JPH1098251A - 蒸着された金属配線および誘電配線のｕｖレーザーアニーリングおよび洗浄 - Google Patents

蒸着された金属配線および誘電配線のｕｖレーザーアニーリングおよび洗浄

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JPH1098251A
JPH1098251A JP9257070A JP25707097A JPH1098251A JP H1098251 A JPH1098251 A JP H1098251A JP 9257070 A JP9257070 A JP 9257070A JP 25707097 A JP25707097 A JP 25707097A JP H1098251 A JPH1098251 A JP H1098251A
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wiring
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laser beam
metal wiring
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Tataa Abuderukurimu
タター アブデルクリム
V Thompson Karl
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属配線をアニーリングし、空隙を取り除く
ための、および大気環境中でかつ回路の特定の位置で配
線から金属残渣を洗浄するための方法を提供する。 【解決手段】 以下の工程を包含する、蒸着された金属
配線または誘電配線のアニーリング、および該配線の近
傍に蒸着された金属残渣の洗浄を同時に行う方法。(a)
紫外線レーザー光線１３を発生する工程；(b)紫外線レ
ーザー光線１３を配線３３上に集める工程；および(c)
配線３３を、紫外線レーザー光線１３に、配線３３を溶
融およびリフローし、かつ残渣の小粒子を蒸発するに十
分な時間曝す工程。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属配線および誘
電配線の蒸着および修復に関し、そしてより詳細には、
紫外線波長のレーザー光線を用いるこのような配線のア
ニーリングおよび洗浄に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属配線は、パーソナルコンピューター
ボードおよびマルチチップモジュール中の回路を連結す
るため、および平坦なパネルディスプレイ上の電極を形
成するために一般に用いられる。誘電配線は、これらの
用途で導体を分離するために用いられる。現存の金属配
線パターニングおよび蒸着技術は、レーザー化学的蒸気
蒸着、金属前駆体からのレーザー蒸着、レーザー書き込
み、電子線書き込み、イオンビーム書き込み、およびX
線書き込みを含む。これら技術のすべてはまた、金属配
線の修復にも用いられる。
【０００３】別の金属配線蒸着および修復技術は、レー
ザーアブレーション促進金属蒸着(laser ablation forw
ard metal deposition)である。金属フィルムのレーザ
ーアブレーションは、一般に、周知の技術であり、この
技術では、レーザー光線が金属フィルム上に集められ
る。レーザー光線により生成する熱およびショック波
が、フィルムの粒子を取り除き、または除く。銅、金、
および銀のような金属のフィルムは、Q-スイッチダブル
Nd:YAG、Nd:YLF、または銅蒸気レーザーのような、グリ
ーン光レーザーを用いて容易に取り除かれ、または除去
され得る。除かれた粒子は、標的基板上に沈積し、蒸着
金属フィルムを形成する。
【０００４】レーザーアブレーション促進金属蒸着によ
り(およびその他の方法により)形成された金属配線はし
ばしば不均質である。本明細書で用いられる用語「不均
質」は「空隙を含むこと」を意味する。金属配線中の空
隙は、抵抗を増加し、そして金属配線の信頼性を低下さ
せ得る。さらに、レーザーアブレーション促進金属蒸着
(およびその他の方法)により形成される金属配線は、蒸
着またはパターニングプロセスの結果として、それらの
近傍領域で金属の微粒子を有し得る。この微細な残渣
は、例えば、平坦なパネルディスプレイの電極の修復に
