JPH079172A

JPH079172A - レーザ配線方法及びその装置

Info

Publication number: JPH079172A
Application number: JP5159047A
Authority: JP
Inventors: Sadao Sasaki; 貞夫佐々木; Hideo Hara; 秀雄原; Takao Uchikura; 孝雄内倉; Kaika Chiyou; 海華張
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1995-01-13
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: JP3207619B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】レーザ光を用いて基板上に金属膜配線を形成
するレーザ配線方法及びその装置に関し、レーザ配線の
作業性を向上させると共に、より均一な強度分布を持つ
レーザ光でレーザ配線を行えるようにする。【構成】パルス波レーザ発振器１２または連続波レー
ザ発振器１１から出射したレーザ光は、光軸合成器１
４、顕微鏡筒１６及び対物レンズ１７を経由して基板１
８に照射される。連続波レーザ発振器１１と光軸合成器
１４との間は光ファイバ１３で接続されているので、顕
微鏡筒１６側を移動させながら、連続波レーザ光を基板
１８上でスキャンさせて新たな金属膜配線を形成でき
る。したがって、金属膜配線の２点間にプローブを接触
させた状態でもその金属膜配線の形成作業を行うことが
でき、金属膜配線が電気的に良好に形成されているか否
かのチェックを、その金属膜配線作業を行いながら同時
に行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ光を用いて基板上
に金属膜配線を形成するレーザ配線方法及びその装置に
関し、特に半導体集積回路設計のデバッグ等を行うため
に金属膜配線の切断や接続を行う際のレーザ配線方法及
びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からレーザ光を用いて基板上に金属
膜配線を形成するレーザ配線装置が知られている。例え
ば、米国Ｆｌｏｒｏｄ社からＭｏｄｅｌＬＤＳとして
製品化されているレーザ配線装置がある。このレーザ配
線装置では、金属膜形成用のレーザ光を出射するレーザ
光源から集光光学系までの光路がミラーで構成されてい
る。このため、レーザ光源と集光光学系とは、光軸がず
れないように一体に構成されている。それに伴って、レ
ーザ配線の作業を行う際には、集光光学系は移動させる
ことができず、集光光学系の下に位置する基板固定用の
ステージを移動させるようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のレ
ーザ配線装置のように、レーザ光源と集光光学系とが一
体に構成されると、初期設置時や不測の振動等で光軸が
ズレたときのアラインメント調整が煩雑になり、作業性
が良くないという問題点があった。

【０００４】また、レーザ配線の作業を行うときには、
金属膜が電気的に良好に形成されているか否かをチェッ
クするために金属膜配線間にプローブを装着して抵抗値
を測定する必要がある。ところが、上記従来のレーザ配
線装置では、上述したように、基板固定用のステージ側
を移動させるので、レーザ配線の作業時にプローブを装
着した状態での抵抗値測定はできず、抵抗値の測定はス
テージから基板を一旦外して行わなければならなかっ
た。この点からも、レーザ配線の作業性が悪化するとい
う問題点があった。

【０００５】さらに、金属膜配線を形成させるためのレ
ーザ光には、連続波レーザ光が使用されるが、この連続
波レーザ光は、一般にビーム横モードが基本モードのも
のが多く、レーザ光をミラーを使って基板まで導くと、
ビーム強度分布がガウシアン分布を保持したまま基板に
到達して照射する。ところが、ガウシアン分布は、中央
部に比べて周辺部の強度が弱いので、周辺部では中央部
に比べて金属の析出量が少なくなり、このため、周辺部
では抵抗値が大きくなってしまうという問題点があっ
た。また、かかる問題点を解消するために、レーザ光の
出力強度そのものを大きくすると、レーザビームの周辺
部でも金属が析出する代わりに、中央部ではせっかく析
出した金属膜が、強すぎるレーザ光のために蒸発してし
まうという問題点があった。

