JPH0256932A - 配線形成方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

［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。

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。

［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。

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。

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。

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
。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（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。

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。

［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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （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。
2. （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。
3. （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。
4. （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。