KR20140037044A - 전도성 시드 레이어를 레이저 제거하는 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
기판의 표면 위에 전도성 트레이스와 상호접속체를 형성하는 방법은 일 실시예로서 기판 표면 위에 유전체 층 또는 중합체 층을 형성하고, 유전체 층 또는 중합체 층 위에 전기 전도성 재료의 시드 레이어를 형성하고, 시드 레이어 위에 포토레지스트를 패턴 형성하고, 패턴 형성된 포토레지스트 및 시드 레이어 위에 전도성 트레이스를 형성하고, 기판으로부터 포토레지스트를 제거하고, 전도성 트레이스를 제외한 기판 표면의 구역들로부터 시드 레이어를 제거하는데 유효한 레이저 광의 플루엔스를 기판의 표면에 조사하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 일반적으로는 전자장치 기판 및 반도체 웨이퍼를 제조하는 기술에 관한 것이고, 더욱 구체적으로는 그와 같은 기판 및 웨이퍼로부터 과잉 전도성 시드 레이어를 제거하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최신 전자장치 패키징 및 전자장치 기판 가공 분야에서, 구리(Cu), 티타늄(Ti), 티타늄/구리(Ti/Cu), 티타늄 텅스텐/구리(TiW/Cu), 티타늄(Ti), 크롬/구리(Cr/Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd) 등과 같은 소위 "시드 레이어(seed layer)"가 통상적으로 스퍼터링(sputtering) 또는 다른 동등한 방법들에 의해 증착되고, 그런 다음에 그 위에 전기 전도성 트레이스(traces) 또는 구조체, 예를 들면 본딩 패드(bonding pad), 재분배 레이어(RDL) 등을 도금하기 위한 대상으로서 사용된다. 일단 원하는 전도성 트레이스가 형성되고 패터닝을 위해 사용된 포토레지스트가 제거되면, 과잉 시드 레이어, 즉 기판 위의 전도성 트레이스 및 구조체의 외부에 남아 있는 시드 레이어가 제거되어야 하며, 종래에는 이것이 습식 화학 에칭, 건식 화학 에칭 또는 플라즈마 에칭 프로세스에 의해 수행되고 있다.
그러나, 이들 종래의 과잉 시드 레이어 제거와 관련해서는 다수의 단점들이 있다. 예를 들면, 그것들은 더 미세한 피치(pitch) 구조체의 형성을 방해할 수 있고, 또한 남겨져야 할 전도성 회로를 에칭하고, 언더커팅(undercutting)을 촉진하여 에칭을 차단할 수 있는 시드 레이어 위에 오염을 생성하여 남겨진 금속화 피처(features)들의 수율에 영향을 미치고, 프로세스 소요 시간의 증가와 고비용 절차 및 장비를 필요로 함으로써 원치않게 높은 소유비용(cost of ownership)과 제한된 프로세스 능력을 구성하고 친환경적이지 않다.
따라서, 당해 산업분야에서는 수율을 증가시키고 더 미세한 피치 구조물의 생산을 가능하게 하며 종래 기술의 화학적 에칭, 건식 에칭 또는 플라즈마 에칭 프로세스보다 더욱 간단하고, 저렴하며, 더욱 친환경적인 과잉 시드 레이어 제거 시스템과 방법이 필요하다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 의하면, 종래 기술의 전술한 및 다른 문제들을 회피하는 레이저 삭마 시스템을 사용하여 기판으로부터 과잉 시드 레이어를 제거하는 시스템 및 방법이 제공된다.
일 실시예에서, 기판의 표면으로부터 과잉 시드 레이어를 제거하는 장치는 기판을 수취하여 지지하는 스테이지와 기판으로부터 과잉 시드 레이어를 삭마하기에 유효한 레이어 광(예컨대, 레이저 광의 플루엔스)로 표면을 조사하는 장치를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 기판의 표면으로부터 과잉 시드 레이어를 제거하는 방법은 기판으로부터 과잉 시드 레이어를 삭마하기에 유효한 레이저 광(레이저 광의 플루엔스)으로 표면을 조사하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 기판의 표면 위에 전도성 트레이스들을 형성하는 방법은, 기판의 표면 위에 유전체 층을 형성하는 단계; 유전체 층 위에 전기 전도성 재료의 시드 레이어를 형성하는 단계; 시드 레이어 위에 포토레지스트(photoresist) 층을 형성하는 단계; 시드 레이어 위의 포토레지스트를 패턴 형성하는 단계; 패턴 형성된 포토레지스트 및 시드 레이어 위에 전도성 트레이스들을 형성하는 단계; 기판으로부터 포토레지스트를 제거하는 단계; 및 전도성 트레이스들을 제외한 기판 표면의 구역들로부터 시드 레이어를 삭마하는데 유효한 레이저 광(레이저 광의 플루엔스)으로 기판의 표면을 조사하는 단계를 포함한다.
본 발명의 시스템 및 방법의 전술한 및 다른 특징들 및 이점들에 대해서는 하기 상세한 설명의 실시예들과 특히 첨부된 도면을 함께 참조함으로써 더욱 잘 이해할 수 있을 것이며, 도면에서 유사한 도면부호는 동일하거나 유사한 요소들을 식별하기 위해 사용된다.
