TGV 檢測：玻璃載板（Glass Substrate）製程四大量測挑戰與和全豐光電複合檢測解決方案
- 波露露
- 7月8日
- 讀畢需時 6 分鐘
隨著 AI、高效能運算（HPC）與 Chiplet（小晶片）架構快速發展，半導體先進封裝正朝向更高 I/O 密度、更大尺寸與更高頻高速傳輸演進。傳統有機載板（Organic Substrate）因受限於材料物理特性，在大尺寸封裝中容易產生翹曲（Warpage），且高頻損耗較大，逐漸面臨發展瓶頸。
玻璃載板（Glass Substrate） 因具備優異的尺寸穩定性、極低的熱膨脹係數（CTE）、高平整度及良好的電氣特性，已被全球半導體巨頭視為下一世代封裝的關鍵材料。而 TGV（Through Glass Via，玻璃穿孔），則是玻璃載板實現上下兩側垂直互連、高密度佈線的核心製程。
然而，玻璃透明、硬脆且易碎的特性，讓 TGV 製程的面臨極高的良率挑戰。傳統以平面取像為主的 2D AOI 已無法滿足需求。為了兼顧量測精度與量產效率，先進封裝產線必須導入結合 2D、2.5D、3D NIR 及線共軛焦的複合式光學檢測技術。
什麼是 TGV（Through Glass Via）？
TGV（Through Glass Via） 是指在玻璃載板中建立微米級垂直導通孔的製程技術。其主要用途是在玻璃基板上下兩側形成高密度的電性互連，實現訊號、電源與接地層之間的垂直傳輸。
相較於應用在晶片內部堆疊的矽穿孔（TSV），TGV 更常應用於中介層（Interposer）與封裝載板。它能為先進封裝提供：
更高的佈線密度（Pitch 微縮）
更佳的高速訊號完整性（降低介電損耗）
更穩定的尺寸控制能力（大尺寸不易變形）
TGV 完整製程涵蓋： 基板檢驗 → 雷射改質 → 濕式蝕刻 → 金屬化與銅填孔 → 化學機械平坦化（CMP） →最終檢測。任何一個環節出現微米級的偏差，都可能導致最終晶片報廢，因此製程中的精密量測至關重要。
TGV 製程完整流程：從玻璃加工到最終檢測
TGV 並非單一加工技術，而是一系列高度整合的複雜工序。以下為典型 TGV 製程的六大階段與其檢測核心：[Incoming 基材檢驗] ——> [雷射誘導改質] ——> [濕式蝕刻成孔]
[最終檢驗 (Final)] <—— [CMP 平坦化] <—— [電鍍填銅 (Plating)]
核心步驟說明：
Step 1｜基材接收檢驗（Incoming Inspection）
攔截原材料自帶的氣泡、微裂紋、邊緣崩角（Chipping）或表面刮傷，避免劣質基板進入高溫退火製程導致整片破裂。
Step 2｜雷射誘導改質（Laser Induced Modification）
雷射聚焦於玻璃內部改變局部結構，建立蝕刻路徑。此時表面無明顯變化，需精準檢測漏打（Missing Via）或位置偏移。
Step 3｜濕式蝕刻（Wet Etching）
利用化學藥水移除改質區，形成穿孔。需嚴格控制孔洞的幾何形貌。
Step 4｜種子層與電鍍填銅（Seed Layer & Copper Plating）
建立金屬層並填滿導通孔，需預防內部產生空洞（Void）或縫隙（Seam）。
Step 5｜化學機械平坦化（CMP）
磨除表面多餘的銅，使玻璃與銅柱形成完美共面，需量測奈米級的高度差。
Step 6｜最終檢驗（Final Inspection）
出廠前的全盤外觀與電性可靠度結構確認。
TGV 製程四大量測需求與挑戰
由於玻璃材料的透明與高深寬比特正面臨以下四大關鍵量測技術瓶頸：
① 雷射改質階段：隱形缺陷與位置精度
關鍵挑戰： 雷射改質後的玻璃外觀變化極微小。若發生雷射漏打、改質深度不足或座標偏移，傳統光學難以察覺，往往要到蝕刻後才發現大批不良品。
量測需求： 需具備 DXF 設計圖自動比對、孔數計數（Via Count）以及改質深度的非破壞性觀測。
和全豐檢測方案： 2D 檢測可精準判比出雷射改質的座標誤差與座標漏打；2.5D 檢測可直接指出雷射深度不足之判定；3D NIR 技術可量測出雷射垂直度檢測與雷射深度數值（高精度剖面）。
② 濕式蝕刻階段：高深寬比的三維孔形控制
關鍵挑戰： 蝕刻後的 TGV 孔洞呈現漏斗形或沙漏形（Hourglass）。
量測需求： 不能只看表面孔徑，必須同時量測 Top（上孔徑）、Middle（腰身孔徑）、Bottom（下孔徑），並計算錐向角（Taper Angle）與真圓度。
和全豐檢測方案： 2D 檢測包含孔洞真圓度、頂/底/中孔直徑、孔塞（Via Clogging）檢測、同心度與孔洞邊緣異常檢測；2.5D PV 檢測能夠做到中孔位置檢測與孔內角度量測。
③ CMP 平坦化階段：奈米級共面度控制
關鍵挑戰： 填銅後若表面不平整，會導致後續晶片接合不良。CMP 製程容易產生銅凹陷（Dishing）或介電層侵蝕（Erosion）。