おいて妨害であり得る。このような状況では、残渣は、
押しのけられるようになり得、隣接する画像形成セルを
汚染し、またはディスプレイ画像で欠陥として現れる。
【０００５】現在では、金属配線は、回路板またはその
他の基板をアニーリングし、その際、金属配線がオーブ
ン中で水素/窒素環境中所定時間蒸着されることにより
均質(即ち空隙がない)とされる。水素/窒素環境を必要
とする欠点に加えて、この技術はまた遅く、そして特定
の修復物に局在化され得ない。
【０００６】金属配線のまわりから金属残渣の微粒子を
洗浄する公知の方法は、湿式プロセスを用いることを含
む。しかし、これらのプロセスは、平坦なパネルディス
プレイ電極修復のような用途には望ましくない侵襲性の
技術である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】金属配線をアニーリン
グし、空隙を取り除くための、および大気環境中でかつ
回路の特定の位置で配線から金属残渣を洗浄するための
改良技術が望まれている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、紫外線レーザ
ー光線を発生する工程、この紫外線レーザー光線を配線
の部分上に集める工程、およびこの配線の部分を、紫外
線レーザー光線に、配線を溶融およびリフローし、かつ
残渣の小粒子を蒸発するに十分な時間曝す工程により、
金属配線および誘電配線のアニーリングおよびこの配線
の近傍に蒸着された残渣の洗浄（もしくは清浄）を同時
に行う方法を提供する。次いで、UVレーザー光線の焦点
を上記配線の別の部分に移動させ、そして上記プロセス
を全体の配線がアニールされるまで繰り返す。本発明の
方法はまた、金属配線および誘電配線を修復するために
用いられ得る。レーザーアブレーションは、蒸着および
修復を実施するために、UVレーザーアニーリング法と組
み合わせて用い得る。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明によれば、蒸着された金属
配線および誘電配線を、この配線を溶融およびリフロー
しこれらを均質にし、かつこの配線の近傍から粒子残渣
を洗浄するＵＶレーザー光線を用いてアニールする。図
１は、レーザー金属蒸着装置を示す。レーザー１は、調
波してダブルとされた（ｄｏｕｂｌｅｄ）固体Qスイッ
チNd:YLFまたはNd:YAGレーザーである。適切なレーザー
は、例えば、Spectra-Physics 7300 Series Diode Pump
ed Nd:YLFレーザーである。レーザー１からのレーザー
光線13は、テレスコープ２により拡大光線14に拡大され
る。光線14は、光線14を対物レンズ４に向けるダイクロ
イックミラー３上に照射する。対物レンズ４は、光線
を、試料５上の回折限界スポットに集める。
【００１０】図１では、イルミネーター11は、ミラー９
によりダイクロイックミラー３上に屈折される光を提供
する。イルミネーター11は白色光源として用いられ、試
料５を照らし、このプロセスおよび集められたスポット
の位置をモニターし得る。適切なイルミネーターは、Ed
mund Scientific Company in Barrington、New Jersey
から入手可能である。
【００１１】CCDカメラ10を用いてプロセス位置の撮影
を行いそしてモニターする。CCDカメラ10により生じた
画像は、プログラムされた経路を基礎にして次のプロセ
ス位置を計算するコンピューター８に送られる。公知技
術の任意のビデオカメラがこの目的のために適切であ
る。
【００１２】試料５はステージ６上に支持されている。
ステージ６は、コンピューター８により制御されるX-Y
運動コントロール15を備えている。適切な運動コントロ
ールおよびコンピューターは、New England Affiliated
Technologies in Lawrence,Massachusettsから入手可
能であり、そして、例えば、486 IBM PCまたはコンパチ
機にインターフェースでつながれたコントローラーを有
する、XY-8080精密ステージ、PCX2コントローラー、お
よび202マイクロステップドライブを備える。
【００１３】コンピューター８はまた、レーザー１の出
力を制御する。ステージ６の位置およびレーザー１の出
力を調節することにより、コンピューター８は、試料５
