TGV深孔镀膜工艺

学术   2024-12-19 14:00   广东  

玻璃基板制程包含多个关键步骤,其中涵盖玻璃金属化(Glass Metallization)、ABF 压合制程以及最终的玻璃基板切割环节。在玻璃金属化完成后所得到的玻璃被称为 Glass Core,其制程涉及 TGV(Through - Glass Via)、湿蚀刻(Wet Etching)、AOI 光学检测、镀膜(Sputtering)及电镀(Plating)等重要工序,这些工序相互协作,共同决定了玻璃基板的性能与品质。
首先是来料检测环节,此环节中需制作玻璃通孔(TGV)。TGV 的成孔工艺较为多样,主要涵盖喷砂、超声波钻孔、湿法刻蚀、深反应离子刻蚀、光敏刻蚀、激光刻蚀、激光诱导深度刻蚀以及聚焦放电成孔等多种方式。喷砂成孔是利用高速喷射的砂粒冲击玻璃表面,形成通孔,但这种方法可能会对玻璃表面造成一定程度的损伤,后续需要精细处理以保证玻璃的平整度和强度。超声波钻孔则是借助超声波的高频振动带动磨料在玻璃上钻孔,其优势在于能够较为精准地控制钻孔的深度和位置,但效率相对较低。湿法刻蚀是利用特定的化学溶液对玻璃进行腐蚀,通过掩膜保护不需要刻蚀的区域,从而形成通孔,该方法可实现较为复杂的孔型设计,但对化学溶液的浓度、温度和刻蚀时间等参数控制要求较高。深反应离子刻蚀能够在高深宽比的情况下实现高精度的通孔加工,但设备成本高昂,工艺复杂。光敏刻蚀利用光敏材料在光照下的化学反应差异来实现选择性刻蚀,可获得较高的分辨率,但前期准备工作较为繁琐。激光刻蚀具有非接触、高精度、高速度的特点,能够快速在玻璃上钻出通孔,不过对激光设备的参数调整要求较高,且可能会在孔壁留下热影响区。激光诱导深度刻蚀结合了激光与化学腐蚀的优点,先利用激光对玻璃进行预处理,再通过化学腐蚀进一步扩大和优化通孔,可有效减少热影响并提高刻蚀效率。聚焦放电成孔则是通过在玻璃表面聚焦高能量放电,使玻璃局部气化形成通孔,这种方法的成孔速度较快,但对放电能量和聚焦精度的控制较为关键。
其次为电镀技术环节,将金属沉积入 TGV 结构的具体过程如下:
(1)借助物理气相沉积(PVD)等手段在 TGV 孔内沉积扩散阻挡层和种子层。在此过程中,对于玻璃基板 TVG 技术工艺而言,为增强玻璃基板与金属布线材料的结合力,会在玻璃基板表面溅射一层钛铜种子层。具体操作是先在玻璃基板上溅射一层厚度仅几十个纳米的钛层,因钛导电性远不及铜,这样既能保证结合力又可兼顾一定导电性。随后,为减少钛层钝化并提升钛铜种子层的导电性,会在钛层之上再溅射一层铜层,而此工序需运用薄膜溅镀设备,如 PVD 镀膜设备等。在 PVD 镀膜过程中,靶材的选择和纯度对镀膜质量有着至关重要的影响。高纯度的靶材能够保证沉积薄膜的均匀性和稳定性,减少杂质的混入,从而提高玻璃基板与金属层之间的结合力。同时,镀膜过程中的气压、温度和溅射功率等参数也需要精确控制。较低的气压有助于减少气体分子对镀膜过程的干扰,提高薄膜的致密性;适宜的温度能够促进原子在玻璃表面的扩散和吸附,增强薄膜与基板的附着力;而溅射功率则直接影响着溅射原子的能量和数量,进而影响薄膜的生长速率和厚度均匀性。
