종합기술원 디바이스랩 마스터와의 인터뷰를 추진한 건 이 신기한 기술의 개발 과정이 궁금해서였다. 이홍석 마스터는 '헬레나' 팀을 이끄는 리더. 차세대 3D 디스플레이 개발로 삼성전자의 미래형 디스플레이 기술 기반을 마련, 지난해 말 삼성전자 신임 마스터가 된 주인공이기도 하다.

빛, 세기∙위상 둘 다 완벽 제어하는 게 '관건'

▲이홍석 마스터는 취재진에게 홀로그래픽 디스플레이의 개념을 보다 쉽게 설명하기 위해 별도 프레젠테이션 자료를 준비해오는 등 열정적으로 인터뷰에 임했다

"홀로그래픽 디스플레이도 3D 디스플레이의 일종입니다. 실재하지 않는 대상을 입체감 있게 보여준다는 점은 기존 3D 디스플레이와 동일하죠. 다만 헤드마운트 디스플레이나 3D 안경 같은 장치 없이도 동일한 광경을 자연스레 볼 수 있다는 것, 또한 단순히 도드라져 보이는 느낌을 주는 데 그치지 않고 (보는) 각도에 따라 (보이는) 모습까지 달라진다는 것 등은 홀로그래픽 디스플레이의 고유 특징이라고 할 수 있습니다."

이홍석 마스터에 따르면 홀로그래픽 디스플레이는 실제로 존재하지 않는 형상을 마치 눈앞에 있는 사물인 것처럼 볼 수 있게 해주는 기술이다. 적용 원리는 소리의 경우와 비교하면 상대적으로 쉽게 이해된다. 우리가 사물을 볼 수 있는 건 그 사물이 지니는 시각 정보가 눈으로 들어와 뇌에서 인지되기 때문이다. 소리도 마찬가지다. 특정 사물이 내는 소리의 정보가 귀로 들어와 뇌에서 인지될 때 비로소 그 소리를 들을 수 있다. 다시 말해 빛이나 소리의 정보를 저장해뒀다가 특정 장치를 통해 재생할 수 있다면 빛이나 소리를 내는 실물이 그 자리에 없어도 충분히 보고 들을 수 있게 된다.

이 같은 배경 지식이 없는 이에게 헬레나의 날갯짓은 그저 신기한 요술처럼 느껴질 수 있다. 실제로 20세기 초 축음기(蓄音機, 원통형∙원판형 레코드에 기록해둔 음향을 재생하는 장치)가 처음 세상에 나왔을 때 사람들은 '(몹쓸 마법에 걸려) 아주 작아진 사람들이 기계 속에 직접 들어가 음악을 연주하는 게 아닐까?' 진지하게 고민했다. 축음기를 향했던 호기심 어린 시선이 어느덧 홀로그램 쪽으로 옮겨진 셈이다.

"종종 매스컴에서 '홀로그램 효과'로 소개되며 나오는 장면 중 상당수는 진짜 홀로그램 기술이 아닙니다. 대표적인 게 '플로팅(floating) 이미지'로 불리는 일명 '페퍼의 유령(Pepper's Ghost)' 기법이죠. 관련 기술을 정식으로 선보인 19세기 극 연출가 존 헨리 페퍼의 이름을 딴 건데, 무대 공연에서 자주 이용됩니다. 국내에서도 소녀시대나 싸이 공연에서 선보인 적이 있어요. 가수가 노래하고 춤추는 모습이 무대 위쪽 허공에 떠오른 형상으로 보이는 식이죠. 무대 뒤 보이지 않는 곳에서 노래하는 모습을 거울로 반사시켜 마치 공중에 떠오른 것처럼 보이게 하는 방식이어서 '공간에 떠 있는(floating) 2D 이미지'라고 정의하는 게 정확합니다."

▲삼성전자 종합기술원에선 간단한 원리가 적용된 홀로그래픽 구현 장치를 여럿 만날 수 있다

사실 이미지를 2D로 보여주는 기술은 비교적 쉽다. 휴대전화나 노트북, TV 등이 이미지를 구현해내는 원리와 같이 2D 이미지는 빛의 세기만 조절하면 재현할 수 있기 때문이다. 하지만 빛의 원리를 응용, 원하는 형상을 특정 공간에 3D 형태로 재생해 보여주는 데 이르면 얘기가 달라진다.

이홍석 마스터에 따르면 빛의 세기는 인간의 시각으로 인지할 수 있다. 하지만 빛엔 '세기' 외에 '위상'도 존재한다. 이 두 성질을 조정, 간섭시키면 원하는 공간적 위치에 빛을 만들거나 없앨 수 있다. 다시 말해 특정 사물이 존재하지 않아도 존재하는 것처럼 보이게 하려면 빛의 세기와 위상을 전부 제어(control)할 수 있어야 한다. 홀로그램 기술의 성패 역시 '빛의 세기와 위상을 얼마나 잘 통제할 수 있는가?'란 문제 해결 방식에 달려 있다.

"사물을 입체적으로 인지하려면 네 가지 생리적 정보가 필요합니다. 첫째, 양안시차(兩眼視差)입니다. 두 눈으로 보이는 게 조금씩 달라진다는 뜻이죠. 둘째, 양쪽 눈이 어떤 각도로 모이는지 하는 문제도 고려해야 합니다. 셋째, 물체와의 거리를 감안한 초점 조절 부분을 제대로 파악하는 것도 중요합니다. 마지막으로 인지해야 할 정보는 운동시차입니다. 보는 이가 이동할 때, 이를테면 달리는 기차 안에서 가까이 있는 건 빨리 움직이고 멀리 있는 건 천천히 움직이는 것처럼 보이는 차이를 일컫죠."

극장이나 TV에서 어렵잖게 접할 수 있는 '안경형 3D 디스플레이'는 위 네 가지 정보 중 양안시차를 주로 활용하는 방식이다. 입체적으로 보이게 하는 정보 중 일부만 제공하는 셈이다. 하지만 네 가지 정보가 다 주어지지 않으면 사람의 뇌는 혼란을 느낀다. 눈으로 들어오는 정보의 초점 위치와 머릿속에서 인지하는 초점 위치가 서로 다른 상황에서 어디에 초점을 맞춰야 할지 헷갈리기 때문이다. 이 경우, 눈의 초점이 왔다 갔다 하기 때문에 눈이 쉬 피로해지고 사람에 따라선 어지럽거나 메스꺼운 느낌을 받을 수도 있다. 움직이는 모습을 재현하려 해도 마찬가지 문제가 발생한다. 이를 극복해 제대로 된 홀로그램을 만들려면 빛의 위상과 세기를 정교하게 제어할 수 있어야 한다.

▲이홍석 마스터가 이끄는 팀원들은 사무실과 실험실을 부지런히 오가며 연구를 진행한다. 

"지난해 삼성기술전에서 선보였던 (헬레나) 홀로그램은 꽃밭에서 요정이 튀어나와 날아오르는 것처럼 보이도록 구성됐는데요. 이때 꽃밭은 실물, 요정은 홀로그램입니다. 홀로그램 효과를 극대화하기 위해 원하는 공간에 실제 물체가 있는 것처럼 상(像)이 맺히게 하는 일명 '시스루(see-through)' 방식을 채택했죠. '(고정되지 않고) 움직이는 3D'란 점에도 주목할 필요가 있습니다. 3D 디스플레이가 가장 발전된, 궁극의 형태라고 할 수 있거든요."

홀로그램 기술이 실용화되려면 관련 기기들의 성능 향상은 필수다. 디스플레이 패널은 해상도와 구동 속도를 높이는 쪽으로 개발돼야 하고, 카메라의 시점 추적 기능도 강화될 필요가 있다. 정확한 홀로그램 효과 구현을 위해 프로세서나 메모리칩의 성능도 향상돼야 한다. 여기에 홀로그램의 장점을 활용한 응용 서비스 시장까지 형성되면 금상첨화다. 삼성전자의 모든 기술이 집대성돼야 가능한 시나리오다. 

이홍석 마스터는 대학에서 광(光)공학의 일종인 '홀로그램 스토리지'를 전공했다. CD나 DVD에 소리나 2D 이미지 정보를 기록하듯 홀로그램으로 구현시킬 광저장장치를 연구, 개발하는 분야다. 박사 과정을 마친 후 "하루 빨리 홀로그램 기술을 상용화하겠다"는 꿈을 안고 삼성전자에 입사해 현재에 이르렀다. 

"회사가 제게 마스터 자리를 준 건 '가능성'에 주목했기 때문이라고 생각해요. 아직 갈 길이 멀지만 지금처럼 성실하게 연구를 계속해나간다면 머지않아 성과를 낼 수 있으리라 믿습니다."