도 1은 본 발명에 따라 기판으로부터 과잉 시드 레이어를 제거하는 장치의 일 실시예의 개략적인 구성도이고,
도 2는 도 1의 장치에 의해 제거된 과잉 시드 레이어를 수집 및 저장하는 잔해물 제거 시스템의 일 실시예의 개략적인 구성도이고,
도 3은 복수의 동일한 전도성 패턴들이 위에 형성된 표면을 갖는 반도체 웨이퍼의 일부의 평면도로서, 과잉 시드 레이어가 본 발명의 일 실시예에 따라서 제거되기 전의 웨이퍼를 도시하며,
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판으로부터 과잉 시드 레이어를 제거하는 방법의 일 예에 포함되는 순차적인 단계들을 보여주는, 기판의 개략적인 부분 측면도이고,
도 5a 및 도 5b는 웨이퍼의 개략적인 평면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따라 과잉 시드 레이어가 제거되고 있는 웨이퍼의 표면에 대해서 레이저 빔을 비추는 대안적인 방법들을 도시하고,
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 과잉 시드 레이어가 제거된 기판의 부분들의 현미경 사진으로서, 각각 상이한 배율에서 얻어진 것이며,
도 7의 (a) 및 (b)는 기판의 표면 위에 전도성 트레이스 구조체의 형성과 그 후 본 발명의 일 실시예에 따라 기판으로부터 과잉 시드 레이어의 제거에 수반되는 순차적인 단계들을 각각 보여주는 프로세스 흐름을 도시한다.
도 2는 도 1의 장치에 의해 제거된 과잉 시드 레이어를 수집 및 저장하는 잔해물 제거 시스템의 일 실시예의 개략적인 구성도이고,
도 3은 복수의 동일한 전도성 패턴들이 위에 형성된 표면을 갖는 반도체 웨이퍼의 일부의 평면도로서, 과잉 시드 레이어가 본 발명의 일 실시예에 따라서 제거되기 전의 웨이퍼를 도시하며,
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판으로부터 과잉 시드 레이어를 제거하는 방법의 일 예에 포함되는 순차적인 단계들을 보여주는, 기판의 개략적인 부분 측면도이고,
도 5a 및 도 5b는 웨이퍼의 개략적인 평면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따라 과잉 시드 레이어가 제거되고 있는 웨이퍼의 표면에 대해서 레이저 빔을 비추는 대안적인 방법들을 도시하고,
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 과잉 시드 레이어가 제거된 기판의 부분들의 현미경 사진으로서, 각각 상이한 배율에서 얻어진 것이며,
도 7의 (a) 및 (b)는 기판의 표면 위에 전도성 트레이스 구조체의 형성과 그 후 본 발명의 일 실시예에 따라 기판으로부터 과잉 시드 레이어의 제거에 수반되는 순차적인 단계들을 각각 보여주는 프로세스 흐름을 도시한다.
전기 기판 및 웨이퍼 제조 산업에서, 기판의 표면 위에 전도성 구조체, 예컨대 트레이스, 본딩 패드, 전도성 범프 상호접속체(bump interconnections), 재분배 레이어(RDL) 트레이스 등을 형성하는 것은 통상적으로 기판의 "작업(working)" 또는 "활성(active)" 표면 위에 유전체층 또는 전기 절연층을 형성하는 것으로 시작한다. 절연층은 폴리이미드 또는 폴리벤조비스옥사졸(PBO)(예를 들면, HD8930, HD8820, HD4100)과 같은 중합체를 포함할 수 있으며, 이것들은 모두 HD MicroSystems (http://hdmicrosystems.com)으로부터 입수 가능하고, 예를 들면 회전 조작(spinning operation)에 의해 기판 위에 증착될 수 있다. 대안으로, 이산화규소(SiO2) 또는 실리콘 질화물(SiNx)과 같은 또 다른 타입의 절연체가 잘 알려진 산화 기법을 사용하여 실리콘 웨이퍼와 같은 기판 위에 형성될 수 있다.
그 다음에, 예를 들면 Cu, Ti/Cu, TiW/Cu, Ti, CrCu, Ni, Pd 등의 "시드 레이어"가 예를 들면 스퍼터링(sputtering)에 의해 상기 절연층 위에 증착된다. 예를 들자면, 예컨대 약 700nm 미만의 두께를 갖는 Ti/Cu 시드 레이어가 절연층 위에 형성될 수 있다. 그 다음에, 포토레지스트가 금속 시드 레이어의 상부에 도포되며, 그것은 잘 알려진 포토리소그래피 기법을 사용하여 패턴 형성되고 현상된다. 레지스트 현상 프로세스에 이어서, 패턴 형성된 금속 시드 레이어는, 예를 들어 종래의 도금 기법을 사용하여, 패턴 형성된 포토레지스트 내에 노출된 Ti/Cu 시드 레이어 위에 전도성 재료, 예컨대 구리(Cu)를 증착하는 대상을 제공한다.