(2)通过电化学反应从底部向上填充所需金属,一般采用电镀铜。在电镀铜过程中,电镀液的成分和浓度是关键因素。通常包含硫酸铜、硫酸等主要成分,硫酸铜提供铜离子来源,硫酸用于增强电镀液的导电性并调节溶液的酸度。此外,还可能添加一些添加剂,如整平剂、光亮剂和抑制剂等。整平剂能够改善电镀层的平整度,使铜层在 TGV 内均匀沉积,避免出现孔洞或凸起;光亮剂可提高电镀铜层的光泽度,有利于后续的检测和加工;抑制剂则主要作用于玻璃表面和 TGV 孔壁,控制铜离子的沉积速率,优先保证孔内的填充,防止在玻璃表面形成过多的铜沉积。电镀过程中的电流密度、温度和时间也需要严格把控。合适的电流密度能够确保铜离子以稳定的速率在 TGV 内沉积,过高的电流密度可能导致铜层结晶粗糙,甚至出现枝晶生长,影响电镀质量;温度对电镀反应速率和铜离子的扩散速率都有影响,一般需要维持在一定的范围内,以保证电镀过程的稳定性;电镀时间则根据 TGV 的深度和所需铜层厚度来确定,过长或过短的电镀时间都会影响 TGV 内铜层的完整性和质量。(3)利用湿法腐蚀和 CMP(化学机械抛光)等方法去除表面多余的铜。湿法腐蚀采用特定的化学腐蚀剂,如过硫酸铵溶液等,能够选择性地溶解玻璃表面多余的铜层,但需要精确控制腐蚀时间和溶液浓度,以防止对已填充好的 TGV 内铜层造成损伤。CMP 工艺则是结合了化学腐蚀和机械抛光的作用,通过抛光垫和抛光液中的磨料与玻璃表面的铜层发生摩擦和化学反应,将多余的铜层去除并使玻璃表面达到高度的平整度。在 CMP 过程中,抛光垫的材质、硬度和粗糙度,以及抛光液的成分、pH 值和流速等参数都对抛光效果有着显著影响。合适的抛光垫能够提供均匀的压力分布和良好的材料去除率,而优化的抛光液能够有效控制化学反应的速率和磨料的作用,从而实现对玻璃表面铜层的精确去除和表面平整度的提升。
薄膜溅镀制程是一种在真空环境下利用电浆源将金属(包括纯金属与合金)或非金属材料(例如硅化物、碳化物、氮化物、氧化物)覆盖在待镀物上从而形成均匀薄膜的技术。其通常是在电极板两端施加电压差产生电场,使制程气体(如氩气)解离形成电浆态并轰击靶材,再依据物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)机制让靶材上的材料均匀附着于待镀物表面进而形成薄膜的工艺。在薄膜溅镀过程中,真空度的控制十分重要。较高的真空度能够减少气体分子对溅射原子的散射,使溅射原子能够更直接地到达待镀物表面,从而提高薄膜的沉积速率和质量。同时,电浆源的功率和频率也会影响电浆态的形成和溅射原子的能量。较高的电浆源功率能够产生更多的溅射原子,但也可能导致靶材的过度溅射和薄膜质量的下降;合适的频率则有助于维持电浆态的稳定性,保证溅射过程的均匀性。此外,靶材与待镀物之间的距离也需要优化,过近可能导致溅射原子在飞行过程中相互碰撞,影响薄膜的均匀性,而过远则会降低溅射原子的能量和沉积速率。

