日本企業合作開發出半導體封裝基板6μm以下微細激光鉆孔技術

在東京大學運營的TACMI Consortium(東京大學于2017成立，旨在通過產學官合作促進光學制造的協同創造)中，在半導體制造方面具有不同優勢的企業跨行業合作開發了有助于下一代半導體制造工藝的技術。該技術有望支持半導體的進一步小型化和越來越復雜的小芯片技術，期待有助于降低耗電量、支持后5g、電動汽車(EV)等。

半導體不僅在電腦中，而且是生活各個場景ICT基礎設施的支撐基礎。隨著半導體的進一步細微化和更高性能，更豐富、更便捷的生活將成為現實。特別是由于最近電動汽車(EV)和自動駕駛技術的快速發展，預計先進半導體將越來越多地應用于我們的日常生活中。

目前，在以CPU為代表的先進半導體中，Ajinomoto Build-up Film?(ABF，是一種層間絕緣材料，幾乎占據了全世界主要電腦的100%的市場份額)作為封裝基板的"構建材料"(用于交替形成絕緣層和導體層來制造多層板的堆疊工法的材料)被廣泛應用，并利用激光對ABF進行大量的微細的鉆孔加工、通過鍍銅來進行電氣精密布線。目前所使用的孔徑為40μm左右，由于用于加工的激光波長較長，因此很難制造更精細的鉆孔。隨著極紫外(EUV:extremeUltra-violet)光刻技術(使用曝光裝置將繪制在光掩模上的半導體電路圖案轉印到硅晶片上的對位器上)的發展，半導體所處的環境發生了巨大變化，例如半導體的微細化和半導體結構向小芯片的轉變，現在ABF的微小孔徑要求更進一步的細微化。

生產和銷售ABF的Ajinomoto Fine-Techno、開發激光加工機的三菱電機、生產和銷售新型深紫外短脈沖激光器的Spectronics、以及用于激光加工工藝的Cyber-Physical System的(CPS：將網絡空間(虛擬空間)和物理空間(現實空間)高度融合的系統)東京大學通過在內閣府戰略創新計劃(SIP)來推進智能生產技術的研究，將各自的強項技術帶入旨在實現激光加工智能化產學官合作基地"TACMI聯盟"，致力于對下一代半導體制造工程的技術做出貢獻。

四家公司合作的目標是制造直徑為10μm或更小的微孔，這將有助于下一代半導體制造，具有滿足制造需求的質量和生產線的生產能力(圖1)。將5μm厚的ABF放置在薄銅膜上并進行激光微孔加工。激光器采用的Spectronics開發銷售的"波長為266納米、皮秒脈沖寬度的深紫外激光器"，激光加工機采用三菱電機特別嵌入深紫外短脈沖激光器的下一代工藝用開發機。將東京大學開發的優化加工工藝的CPS型激光加工機系統的成果融入SIP項目，我們實現了6μm以下的超細鉆孔(圖2)。已經實現的微孔孔徑在6μm以下，在加工能力方面，我們已經實現了每秒數千個孔。

▲圖1：本成果的概述：(上排)在CPU等半導體封裝中廣泛使用的Ajinomoto Fine-Techno的ABF上，實現了適應下一代需求的10μm以下的微小鉆孔。(下排)三菱電機將spectrics開發的深紫外短脈沖激光嵌入新一代激光工藝的開發機中，并利用東京大學的激光加工工藝的CPS化技術開發。

▲圖2：ABF的電子顯微照片，帶有通過高速掃描鉆孔的6μm孔。洞內看起來白色的是底部的銅薄膜，孔的一側看起來是黑色的，照片周圍的藍色圓圈對應于現有技術中使用的40μm孔的大小。

另外，使用高質量加工參數，我們還發現在直徑為6μm時，錐度(定義為頂孔直徑與底孔直徑之比)達到質量標準值的75%(圖3)。這些滿足了下一代半導體制造中對封裝基板的基本要求。

▲圖3：ABF中精細和高質量鉆孔的示例。錐度為75%，可以看到孔的一側很小。

這項研究和開發將在TACMI聯盟中進行，該聯盟由東京大學運營，作為旨在智能激光加工的產學官合作基地。TACMI Consortium致力于智能技術，可快速找到滿足激光加工領域各種加工需求和規格的條件，在這些領域尋找加工條件非常困難。該技術是支持小芯片技術和下一代半導體制造中的多尺度器件的后工序所需的技術，正在向小型化和復雜化發展，并用于電動汽車(EV)的開發，用于尖端半導體制造，對復雜性的需求正在增加。

東京大學、Ajinomoto Fine-Techno、三菱電機和Spectronics今后也將攜手合作，致力于能夠迅速找出符合各種加工需求和規格的激光加工工藝條件的智能化技術的開發和實證，通過加速針對個別需求的定制化，推進半導體制造晶圓廠等用戶企業的發展，為加強日本在下一代半導體產業中的競爭力做出貢獻。

此外，TACMI聯盟今后也將繼續推進跨行業、跨領域的產學協同創新活動，以滿足各種各樣的產品制造需求。