JPH0256932A - Method and apparatus for forming wiring - Google Patents

Method and apparatus for forming wiring

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JPH0256932A
JPH0256932A JP63207302A JP20730288A JPH0256932A JP H0256932 A JPH0256932 A JP H0256932A JP 63207302 A JP63207302 A JP 63207302A JP 20730288 A JP20730288 A JP 20730288A JP H0256932 A JPH0256932 A JP H0256932A
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Abstract

PURPOSE:To enable forming wiring of three-dimensional structure by placing a substrate in an atmosphere containing a raw material gas to accumulate a conductive substance by thermal decomposition, applying and scanning toward the substrate a laser beam, and moving the condensing point of the laser beam three-dimensionally. CONSTITUTION:The condensing point of a laser beam from a laser beam source 1 is set on the surface of a substrate 6, a metal is accumulated thereon, and the condensing point of the laser beam is continuously moved upward from the substrate 6 to always set the condensing point on the surface of the accumulation and at the same time parallel to the surface of the substrate 6 to form wiring three-dimensionally and solidly in a space on the substrate 6. This enables forming wiring of three-dimensional structure in the space on the substrate 6.

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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a wiring forming method and apparatus that utilize laser vapor 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、LS
I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。
[Background Art] In recent years, in semiconductor processes, research and development have been actively conducted on thin film forming methods using lasers, as they can lower process temperatures, shorten process steps through maskless processes, and the like. CVD especially for metals and highly conductive semiconductors
Direct writing technology that directly deposits linearly by reaction is LS
Active research is being conducted with the aim of applying I to wiring formation. This technology can be applied to important process technologies for future LSI wiring formation technology, including high-speed wiring modification that significantly shortens the development period from LSI design to prototyping, as well as wiring customization that is essential for custom LSIs. It is expected that The following will explain the direct drawing technology for metal 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N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 drawing wiring technology using a laser, a metal N film is formed mainly by using a thermal decomposition reaction of a raw material gas caused by heating a substrate or a deposited material with focused laser light. Furthermore, wiring is formed by scanning the laser beam 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
ド・フィジックス(Journal of Appli
ed Physics ) 4誌、第62巻。
So far, direct drawing using a laser has achieved drawing of conductive semiconductors such as poly-Si, and metals such as W, MO, and AU. For example, [Journal of Applied Physics
ed Physics) 4, Volume 62.

673〜675ページにツアング(Zhana )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。
On pages 673-675, Zhana et al. report an example in which a low-resistance W line is directly drawn using a Kr+ laser as a light source and WF6 as a source gas.

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1200へのα−3i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。
According to this paper, it is possible to draw W wiring with a very low resistivity of about 1.3 times the bulk value by directly writing on an α-3i film with a thickness of 1200 mm formed on a quartz or glass substrate. has been reported.

[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だめのホン
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 drawing wiring technology using a laser, the locations where wiring can be formed are limited to the surface of the substrate. For this reason,
Direct drawing wiring using a conventional laser is used to form wiring in space away from the surface of the board, such as for bonding wires that electrically connect an LSI chip and a mounting board, or for coils with a spiral structure. The disadvantage was that the technology could not 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。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a wiring forming method and apparatus that can solve these problems and form a three-dimensional wiring structure in a space away 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
を含む雰囲気中に塞板を配置し、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] The present invention provides a method for arranging a blocking plate in an atmosphere containing a raw material gas for depositing a conductive substance by thermal decomposition, irradiating the substrate with a focused laser beam, and irradiating the substrate with the laser beam. A wiring forming method for drawing wiring on a substrate by scanning light relative to the substrate, the wiring forming method comprising three-dimensionally manipulating the focal point of the laser beam, and In this method, the desired direction of formation of the wiring and the direction of incidence of laser light are made to coincide with each other.

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、該は構に所要の回動または移動を与える市
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 equipped with a window, and a gas supply system that supplies a raw material gas for depositing a conductive substance by thermal decomposition into the cell. a holding mechanism that holds the substrate within the cell; an optical system that focuses the emitted light from the laser light source on a predetermined location on the substrate through a window; and a relative scanning of the irradiation position of the laser light on the substrate. A wiring forming apparatus equipped with a stage means, characterized in that it is equipped with an autofocus mechanism that adjusts the focus of the optical system so that the focal point of the laser beam is always on the surface of the conductive material being deposited. The present invention provides a wiring forming apparatus and a wiring forming apparatus in which a holding mechanism for a substrate is provided with an opening mechanism for imparting required rotation or movement to the substrate.