【０００６】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、レーザ配線の作業性を向上させると共に、よ
り均一な強度分布を持つレーザ光でレーザ配線を行うこ
とができるレーザ配線方法及びその装置を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、レーザ光を用いて基板上に金属膜配線を
形成するレーザ配線方法において、レーザ光源からのレ
ーザ光をその光強度差が抑制されるように光ファイバを
用いて導光し、前記基板上に形成された金属有機化合物
または金属無機化合物を含んだ薄膜に前記導光したレー
ザ光を照射し、前記金属有機化合物または前記金属無機
化合物を前記レーザ光に反応させて金属を前記薄膜中に
堆積させることにより前記金属膜配線を形成するように
したことを特徴とするレーザ配線方法が、提供される。

【０００８】また、レーザ光を基板上に形成された金属
有機化合物または金属無機化合物を含んだ薄膜に照射す
ることにより前記基板上に金属膜配線を形成するレーザ
配線装置において、前記レーザ光を出射するレーザ光出
射手段と、前記レーザ光出射手段からのレーザ光を集光
光学系を用いて集光した後前記基板上の金属有機化合物
または金属無機化合物を含んだ薄膜に照射する集光光学
手段と、前記レーザ光出射手段と前記集光光学手段との
間に設けた光ファイバを用いて前記レーザ光を前記レー
ザ光源から前記集光光学手段までその光強度差が抑制さ
れるように導光するレーザ光導光手段と、を有すること
を特徴とするレーザ配線装置が、提供される。

【０００９】さらに、上記レーザ配線装置に、第２のレ
ーザ光出射手段を設けるようにする。この第２のレーザ
光出射手段は、基板上に形成された絶縁保護膜の除去又
は／及び金属膜配線の切断を行うレーザ光を出射するも
のである。

【００１０】また、上記レーザ配線装置において、レー
ザ光出射手段を固定配設すると共に、集光光学系を、基
板上の薄膜の所望の位置にレーザ光出射手段からのレー
ザ光を照射できるように移動自在に配設した。

【００１１】

【作用】レーザ光源からのレーザ光を光ファイバを用い
て導光し、そのレーザ光を集光光学系において集光した
後、基板上の金属有機化合物または金属無機化合物を含
んだ薄膜に照射する。このレーザ光照射により、基板上
に金属膜配線が形成される。

【００１２】レーザ光源からのレーザ光を光ファイバを
用いて導光するので、集光光学系のみを移動してレーザ
配線の作業を行うことができる。これに伴って基板固定
用のステージ側を移動させる必要がなくなるので、レー
ザ配線の作業時にプローブを装着した状態での抵抗値測
定が可能となる。

【００１３】さらに、レーザ光が光ファイバを通過する
ことにより、ガウシアン分布であったビーム強度分布が
より均一化する。すなわち、より均一な強度分布を持つ
レーザ光でレーザ配線を行うことができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明のレーザ配線装置の全体構成を示
す図である。図において、レーザ配線装置は、装置本体
１０及び電源・制御部３０から構成されている。装置本
体１０には、２つのレーザ発振器、すなわち、連続波レ
ーザ発振器１１とパルス波レーザ発振器１２が設けられ
ている。

【００１５】連続波レーザ発振器１１は、図に示すよう
に、防振テーブル４０上に直接設置されている。この連
続波レーザ発振器１１はアルゴンイオンレーザであり、
波長が４５８ｎｍ〜５１４．５ｎｍのマルチラインの連
続波レーザ光を出射する。後述するように、このレーザ
光によって金属が堆積し金から成る金属膜配線が形成さ
れる。

【００１６】一方のパルス波レーザ発振器１２は装置本
体１０の上方に設けられている。このパルス波レーザ発
振器１２は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザであり、第２高調波で
ある５３２ｎｍのパルス波レーザ光を出射する。後述す
るように、このレーザ光によって絶縁保護膜の除去及び
金属膜配線の切断が行われる。

【００１７】パルス波レーザ発振器１２の下端に光軸合
成器１４が設けられている。この光軸合成器１４と連続
波レーザ発振器１１との間は光ファイバ１３で接続され
ている。光軸合成器１４は、光ファイバ１３を経由して
導光されてくる連続波レーザ光と、パルス波レーザ発振
器１２からのパルス波レーザ光とを実質的に同一光軸上
に配するためのものである。