上の特定のパターンの蒸着を可能にする。
【００１４】基板上への金属配線の蒸着を図２に示す。
例示の実施態様ではガラスである第１の基板21は、集め
られたレーザー光線17の経路中に配置される。ガラス基
板21は、対物レンズ４から最も遠いガラス基板21の側の
上に配置された金属コーティング22を有する。コーティ
ング22は、標準的なスパッタリング蒸着または金属プレ
ーティングにより蒸着され得る。光線17は、ガラス基板
21を通過し、そして裏側から；即ち、金属コーティング
22とガラス基板21との界面で、金属コーティング22上に
衝突する。レーザー17の金属コーティング22との接触
は、金属コーティング22の除去をもたらす。除去の間、
金属イオン25は、金属コーティング22から加速される。
【００１５】第２の基板23(これもまた例示の実施態様
ではガラスである)は、その上にコーティング22を有す
る第１のガラス基板21の側に隣接して配置される。金属
イオン25が、集められたレーザー光線17により引き起こ
される除去により、ガラス基板21から加速されるにつ
れ、金属イオン25は第２のガラス基板23に接触する。
【００１６】例示の実施態様では、電源12を用いて、電
場が、第１のガラス基板21および第２のガラス基板23を
横切って印加される。電源12を用いて、この実施態様で
は電場を生成する。電源12は、金属コーティング22に取
り付けられた陽極30と第２のガラス基板23に連結された
負電極31を有する。示された例示の実施態様では、それ
らの電極を横切って印加される電圧は、少なくとも300
ボルトである。
【００１７】示された例示の実施態様では、電場が、正
に荷電した金属イオン25を、第２のガラス基板23に向か
って駆動する。金属フィルム22から表面26への金属イオ
ン25の移動は、静電力およびレーザー除去で生成される
音響衝撃波に起因する。
【００１８】第１のガラス基板21および第２のガラス基
板23を横切って印加される電場はまた、金属イオン25の
第２のガラス基板23への結合を補助する。負電極の第２
のガラス基板23との接触のために、ガラス基板23中のナ
トリウムイオン23のような正イオンは、表面26から負電
極に向かって移動する。これは、ガラス基板23中に酸素
のような負イオンをあとに残す。これらの負イオンは、
表面26に接触する正の金属イオンと静電気的に結合す
る。電場が取り除かれた後に、薄い金属酸化物層に起因
する耐久性の化学的シールが形成される。導電金属配線
が、このように、金属イオン25から第２の基板23の表面
26上に形成される。
【００１９】ホットプレート20を用いて、第２のガラス
基板23内の陽イオンの負極への移動を増強し得、そして
それ故金属イオン25の第２のガラス基板23の表面26への
結合を増大する。熱は拡散を増加し、そしてガラス中の
イオンのより大きな移動度を可能にする。
【００２０】ステージコントロール15およびレーザー１
の出力を調節することにより、コンピューター８は、ス
テージ６、そしてそれ故光線17下の試料５の動きを可能
にする。これは、試料５上で金属配線パターンが書き込
まれることを可能にする。あるいは、試料を載せたスキ
ャナーと走査レンズを光線下で静置して光線を動かし得
る。
【００２１】第１のガラス基板21と第２のガラス基板23
との間の間隔18を調節して、第２の基板23上の得られる
金属配線の特徴サイズ(幅)を変化させ得る。基板21およ
び23がさらに離れて間隔18を増加する動きをするとき、
配線の特徴サイズが増加する。
【００２２】金属コーティング22の厚さは、第２の基板
23上の金属配線の厚さを変化させるために変化させ得
る。基板21上でより厚い金属コーティング22を有するこ
とにより、より多くの金属イオン25を除去し得る。この
手順は、より厚い金属配線を生成する。
【００２３】蒸着された金属配線、特にレーザーアブレ
ーション促進金属蒸着により形成される配線は、しばし
ば、不均質であり、そして電場を用いて上記のように残
渣を最小限にしても、配線の近傍に金属残渣を有する。
これらの欠陥は、望ましくない高抵抗性の配線を生成し
得る。
【００２４】金属配線が蒸着された後、本発明は、金属
配線をアニーリングし、それを均質にし、それによって
導電性を改善する方法、および蒸着された配線のまわり
の任意の微細金属残渣を洗浄する方法を提供する。図３
は、金属配線をアニーリングするために用いるシステム