부드러운 카리스마로 팀 이끄는 '기술원의 멀린'

홀로그램은 '온전하다'는 의미의 접두어 'holo-'에 '기록'이란 의미의 '그램(gram)'이 붙여져 형성된 단어다. 직역하면 '빛을 온전하게 담아내는 일' 정도가 될까? 하지만 빛은 소리와 달라서 (제어가 비교적 쉬운) 파동으로 바꾸는 것 자체가 쉽지 않다. 다양한 접근 방식이 필요한 이유다.

홀로그램 상용화는 대다수가 "불가능한 일"이라며 지레 포기해버리는 과제다. 실현 가능성이 높지 않은 만큼 매력적인 과제이기도 하다. 현실적 난관 앞에서 주저앉는 대신 차분하고 끈기 있게 핵심을 파고드는 한편, 부드러운 카리스마로 팀원들을 이끄는 이홍석 마스터. 그의 모습에서 문득 '아서왕의 참모'로 잘 알려진 현자(賢者) '멀린(Merlin)'이 떠올랐다. 홀로그램 기술 특유의 환상적 효과가 낳은 오라(aura) 때문이었는지도 모르겠다.

▲김제익 마스터는 하드웨어와 소프트웨어를 두루 이해해야 하는 ‘시스템 아키텍트’ 분야에서 삼성전자 내 몇 안 되는 전문가다

“소프트웨어 업무를 잘하려면 하드웨어 작동 원리에 대한 이해가 선행돼야 합니다. 그래야 같은 일을 해도 재미를 느낄 수 있죠. 따지고 보면 제품 개발은 전부 ‘특정 하드웨어에 맞는 소프트웨어를 설계, 작동시키는 일’이니까요. 하드웨어와 소프트웨어를 두루 잘 이해해야 최적화된 구조를 완성해낼 수 있어요. 그런 구조를 만들어내는 게 바로 시스템 아키텍트(system architect)의 역할이고요.”

‘안전하면서도 빠른’ TV 구현 관련 특허 보유

‘삼성 디지털 TV(DTV) 개발을 선도해온 시스템 소프트웨어 전문가’ 김제익 마스터와의 인터뷰 내내 도돌이표처럼 거푸 강조되는 메시지가 있었다. ‘특정 기기(device)에 최적화된 구조를 제시하려면 하드웨어와 소프트웨어가 유기적으로 통합돼야 한다’는 얘기였다. TV를 예로 들면 이런 식이다.

“요즘 영상 콘텐츠를 만들고 배포하는 사람들의 최대 골칫거리는 ‘불법 다운로드’입니다. 콘텐츠 제공업자들이 TV에 굉장히 높은 수준의 보안을 요구하는 건 그 때문이죠. 물론 화질 등 기본 성능은 당연히 갖춰야 하는 거고요. 반면, 요즘 소비자들은 전원 버튼을 누르자마자 재생되는 TV를 선호합니다. 보안 기능을 제대로 갖추려면 실행은 느려질 수밖에 없거든요. 그래서 TV 구조를 설계할 때 ‘보안을 강화하면서도 성능은 느려지지 않게’ 하는 데 초점을 둡니다. 실제로 현재 출시 중인 삼성 TV는 필요한 보안 수준을 충족시키면서도 부팅 시간이 5초를 넘지 않습니다. 세계 최고 수준이죠.”

이런 TV를 만들어내려면 제품 개발에 필요한 하드웨어와 소프트웨어 간 적절한 역할 분담이 필수다. “보안 수준을 충족시키려면 TV 성능이 실행되기 전, 관련 코드의 변조 여부를 자체적으로 점검하는 단계를 거쳐야 합니다. 그 과정에서 엄청난 연산이 들어가죠. 그걸 전부 소프트웨어로 처리하려면 시간이 엄청나게 걸립니다. 자연히 작동이 느려질 수밖에요. 이 문제를 해결하려면 일부 작업을 하드웨어가 분담하도록 해야 합니다. 그 과정을 통해 기기 전체 성능을 끌어올리는 거죠.”

실제로 김제익 마스터는 이 같은 기술을 개발, 특허를 받았다. 하드웨어와 소프트웨어 두 분야의 전문 지식을 겸비해야 가능한 일이다. 그는 “하드웨어도, 소프트웨어도 컴퓨터 언어가 기반이 되므로 둘을 통합해 작업하는 게 어렵거나 불가능하진 않다”며 “주어진 과제를 해결할 수 있는 자신만의 아이디어, 그리고 그걸 제대로 구현해내는 알고리즘을 갖추고 있다면 얼마든지 해낼 수 있는 일”이라고 말했다. 과연 그럴까?

열 살 때부터 전자기기 분해∙조립했던 ‘위즈키드’

▲“중학생 때부터 전자회사 개발자로 일하고 싶었다”는 김 마스터는 1994년 삼성전자 입사 후 20여 년간 TV 시스템 소프트웨어 분야 한 우물을 파왔다

“초등학교 3학년 때부터 전자기기 만드는 게 취미였어요. 눈에 띄는 건 모조리 뜯어서 내부를 들여다보고 원리를 이해해야 직성이 풀렸죠. 사실 그 습관은 아직도 못 고쳤는데(웃음) 다행히 요즘은 인터넷에 분해 전문 웹사이트가 많아 ‘직접 뜯어보는’ 일은 줄었습니다.”

사실 ‘전자회사 입사’는 꽤 오래 전부터 김 마스터의 꿈이었다. “중 3 때, 한 잡지사에서 장학금을 지원해주는 명목으로 진행한 면접을 봤어요. 장래 희망을 묻길래 ‘전자회사에 들어가 (당시 세계 최고 수준의 전자 기업이었던) 소니나 나쇼날 같은 일본 업체를 이기는 국내 기업을 만드는 것’이라고 했죠.” 대학 진학 후 어셈블리와 하드웨어 기술언어를 사용, ‘고속 MPEG 인코딩 병렬처리 연구’로 석사학위를 받은 그는 박사과정 진학을 권하는 지도교수의 제안을 고사하고 “하루라도 빨리 현장에서 일하고 싶어” 지난 1994년 삼성전자 영상사업부(현 영상디스플레이사업부)에 입사했다.

이후 그는 맡는 일마다 승승장구했다. 특히 10년간 세계 TV 시장에서 굳건히 1위 자리를 지키고 있는 ‘삼성 TV’의 역사를 주도해왔다. 1998년엔 세계 최초 DTV 개발 주역으로 관련 소프트웨어 기반을 마련했고, 2006년엔 ‘보르도 TV’ 소프트웨어 개발에 참여했다. 2013년 첫선을 보인 TV 업그레이드 솔루션 ‘에볼루션 키트(Evolution Kit)’의 주요 구조를 설계하기도 했다.

▲김 마스터는 자신의 업무에 대해 “소프트웨어 관련 지식과 하드웨어 특성에 대한 이해를 겸비해야 해 진입 장벽이 높은 편이지만 어려운 만큼 성취감이 높다”고 말했다

그는 말하자면 전형적인 ‘위즈키드(wiz kid)’다. ‘마술사(wizard)’와 ‘어린이(kid)’를 합성해 만든 이 영어 신조어엔 ‘어렸을 때부터 특정 분야에 몰입, 성장하면서 해당 분야에서 타의 추종을 불허하는 수준의 전문성을 갖추게 된 사람’이란 뜻이 담겨 있다. 하지만 대개의 경우, 위즈키드가 본인의 전문 분야를 직업으로 택하는 일은 흔치 않다. ‘(몰입해 즐길 수 있는) 놀이’와 ‘(좋든 싫든 지속적으로 이어가야 하는) 일’은 엄연히 다르기 때문이다. 그런 의미에서 김 마스터는 ‘취미가 직업으로 연결된, 가장 바람직한 사례’라고 할 수 있다. 전자기기 분해가 취미였던 열 살 소년이 세계 최초 디지털 TV 개발의 주역으로 성장했기 때문이다.

김제익 마스터는 “내게 문제 해결의 첫 번째 절차는 적절한 아이디어를 구상하는 것”이라며 “그 아이디어를 구현하는 수단이 하드웨어냐, 소프트웨어냐 하는 건 그다음에 결정할 일”이라고 말했다. 인터뷰 도중, 우연찮게 그의 집무실 한쪽 벽면에 세워진 화이트보드로 눈길이 갔다. “넷플릭스 시청 시 음질이 끊기는 건 무엇 때문이지요?”란 질문 아래 복잡한 수식과 용어가 빼곡했다. “제품 테스트 과정에서 접수된 질문을 해결하느라 씨름한 흔적이에요. 좀 고전하긴 했지만 결국 답을 찾았습니다.”