【００１８】光軸合成器１４の下端側には、ハーフミラ
ー１５ａ、顕微鏡筒１６及び対物レンズ１７が設けられ
ている。この顕微鏡筒１６は、フレーム２５のここでは
図示されていない電動ステージに光軸方向であるＺ軸方
向及びＸ−Ｙ平面において移動自在に取り付けられてい
る。フレーム２５は防振テーブル４０に固定されてい
る。また、顕微鏡筒１６の略中央には、回転ステージ２
１を介して溶液吐出器２２が設けられている。溶液吐出
器２２は、導体ペーストを基板１８に局所的に吐出する
ためのものである。導体ペーストは、樹脂（例えばエチ
ルセルローズ）を有機溶媒（例えばテレピネオール・ブ
チルカルビトールアセテート）に溶かしたビヒクルに樹
脂酸金を混練し調整して得られたペースト状の溶液であ
る。

【００１９】基板１８は、例えばＩＣチップやウェハー
であり、防振テーブル４０に固定されたステージ１９上
に保持されている。電源・制御部３０には、溶液吐出器
２２から吐出される導体ペーストの量を制御する溶液コ
ントローラ３２、顕微鏡筒１６の駆動制御を行う駆動コ
ントローラ３３、連続波レーザ発振器１１の電源３４、
パルス波レーザ発振器１２の電源３５、及びモニタテレ
ビ３１が設けられている。これらの各装置とその対象と
なる装置とは、ここでは図示されていないケーブルで互
いに接続されている。モニタテレビ３１は、顕微鏡筒１
６に装着されたモニタカメラ１５が撮像した基板１８の
レーザ光照射部分を画像表示する。

【００２０】上記構成のレーザ配線装置において、パル
ス波レーザ発振器１２または連続波レーザ発振器１１か
ら出射したレーザ光は、光軸合成器１４、顕微鏡筒１６
及び対物レンズ１７を経由してステージ１９上の基板１
８に照射される。その際に駆動コントローラ３３は、モ
ニタカメラ１５の撮像データ等を基にして、顕微鏡筒１
６の移動制御やオートフォーカス制御を行い、レーザ光
を基板１８に的確に照射する。

【００２１】次に、上記レーザ配線装置を使って基板１
８上に金属膜配線を形成する手順を図２を用いて説明す
る。図２は金属膜配線の形成手順を示す図であり、
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）はその第１ス
テップから第５ステップを示している。先ず、図２
（Ａ）において、基板１８上で電気的に導通をとりたい
金属膜配線１８ａでの２点１８ａ₁及び１８ａ₂の位置
を確認し、次に、図２（Ｂ）に示すように、パルス波レ
ーザ発振器１２のパルス波レーザ光（波長５３２ｎｍ）
を照射してこの２点上の窒化シリコンから成る絶縁保護
膜１８ｂを除去し、金属膜配線１８ａの２点１８ａ₁及
び１８ａ₂を部分的に大気に露出させる。続いて、図２
（Ｃ）に示すように、溶液吐出器２２を用いて、導体ペ
ーストを金属膜配線を形成したい経路に沿って塗布する
ことにより導体ペースト層１８ｃを形成し、その導体ペ
ースト層１８ｃに数μｍのスポットに絞った連続波レー
ザ発振器１１の連続波レーザ光（波長４８５ｎｍ〜５１
４．５ｎｍのマルチライン）を照射する（図２
（Ｄ））。これにより、新たな金属膜配線１８ｄが形成
され、２点１８ａ₁と１８ａ₂との間が導通する。