그 다음에, 레지스트는 기판으로부터 벗겨지고, 원하는 패턴이 형성된 더 두꺼운 Cu 구조체, 예컨대 회로 트레이스, 패드, 전도성 범프 상호접속체, RDL 트레이스 등을, 도 3에 도시된 도금된 웨이퍼(300) 위에 표시된 것과 같은 구조화된 패턴들 사이에 잔존하는 더 얇은 "과잉(surplus)" Ti/Cu 시드 레이어와 함께 남긴다(도 3에는 둥근 웨이퍼가 일 예로서 도시되어 있지만, 둥글거나 정사각형 또는 다른 원하는 형상이 될 수 있으며 형상 및 치수는 제한이 없다). 도 3에서, 웨이퍼(300)는 복수의 동일하고 더 두꺼운 Cu 구조체(302)뿐만 아니라, Cu 구조체(302)들 틈새에 위치된 얇은 과잉 시드 레이어(304)를 포함하며, 이것들은 구조체(302)들 사이의 단락을 방지하기 위해 제거되어야만 한다.
종래, 과잉 시드 레이어는 습식 에칭, 건식 에칭 또는 플라즈마 에칭 프로세스를 사용하여 웨이퍼 또는 기판으로부터 제거된다. 그러나 이들 종래의 프로세스들과 관련해서는 다수의 단점들이 있다. 즉, 종래의 프로세스들은, 더욱 미세한 피치 구조체 및 수율이 요구되고, 프로세스 시간 및 수반되는 방법들이 더 높은 소유비용을 구성할 수 있기 때문에 이런 고려사항에 민감한 응용에서는, "프로세스-제한적(process-limited)"으로 된다. 또한, 종래 프로세스들 중 일부는 친환경적이지 않다.
예를 들면, 습식 에칭 프로세스의 경우에, 습식 에칭은 바람직하게 뒤에 남겨진 금속 회로, 예컨대 기판(300) 위에 형성된 구리(Cu) "필러(pillars)" 또는 RDL 트레이스(302)의 언더커팅을 초래한다. 이 언더커팅은 금속 회로의 접촉 면을 감소시키고, 그것으로 인해 수율과 제품 신뢰성을 떨어뜨린다.
또한, 습식 에칭 프로세스는 선별적이지 않다. 따라서, 제조자가 남기고 싶어하는 것들, 예를 들면 금속 회로 트레이스 및 상호접속 범프를 포함해서 모든 금속 피처(features)들이 에칭된다. 상호접속 범프와 회로 트레이스가 설계에 의해 더욱 소형화됨에 따라, 원치 않는 과잉 시드 레이어 위에서 일어나는 만큼 동일한 양의 에칭이 제조자가 남기고 싶어하는 회로 패턴들 위에서 일어나기 때문에, 습식 에칭의 효율성이 점차 떨어지고 있다. 이것은 제품 신뢰성에 부정적으로 영향을 주고 피처 치수, 예컨대 뒤에 남겨지는 회로의 피치를 제한한다. 상대적으로 높은 가로세로비(aspect ratio) 피처들 사이의 피치가 감소할 때, 이것은 또한 습식 에칭 프로세스에 의해 시드 레이어를 제거하는데 있어서 어려움을 증가시킨다는 것을 인식할 것이다. 이것은 더 나아가 칩 설계을 제약하고 금속 구조체들 사이에 사용될 수 있는 공간을 제한한다.
또한, 습식 에칭은 금속 시드 레이어를 에칭하여 없애버리는 독한 화학물질을 사용한다는 것을 인식할 것이다. 그러나 에칭 단계 이전의 프로세스 단계들은 금속 시드 레이어에 다양한 재료들을 적용하는 것을 포함하며, 그것들의 잔류량은 잔류물로서 뒤에 남겨질 수 있다. 수 나노미터의 두께를 가질 수 있는 이 잔류물들은 습식 에칭 프로세스를 "차단(mask)"하는 금속 시드 레이어 위의 오염물로서 작용하며, 금속 시드 레이어의 불완전한 제거를 초래하여 단락을 일으킬 수 있다.
또한, 습식 에칭 프로세스는 금속 시드 레이어를 에칭하기 위해 상대적으로 많은 양의 부식성 화학물질을 필요로 한다. 또한, 이 동일한 에칭 화학물질들은 하부의 절연 재료 내로 스며나오는 경향이 있으며, 그 결과 수율에 부정적인 영향을 초래한다. 화학적 에칭 프로세스의 부산물은 고가의 위험한 폐기물 처리 방법을 필요로 하는 위험한 폐기물이다. 제거되는 귀금속들은 화학적 부식액에 스며들어 화학적 부식액과 함께 폐기된다. 소위 "녹색" 계획에 대한 세계적인 관심으로, 이 화학물질들의 사용 및 폐기는 매우 바람직하지 않은 것으로 여겨진다.
플라즈마 에칭 프로세스 역시 유사한 단점들을 수반하며, 플라즈마 에칭을 실행하고 제어하기 위해 필요한 설비와 통상적으로 관련된 더 높은 비용이 추가된다.
