JP2705132B2 - Wiring forming method and apparatus - Google Patents
Wiring forming method and apparatusInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レーザ気相化学反応（レーザCVD）を利用
する配線形成方法および装置に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for forming a wiring using a laser gas phase chemical reaction (laser CVD).
［従来の技術］ 近年、半導体プロセスにおいては、レーザを利用した
薄膜形成方法が、プロセスの低温化、マスクレスプロセ
スによる工程短縮等をもたらすものとして盛んに研究開
発が行われている。特に金属や高導電性の半導体をCVD
反応により直接線状に堆積させる直接描画技術は、LSI
の配線形成への応用を指向して盛んに研究されている。
この技術は、LSIの設計から試作に至る開発期間を大幅
に短縮する高速配線修正を始め、カスタムLSIにとって
不可欠な配線のカスタム化など、将来のLSI配線形成技
術の重要なプロセス技術に応用できるものと期待されて
いる。以下、金属の直接描画技術を例に説明する。[Prior Art] In recent years, in a semiconductor process, a thin film forming method using a laser has been actively researched and developed as a method of lowering the temperature of a process, shortening a process by a maskless process, and the like. In particular, CVD of metals and highly conductive semiconductors
Direct writing technology, which deposits linearly by reaction, is LSI
It has been actively studied for its application to wiring formation.
This technology can be applied to important process technology of future LSI wiring formation technology, such as high-speed wiring correction that greatly shortens the development period from LSI design to prototyping, and customization of wiring indispensable for custom LSI. It is expected. Hereinafter, a direct metal drawing technique will be described as an example.
レーザを用いる直接描画配線技術では、集光照射され
たレーザ光による基板もしくは堆積した物質の加熱によ
る原料ガスの熱分解反応を主に利用して金属薄膜を形成
する。さらにレーザ光を基板面に対して相対的に走査す
ることによって配線を形成する。In the direct writing wiring technique using a laser, a metal thin film is formed mainly by utilizing a thermal decomposition reaction of a raw material gas by heating a substrate or a deposited substance by a laser beam condensed and irradiated. Further, the wiring is formed by scanning the laser light relative to the substrate surface.
これまでに、レーザを用いる直接描画では、ポリSi等
の導電性半導体や、W,Mo,Au等の金属の描画が実現され
ている。例えば、「ジャーナル・オブ・アプライト・フ
ィジックス（Journal of Applied Physics）」誌，第62
巻,673〜675ページにツアング（Zhang）らにより、光源
にKr+レーザ、原料ガスにWF6を用いて、低抵抗なＷ線を
直接描画した例が報告されている。この論文によれば、
石英もしくはガラス基板上に形成した厚さ1200Åのα−
Si膜上に直接描画を行い、バルク値の1.3倍程度の非常
に低い比抵抗のＷ配線を描画できることが報告されてい
る。Up to now, in direct writing using a laser, drawing of a conductive semiconductor such as poly-Si or a metal such as W, Mo, or Au has been realized. For example, see Journal of Applied Physics, No. 62.
Vol., Pages 673 to 675, Zhang et al. Report an example of directly drawing a low-resistance W line using a Kr + laser as a light source and WF 6 as a source gas. According to this paper,
1200mm thick α- formed on quartz or glass substrate
It has been reported that by directly drawing on a Si film, a W wiring having a very low specific resistance of about 1.3 times the bulk value can be drawn.
［発明が解決しようとする課題］ 従来のレーザを用いる直接描画配線技術では、配線を
形成できる場所は基板表面上に限られていた。このた
め、LSIチップと実装基板を電気的に結合するためのボ
ンディングワイヤや、らせん状の構造を持つコイル等基
板表面を離れて空間中に配線を形成する用途には、従来
のレーザを用いる直接描画配線技術は適用できないとい
う欠点があった。[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional direct writing wiring technique using a laser, a place where a wiring can be formed is limited on a substrate surface. For this reason, bonding wires for electrically connecting the LSI chip and the mounting substrate, and coils with a spiral structure, such as coils, are used to form wiring in the space apart from the substrate surface. There is a drawback that drawing wiring technology cannot be applied.
