JP2007167957A

JP2007167957A - レーザビームを利用したビアホールの形成方法

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Publication number: JP2007167957A
Application number: JP2006344580A
Authority: JP
Inventors: Cheon Ya Seong; 成天也; ▲曹▼光佑; Kwang Woo Cho; Sung Hoon Kim; 金聖勲; Choong Ki You; 柳忠基
Original assignee: EO Technics Co Ltd
Current assignee: EO Technics Co Ltd
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2007-07-05
Also published as: CA2571980A1; CN101011780A; SG133566A1; TW200731329A; US20070138154A1; KR100707860B1; EP1800791A1

Abstract

【課題】レーザビームを利用したビアホールの形成方法を提供する。
【解決手段】第１金属層にレーザビームを既定の周波数で照射して第１ホールを形成する第１ステップと、レーザビームを、エネルギー密度の減少手段を使用して周波数でのレーザビームのエネルギー密度を低く調節する第２ステップと、誘電層に周波数でレーザビームを照射して、第１ホールに対応する第２ホールを形成する第３ステップと、を含むことを特徴とするレーザビームを利用したビアホールの形成方法である。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、レーザビームを利用したビアホールの形成方法に係り、特に複数の反復周波数を使用せずに同じ周波数のレーザビームで多重基板上の金属層と誘電層とを順次に除去する方法に関する。

半導体工程で使用する電子回路用基板は、一般的に、上部金属層、誘電層及び下部金属層が積層された構造をなしている。上部金属層と下部金属層とを電気的に連結するために、上部金属層と誘電層とを所定直径、例えば数十ないし数百マイクロメートルの直径でホール（以下、ビアホールと称す）を形成し、ビアホールに金属導電体を満たすことによって、上部金属層と下部金属層とを電気的に連結する。

半導体工程技術の発展につれて、さらに微細なビアホールの加工を必要とするので、従来の機械的手段によるビアホールは、その直径において最近のビアホールを形成し難い。

かかる背景で、レーザビームを利用したビアホールの加工方法が注目されている。レーザビームを利用したビアホールの加工においては、上部金属層にホールを形成した後、誘電層にホールを形成するとき、下部金属層にホールが形成されることを防止せねばならず、また、上部金属層のホールの位置と誘電層のホールの位置とが一致せねばならない。また、ビアホールの形成速度を速めて生産性を向上させることも非常に重要である。

本発明の目的は、前記問題点を改善するためのものであって、金属層の下部の誘電層をレーザビームで除去するとき、その速度と精密度とを向上させたレーザビームを利用したビアホールの形成方法を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明のレーザビームを利用したビアホールの形成方法は、レーザビームで第１金属層と、前記第１金属層の下部の誘電層と、前記誘電層の下部の第２金属層とからなる多層基板にビアホールを形成する方法において、前記第１金属層に前記レーザビームを既定の周波数で照射して第１ホールを形成する第１ステップと、前記周波数でのレーザビームのエネルギー密度を低く調節する第２ステップと、前記誘電層に前記周波数で前記レーザビームを照射して、前記第１ホールに対応する第２ホールを形成する第３ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、前記第１ステップは、前記レーザビームのエネルギー密度を前記第１金属層を除去するエネルギー臨界値以上に調節する。

本発明によれば、前記第２ステップは、前記レーザビームのエネルギー密度を前記第１金属層を除去するエネルギー密度臨界値と前記誘電層を除去するエネルギー密度臨界値との間に調整する。

本発明の一局面によれば、前記第２ステップは、前記レーザビームのエネルギーを所定割合で減少させるＮＤ（ＮｅｕｔｒａｌＤｅｎｓｉｔｙ）フィルタを使用するステップを含み、前記第３ステップは、前記ＮＤフィルタを通過したレーザビームを使用する。

本発明の他の局面によれば、前記第２ステップは、ガルバノスキャナーを備えたレーザ装置で前記ガルバノスキャナーのミラーの回転速度を速めて、前記誘電層でのレーザビームのエネルギー密度を減少させる。

本発明のさらに他の局面によれば、前記第２ステップは、ｆシータレンズを備えるレーザ装置で前記ｆシータレンズで前記レーザビームの焦点を前記誘電層にディフォーカシングさせて、前記誘電層でのレーザビームのエネルギー密度を減少させる。

本発明によるレーザビームを利用したビアホールの形成方法によれば、同じ高い周波数を第１ステップ及び第３ステップで使用し、レーザ発振器から同じパワーのレーザビームを発振して使用することによって、第３ステップでも第１ステップのように高速で誘電層を加工でき、第３ステップでビアホールを形成する誘電層のホールの位置を正確に第１ステップと一致させることによって、精密なビアホールの加工を実現できる。すなわち、ビアホールの加工速度を速めるだけでなく、精密なビアホールを加工できる。