を示す。図３では、レーザー30は、ダイクロイックミラ
ー40により対物レンズ32に向かって屈折されるレーザー
光線31を生成する。レンズ32は、光線31を集め、第２の
基板23上に蒸着された金属配線33の部分上に集められた
光線41にする。光線31の集まりは、金属配線33の部分上
に、配線を溶融およびリフローするに十分な時間存在す
る。次いで、必要であれば、第２の基板23の位置を、光
線31が金属配線33の別の部分に集まるように移動させ
る。このプロセスを、完全な配線がアニールされるまで
繰り返す。
【００２５】XYステージ34を用いて、レンズ32下の第２
の基板23の位置を制御する。この目的のために、コント
ロールノブ35を、コンピューター36と組み合わせて用い
得る。コンピューター36は、CCDカメラ38からの信号
を、XYステージ34の位置を決定するために受ける。イル
ミネーター37を用いて、CCDカメラ38の操作に必要な照
明を提供する。イルミネーター37からの光を、レンズ39
により金属配線33上に屈折する。
【００２６】例示の実施態様で、金属配線33をアニール
するために用いられるレーザー30は、Continuum,Inc. i
n Santa Clara, Californiaから入手可能である、Surel
iteII continuum固体レーザーである。残りの装置、CCD
カメラ38、イルミネーター37、XYステージ34およびコン
トロール、およびコンピューター36はすべて、金属配線
の蒸着に関連して上記に記載したのと同じであり得る。
【００２７】
【実施例】250 mW出力、10Hz繰り返し速度、および266n
m UV波長で動作するSurelite IIcontinuum固体レーザー
を２mm直径まで集めた。集められたスポットを、本明細
書で記載されたようにレーザーアブレーション促進金属
蒸着により蒸着された銅金属配線上に５秒までの間曝し
た。
【００２８】図４は、UVレーザーアニーリングに曝す
前、蒸着直後にレーザーアブレーション促進金属蒸着に
より蒸着された一対の銅金属配線の電子顕微鏡写真であ
る。微細な金属残渣および金属配線の不均質性が観察さ
れる。図５は、UVレーザーアニーリング後の同じ対の配
線の電子顕微鏡写真である。UVレーザー光線へ曝した後
は、金属配線は、均質に見え、光沢があり、そして改善
された導電性を有する。図４中の配線のまわりに見られ
る金属残渣は、図５に示されるように、アニーリングプ
ロセスにより洗浄される。
【００２９】金属配線の抵抗性を、本発明によるUVアニ
ーリングの前後に測定した。アニーリング後の配線は、
図６の電子顕微鏡写真に示される。アニーリング前の抵
抗性は、８マイクロ-オーム/cmであった。本発明による
アニーリング後、抵抗性は、３マイクロ-オーム/cmまで
改善された。
【００３０】図７は、本発明によるレーザーアニーニン
グ前の蒸着された金属配線の光学顕微鏡写真である。図
８は、レーザーアニーリング後の光学顕微鏡写真におけ
る同じ配線を示す。図７の配線のまわりに見られる残渣
粒子の量は、図８では大きく減少している。粒子は金属
配線に向かって移動するか、アニーリングに際し蒸発す
る。図７および８は、本発明のアニーリング法で達成さ
れ得る配線形成における劇的な改善を図示する。
【００３１】蒸着後、金属配線をUVレーザーアニーリン
グに曝すことにより、配線を溶融、リフロー、およびア
ニールさせる。溶融およびリフローは、蒸着配線中の空
隙を取り除く助けとなる。さらに、配線のまわりの金属
残渣は、配線に近接する重い金属粒子は、アニーリング
の間の表面張力により引かれるので取り除かれる。配線
近傍の相対的に軽くおよび小さく密な金属粒子は、アニ
ーリングプロセスの間に蒸発する。
【００３２】上記のようなUVアニーリングは、同時の金
属アニーリングと金属残渣蒸発を可能にする明瞭な利点
を提供する。UVレーザーのエネルギーは、望ましくは、
金属配線が溶融かつリフローするようなエネルギーであ
り、小(ミクロン以下)粒子のみが蒸発するエネルギーで
はない。UVレーザー光線は、UV波長が金属配線により強
力に吸収され、そしてガラスにより適度に吸収されるの
で用いられる。その結果、金属およびガラス基板の両方
が加熱され、冷却に際し、基板と金属との間にストレス
は存在しない。従って、金属配線は、増大した信頼性お