本発明の目的は、このような課題を解決し、基板を離
れた空間中に三次元的な配線構造を形成できる配線形成
方法および装置を提供することにある。An object of the present invention is to solve such a problem and to provide a wiring forming method and apparatus capable of forming a three-dimensional wiring structure in a space separated from a substrate.
［課題を解決するための手段］ 本発明は、熱分解により導電性物質を堆積する原料気
体を含む雰囲気中に基板を配置し、その基板上に集光し
たレーザ光を照射すると共に該レーザ光を基板と相対的
に走査させることにより、該基板状に配線を描画する配
線形成方法において、レーザ光の集光点を常時、堆積す
る導電性物質の表面上にあるように三次元的に操作して
なることを特徴とする配線形成方法、および該方法にお
いて配線の所望の形成方向とレーザ光の入射方向とを一
致させる配線形成方法である。Means for Solving the Problems According to the present invention, a substrate is placed in an atmosphere containing a source gas on which a conductive substance is deposited by thermal decomposition, and the substrate is irradiated with a focused laser beam and the laser beam is irradiated. In the wiring forming method for drawing wiring on the substrate by scanning the substrate relatively to the substrate, the laser light focusing point is always three-dimensionally operated so as to be on the surface of the conductive material to be deposited. A method for forming a wiring, characterized in that the method for forming a wiring, and a method for forming a wiring in which a desired forming direction of a wiring and an incident direction of a laser beam in the method are matched.
また、その方法を実現するための配線形成装置は、レ
ーザ光源と、窓を備えた気相化学反応セルと、熱分解に
より導電性物質を堆積する原料気体を前記セル内へ供給
するガス供給系と、そのセル内に基板を保持する保持機
構と、窓を通して基板上の所定箇所に前記レーザ光源か
らの出射光を集光する光学系と、レーザ光の基板に対す
る照射位置を相対的に走査させるステージ手段とを備え
た配線形成装置において、レーザ光の集光点が常時、堆
積する導電性物質の表面上にあるように光学系の焦点を
調節するオートフォーカス機構を付設してなることを特
徴とする配線形成装置、および該装置において、基板の
保持機構には、該機構に所要の回動または移動を与える
あおり機構が付設されている配線形成装置である。Further, a wiring forming apparatus for realizing the method includes a laser light source, a gas phase chemical reaction cell having a window, and a gas supply system for supplying a raw material gas for depositing a conductive substance by thermal decomposition into the cell. A holding mechanism for holding the substrate in the cell, an optical system for condensing light emitted from the laser light source at a predetermined position on the substrate through a window, and relatively scanning an irradiation position of the laser light on the substrate. A wiring forming apparatus provided with a stage means, wherein an auto-focus mechanism for adjusting the focus of the optical system is provided so that the focal point of the laser beam is always on the surface of the conductive material to be deposited. In this apparatus, the substrate holding mechanism is provided with a tilting mechanism for giving a required rotation or movement to the mechanism.
［作用］ レーザCVD反応を利用する直接描画配線技術において
は、原料ガス分子を分解し、堆積させるのに熱分解反応
を利用する方法と、光分解反応を利用する方法、あるい
はこの両方を利用する方法があるが、現在の主流はレー
ザ光の集光照射による基板もしくは堆積した物質の局所
的な加熱による原料ガス分子の熱分解反応を利用する方
法である。この方法によると、分解物はレーザ光の照射
によって加熱されている部分にしか堆積しない。従っ
て、堆積物の成長と共にレーザ光の集光点を常に堆積物
表面にあるように三次元的に移動させていくことによっ
て、金属配線を基板の上の空間中に立体的に形成するこ
とができる。[Operation] In the direct writing wiring technology using the laser CVD reaction, a method using a thermal decomposition reaction and / or a method using a photolysis reaction to decompose and deposit source gas molecules are used. Although there is a method, the current mainstream is a method utilizing a thermal decomposition reaction of source gas molecules by local heating of a substrate or a deposited substance by condensing irradiation of laser light. According to this method, the decomposition product is deposited only on a portion heated by the irradiation of the laser beam. Therefore, by moving the focal point of the laser beam three-dimensionally so that it is always on the surface of the deposit as the deposit grows, it is possible to form the metal wiring three-dimensionally in the space above the substrate. it can.
