KR20180108935A - Method for forming fine wiring - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a method for forming a fine line using laser chemical vapor deposition (LCVD) or electrohydrodynamic (EHD) ink jet technology. The method for forming a fine line includes a step of forming a line on a substrate by using an alloy material, and a step of performing heat treatment on the line using a laser. The alloy material comprises 50 wt% of tungsten and 50 wt% of molybdenum. In the heat treatment step according to the embodiment, heat is selectively applied to a depth of 1 μm from the surface of the line in a temperature atmosphere of 500 to 650°C, and then it is cooled. It is possible to improve the texture density of the fine line.

Description

미세 배선 형성 방법{METHOD FOR FORMING FINE WIRING}[0001] METHOD FOR FORMING FINE WIRING [0002]

본 발명의 실시예들은 미세 배선 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 화학기상증착(laser chemical vapor deposition, LCVD)이나 전기수력학(Electrohydrodynamic, EHD) 잉크젯 기술 혹은 이들의 조합 방식에 의해 미세 배선을 형성하는 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a method of forming a fine wiring, and more particularly, to a method of forming a fine wiring by a laser chemical vapor deposition (LCVD) method, an electrohydrodynamic (EHD) ink jet technique, To a method for forming the same.

종래의 잉크젯 프린팅 공정 기술은 비접촉식 공정 방식으로 기판의 손상 없이 10㎛급의 미세전극 패턴을 형성할 수 있고, 직접 패터닝 방식으로 재료의 낭비를 줄일 수 있는 기술로 주목받고 있다. 하지만, 잉크젯 프린팅 공정 기술은 압전(piezoelectric) 구동, 에어로졸(aerosol), 열(thermal) 분사 방식의 프린팅 헤드 구조를 사용하므로 고점도 재료를 적용하는데 한계가 있다.Conventional inkjet printing process technology has attracted attention as a technology capable of forming a 10 μm-sized microelectrode pattern without damaging the substrate by a non-contact type process method and reducing the waste of materials by a direct patterning method. However, since the inkjet printing process technique uses a piezoelectric head, aerosol, and thermal jet printing head structure, there is a limitation in applying a high viscosity material.

고해상도의 미세전극을 형성하기 위해서는 금속 파티클의 함량이 높은 재료를 적용해야 한다. 하지만, 전도성 재료의 함량이 증가하면 용액 점도가 증가하게 되므로 종래의 잉크젯 프린팅 공정 기술로는 고점도 및 고함량 재료의 토출에 있어 자주 작동 불량이 발생하는 문제가 있다. 고전도성 및 고함량 특성을 갖는 고점도 재료의 토출 문제를 해결하기 위해 전기수력학(electro-hydro-dynamics, EHD) 패터닝 헤드, 레이저 유도전사 헤드 등과 같은 다양한 고성능 미세 전극 패터닝 헤드 기술이 제안되고 있다.In order to form a high-resolution fine electrode, a material having a high metal particle content should be applied. However, since the solution viscosity increases with an increase in the content of the conductive material, there is a problem that the conventional ink-jet printing process technique frequently causes malfunctions in ejection of a high viscosity and high-content material. Various high-performance microelectrode patterning head technologies such as electro-hydro-dynamics (EHD) patterning heads, laser induced transfer heads, and the like have been proposed to solve the discharge problem of highly viscous materials having high conductivity and high content.

전기수력학 기반의 고성능 패터닝 기술은 반도체 공정에서 요구하는 식각, 현상, 증착 등의 복잡한 공정을 단순화시킬 수 있고, 전도성 금속파티클, 유기재료, 탄소나노튜브 등의 기능성 재료가 첨가된 고점도 잉크를 수 마이크로미터(㎛) 크기의 액적으로 만들어 사용해야 기판상에 원하는 미세 패턴을 형성할 수 있다. 이를 위해, 전기수력학 미세선폭 패터닝 기술은 전기장과 유체 내의 유도된 전하와의 상호 작용을 통해 전기력 방향으로 유체를 이동시켜 노즐 오리피스(nozzle orifice)를 통해 미세한 액적으로 분무 또는 토출시킨다.High-performance patterning technology based on electrohydrodynamics can simplify complicated processes such as etching, development, and deposition required in semiconductor processing, and can provide high-viscosity inks containing conductive metal particles, organic materials, and carbon nanotubes It is necessary to use droplets of micrometer (mu m) size to form a desired fine pattern on the substrate. To this end, the electrohydrodynamic fine linewidth patterning technique moves the fluid in the direction of the electric force through the interaction of the electric field with the induced charge in the fluid and atomizes or discharges it into the fine droplet through the nozzle orifice.

전기수력학에 의한 유체의 토출 현상을 이용한 고성능 패터닝 헤드는 기존의 잉크젯 헤드보다 미세한 액적과 10㎛ 이하의 미세전극을 인쇄할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한, 전기수력학 방식의 고성능 패터닝 헤드는 구조가 간단하여 제작하기가 용이하고 노즐 오리피스의 크기보다 상대적으로 작은 액적을 토출할 수 있는 장점을 가지고 있다.The high-performance patterning head using the discharge phenomenon of the fluid by the electrohydraulics has an advantage that it can print fine droplets and fine electrodes of less than 10 μm than the conventional ink jet head. In addition, the electrohydraulic patterning head of high performance has a merit of being simple in structure and capable of discharging liquid droplets relatively smaller than the nozzle orifice size.

하지만, 전기수력학에 의한 유체의 토출 현상을 이용한 미세배선 패터닝 기술로 제조되는 미세 배선은 배선 중간 부분에 U자 형태의 골이 발생하고, 배선 내부에 크랙이 발생하며 최소 선폭이 3.3㎛인 한계가 있다.However, the micro-wirings produced by the micro-wiring patterning technique using the discharge phenomenon of the fluid by the electro-hydrodynamics cause the U-shaped bones to form in the middle of the wiring, cracks in the wiring, .

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 도출된 것으로, 본 발명의 목적은 합금을 사용하여 미세배선의 조직 치밀도를 향상시킬 수 있는 미세 배선 형성 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fine interconnect formation method capable of improving the texture compactness of a fine interconnect using an alloy.

본 발명의 다른 목적은 레이저 화학기상증착(laser chemical vapor deposition, LCVD)이나 전기수력학(Electrohydrodynamic, EHD) 잉크젯 기술 혹은 이들의 조합으로 구현되는 미세배선 폭 중간 부분의 U자 형태의 골 발생을 방지하고, 배선 내부의 크랙을 제거할 수 있고, 선폭을 3.3㎛보다 작게 형성할 수 있는 미세 배선 형성 방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a method of preventing U-shaped bone formation in the middle of a fine wiring width, which is realized by laser chemical vapor deposition (LCVD), electrohydrodynamic (EHD) ink jet technology or a combination thereof And a method of forming a fine wiring capable of removing a crack in the wiring and forming a line width smaller than 3.3 탆.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일측면에 따른 미세 배선 형성 방법은, 합금 재료를 사용하여 기판에 배선을 형성하는 단계, 및 상기 배선을 레이저로 열처리하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming a fine wiring, comprising: forming a wiring on a substrate using an alloy material; and thermally treating the wiring with a laser.