1. Applied Materials


官网:https://www.appliedmaterials.com/

应用材料公司(Applied Materials, Inc.)是全球很大的半导体设备和服务供应商。应用材料在 PVD 技术开发方面拥有 25 年以上的丰富经验,其Endura 平台是当前 PVD 金属化的业界黄金标准。

图源:官网

2. Evatec AG


CLUSTERLINE® 200 及其 HIPIMS 加工模块使得 TGV 及其他高纵横比特征的金属化成为可能。公司能够加工带有通孔或盲孔(来自 TSV 插层的已知技术)的玻璃晶圆,并根据不同的要求使用不同的通孔形状(由于通孔形成所用的不同制造方法)。

在玻璃插层的通孔中必须形成足够厚的附着层和种子层,以便进行电镀。两个专用于 HIPIMS 沉积的 PVD 模块针对此过程进行了优化,一个用于钛的附着层,一个用于铜的种子层。HIPIMS 是一种脉冲直流过程,使用非常短的功率脉冲,低占空比和非常高的峰值。

2024年9月,Evatec 与 Onto Innovation 合作打造面板级封装应用卓越中心。

Evatec的面板级CLN600就是针对FOPLP和ICS的PVD设备,具备在玻璃基板上除气、蚀刻和沉积功能。附着力>10 N/cm,每小时的运行速率为24个面板,从515X510mm到600mm x 600mm。

 图源:Evatec

3. Hi semico


官网:http://www.hisemico.com/

Hi semico 用于 PLP TGV  ECD面板式电镀设备均采用新型的垂直电镀法(Vertical Electroplating)与传统的水平电镀技术不同,利用立式电镀槽的结构,通过气泡上升和液体向下流动产生的涡流使得金属离子均匀分布到整个表面,从而实现了高精度的电镀。相比水平电镀,良率可以上升4%。目前海世高与药品厂商的研发正在进行中,力将满镀后面铜厚度控制在5~10um,515X510mm 玻璃基板电镀的测试设备可开始提供多方位客户产品打样服务。

4. 友威科技


官网:https://www.uvat.com/

友威科技成立于2002年,集合一群有多年真空经验的团队,积极投入真空溅镀制程技术及镀膜系统设计及开发,以PVD(溅镀、蒸镀、蒸溅镀)、CVD、干式蚀刻设备 Dry etching技术本位出发,与客户共同讨论开发新应用,共同研究薄膜特性、制程硬件开发、可提供测试样品、量产系统规划、自动化设计、并可现有设备改造、功能提升,另提供专业客户服务团队可以满足全方位一条龙的需求。

友威科技针对TGV工艺制程应用包含等离子蚀刻通孔、等离子表面改质、钛铜种子深层溅镀、RDL(Descum/Desmear)。

钛铜种子层镀膜设备 图源官网

设备特色

  • 低温溅镀制程

  • 低产出时间/高产能设计

  • 侧壁覆盖率良好

  • 薄膜附着力佳

  • 载具自动回流系统

5. 矩阵科技


官网:https://www.arrayedmaterials.com/

2024年9月矩阵科技完成亿元B2轮融资,融得资金主要用于新一代先进封装PVD量产设备的研发、产能扩充以及补充流动资金等。

矩阵科技目前聚焦于半导体先进封装的薄道沉积工艺,已掌握国际尖端的磁控测PVD设备关键技术,具有整机机台的设计、生产和交付能力,并自主研发出观明极系统、面板级封装基片装载系统等多项关键子系统。

图源官微

矩阵科技的工业级量产设备DEP600(双枚叶式先进封装溅射PVD设备)应用于扇出型面板级封装中的种子层金属化,已经获得数个国内头部半导体封装厂商订单,打破了核心关键设备的国际垄断。

同时,基于DEP600平台,矩阵科技已经完成用于高深宽比玻璃通孔(TGV)种子层金属化的PVD设备样机搭建,正在为多家意向客户进行打样测试。

6. 富临科技


官网:https://www.fsefulin.com/z

在2024 TPCA展会上,东捷科技重点展示「先进玻璃载板制程解决方案」特别是高精度玻璃载板穿孔(TGV)、玻璃雷射切割及3D自动光学检测技术,东捷科技更结合子公司富临科技在TGV 种子层(Seed Layer)镀膜及电浆蚀刻设备方面的先进优势,进一步提升先进载板线路制程的生产效益与质量,为下一代先进封装的玻璃基板(Glass Core Substrate, GCS)提供支持。 

7. 广东汇成真空


官网:https://www.hcvac.com/

广东汇成真空科技股份有限公司是一家面向全球的真空应用解决方案提供商,研发、生产和销售光学镀膜设备、功能性薄膜涂层设备、装饰涂层设备、卷绕镀膜设备、汽车零部件镀膜设备、连续式磁控溅射镀膜生产线、超高真空系统等真空设备、ALD原子层沉积设备、半导体设备、电子生产设备、光电设备、光伏设备、动力电池设备及产品相关配件的国家高新技术企业。

HCVAC克服因深径比过大导致膜层连续性差难题,自主研发PVD深孔解决方案,在孔径中50um,深径比10:1的孔内实现全覆盖镀膜,膜层结合力好。

8. 北方华创


官网:https://www.naura.com/

北方华创紧跟产业发展步伐,依托深厚的立式炉装备技术积累,研发推出3款12英寸立式炉原子层沉积设备,进入客户端验证,且实现大规模量产。北方华创经过多年的技术创新及产业化验证,已实现立式氧化/退火炉,立式LPCVD和立式ALD系列设备全面布局,并预计在今年下半年推出立式炉原子层沉积设备的其他DEMAX系列产品。