그러나 레이저를 사용하여 기판으로부터 과잉 시드 레이어를 제거하는 본 명세서에서 개시되는 시스템 및 방법은 종래 방법들의 전술한 단점들과 다른 단점들을 효과적으로 극복하고 개선된 프로세스 능력을 제안하며 제조 비용을 낮춘다. 또한 간단하고 청결한 레이저 삭마 기법을 사용함으로써 더 낮은 비용에서 대량으로 기기 생산을 가능하게 한다. 추가적으로 설명된 바와 같이, 레이저 기반의 시드 레이어 제거는 전체적인 제품 제조 비용을 감소시키고 프로세스 능력 및 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 과잉 시드 레이어의 레이저 제거는 금속 회로의 언더커팅을 초래하지 않으며, 그렇기 때문에 회로 피처들이 소형화됨에 따라 신뢰성 향상을 가능하게 한다. 레이저 처리 방법은 또한 원하는 더 두꺼운 회로 패턴(예컨대, 금속 범프 및 RDL 트레이스)을 제거하지 않고 원치 않는 과잉 시드 레이어를 제거하는 점에서 물질 제거에 있어서 더욱 선별적이다. 칩 설계에 대한 제약과 금속 구조체들 사이에 사용될 수 있는 공간에 대한 제한은 레이저 프로세스를 사용하여 해소된다. 또한, 레이저 제거 프로세스에 의해, 처리 오염물은 제거 프로세스에 더 이상 영향을 주지 않으며, 따라서 습식 또는 건식 프로세스에 영향을 주는 수율 문제를 제거한다. 또한, 레이저 프로세스는 기판을 에칭하기 위해 독한 화학물질을 필요로 하지 않고, 그렇기 때문에 녹색계획에도 기여한다. 또한, 이하에서 상세히 설명되는 것과 같이, 과잉 시드 레이어 내의 다량의 귀금속은 제거 프로세스를 통해 재생될 수 있으며, 그것에 의해 제조자가 제거되는 금속을 재활용하거나 재사용하는 것을 가능하게 한다.
도 1 및 도 2에는 본 명세서에서 설명되는 과잉 시드 레이어 제거 기법을 실행하는데 유용한 장치가 도시되어 있으며, 도 1은 기판으로부터 과잉 시드 레이어를 레이저 제거하는 장치(100)의 일 실시예의 개략적인 측면도이고, 도 2는 도 1의 장치(100)에 의해 제거된 과잉 시드 레이어를 수집하여 저장하는 잔해물 제거 시스템(200)의 일 실시예의 개략적인 측면도이다. 이것들에 대해 이하에서 설명한다.
도 1을 참조하면, 레이저 삭마 장치(100)는 기판(104)이 레이저 처리를 위해 위에 유지되는 이동식 X-Y 이송 스테이지(102), 특정의 미리 결정된 파장을 갖는 코히런트(coherent) 레이저 광의 빔(108)을 생성하는 레이저 광원(106)을 포함하는 조사장치, 및 레이저 광 빔(108)으로 기판(104)의 상부 표면을 선택적으로 조사하고 상기 표면에서 레이저 광 빔의 플루엔스(fluence)를 제어하기 위해 함께 동작 가능한 복수의 광학 요소들을 포함한다. 도 1에 도시된 구체적인 실시예에서, 이 요소들은 광 빔(108)의 방향을 변경하기 위해 배열된 복수의 전환 거울(110), 상기 광 빔의 통과를 선택적으로 차단 또는 허용할 수 있는 셔터(shutter)(112), 상기 광 빔을 선택적으로 감쇠시킬 수 있는 감쇠기(114), 광 빔의 형상을 제어할 수 있는 애너모픽 터널(anamorphic tunnel)(116), 광 빔의 균일성을 제어할 수 있는 균질화기(118), 광 빔을 선택적으로 성형하고 집속할 수 있는 애너모픽 집광 렌즈(condenser lens)(120), 광 빔을 재단하는 마스크(122), 및 기판(104)의 상부 표면 위에 광 빔을 집광(condense) 및 집속(focus) 하는 투사 렌즈(124)를 포함한다.
당업자들은, 도 1에 도시된 레이저 삭마 장치(100)의 특정 실시예가 단지 예시로서 제시된 것이고 어떤 제한도 없으며, 따라서 해당 특정 응용에 따라서 과잉 시드 레이어의 제거에 역시 효과적일 수 있는, 더 적거나 더 많은 개수 및/또는 타입의 레이저 광원 및/또는 광학 요소들을 갖는 다른 장치가 제작될 수 있음을 인식해야 한다.
또한, 제한 없이 고체(solid state), LED 및 가스 레이저를 포함하는 다수 유형의 레이저 광원(106)들이 시드 레이어의 효과적인 제거를 위해 사용될 수 있음을 인식할 수 있을 것이다. 예를 들면 Tamarack Scientific Co., Inc.(http://www.tamsci.com)로부터 입수 가능한 타입의 엑시머(excimer) 레이저가 유익하게 사용될 수 있다. 엑시머 레이저는 불활성 가스(예컨대, 아르곤, 크립톤, 또는 크세논)와 반응성 가스(불소 또는 염소)의 조합을 사용하며, 이것들은 적당한 전기적 자극의 조건 하에서, "엑시머"라고 불리는 유사분자를 생성하고(또는 불활성 가스가 할로겐화물인 경우에는, "엑시플렉스(exciplex)"), 이것은 활력 상태에서만 존재하고, UV 영역의 파장을 갖는 레이저 광을 방출한다.
