아이코어 “정밀한 TGV 검사의 해답은 AF와 조명 기술에 있다”

최근 반도체 및 패키지 업계에서 TGV(Through Glass Via)기술이 주목받고 있다. TGV는 유리 기판을 활용한 고밀도 배선 기술로, 기존 PCB 대비 신호지연 및 전력손실을 줄일 수 있어 고성능 패키지에 적합하다. 특히 5G, AI, 고성능 컴퓨팅(HPC)등의 수요가 급증하면서 TGV를 기반으로 한 초정밀공정 기술의 중요성도 함께 커지고 있다.

TGV 검사는 수백 μm 두께의 기판에 수십 μm 크기의 미세한 홀(hole)을 검사해야 하며, 고해상도와 정밀한 깊이 제어가 동시에 요구된다. 특히, 최근에는 대면적 유리 기판을 고속으로 검사해야 하는 수요가 많아지면서, 정밀도와 처리속도를 동시에 만족시켜야 하기 때문에 기술적 난도가 매우 높다. 이에 따라 검사 장비의 AF(Auto Focus) 기술과 조명 조건의 정밀한 설정이 TGV 검사 품질을 좌우하는 핵심 요소로 자리잡고 있다.

TGV 검사 품질을 결정짓는 두 가지 기술 요소

TGV 검사 정확도를 높이기 위해서는 다음 두 가지 사항을 반드시 고려해야 한다.

첫 번째는 AF 기술을 통한 정확한 초점 유지이다. TGV는 층(layer)에 따라 홀의 형상과 크기가 달라지기 때문에, 특정 층에 정확히 초점을 맞추는 기술이 필수적이다. 특히 고배율 렌즈로 검사를 수행할 경우, 얕아진 심도가 초점 오차를 일으키기 쉬워 직접적인 계측 오차로 이어질 수 있다. 그렇기 때문에 빠르고 정밀한 AF 시스템이 필요하다.

두 번째는 홀 윤곽을 명확하게 얻을 수 있는 조명 조건이다. 홀 내부 형상이 흐릿하거나 경계가 불분명하면 분석 자체가 어렵다. 원활한 검사를 위해서는 직진성, 파장대를 고려한 최적의 조명 조건 설정이 필수적이다.

<그림1> 조명조건과 AF 여부에 따른 불량 홀(hole) 검출 비교

<그림1>에서 왼쪽 사진은 아이코어의 Projection type backlight를 사용했을 경우 불량 홀이 선명한 것을 볼 수 있다. 반면, 가운데 사진처럼 일반적인 Backlight를 사용하거나 또는 오른쪽 사진과 같이 AF를 사용하지 않아 초점이 맞지 않을 경우 주변의 정상적인 홀과 구분이 어려운 것을 보여준다.

아이코어의 AF 솔루션 : 고속·고정밀 대응
 

AF(Auto Focus, 자동 초점 조절)는 광학 시스템에서 피사체에 자동으로 초점을 맞추는 기술이다. 검사 대상체의 높이에 따라 렌즈 또는 검사 대상체의 위치를 조절해 항상 working distance를 유지한다. 산업용 검사에서는 미세한 패턴을 다루는 경우가 많아 AF의 정밀도가 검사 품질에 직접적인 영향을 미친다.

<그림2>에서 왼쪽 사진은 초점을 맞춘 상태에서 검사를 시작하여 AF를 켜고 진행한 경우, 오른쪽 사진은 AF를 켜지 않고 진행했을때의 초점 유지 여부를 보여준다.

<그림2> AF ON / OFF 여부에 따른 초점 유지 상태 비교

삼각법 AF의 구조적 특징과 TGV 적용성
 

AF 방식은 크게 동축 방식(TTL, Through The Lens)과 삼각법 방식(Optical Triangulation)으로 구분된다. 두 방식 모두 반사된 레이저 빛을 이용해 초점을 맞추는데, TTL 방식은 레이저 모듈이 조명·카메라와 동축으로 배치되고, 반사광은 다시 동축 구조로 별도의 센서에 감지된다. 반면, 삼각법 방식은 레이저 모듈과 레이저 센서가 렌즈 옆에 독립적으로 위치, 즉 비스듬한 각도로 조사되고 감지되는 구조다.

