3μm！DUV激光打孔技术，实现世界最小的半导体封装基板钻孔

随着EUV曝光技术的发展，半导体芯片也逐渐走向小型化，芯片之间的电极间隔变得更小。与此同时，芯片接收侧的封装基板的布线也变得越来越微小。

半导体基板具有多层结构，层与层之间的电信号通过在绝缘层钻出的微孔进行耦合。目前是通过用激光钻出约40微米的孔并应用金属镀层来完成层间布线的，但随着芯片的小型化发展，将来封装基板的孔径会减小到5微米及以下。

然而，以目前使用的激光加工技术，由于激光器和光学系统的特性，很难将光聚焦在小直径上，并且不可能钻出高纵横比的孔。因此，还需要一个适合微钻孔的薄绝缘层。

基于以上背景，近日，在美国丹佛举行的国际会议ECTC2024（Electronic Components and Technology Conference）上，东京大学、味之素精细技术株式会社、三菱电机株式会社、Spectronix株式会社等四所公司/机构发布了一项联合开发的新技术。

该技术是用于封装基板的 3 微米超精细激光钻孔技术，这对于下一代半导体制造的“后端工艺”是必不可少的。

如图1所示，将一部分铜线放置在玻璃基板上，并在其顶部制造3微米厚的堆积膜（ABF）。从上方，使用DUV激光打孔机在5微米的间隔间钻出直径为3微米的孔。如右图的电子显微照片所示，相较此前的技术，我们能够钻出一个小约一个量级的孔。

图1：从上方观察味之素组装薄膜（ABF）上微孔的电子显微镜照片

东京大学将铜蒸镀在玻璃基板上，然后将铜激光加工成图案，来制成精细的铜线。味之素精细技术通过在铜布线层上层压薄膜 ABF，在铜上形成3微米的绝缘层。Spectronic负责波长为 266 纳米的 DUV高功率激光器，而三菱电机则设计并改进了专门为深紫外线开发的激光加工机的光学系统，以减小光的聚焦尺寸。

东京大学通过活用AI人工智能的条件搜索结果，在不使用蚀刻技术的情况下能够在ABF上制作一个直径为3微米的孔（图1右，图2右）。看图2右侧，可以看到只有ABF有穿孔，下面的铜线和玻璃没有刮擦。使用这项技术，可以在电路板上高速制作任意钻孔图案。

图2：制作的微孔截面的电子显微镜照片

这一成就是半导体产业后端路线图上的一个重要里程碑。通过证明使用激光加工机可以进行下一代微钻孔，发现可以以低成本进行高自由度的基板加工，从而实现半导体的进一步小型化。未来，我们计划将这项技术推广到主要的半导体制造商中。