엑시머 레이저의 UV 광은 생물학적 재료 또는 유기 화합물에 의해 효율적으로 흡수된다. 그것들을 가지고 조사된 재료를 연소시키거나 절단하는 대신, 엑시머 레이저는 표면 조직의 분자 결합을 파괴하는데 충분한 에너지를 추가하며, 표면 조직은 연소보다는 삭마를 통해 엄격히 통제된 방식으로 공기 중으로 분해된다.
도 2는 도 1의 실시예 레이저 삭마 장치(100)에 의해 제거된 과잉 시드 레이어의 재료를 수집 및 저장하는 잔해물 제거 시스템(200)의 일 실시예를 도시한다. 도 2에 도시된 것과 같이, 잔해물 제거 시스템(200)은 삭마 장치(100)의 투사 렌즈(124)의 아래 가까이 인접하여 위치되고 상부 및 하부가 개방된 절단-원뿔형 챔버(frusto-conical chamber)(202)를 포함하며, 그 주변부를 따라서, 시드 레이어가 삭마되고 있는 기판(104)의 상부 또는 작업 표면(206) 위로 가스(예컨대, 공기)의 제트 스트림(jet stream)을 분출하는 복수의 구멍 또는 제트(204)가 배치되어 있다. 화살표(210)로 표시된 것과 같이, 가스 제트(204)는 배기펌프(208)와 함께 챔버(202) 내에 가스의 고속 횡류(cross-flow)를 생성하며 챔버(202)는 기판 표면(206)으로부터 이탈되고(loose) 삭마된 시드 레이어를 일소하고(sweep away) 그것을 전술한 것과 같이 작지만 강력한 진공 청소기의 방법으로 재활용 또는 재사용하기 위해 수집한다.
이하에서 더욱 상세히 설명되는 것과 같이, 잔해물 제거 시스템(200)은 투사된 레이저 빔 아래 투사 렌즈(124)와 기판(104) 사이에 고정되고, 레이저 삭마 장치(100)와 결합하여 기판(102)에 대하여, 또는 그 반대로 움직이며, 그리하여 레이저 장치(100)에 의해 조사되고 있는 동일한 영역을 세척한다. 기판(102)에 대한 레이저 삭마 장치(100)의 이 움직임은, 장치(100)에 대하여 기판(104)을 이동시킴으로써(예컨대, X-Y 이송 스테이지(102)), 기판(104)에 대하여 장치(100)를 이동시킴으로써, 또는 서로에 대하여 두 장치들을 모두 이동시킴으로써 수행될 수 있다.
구리, 금, 은, 티타늄, 팔라듐, 탄탈륨 등과 같은 얇은 전도성 시드 레이어 재료들의 레이저 제거는 엑시머 레이저 프로세스를 사용하여 하부의 유전체 또는 중합체에 적용될 때 직접 삭마될 수 있다. 레이저 삭마는 엑시머 또는 다른 레이저 장치(100)로부터 투사된 고에너지 UV 빔에 의해 직접 얇은 금속 레이어가 삭마되는 "감색법(subtractive process)"이다. 통상적으로, 금속 시드 레이어는 삭마 프로세스가 일어나도록 하기 위해 약 1㎛ 미만의 두께로 형성된다. 이 두께에서, 금속 시드 레이어는 용이하게 삭마된다. 기판 위의 다른 모든 회로 구조체들, 즉 약 1㎛ 초과 두께를 갖는 것들은 제거를 위해 현저히 더 높은 양의 레이저 플루엔스를 필요로 한다. 이렇게 하여, 원하는 회로 패턴은 잔류하는 반면, 시드 레이어는 용이하게 제거된다. 그 결과 금속 시드 레이어가 완전히 제거되지만 기판(104) 위에 남아야 하는 RDL 트레이스, 필러 또는 다른 회로 패턴들의 삭마를 일으키지 않고 하부의 중합체 층에 손상을 주지 않는다.
도 4a 내지 도 4d에 도시된 것과 같이, 삭마 프로세스 동안, 기판(104)(도면에서 Si/유전체) 위의 유전체 또는 중합체 층(404) 위에 배치된 금속(도면에서 Ti/Cu) 시드 레이어(402)는, 그 위에 입사하는 레이저 광의 빔(108)으로부터 생성된 급속 가열 및 냉각 사이클에 의해 유발된 강한 인장응력에 의해 레이저 빔(108)이 조사된 두꺼운 회로 필러 또는 트레이스(410)들 사이의 구역(406)에서 부서지고, 그것에 의해 하부의 유전체 또는 중합체 층(404)으로부터 그것을 분리시킨다. 레이저 빔 펄스(108)는 하부의 유전체 또는 중합체 층(404)에 의해 일부분만이 흡수되기 때문에 빔(108)의 에너지의 작은 부분만이 금속-기판 경계에 도달한다. 상기 경계에서의 불연속성은 따라서 높은 전기장 경도(gradient)를 생성하며, 이것은 얇은 금속 시드 레이어(402)를 고속으로 기판(104)의 표면으로부터 방출시킨다. 기판(104)으로부터 이탈된 삭마된 금속층(408)(예컨대, 도 4d 참조)은 미세 분말과 유사하며, 그렇기 때문에 이것들은, 도 2와 관련하여 설명한 것과 같이, 삭마되는 동시에 잔해물 수집 시스템(200)을 사용하여 회수될 수 있다. 구역(406) 내의 금속 시드 레이어(402)는 기판(104)의 표면으로부터 "충격이 가해지고(shocked)" 직접 절단되거나 연소되지 않으며, 하부의 유전체 또는 중합체 층(404)은 프로세스 중에 손상되지 않는다.
