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表面処理

TSVピア内部に導電材料を埋め込むめっき工程のコストダウンを図ったパドル式貫通電極ウェハめっき装置

埼玉県

株式会社東設

2020年4月20日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 低消費電力半導体の貫通電極ウエハボイドレス超高速めっき装置技術の開発
基盤技術分野 表面処理
対象となる産業分野 半導体、エレクトロニクス
産業分野でのニーズ対応 高機能化(新たな機能の付与・追加)、高効率化(同じ生産量に対するリソースの削減)、高効率化(生産性増加)、低コスト化
キーワード 半導体、めっき、TSV
事業化状況 実用化に成功し事業化に向けて取り組み中
事業実施年度 平成26年度~平成28年度

プロジェクトの詳細

事業概要

平成29年に実用化される低消費電力半導体を用いた多機能端末を目的に、貫通電極めっき法を開発する。従来12時間程度かかっていためっき工程を共同研究機関の大阪府立大学によってV-字型の電極を用いてめっき充填時間を5分(1/150)に短縮した。製造コストの40%を占めるめっき工程のコストダウンを可能とした。このめっき時間を30秒(1/1500)までに短縮し株式会社東設にて超高速ウエハめっき装置を開発する

開発した技術のポイント

プロセスコストが高いTSV技術において、めっき工程の高速技術化の開発を行ってコスト低減を図る(新規に低膨張係数添加剤を開発し、12インチウェアTSVめっき装置の高スループットを実現する)
(新技術)
・脱泡前処理のためのメガソニック発振器の採用
・銅めっき膜の膨張を防ぐための新規低線膨張係数添加剤
(新技術の特徴)
・ウェハプロセス向けに添加剤濃度や電流条件を調整、撹拌による液の流れの制御
・TSVピア内部の気泡の入り込みを防ぐ超音波処理

具体的な成果

・貫通電極の高速めっき技術開発
‐新規に低線膨張係数添加剤を開発、濃度を最適化した上で、リバースパルス条件とSPS濃度を再調整し、φ2×16μmのテーパTSVの30秒ボイドレスフィリングを達成した
‐12インチウェハ、φ6×25μmのテーパTSVを、150L/min高速流撹拌で6分40秒ボイドレス埋め込むことを確認した
・パドル式貫通電極ウェハめっき装置の開発
‐12インチウェハ装置全自動開発で、非接触式ウェットハンドを開発して検証を完了し、メガソニック前処理機構を開発して脱泡効果を確認した
‐全自動運転でφ6×25μmのストレート形状TSVをボイドレス15分で埋込み、面内分布7.7%を確認した
‐めっき液添加剤はCVSとハルセルで濃度管理が出来、添加剤補充により3.8AH/L以上の連続処理が可能であることを確認した

研究開発成果の利用シーン

パドル式貫通電極ウェハめっき装置
・TSVの高速めっき技術
・新規開発の低線膨張係数添加剤の採用
・ボイドレスかつ高い膜厚均一性の実現
・高スループット、薄ウェハ対応自動搬送機構
・超音波による貫通ピア内部脱気

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

H26年度に開発した12インチウエハ対応全自動式フェイスアップ式めっき装置は、実証試験を終えて、東北大学の3次元半導体試作拠点(GINTI)で稼働を開始している。TSVを用いた電子デバイスは将来有望視されているが、依然として製造コストが割高であり、DRAMなど一部に限定されているため、設備投資案件が少ないのが現状である。一方、今後さらにセンサーなど小型電子部品の高密度実装、モジュール化が進行するとみられ銅めっき配線、電極形成プロセスのニーズは多く、引き合いが継続的に来ている状況である。

提携可能な製品・サービス内容

設計・製作、共同研究・共同開発、技術コンサルティング

製品・サービスのPRポイント

・TSV工程の課題であるポンピングなど、銅めっき配線/電極形成後の熱処理工程時の熱膨張係数のミスマッチによるによる配線等の破壊、薄ウエハの反りの抑制(低応力化)
・低コストで高スループット
‐φ12インチウェハTSVめっき装置の高スループット実現を支える新規技術として、高速めっき技術とめっき処理槽内脱泡処理システムの開発に成功したもの

今後の実用化・事業化の見通し

・国内電子部品メーカや台湾の半導体後工程メーカ等との商談が進行中であり、今後の販売に期待が持てる
・銅めっきの前工程であるバリア層、シード層形成工程を、現行のスパッタ方式から無電解めっき方式に置き換える研究開発を並行して進めており、低コストなTSV形成ウェットプロセスをトータルソリューションとして提案していく
・低線膨張を発揮するめっき液添加剤は開発段階であるが、実現できた場合にはプロセス技術に対しインパクトが大きい。めっき液の開発元と連携してめっき装置の販売機会の獲得を目指している

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 株式会社東設
事業管理機関 公益財団法人埼玉県産業振興公社
研究等実施機関 奥野製薬工業株式会社
公立大学法人大阪(大阪府立大学)
東北マイクロテック株式会社

サポイン事業者 企業情報

企業名 株式会社東設(法人番号:4010801008212)
事業内容 めっき装置、エッチング装置、スクラバーガス除害装置等
社員数 45 名
本社所在地 〒358-0045 埼玉県入間市寺竹46-13
ホームページ https://www.tosetz.com/
連絡先窓口 研究開発部 三宅裕子
メールアドレス yuko-miyake@tosetz.com
電話番号 04-2936-2440