일실시예에서, 합금 재료는 텅스텐(tungsten, W)과 몰리브덴(Molybdenum, Mo)을 포함할 수 있다.In one embodiment, the alloying material may comprise tungsten (W) and molybdenum (Mo).

일실시예에서, 합금 재료는 텅스텐 30중량% 내지 70중량% 및 몰리브텐 70중량% 내지 30중량%일 수 있다. 합금 재료는 소정량의 백금(Pt)을 더 함유할 수 있다.In one embodiment, the alloying material may be 30 wt% to 70 wt% tungsten and 70 wt% to 30 wt% molybdenum. The alloying material may further contain a predetermined amount of platinum (Pt).

일실시예에서, 합금 재료는 텅스텐 50중량% 및 몰리브텐 50중량%를 포함할 수 있다.In one embodiment, the alloying material may comprise 50 wt% tungsten and 50 wt% molybdenum.

일실시예에서, 합금 재료는 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 금(Au) 및 알루미늄(Al)에서 선택되는 서로 다른 제1 금속과 제2 금속을 포함하고, 여기서 제1 금속과 제2 금속은 미세배선 패턴 내 중량부 함량이 가장 큰 재료와 두 번째로 큰 재료일 수 있다. 제1 금속과 제2 금속의 함량은 기재된 순서대로 30중량% 내지 70중량% 및 70중량% 내지 30중량%일 수 있다. 합금 재료는 소정량의 백금(Pt)을 더 함유할 수 있다.In one embodiment, the alloying material comprises different first and second metals selected from tungsten (W), molybdenum (Mo), silver (Ag), gold (Au), and aluminum The first metal and the second metal may be the second largest material and the second largest material in the fine wiring pattern. The content of the first metal and the second metal may be 30 wt% to 70 wt% and 70 wt% to 30 wt% in the order described. The alloying material may further contain a predetermined amount of platinum (Pt).

일실시예에서, 상기 열처리하는 단계는, 상기 배선의 표면에서 깊이 1㎛까지를 선택적으로 가열한 후 냉각할 수 있다. 열처리하는 단계는, 상기 배선을 500℃ 내지 650℃의 온도 분위기에서 가열할 수 있다.In one embodiment, the step of heat-treating may be performed after selectively heating up to a depth of 1 mu m from the surface of the wiring, followed by cooling. In the heat-treating step, the wiring may be heated in a temperature atmosphere of 500 ° C to 650 ° C.

일실시예에서, 상기 형성하는 단계는 레이저 화학기상증착(laser chemical vapor deposition, LCVD)을 이용할 수 있다.In one embodiment, the forming may utilize laser chemical vapor deposition (LCVD).

일실시예에서, 상기 형성하는 단계는 전기수력학(Electrohydrodynamic, EHD) 젯(jet)을 이용할 수 있다.In one embodiment, the forming may utilize an electrohydrodynamic (EHD) jet.

상술한 미세 배선 형성 방법을 이용하는 경우에는, 미세배선의 조직 치밀도를 높일 수 있다, 특히, 레이저 화학기상증착(laser chemical vapor deposition, LCVD) 또는 전기수력학(Electrohydrodynamic, EHD) 잉크젯 기술을 이용하는 미세 배선 형성 기술에서 배선 중간 부분에 U자 형태의 골이 발생하는 것을 방지하고, 배선 내부의 크랙을 제거하며, 선폭을 2.3㎛ 정도로 작게 형성할 수 있는 장점이 있다.In the case of using the above-described fine wiring forming method, it is possible to increase the texture density of the fine wiring. In particular, the fine wiring using laser chemical vapor deposition (LCVD) or electrohydrodynamic (EHD) It is possible to prevent the U-shaped ridges from being formed in the middle of the wiring in the wiring formation technology, to remove the cracks in the wiring, and to have a line width as small as about 2.3 mu m.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 배선 형성 방법에 대한 흐름도이다.
도 2는 도 1의 미세 배선 형성 방법에 따른 합금 배선의 열처리 이전과 이후의 막질을 단일 텅스텐 배선의 막질과 대비하여 보여주는 도면들이다.
도 3은 도 2의 합금 배선의 열처리 전후의 상태를 대비하여 보여주는 예시도이다.
도 4는 도 3의 합금 배선의 열처리 평가 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3의 합금 배선의 열처리 평가 결과를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2의 합금 배선의 열처리 전후의 변화를 보여주는 도면들이다.
도 7은 도 2의 합금 배선의 열처리 후의 변화를 보여주는 또 다른 예시도이다.
도 8a 내지 8d는 도 1의 미세 배선 형성 방법에 따른 합금 배선의 열처리 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세 배선 형성 방법에 채용할 수 있는 합금 재료의 성분 비율을 보여주는 도면이다.
도 10은 도 9의 합금 재료를 이용하는 미세 배선 형성 방법의 열처리 전후의 합금 배선 상태를 대비하여 보여주는 예시도이다.
도 11은 도 10의 합금 배선의 열처리 평가 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 10의 합금 배선의 열처리 평가 결과를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 도 10의 합금 배선의 열처리 후의 상태를 보여주는 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세 배선 형성 방법에 채용할 수 있는 합금 재료의 성분 비율을 보여주는 도면이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세 배선 형성 방법에 채용할 수 있는 단일 금속 배선의 재료 성분비를 나타낸 예시도이다.
도 16은 도 15의 단일 금속 배선을 이용한 미세 배선 형성 방법의 열처리 전후의 배선 상태를 대비하여 보여주는 예시도이다.
도 17은 도 16의 단일 금속 배선의 열처리 평가 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 도 16의 단일 금속 배선의 열처리 평가 결과를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 19는 도 16의 단일 금속 배선의 열처리 전후의 변화를 확대하여 보여주는 전자현미경 사진들을 포함한 도면이다.
도 20은 도 16의 단일 금속 배선의 열처리 후의 두께 변화를 보여주는 예시도이다.
도 21은 본 실시예의 또 다른 실시예에 따른 미세 배선 형성 장치에 대한 예시도이다.
1 is a flowchart illustrating a method of forming a fine wiring according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing the film quality before and after the heat treatment of the alloy wiring according to the fine wiring forming method of FIG. 1 in comparison with the film quality of a single tungsten wiring.
FIG. 3 is an exemplary view showing a state before and after the heat treatment of the alloy wiring of FIG.
Fig. 4 is a view for explaining the evaluation results of the heat treatment of the alloy wiring of Fig. 3;
Fig. 5 is a diagram schematically showing a result of the heat treatment evaluation of the alloy wiring of Fig. 3;
FIG. 6 is a view showing a change in the alloy wiring of FIG. 2 before and after the heat treatment. FIG.
Fig. 7 is another example showing the change of the alloy wiring of Fig. 2 after the heat treatment. Fig.
8A to 8D are views for explaining a heat treatment process of an alloy wiring according to the fine wiring forming method of FIG.
FIG. 9 is a view showing the composition ratios of alloying materials that can be employed in the fine wiring forming method according to another embodiment of the present invention.
Fig. 10 is an exemplary diagram showing a state of an alloy wiring before and after a heat treatment in a method of forming a fine wiring using the alloy material of Fig.
11 is a view for explaining a result of evaluation of the heat treatment of the alloy wiring shown in Fig.
12 is a diagram schematically showing a result of a heat treatment evaluation of the alloy wiring shown in Fig.
13 is a view showing the state of the alloy wiring of FIG. 10 after heat treatment.
FIG. 14 is a view showing a composition ratio of an alloy material that can be employed in the method of forming a fine wiring according to another embodiment of the present invention. FIG.
15 is an exemplary view showing a material composition ratio of a single metal wiring that can be employed in the method of forming a fine wiring according to another embodiment of the present invention.
FIG. 16 is an exemplary view showing a wiring state before and after the heat treatment of the method of forming a fine wiring using the single metal wiring shown in FIG. 15 in contrast.
17 is a view for explaining a result of the heat treatment evaluation of the single metal wiring shown in Fig.
18 is a diagram schematically showing a result of the heat treatment evaluation of the single metal wiring shown in Fig.
FIG. 19 is a view including electron micrographs showing an enlarged view of a change in the single metal wiring before and after the heat treatment in FIG. 16; FIG.
FIG. 20 is an exemplary view showing a change in thickness of the single metal wiring of FIG. 16 after heat treatment;
21 is an exemplary view of a fine interconnect formation apparatus according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함한다", "가진다" 등과 관련된 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms related to "comprising "," having ", and the like are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 포함한다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 의미와 일치하는 의미로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined herein, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted in a manner consistent with the contextual meaning of the related art, and are not to be construed as ideal or overly formal, unless explicitly defined herein.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 배선 형성 방법에 대한 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of forming a fine wiring according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 미세 배선 형성 방법은, 기판에 미세 배선을 형성하는 제1 단계(S10)와, 레이저를 이용하여 배선을 열처리하는 제2 단계(S20)의 일련의 절차를 포함한다. 본 실시예의 방법은, 미세 배선을 형성하는데 있어서, 합금 재료를 사용하여 미세 배선을 형성하고 레이저로 열처리를 수행함으로써 배선의 조직 치밀도와 성능을 향상시킬 수 있다. 여기서 성능은 저항 산포 감소, 평균 저항 감소, 증착 선폭 감소, 내부 막질 향상 및 크랙 제거의 종합적인 성능을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a method of forming a fine wiring according to the present embodiment includes a first step (S10) of forming a fine wiring on a substrate and a second step (S20) of heat-treating the wiring using a laser . The method of this embodiment can improve the texture density and performance of a wiring by forming a fine wiring using an alloy material and performing a heat treatment with a laser in forming a fine wiring. Performance here can include the overall performance of reduced resistance dissipation, reduced average resistance, reduced deposition linewidth, improved internal film quality, and crack removal.