시드 레이어(402)를 제거하기 위해 필요한 레이저 에너지의 양은 아주 낮으며, 따라서 시드 금속의 큰 영역을 한 번에 제거하는 것이 가능하므로, 습식 에칭, 건식 에칭 또는 플라즈마 에칭 프로세스와 같은 종래의 대안들에 비해서 매력적인 처리율을 제공한다. 도 5a에 도시된 것과 같이, 교대하는 횡 방향 화살표에 의해 도시된 작은 정사각형 또는 직사각형 레이저 빔 구역(502)의 굽이치는(serpentine) 주사는 기판(102)의 전체 표면에 대하여 순차적으로 스텝-앤드-리피트(step-and-repeat)되어 시드 레이어(402)를 제거할 수 있다. 대안으로, 도 5b에서 단일의 횡 방향 화살표에 의해 도시된 것과 같이, 기판(104)보다 더 긴 상대적으로 좁은 레이저 빔 구역(504)의 기판(104)을 가로질러 단계적인 단일-통과(single-pass) 주사로 수행될 수 있다. 어느 실시예에 있어서든, 기판(104)을 주사/스테핑(stepping)하는 동안, 레이저 장치(100)는 펄스 형식으로 동작되며, 레이저 빔(108)에 의해 현재 조사되고 있는 구역(502, 504)의 시드 레이어(402)를, 아래에 있는 재료들이나 인접한 더 두꺼운 금속화 회로 패턴(410)들을 손상시키지 않으면서, 제거시킨다(도 4a 내지 도 4d 참조).
직사각형 또는 정사각형 형상의 레이저 빔(108)은 금속 시드 레이어(402)를 제거하기 위해 기판(104)에 필요한 플루엔스 및 기판 크기에 최적화하도록 크기 조정된다. 기판(104)이 어떤 미리 결정된 속도로 이동되면서, 기판의 일부가 예를 들면 308nm 또는 248nm의 파장을 갖는 UV 레이저 광에 노출된다. 결국, 기판(104)의 모두가 레이저 빔(108)에 노출될 것이지만; 전술한 것과 같이, 적당한 플루엔스가 인가될 때 시드 레이어(402)만이 반응한다.
사용된 레이저 삭마 빔(108)의 크기는, 예를 들면 기판(104)의 크기, 효과적인 삭마를 위해 기판에서 필요한 플루엔스, 가용한 파워 등을 포함하는 여러 가지 인자들에 의해 영향을 받는다. 어떤 경우든지, 도 5a 및 도 5b에 도시된 것처럼, 레이저 빔(108)은, 예를 들면 기판(104) 및 X-Y 이송 스테이지(102)를 레이저 빔(108)에 대하여 이동시킴으로써, 소정의 주파수에서 펄스 방출하는 레이저 장치(100)를 가지고, 기판(104)의 표면(206)에 대하여 연속적으로 주사된다. 이 방식에서, 레이저 빔(108)은 전체 기판이 조사될 때까지 기판(104) 대하여 "이동된다(stepped)". 따라서, 조사된 금속 시드 레이어(402)의 한 대응하는 부분(502 또는 504)이 제거된 후, 아직 제거되지 않은 기판(104)의 새로운 부분이 레이저 빔(108) 아래로 이동되며, 여기서 레이저 장치(100)가 다시 펄스를 방출하고 대응하는 조사된 구역(502 또는 504) 내 금속 시드 레이어(402)가 제거된다. 이 "스텝(step), 펄스(pulse), 및 반복(repeat)" 프로세스는 아주 높은 속도로 실행될 수 있으며, 통상적으로는 레이저 삭마 장치(100)에 대한 스테이지(102)의 이동 속도에 의해서만, 또는 전술한 것과 같이, 그 반대에 의해서만 제한된다.
도 6a 및 도 6b는 다수의 금속(Cu) 회로 트레이스(602)가 위에 형성된 기판(104)의 현미경 사진들로 각각 X600 및 X500의 배율로 관찰된 것이며, 과잉 시드 레이어는 본 발명의 일 실시예에 따라 레이저 삭마에 의해 제거되었다. 도 6a 및 도 6b에서 볼 수 있듯이, 레이저 삭마 방법은, 언더커팅을 갖지 않고 사이에 시드 레이어 브리징(bridging) 또는 단락을 갖지 않는 날카롭고 분명한 에지를 갖는, 아주 미세하고 밀접하게 배치된 전도성 구조체(602)들의 생성을 가능하게 한다.
도 7의 (a) 및 (b)는 도 6a 및 도 6b에 도시된 것들과 같이 전도성 구조체들이 작업 표면 위에 형성된 기판의 생산에 수반되는 순차적인 단계들을 각각 도시하는 프로세스 흐름도이며, 과잉 시드 레이어는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따라 기판 표면으로부터 제거되었다.