9. 中微半导体


官网:https://www.amec-inc.com/

中微开发的等离子体刻蚀设备和化学薄膜设备是制造各种微观器件的关键设备,可加工微米级和纳米级的各种器件。

中微公司在MOCVD领域有非常深厚的技术积累。公司于2013年发布了第一代MOCVD设备 PRISMO D-BLUE®,由于其较高的灵活性和生产效率、优异的性能以及简便易行的设备维护,中微的MOCVD设备快速获得了客户的认可和信任。

2016年,中微发布了其第二代MOCVD设备 PRISMO A7®。在 PRISMO D-BLUE的基础上,PRISMO A7增加了一些新的特征,以进一步提升生产效率和加工性能。该设备已应用于国内众多领先的LED生产线。

中微具有自主知识产权的MOCVD设备PRISMO HiT3®,是适用于高质量氮化铝和高铝组分材料生长的关键设备。

10. 微导纳米


官网:https://www.leadmicro.com/

江苏微导纳米科技股份有限公司成立于2015年12月,是一家面向全球的半导体、泛半导体高端微纳装备制造商。公司形成了以原子层沉积(ALD)技术为核心,CVD等多种真空薄膜技术梯次发展的产品体系,专注于先进微米级、纳米级薄膜设备的研发、生产与应用。公司业务涵盖集成电路、光伏、LED,及MEMS 等泛半导体相关领域,以及新能源和柔性电子领域;主要产品为应用于逻辑芯片、存储芯片、光伏电池、硅基微显示、化合物半导体和3D封装等半导体及泛半导体的专用设备和成套技术,以及应用于柔性电子、新一代高效太阳能电池整线的量产解决方案。

11. 凌嘉科技


官网:https://www.lincotec.com/

凌嘉科技的薄膜溅镀及电浆蚀刻平台以干式环保制程为技术核心,除了设备能力能够满足客户的要求,亦能提供客制化的自动化平台,达到高良率、高产能的最低生产成本(COO)之优势。在半导体先进封装领域中,可以提供抗电磁干扰屏蔽溅镀、扇出型封装、先进封装重布线路制程、先进载板及高阶PCB线路制程、无导线电镀金技术、晶背金属化等解决方案。

凌嘉科技专精于薄膜溅镀技术,并能以多元且弹性的设备配置方式以适应多元化的加工要求。

12. 光驰科技


官网:https://optorun.sh.cn/

光驰科技(上海)有限公司由日本株式会社光驰投资成立,是一家以高精度镀膜机的设计与制造为基础的外商独资企业。自2011年起,连续被认定为高新技术企业。

光驰科技承担镀膜机研发、设计、组装调试、售后服务。生产用于光通信设备、导光系统中制备各种光学部件的增透膜;各类型滤光片的高精度镀膜设备;工艺的研究和开发。

13. 泛林(LAM)


官网:https://www.lamresearch.com/

2012年收购薄膜沉积设备商Novellus Systems。

公司产品围绕刻蚀、薄膜沉积、清洗三大设备领域布局,在刻蚀设备和CVD薄膜沉积设备市场占据领先地位。

在薄膜沉积市场,公司沉积工艺可形成用于制造半导体器件的金属膜和电解质膜材料层。ECD 可生成连接集成电路中器件的铜互连;ALD技术以单原子膜形式通过循环反应逐层沉积在基片表面制造薄壁层;CVD技术则通过气体分子在外部能量作用下发生化学反应并在衬底表面沉积成膜。

14. Picosun


官网:https://info.picosun.com/c

Picosun Group 是半导体和其他行业 AGILE ALD®(原子层沉积)薄膜镀膜技术的领先供应商。

PICOSUN® 产品组合范围从用于 300 mm 晶圆尺寸的全自动、大规模工业批量 ALD 系统到更小规模的研究和试生产工具,特别致力于为高达 200 mm 晶圆市场提供经济高效的交钥匙制造解决方案。

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