[作用] レーザCVD反応を利用づ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。
[Operation] In the direct drawing wiring technology using laser CVD reaction, a method using thermal decomposition reaction, a method using photolysis reaction, or both are used to decompose and deposit source gas molecules. There are several methods, but the current mainstream is a method that utilizes a thermal decomposition reaction of raw gas molecules by locally heating the substrate or deposited material by focused laser beam irradiation. According to this method, decomposed products are deposited only in the areas heated by laser light irradiation.

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。
Therefore, by moving the focus 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 metal wiring three-dimensionally in the space above the substrate. can.

8^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。
8^ In the invention of claim (1), first, the focal point of the laser beam is placed on the substrate surface, metal is deposited on the substrate surface,
Furthermore, by continuously moving the laser beam upward so that the laser beam is always placed on the surface of the deposit, and at the same time moving the laser beam parallel to the substrate surface, the wiring can be connected to the substrate. 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、逆り字形の配線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), the degree of freedom in the wiring formation direction is increased by changing the incident direction of the laser beam according to the wiring formation direction. Increase it further. For example, first, the incident laser beam is applied perpendicularly to the board and the condensed point is scanned upwards on the board to form wiring in the direction perpendicular to the board, and then the direction of the incident laser beam is changed to be parallel to the board. By scanning the condensed point parallel to the substrate surface, an inverted-shaped wiring 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 X-Y stage and autofocus mechanism are operated so that the focal point of the laser beam is always placed at the tip of the wiring formed on the substrate. The condensing point of the laser beam is three-dimensionally scanned to realize the method of claim (1) above, and furthermore, by attaching a tilting mechanism for giving the required rotation or movement to the substrate holding mechanism, the wiring According to the above-mentioned claim (2), the direction in which the laser beam is formed coincides with the direction of incidence of the laser beam.
) method is realized.

[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] Examples of the present invention will be described in detail below 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前線
形成装置の構成図である。同図において、QS、l N
d: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。CVD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って排気される。
FIG. 1 is a configuration diagram of a front line forming apparatus according to an embodiment corresponding to claim (3) of the present invention. In the same figure, QS, l N
d: Emitted light from a laser light source 1 made of a YAG 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 to a CVD cell 5.
The light is irradiated onto the substrate 6 placed inside. The substrate 6 and package 7 are the previously described IC chip and IC package, respectively. W(Co) 6 as a CVD raw material is diluted with Ar gas from a gas supply system 8 and guided to the CVD cell 5 . After the reaction is complete, the remaining gas is exhausted by an exhaust unit.

オートフォーカスユニット10は、レーザ集光点が常に
堆積物表面上におるようにレンズ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。
The autofocus unit 10 adjusts the position of the lens 3 so that the laser focal point is always on the deposit surface, and
-Y stage 11 controls the drawing position of the wiring to be drawn and the scanning direction and speed of 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復、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(C
o)6ガスをCVDセル5内に流す。X−Yステージ1
1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、レーザ集光点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 explained. FIG. 2 is an explanatory diagram of a wiring forming method using the above apparatus. 1 and 2, in the wiring forming method, first, the substrate 6 and the package 7 are placed at predetermined positions in the CVD cell 5, and then the exhaust unit 9 is operated to exhaust the air inside the CVD cell 5. Next, from the gas supply system 8, W (C
o) Flow the 6 gas into the CVD cell 5. X-Y stage 1
1 to align the irradiation position of the laser beam onto the terminal forming the wiring on the substrate 6, and then the laser beam is irradiated onto the substrate 6 from the laser convergence point 1 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おるよう
にオートフを一カスユニット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。
Furthermore, as shown in FIG. 2, as the deposit grows, the position of the lens 3 is adjusted using the autofocus unit 10 so that the focal point of the laser beam is always on the surface of the deposit. At the same time, the X-Y stage 11 is operated in the wiring forming direction to form the wiring three-dimensionally and spatially. When the wiring formation is completed, the laser beam emission and gas supply are stopped, and the series of wiring formation operations 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3
00 mW、繰り返し速度は8 k )−1z基板上で
のスポットサイズは407Jである。CVD原料のW(
CO>6ガスの蒸気圧は1rorr、全圧は1気圧であ
る。X−Yステージの走査速度は10胸/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50IJInφ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 the laser beam is 3
00 mW, repetition rate is 8 k) - spot size on 1z substrate is 407 J. CVD raw material W (
The vapor pressure of CO>6 gas is 1 rorr, and the total pressure is 1 atm. The scanning speed of the X-Y stage is 10 mm/s. When direct drawing was performed under these conditions, it was possible to draw a W line with an average diameter of 50 IJInφ over a length of 3 mm between the terminal and the pin. At this time, the resistance of the drawn W line was about 1Ω, which was sufficiently low 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。
FIG. 3 is a block 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. The difference between FIG. 3 and FIG. 1 is that in order to change the angle of the incident laser beam on the substrate on which wiring is formed, a rotary stage 13 is newly added on top of the This is because an axial goniometer stage 14 has been added. According to this configuration, the direction in which the wiring is formed can be selected more freely than in the configuration shown in FIG.