도 7의 (a)를 참조하면, 프로세스는 유전체 또는 중합체 표면 또는 유전체 층, 예를 들면 중합체 층이 위에 형성된 기판을 제공하는 것으로 단계 S1에서 시작된다. 단계 S2에서, 전도성 시드 레이어(예컨대, Ti/Cu)가 예를 들면 스퍼터링에 의해 유전체 또는 중합체 표면 또는 층 위에 형성된다.
단계 S3에서, 시드 레이어 위에 포토레지스트가 도포되며, 종래의 포토리소그래피 및 현상 기법을 사용하여 패턴이 형성된다. 단계 S4에서, 전도성 금속(예컨대, Cu)이, 예컨대, 그 위에 그것을 도금함으로써, 상기 현상된 포토레지스트의 개구들 내에 증착된다.
단계 S5에서, 포토레지스트가 예컨대, 포토레지스트 박피 기법을 사용하여 기판으로부터 제거되고, 단계 S6에서, 과잉 시드 레이어가 전술한 방법 및 장치에 의해 기판으로부터 삭마된다. 도 7의 (b)에 도시된 것과 같이, 이것들은 단계 S7에서 도 1과 관련하여 전술한 타입의 레이저 삭마 장치(100)의 스테이지 위에 기판을 놓는 것을 포함하고, 단계 S8에서, 상기 과잉 시드 레이어를 제거하기에 효과적인 플루엔스를 갖는 장치로부터 레이저 광의 펄스를 가지고 기판의 표면 위의 구역을 조사하는 단계를 포함한다.
단계 S9에서, 단계 S8에서 기판으로부터 제거된 시드 레이어는, 예컨대 도 2와 관련하여 전술한 잔해물 수집 시스템(200)을 사용하여 수집되고, 단계 S10에서, 스테이지는 인접한 위치로 이동되고, 단계 S8 및 단계 S9는 과잉 시드 레이어 모두가 기판의 표면으로부터 제거될 때까지 스텝-앤드-리피트 방식으로 반복된다.
하나 이상의 실시예들에 의하면, 레이저 삭마 기법을 사용하여 기판으로부터 과잉 시드 레이어들을 제거하는 시스템 및 방법이 제공된다. 여기서 개시된 기법들은 종래의 방법들에 비해 특정한 이점들을 제공할 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에 의한 방법은 레이저를 조사하면서 기판으로부터 과잉 시드 레이어를 회수할 수 있으며(예컨대, 잔해물 제거 및 수집 시스템을 가지고), 그것들은 종래의 방법하에서는 폐기되거나 유해 폐기물로서 취급될 것이다. 또 다른 예로서, 일 실시예에 따른 방법은 기판의 표면으로부터 과잉 시드 레이어를 제거하기에 앞서 기판을 미리 세척할 필요를 제거할 수 있으며, 이것은 종래의 방법에 비해서 유익을 제공할 수 있다. 일 실시예에 의하면, 여기서 개시된 하나 이상의 기법들은 제조 비용과 소유비용을 감소시킬 수 있다(예를 들면, 습식 화학법(wet chemistry)의 감소, 유해 화학 폐기물의 감소, 과잉 시드 물질들의 회수, 및/또는 높은 처리율을 제공할 수 있다).
당업자는 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 과잉 시드 레이어 제거 시스템의 재료, 장치, 구성 및 방법들에 대해 다수의 수정, 대체 및 변경이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 여기서 도시되고 설명된 특정한 실시예들에 한정될 수 없고 실시예들은 단지 예시적인 것이며, 첨부한 청구항들과 그것들의 기능상 균등물과 완전히 상응해야만 한다.