구체적으로, 제1 단계(S10)에서는 기판에 수 마이크로미터(㎛)의 선폭을 가진 미세배선 패턴을 형성한다. 제1 단계(S10)에서는 미세배선 패턴을 형성하는 기존의 다양한 패터닝 기술들을 이용할 수 있다. 바람직하게는, 레이저 화학기상증착(laser chemical vapor deposition, LCVD)이나 전기수력학(Electrohydrodynamic, EHD) 잉크젯 기술을 이용할 수 있다.Specifically, in the first step S10, a fine wiring pattern having a line width of several micrometers (占 퐉) is formed on a substrate. In the first step S10, various conventional patterning techniques for forming a fine wiring pattern can be used. Preferably, laser chemical vapor deposition (LCVD) or electrohydrodynamic (EHD) ink jet technology may be used.

미세배선 패턴은 기판상에 단층 구조로 형성되거나 적층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 제조되는 전자부품 소자에서 미세배선 패턴은 산화막이나 질화막의 절연층에 의해 덮혀질 수 있다.The fine wiring pattern may be formed as a single layer structure on the substrate or may be formed as a laminate or a multilayer structure. In the manufactured electronic component, the fine wiring pattern can be covered with an insulating layer of an oxide film or a nitride film.

배선 재료는 텅스텐(tungsten, W)과 몰리브덴(Molybdenum, Mo)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서 배선 재료는 은(Ag), 구리, 금(Au), 백금(Pt), 알루미늄(Al) 또는 이들의 조합 중에서 선택되는 하나 이상의 재료를 더 포함할 수 있다. 이러한 배선 재료로 형성되는 미세배선 패턴은 탄소 원자나 산소 원자를 포함할 수 있다.The wiring material may include tungsten (W) and molybdenum (Mo). In another embodiment, the wiring material may further comprise at least one material selected from silver (Ag), copper, gold (Au), platinum (Pt), aluminum (Al) The fine wiring pattern formed from such a wiring material may contain a carbon atom or an oxygen atom.

제2 단계(S20)는 위에서 언급한 특정 합금 재료를 LCVD나 EHD 젯(jet) 등의 기술을 이용하여 미세배선 패턴을 형성한 후 일반적인 열처리를 수행하는 것과 달리 추가적인 성능 향상을 위해 레이저 열처리를 수행하는 것을 포함한다.In the second step S20, the above-described specific alloying material is subjected to a laser heat treatment for further improvement in performance, unlike the case of forming a fine wiring pattern using techniques such as LCVD or EHD jet, .

레이저 열처리는 배선의 표면에서 깊이 1㎛까지를 500℃ 내지 650℃의 온도 분위기에서 선택적으로 가열한 후 냉각하도록 구현될 수 있다. 냉각은 실온으로의 서냉을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The laser heat treatment may be implemented so as to selectively heat the surface of the wiring to a depth of 1 mu m in a temperature atmosphere of 500 DEG C to 650 DEG C and then cool it. Cooling may include, but is not limited to, slow cooling to room temperature.