よび基板に対する接着性を有する。このUV波長はまた、
金属の表面上に形成される、空気からの酸素との金属-
酸素結合を破壊することにより酸化を最小限にするため
に供される。
【００３３】本発明によれば、UVレーザーアニーリング
は、改善された導電性を備えるアニール金属配線を生成
し、同時にこの金属配線のまわりから微細な金属残渣を
洗浄する。本発明を、特定の実施態様を参照して記載し
てきたが、それに限定する意図はない。むしろ、本発明
の範囲は、添付の請求項の範囲に従って解釈されること
が意図される。特に、図３と組み合わせて別に示しかつ
記載したが、アニーリングに用いられるレーザーは、別
の装置が不必要であるように、図１に示される例示の実
施態様におけるように、金属配線を蒸着する全体システ
ム中に組み込まれ得る。(図３のシステムは、異なる波
長のレーザーが用いられ、図３のUVレーザー30で用いら
れるテレスコープレンズがない点を除けば、図１のシス
テムと同じである。蒸着およびアニーリングの両方が同
じレーザーで実施されるとき、レーザーは、Big Sky, I
nc.in Bozeman, Montana.から代表的には入手可能であ
るようなトリプル波長レーザーであり得る)。最後に、
レーザーアブレーション促進金属蒸着と関連して記載し
たが、本発明のUVレーザーアニーリングプロセスは、他
の方法により形成される金属配線および誘電配線の両方
を処置するために等しく適切である。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、UVレーザーアニーリン
グは、蒸着された金属配線および誘電配線を溶融および
リフローしこれらを均質にできるので、改善された導電
性を備えるアニール金属配線を生成することができ、同
時にこの金属配線のまわりから微細な金属残渣を洗浄す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザー金属蒸着装置の側面図である。
【図２】本発明による金属蒸着および結合用の例示のユ
ニットセルの側面図である。
【図３】本発明の例示の実施態様によるレーザーアニー
リング装置の側面図である。
【図４】蒸着した金属配線の電子顕微鏡写真である。
【図５】蒸着した金属配線の電子顕微鏡写真である。
【図６】蒸着した金属配線の電子顕微鏡写真である。
【図７】蒸着した金属配線の光学顕微鏡写真である。
【図８】蒸着した金属配線の光学顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１ レーザー ３ ダイクロイックミラー ４ 対物レンズ ５ 試料 ６ ステージ ８ コンピューター ９ ミラー １０ CCDカメラ １１ イルミネーター １３ レーザー光線 １４ 拡大光線 ３３ 配線

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 蒸着された金属配線または誘電配線のア
    ニーリング、および該配線の近傍に蒸着された金属残渣
    の洗浄を同時に行う方法であって、 (a) 紫外線レーザー光線を発生する工程； (b) 該紫外線レーザー光線を該配線上に集める工程；お
    よび (c) 該配線を、該紫外線レーザー光線に、該配線を溶融
    およびリフローし、かつ残渣の小粒子を蒸発するに十分
    な時間曝す工程、を包含する、方法。
  2. 【請求項２】 金属配線または誘電配線を修復する方法
    であって、 (a) 紫外線レーザー光線を発生する工程； (b) 該紫外線レーザー光線を該配線上に集める工程；お
    よび (c) 該配線を、該紫外線レーザー光線に、該配線を溶融
    およびリフローし、かつ残渣の小粒子を蒸発するに十分
    な時間曝す工程、を包含する、方法。
  3. 【請求項３】 金属配線を修復する方法であって、 (a) 金属配線上にさらなる金属をレーザーアブレーショ
    ン促進金属蒸着により蒸着する工程； (b) 紫外線レーザー光線を発生する工程； (c) 該紫外線レーザー光線を該配線上に集める工程；お
    よび (d) 該配線を、該紫外線レーザー光線に、該配線を溶融
    およびリフローし、かつ残渣の小粒子を蒸発するに十分
    な時間曝す工程、を包含する、方法。
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