Claims (22)
- 기판의 표면으로부터 과잉 시드 레이어를 제거하는 장치에 있어서,
상기 기판을 수취하여 지지하는 스테이지; 및
상기 기판으로부터 상기 과잉 시드 레이어를 삭마하기에 유효한 레이저 광으로 상기 표면을 조사하는 장치를 포함하는, 과잉 시드 레이어 제거 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 스테이지는 상기 조사장치에 대해서 이동 가능하고,
상기 조사장치는 상기 스테이지에 대해서 이동 가능하고, 또는
상기 스테이지 및 상기 조사장치는 서로에 대해서 각각 이동 가능한, 과잉 시드 레이어 제거 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 스테이지는 X-Y 이송 스테이지를 포함하는, 과잉 시드 레이어 제거 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 조사장치는 미리 결정된 파장을 갖는 코히런트 레이저 광의 빔을 생성하는 레이저 광원을 포함하는, 과잉 시드 레이어 제거 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 레이저 광원은 고체, LED 또는 가스 레이저를 포함하는, 과잉 시드 레이어 제거 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 가스 레이저는 엑시머 레이저를 포함하는, 과잉 시드 레이어 제거 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 엑시머 레이저는 아르곤, 크립톤, 및 크세논으로 구성된 그룹 중 하나 이상을 포함하는 불활성 가스와, 불소 및 염소로 구성된 그룹 중 하나 이상을 포함하는 반응성 가스의 조합을 사용하는, 과잉 시드 레이어 제거 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 조사장치는,
상기 광 빔의 방향을 변경하는 전환거울;
상기 광 빔을 선택적으로 차단 또는 통과시키는 셔터;
상기 광 빔을 선택적으로 감쇠시키는 감쇠기;
상기 광 빔의 형상을 제어하는 애너모픽 터널;
상기 광 빔의 균일성을 제어하는 균질화기;
상기 광 빔을 선택적으로 성형하거나 집속하는 애너모픽 집광 렌즈;
상기 광 빔을 재단하는 마스크; 및
상기 기판의 표면 위에 상기 광 빔의 플루엔스를 집광 및 집속하는 투사 렌즈로 구성된 그룹 중 하나 이상을 추가로 포함하는, 과잉 시드 레이어 제거 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판으로부터 제거된 상기 과잉 시드 레이어의 재료를 수집 및 저장하는 잔해물 제거 시스템을 추가로 포함하는, 과잉 시드 레이어 제거 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 잔해물 제거 시스템은,
상부 및 하부가 개방된 절단-원뿔형(frusto-conical) 챔버;
기판의 주변부를 따라 배치되고 상기 기판의 윗면 위에 가스의 제트 스트림을 분출하는 복수의 제트; 및
상기 기판 표면으로부터 이탈되고(loose) 삭마된 시드 레이어를 일소하고(sweep away) 수집하는 챔버 내에서 상기 가스의 고속 횡류(cross-flow)를 생성하기 위해 상기 제트들과 함께 작동하는 배출펌프를 포함하는, 과잉 시드 레이어 제거 장치. - 기판의 표면으로부터 과잉 시드 레이어를 제거하는 방법에 있어서,
제 1 항의 장치를 이용하는 단계를 포함하는, 과잉 시드 레이어 제거 방법. - 기판의 표면으로부터 과잉 시드 레이어를 제거하는 방법에 있어서,
상기 기판으로부터 상기 과잉 시드 레이어를 삭마하는데 유효한 레이저 광으로 상기 표면을 조사하는 단계를 포함하는, 과잉 시드 레이어 제거 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 조사단계는 상기 레이저 광의 선택된 플루엔스를 제공하는 상기 레이저 광의 펄스를 가지고 상기 기판 표면의 선택된 구역을 조사하는 단계를 포함하는, 과잉 시드 레이어 제거 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 조사단계는 스텝, 펄스 및 반복 프로세스로 상기 기판의 전체 표면을 조사하는 단계를 포함하는, 과잉 시드 레이어 제거 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 스텝, 펄스 및 반복 프로세스는 상기 기판의 표면에 대하여 직선 통과하여 수행되는, 과잉 시드 레이어 제거 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 스텝, 펄스 및 반복 프로세스는 상기 기판의 표면에 대하여 굽이쳐(serpentine) 통과하여 수행되는, 과잉 시드 레이어 제거 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 기판의 표면으로부터 제거된 상기 과잉 시드 레이어의 재료를 수집 및 저장하는 잔해물 제거 시스템을 이용하는 단계를 추가로 포함하는, 과잉 시드 레이어 제거 방법. - 제 17 항에 있어서,
수집된 상기 과잉 시드 레이어를 재활용하는 단계를 추가로 포함하는, 과잉 시드 레이어 제거 방법. - 기판의 표면 위에 전도성 트레이스들을 형성하는 방법에 있어서,
상기 기판의 표면 위에 유전체 층을 형성하는 단계;
상기 유전체 층 위에 전기 전도성 재료의 시드 레이어를 형성하는 단계;
상기 시드 레이어 위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계;
상기 시드 레이어 위의 포토레지스트를 패턴 형성하는 단계;
상기 패턴 형성된 포토레지스트 및 시드 레이어 위에 상기 전도성 트레이스들을 형성하는 단계;
상기 기판으로부터 상기 포토레지스트를 제거하는 단계; 및
상기 전도성 트레이스들을 제외한 상기 기판 표면의 구역들로부터 상기 시드 레이어를 삭마하는데 유효한 레이저 광의 플루엔스로 상기 기판의 표면을 조사하는 단계를 포함하는, 기판 표면 위에 전도성 트레이스를 형성하는 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 기판은 반도체를 포함하고;
상기 유전체 층은 상기 반도체의 산화물 또는 폴리이미드를 포함하고;
상기 시드 레이어는 구리(Cu), 티탄(Ti), 티타늄/구리(Ti/Cu), 티타늄 텅스텐/구리(TiW/Cu), 티타늄(Ti), 크롬/구리(Cr/Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd)을 포함하는, 기판 표면 위에 전도성 트레이스를 형성하는 방법. - 기판의 표면으로부터 과잉 시드 레이어를 제거하는 장치에 있어서,
상기 기판을 수취 및 유지하는 스테이지; 및
상기 표면으로부터 상기 과잉 시드 레이어를 삭마하는데 유효한 레이저 광의 플루엔스로 상기 표면을 조사하는 수단을 포함하는, 기판 표면 위에 전도성 트레이스를 형성하는 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 기판으로부터 제거된 상기 과잉 시드 레이어의 재료를 수집 및 저장하는 잔해물 제거 시스템을 추가로 포함하는, 기판 표면 위에 전도성 트레이스를 형성하는 방법.
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