Laser- und Plasmaprozesse für Advanced Packaging

Auf der Semicon Japan 2025 (Dec 17-19)  stellt TRUMPF laser- und plasmabasierte Fertigungstechnologien vor, die darauf abzielen, Produktionskosten zu senken, die Prozesskontrolle zu verbessern und Advanced Packaging in der Halbleiterfertigung zu unterstützen, einschließlich Anwendungen für KI-getriebene Chips.

Fertigungsherausforderungen im Advanced Packaging
Die Halbleiterindustrie wächst stark und steht zugleich vor steigenden Anforderungen an Präzision, Durchsatz, Energieeffizienz und Nachhaltigkeit. Advanced-Package-Architekturen, bei denen mehrere Chips auf einem Interposer integriert werden, stellen besonders hohe Anforderungen an Bohrgenauigkeit, Metallisationsqualität und die Stabilität von Plasmaprozessen. Nach Angaben von TRUMPF ist das Laser- und Plasma-Portfolio des Unternehmens darauf ausgelegt, diese Anforderungen in der Hochvolumen-Chipproduktion zu adressieren. Michael Samtleben, Geschäftsführer von TRUMPF in Japan, verweist darauf, dass die Technologien auf „Effizienz, Präzision und Nachhaltigkeit“ abzielen und zugleich die Fertigung der nächsten Generation von Mikrochips für datenintensive Anwendungen ermöglichen.

Laserunterstützte Bearbeitung von Glasinterposern
Ein Schwerpunkt liegt auf Advanced Packaging mit Glasinterposern. Im Vergleich zu Silizium bietet Glas geringere Materialkosten und ist daher für kostensensitive Hochleistungsbauteile attraktiv. Die Herstellung elektrischer Verbindungen in diesen Interposern erfordert das Bohren zahlreicher Through-Glass Vias (TGV), häufig in einer Größenordnung von Millionen Bohrungen pro Panel.

Der Ansatz von TRUMPF kombiniert die Bearbeitung mit Ultrakurzpulslasern mit einem nachgelagerten chemischen Ätzprozess. Der Laser verändert gezielt die Glasstruktur, anschließend formt eine Ätzlösung präzise Vias. Entscheidend für gleichbleibende Geometrien ist die exakte Abstimmung von Laserparametern und Ätzchemie. TRUMPF gibt an, dass dieses kombinierte Verfahren bereits in Zusammenarbeit mit der SCHMID Group, einem Spezialisten für Ätzsysteme in der Halbleiterfertigung, validiert wurde.

HiPIMS-Beschichtung für Vias mit hohem Aspektverhältnis
Über das Laserbohren hinaus adressiert TRUMPF die Metallisationsanforderungen von TGV-Strukturen mit High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS). Das Verfahren ist darauf ausgelegt, eine gleichmäßige Kupferbeschichtung entlang der Via-Seitenwände zu erzielen, was eine Grundvoraussetzung für nachfolgende Füllprozesse ist. Die HiPIMS-Implementierung von TRUMPF nutzt eine rechteckige Pulsform, die die Ionisationsenergie erhöht und Abscheideraten ermöglicht, die laut Unternehmen nahezu doppelt so hoch sind wie bei konventionellen HiPIMS-Systemen. Im Vergleich zur DC-Sputtertechnik entstehen dichtere und besser leitfähige Kupferschichten.

In Kombination mit synchronisierter Bias-Technologie in einem vollständig integrierten System unterstützt der HiPIMS-Prozess eine gleichmäßige Kupferfüllung selbst bei sehr hohen Aspektverhältnissen. TRUMPF positioniert die Kombination aus Laserbohren und HiPIMS-Beschichtung als skalierbare Lösung für das Hochvolumen-Advanced-Package mit Fokus auf Reproduzierbarkeit und Prozesskontrolle.

Stabilisierung von Plasmaätzprozessen durch HF-Leistungsregelung
Darüber hinaus präsentiert TRUMPF eine neue Generation von Hochfrequenz-Stromversorgungen zur Verbesserung der Prozessstabilität in der Chipfertigung. Das System überwacht kontinuierlich die Reaktion des Plasmas während Prozessen wie dem Plasmaätzen und passt die Leistungsabgabe in Echtzeit an. Diese Regelung soll stabile Plasmabedingungen sicherstellen und eine gleichmäßige Schichtqualität über den gesamten Wafer hinweg ermöglichen.

Die modulare Plattform deckt Leistungsbereiche von 2,5 bis 10 kW ab und ist für die Integration in neue sowie bestehende Fertigungsanlagen ausgelegt. Nach Angaben von TRUMPF eignet sich das System auch zur Nachrüstung älterer Anlagen. In Bezug auf Effizienz reduziert die neue Generation den Energieverbrauch um rund 20 Prozent und senkt die Abwärme, was zu geringeren Betriebskosten und einem verbesserten Energiemanagement beiträgt.

Lokale Unterstützung und Fokus auf Energieeffizienz
Zur Unterstützung japanischer Halbleiterhersteller mit globaler Ausrichtung hat TRUMPF seine lokale Infrastruktur ausgebaut, darunter die Eröffnung des Miyagi Technical Center in der Präfektur Miyagi im Jahr 2023. Energieeffizienz ist für viele Kunden ein zentrales Thema, da moderne Fertigungsprozesse den Energiebedarf erhöhen, während der Ausbau der Energieinfrastruktur häufig begrenzt ist. TRUMPF gibt an, dass sowohl die Technologieentwicklung als auch die lokale Supportstrategie auf diese Rahmenbedingungen ausgerichtet sind und effiziente Plasma- und Laserprozesse für die industrielle Halbleiterfertigung in den Fokus stellen.

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