請求項（１）の発明においては、まずレーザ光の集光
点を基板表面上におき、基板表面上に金属を堆積させ、
さらに常にレーザ光の集光点が堆積物の表面上におかれ
るように集光点を連続的に基板の上方向に移動すると同
時に、基板面に対して平行に操作することにより、配線
を基板の上の空間中に三次元的、立体的に形成する。In the invention of claim (1), first, a focal point of the laser beam is set on the substrate surface, and metal is deposited on the substrate surface.
Furthermore, by moving the focal point continuously upward so that the focal point of the laser beam is always on the surface of the deposit, and operating it parallel to the substrate surface, the wiring It is formed three-dimensionally and three-dimensionally in the space above.
請求項（２）の発明においては、請求項（１）の発明
の方法に加えて、レーザ光の入射方向を配線を形成する
方向に合わせて変化させることにより、配線の形成方向
の自由度をさらに高める。例えば、最初に基板に垂直に
入射レーザ光を当てて基板の上方向に集光点を走査して
配線を基板に垂直な方向に形成した後、入射レーザ光の
向きを基板に平行な向きにして集光点を基板面に平行に
走査すれば、逆Ｌ字形の配設構造を形成することができ
る。In the invention of claim (2), in addition to the method of the invention of claim (1), by changing the incident direction of the laser beam in accordance with the direction in which the wiring is formed, the degree of freedom in the wiring forming direction is increased. Further enhance. For example, first, the incident laser light is applied perpendicularly to the substrate, and the focal point is scanned in the upward direction of the substrate to form wiring in a direction perpendicular to the substrate. Then, the direction of the incident laser light is set parallel to the substrate. When the light-converging point is scanned in parallel with the substrate surface, an inverted L-shaped arrangement structure can be formed.
請求項（３）および（４）の発明による装置では、基
板上に形成した配線の先端部に常にレーザ光の集光点が
おかれるよう、Ｘ−Ｙステージおよびオートフォーカス
機構を働かせることによって、レーザ光の集光点は三次
元的に走査されて上記請求項（１）の方法が実現され、
さらに、基板の保持機構に所要の回動または移動を与え
るあおり機構を付設することにより、配線を形成したい
方向とレーザ光の入射方向とを一致させる上記請求項
（２）の方法が実現される。In the apparatus according to the invention of claims (3) and (4), the XY stage and the autofocus mechanism are operated so that the focal point of the laser beam is always located at the tip of the wiring formed on the substrate. The focal point of the laser beam is three-dimensionally scanned to realize the method of claim (1),
Further, the method of claim (2), in which the direction in which the wiring is desired to be formed and the incident direction of the laser beam are made to coincide with each other by providing a tilting mechanism for giving a required rotation or movement to the substrate holding mechanism. .
［実施例］ 以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に
説明する。本実施例は、IC上の端子とICパッケージ上の
ピンとの間にＷ線を直接描画することによりワイヤボン
ディングを行った例を示す。EXAMPLES Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. This embodiment shows an example in which wire bonding is performed by directly drawing a W line between a terminal on an IC and a pin on an IC package.