마스터 선임과 동시에 ‘뉴 미션’… “할 일 많다”

김제익 마스터는 지난해 말 마스터로 선임되며 새로운 ‘미션’을 부여 받았다. TV 중에서도 AV(Audio/Video) 소프트웨어 개발 업무를 총괄하게 된 것. 본인의 특기를 내려놓고 새로운 영역에 도전하는 일은 분명 적잖은 부담일 터. 하지만 그의 생각은 좀 달랐다. “연구 영역이 달라진 건 분명하지만 기본적으론 같은 작업입니다. 이 분야에서도 하드웨어와 소프트웨어가 존재하니까요. 빠른 응답률과 편리한 사용성, 생산 단가 대비 품질 향상 등 해결해야 할 과제의 성격도 제가 이전에 하던 업무와 유사합니다.”

김 마스터는 “실제로 와서 일해보니 개선할 부분이 여럿 눈에 띄고 충분히 해결할 수 있겠다는 확신이 든다”며 “TV 쪽 업무 노하우를 바탕으로 1등 오디오 제품을 만들 수 있도록 노력할 것”이라고 밝혔다.

▲김 마스터는 “직장 생활 하며 ‘난 모르겠고 일단 해보라’며 뒤로 빠지는 상사가 제일 싫었다”며 “이제 마스터가 됐으니 후배 개발자들이 눈치 보지 않고 업무에 몰두할 수 있는 환경을 만들어주고 싶다”고 말했다

김 마스터는 후배들에게 늘 ‘(양보다 질을 중시하는) 효율적 업무 처리’를 강조한다. 특히 기술 개발 과정에서의 의사 결정에선 ‘신속함’을 최고 덕목으로 여긴다. “연구개발(R&D) 분야에서 의미 있는 성과가 많이 나오려면 불필요하게 시간 끄는 일 없이 중요한 것만 짚고 넘어갈 필요가 있습니다. 가장 중요한 건 ‘개발자 개개인이 자신의 능력을 충분히 발휘할 수 있는’ 환경 조성입니다. 저도 이제 마스터가 됐으니 그 점을 유념하고 새로운 일을 많이 찾아 하겠습니다. 저와 함께할 수 있는 후배도 키워갈 생각이고요.”

사실 기술 개발 업무는 말 그대로 ‘무한도전’ 정신을 요구한다. 하지만 인터뷰 내내 그는 일하며 맞닥뜨리는 도전 자체를 진심으로 즐기는 듯 보였다. 언뜻 ‘저런 상사와 함께 일하는 후배는 좀 부담스럽겠다’는 생각이 스쳤다. “개발 작업은 어렵게 생각하면 한없이 부담스럽지만 기본만 충실히 익히면 의외로 간단하게 접근할 수 있습니다. 단, 마음가짐을 제대로 갖는 건 정말 중요합니다. 개발을 ‘숙제’나 ‘주어진 틀에 맞춰야 하는 일’로 여기면 부담감을 이겨내기 쉽지 않을 거예요. 문제 해결 과정 자체를 즐겁게 생각하고, 거기서 오는 성취를 기뻐할 줄 알아야 이 일을 해나갈 수 있다고 생각합니다.”

“알기만 하는 사람은 좋아하는 사람만 못하고, 좋아하기만 하는 사람은 즐기는 사람만 못하다(知之者 不如好之者 好之者 不如樂之者).” 김제익 마스터는 인터뷰 전 취재진에게 보내온 사전 질의 답변서에 이 문장을 썼다. “공자가 한 말인데 늘 마음에 두고 삽니다. 어떤 기술도 머리나 지식으로 알려 하지 않고 ‘놀이하듯’ 즐겁게 열중하다보면 해결책을 쉽게 찾을 수 있다는 뜻이죠. 저도 후배들에게 그런 즐거움을 일깨워주는 상사가 되고 싶습니다.”

▲김 마스터는 “글로벌 시장 1위 제품인 삼성 TV 개발 경험을 바탕으로 새로 맡은 AV 제품군에서도 세계 1위에 오를 수 있도록 최선을 다하겠다”는 포부를 밝혔다

“놀이하듯 일하는 즐거움, 후배들에게 전수하고파”

‘장자(莊子)’ 속 유명한 일화 중 ‘포정해우(庖丁解牛)’에 관한 게 있다. 하루는 군주 ‘문혜군(文惠君)’이 소 잡는 ‘포정’의 모습을 지켜보던 중, 마치 노래 운율처럼 소가 부드럽게 해체되는 모습을 보고 탄복했다. 포정은 문혜군에게 이렇게 말한다. “전 손끝 재주가 아니라 도(道)를 통해 소를 잡습니다. 처음엔 소의 모습을 보고 칼을 대했지만 지금은 마음으로 대할 뿐, 눈으로 보진 않습니다. 그러면 소의 가죽과 고기, 살과 뼈 사이에 난 틈이 느껴지죠. 그런 다음, 적절한 곳에 칼을 대면 힘들이지 않아도 그대로 해체됩니다.”

개발자는 제아무리 다양하고 복잡해 보이는 문제도 그 안에서 단순한 기본 원리를 직관적으로 파악, 집중해 기어이 해결해낸다. 하지만 누구나 그런 경지에 오를 수 있는 건 아니다. 마음을 다해 몰두한 시간이 쌓이고 쌓여야 가능한 일이다. 삼성전자는 벌써 수년째 김제익 마스터 같은 개발자를 발굴, 지원해오고 있다. ‘실력 있는 개발자의 노력이 집약된 바로 그 지점에서 기업의 진짜 경쟁력이 창출된다’는 명제를 누구보다 잘 이해하고 있기 때문이다.

▲양유신 마스터는 물리학 박사 학위를 취득한 후 2000년 2월 삼성전자에 입사, 16년째 ‘반도체 계측’ 한 분야 연구에 매진해왔다

“다저스 스타디움 객석에 앉아 경기장 전체를 10분 안에 스캔할 것, 투수 류현진이 던진 공의 방향과 목표 지점도 정확하게 찾을 것, 아울러 그 공의 어느 부분 실밥이 뜯어졌는지 알아맞힐 것”

이게 무슨 ‘미션 임파서블’ 같은 소리냐고? 그렇다면 이건 어떤가.

“서울에서 대전까지 10분 내로 이동하는 도중 도로에 떨어진 100원짜리 동전을 발견하라!”

이쯤 되면 혹자는 ‘코끼리를 냉장고에 넣는 방법’ 따위 난센스 퀴즈를 떠올릴 법도 하다. 그런데 놀라지 마시라. 삼성전자엔 실제 이 정도 수준의 문제를 다루는 인력이 존재한다. 양유신 마스터가 그중 한 명이다.

최대 1000개 공정… 단 하나의 결함도 없도록

지난해 말 삼성전자 신임 마스터가 된 양유신 마스터는 ‘계측 검사(Metrology & Inspection) 전문가’다. 그의 주된 업무 중 하나는 반도체 메모리 극미세 공정에서 오류를 잡아내는 일. 앞서 언급한 두 가지 ‘미션’은 그의 업무를 알기 쉽게 풀어 설명한 것이다.

“웨이퍼(wafer, 집적 회로 제작에 쓰이는 실리콘 결정 소재의 얇은 판) 하나를 전부 점검하는 데 걸리는 시간이 대략 10분입니다. 그 시간 동안 찾아내야 하는 결함(defect)의 크기는 20나노미터(㎚) 수준이에요. 아시겠지만 1㎚는 1미터의 10억 분의 1이죠. 웨이퍼 한 장의 지름이 300밀리미터(㎜)이니 결함의 최소 몇 백만 배에 이르는 범위를 10분 내에 꼼꼼히 훑어봐야 한다는 계산이 나옵니다.”

▲양 마스터는 최근 전자현미경을 활용, 반도체 패턴을 ‘시스루’ 콘셉트로 들여다볼 수 있는 특허를 획득했다

양 마스터에 따르면 ‘웨이퍼 내 결함’을 찾아내는 과정에서 사용되는 기기는 고속현미경이다. 고속현미경으로 무수한 이미지를 찍어 빠르게, 또 정확하게 보면서 결함을 찾아내는 것. 언뜻 생각해도 간단찮은 작업이다. 하지만 반도체 생산 공정 상의 오류를 줄여 품질 향상과 생산비 절감에 기여할 수 있는 일인 만큼 그 중요성은 헤아리기 어려울 정도다. 단순히 웨이퍼 결함을 찾아내는 일 외에 초(超)정밀 차원의 메모리 공정이 제대로 수행될 수 있도록 하는 제반 작업이 그의 업무 영역에 포함된다.

