TGVウェーハ — ガラス貫通ビア
レーザー穿孔および金属化ビアを備えたガラス貫通ビア（TGV）ウェーハ。2.5Dガラスインターポーザ、mmWave AiP、CoPoS統合、フォトニックインターポーザ向け。Borofloat 33、溶融シリカ石英、無アルカリガラスのグレードに対応。
概要
Through-Glass Via（TGV）技術はThrough-Silicon Via（TSV）のガラス基板版であり、2.5Dおよび3Dパッケージ向けにガラスウェーハを貫通する垂直電気相互接続を実現します。シリコンと異なり、ガラスは電気絶縁体（抵抗率 > 10¹⁰ Ω·cm）であるため、TSV製造で必須の誘電体アイソレーションライナーが不要です。ガラスの低誘電率（εr = 4.0–5.5）と低損失正接（tan δ < 0.005）も信号減衰を低減し、RFおよびmmWave用途においてTGVインターポーザをシリコンインターポーザより優れたものにします。
GINECHIPはBorofloat 33、溶融シリカ石英、無アルカリガラスの各グレードでTGVウェーハを供給し、ビア径は10μm～200μm、アスペクト比は最大10:1です。TGV形成方法にはレーザー誘起深掘りエッチング（LIDE）、集束放電、超短パルスレーザーアブレーションがあります。すべてのTGVはPVDバリア/シード層に続くCu電気めっきでメタライズされ、Ni/Au表面仕上げもオプションで対応します。SEM断面、4点ケルビン抵抗、X線ボイド検査を含む総合的な計測を全ロットで実施します。
TGV形成方法
Laser-Induced Deep Etching (LIDE)
高ARLIDEは2段階プロセスを採用します。まずフェムト秒レーザーでガラスを改質して改質トラックを形成し、続いて湿式化学エッチングでレーザー改質部を選択的に除去します。これにより、マイクロクラックと残留応力が最小限の、平滑な壁を持つ高アスペクト比（最大10:1）のTGVが得られます。LIDEプロセスは、直径100mm～300mmのホウケイ酸ガラス、溶融シリカ、無アルカリガラス基板に対応します。
Focused Electrical Discharge
高速集束放電（放電加工またはスパーク支援化学エッチングとも呼ばれる）は、工具電極とガラス表面間の高電圧放電を利用して材料を局所的にアブレーションします。この方法は、50～200μmのビア径で最高のスループット（毎秒最大1,000ビア）を提供します。最小フィーチャサイズよりもスループットを優先する粗ピッチTGVインターポーザに最適です。
Ultrashort Pulse Laser Ablation
汎用性後続の湿式エッチングなしで、ガラスを直接フェムト秒またはピコ秒レーザーでアブレーションします。超短パルス幅（< 1 ps）が熱影響部とマイクロクラックを最小化します。この方法はビア形状（テーパー、ストレート、成形側壁）に最大の柔軟性を提供し、すべてのガラスタイプに対応します。スループットはLIDEや放電法より低いものの、試作および少量生産に適しています。
技術仕様
| パラメータ | 仕様 |
|---|---|
| 基板材料 | Borofloat 33, Fused silica quartz, AN100 alkali-free glass, Sapphire Al₂O₃ |
| 直径 | 100mm (4″), 150mm (6″), 200mm (8″), 300mm (12″) |
| TGV形成方法 | Laser-induced deep etching (LIDE), Focused electrical discharge, Wet HF etching, Ultrashort pulse laser ablation |
| ビア径 | 10μm – 200μm (application-dependent) |
| ビア深さ | 100μm – 1,100μm (through-wafer) |
| アスペクト比 | Up to 6:1 (laser), up to 10:1 (LIDE), up to 3:1 (wet etch) |
| ビアピッチ | 50μm – 500μm (minimum pitch depends on diameter) |
| ビア密度 | Up to 10⁴ vias/mm² (10μm diameter, 50μm pitch) |
| 側壁角度 | 88° ± 1° (laser), 89° ± 0.5° (LIDE) |
| 側壁粗さ | < 200nm Ra (laser), < 100nm Ra (LIDE), < 50nm (wet etch + anneal) |
| メタライズ | Cu (PVD seed + electroplating), Ti/Cu, TiW/Cu, Cr/Au, Cu/Ni/Au |