第１図は本発明の請求項（３）に対応する実施例の配
線形成装置の構成図である。同図において、QSW Nd:YAG
レーザおよびその第二高調波を発生する結晶からなるレ
ーザ光源１からの出射光は、ミラー２で反射され、レン
ズ３で集光され、窓４を通してCVDセル５内に置かれた
基板６上に照射される。基板６、パッケージ７は、それ
ぞれ既に述べたICチップおよびICパッケージである。CV
D原料のＷ（CO）６は、ガス供給系８よりArガスで希釈
されてCVDセル５に導かれる。反応終了後の残ガスは排
気ユニット９で排気される。オートフォーカスユニット
10は、レーザ集光点が常に堆積物表面上にあるようにレ
ンズ３の位置を調節し、Ｘ−Ｙステージ11は、描画する
配線の描画位置および描画の走査方向・速度を制御す
る。FIG. 1 is a configuration diagram of a wiring forming apparatus according to an embodiment corresponding to claim (3) of the present invention. In the figure, Q SW Nd: YAG
Light emitted from a laser light source 1 made of a laser and a crystal that generates its second harmonic is reflected by a mirror 2, condensed by a lens 3, and passed through a window 4 onto a substrate 6 placed in a CVD cell 5. Irradiated. The substrate 6 and the package 7 are the already described IC chip and IC package, respectively. CV
The D raw material, W (CO) 6, is diluted with Ar gas from the gas supply system 8 and led to the CVD cell 5. The residual gas after the reaction is exhausted by the exhaust unit 9. Auto focus unit
10 adjusts the position of the lens 3 so that the laser focus point is always on the surface of the deposit, and the XY stage 11 controls the drawing position of the wiring to be drawn and the scanning direction and speed of the drawing.
次に、この構成での動作を説明する。第２図は、上記
装置による配線形成方法の説明図である。第１図および
第２図において、配線形成方法は、まず基板６およびパ
ッケージ７をCVDセル５の所定の位置に置いた後、排気
ユニット９を動作させ、CVDセル５内の空気を排気す
る。次に、ガス供給系８よりArガスで希釈したＷ（CO）
６ガスをCVDセル５内に流す。Ｘ−Ｙステージ11を動か
して基板６上の配線を形成する端子上にレーザ光の照射
位置を合わせた後、レーザ光源１よりレーザ光を基板６
上に照射し、Ｗを堆積させる。Next, the operation in this configuration will be described. FIG. 2 is an explanatory diagram of a wiring forming method using the above-described apparatus. 1 and 2, in the wiring forming method, first, the substrate 6 and the package 7 are placed at predetermined positions of the CVD cell 5, and then the exhaust unit 9 is operated to exhaust the air in the CVD cell 5. Next, W (CO) diluted with Ar gas from the gas supply system 8
Six gases flow into the CVD cell 5. After moving the XY stage 11 to adjust the irradiation position of the laser light on the terminal on which the wiring is formed on the substrate 6, the laser light is sent from the laser light source 1 to the substrate 6.
Irradiate on top to deposit W.
さらに、第２図に示したように、堆積物の成長に合わ
せて、レーザ光の集光点が常に堆積物の表面上にあるよ
うにオートフォーカスユニット10でレンズ３の位置を調
節し、それと同時にＸ−Ｙステージ11を配線を形成する
方向に操作させて配線を三次元的、空間的に形成する。
配線の形成が終了したら、レーザ光の出射、およびガス
供給を止め、配線形成の一連の作業を終える。Further, as shown in FIG. 2, the position of the lens 3 is adjusted by the autofocus unit 10 so that the focal point of the laser beam is always on the surface of the deposit, as the deposit grows. At the same time, the XY stage 11 is operated in the direction in which the wiring is formed, thereby forming the wiring three-dimensionally and spatially.
When the formation of the wiring is completed, the emission of the laser beam and the gas supply are stopped, and a series of operations for forming the wiring is completed.