도 2는 도 1의 미세 배선 형성 방법에 따른 합금 배선의 열처리 이전과 이후의 막질을 단일 텅스텐 배선의 막질과 대비하여 보여주는 도면이다. 도 2에서 합금 배선과 단일 텅스텐 배선 각각은 절연층에 의해 덮여있다.FIG. 2 is a view showing the film quality before and after the heat treatment of the alloy wiring according to the fine wiring forming method of FIG. 1 in comparison with the film quality of a single tungsten wiring. In Fig. 2, each of the alloy wiring and the single tungsten wiring is covered with an insulating layer.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 미세 배선 형성 방법은 합금 배선(간략히, Alloy)과 단일 금속 재료로 형성되는 텅스텐 배선(간략히, Single W)에서 저항, 저항 산포, 단면 상태, 선폭, 어닐링 효과 등에서 우수한 성능을 나타낼 수 있다. 합금 배선으로는 텅스텐 50중량%와 몰리브덴 50중량%로 구성된 재료를 사용하였다. 텅스텐 배선의 재료는 화학식 W(CO)6로 표시되는 화학적 화합물일 수 있다.Referring to FIG. 2, the method of forming a fine wiring according to the present embodiment is characterized in that the resistance, the resistance spread, the cross-sectional state, the line width, the annealing Effects and the like can be exhibited. As the alloy wiring, a material composed of 50 wt% of tungsten and 50 wt% of molybdenum was used. The material of the tungsten wiring may be a chemical compound represented by the chemical formula W (CO) 6.

합금 배선에 대한 실험 결과, 단위 면적당 저항은 기존의 약 200Ω에서 약 107Ω으로 낮아진 것으로 측정되었고, 추가적으로 레이저 열처리를 수행한 후에는 약 94Ω으로 낮아진 것으로 측정되었다. 저항 산포는 레이저 열처리 전후를 비교할 때 약 30% 감소된 것을 확인되었다. 단면 상태의 관찰 결과, 레이저 열처리 전후의 표면 거칠기 정도를 유사하나, 내부 막질은 레이저 열처리를 수행한 경우가 더 좋은 것으로 확인되었다. 또한, 미세배선의 선폭은 레이저 열처리 전에 비해 1.0㎛가 감소되어 약 2.3㎛를 유지하는 것으로 측정되었다.As a result of the experiment on the alloy wiring, the resistance per unit area was measured to be lowered from about 200Ω to about 107Ω, and furthermore, after laser heat treatment, it was measured to be lowered to about 94Ω. It was confirmed that the resistance scattering was reduced by about 30% when compared with before and after laser annealing. As a result of the observation of the cross - sectional state, the surface roughness before and after the laser annealing was similar, but the internal film quality was better when the laser annealing was performed. In addition, the line width of the fine wiring was measured to be 1.0 mu m smaller than that before the laser annealing and maintained at about 2.3 mu m.

텅스텐 배선에 대한 실험 결과, 단위 면적당 저항은 기존의 약 150Ω에서 약 72Ω으로 낮아진 것으로 측정되었고, 추가적으로 레이저 열처리를 수행한 후에는 약 62Ω으로 낮아진 것으로 측정되었다. 단면 상태의 관찰 결과, 내부 막질은 레이저 열처리 전후가 유사하고 레이저 열처리에 의해 공극 변형에 따라 크랙이 제거되는 효과가 있는 것으로 확인되었다. 또한, 미세배선의 선폭은 레이저 열처리 전에 비해 2.0㎛가 감소되어 약 2.5㎛를 유지하는 것으로 측정되었다.As a result of the test on the tungsten wiring, the resistance per unit area was measured to be reduced from about 150 Ω to about 72 Ω, and after the additional laser annealing, it was measured to be about 62 Ω. As a result of the observation of the cross - sectional condition, it was confirmed that the inner film quality was similar before and after the laser heat treatment, and the crack was removed according to the porosity deformation by the laser heat treatment. Further, the line width of the fine wiring was measured to be about 2.0 탆 reduced to about 2.5 탆 compared with that before laser heat treatment.

이하에서는 먼저 도 3 내지 도 14를 참조하여 다양한 합금 배선들에 대한 실시예들을 설명하고, 그 다음으로 도 15 내지 도 20을 참조하여 단일 텅스텐 배선의 경우를 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of various alloy wirings will be described with reference to FIGS. 3 to 14, and then a single tungsten wiring will be described with reference to FIGS. 15 to 20. FIG.

도 3은 도 2의 합금 배선의 열처리 전후의 상태를 대비하여 보여주는 예시도이다. 도 4는 도 3의 합금 배선의 열처리 평가 결과를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 도 3의 합금 배선의 열처리 평가 결과를 도식적으로 나타낸 도면이다.FIG. 3 is an exemplary view showing a state before and after the heat treatment of the alloy wiring of FIG. Fig. 4 is a view for explaining the evaluation results of the heat treatment of the alloy wiring of Fig. 3; Fig. 5 is a diagram schematically showing a result of the heat treatment evaluation of the alloy wiring of Fig. 3;

본 실시예에 따른 합금 배선의 재료는 텅스텐(W)과 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다. 특히, 합금 배선은 텅스텐 50중량% 및 몰리브덴 50중량%로 구성될 수 있다.The material of the alloy wiring according to this embodiment may include tungsten (W) and molybdenum (Mo). In particular, the alloy wiring can be composed of 50 wt% of tungsten and 50 wt% of molybdenum.

전술한 배선 재료로 형성된 미세배선의 성능을 향상시키기 위해, 본 실시예에서는 레이저 열처리를 수행한다. 레이저 열처리의 수행 전 및 후의 미세배선 패턴의 외관은 도 3에 도시한 바와 같다. 도 3에서 레이저 열처리 후의 미세배선 패턴은 레이저 열처리 전의 미세배선 패턴에 비해 선폭 감소 등의 우수한 성능을 나타낸다.In order to improve the performance of the fine wiring formed of the wiring material described above, laser heat treatment is performed in this embodiment. The appearance of the fine wiring patterns before and after the laser heat treatment is as shown in Fig. In FIG. 3, the fine wiring pattern after the laser heat treatment shows excellent performance such as reduction in line width as compared with the fine wiring pattern before laser heat treatment.

도 4에 나타낸 바와 같이, 기판에 형성된 합금 배선에 대한 7회의 실험 결과, 레이저 열처리 이전 즉, 어닐링(annealing) 전에 측정한 저항 평균은 약 107.29Ω이었으나, 레이저 열처리 이후 즉, 어닐링 후 저항평균은 약 94.29Ω으로 변하였다. 최대로는 약 19Ω이 감소하였고, 최소로는 약 13Ω이 감소하였다.As shown in FIG. 4, the resistance average measured before the annealing (annealing) was about 107.29? In seven experiments on the alloy wiring formed on the substrate. However, after the laser annealing, 94.29?. At the maximum, about 19 Ω decreased and at least about 13 Ω decreased.

