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隨著EUV曝光技術的發(fā)展，半導體芯片也逐漸走向小型化，芯片之間的電極間隔變得更小。與此同時，芯片接收側的封裝基板的布線也變得越來越微小。

半導體基板具有多層結構，層與層之間的電信號通過在絕緣層鉆出的微孔進行耦合。目前是通過用激光鉆出約40微米的孔并應用金屬鍍層來完成層間布線的，但隨著芯片的小型化發(fā)展，將來封裝基板的孔徑會減小到5微米及以下。

然而，以目前使用的激光加工技術，由于激光器和光學系統(tǒng)的特性，很難將光聚焦在小直徑上，并且不可能鉆出高縱橫比的孔。因此，還需要一個適合微鉆孔的薄絕緣層。

基于以上背景，近日，在美國丹佛舉行的國際會議ECTC2024（Electronic Components and Technology Conference）上，東京大學、味之素精細技術株式會社、三菱電機株式會社、Spectronix株式會社等四所公司/機構發(fā)布了一項聯(lián)合開發(fā)的新技術。

該技術是用于封裝基板的 3 微米超精細激光鉆孔技術，這對于下一代半導體制造的“后端工藝”是必不可少的。

如圖1所示，將一部分銅線放置在玻璃基板上，并在其頂部制造3微米厚的堆積膜（ABF）。從上方，使用DUV激光打孔機在5微米的間隔間鉆出直徑為3微米的孔。如右圖的電子顯微照片所示，相較此前的技術，我們能夠鉆出一個小約一個量級的孔。

圖1：從上方觀察味之素組裝薄膜（ABF）上微孔的電子顯微鏡照片

東京大學將銅蒸鍍在玻璃基板上，然后將銅激光加工成圖案，來制成精細的銅線。味之素精細技術通過在銅布線層上層壓薄膜 ABF，在銅上形成3微米的絕緣層。Spectronic負責波長為 266 納米的 DUV高功率激光器，而三菱電機則設計并改進了專門為深紫外線開發(fā)的激光加工機的光學系統(tǒng)，以減小光的聚焦尺寸。

東京大學通過活用AI人工智能的條件搜索結果，在不使用蝕刻技術的情況下能夠在ABF上制作一個直徑為3微米的孔（圖1右，圖2右）?？磮D2右側，可以看到只有ABF有穿孔，下面的銅線和玻璃沒有刮擦。使用這項技術，可以在電路板上高速制作任意鉆孔圖案。

圖2：制作的微孔截面的電子顯微鏡照片

這一成就是半導體產業(yè)后端路線圖上的一個重要里程碑。通過證明使用激光加工機可以進行下一代微鉆孔，發(fā)現(xiàn)可以以低成本進行高自由度的基板加工，從而實現(xiàn)半導體的進一步小型化。未來，我們計劃將這項技術推廣到主要的半導體制造商中。