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(1))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。
For example, as shown in FIG. 4(a), first, the incident laser beam is applied perpendicularly to the surface of the substrate 6 and the condensing point is moved upward to draw out the wiring perpendicularly to the substrate 6. While rotating the board 6 to stand it vertically, as shown in Figure 4 (1)), if you move the light converging point upward from the top side of the previously drawn out wiring, it will bend at a right angle. A wiring structure can be formed.

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
利用する配線形成装置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
CO2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, W is used as the raw material gas for direct writing.
Although an example using (Co)6 gas has been described, it goes without saying that based on the principles of the present invention, the present invention can be applied to all wiring forming apparatuses that utilize CVD reactions using other source gases. In addition, using a pulsed laser as a light source is one way to suppress the escape of heat to the formed lines, but even with a continuous laser light source, CO2 laser, Ar laser, YAG laser, etc. It goes without saying that the effects of the present invention will be more effective if a high-output laser beam such as a laser is used.

[発明の効果] 以−ヒ述べたように、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 wiring can be formed on the surface of a conventional substrate using laser direct writing technology, but also wiring can be formed in the space on the substrate. It is possible to form wiring with a three-dimensional structure.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

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 5・・・CVDセル フ・・・パッケージ 9・・・排気ユニット 10・・・オ゛−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 4・・・窓 6・・・基板 8・・・ガス供給系
FIG. 1 is a block diagram of a wiring forming apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of the wiring forming method of FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing a wiring forming apparatus according to a second embodiment of the present invention. Configuration diagram of the device,
FIG. 4 is an explanatory diagram of the wiring forming method shown in FIG. 3. 1... Laser light source 2... Mirror 3...
Lens 5...CVD self...Package 9...Exhaust unit 10...Auto focus unit 11...X-
Y stage 12...Pin 13...Rotation stage 14...Gonio stage 4...Window 6...Substrate 8...Gas supply system

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)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) By placing a substrate in an atmosphere containing a raw material gas that deposits a conductive substance by thermal decomposition, irradiating the substrate with a focused laser beam, and scanning the laser beam relative to the substrate. . A wiring forming method for drawing wiring on the substrate, the wiring forming method comprising three-dimensionally manipulating a focal point of a laser beam.
(2)配線の所望の形成方向とレーザ光の入射方向とを
一致させる請求項(1)記載の配線形成方法。
(2) The wiring forming method according to claim (1), wherein the desired direction in which the wiring is formed coincides with the direction of incidence of the laser beam.
(3)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。
(3) a gas phase chemical reaction cell equipped with a laser light source and a window;
a gas supply system that supplies a raw material gas for depositing a conductive substance by thermal decomposition into the cell; a holding mechanism that holds the substrate within the cell; and light emitted from the laser light source to a predetermined location on the substrate through a window. In a wiring forming apparatus equipped with an optical system that focuses the laser beam and a stage means that scans the irradiation position of the laser beam relative to the substrate, the focal point of the laser beam is always on the surface of the conductive material being deposited. A wiring forming apparatus characterized in that it is equipped with an autofocus mechanism that adjusts the focus of an optical system.
(4)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請求項(3)
記載の配線形成装置。
(4) Claim (3), wherein the substrate holding mechanism is provided with a tilting mechanism that provides the required rotation or movement to the mechanism.
The wiring forming device described.
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