【００２２】このときの連続波レーザ光の照射は、顕微
鏡筒１６自体を、Ｘ−Ｙ平面上において速度１〜２０μ
ｍ／秒程度で移動させながら行う。このように顕微鏡筒
１６側を移動させることができるのは、上述したよう
に、連続波レーザ発振器１１と光軸合成器１４との間を
光ファイバ１３で接続するようにしたからである。顕微
鏡筒１６側を移動させて新たな金属膜配線１８ｄを形成
するので、金属膜配線１８ａの２点１８ａ₁と１８ａ₂
間にプローブを装着した状態でもその金属膜配線の形成
作業を行うことができる。すなわち、金属膜配線１８ｄ
が電気的に良好に形成されているか否かのチェックを、
その金属膜配線作業を行いながら（ただし、導通されて
いることを前提として）同時に行うことができる。この
プローブによる金属膜配線チェックについての詳細は後
述する。

【００２３】また、連続波レーザ光を光ファイバ１３を
用いて導光することにより、より均一で良質な金属膜配
線１８ｄを形成することができる。それは、連続波レー
ザ光が光ファイバ１３を通過する際に、図３（Ａ）に示
すガウシアン分布のレーザ光が図３（Ｂ）に示すような
より均一な強度分布を持つレーザ光に変化し、そのより
均一な強度分布を持ったレーザ光が導体ペースト層１８
ｃに照射されるからである。なお、ここで用いる光ファ
イバ１３は、マルチモードの光ファイバである。

【００２４】このようにして金属膜配線１８ｄが形成さ
れ、また、金属膜配線１８ａの２点１８ａ₁と１８ａ₂
の導通が確認されると、最後に図２（Ｅ）に示すよう
に、その金属膜配線１８ｄの上に再度絶縁保護膜（ポリ
イミド膜）１８ｅを形成して全工程を完了する。次に、
上述したプローブによる金属膜配線チェックについて図
４を用いて説明する。

【００２５】図４はプローブによる金属膜配線チェック
の概略図であり、（Ａ）はその上面図を、（Ｂ）は断面
図をそれぞれ示している。図において、基板１８の金属
膜配線１８ａの２点１８ａ₁及び１８ａ₂間に新たな金
属膜配線１８ｄを形成する際に、金属膜配線１８ａ側に
直接プローブ４１及び４２を接触させ、この間の電気抵
抗を抵抗測定器４３を用いて測定する。プローブ４１及
び４２間の電気抵抗値測定によって、２点１８ａ₁、１
８ａ₂間が導通したか否かが判定できる。

【００２６】このように、導通をチェックしながら金属
膜配線作業を行えるのは、上述したように、連続波レー
ザ発振器１１と光軸合成器１４との間を光ファイバ１３
で接続し、顕微鏡筒１６側を移動させて金属膜配線を行
うようにしたためである。これにより、導通のチェック
作業をより簡単に行えるようになる。

【００２７】なお、プローブ４１及び４２を差し込むコ
ンタクト位置は、予めパルス波レーザ光を用いて絶縁保
護膜を除去し金属膜配線１８ａの表面が露出するように
している。あるいは、金属膜配線１８ａが電極として既
に露出している部分を選んでプローブ４１及び４２のコ
ンタクト位置としてもよい。

【００２８】図５は第２の実施例を示す図である。図に
おいて、第１の実施例と同一の構成要素には同一符号を
付してその説明を省略する。本実施例が第１の実施例と
相違する点は、ハーフミラー１５ａと顕微鏡筒１６との
間に偏向光学素子５０を設けたことである。この偏向光
学素子５０としては、例えば音響光学素子やピエゾミラ
ー、あるいは液体式可変偏向プリズムを用いる。この偏
向光学素子５０を用いることにより、顕微鏡筒１６内を
走るレーザ光を２次元的に偏向させることができ、その
偏向に応じてレーザ光スポットが基板１８上で移動（ス
キャン）する。そのスキャンによって金属膜配線を行う
ことができる。本実施例によると、レーザ光をスキャン
させるのに、顕微鏡筒１６のような機械的な機構を移動
させる必要がなく、それだけ装置としての信頼性を向上
させることができる。

【００２９】上記の説明では、レーザ配線装置に溶液吐
出器を設け、金属膜配線作業をステージ上で行えるよう
にしたが、溶液吐出器を設けず、一旦基板をステージか
ら外して金属膜配線作業を行うように構成してもよい。