| アイソレーションライナー | PECVD SiO₂ (100–500nm), ALD Al₂O₃ (50–100nm), polymer (BCB, SU-8) |
| メタライズ被覆性 | > 50% step coverage (PVD), > 90% (ALD barrier + CVD seed) |
| ビア抵抗 | < 100 mΩ (typical, 50×500μm via, solid Cu fill) |
| パッケージング | Interleaved cleanroom paper, vacuum-sealed single-wafer cassette |
アプリケーション
TGVウェーハは、2.5Dパッケージ用ガラスインターポーザの中核となる構成要素です。ガラスの低誘電率（εr = 4.0–5.5）と低損失正接（tan δ < 0.005）はシリコンインターポーザに比べて信号減衰を低減し、高速デジタルおよびRF用途に最適です。TGVウェーハ両面の多層RDLが、チップレット、HBMスタック、パッケージ基板間の横方向配線を提供します。
ガラス基板の低誘電損失とTGV相互接続の組み合わせにより、アンテナからビームフォーミングICへの低損失RF遷移が可能になります。5G mmWave（28/39 GHz）および6G（100+ GHz）アンテナ・イン・パッケージモジュール向けのTGVベースインターポーザは、遷移あたりの挿入損失 < 0.5 dBを達成し、有機基板ベースの代替品より大幅に優れています。
CoPoS（Chip-on-Panel-on-Substrate）アーキテクチャは、TGVメタライズされたガラスパネルをインターポーザ基板として利用します。TGVは、表面側RDL（チップ間配線）と裏面側パッケージ基板インターフェース間の垂直相互接続を提供します。510×515mmガラスパネル上でのパネルレベルTGV形成により、ウェーハレベル手法に対するCoPoSの4.5倍のスループット優位性が実現します。
集積光導波路（溶融シリカにフェムト秒レーザーで書き込んだもの）を備えたTGVウェーハは、単一のガラス基板上で電気相互接続（Cu充填TGV）と光相互接続（導波路）の共集積を可能にします。これは、光子エンジンとスイッチASIC間で電気信号と光信号の両方をルーティングする必要がある共同パッケージ光学（CPO）にとって極めて重要です。
TGVウェーハは、MEMSウェーハレベルパッケージ向けに気密で低寄生の電気フィードスルーを提供します。ガラスの電気絶縁性（抵抗率 > 10¹⁰ Ω·cm）により、シリコンTSVウェーハで必要な誘電体アイソレーション層が不要になり、製造プロセスが簡素化され、容量性MEMSセンサの寄生フィードスルー容量が低減します。
ホウケイ酸ガラスまたは溶融シリカウェーハのガラス貫通ビアは、ラボオンチップおよびオルガンオンチップデバイスにおけるマイクロ流体層間の流体相互接続を可能にします。ガラスの光学的透明性により流体チャネルのリアルタイム蛍光顕微鏡観察が可能となり、化学的不活性性が生体サンプルや腐食性試薬との適合性を確保します。
品質と計測
ビア形状 SEM/FIB
SEM断面およびFIBミリングによるビア径、深さ、側壁角度、側壁粗さの測定。ビア配置精度（±2μm）とビア径均一性（±5%）に対する100%自動光学検査（AOI）。
ビア抵抗（4点ケルビン）
個別TGVおよびデイジーチェーン試験構造に対する4点ケルビンプローブ測定。TGV抵抗 < 100 mΩ（標準、50×500μm Cu充填ビア）。1,000ビアチェーンのデイジーチェーン導通歩留まり > 99%。
アイソレーション / リーク電流
隣接TGV間、およびTGVと基板表面間のI-V測定。200nm PECVD SiO₂ライナーの5Vバイアス時リーク電流 < 1 nA。隣接通孔間のアイソレーション抵抗 > 10¹⁰ Ω。
X線 / CT検査
Cu充填TGVのボイド検出のためのX線顕微鏡およびコンピュータ断層撮影。充填部に > 5μmのボイドなし。量産ロット向けに全ウェーハX線検査を提供可能。
AFM表面粗さ
CMP後の表面粗さ測定。Cuディッシング < 50nm、ガラスエロージョン < 30nm。RDLリソグラフィ適合性のためCMP後Ra < 1nm。
TTV / Bow / Warp干渉計測
TGV形成後およびCMP後の全ウェーハトポグラフィ。200mmガラスウェーハでTTV ≤ 5μm、Bow ≤ 25μm。後続のRDLリソグラフィの焦点深度要件にとって重要です。
断面SEM（EDS）
TGV断面のエネルギー分散型X線分光（EDS）によるバリア/シード連続性、Cu充填品質、Cu/バリア界面での金属間化合物形成の検証。
熱サイクル信頼性
JEDEC JESD22-A104に準拠した温度サイクル（-55°C～+150°C、1,000サイクル）。サイクル後のTGV抵抗変化 < 10%。C-SAM検査により、Cu/ガラス、Cu/ライナー、ライナー/ガラス界面に層間剥離なし。