이처럼 두 방식 모두 레이저 모듈 및 센서를 갖추어야 하지만, 삼각법 방식은 층별 초점 선택 및 홀 내부 구조의 초점 유지에서 보다 유리하다. 즉, TTL 방식은 조사된 레이저가 홀 안으로 수직으로 빠지면 반사 광을 잃어버릴 위험이 있으나, 삼각법은 비스듬한 조사각 덕분에 레이저가 홀 내부로 빠질 가능성이 적어 안정적인 측정이 가능하다. 따라서 여러 층 구성 및 미세한 홀 구조를 검사해야 하는 TGV 어플리케이션에서는 삼각법 방식이 기술적으로 더 적합한 방식 으로 평가된다.

<그림3> 동축 방식(TTL, Through The Lens)과 삼각법 방식(Optical Triangulation) 비교

Multi Layer Detection
 

TGV 구조는 일반적으로 Top, Bottom의 끝단과 Waist라고 불리는 중간부 영역이 존재한다. 아이코어의 삼각법 기반 AF 기술은 유리기판 내 여러 층에 대해, 반사된 레이저 신호에 기반하여 해당하는 층을 인식 및 판별할 수 있다. 사용자는 이 peak 값을 기반으로 특정 층을 기준 삼아 초점을 맞추고, 해당 위치로 자동 추적이 가능하다.

한편, Waist는 실제 물리적 층이라기보다는 홀 내부 형상의 중간 영역으로, 정확한 레이저 peak가 나타나지 않기 때문에, 검사자는 Top 또는 Bottom 등의 기준면에서 미리 경험적으로 판정한 offset 값을 입력해 해당 영역을 시각적으로 탐색하게 된다.

이처럼 명확한 층과 중간층을 모두 대응할 수 있는 유연한 구조 덕분에, 아이코어의 Multi Layer Detection 기능은 offset 기능과 함께 정밀 검사 환경에서 빠른 계측 대응이 가능한 솔루션으로 활용되고 있다.

<그림4> Multi Layer Tracking

실시간 Offset 기능
 

TGV 검사 공정에서는 검사 대상이 위치한 층에 따라 초점을 전환 해야 하는 상황이 자주 발생한다. 특히 앞서 서술한 바와 같이, 홀구조의 중간부인 Waist 영역은 명확한 계면(layer)이 존재하지 않아 레이저 기반의 AF peak로 직접 검출할 수 없기에, Top 면이나 Bottom 면처럼 레이저 peak가 명확히 나타나는 기준면에서의 상대 거리를 기반으로 초점을 맞추는 방식이 활용된다. 

예를 들어, 검사자가 Top 면을 기준으로 약 300μm 아래에서 Waist 영역이 보인다는 경험적 판단을 갖고 있다면, 아이코어의 삼각법 AF 모듈에서는 offset 값을 -300μm로 실시간 입력하는 것만으로도 초점을 해당 위치로 즉시 이동시킬 수 있다. 이때 AF 시스템은 기존 초점 위치를 기준으로 입력된 거리만큼 z축으로 조정하므로 별도의 재탐색 없이 빠른 초점 전환이 가능하다. 

이 기능은 반복 정렬로 인한 시간 낭비를 줄이고 공정 효율성과 검사 정밀도를 동시에 높여줄 수 있기 때문에, 연속 생산 공정에서 반복적으로 검사해야 하는 상황에서 매우 유용하다.