반도체 제조의 기본 공정은 웨이퍼에 원하는 패턴을 투영, 에칭(etching) 기법으로 파내어 완성하는 것이다. 설명은 간단해 보여도 (완성된 반도체의 적용 기기에 따라) 적게는 600가지, 많게는 1000가지 세부 공정을 거쳐야 한다. 이때 각각의 공정이 제대로 진행되는지 측정하는 기술을 ‘계측’이라 하고, 그게 바로 양유신 마스터의 전공 분야다.

“일단 패턴 단계에서 규격을 정밀하게 측정해야 합니다. 그런 다음, 제작돼 나온 웨이퍼가 규격에 맞게 만들어졌는지 살펴야 하죠. 쉴 새 없이 생산되는 웨이퍼가 제대로 만들어졌는지 검사하는 일도 여간 힘들지 않지만 극미세 공정에선 한층 더 고난도 기술이 요구됩니다. 두께가 ㎚ 수준인 웨이퍼의 불량 여부를 정확하게 점검하려면 0.01㎚ 수준까지의 정밀 측정은 필수죠.”

평면 계측 못잖게 중요한 게 3차원 계측이다. 웨이퍼를 층층이 쌓아 올린 반도체가 속속들이 올바른 구조를 갖췄는지 정확하게 확인하는 게 관건. “힌트는 ‘빛’이에요. 웨이퍼에 빛을 넣어주면 구조에 따라 각기 다른 형태로 반사돼 나오거든요. 그 빛의 스펙트럼을 파동 방정식에 대입, 구조를 예측하는 거죠. 물론 그 계산을 수행하려면 엄청난 사양의 컴퓨터가 필요합니다.”

입사 후 출원한 계측 관련 특허만 ‘142건’

반도체 산업에서 계측 검사 기술은 핵심 축에 해당한다. 과학적∙시스템적∙기계적 방법론을 포괄하는 ‘융합 기술의 정수(精髓)’이기도 하다. 실제로 계측 검사 시행 과정에선 △소재 △시뮬레이션 △광학 △이미지 프로세싱 △로봇 컨트롤 △통계학 △시스템공학 등 방대한 분야의 첨단 기술이 통합, 적용된다.

이를테면 앞서 언급한 ‘3차원 구조 계측을 위한 빛의 투사’엔 광학 기술이 적용됐다. 이 방식을 사용하면 제품을 절단하지 않고도 내부 상태를 쉽게 분석할 수 있다. 계측 시간 절감과 계측 과정 단순화에도 효과적이다.

광학 기술은 결함 검사 시에도 유용하게 쓰인다. 실제로 10분 내에 직경 300㎜짜리 웨이퍼 한 장에서 20㎚ 크기의 결함을 찾아내는 일은 서울에서 대전까지 이동하며 직경 2㎝가량의 동전을 발견하는 것, 혹은 폭 100미터 규모의 다저스 스타디움에서 야구공 실밥 하나가 풀린 걸 찾아내는 것에 비유할 수 있을 정도로 어렵다. 이를 가능케 해주는 게 바로 고감도 NA(Numerical Aperture) 렌즈를 활용, 빛을 미세하게 조종하는 광학 기술이다. 여기에 판독이 용이한 디지털 이미지로 결과 값을 보여주는 알고리즘을 결합, 불가능해 보이는 과제를 수행할 수 있는 것이다.

“반도체 계측 기술이 국내에선 아직 생소한 게 사실입니다. 하지만 미국 등지에선 계측 장비만 전문으로 만드는 큰 회사가 성업 중일 정도로 발달한 분야예요. 물론 삼성전자가 계측 장비를 만드는 기업은 아니죠. 하지만 실제 반도체 제조 공정이 존재하고 그에 맞는 기술을 개발해야 하는 만큼 사실상 세계 최고 수준의 계측 장비 회사들과 경쟁하는 수준으로 뛰고 있다 해도 과언이 아닙니다. 실제로 저희 팀은 이 분야 특허도 많이 보유하고 있어요. 제가 동료들과 진행한 특허만 해도 출원된 게 142건, 등록된 게 75건쯤 됩니다.”

양유신 마스터가 가장 최근에 받은 특허의 명칭은 ‘고가속 SEM 기술을 이용한 리얼 패턴 얼라인먼트(alignment) 측정 기술’이다. 여러 장의 웨이퍼를 층층이 쌓아 완성하는 반도체 메모리 칩 제조 과정에서 가장 중요한 건 아래쪽에서부터 위쪽에 이르기까지 모든 패턴이 비뚤어지지 않고 정확하게 쌓아 올려지는 것. 이제까진 광학 기술을 활용, 얼라인먼트 전용 패턴에 빛을 쏴 정렬 상태를 파악해왔다. 하지만 양 마스터가 받은 특허는 SEM(Scanning Electron Microscope), 즉 전자현미경이 강한 에너지로 전자를 리얼 패턴에 쏴 밑 부분까지 ‘투시(see through)’할 수 있도록 한 게 특징이다.

별 좋아하던 제주 소년, 반도체 전문가로 ‘우뚝’

“반도체 쪽 일을 하게 될 줄은 몰랐습니다. 어렸을 땐 밤하늘 보는 걸 무척 좋아했어요. 제가 제주도 출신인데 여름밤 은하수를 보며 ‘어른이 되면 천체 물리를 연구해야겠다!’ 결심했었죠. 그래서 대학 전공도 물리학을 택했는데 막상 들어와보니 천체물리 말고도 재밌는 분야가 많더라고요.”(웃음)

물리학 중에서도 양 마스터의 전문 분야는 비선형광학(非線形光學)이다. 굳이 구분하자면 고체물리학과 광학의 중간 지점에 위치하는 학문이라고나 할까? 그런 의미에서 그의 업무 분야가 반도체란 사실은 절묘하다. 반도체 자체는 고체이지만 그걸 계측하려면 빛을 이용할 수밖에 없기 때문이다. 2000년 2월 삼성전자에 입사한 이후 메모리사업부에서 16년째 계측 기술 한 우물만 파고 있는 그의 이력에 고개가 끄덕여지는 이유다.

▲양유신 마스터는 30명가량 되는 팀원들과 수시로 회의를 열어 의견을 주고받는다. 사진 촬영을 위해 모처럼 포즈를 취한 이들은 “업무량이 꽤 많은 편이지만 현장과의 피드백이 워낙 활발하게 이뤄져 기술 완성을 향한 의지는 다른 어느 팀보다 높다”고 입을 모았다

양유신 마스터는 지난 2013년 당시 메모리사업부장(사장)이었던 전동수 삼성전자 의료기기사업부장(사장)과 함께 일했던 기억이 지금도 생생하다. “전 사장님은 늘 부원들을 향해 ‘반도체 기술 개발자들도 바이킹 정신을 가져야 한다’고 강조하셨습니다. ‘바이킹’ 하면 ‘약탈을 일삼는 해적’ 이미지가 떠오른다는 분이 많죠. 하지만 사실 그들만 한 모험가가 없어요. 북극에서부터 열대지방에 이르기까지 보통 사람들은 감히 생각지 못했던 미지의 세계를 개척해나가는 이들이니까요.”

실제로 당시 메모리사업부원들은 전동수 사장의 지휘 아래 일명 ‘바이킹 프로젝트’를 진행했다. 5년 후 삼성전자 기술이 어디까지 갈 수 있는지, 그러기 위해선 뭘 어떻게 준비해야 하는지 점검하고 연구하는 게 골자였다. “일단 기존에 보유 중이던 특허 현황부터 살펴야겠더라고요. 그래서 절 포함, 15명가량의 부원이 사내 특허팀과 머릴 맞대고 관련 특허 수십 만 건을 1년간 분석했습니다. 제조 현장을 찾아 향후 삼성전자에 필요한 기술과 관련, 내부 의견도 청취했죠. 그 과정을 거쳐 남아있는 블루오션을 찾아냈고, 그에 맞춰 관련 기술을 선점한 후 기술 특허를 냈습니다.” 이 과정을 거쳐 등록까지 완료한 선제 특허는 약 15건. 양 마스터는 “그때 획득한 특허가 지금은 물론, 미래까지 준비할 수 있는 큰 틀이 됐다”고 부연했다.

