国海证券报告指出，TSV（硅通孔）是HBM制造中最核心的工序，成本占比高达30%。TSV工艺涉及二十多种设备，其中深孔刻蚀设备、气相沉积设备、铜填充设备、减薄抛光设备等较为关键。随着TSV工艺趋向小孔径、高密度、大深宽比，良率面临更高挑战。国内设备商在TSV刻蚀、沉积、CMP、减薄等领域加速国产替代，有望充分受益于国内HBM扩产。
TSV——HBM核心工序，成本占比30%
TSV是一种垂直互连技术，相比引线键合大幅缩短互连间距，减少信号传输延迟和损失，提高信号速度和带宽，降低功耗和封装体积。TSV工艺分为先进孔（Via-First）、中间通孔（Via-Middle）、后通孔（Via-Last）三种类型。中间通孔工艺是目前IC厂主要采用的方案，后通孔工艺是目前产业化最为成熟的方案之一。
根据SavanSys数据，在99.5%键合良率下，TSV是HBM封装中成本占比最高的环节达30%（TSV制造18%、TSV显露12%），前段工艺20%、后段工艺20%、组装15%、晶圆凸点3%、测试1%。随着TSV数量增加，单一TSV良率面临更高要求，3DIC集成良率随着芯片数量增加呈指数下降。
四大关键设备——深孔刻蚀/气相沉积/铜填充/减薄抛光
深孔刻蚀设备：深孔刻蚀是TSV关键工艺，目前首选技术是基于Bosh工艺的干法刻蚀。中微公司12英寸3D芯片硅通孔刻蚀工艺验证成功，并在欧洲客户12英寸微机电系统芯片产线上获得认证机会。
气相沉积设备：主要用于薄膜电路表面的高低频低应力氧化硅等薄膜沉积；绝缘层做好后，通过PVD沉积金属扩散阻挡层和种子层。种子层的连续性和均匀性被认为是TSV铜填充最重要的影响因素。
铜填充设备：TSV填孔镀铜是最核心、最难工序，对设备要求较高。随着TSV工艺趋向小孔径、高密度、大深宽比，铜填充过程容易产生底部空洞、内部缝隙等缺陷。
减薄抛光设备：TSV要求晶圆减薄至50μm甚至更薄，目前业界多采用一体机思路，将晶圆磨削、抛光、贴片等工序集合在一台设备内。华海清科12英寸超精密晶圆减薄机已取得多个领域龙头企业批量订单。
TSV缺陷检测——电学/光学/声学/X射线四类方法
TSV刻蚀及填充质量对三维集成整体性能影响显著，微小尺寸、层叠结构及晶圆减薄等特征使TSV缺陷检测较为复杂。四类检测方法各有优劣：电学检测能同时实现功能完整性和性能优劣性测试，但探针尺度大、数量少，易损伤晶圆。光学检测中红外光线具有硅穿透性，可用于TSV形貌测量，但不能用于金属内部缺陷检测。声学检测中传统超声波分辨率不足，高频声波能量衰减快。X射线检测能提供很高分辨率，对材料和结构内部缺陷适用性强，但分辨率和样品尺度间存在矛盾。
TSV制造过程需多环节量检测：刻蚀阶段检测自上到下CD和刻蚀轮廓；沉积阶段检测内衬和降壁CD；填充阶段检测Cu填充CD和覆盖层厚度；CMP阶段检测TSV抛光CD。缺陷检测涵盖侧壁和底部蚀刻残留物、薄膜沉积缺陷、Cu生长缺陷和中心空洞、TSV突出物和凹槽等。
国内TSV设备进展——北方华创/中微公司/华海清科加速突破
北方华创：刻蚀、沉积、炉管等设备在先进封装领域已实现主流先进封装企业批量生产，持续获得客户重复订单。
中微公司：ICP设备中的8英寸和12英寸深硅刻蚀设备Prinio TSV 200E在晶圆级先进封装和2.5D封装继续获得重复订单，12英寸3D芯片硅通孔刻蚀工艺验证成功。
拓荆科技：晶圆对晶圆键合产品Diora 300、芯片对晶圆混合键合前表面预处理产品Procons已获客户量产重复订单。
华海清科：12英寸超精密晶圆减薄机Vermati e-GP300已完成首台验证，取得多个领域龙头企业的批量订单，部分机台预计2024年底验收；12英寸晶圆减薄贴膜一体机已发往国内头部封测企业验证。
芯源微：临时键合机、解键合机商业推广和验证进展顺利，已与国内多家2.5D、HBM客户达成深度合作，在手量产或验证性订单十余台。
TSV基本工序及相关设备对应表| TSV工序 | 关键设备 | 技术要点 |
|---|
| 深孔刻蚀 | 刻蚀机 | Bosh工艺干法刻蚀，首选技术 |
| 绝缘层沉积 | 薄膜沉积设备 | 高低频低应力氧化硅薄膜 |
| 扩散阻挡层/种子层沉积 | PVD设备 | 种子层连续性和均匀性最关键 |
| 铜填充 | 电镀机 | 最核心最难工序，易产生空洞/缝隙 |
| 晶圆减薄 | CMP/减薄抛光机 | 一体机思路，磨削/抛光/贴片集合 |