量測需求： 必須提供微米甚至奈米級的共面度（Coplanarity）與高度差（Height Difference）量測 Mapping。
和全豐檢測方案：利用光學共軛焦原理與光譜共焦技術，具備極高的 Z 軸解析度（達奈米級），且不受表面材料反射率不同的影響。
④ 材料基材端：透明體內缺陷攔截
關鍵挑戰： 玻璃內部的氣泡（Bubble）和內裂紋（Internal Crack）隱藏在材料中間，傳統表面 AOI 會直接穿透或無法聚焦。
量測需求： 需要能「透視」玻璃內部的穿透式或斷層掃描技術。
和全豐檢測方案：利用近紅外光（NIR）對玻璃的高穿透特性，結合光學干涉原理，實現非破壞性的 3D 體內斷層掃描。能輕鬆穿透表層、聚焦內部，精準捕捉隱藏在玻璃體內的微小氣泡與裂紋。
製程階段與核心量測指標對照表
製程階段 | 常見缺陷 | 核心量測需求 |
雷射改質 | 漏打、位置偏移、深度不足 | DXF 比對、Position、Via Count、改質深度 |
濕式蝕刻 | 孔徑異常、孔塞、裂紋 | Top／Middle／Bottom 孔徑、真圓度、同心度、錐角 |
CMP 平坦化 | Dishing、Erosion | Coplanarity、高度 Mapping、Surface Profile |
基材檢驗 | 氣泡、裂紋、刮傷 | 表面缺陷、內部缺陷、應力分析 |
為什麼傳統 AOI 已無法滿足 TGV 檢測需求？
光線穿透與折射干擾： 玻璃是透明介質，光線會穿透基板並在上下表面、內部缺陷間產生多次反射與折射，導致 2D 影像對比度極低，無法準確辨識邊界。
景深不足無法直視孔底： TGV 的深寬比（Aspect Ratio）通常極高，傳統鏡頭的景深有限，當聚焦在表面時，孔底與孔內壁就會模糊一片，無法量測腰身孔徑。
缺乏高度（Z軸）量測能力： 傳統 AOI 無法提供深度、高度及體積資訊，對於 CMP 後的填銅共面度、Dishing 等需要奈米級 Z 軸解析度的項目束手無策。
和全豐光電 TGV 複合檢測解決方案
為了解決單一光學技術的局限性，和全豐光電推出專為玻璃載板開發的複合式光學檢測平台：
1. 2D 高速 AOI 模組
用於 Incoming 與 Final 階段的表面大面積快速掃描，精準捕捉表面刮傷（Scratch）、邊緣崩邊（Chipping）及微米級異物。
2. 2.5D 幾何量測技術
利用特殊照明設計與多層快速聚焦技術，一鍵定量輸出 Top / Middle / Bottom 孔徑、真圓度及同心度，勾勒出孔洞的三維輪廓。
3. 3D NIR 近紅外斷層掃描
利用近紅外光對玻璃的穿透特性，實現非破壞性的「玻璃斷層掃描」，檢測雷射改質深度、盲孔殘留玻璃厚度，以及體內氣泡與微裂紋。
4. 線共軛焦量測技術（Line Scan Confocal）
利用光學共軛焦與光譜共焦技術，具備奈米級 Z 軸解析度，應用於 CMP 平坦化製程後，針對填銅微導通孔與玻璃表面進行高速、高精度的共面度 Mapping。
5. 高景深應力取像技術
利用偏光原理與高景深光學設計，捕捉玻璃內部因雷射加工或熱製程產生的應力集中區域，早期預警潛在裂微風險。
迎向量產：晶圓級（WLP）與面板級（PLP）的全面支援
隨著封裝技術由晶圓級（Wafer-Level）向更大面積、更高產能的面板級（Panel-Level Packaging, PLP）演進，和全豐光電的複合檢測平台具備高度的模組化彈性：
大尺寸多規格支援： 相容於 310 × 310 mm 至 510 × 515 mm 以內的大尺寸面板，厚度支援 0.3 mm 至 2
mm。
Inline / Offline 彈性架構： 可配置於小量試產線（Offline 離線分析），亦可透過 SECS/GEM 與 EFEM 整
合，直接導入高產量製造的自動化生產線（Inline 線上檢測）。
常見問題（FAQ）
Q1. TGV 與 TSV 主要的差異在哪裡？
TSV（矽穿孔）材料為矽，主要用於主動晶片堆疊，孔徑更小但介電損耗與成本較高。TGV（玻璃穿孔）材料為玻璃，多用於封裝載板，具備極佳的高頻電氣絕緣性、低損耗、大尺寸不易翹曲，且成本更具優勢。
Q2. 為什麼 2.5D 量測在 TGV 製程中比純 3D 掃描更具優勢？
純 3D 掃描面對整片基板數百萬個孔洞時速度過慢。2.5D 幾何量測能在維持高精度的同時，以極快的速度提取關鍵的 Top/Middle/Bottom 孔徑指標，是兼顧「速度」與「精度」的量產首選。
Q3. 和全豐的設備如何協助製程工程師進行大數據分析？
量測數據可即時上傳至工廠的 MES 系統。工程師可透過 Height Mapping 圖表與缺陷趨勢圖，快速評估 CMP研磨墊的壽命或雷射能量的穩定度，實現機台的預防性維護。
留言