계측 분야에서 현장의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않다. 양유신 마스터가 업무적으로 가장 자부심을 느끼는 부분도 현장과 연결돼있다. 삼성전자는 제조 부문을 자체적으로 보유한 기업인 만큼 내부적으로 개발된 기술은 곧바로 기기에 적용된다. 불량 개선도, 수율 혁신도 그때그때 확인할 수 있는 구조다. 양 마스터가 이끄는 30여 명 규모의 팀원들이 만만찮은 업무량에도 자부심과 자신감을 갖고 연구에 매진할 수 있는 이유 역시 ‘현장과 직결돼 피드백을 수시로 확인할 수 있는 구조’에서 찾을 수 있다.

“아직 남은 블루오션 찾아… 올해 더 열심히 뛸 것”

▲양유신 마스터는 2013년 당시 전동수 사장을 모시고 진행했던 ‘바이킹 프로젝트’의 기억을 되살려 ‘제2의 바이킹 프로젝트’를 준비 중이다

품질 관리(quality management)는 18세기 후반 산업혁명이 태동하면서부터 줄곧 기업가라면 누구나 고민해온 분야다. 실제로 ‘품질 개선’과 ‘불량 저감’은 마치 동전의 양면처럼 모든 기업 운영의 핵심 과제로 자리매김해왔다. ‘대량 생산 체계의 선구자’였던 20세기 초 미국 기업가 헨리 포드(Henry Ford)는 일찍이 “남이 보지 않는 곳에서도 양심껏 일하는 자세야말로 품질 개선의 최우선적 가치”라고 강조하기도 했다.

반도체 품질을 좌우하는 ‘나노미터’ 단위는 일상적 가시(可視) 영역의 한계를 뛰어넘는다. 이 단계에서 품질 관리는 더 이상 ‘양심’의 차원에 머무르지 않는다. 이론과 현장을 자유자재로 오가는 피드백의 고리를 튼실하게 갖추고 그 속에서 첨단 기술력을 바탕으로 치열한 탐구와 적용을 거듭해야 비로소 완성할 수 있는 과제다. 물론 그 저변엔 치열한 탐구와 협력을 가능케 하는, 깨어있는 정신이 필요할 터. 그런 의미에서 양 마스터에게, 그리고 그가 준비 중이라는 ‘제2의 바이킹 프로젝트’에 거는 기대는 자못 크다.

▲인터뷰 내내 자신의 연구 분야에 대해 막힘 없이 설명해나가는 김성협 마스터에게서 삼성인 특유의 자신감과 열정을 엿볼 수 있었다

자타공인 ‘반도체 설비 공정 시뮬레이션 전문가’

김성협 마스터와 마주한 건 지난해 12월 23일, 삼성전자 디바이스솔루션(DS)부문 생산기술연구소(경기 화성시 삼성전자로)에서였다. 김 마스터는 열과 유동(流動), 구조 해석 기술 기반의 반도체 설비·공정 시뮬레이션 전문가다. 다소 어렵게 들리지만 한마디로 ‘최고의 반도체를 생산해내기 위한 최적의 설비 환경 조성’이 그의 임무다.

“반도체 산업에서 중요한 건 제조 공정이에요. 관건은 ‘환경’에 해당하는 제조 설비 기술을 얼마나 최적화하느냐, 하는 거죠. 제 업무는 ‘반도체 제조 공정이 최대 효과를 거두려면 설비 환경을 어떻게 조성해줘야 하는지 시뮬레이션하는 것’이라고 보시면 됩니다.”

사업 경영 관점에서 기존 공정을 최적화하는 것만큼이나 중요한 작업이 있다. 새로운 공정이나 신규 설비가 도입되는 과정에서 원하는 수준의 수율(收率)을 달성할 수 있는지, 혹은 불량률 저감(低減)이 가능한지 등을 미리 평가해보는 일이 그것. 공정과 설비가 최적화돼야 생산 비용을 낮출 수 있기 때문이다.

혹자는 “가능한 모든 환경 조건을 일일이 다 만들어보면서 개중 가장 좋은 결과물을 선택하는 게 이상적”이라고 생각할 수 있다. 하지만 이 방식은 비용도, 시간도 어마어마하게 든다. 이 때문에 실제 환경에선 △몇 가지 대표 샘플을 만들어 실험해보는 방법과 △일어날 수 있는 경우를 최대한 많이 모의 실험(simulation)하는 방법 등 두 가지 조합을 병행, 실험하는 게 일반적이다.

김성협 마스터에 따르면 반도체 환경에서 시뮬레이션은 관련 공정과 설비, 제조(fab) 전체를 대상으로 이뤄진다. 흔히 실험이 좀 더 현실에 가까워 확실한 결과를 보여줄 거라고 생각하기 쉽지만, 비용이나 시간이 많이 든다는 문제도 있다. 실제로 이리저리 만들어 평가해봐야 하기 때문이다. 그는 “시뮬레이션을 활용하면 직접 실험하는 것보다 비용을 줄이면서도 더 많은 경우의 수를 평가할 수 있다”고 설명했다.

“시뮬레이션 활용 분야, 기업서도 무궁무진”

설비 개발 과정에서 실험과 시뮬레이션의 효율성 차이가 입증된 실제 예도 있다. 미국 전투기 ‘F16’과 ‘F18’ 개발 과정에서의 시뮬레이션 활용 사례가 그것. 결론적으로 시뮬레이션 수행 비율이 상대적으로 높았을 때 비행 성능이 훨씬 우수했다. 고장이나 추락 등 사고 발생 비율도 더 적었다.

이에 대해 김 마스터는 “예를 들어 실험할 수 있는 게 100종(種)이라면 시뮬레이션은 1000종에 적용한 후 그중 중요한 것 100종을 추려낼 수 있다”며 “이 경우, 나머지 900종은 시뮬레이션으로 이미 검증된 만큼 추가 실험을 진행할 필요가 없다”고 말했다. “투입 비용이 제한적인 상황에선 시뮬레이션이야말로 다양한 상황을 반영, 평가할 수 있는 효과적 수단”이란 설명이다.

“이쪽 사람들이 농담하듯 종종 드는 예가 있습니다. 파리바게트는 빵을 만드는 회사일까요, 오븐을 만드는 회사일까요? 정답은 물론 ‘빵 만드는 회사’죠. 하지만 달랑 하나만 굽는 게 아니라 전국 모든 점포에서 동시에 수백 개, 수천 개씩 구워냅니다. 그 많은 빵이 전부 ‘겉은 바삭하고 속은 촉촉하게’ 구워지려면 오븐 속 환경이 동일하게 유지돼야 하죠. 결국 제빵에 관한 일련의 환경 전체를 연구할 수밖에 없습니다. 반도체 공정도 마찬가지예요. 제대로 하려면 설비부터 연구해야 해요.”

‘열∙유동을 고려한 시뮬레이션’이라고 하면 다소 생소하게 들리는 게 사실. 하지만 이 같은 시뮬레이션 기술이 활용되는 분야는 의외로 많다. 가장 대표적인 게 일기예보다. 태풍 이동 경로나 비 내리는 장소, 풍향∙풍속 방향 등을 예측하는 일 등이 모두 시뮬레이션 영역이다.

품질이 고른 공정 과정을 설계하고 지속 가능한 설비를 유지하는 주요 요인 중 하나인 ‘냉각’ 역시 김성협 마스터가 신경 써야 하는 분야 중 하나다. “기류(氣流)를 다루려면 온도와 밀도, 압력 등을 다각도로 고려해야 합니다. 삼성전자가 만들어내는 전자기기도 마찬가지예요. 휴대전화를 쓰다보면 ‘뜨겁다’고 느끼는 경우가 있죠? 이때 ‘어느 정도까지 기기를 냉각시키는 게 가격적으로나 상품 선호도 측면으로나 적정한가?’ 계산해줘야 합니다. 그럴 때도 시뮬레이션 기술이 응용되죠.”

▲김성협 마스터는 시종일관 ‘현장’의 중요성을 강조했다. “시뮬레이션의 성공 확률을 높이려면 현업 엔지니어들의 목소리에 귀 기울여야 한다”는 게 그의 지론이다. 사진은 팀원들과 함께 업무에 열중하고 있는 김 마스터의 모습

기계가 아무리 발전해도 결국 중요한 건 ‘사람’

하루가 다르게 발전하는 공정 환경을 일일이 제어하기란 결코 말처럼 쉽지 않다. 새로운 기술이 개발되는 만큼 그 기술을 활용하는 생산 공정과 환경을 최적화된 상태로 조성하는 일도 계속돼야 하기 때문. 기술 자체의 적용성 문제도 있지만 하나의 기술에 집중하는 과정에서 뜻밖의 주변 기술이 문제를 일으키는 경우도 비일비재하다.

