日本AGC与东京大学在下一代半导体玻璃基板上实现微激光加工技术突破

日本AGC（旭硝子株式会社）于2015年在东京大学工学研究科设立了联合研究项目，旨在共同研究尖端玻璃技术。近日，AGC与东京大学研究团队发布了两项重要研发成果，可实现针对玻璃等透明材料的超高速、超精密激光加工，纵横比达到20，加工速度达到传统方法的 100 万倍。

玻璃基板趋势

随着光刻技术的迭代升级，半导体芯片的物理尺寸持续缩小。与此同时，承载半导体芯片的电路板在布线设计上，既面临着线路精细化的迫切需求，也需要满足大面积集成的发展趋势。此外，除了5G、6G通信领域，更高频率的信号传输在其他前沿技术场景中的重要性也与日俱增。传统电路板使用树脂，但为了满足这些需求，据说电路板的材料将从树脂转向玻璃。

玻璃具有良好的高频特性，尺寸大且平坦，并且能够与硅的热特性相匹配。电路板需要许多通孔来连接正反面的布线，但高密度布线需要细孔。然而，由于玻璃是一种脆性材料，因此由于裂纹等问题，很难精确地沿直线钻出直径极小的深孔。在玻璃上钻细孔的主要方法有两种：化学蚀刻和激光钻孔。这两种方法各有优缺点，并且都不是成熟的技术。玻璃基板的实际应用面临两大挑战制约：加工速度极慢且难以实现高精度（包括深宽比）。

纵横比达20！

东京大学开发出了一种用于半导体基板玻璃的超精细激光钻孔技术，仅使用激光即可钻出直径为10微米或更小、纵横比约为20的细孔，其纵横比比传统蚀刻方法钻出的孔更高。

该研发团队仅使用激光加工在AGC的EN-A1玻璃上创建微通孔，该玻璃具有适用于半导体基板的优异电学和热学性能。使用超短脉冲深紫外激光，可以在玻璃上钻出直径小于10微米的孔。这相当于约20的纵横比。此前，使用酸蚀刻很难实现高纵横比，但研究发现，使用深紫外激光直接加工即可实现高纵横比，且不会产生裂纹。由于无需任何化学处理，因此也减轻了废液处理等环境负担。

这标志着下一代半导体制造下游工序中，将基板或中介层的核心材料转移到玻璃上时，通孔钻孔技术取得了重要的里程碑。该技术有望在未来为半导体的进一步小型化和日益复杂的芯片技术做出贡献。

图1：在半导体玻璃基板上进行激光微钻孔，从上方和侧面、孔入口、出口和横截面观察EN-A1玻璃上钻孔的微孔显微图像。

速度快一百万倍！

由东京大学讲师伊藤雄介和项目研究员张彦明领导的研究团队与AGC的研究团队合作，发明了一种新技术（东京大学和AGC已共同申请专利），该技术能够以比传统方法快一百万倍的速度对玻璃等透明材料进行激光加工。该成果于2025年6月11日在线发表于美国科学期刊《Science Advances》。

在本研究中，研究人员证明，通过精确控制空间和时间分布的光线照射，可以在皮秒（10⁻¹¹²秒）的超短时间内显著改变材料的物理性质，从而实现超快速、高精度的加工。

图2：自由电子的瞬时产生与选择性光吸收相结合，可以实现比传统方法快一百万倍的超快加工。可以在20 μs内于玻璃基板上制作深度1 mm、直径小于5 μm的通孔。

值得注意的是，这种处理可以使用功率输出比传统飞秒激光器低四个数量级的激光器来实现，从而有可能显著降低设备成本和能耗。

这项研究不仅有望加速半导体行业的发展，而且还引入了一种新的制造业范式——材料特性可以随时改变——以推动整个领域的变革性创新。

参考来源：

[1] 次世代半導体ガラス基板への微細レーザー加工を実現

https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/news2.html?pid=27304

[2]Journal: Science Advances

Title: Ultra-high-speed laser drilling of transparent materials via transient electronic excitation

Authors: Yanming Zhang, Takumi Koike, Reina Yoshizaki, Guoqi Ren, Akihiro Shibata, Sota Kiriake, Ryota Hasegawa, Ikuo Nagasawa, Keisuke Nagato, Naohiko Sugita, Yusuke Ito*

DOI: 10.1126/sciadv.adv4436