▲ 고국원 교수는 “백색광 간섭계는 마이크로 이상의 큰 단차를 가지는 형상을 수 나노미터의 분해능으로 측정할 수 있는 기술로 피에조 엑츄에이터를 이용, 간섭 렌즈를 움직여 광 간섭을 일으켜 3차원을 측정하는 방법”이라 설명한다.

반도체와 디스플레이 산업의 비약적인 발전으로 그 동안 연구하던 영상정보를 이용한 2차원 평면 검사 기술은 정보량의 부족으로 한계에 이르고 있다. 때문에 각 기업들은 더 많은 정보를 얻을 수 있는 3차원 외관 검사 기술을 요구하고 있는 상황인데, 최근 선문대학교 지능제어 연구실(대표교수 고국원)에서는 전자부품 생산 자동화 공정 중 핵심 기술인 영상 처리 기술을 이용한 시각 검사 자동화 장치개발과 관련된 과제를 수행하고 있으며 10개 기업으로부터 요청받은 산학 협동 연구도 진행하고 있으며 5개의 중요 기술 개발과 관련된 정부 지원 과제를 수행, 전자부품, 반도체, LCD 공정에서의 검사기술의 국산화에 노력하고 있다.

3차원 외관 측정 검사 기술은 특히 디스플레이 및 반도체 산업 분야에서 나노 가공 기술이 발전한 형태로 광 응용 부품의 미세 가공 후 가공 상태를 검사하기 위한 필수 기술 중의 하나이다. 반도체, 디스플레이 산업에서 요구되는 3차원 측정 기술은 검사 대상물에 손상을 가하지 않는 비접촉식이어야 하고, 빠른 생산 속도에 어울리는 빠른 측정 시간을 필요로 한다. 국내 반도체와 디스플레이 생산 능력은 현재 세계 1,2위를 다투고 있으나 생산 공정에서의 장비의 국산화 비율은 40% 미만으로 진정한 1,2위라고 단언하기 힘든 상황이다. 때문에 고국원 교수는 “국내 생산 기술을 반드시 개발해야 한다”고 강조한다.

▲ “최근 초당 250 프레임 이상의 고속 영상 기술을 확보한 상태이며 초당 300 프레임 이상의 고속 영상 기술을 마무리하고 있다”고 고국원 교수는 밝혔다.

진정한 1,2위로 도약하기 위한 기술 개발 매진
최근 충남 디스플레이 R&D 클러스터 사업단의 지원을 받아 디스플레이와 반도체 공정에서 미세 가공 부품을 3차원 고속으로 측정하는 백색광 간섭과 모아레 간섭법 등을 이용한 3차원 비접촉식 검사 장비의 고속화 기술에 대해 집중하고 있다. 그간 2차원 측정기 개발로 많은 성과를 올렸던 선문대학교 지능제어 연구실은 휴대폰에 사용되는 소형 카메라의 불량 검사와 반도체 제조 공정에서의 불량 칩 검사 및 LCD 불량 검사기 개발 등의 성과 역시 거두었지만 고국원 교수는 이 같은 성과에 만족하지 않고 3차원 검사장비의 개발에 특히 주력하고 있는 것. 고국원 교수는 “백색광 간섭계는 마이크로 이상의 큰 단차를 가지는 형상을 수 나노미터의 분해능으로 측정할 수 있는 기술로 피에조 엑츄에이터를 이용, 간섭 렌즈를 움직여 광 간섭을 일으켜 3차원을 측정하는 방법”이라 설명한다. 이에 이곳에서는 백색광 간섭계가 산업계에 제대로 적용되기 위해서는 필요한 고속 영상 획득 기술 및 피에조 엑츄에이터의 고속 이송 기술, 대 영역 영상 획득을 위한 광학계 설계 기술, 병렬 연산 처리 알고리즘 개발 등의 고속화에 관련된 연구를 진행하고 있다. “최근 초당 250 프레임 이상의 고속 영상 기술을 확보한 상태이며 초당 300 프레임 이상의 고속 영상 기술을 마무리하고 있다”고 고국원 교수는 밝혔다. 또한 핵심 부품인 피에조 엑츄에이터 관련 제어기를 독자 개발하고 있어, 해외 부품업체로부터의 기술 독립은 물론, 핵심 부품의 수입 대체 효과를 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 이곳 연구진은 개발된 기술을 바탕으로 10개의 특허를 국내 출원 등록하고 있으며 4개의 기술을 해외 특허 출원하고 있다. 고국원 교수는 “고속 3차원 측정 기술의 개발은 전자부품, 디스플레이, 반도체 산업에서 검사 장비의 요소 제품의 국산화를 이루어 수입 대체 효과를 얻을 뿐만 아니라, 제품의 품질을 높이고 생산 속도를 높여서 세계 1등 제품을 만들 수 있는 원천 기술이 될 것”이라 말하면서 현재 개발된 기술을 더 경쟁력 있는 기술로 발전시키기 위해 후진 양성에서 꾸준히 힘쓰고 있다고 밝혔다. 그간 연구 성과를 통해 큰 주목을 받은 것은 사실이지만 3차원 외관 검사 장비시장이 세계적으로도 점차 늘어나고 있는 추세이고 최근 나노기술이 적용돼 한층 정밀해진 디스플레이 및 반도체 제조를 필요로 하기 때문에 이곳 선문대학교 지능제어 연구실의 연구진은 하루 24시간도 모자랄 지경으로 연구에 매진하고 있다.

3차원 측정 기술의 개발을 통해 반도체 및 디스플레이 산업에서 검사 장비의 수입 대체 효과를 기대할 수 있도록 한 선문대학교 지능제어 연구실은 2002년 이후 꾸준한 연구를 통해 많은 성과를 올린 연구실이다. 3차원 검사장치의 핵심 기술을 국산화하여 세계 최고의 측정 속도를 가진 3차원 검사 장치와 관련 기술등 곧 선보일 연구 성과들을 통해 국내 반도체 및 디스플레이 산업의 지속적인 발전을 기대해 본다. NM