日本企业合作开发出半导体封装基板6μm以下微细激光钻孔技术

在东京大学运营的TACMI Consortium(东京大学于2017成立，旨在通过产学官合作促进光学制造的协同创造)中，在半导体制造方面具有不同优势的企业跨行业合作开发了有助于下一代半导体制造工艺的技术。该技术有望支持半导体的进一步小型化和越来越复杂的小芯片技术，期待有助于降低耗电量、支持后5g、电动汽车(EV)等。

半导体不仅在电脑中，而且是生活各个场景ICT基础设施的支撑基础。随着半导体的进一步细微化和更高性能，更丰富、更便捷的生活将成为现实。特别是由于最近电动汽车(EV)和自动驾驶技术的快速发展，预计先进半导体将越来越多地应用于我们的日常生活中。

目前，在以CPU为代表的先进半导体中，Ajinomoto Build-up Film®(ABF，是一种层间绝缘材料，几乎占据了全世界主要电脑的100%的市场份额)作为封装基板的"构建材料"(用于交替形成绝缘层和导体层来制造多层板的堆叠工法的材料)被广泛应用，并利用激光对ABF进行大量的微细的钻孔加工、通过镀铜来进行电气精密布线。目前所使用的孔径为40μm左右，由于用于加工的激光波长较长，因此很难制造更精细的钻孔。随着极紫外(EUV:extremeUltra-violet)光刻技术(使用曝光装置将绘制在光掩模上的半导体电路图案转印到硅晶片上的对位器上)的发展，半导体所处的环境发生了巨大变化，例如半导体的微细化和半导体结构向小芯片的转变，现在ABF的微小孔径要求更进一步的细微化。

生产和销售ABF的Ajinomoto Fine-Techno、开发激光加工机的三菱电机、生产和销售新型深紫外短脉冲激光器的Spectronics、以及用于激光加工工艺的Cyber-Physical System的(CPS：将网络空间(虚拟空间)和物理空间(现实空间)高度融合的系统)东京大学通过在内阁府战略创新计划(SIP)来推进智能生产技术的研究，将各自的强项技术带入旨在实现激光加工智能化产学官合作基地"TACMI联盟"，致力于对下一代半导体制造工程的技术做出贡献。

四家公司合作的目标是制造直径为10μm或更小的微孔，这将有助于下一代半导体制造，具有满足制造需求的质量和生产线的生产能力(图1)。将5μm厚的ABF放置在薄铜膜上并进行激光微孔加工。激光器采用的Spectronics开发销售的"波长为266纳米、皮秒脉冲宽度的深紫外激光器"，激光加工机采用三菱电机特别嵌入深紫外短脉冲激光器的下一代工艺用开发机。将东京大学开发的优化加工工艺的CPS型激光加工机系统的成果融入SIP项目，我们实现了6μm以下的超细钻孔(图2)。已经实现的微孔孔径在6μm以下，在加工能力方面，我们已经实现了每秒数千个孔。

▲图1：本成果的概述：(上排)在CPU等半导体封装中广泛使用的Ajinomoto Fine-Techno的ABF上，实现了适应下一代需求的10μm以下的微小钻孔。(下排)三菱电机将spectrics开发的深紫外短脉冲激光嵌入新一代激光工艺的开发机中，并利用东京大学的激光加工工艺的CPS化技术开发。

▲图2：ABF的电子显微照片，带有通过高速扫描钻孔的6μm孔。洞内看起来白色的是底部的铜薄膜，孔的一侧看起来是黑色的，照片周围的蓝色圆圈对应于现有技术中使用的40μm孔的大小。

另外，使用高质量加工参数，我们还发现在直径为6μm时，锥度(定义为顶孔直径与底孔直径之比)达到质量标准值的75%(图3)。这些满足了下一代半导体制造中对封装基板的基本要求。

▲图3：ABF中精细和高质量钻孔的示例。锥度为75%，可以看到孔的一侧很小。

这项研究和开发将在TACMI联盟中进行，该联盟由东京大学运营，作为旨在智能激光加工的产学官合作基地。TACMI Consortium致力于智能技术，可快速找到满足激光加工领域各种加工需求和规格的条件，在这些领域寻找加工条件非常困难。该技术是支持小芯片技术和下一代半导体制造中的多尺度器件的后工序所需的技术，正在向小型化和复杂化发展，并用于电动汽车(EV)的开发，用于尖端半导体制造，对复杂性的需求正在增加。

东京大学、Ajinomoto Fine-Techno、三菱电机和Spectronics今后也将携手合作，致力于能够迅速找出符合各种加工需求和规格的激光加工工艺条件的智能化技术的开发和实证，通过加速针对个别需求的定制化，推进半导体制造晶圆厂等用户企业的发展，为加强日本在下一代半导体产业中的竞争力做出贡献。

此外，TACMI联盟今后也将继续推进跨行业、跨领域的产学协同创新活动，以满足各种各样的产品制造需求。