以下、添付された図面を参照して、本発明のレーザビームを利用したビアホールの形成方法を詳細に説明する。この過程で、図面に示した層や領域の厚さは、明細書の明確性のために誇張されている。

図１は、本発明の望ましい実施形態によるレーザビームを利用したビアホールの形成方法が適用されるレーザシステムの構成を概略的に示す図面である。

図１に示すように、レーザシステム１００のレーザ発振器１１０から発振されたレーザビームは、ビーム拡大器１２０により拡大されてガルバノスキャナー１４０及びｆシータレンズ１５０を通じて多重基板１６０に照射される。

多重基板１６０は、導電性金属、例えばＣｕで製造された下部導電層１６３と、下部導電層１６３上に形成された誘電層１６２と、前記誘電層１６２上に形成された上部導電層１６１とからなる。上部導電層１６１は、Ｃｕで形成されうる。２００は、回転ホイールであり、後述する。

図２は、本発明で使用したＤＰＳＳ（ＤｉｏｄｅＰｕｍｐｅｄＳｏｌｉｄＳｔａｔｅ）レーザの出力特性曲線を示すグラフである。図２に示すように、レーザビームの出力は、任意の単位で表示されており、周波数が約５０ｋＨｚで最も高い。一方、多重基板１６０の上部導電層１６１の除去に必要なレーザビームのエネルギー密度臨界値が８であり、誘電層１６２の除去に必要なレーザビームのエネルギー密度臨界値が５である場合、第１ステップで、上部導電層１６１に第１ホール１６１ａを形成するためには、レーザビームエネルギー密度が８以上である、例えば周波数４０ないし８０ｋＨｚで出力されたレーザビームを使用しうる。

第２ステップで、誘電層１６２に前記第１ホール１６１ａに対応する第２ホール１６２ａを形成するためには、約２０ないし３５ｋＨｚの周波数でレーザビームエネルギー密度が５ないし８であるレーザビームを使用しうる。

しかし、上部導電層１６１と誘電層１６２とにそれぞれホールを形成するとき、レーザビームのエネルギー密度の調整のために周波数を調整することは、精密なビアホールの加工を難くする。

図３は、ＤＰＳＳレーザのレーザビームのエネルギー密度をダイオード電流の調整により実施した後、ＤＰＳＳレーザからのレーザビームの目標物での相対位置を示す図面である。

図３に示すように、ＵＶ波長帯のＤＰＳＳレーザからのレーザビームは、周波数３５ｋＨｚでダイオード電流を７５％ないし１００％に変更した。ダイオード電流の増減によって、レーザビームの出力が増減する。図３から、レーザビームの出力の変化によって、レーザビームの位置が変わるということが分かる。かかる位置エラーは、第１ホール１６１ａ及び第２ホール１６２ａで形成されるビアホールを精密に形成し難くする。

本発明では、かかるエネルギー出力を、ダイオード電流または周波数の変更によるレーザビームの位置エラーを減らすために、上部金属層と誘電層との除去時に同じ周波数を使用し、同じダイオード電流を使用する方法を使用した。

一方、レーザの出力が最も大きい反復周波数、例えば５０ｋＨｚで加工し始めるの代わりに、本発明では、レーザ加工速度の増加のために、反復周波数を高く設定して加工し始める方法を使用した。

図４Ａないし図４Ｃは、本発明の望ましい実施形態によるレーザビームを利用した段階別のビアホールの形成方法を説明する図面である。

ビアホールを形成するための多重基板１６０は、図４Ａに示すように、上部導電層１６１、誘電層１６２及び下部導電層１６３からなる。上部導電層１６１及び下部導電層１６２は、Ｃｕで形成されうる。誘電層１６２は、レジンまたはＦＲ４（ＦｌａｍｅＲｅｓｉｓｔａｎｔ４）物質で形成されうる。ビアホールは、上部導電層１６１と下部導電層１６３との電気的連結のために形成する。

まず、多重基板１６０の上部導電層１６１を加工するために、ＤＰＳＳレーザのエネルギー出力を上部導電層１６１、例えばＣｕの除去に必要な臨界エネルギー以上に調節する。図２に示すように、４０ないし８０ｋＨｚ、望ましくは、加工速度の増加のために７０ないし８０ｋＨｚの周波数に設定する。次いで、レーザビームで上部導電層１６１に所定時間に数十μmないし数百μmの直径で第１ホール１６１ａを形成する（第１ステップ）。このとき、図４Ｂに示すように、誘電層１６２の上部の一部が上部導電層１６１と共に除去されることもある。