또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 대부분의 실험예에서 증착(deposition, depo) 선폭은 3.3㎛에서 2.3㎛로 감소하여 1.0㎛만큼 감소하였다. 평균 저항은 약 107Ω에서 약 94Ω으로 약 13Ω만큼 감소하였다. 그리고 저항 산포는 약 6.9Ω에서 약 4.9Ω으로 약 30%만큼 감소하였다.Also, as shown in FIG. 5, the deposition width decreased from 3.3 .mu.m to 2.3 .mu.m and decreased by 1.0 .mu.m in most of the experimental examples. The average resistance was reduced by about 13 OMEGA from about 107 OMEGA to about 94 OMEGA. And the resistance spread was reduced by about 30% from about 6.9 ohms to about 4.9 ohms.

이와 같이, 본 실시예에 따른 레이저 열처리 후 합금 배선에 대한 성능은, 레이저 열처리 전이나 기존의 다른 열처리 수행 후의 합금 배선의 성능에 비해 우수한 것으로 확인되었다.As described above, it was confirmed that the performance of the alloy wiring after the laser annealing according to the present embodiment was superior to that of the alloy wiring before the laser heat treatment or after the other heat treatment.

도 6은 도 2의 합금 배선의 열처리 전후의 변화를 보여주는 도면들이다. 도 7은 도 2의 합금 배선의 열처리 후의 변화를 보여주는 또 다른 예시도이다.FIG. 6 is a view showing a change in the alloy wiring of FIG. 2 before and after the heat treatment. FIG. Fig. 7 is another example showing the change of the alloy wiring of Fig. 2 after the heat treatment. Fig.

본 실시예에 따른 미세 배선 형성 방법에서 합금 재료를 이용하여 배선을 형성하는 경우, 레이저 열에 의한 어닐링 효과로 합금 배선이 불안정한 상태에서 안정한 상태로 변화하고 그에 따라 내부 막질의 밀도가 증가하는 것을 확인하였다.In the method of forming a fine wiring according to the present embodiment, in the case of forming a wiring using an alloy material, it was confirmed that the alloy wiring changed from an unstable state to a stable state due to the annealing effect by the laser heat, thereby increasing the density of the internal film quality .

또한, 합금 배선의 흑결함을 수정하는 재핑(zapping) 작업을 수행하여 평균저항을 1차적으로 107Ω으로 낮출 수 있다. 재핑 작업은 본 실시예에서 열풍, 마이크로파 또는 이들의 조합에 의한 개선된 재핑 작업을 포함할 수 있다. 그런 다음, 레이저 열처리에 의한 어닐링 적용을 통해 평균저항을 107Ω에서 94Ω으로 크게 낮출 수 있다.In addition, a zapping operation for correcting the black defect of the alloy wiring can be performed to lower the average resistance to 107 1. The jumping operation may include an improved jumping operation in this embodiment by hot air, microwaves, or a combination thereof. The average resistance can then be significantly reduced from 107 Ω to 94 Ω by annealing by laser annealing.

전술한 미세 배선 형성 방법에 의하면, 도 6에 도시한 바와 같이, 합금 배선의 열처리 미 적용시에 배선 중간 부분에 U자 형태의 골이 발생하였으나(A1 참조), 열처리 적용 후에 대응 배선 중간 부분에 U자 형태의 골 모양이 사라진 것을 확인할 수 있다(A2 참조). 또한, 합금 배선의 열처리 미 적용시에 약 50% 또는 2개 중 1개 정도의 실험 대상인 미세배선의 내부에서 크랙(crack)이 발생하였으나(B1 참조), 열처리 적용 후에 대응 미세배선의 내부 모두에서 크랙이 제거된 것을 확인할 수 있다(B2 참조).As shown in FIG. 6, in the above-described fine wiring forming method, U-shaped crests are generated in the middle of the wiring when the alloy wiring is not heat treated, but after the heat treatment is applied, The U-shaped bony pattern disappears (see A2). In addition, when the alloy wiring was not heat-treated, cracks were generated in the inside of the fine interconnections of about 50% or about one of the two (see B1). However, after application of the heat treatment, It can be confirmed that the crack is removed (see B2).

또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 합금 배선에 대한 본 실시예의 열처리 적용시, 배선의 선폭은 약 3.3㎛에서 약 2.3㎛로 감소된 것을 확인할 수 있다.As shown in Fig. 7, it can be seen that, when the heat treatment of the present embodiment is applied to the alloy wiring, the line width of the wiring is reduced from about 3.3 mu m to about 2.3 mu m.

도 8a 내지 8d는 도 1의 미세 배선 형성 방법에 따른 합금 배선의 열처리 과정을 설명하기 위한 도면들이다.8A to 8D are views for explaining a heat treatment process of an alloy wiring according to the fine wiring forming method of FIG.

도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 본 실시예에 따른 미세 배선 형성 방법은 레이저 열처리 과정을 포함한다. 레이저 열처리 과정은 여러 미세배선 패턴 중 특정 미세배선을 레이저 초점에 정렬하고(도 8a 참조), 기설정 온도 분위기에서 예열하고(도 8b 참조), 예열 동작 직후나 일정 시간 이내에, 혹은 예열 온도가 일정 온도 이하로 떨어지기 전에(도 8c 참조) 예열의 온도보다 높은 온도 분위기에서 레이저 빔으로 가열하도록 이루어질 수 있다. 레이저 빔은 특정 미세배선에 맞추어진 원형 단면 형태를 구비할 수 있다(도 8d 참조).Referring to FIGS. 8A to 8D, the method for forming a fine wiring according to the present embodiment includes a laser annealing process. The laser annealing process aligns specific fine wirings among the various fine wiring patterns to a laser focus (see FIG. 8A), preheats the wafer in a pre-set temperature atmosphere (see FIG. 8B) Can be made to heat with the laser beam in a temperature atmosphere higher than the preheating temperature before falling below the temperature (cf. Fig. 8c). The laser beam may have a circular cross-sectional shape adapted to a specific fine interconnect (see FIG. 8D).

레이저 빔에 의한 가열은 기판 상면측이나 하면측에서 레이저 빔을 조사하여 수행될 수 있다. 본 실시예에서, 원형 단면을 가진 레이점 빔은 세 개의 미세배선 패턴 중 중앙의 미세배선에 맞추어 조사되고 있다(도 8d 참조). 이 경우, 바람직한 구현예로서, 레이저 열처리를 위한 레이저 빔은 배선 표면에 조사될 수 있다. 레이저 빔은 온도 분위기 500℃ 내지 650℃에서 배선 표면에서 깊이 1㎛까지를 선택적으로 가열하도록 수행될 수 있다.The heating by the laser beam can be performed by irradiating the laser beam on the upper surface side or the lower surface side of the substrate. In this embodiment, a ray-spot beam having a circular cross-section is irradiated to the center fine wiring among three fine wiring patterns (see Fig. 8D). In this case, in a preferred embodiment, the laser beam for the laser heat treatment can be irradiated on the wiring surface. The laser beam can be selectively heated to a depth of 1 [mu] m from the wiring surface at a temperature of 500 [deg.] C to 650 [deg.] C.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세 배선 형성 방법에 채용할 수 있는 합금 재료의 성분 비율을 보여주는 도면이다.FIG. 9 is a view showing the composition ratios of alloying materials that can be employed in the fine wiring forming method according to another embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 합금 배선의 재료는 텅스텐(W)과 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다. 이러한 합금 재료로 기판에 형성되는 미세배선 패턴은 상대적으로 소량의 탄소원자(C), 산소원자(O) 등을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9, the material of the alloy wiring according to this embodiment may include tungsten (W) and molybdenum (Mo). The fine wiring pattern formed on the substrate by such an alloying material may further include a relatively small amount of carbon atoms (C), oxygen atoms (O), and the like.