때론 같은 기술을 적용해도 해당 설비가 놓인 환경에 따라 결과물이 달라진다. 미세한 변수 하나가 제품의 완성도에 커다란 변화를 가져올 수도 있다는 얘기다. “경험과 노하우가 쌓일수록 더욱 미세하게 완성도를 추구하게 돼 그에 따르는 어려움이 있습니다. 실제로 똑같은 설비를 열 개 놓고 생산해도 결과물을 들여다보면 설비별 제품에 미세한 차이가 생겨요. 이를테면 동일 모델 전기 오븐 열 대를 놓고 빵을 구웠을 때, 재료와 레시피가 동일해도 1번 오븐에서 구워낸 것과 10번 오븐에서 구워낸 것의 상태가 다를 수 있습니다. 이 경우, 예측 가능한 원인 중 하나는 조리장 내 선풍기입니다. 선풍기가 1번 오븐 가까이에 위치했다면 아무래도 온도 차가 생길 테니까요.”

상황에 따라 천차만별인 결과물을 일일이 파악해내는 노하우는 결국 ‘현장’에서 쌓인다. 제아무리 잘 만들어진 ‘표준 레시피’가 존재한다 해도 현장(또는 설비)별로 최적화된 ‘미세 조정’은 반드시 필요하고, 이 경우 해당 현장에서 실제로 근무하는 사람의 노하우가 중요할 수밖에 없다는 얘기다. 김 마스터는 “실제로 실험실(lab)에서 실시한 시뮬레이션 결과보다 현장에서 전수 받은 노하우가 더 정확하게 맞아 들어갈 때가 잦다”고 귀띔했다.

“시간이 지날수록 점점 더 실감하는 거지만, 현장에서 일하시는 분들이 저희 일에서도 가장 소중한 자산입니다. 현업 엔지니어들의 머릿속에 들어 있는 해법이 정답인 경우가 많아요. 전 어디까지나 가상의 모델을 만들고 그에 따라 시뮬레이션 작업을 진행하지만 현장에 계신 분들은 각자의 수많은 경험에 의해 도출된 답을 갖고 계시죠. 시뮬레이션은 ‘예측’이지만 경험은 실재하는 ‘사실’이 축적되고 체계화된 형태니까요.”

김성협 마스터는 “기계가 아무리 발전한다 해도 결국 그걸 다루는 주인공은 사람”이라고 거듭 강조했다. “한 번은 이런 일이 있었어요. 꽤 민감한 공정 설비를 담당하는 엔지니어의 실제 경험담인데요. 하루는 그 엔지니어가 설비 주변을 깨끗하게 청소한 후, 마음을 다해 절실하게 노래를 불러줬답니다. 그런데 이튿날, 거짓말처럼 해당 공정이 원활하게 자리 잡았다고 해요. 진짜로 엔지니어의 노래 소리가 공정 가동에 실질적 영향을 끼쳤다고 보긴 힘들겠죠. 하지만 기계 설비란 건 그 정도로 신경 써서 관리해줄 필요가 있습니다.”

김 마스터에 따르면 컴퓨터로 하는 계산의 효율성도 ‘누가 계산하느냐’에 따라 달라진다. 다양한 경우의 수를 고려해 치밀하게 분석하는 이가 더 많은 걸 찾아낸다는 뜻이다. 결국 관건은 개개인의 통찰력(insight)에 달렸다. 그는 “컴퓨터에 다 맡겨버리면 끝날 것 같은 일도 사람 손과 마음이 가는 만큼 그 성과가 나아진다”고 귀띔했다.

제조 공정 최적화로 작년에만 100억여 원 아껴

김성협 마스터가 속해있는 생산기술연구소(Mechatronics R&D Center)는 삼성전자 DS부문 산하 조직이다. 그는 “반도체 설비를 연구하고 관련 기술을 지원해주는 게 생산기술연구소의 주요 역할”이라며 “내가 이끄는 시뮬레이션랩은 그중에서도 시뮬레이션 작업을 통해 가상 공정 일체를 미리 검증, 지원하는 업무를 담당한다”고 설명했다.

▲김성협 마스터와 그가 이끄는 삼성전자 생산기술연구소 시뮬레이션랩 소속 연구원들이 자리를 함께했다. 이들은 시뮬레이션랩에 대해 “연구 주제에 관한 한 격의 없고 수평적인 의사소통이 이뤄지는 조직”이라고 귀띔했다

김 마스터에 따르면 시뮬레이션 전문가의 핵심 자질은 두 가지다. ‘상상력’이 하나, ‘(몸으로 부딪치는) 실행 능력’이 다른 하나다. “무슨 일이든 ‘머릿속 상상’에 머물러선 안 됩니다. 어떻게 나아갈지 감(感)을 잡고 선택하는 게 중요하죠. 이때 감이란 몸으로 부딪쳐본 경험에서 나옵니다. 제 경우, 본격적 시뮬레이션에 앞서 기획 회의를 할 때부터 발생 가능한 ‘옵션’과 현장 변수를 모두 고려하는데요. 맑은 날과 비 오는 날, 추운 날과 더운 날, 잔잔한 날과 바람 부는 날… 결과는 전부 달라집니다. 중요한 건 ‘우선순위’를 정하는 일이죠. 시간이 많다면 하나씩 다 해보겠지만 현실은 그렇지 않으니까요. 대개 중요한 것부터 뽑아내 차례로 검증합니다.”

김성협 마스터는 자신의 업무를 “재밌고 짜릿하다”는 형용사로 표현했다. 그의 설명을 듣고보니 과연 그랬다. 실제로 공정 과정에서 발생하는 오류는 자칫 회사에 수 억 원대의 손실을 안겨줄 수 있다. 반면, 시뮬레이션 작업으로 그 오류를 미리 찾아낼 수 있다면 해당 금액만큼의 손실은 고스란히 ‘없었던 일’이 된다.

그리고 지난해 이 시나리오는 ‘현실’이 됐다. 온도와 재료 양, 압력 조건 등 크고 작은 변수를 두루 고려한 시뮬레이션 끝에 필요 이상의 재료가 사용되던 공정을 최적화한 것. 그는 이 작업으로 지난 한 해에만 100억 원 이상의 손실을 줄였다. 상상 가능한 환경 조건을 꼼꼼하게 시뮬레이션하고, 그중 최고 품질의 반도체 생산을 가능케 하는 설비 환경을 제공하는 일. 김 마스터가 올해 마스터로 임명된 덴 이처럼 ‘기술을 통한 품질∙수율 향상 기여’ 성과가 큰 비중을 차지한다.

▲김 마스터는 “중국이 반도체 설비 투자에 대대적으로 나서며 기술 유출에 대한 회사 안팎의 우려가 큰 상황”이라며 “설비 업체에 의존하지 않고 최적의 제조 공정을 자체적으로 갖출 수 있도록 앞으로도 최선을 다하겠다”는 포부를 밝혔다

인터뷰 내내 김 마스터는 자신의 업무에 대해 열정적으로 말을 이어갔다. 마치 이야기 보따리를 풀어놓듯, 해당 분야에 사실상 문외한인 인터뷰어의 눈높이에 맞춘 그의 화법은 몰입도가 꽤 높았다. 그는 실험실(lab)에서부터 현장에 이르기까지 시뮬레이션과 연관된 업무 전반에 큰 애정을 보였다. ‘어쩌면 김 마스터 같은 임직원의 열정적 에너지가 모여 오늘날의 삼성전자를 만들었고, 앞으로의 삼성전자를 이끌어가는지도 모르겠다!’ 그와 대화를 나누는 내내 그런 생각이 들었다.

‘근대 과학의 아버지’로 불리는 영국 물리학자 뉴턴 경(Newton, Sir Issac). 어느 날, 연구에 몰두하던 그는 문득 허기를 느꼈다. ‘달걀이나 삶아 먹을까?’ 불에 냄비를 올려놓고 달걀을 넣은 그는 얼마 후 다 익은 달걀을 기대하며 냄비 속을 들여다봤다. 그가 냄비 속에서 발견한 건 끓는 물에 담긴 자신의 회중시계였다. 연구에 몰두하는 과학자의 집중력이 어느 정도인지 보여주는 대표적 일화다. ‘어딘가 허술하고 세상사에 뒤처진 과학자의 모습’을 희화화할 때 종종 쓰이는 사례이기도 하다.

