TGV 공정

공정 흐름

TGV 공정의 전체 흐름은 크게 6단계로 구분됩니다. 유리 원판 준비 이후 레이저 또는 식각으로 관통홀을 형성하고, 세정과 표면 처리를 거쳐 시드층을 증착합니다. 이어 전해 도금으로 구리를 충전하고, 표면 평탄화(CMP)와 배선 연결을 진행합니다. 각 단계는 독립적이면서도 전후 공정에 영향을 미치는 연쇄 구조이므로, 한 단계의 결함은 이후 전체 수율에 파급됩니다. 예를 들어 레이저 천공 시 홀 벽면의 미세 크랙은 시드층 증착의 피복 불량을 야기하고, 이는 도금 보이드로 이어져 최종 전기 검사에서 불량으로 나타납니다. 이러한 결함 전파 경로를 이해하는 것이 TGV 공정 관리의 핵심입니다.

이 항목을 실제 자료에 적용할 때는 단일 특성만 떼어 결론을 내리지 않는 것이 중요하다. 공정 흐름에 관한 결과는 유리 조성, 패널 두께, 비아와 배선의 형상, 후속 조립 조건이 함께 달라지면 같은 방향으로 재현되지 않을 수 있다. 따라서 공급사 사양서는 시험 온도와 주파수, 시편 크기, 측정 방법을 맞춘 뒤 비교하고, 개발 샘플과 고객 인증, 파일럿 생산, 양산 출하를 서로 다른 단계로 구분해야 한다. 공개 자료에 조건이 빠져 있다면 우열을 단정하기보다 확인이 필요한 항목으로 남기는 편이 안전하다.

검토 기록에는 자료의 발행 주체와 확인일, 시험 조건, 비교 대상, 아직 검증되지 않은 가정을 함께 적는다. 공정 변경 전후에는 동일한 측정법으로 결함 위치와 전기적 결과를 연결하고, 평균값뿐 아니라 분포와 가장자리 편차도 확인한다. 이런 방식은 홍보 문구와 실제 제조 가능성을 구분하고, 설계 요구가 바뀌었을 때 판단 근거를 다시 추적하는 데 도움이 된다.

홀 가공

TGV 홀 가공은 레이저 에너지를 유리에 집중시켜 물질을 제거하는 원리입니다. UV 나노초 레이저(파장 355nm)는 유리의 UV 흡수 특성을 이용해 열적으로 물질을 제거하며, 속도가 빠르지만 열 영향부(HAZ)가 발생합니다. 피코초·펨토초 레이저는 비열적(non-thermal) 가공이 가능해 HAZ를 최소화하지만 처리 속도가 느리고 장비 비용이 높습니다. LIDE(Laser Induced Deep Etching) 방식은 초단 펄스 레이저로 유리 내부에 나노 변질 영역(nanograting)을 형성한 후 HF 용액으로 선택적 식각하여, 테이퍼 각도가 작고 벽면 거칠기가 낮은 고품질 홀을 얻을 수 있습니다. 홀 가공 후에는 반드시 희석 HF 또는 BOE(Buffered Oxide Etch)로 벽면의 잔류 데브리와 미세 크랙 층을 제거하는 후처리 식각을 실시합니다.

세정 시드층

홀 가공 후 세정은 잔류 파티클, 식각 부산물, 유기 오염을 제거하는 단계입니다. SC-1(NH₄OH/H₂O₂/H₂O) 세정으로 유기 오염을 제거하고, SC-2(HCl/H₂O₂/H₂O)로 금속 이온 오염을 제거합니다. 초음파 세정은 홀 내부 잔류물 제거에 효과적이지만, 에너지가 과하면 유리 벽면에 추가 손상을 줄 수 있어 주파수와 출력을 조절합니다. 세정 직후 건조는 마란고니(Marangoni) 건조 또는 IPA 치환 건조로 물 얼룩(water mark)을 방지합니다. 시드층 증착은 DC 또는 RF 마그네트론 스퍼터링으로 Ti(접착층, 20~100nm)와 Cu(시드, 100~500nm)를 순차 증착합니다. 홀 내부 피복(step coverage)은 스퍼터링 각도, 가스 압력, 기판 회전 조건에 따라 결정되며, 종횡비 5:1 이상에서는 무전해 도금 보강이 권장됩니다.