배선 재료의 구성원소에 대한 함량을 나타내면 표 1과 같다.Table 1 shows the contents of constituent elements of the wiring material.

ElementElement Wt%Wt% At%At% C (CK)C (CK) 02.5302.53 15.7415.74 O (OK)O (OK) 04.9304.93 23.0023.00 W (WM)W (WM) 28.9028.90 11.7311.73 Mo (MoL)Mo (MoL) 63.6463.64 49.5249.52

표 1에서와 같이, 본 실시예에 따른 합금 배선에 함유된 원소의 함량비는 텅스텐 28.90 중량%, 몰리브덴 63.64 중량%, 산소 4.93 중량% 및 탄소 02.53 중량% 일 수 있다. 또한, 표 1에는 각 원소의 중량%(Wt%)가 At%로도 환산되어 표시되어 있다.As shown in Table 1, the content ratio of the element contained in the alloy wiring according to this embodiment may be 28.90 wt% of tungsten, 63.64 wt% of molybdenum, 4.93 wt% of oxygen and 02.53 wt% of carbon. In Table 1, the weight% (Wt%) of each element is also expressed in terms of At%.

위와 같은 합금 배선을 위한 합금 재료는 텅스텐(W)과 몰리브덴(Mo)의 함량비(중량% 기준)가 3:7인 경우에 대응할 수 있다. 이러한 합금 재료를 이용하면, 기판에 미세배선 패턴을 형성한 후 레이저 열처리를 수행하여 배선 성능을 향상시킬 수 있다.The alloying material for the above-described alloy wiring can cope with the case where the content ratio (based on weight%) of tungsten (W) and molybdenum (Mo) is 3: 7. By using such an alloying material, it is possible to improve the wiring performance by forming a fine wiring pattern on the substrate and performing laser heat treatment.

도 10은 도 9의 합금 재료를 이용하는 미세 배선 형성 방법의 열처리 전후의 합금 배선 상태를 대비하여 보여주는 예시도이다. 도 11은 도 10의 합금 배선의 열처리 평가 결과를 설명하기 위한 도면이다. 도 12는 도 10의 합금 배선의 열처리 평가 결과를 도식적으로 나타낸 도면이다. 도 13은 도 10의 합금 배선의 열처리 후의 상태를 보여주는 도면이다.Fig. 10 is an exemplary diagram showing a state of an alloy wiring before and after a heat treatment in a method of forming a fine wiring using the alloy material of Fig. 11 is a view for explaining a result of evaluation of the heat treatment of the alloy wiring shown in Fig. 12 is a diagram schematically showing a result of a heat treatment evaluation of the alloy wiring shown in Fig. 13 is a view showing the state of the alloy wiring of FIG. 10 after heat treatment.

본 실시예에 따른 합금 배선의 재료는 텅스텐(W)과 몰리브덴(Mo)을 기재된 순서대로 약 30중량%와 약70중량%로 함유할 수 있다. 전술한 배선 재료로 형성된 미세배선의 성능을 향상시키기 위해, 본 실시예에서는 레이저 열처리를 수행한다. 레이저 열처리는 레어저 어닐링(Laser annealing)을 포함한다.The material of the alloy wiring according to this embodiment may contain tungsten (W) and molybdenum (Mo) in the order of 30 wt% and 70 wt%, respectively. In order to improve the performance of the fine wiring formed of the wiring material described above, laser heat treatment is performed in this embodiment. The laser annealing includes laser annealing.

레이저 열처리의 수행 전 및 후의 미세배선 패턴의 외관은 도 10에 도시한 바와 같다. 도 10에서 레이저 열처리 후의 미세배선 패턴은 레이저 열처리 전의 미세배선 패턴에 비해 선폭 감소 등의 우수한 성능을 나타낸다.The appearance of the fine wiring patterns before and after the laser heat treatment is as shown in Fig. In FIG. 10, the fine wiring pattern after the laser heat treatment exhibits excellent performance such as reduction in line width as compared with the fine wiring pattern before the laser heat treatment.

또한, 도 11에 나타낸 바와 같이, 기판에 형성된 합금 배선에 대한 5회의 실험 결과, 레이저 열처리 이전 즉, 어닐링(annealing) 전에 측정한 저항 평균은 약 108.6Ω이었으나, 레이저 열처리 이후 즉, 어닐링 후 저항 평균은 약 99.4Ω으로 변하였다. 최대로는 약 19Ω이 감소하였고, 최소로는 약 5Ω이 감소하였다.As shown in FIG. 11, the resistance average measured before the annealing (annealing) was about 108.6 OMEGA, after the laser annealing, that is, after the annealing, Was changed to about 99.4?. At the maximum, about 19 Ω decreased and at least about 5 Ω decreased.

또한, 도 12에 나타낸 바와 같이, 대부분의 실험예에서 증착(deposition, depo) 선폭은 3.4㎛에서 2.3㎛로 감소하여 1.1㎛만큼 감소하였다. 평균 저항은 약 109Ω에서 약 99Ω으로 약 10Ω만큼 감소하였다. 그러나 저항 산포는 약 4.9Ω에서 약 5.9Ω으로 약 20%만큼 증가하였다.Further, as shown in FIG. 12, in most of the experimental examples, the deposition width decreased from 3.4 .mu.m to 2.3 .mu.m and decreased by 1.1 .mu.m. The average resistance decreased by about 10 Ω from about 109 Ω to about 99 Ω. However, the resistance spread increased from about 4.9 Ω to about 5.9 Ω by about 20%.

이와 같이, 본 실시예에 따른 레이저 열처리 후 합금 배선에 대한 일부 성능은, 레이저 열처리 전이나 기존의 다른 열처리 수행 후의 합금 배선의 성능에 비해 부분적으로 우수한 것으로 확인되었다. 특히, 도 13에 도시한 바와 같이, 열처리 후의 막질은 단일 텅스텐 배선의 열처리 후의 막질(도 2 참조)에 비해 상대적으로 우수함을 알 수 있다.As described above, it has been confirmed that the performance of the alloy wiring after the laser annealing according to the present embodiment is partially superior to that of the alloy wiring before the laser heat treatment or after the other heat treatment. In particular, as shown in Fig. 13, it can be seen that the film quality after the heat treatment is relatively superior to the film quality after heat treatment (see Fig. 2) of the single tungsten wiring.