次いで、レーザビームのエネルギー密度の減少手段を使用して、レーザビームのエネルギー密度を誘電層１６２の除去に必要な臨界値以上に調節する（第２ステップ）。

次いで、第１ステップと同じ周波数、例えば７０ｋＨｚでレーザ装置から発振されたレーザビームを使用して、誘電層１６２に前記第１ホール１６１ａに対応する第２ホール１６２ａを形成することによって、図４Ｃに示すようにビアホール１６５を形成する（第３ステップ）。

前記レーザビームのエネルギー密度の減少手段としては、ガルバノスキャナーの線速度を速めるか、または光透過率を低下させたＮＤフィルタを使用し、かかるレーザビームのエネルギー密度の減少手段についてはさらに詳細に後述する。

本発明のレーザビームを利用したビアホールの形成方法では、従来の技術とは異なり、同じ高い周波数を第１ステップ及び第３ステップで使用し、レーザ発振器から同じパワーのレーザビームを発振して使用することによって、第３ステップでも高速でビアホール１６５を加工しうる。また、第２ホール１６２ａの位置が第１ホール１６１ａの下部に正確に形成することによって、精密なビアホールの加工を実現できる。すなわち、ビアホールの加工速度を速めるだけでなく、精密なビアホールを加工しうる。

図５は、図１のガルバノスキャナーの作用を説明する図面である。ガルバノスキャナー１４０は、ｘミラー１４１及びｙミラー１４２を備える。ｘミラー１４１は、ｘミラー１４１の一側のシャフト１４１ａを回転するｘドライブ（図示せず）によりレーザビームをｘ方向に移動し、ｙミラー１４２は、ｙミラー１４２の一側のシャフト１４２ａを回転するｙドライブ（図示せず）によりｘミラー１４１から入射されたレーザビームのｙ方向の移動を制御する。したがって、レーザ発振器に発振されたレーザビームは、ガルバノスキャナー１４０のミラーの回転速度によって、多重基板１６０に加えるエネルギー密度が可変しうる。ガルバノスキャナー１４０のミラー１４１，１４２の回転速度を速めることによって、前記第３ステップでのレーザビームが誘電層１６２に加えられるエネルギー密度を減少させる。

図６は、レーザビームのエネルギー密度の減少手段として使用する複数のＮＤフィルタが設置された回転ホイール２００を備えたステップドＮＤフィルタを示す図面である。回転ホイール２００には、複数のホール２０１が形成されている。前記ホール２０１には、複数の光透過率、例えば１０ないし６０％であるＮＤフィルタ２０２が設置され、ＮＤフィルタが設置されていない空いているホール２０１もある。前記回転ホイール２００は、アクチュエータ（図示せず）により回転されうる。このＮＤフィルタ２０２を使用すれば、レーザビームのエネルギー密度を所望のレベルに調節できる。前記回転ホイール２００は、図１のレーザシステムでレーザ発振器１１０とビーム拡大器１２０との間に配置されうる。前記第１ステップで、第１ホール１６１ａの形成時には、ＮＤフィルタが設置されたホールを使用し、第３ステップで、第２ホール１６２ａの形成時には、ＮＤフィルタが設置されていない前記空いているホール２０１を使用する。

前記ＮＤフィルタ２０２は、反射型ＮＤフィルタまたは吸収型ＮＤフィルタでありうる。

前記ステップドＮＤフィルタの代わりに、一つのフィルタを使用し、回転角度によって光透過率が変わる可変反射ＮＤフィルタを使用することもできる。

一方、レーザビームが加工基板に着くときのスポットサイズを大きくして、基板の単位面積当たりのエネルギー密度を減少できる。このために、図１のｆシータレンズ１３４の焦点を基板の表面から離隔させうる。

また、レーザエネルギービームの密度の減少手段として、前記ステップドＮＤフィルタの代わりに、音波信号によって光透過率が変わる音響光変調器、または電場によって光透過率が変わる電界光変調器を使用することもできる。

前述したレーザビームのエネルギー密度を減少させる手段及び方法は、単独で使われてもよく、並行して使われてもよい。

本発明は、図面に示した実施形態を参考にして説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲により決まらねばならない。

本発明は、半導体工程関連の技術分野に適用可能である。

本発明の望ましい実施形態によるレーザビームを利用したビアホールの形成方法が適用されるレーザシステムの構成を概略的に示す図面である。本発明で使用したＤＰＳＳレーザの出力特性曲線を示すグラフである。ＤＰＳＳレーザのレーザビームのエネルギー密度をダイオード電流の調整により実施した後、ＤＰＳＳレーザからのレーザビームの目標物での相対位置を示す図面である。本発明の望ましい実施形態によるレーザビームを利用した段階別のビアホールの形成方法を説明する図面である。本発明の望ましい実施形態によるレーザビームを利用した段階別のビアホールの形成方法を説明する図面である。本発明の望ましい実施形態によるレーザビームを利用した段階別のビアホールの形成方法を説明する図面である。図１のガルバノスキャナーの作用を説明する図面である。レーザビームのエネルギー密度の減少手段として使用する複数のＮＤフィルタが設置された回転ホイールを備えたステップドＮＤフィルタを示す図面である。