このようにして得られた結果の一例を下記に示す。実
験条件は次の通りである。レーザ光の平均照射パワーは
300mW、繰り返し速度は8kHz基板上でのスポットサイズ
は40μｍである。CVD原料のＷ（CO）６ガスの蒸気圧は1
Torr、全圧は１気圧である。Ｘ−Ｙステージの走査速度
は10μm/sである。この条件で直接描画を行ったとこ
ろ、端子上とピンの間に直径が平均50μｍφのＷ線を長
さ3mmにわたって描画することができた。この時、描画
したＷ線の抵抗は１Ω程度とボンディングワイヤとして
十分に低い値が得られた。An example of the results thus obtained is shown below. The experimental conditions are as follows. The average irradiation power of laser light is
The spot size on an 8 kHz substrate was 300 mW and the repetition rate was 40 μm. The vapor pressure of W (CO) 6 gas as a CVD raw material is 1
Torr, total pressure is 1 atm. The scanning speed of the XY stage is 10 μm / s. When direct drawing was performed under these conditions, a W line having an average diameter of 50 μm was drawn between the terminal and the pin over a length of 3 mm. At this time, the resistance of the drawn W line was about 1Ω, which was a sufficiently low value as a bonding wire.
第３図は、本発明の請求項（４）に対応する実施例の
配線形成装置の構成図、第４図はその配線形成方法の説
明図である。第３図が第１図と異なる点は、配線形成を
行う基板に対する入射レーザ光の角度を変化させるため
にＸ−Ｙステージ11の上に新たに回転ステージ13と前後
左右にあおり角を変える二軸ゴニオステージ14とが付設
されたことである。この構成によれば、第１図の構成に
比べて配線の形成方向をより自由に選ぶことができる。
例えば、第４図（ａ）に示したように、まず入射レーザ
光を基板６の表面に垂直に当てながら集光点を上方に動
かして基板６に垂直に配線を引き出した後、ゴニオステ
ージ14を回転させて基板６を垂直に立てた状態で、第４
図（ｂ）に示したように、先に引き出した配線の頂部側
面から集光点を上方に移動させれば直角に曲った配線構
造を形成することができる。FIG. 3 is a configuration diagram of a wiring forming apparatus according to an embodiment corresponding to claim (4) of the present invention, and FIG. 4 is an explanatory diagram of the wiring forming method. FIG. 3 is different from FIG. 1 in that the rotary stage 13 is newly provided on the XY stage 11 to change the tilt angle in the front, rear, left and right directions in order to change the angle of the incident laser light with respect to the substrate on which the wiring is formed. That is, the shaft goniometer stage 14 is provided. According to this configuration, it is possible to more freely select the wiring forming direction as compared with the configuration of FIG.
For example, as shown in FIG. 4 (a), first, the incident laser beam is applied vertically to the surface of the substrate 6 and the condensing point is moved upward to draw the wiring perpendicular to the substrate 6, and then the gonio stage 14 Is rotated, and the substrate 6 is set upright.
As shown in FIG. 2B, a wiring structure bent at a right angle can be formed by moving the light-collecting point upward from the top side surface of the wiring drawn out earlier.
上記実施例では、直接描画するための原料ガスとして
Ｗ（CO）６ガスを用いた例を述べたが、本発明の原理に
基づけば、本発明が他の原料ガスを用いたCVD反応を利
用する配線形成方法全てに適用できることは言うまでも
ない。また、光源にパルスレーザを用いることは形成し
た線への熱の逃げを抑える１つの方法であるが、連続レ
ーザ光源でも形成した線への熱の逃げを補償するようCO
2レーザ、Arレーザ、YAGレーザ等の高出力のレーザ光を
用いれば、本発明の効果が有効となることは言うまでも
ない。In the above embodiment, an example was described in which W (CO) 6 gas was used as a source gas for direct writing, but according to the principle of the present invention, the present invention utilizes a CVD reaction using another source gas. It goes without saying that the present invention can be applied to all the wiring forming methods. The use of a pulsed laser as the light source is one way to suppress the escape of heat to the formed line. However, a continuous laser light source is required to compensate for the escape of heat to the formed line.
It is needless to say that the effect of the present invention is effective if high-power laser light such as two lasers, Ar laser, and YAG laser is used.