한편, 본 실시예의 변형예에서, 텅스텐(W)과 몰리브덴(Mo)의 함량비(중량% 기준)를 기재된 순서대로 7:3인 경우에 대하여도 실험하였다. 그 결과, 위의 3:7의 함량비를 갖는 합금 재료와 유사한 배선 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, in the modified example of this embodiment, the content ratio of tungsten (W) to molybdenum (Mo) (based on weight%) was also tested in the order of 7: 3. As a result, it was confirmed that the wiring performance similar to the alloy material having the content ratio of 3: 7 was exhibited.

전술한 실시예들에 의하면, 본 실시예에 따른 미세 배선 형성 방법은 텅스텐과 몰리브덴의 함량비가 기재된 순서에 상관없이 30 내지 70중량% 및 50 내지 30중량% 범위에서 모두 우수한 배선 성능을 나타내는 것을 알 수 있다.According to the above-described embodiments, the fine wiring forming method according to the present embodiment shows excellent wiring performance in the range of 30 to 70% by weight and 50 to 30% by weight regardless of the order in which the content ratio of tungsten and molybdenum is written. .

이하에서는 합금 재료에 특정 원소를 추가한 경우에 대하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, a case where a specific element is added to an alloying material will be described.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세 배선 형성 방법에 채용할 수 있는 합금 재료의 성분 비율을 보여주는 도면이다.FIG. 14 is a view showing a composition ratio of an alloy material that can be employed in the method of forming a fine wiring according to another embodiment of the present invention. FIG.

도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 합금 배선의 재료는 텅스텐(W)과 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다. 또한, 배선 재료는 소정 함량의 백금(Pt)를 더 함유할 수 있다. 이러한 합금 재료를 사용하여 기판에 형성되는 미세배선 패턴은 상대적으로 소량의 탄소원자(C), 산소원자(O) 등을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 14, the material of the alloy wiring according to this embodiment may include tungsten (W) and molybdenum (Mo). Further, the wiring material may further contain a predetermined amount of platinum (Pt). The fine wiring pattern formed on the substrate using such an alloying material may further include a relatively small amount of carbon atoms (C), oxygen atoms (O), and the like.

상기의 배선 재료의 구성원소에 대한 함량을 나타내면 표 2와 같다.The content of the wiring material in the constituent elements is shown in Table 2.

ElementElement Wt%Wt% At%At% C (CK)C (CK) 03.7403.74 25.8125.81 O (OK)O (OK) 03.5903.59 18.5918.59 W (WM)W (WM) 48.2748.27 21.7721.77 Pt (PtM)Pt (PtM) 10.3410.34 04.4004.40 Mo (MoL)Mo (MoL) 34.0634.06 29.4329.43

표 2에서와 같이, 본 실시예에 따른 합금 배선에 함유된 원소의 함량비는 텅스텐 48.27 중량%, 몰리브덴 34.06 중량%, 백금 10.34 중량%, 산소 3.59 중량% 및 탄소 03.74 중량% 일 수 있다. 표 2에는 각 원소의 중량%(Wt%)가 At%로도 환산되어 표시되어 있다.As shown in Table 2, the content ratio of elements contained in the alloy wiring according to this embodiment may be 48.27 wt% of tungsten, 34.06 wt% of molybdenum, 10.34 wt% of platinum, 3.59 wt% of oxygen and 03.74 wt% of carbon. In Table 2, the weight% (Wt%) of each element is also expressed in terms of At%.

또한, 표 2에서 합금 배선 재료에 함유되는 원소들의 함량비는 매트릭스 보정(matrix correction) 또는 ZAF 보정에 의해 측정되거나 계산된 것일 수 있다. 매트릭스 보정이나 ZAF 보정은 전자주사현미경(scanning electron microscope, SEM) 등을 이용하는 X-선 분광분석(energy dispersive spectrometer, EDS)에서 발생하는 시료의 원소에 따라 X-선의 양이 달라지는 정량 결과의 에러를 보정하는 것을 포함할 수 있다.In addition, the content ratio of the elements contained in the alloy wiring material in Table 2 may be measured or calculated by matrix correction or ZAF correction. Matrix correction or ZAF correction is based on the fact that the amount of X-ray differs depending on the element of the sample generated in an energy dispersive spectrometer (EDS) using a scanning electron microscope (SEM) / RTI >

위와 같은 합금 배선 재료는 텅스텐(W)과 몰리브덴(Mo)의 함량비(중량% 기준)가 약 5:3.5이면서 다른 금속 예컨대 백금을 함유(약 10중량%)하는 경우에 대응할 수 있다. 이러한 합금 배선 재료를 이용하는 경우에도, 기판에 미세배선 패턴을 형성한 후 레이저 열처리를 수행하여 배선의 성능을 향상시킬 수 있다.Such an alloy wiring material can cope with a case where the content ratio of tungsten (W) to molybdenum (Mo) is about 5: 3.5 and another metal such as platinum is contained (about 10% by weight). Even when such an alloy wiring material is used, the performance of the wiring can be improved by forming a fine wiring pattern on the substrate and performing laser heat treatment.

이하에서는 단일 금속 배선의 경우에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the case of single metal wiring will be described.

도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세 배선 형성 방법에 채용할 수 있는 단일 금속 배선의 재료 성분을 나타낸 그래프이다.15 is a graph showing a material composition of a single metal wiring that can be employed in a method of forming a fine wiring according to another embodiment of the present invention.

도 15를 참조하면, 미세배선 패턴에 사용할 수 있는 단일 금속 배선의 재료는 텅스텐(W)을 포함할 수 있다. 단일 텅스텐 재료를 사용하여 기판에 형성되는 미세배선 패턴은 소량의 탄소(C), 산소(O) 등의 원소를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 15, the material of the single metal wiring that can be used for the fine wiring pattern may include tungsten (W). The fine wiring pattern formed on the substrate using a single tungsten material may further contain a small amount of elements such as carbon (C) and oxygen (O).

상기 텅스텐 배선 재료의 원소에 대한 함량을 나타내면 표 3과 같다.The content of the tungsten wiring material in the element is shown in Table 3.

ElementElement Wt%Wt% At%At% C (CK)C (CK) 03.0403.04 27.7727.77 O (OK)O (OK) 02.3002.30 15.7415.74 W (WM)W (WM) 94.6694.66 56.4956.49

도 16은 도 15의 단일 금속 배선을 이용한 미세 배선 형성 방법의 열처리 전후의 배선 상태를 대비하여 보여주는 예시도이다. 도 17은 도 16의 단일 금속 배선의 열처리 평가 결과를 설명하기 위한 도면이다. 도 18은 도 16의 단일 금속 배선의 열처리 평가 결과를 도식적으로 나타낸 도면이다.FIG. 16 is an exemplary view showing a wiring state before and after the heat treatment of the method of forming a fine wiring using the single metal wiring shown in FIG. 15 in contrast. 17 is a view for explaining a result of the heat treatment evaluation of the single metal wiring shown in Fig. 18 is a diagram schematically showing a result of the heat treatment evaluation of the single metal wiring shown in Fig.