<그림5> Top layer (좌)에서 Waist layer(우)로 offset을 적용한 모습

아이코어의 조명 솔루션 : 명확한 홀 윤곽 확보
 

TGV 검사에서 조명은 단순한 밝기 제공을 넘어, 형상 인식의 정확도와 검사 신뢰도에 직접적인 영향을 미치는 핵심 요소다. 홀의 깊이, 형상에 따라 조명 방식과 조건이 달라지며, 조명이 적절 하지 않으면 초점이 맞더라도 검사가 어려울 수 있다. 아이코어는 이러한 특수한 광학 검사 환경에 대응하기 위해, 다양한 조건에서 안정적인 이미지를 확보할 수 있는 조명 솔루션을 제공하고 있다.

Projection Backlight 솔루션
 

TGV 검사에서는 일반적인 LED 조명만으로는 충분한 이미지 품질 확보가 어렵다. 이에 아이코어는 Projection type의 고성능 조명 기술을 적용하고 있다. Projection type backlight는 일반적인 backlight 대비 직진성이 우수하며, Telecentric 조명에 근접한 광 특성을 가지고 있어 홀의 윤곽선 이미지 품질 향상에 탁월하다.

<그림6>은 같은 시료의 Waist layer(-220µm)를 왼쪽은 아이코어의 Projection type backlight 조건에서, 오른쪽은 일반 Backlight로 촬영한 것으로 영상 품질의 선명한 차이를 보여주고 있다.

<그림6> 아이코어의 Projection type backlight(좌)와 일반 Backlight(우)

고휘도 Hybrid spot light 솔루션
 

TGV 검사는 일반적으로 Projection 타입의 Backlight를 통해 홀의 윤곽을 고대비로 확보하는 방식이 효과적이다. 하지만 검사 장비 구조상 후방 조명 설치가 어려운 경우나, 특수 구조의 시료에서 동축 조명으로 촬영한 이미지가 결함 판단에 더 유리한 경우도 존재할 수 있다. 경우에 따라서는 Backlight와 동축 조명을 조합하여 한 번의 촬영으로 서로 다른 형태의 이미지를 동시에 얻는 복합 검사 방식이 적용되기도 한다.

이러한 환경에서는 고휘도 조명 솔루션이 필요하며, 아이코어의 Hybrid Spot Light 시리즈(M1, M2)와 Overdriving 기술이 그대안이 될 수 있다. Hybrid M1은 일반 LED 조명 대비 30배 밝은 출력을 제공하며, 신제품 Hybrid M2는 M1보다도 3~4배 더 높은 밝기를 구현해 조도가 중요한 상황에서 우수한 성능을 발휘한다.

아이코어의 스트로브 컨트롤러인 iPulse의 Overdriving 기술은 LED에 짧은 시간 동안 정격을 초과한 전류를 안전하게 인가하여, 빛의 세기를 순간적으로 극대화할 수 있는 기술이다. 이를 통해 일반 연속광으로는 확보하기 어려운 고속, 고해상도 이미지 촬영이 가능하며, 복합 조명 환경에서도 안정적인 검사 품질을 유지할 수 있다.

아이코어 기술력의 의의

아이코어는 정밀한 AF 기술과 조명 솔루션을 기반으로, TGV와 같은 고난이도 검사 공정에서 요구되는 정밀도, 속도를 모두 충족시키는 차별화된 기술 경쟁력을 보유하고 있다. 특히 자체개발한 기술을 통해 해외 고가 장비의 의존도를 낮추고, 고객 맞춤형 솔루션을 빠르게 제공할 수 있는 유연성과 기술 자립성을 동시에 실현해왔다.

이러한 기술력은 단순한 컴포넌트 공급을 넘어, 국내 반도체 및 디스플레이 검사 생태계의 경쟁력 향상에 기여하는 핵심 기반이 되고 있으며, 앞으로도 고정밀 검사 기술의 국산화를 선도하는 핵심 파트너로서 그 역할이 더욱 기대된다.

자료제공: 아이코어(www.icorecorp.com)