［発明の効果］ 以上述べたように、本発明の配線形成方法および装置
によれば、レーザ直接描画技術を用いて従来の基板表面
上への配線形成だけでなく、基板上の空間中に三次元的
な構造を持つ配線を形成することができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the wiring forming method and apparatus of the present invention, not only the conventional wiring formation on the substrate surface using the laser direct drawing technique, but also the tertiary A wiring having an original structure can be formed.
第１図は本発明による第１の実施例の配線形成装置の構
成図、第２図は第１図の配線形成方法の説明図、第３図
は本発明による第２の実施例の配線形成装置の構成図、
第４図は第３図の配線形成方法の説明図である。 １……レーザ光源、２……ミラー ３……レンズ、４……窓 ５……CVDセル、６……基板 ７……パッケージ、８……ガス供給系 ９……排気ユニット 10……オートフォーカスユニット 11……Ｘ−Ｙステージ、12……ピン 13……回転ステージ 14……ゴニオステージFIG. 1 is a configuration diagram of a wiring forming apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view of the wiring forming method of FIG. 1, and FIG. 3 is a wiring forming of a second embodiment according to the present invention. Configuration diagram of the device,
FIG. 4 is an explanatory view of the wiring forming method of FIG. 1 laser light source 2 mirror 3 lens 4 window 5 CVD cell 6 substrate 7 package 8 gas supply system 9 exhaust unit 10 auto focus Unit 11 XY stage, 12 Pin 13 Rotating stage 14 Goniometer stage
Claims (4)
体を含む雰囲気中に基板を配置し、その基板上に集光し
たレーザ光を照射すると共に該レーザ光を基板と相対的
に走査させることにより、該基板上に配線を描画する配
線形成方法において、レーザ光の集光点を常時、堆積す
る導電性物質の表面上にあるように三次元的に操作して
なることを特徴とする配線形成方法。1. A substrate is placed in an atmosphere containing a source gas on which a conductive substance is deposited by thermal decomposition, and the substrate is irradiated with a focused laser beam and the laser beam is scanned relative to the substrate. Accordingly, in the wiring forming method for drawing wiring on the substrate, the laser light focusing point is always three-dimensionally operated so as to be on the surface of the conductive material to be deposited. Wiring formation method.
向とを一致させる請求項（１）記載の配線形成方法。2. The wiring forming method according to claim 1, wherein a desired forming direction of the wiring is made coincident with an incident direction of the laser beam.
ルと、熱分解により導電性物質を堆積する原料気体を前
記セル内へ供給するガス供給系と、そのセル内に基板を
保持する保持機構と、窓を通して基板上の所定箇所に前
記レーザ光源からの出射光を集光する光学系と、レーザ
光の基板に対する照射位置を相対的に走査させるステー
ジ手段とを備えた配線形成装置において、レーザ光の集
光点が常時、堆積する導電性物質の表面上にあるように
光学系の焦点を調節するオートフォーカス機構を付設し
てなることを特徴とする配線形成装置。3. A gas-phase chemical reaction cell having a laser light source, a window, a gas supply system for supplying a raw material gas for depositing a conductive substance by thermal decomposition into the cell, and a substrate held in the cell. A wiring mechanism, comprising: a holding mechanism for performing the operation; an optical system for condensing light emitted from the laser light source at a predetermined position on the substrate through a window; and stage means for relatively scanning the irradiation position of the laser light on the substrate. 2. The wiring forming apparatus according to claim 1, further comprising an auto-focus mechanism for adjusting the focus of the optical system such that the focal point of the laser beam is always on the surface of the conductive material to be deposited.
または移動を与えるあおり機構が付設されている請求項
（３）記載の配線形成装置。4. The wiring forming apparatus according to claim 3, wherein the substrate holding mechanism is provided with a tilting mechanism for giving a required rotation or movement to the mechanism.
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| JP63207302A JP2705132B2 (en) | 1988-08-23 | 1988-08-23 | Wiring forming method and apparatus |
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| JPH0256932A JPH0256932A (en) | 1990-02-26 |
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-
1988
- 1988-08-23 JP JP63207302A patent/JP2705132B2/en not_active Expired - Lifetime
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