• SC-1 세정: NH₄OH:H₂O₂:H₂O = 1:1:5, 70°C, 10분
• SC-2 세정: HCl:H₂O₂:H₂O = 1:1:5, 70°C, 10분
• 초음파 세정: 40~80kHz, 50~100W, DI water
• 시드층 스퍼터링: 챔버 압력 3~10mTorr, DC 1~3kW

도금 충전

전해 구리 도금은 TGV 내부를 구리로 완전히 채우는 단계입니다. 산성 황산구리(CuSO₄/H₂SO₄) 전해액에 첨가제(가속제·억제제·평탄제)를 투입하여 바텀업(bottom-up) 충전을 유도합니다. 가속제(bis-3-sodiumsulfopropyl disulfide, SPS 등)는 홀 바닥의 도금 속도를 촉진하고, 억제제(polyethylene glycol, PEG 등)는 홀 입구의 도금을 억제하여 보이드 없는 충전을 달성합니다. 전류밀도는 0.5~3 A/dm² 범위에서 조절하며, 펄스 도금(pulse plating)이나 역펄스 도금(pulse-reverse plating)을 적용하면 충전 균일도를 높일 수 있습니다. 도금 완료 후에는 CMP로 표면 잔여 구리(overplating)를 제거하고 평탄화합니다.

후공정 연결

TGV 충전이 완료되면 표면 배선(RDL)과의 연결 공정이 이어집니다. CMP 후 유리 표면에 노출된 TGV 상단에 배선 패드를 형성하고, SAP(세미에디티브 프로세스)로 재분배층(RDL)을 구축합니다. 다층 배선이 필요한 경우 절연층(폴리이미드, PBO, ABF)을 적층하고 레이저 비아로 상하층을 연결합니다. 기판 하면에도 동일한 공정으로 솔더볼 패드를 형성합니다. 최종적으로 언더범프 메탈(UBM, Ni/Au 또는 Ni/Pd/Au)을 증착하여 범프 또는 솔더볼 접합 준비를 완료합니다.

공정 통합 핵심

TGV 공정은 단독으로 존재하지 않고, 기판 전체 공정 흐름(원판→TGV→배선→적층→조립)의 일부입니다. TGV 사양(직경, 피치, 충전 방식)은 이후 배선 설계와 조립 조건에 맞추어 결정되므로, 공정 설계 초기에 전체 흐름을 고려한 동시 최적화가 필요합니다.

수율 관리

TGV 공정의 수율은 개별 비아 수율과 기판당 비아 수의 곱으로 결정됩니다. 비아 1개의 수율이 99.99%라 해도, 기판 하나에 10,000개의 비아가 있으면 기판 수율은 약 37%(0.9999¹⁰⁰⁰⁰)까지 떨어집니다. 따라서 개별 비아 수율을 99.999% 이상으로 끌어올리는 것이 양산의 전제 조건입니다. 수율 개선 방향은 크게 세 가지입니다. 첫째, 홀 형성 공정의 크랙 발생률 저감(레이저 파라미터 최적화, 후처리 식각 강화). 둘째, 도금 충전의 보이드 제거(첨가제 관리, 교반 균일화). 셋째, 인라인 검사 강화(X-ray CT 전수 검사, AOI 자동화)입니다.

1. 홀 형성 수율: 크랙·칩핑 발생률을 0.001% 이하로 관리
2. 도금 충전 수율: 보이드 면적비 5% 초과 비아 0건 목표
3. 전기 검사 수율: 오픈/쇼트/고저항 불량률 0.01% 이하
4. 기판 최종 수율: 위 세 단계 종합 수율의 곱

이 글은 AI(인공지능)의 도움을 받아 작성되었습니다.