【００３０】また、溶液吐出器から吐出する溶液に金属
有機化合物を用いるようにしたが、金属無機化合物を用
いるようにしてもよい。その金属無機化合物として、例
えば水またはメタノールを溶媒とし、Ｈ₂ＰｔＣｌ₆、
ＨＡｕＣｌ₄、ＮｉＳＯ₄、ＺｎＣｌ₂から選ばれた溶
質を含む溶液がある。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、レーザ
光源からのレーザ光を光ファイバを用いて導光し、その
レーザ光を集光光学系において集光した後、基板上の薄
膜に照射するようにした。レーザ光源からのレーザ光を
光ファイバを用いて導光するので、集光光学系側を移動
してレーザ配線の作業を行っても、レーザ光源から集光
光学系までの光軸のズレは発生せず、レーザ配線の作業
性を向上させることができる。

【００３２】また、これに伴って基板固定用のステージ
側を移動させる必要がなくなるので、レーザ配線の作業
時にプローブを装着した状態での抵抗値測定が可能とな
り、導通のチェック作業をより簡単に行うことができ
る。

【００３３】さらに、レーザ光が光ファイバを通過する
ことにより、ガウシアン分布であったビーム強度分布が
より均一化する。したがって、より均一で良質な金属膜
配線を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ配線装置の全体構成を示す図で
ある。

【図２】金属膜配線の形成手順を示す図である。

【図３】レーザ光の強度分布を示す図である。

【図４】プローブによる金属膜配線チェックの概略図で
あり、（Ａ）はその上面図を、（Ｂ）は断面図をそれぞ
れ示している。

【図５】第２の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１０装置本体１１連続波レーザ発振器１２パルス波レーザ発振器１３光ファイバ１４光軸合成器１６顕微鏡筒１７対物レンズ１８基板１８ａ金属膜配線１８ａ₁，１８ａ₂ 金属膜配線の２点１８ｂ絶縁保護膜１８ｃ導体ペースト層１８ｄ新たな金属膜配線２２溶液吐出器３２溶液コントローラ３３駆動コントローラ

【手続補正書】

【提出日】平成５年８月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者張海華東京都新宿区中落合２丁目７番５号ホーヤ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を用いて基板上に金属膜配線を
形成するレーザ配線方法において、レーザ光源からのレーザ光をその光強度差が抑制される
ように光ファイバを用いて導光し、前記基板上に形成された金属有機化合物または金属無機
化合物を含んだ薄膜に前記導光したレーザ光を照射し、
前記金属有機化合物または前記金属無機化合物を前記レ
ーザ光に反応させて金属を前記薄膜中に堆積させること
により前記金属膜配線を形成するようにしたことを特徴
とするレーザ配線方法。
【請求項２】レーザ光を基板上に形成された金属有機
化合物または金属無機化合物を含んだ薄膜に照射するこ
とにより前記基板上に金属膜配線を形成するレーザ配線
装置において、前記レーザ光を出射するレーザ光出射手段と、前記レーザ光出射手段からのレーザ光を集光光学系を用
いて集光した後前記基板上の金属有機化合物または金属
無機化合物を含んだ薄膜に照射する集光光学手段と、前記レーザ光出射手段と前記集光光学手段との間に設け
た光ファイバを用いて前記レーザ光を前記レーザ光源か
ら前記集光光学手段までその光強度差が抑制されるよう
に導光するレーザ光導光手段と、を有することを特徴とするレーザ配線装置。
【請求項３】前記基板上に形成された絶縁保護膜の除
去又は／及び前記金属膜配線の切断を行うレーザ光を出
射する第２のレーザ光出射手段を有することを特徴とす
る請求項２記載のレーザ配線装置。
【請求項４】前記レーザ光出射手段を固定配設すると
共に、前記集光光学系を、前記基板上の薄膜の所望の位
置に前記レーザ光出射手段からのレーザ光を照射できる
ように移動自在に配設したことを特徴とする請求項２記
載のレーザ配線装置。