‘상아탑 속 과학자’의 편견에 도전하다

사람들이 ‘과학자’를 떠올리며 흔히 갖는 이미지 역시 ‘회중시계 달걀’ 에피소드 속 뉴턴과 크게 다르지 않다. 본인 연구 분야에만 몰두할 뿐 세상사나 이해관계와는 어딘가 동떨어진 모습 말이다. 특히 학위 취득 후 대학이나 연구소로 직행한 이들에 대해선 “연구실에 틀어박혀 세상 물정 모르는 학자”의 이미지가 어느 정도 덧씌워지는 게 사실이다. 우리나라만 해도 수준 높은 과학 교육은 대개 상아탑 안에서 이뤄진다. 자연히 이들 교육은 현실과 유리되는 경향이 있었다. ‘고급 인력일수록 응용 측면의 효율성은 떨어진다’는 편견 역시 이 과정에서 생겨났다.

▲ 과학자의 순수한 열정과 제품 상용화를 향한 현실 감각을 겸비, 지난 2013년 삼성전자 기술원 최초로 ‘여성 마스터’ 자리에 오른 장은주 마스터

삼성전자가 지난 2009년부터 채택해오고 있는 ‘마스터(master)’ 제도는 과학자를 둘러싼 이 같은 고정관념을 극복하기 위해 설계됐다. 마스터로 선발되면 ‘해당 분야 기술의 최고 전문가’로 인정받으며 핵심 기술 개발을 위한 연구에 전념할 수 있다. 취지로만 따지면 ‘특정 분야의 최고 전문가를 그에 맞게 예우해준다’는 점에서 독일의 마이스터(Meister·匠人) 제도와 맥이 닿아 있다고 볼 수 있다.

물론 차이점도 있다. 주류 학교 교육과 동떨어져 개인 차원의 기술 세계를 지향하는 ‘독일 마이스터’와 달리 ‘삼성전자 마스터’는 일정 수준 이상의 고등교육 과정을 수료한 후 삼성전자에 입사, 특정 분야에서 타의 추종을 불허할 정도의 경지에 오른 이에게 주어지는 지위다. 모든 연구 성과는 ‘삼성전자’란 큰 틀 속에서의 협업 형태로 측정, 축적된다. 요컨대 삼성전자 마스터는 △일정한 기초를 공유하고 △전체 구도의 일부를 이루며 △연구 성과가 제품(혹은 콘텐츠) 형태로 소비자와 연계된다는 점에서 ‘폭넓고 탄력적이며 실제적인’ 인력 운용 제도라고 할 수 있다. 지금까지의 결과는 상당히 성공적이다. 삼성전자에선 올해 신규 선임 인력을 포함, 총 57명의 마스터가 근무 중이다.

기술원 최초 여성 마스터 된 ‘나노 전문가’

지난 2013년 새롭게 마스터로 선임된 11명 중 여성은 딱 한 명이었다. 장은주 기술원 무기소재랩(lab) 마스터가 그 주인공이었다.

자타공인 ‘나노 소재 구조설계와 합성·제조 최고 전문가’인 그는 입사 이후 줄곧 ‘나노크리스탈(Nano Crystal, 크기에 따라 다른 색채를 내는 수십 나노 크기의 반도체 결정구조)’ 과제 한 우물을 파왔다. 최근 출시된 삼성전자 SUHD TV는 친환경 나노크리스탈 기술이 적용된 프리미엄 TV로 기존 액정 표시 장치(LCD)에 자체 발광 기능이 탑재된 나노크리스탈 필름을 적용, 최고의 색 재현력과 화질을 구현한다. 나노 소재 활용 디스플레이 개발에 매진해온 장은주 마스터는 이 분야에서의 전문성과 공로를 인정받아 마스터로 선정됐다.

“요즘은 매일 기도하는 마음으로 SUHD TV 매출 추이를 지켜봅니다. 기술원 연구과제에서부터 출발한 기술이 실제 제품에 적용돼 세상 빛을 봤다는 건 정말 꿈 같은 일이에요. 그것도 프리미엄 제품군에! 출시 직후 시장 반응이 좋다는 소식을 듣긴 했지만 실제 판매 실적으로 연결돼야 해 내내 맘 졸이고 있답니다.”

▲ 장은주 마스터가 이끄는 삼성전자 기술원 무기소재랩 연구실은 나노크리스탈 기술이 적용된 SUHD TV, 그리고 제품의 품질을 조금이라도 더 업그레이드시키려는 기술원 임직원의 열정으로 가득했다

나노크리스탈 소재는 반도체의 선명한 색 순도(純度)를 유지하면서도 발광 효율이 높은 게 특징이다. 뿐만 아니라 크기에 따라 색상을 자유롭게 조절할 수 있다는 점에서 기존 디스플레이 소재와 확실히 차별화된다. ‘자연색에 가까운 화면을 구현하는 TV’에 대한 소비자 요구가 날로 높아지는 현시점에서 나노크리스탈 기술의 가치는 점차 높아지고 있다. 하지만 처음부터 그랬던 건 아니다.

“나노크리스탈 기술은 2002년 당시 기술원 차원에서 착수했던 원천기술 개발 과제였어요. 처음엔 연구원이 저 하나였는데 과제의 목표와 일정에 따라 점차 투입 인력이 늘며 규모가 커졌습니다. 10년 이상 끌었으니 동일 기술군을 개발하는 과제치곤 상당히 오래 걸렸죠. 초반만 해도 가시적 성과가 나오기엔 한참 이른 단계였지만 기술 자체에 대한 안팎의 관심이 워낙 컸습니다. 기술원은 물론이고 사업부 쪽 관심도 커 다양한 응용 분야를 시도하며 기초 실력을 닦을 수 있었어요. 경쟁사에 비해 빠른 기술 진입과 이른 사업화 결실 등의 성과는 그 결과였죠.”

장은주 마스터는 요즘 협력 업체들이 나노크리스탈 디스플레이 소재 양산 공정을 갖출 수 있도록 진두지휘하고 있다. 이 소재는 필름 형태로 TV에 적용되는 만큼 해당 필름을 생산하고 속성을 개선하는 일도 장 마스터의 몫이다.

벼랑 끝 서니 “여기서 물러설 순 없다” 오기 생겨

13년간 한 가지 기술에 매달리기. 예사 집중력으로 도전하긴 어려운 일이다. 사실 연구원인 그에게 중요한 건 ‘기술 개발’이지 ‘(해당 기술이 탑재된) 제품 출시’는 아니었다. 하지만 연구를 거듭할수록 그의 꿈은 점차 ‘소비자(의 실생활)’로 향해 갔다.

“제 원래 꿈은 ‘경쟁자들보다 뛰어난 기술력을 갖추자’ 정도였어요. 하지만 점차 욕심이 생겼고 이내 ‘기술력을 바탕으로 제품 완성도를 높여보자’고까지 생각하게 됐어요. 아무리 훌륭한 연구도 결국 사람들의 실생활에 혜택을 제공해야 유의미한 거니까요. 다행히 제 연구 결과가 제품 출시로 이어지고, 프리미엄 제품군에 적용됐으니 어느 정도 목표를 이룬 셈이에요. 기술 구상 단계에서부터 출발, 제품 양산과 판매에 이르기까지 기술원발(發) 프로젝트로 한 사업의 생태계(ecosystem)를 완성한 데 대한 자부심이 있습니다. 부디 잘 팔려야 할 텐데….”(웃음)

▲ 나노크리스탈 기술이 적용된 삼성 SUHD TV는 기술원에서 출발한 과제가 실제 제품 탄생으로 이어진 최초 사례다. 장은주 마스터는 “바로 그 때문에 내가 맡은 과제를 반드시 성공시키고픈 절박함이 있었다”고 당시를 회상했다

사실 그의 연구 인생엔 크고 작은 위기가 있었다. 첫 번째 분기점은 지난 2011년 하반기에 찾아왔다. 나노 소재를 적용한 디스플레이 개발이 완료되기 직전이었다. 사업화 여부를 고민하는 단계에서 문제가 터졌다. 소재에 포함된 카드뮴이 환경 오염 이슈에 휘말린 것. “논란을 없애기 위해 친환경 소재로 변경하라는 결정이 내려졌어요. 제품화 직전 단계에서 완전히 원점으로 돌아가야 하는 상황이었죠.”