符号の説明

１００レーザシステム
１１０レーザ発振器
１２０ビーム拡大器
１４０ガルバノスキャナー
１４１ｘミラー
１４２ｙミラー
１５０ｆシータレンズ
１６０多重基板
１６１上部導電層
１６１ａ第１ホール
１６２誘電層
１６２ａ第２ホール
１６３下部導電層
２００回転ホイール

Claims

レーザビームで第１金属層と、前記第１金属層の下部の誘電層と、前記誘電層の下部の第２金属層とからなる多層基板にビアホールを形成する方法において、
前記第１金属層に前記レーザビームを既定の周波数で照射して第１ホールを形成する第１ステップと、
前記周波数でのレーザビームのエネルギー密度を低く調節する第２ステップと、
前記誘電層に前記周波数で前記レーザビームを照射して、前記第１ホールに対応する第２ホールを形成する第３ステップと、を含むことを特徴とするレーザビームを利用したビアホールの形成方法。
前記第１ステップは、前記レーザビームのエネルギー密度を、前記第１金属層を除去するエネルギー密度臨界値以上に調節することを特徴とする請求項１に記載のレーザビームを利用したビアホールの形成方法。
前記第２ステップは、前記レーザビームのエネルギー密度を、前記第１金属層を除去するエネルギー密度臨界値と前記誘電層を除去するエネルギー密度臨界値との間に調整することを特徴とする請求項１に記載のレーザビームを利用したビアホールの形成方法。
前記第２ステップは、前記レーザビームのエネルギーを所定割合で減少させるＮＤフィルタを使用するステップを含み、前記第３ステップは、前記ＮＤフィルタを通過したレーザビームを使用することを特徴とする請求項１に記載のレーザビームを利用したビアホールの形成方法。
前記ＮＤフィルタは、反射型ＮＤフィルタまたは吸収型ＮＤフィルタであることを特徴とする請求項４に記載のレーザビームを利用したビアホールの形成方法。
前記ＮＤフィルタは、複数のホールが形成された回転ホイールと、前記ホールに配置された複数のＮＤフィルタと、を備えるステップドＮＤフィルタであることを特徴とする請求項４に記載のレーザビームを利用したビアホールの形成方法。
前記ＮＤフィルタは、回転角度によって光透過率が変わる可変反射ＮＤフィルタであることを特徴とする請求項４に記載のレーザビームを利用したビアホールの形成方法。
前記第２ステップは、音波信号によって光透過率が変わる音響光変調器、または電場によって光透過率が変わる電界光変調器を使用して、前記レーザビームのエネルギーを所定割合で減少させるステップであることを特徴とする請求項１に記載のレーザビームを利用したビアホールの形成方法。
前記第２ステップは、ガルバノスキャナーを備えたレーザ装置で前記ガルバノスキャナーのミラーの回転速度を速めて、前記誘電層でのレーザビームのエネルギー密度を減少させることを特徴とする請求項１に記載のレーザビームを利用したビアホールの形成方法。
前記第２ステップは、前記ＮＤフィルタを使用するステップと、ガルバノスキャナーを備えたレーザ装置で前記ガルバノスキャナーのミラーの回転速度を速めて、前記誘電層でのレーザビームのエネルギー密度を減少させるステップとを並行することを特徴とする請求項４に記載のレーザビームを利用したビアホールの形成方法。
前記第２ステップは、ｆシータレンズを備えるレーザ装置で前記ｆシータレンズで前記レーザビームの焦点を前記誘電層にディフォーカシングさせて、前記誘電層のレーザビームのエネルギー密度を減少させることを特徴とする請求項１に記載のレーザビームを利用したビアホールの形成方法。
前記第２ステップは、前記ＮＤフィルタを使用するステップと、ｆシータレンズを備えるレーザ装置で前記ｆシータレンズで前記レーザビームの焦点を前記誘電層にディフォーカシングさせて、前記誘電層のレーザビームのエネルギー密度を減少させるステップとを並行することを特徴とする請求項４に記載のレーザビームを利用したビアホールの形成方法。
前記第２ステップは、前記ＮＤフィルタを使用するステップと、前記ガルバノスキャナーの回転速度を速めるステップと、ｆシータレンズを備えるレーザ装置で前記ｆシータレンズで前記レーザビームの焦点を前記誘電層にディフォーカシングさせて、前記誘電層の単位面積当たりのレーザビームのエネルギーを減少させるステップとを並行することを特徴とする請求項１０に記載のレーザビームを利用したビアホールの形成方法。