국가 연구개발 우수성과 100선에 선정된 'AOI용 자동 초점 시스템' 개발 스토리

지난 11월 9일, 앤비젼(대표 김덕표)의 '세계 최고 수준의 AOI용 자동초점 시스템'으로 국가 연구개발 우수성과 100선에 선정되었습니다.

 이 시스템은 반도체 및 디스플레이 산업의 발전으로 제품의 미세화가 가속화됨에 따라 검사 대상의 크기가 작아지고 불량의 크기도 작아지는 문제를 해결하기 위해 개발되었습니다. 

아래는 AOI 자동초점 시스템을 개발한 솔루션 R&D센터의 대표  지원수 상무(이하 Lucas)와 일문일답한 내용입니다. 

 

Q: Lucas!  국가 연구개발 우수성과 100선에 선정되신 것을 진심으로 축하합니다!

Lucas: 네, 감사합니다. 이부분은 저뿐만 아니라 솔루션 R&D 센터의 그룹원들의  노력과 헌신이 있었기에 가능했다고 생각합니다.

 

Q: AOI용 자동 초점 시스템을 개발하게 된 배경이 있으실까요?

Lucas: 현재 반도체 및 디스플레이 산업의 발전으로 제품의 미세화가 가속화되면서 검사 대상의 크기가 작아지고 불량의 크기도 작아지고 있습니다. 이러한 불량을 정확하게 검사하기 위해서는 고배율의 검사 광학계가 필요하지만, 고배율의 검사 광학계에서는 초점 심도가 짧아지기 때문에 자동으로 초점을 맞추는 기술도 필요했습니다. 이러한 배경에서 자동 초점 시스템을 개발하게 되었습니다.

앤비젼 솔루션 R&D센터 연구진들 (왼쪽부터 나동수 과장, 지원수 상무, 백남석 대리, 정세진 대리, 최학범 부장, 박경희 차장)

 

Q: 자동 초점 시스템이 국내에서 인정받기까지 무려 3년이 걸리셨네요. 자동 초점 시스템을 개발하시면서 혹시 힘든 점은 없으셨나요? 

Lucas: 그러게 말입니다. Kick-off 미팅을 코로나19가 발병한 지 얼마 안 되어서 시작했으니까 벌써 시간이 많이 흘렀네요. 처음 자동 초점 센서 개발을 위해 일본 업체와 협업을 시도했는데, 20억 원이라는 무리한 개발비와 함께 여러가지 조건들을 요구해서 초기 개발을 포기할 수 밖에 없었습니다. 다행히 2020년 국가 지원 과제로 선정되어 비용을 지원받아 다시 개발에  착수할 수 있었습니다. 국내 최초로 정반사 레이저 변위센서를 개발하고, 이를 적용한 자동광학 검사기용 자동 초점 장치가 세계 최고 속도 및 정밀도를 구현하여 큰 자부심을 느끼고 있습니다. 

 

Q: 자동초점 시스템은 어떻게 구성되어 있나요?

Lucas: 자동초점 시스템은 크게 3개의 구성 요소로 이루어져 있습니다. 

우선 첫 번째는 광학계와 검사 대상 간의 거리를 측정하는 자동 초점 센서입니다. 자동 초점 센서는 정반사 레이저 삼각법을 적용한 레이저 변위 센서를 응용하여 국내최초로 개발되었습니다. 검사 대상 표면에 레이저를 조사하고, 표면의 높이에 따라 변하는 레이저 위치를 계산하여 거리를 측정합니다. 레이저 위치 변화를 다양한 알고리즘을 적용하여 잡음을 최소화하면서 동시에 고속 계산이 가능하도록 설계되었습니다. 정밀도는 머리카락보다 더 얇은 수준의 1 마이크로미터 이하이며, 간격 측정 속도는 9kHz (초당 9,000개 간격 데이터 측정)입니다. 

 두 번째는 측정된 거리에 따라 광학계의 위치를 조정하는 자동 초점 스테이지입니다.  자동 초점 스테이지는 정밀 가동된 기구와 정밀 모터를 사용하여 광학계의 위치를 조정합니다. 0.5 마이크로미터 이내의 오차에서, 최대 20kg 무게의 광학계를 1,200mm/s 스캔 속도를 가지는 고속 자동 검사기에 적용할 수 있습니다. 이는 현존하는 자동 초점 장치 중 세계 최고 속도라고 보시면 될 것 같습니다. 

 세 번째는 두 구성 요소를 제어하는 자동 초점 제어기입니다. 자동 초점 제어기는 FPGA 기반으로 프로세서를 설계하고 제어 알고리즘을 구현하였습니다. 레이저 신호를 받아 신호의 수준을 점수화여 높은 점수 즉, 무결점 신호만 선별하는 스코어링 알고리즘으로 잡음이 없는 데이터를 얻을 수 있는 특화된 알고리즘이 적용되어 있습니다. 이 알고리즘으로 다양한 검사 대상에 적용할 수 있게 되었습니다.

앤비젼 연구진들이 자동초점시스템 테스트 하는 모습

Q: 자동초점 시스템을 통해 어떤 성과를 기대하시나요?

Lucas: 자동초점 시스템은 반도체 및 디스플레이 산업의 품질 향상에 크게 기여할 것으로 기대됩니다. 자동초점 시스템을 통해 검사 대상의 미세 불량을 정확하게 검출할 수 있게 되면서, 반도체 및 디스플레이 산업에서의 불량률 감소 및 수율 향상에 도움이 될 것으로 예상됩니다. 또한, 고배율 검사기의 안정적이고 정확한 검사를 가능하게 함으로써, 최첨단 제품의 개발 및 생산을 지원할 수 있을 것으로 기대됩니다. 

 

Q. 고생하셨습니다. 앞으로도 계속해서 국내 전자제품 산업의 경쟁력 향상을 위해 검사 솔루션 개발에 힘써주시길 응원하겠습니다.

Lucas: 네. 감사합니다.