장 마스터와 연구원들은 깊은 고민에 빠졌다. 당시 그를 가장 힘들게 한 건 ‘소재 개발을 끝낸다 해도 과연 사업화까지 이어질 수 있을까?’ 하는 불안감이었다. 주변에서도 ‘기대’보다는 ‘우려’가 큰 상황. 그 순간, 일종의 ‘오기’가 발동했다. “벼랑 끝에 내몰리고 보니 ‘여기서 물러설 순 없다’는 생각이 들더군요. 실패했을 경우도 생각해봤어요. ‘왜 잘 안 됐을까?’ 자책하며 후회하는 제 모습이 보이더군요. 도전조차 하지 않는다면 끝끝내 미련이 남을 것 같았습니다. 그래서 맘을 다잡았죠. ‘지금 할 수 있는 건 최선을 다해 모두 해보자. 나중에 후회하지 않도록!’ 그러자 오히려 힘이 나면서 맘이 편해지더군요.”

▲ 장은주 마스터는 “나노크리스탈 기술 개발은 내 연구 인생 최대의 보람이었다”며 활짝 웃었다

일단 목표를 ‘사업화’로 정하고 “성공할 수 있다”는 자기주문을 거듭한 끝에 그는 결국 ‘카드뮴 프리(free) 친환경 나노크리스탈 소재’를 TV에 적용하는 데 성공했다. 지난해 친환경 나노크리스탈 탑재 TV가 처음 완성됐을 때, 장은주 마스터는 연구 인생을 통틀어 가장 큰 보람을 느꼈다. “당시 경험으로 전 인생의 큰 획 하나를 그었어요. 오랜 시간 노력했고, 그 결과물이 좋은 제품에 포함돼 소비자에게 선보일 수 있게 된다는 건 엄청난 영광이죠. 지난 1월 미국 라스베이거스에서 열린 국제가전박람회(CES) 출장 갔을 때 SUHD TV 부스 앞에서 얼마나 오랫동안 서 있었는지 몰라요. 몇십 번을 보고 또 봐도 그렇게 좋더라고요.(웃음) 훌륭한 제품을 완성해준 사업부와 선명한 컬러가 돋보이도록 영상을 제작해준 분들께도 마냥 고마웠답니다.”

롱런 비결? 위기도 기회로 돌리는 긍정의 힘

“전 원래 ‘걱정이 팔자’였던 사람이에요. 무슨 일을 하든 걱정부터 앞섰죠. 그런데 여러 번 구석에 몰리고 보니 오히려 ‘결국엔 잘될 것’이란 믿음이 생겼어요. 그러지 않으면 한 발짝도 나아갈 수 없으니까요. 그 과정에서 제 성격도 꽤 긍정적으로 바뀌었어요. 워낙 내성적이었던 터라 ‘여장부’ 스타일이라 할 순 없지만요.”(웃음)

장 마스터의 곁엔 늘 그를 지지해주는 가족이 있다. 뭐니 뭐니 해도 1등 공신은 남편인 배종욱 성균관대 화학공학과 교수. 대학 시절 ‘캠퍼스 커플’로 만난 부부는 누구보다 서로의 일을 잘 이해해주는 ‘친구’이자 ‘멘토’다. “남편은 제가 자기 걱정 안 하게 해주는 걸로 절 도와줘요.(웃음) 제일 좋은 건 전공이 비슷해 서로의 일을 공유할 수 있다는 사실이죠. 어떨 땐 제가 하는 일에 저보다 더 많은 관심을 보이기도 해요. 기사나 관련 글을 찾아 스크랩해주기도 한답니다.”

다소 무뚝뚝한 성격의 중학교 2년생 딸도 SUHD TV 광고가 전파를 타기 시작한 후부터 엄마 직업을 부쩍 자랑스러워하는 눈치다. “요즘은 중학교 교과서 수준이 워낙 높아져 나노 소재가 벌써 등장하더라고요. 엄마가 나노 소재 연구한다고 아무리 말해도 무심하더니 요즘은 좀 달리 보는 눈치예요.(웃음) 소재 연구 개발 분야는 그 특성상 일반인에게 다가갈 만한 ‘포인트’가 없잖아요. 그런데 제 기술이 탑재된 제품 실물이 나오니 딸을 비롯해 주변 사람들에게 설명하기도 쉽고 사회에 뭔가 기여하는 것 같아 무척 보람 있습니다.”

▲ 중국 베이징 여행 당시 만리장성에서 촬영한 가족사진. 가족은 장은주 마스터의 오늘을 있게 한 ‘든든한 지원군’이다

기회는 ‘힘들어도 끝까지 가는 자’의 몫

장은주 마스터를 인터뷰하는 내내 ‘작은 거인’이란 말이 떠올랐다. 겸손한 말투와 타인을 치켜세우는 화법 뒤엔 자신의 업무에 대한 자신감이 느껴졌다. 자그마한 체구에 숨어 있는 오기와 끈기, 책임감을 통해 언뜻 ‘삼성전자 여성 인력의 모범 답안’이 보이는 듯했다.

인터뷰 말미, 장 마스터에게 ‘수많은 위기를 헤치고 연구원으로서 독보적 성과를 이뤄낸 비결’을 물었다. “솔직히 후배들을 보며 정말 많이 배웁니다. 뚜렷한 집념, 독창적 해결력…. 회사 일이란 게 그래요. 자주 힘들고 의지와 무관하게 안 풀리는 경우도 허다하죠. 그래서 중도에 좌절하거나 일터를 떠나는 사람도 많고요. 저보다 훨씬 똑똑한 친구들이 스스로 일을 그만둘 땐 정말 안타까워요. 본인이 투자한 시간과 노력만큼 결과를 살려내지 못한 것 같아서요.”

‘회사에서도 얼마든지 개인의 성장 비전을 찾을 수 있다’는 게 그의 지론이다. “무슨 일이든 좀 더 장기적으로 바라보고 일단 시작해보길 권합니다. ‘이곳을 떠난다면 결코 경험하지 못할 멋진 기회가 바로 여기에 있다’고 생각해보세요. 가장 중요한 건 ‘성공하지 않아도 큰 배움을 얻을 수 있을 것’이란 긍정적 자신감입니다.”

마스터는 삼성전자가 지난 2009년 연구원들이 해당 분야 전문가로 연구에만 전념, 지속 성장할 수 있도록 도입한 제도인데요. 2015년 신규 선임 인력을 포함해 현재 총 57명의 마스터가 활동하고 있습니다.

특히 올해는 차세대 반도체, 네트워크, 운영체제(OS)와 같이 미래 유망 기술 분야 전문가들을 마스터로 선임했는데요. 글로벌 시장에서 우수성을 인정 받은 TV 영상처리 기술과 개방형 멀티플랫폼 운영체제인 타이젠(Tizen), LTE 이동통신 기술 등 다양한 분야의 기술 전문가가 선임됐습니다.

또 차세대 메모리와 시스템 반도체의 핵심 공정과 설비 분야에서 세계 최고 전문성을 보유한 인력을 마스터로 선임했는데요. 삼성전자는 이를 통해 기술 리더십을 더욱 확고히 할 예정입니다.

이번에 선임된 마스터들은 해당 연구 분야에서 세계 최고를 목표로 특허, 논문과 함께 학회 발표 등 외부 활동으로 삼성전자의 글로벌 기술 리더십을 높이는 데 기여할 것으로 기대하고 있습니다.

△ 메모리 반도체의 핵심 소자 개발로 디램(DRAM) 제품의 미세 공정을 구현한 소자 개발 전문가, 김일권 마스터

△ 고속신호 전송 기술과 파워(Power) 안정화 기술을 보유한 고속회로 설계, 테스트 설비 개발 전문가, 김재홍 마스터

△ CDMA/WiMAX/LTE 차별화 기술로 이통통신 시스템 경쟁력 강화에 기여한 네트워크 에어(Air) 기술 전문가, 맹승주 마스터

△ TV, 카메라 제품의 고화질 영상처리시스템 설계를 선도해 온 영상처리시스템 전문가, 문영수 마스터

△ IT, 조명용 LED 핵심 소재인 형광체 광특성 개선을 통해 제품 경쟁력 향상에 기여한 LED 형광체 전문가, 윤철수 마스터

△ 메모리, 시스템 반도체향 초미세 공정 개발 경험을 바탕으로 차세대 제품 설비 개발을 선도해 온 설비 개발 전문가, 이근택 마스터

△ 초고속·저전력 디스플레이향 구동 IC 설계와 인터페이스(interface) 개발을 주도해 온 DDI(Display Diver IC) 솔루션 전문가, 이재열 마스터

△ 소자 스케일 다운(Scale Down)과 신뢰성 기술을 바탕으로 DRAM 경쟁력 확보에 기여해 온 메모리 소자 기술 전문가, 임준희 마스터

△ UI 성능 최적화를 통해 타이젠 플랫폼 확산과 제품 상용화에 기여한 타이젠 그래픽 전문가 카르스텐 하이츨러(Carsten Haitzler) 마스터