단일 텅스텐 재료를 사용하여 기판에 미세배선 패턴을 형성한 후 레이저 열처리를 수행하기 전과 수행한 후의 미세배선 패턴 상태를 대비하여 나타내면 도 16과 같다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 레이저 열처리 후의 미세배선 패턴의 선폭은 레이저 열처리 전의 미세배선 패턴의 선폭에 비해 감소한 것을 알 수 있다.FIG. 16 shows a state in which fine wiring patterns are formed on a substrate using a single tungsten material, and then the state of the fine wiring patterns before and after the laser heat treatment is performed. As shown in Fig. 16, it can be seen that the line width of the fine wiring pattern after laser heat treatment is reduced as compared with the line width of the fine wiring pattern before laser heat treatment.

또한, 도 17에 나타낸 바와 같이, 단일 텅스텐 배선에 대한 7회의 실험 결과, 레이저 열처리 이전 즉, 어닐링(annealing) 전에 측정된 일정 길이의 각 미세배선 패턴의 저항은 62, 73, 63, 78, 82, 73, 75(Ω)이고 그 평균은 약 72.29Ω이었고, 레이저 열처리 이후 즉, 어닐링 후에 측정된 저항은 기재된 순서대로 60, 62, 51, 72, 77, 58, 57(Ω)이었고 그 평균은 약 62.71Ω이었다. 7회의 실험 결과 중 미세배선 패턴에 대한 저항은 최대 17Ω과 최소 2Ω이 감소되어 편차가 큰 것으로 확인되었다.As shown in FIG. 17, as a result of seven tests on single tungsten wiring, the resistance of each fine wiring pattern having a constant length measured before the annealing (annealing) was 62, 73, 63, 78 and 82 , 73, 75 (Ω), and the average was about 72.29Ω. The resistances measured after laser annealing, ie after annealing, were 60, 62, 51, 72, 77, 58 and 57 Lt; / RTI > In the results of seven experiments, it was confirmed that the resistance to the fine wiring pattern was reduced by a maximum of 17? And a minimum of 2?, Resulting in a large deviation.

또한, 도 18에 나타낸 바와 같이, 증착(deposition, depo) 선폭은 4.5㎛에서 2.5㎛로 감소하여 2.0㎛만큼 감소한 것으로 확인되었다. 평균저항은 약 72Ω에서 약 62Ω으로 약 10Ω만큼 감소한 것으로 확인되었다. 그리고 저항 산포는 약 7.4Ω에서 약 9.0Ω으로 약 18% 정도 증가한 것으로 확인되었다.Further, as shown in Fig. 18, the deposition line width was reduced from 4.5 탆 to 2.5 탆 and decreased by 2.0 탆. The average resistance was found to be reduced by about 10? From about 72? To about 62?. And the resistance spread increased from about 7.4Ω to about 9.0Ω by about 18%.

도 19는 도 16의 단일 금속 배선의 열처리 전후의 변화를 확대하여 보여주는 전자현미경 사진들을 포함한 도면이다. 도 20은 도 16의 단일 금속 배선의 열처리 후의 두께 변화를 보여주는 예시도이다.FIG. 19 is a view including electron micrographs showing an enlarged view of a change in the single metal wiring before and after the heat treatment in FIG. 16; FIG. FIG. 20 is an exemplary view showing a change in thickness of the single metal wiring of FIG. 16 after heat treatment;

단일 텅스텐 배선에도 본 실시예의 미세 배선 형성 방법을 적용하여 소정의 효과를 얻을 수 있다. 도 19에 도시한 바와 같이, 단일 텅스텐 배선의 열처리 미 적용시에 배선 중간 부분에 U자 형태의 골이 발생하였으나(A1 참조), 열처리 적용 후에 대응 배선 중간 부분에 U자 형태의 골 모양이 볼록한 형태로 변하여 사라진 것을 확인할 수 있다(A2 참조). 또한, 합금 배선의 열처리 미 적용시에 배선 내부에 약 17% 또는 6개 중 1개 정도에서 크랙(crack)이 발생하였으나(B1 참조), 열처리 적용 후에 대응 배선 내부의 크랙이 제거된 것을 알 수 있다(B2 참조).A predetermined effect can be obtained by applying the fine wiring forming method of the present embodiment to a single tungsten wiring. As shown in Fig. 19, in the case where a single tungsten wiring was not heat treated, a U-shaped crest was formed in the middle of the wiring (see A1), but after the heat treatment application, the U- (See A2). In addition, when the alloy wiring was not heat treated, cracks occurred in about 17% or about one out of six (see B1) in the wiring, but it was found that the cracks in the corresponding wiring were removed after application of the heat treatment (See B2).

전술한 경우, 단일 텅스텐 배선의 흑결함을 수정하는 재핑(zapping) 작업을 수행하여 평균저항을 150Ω에서 1차적으로 72Ω으로 낮출 수 있고, 레이저 열처리에 의한 어닐링 적용을 통해 평균저항을 추가로 72Ω에서 62Ω으로 낮출 수 있다.In the above case, a zapping operation for correcting black defects of a single tungsten wiring can be performed to lower the average resistance from 150 OMEGA to 72 OMEGA, and annealing by laser annealing can further reduce the average resistance to 72 OMEGA It can be lowered to 62Ω.

이와 같이, 단일 텅스텐 재료를 이용한 미세배선 패턴의 경우에도 본 실시예와 유사하게, 레이저 열에 의한 어닐링 효과로 텅스텐 배선이 불안정한 상태(A1)에서 안정한 상태(A2, B2)로 변화하고 그에 따라 내부 막질의 밀도가 증가하는 것을 알 수 있다.Thus, in the case of a fine wiring pattern using a single tungsten material, the tungsten wiring changes from the unstable state (A1) to the stable state (A2, B2) due to the annealing effect by the laser heat similarly to the present embodiment, It is seen that the density increases.

또한, 단일 텅스텐 배선에 대하여 본 실시예의 열처리를 적용하는 경우, 배선의 선폭은 약 4.5㎛에서 약 3.06㎛ 내지 약 2.3㎛로 감소될 수 있다(도 20 참조).Further, when the heat treatment of this embodiment is applied to a single tungsten wiring, the line width of the wiring can be reduced from about 4.5 占 퐉 to about 3.06 占 퐉 to about 2.3 占 퐉 (see FIG. 20).

전술한 레이저 열처리는 레이저 빔을 집광 렌즈로 집광한 후 스캐너나 스테이지로 배선 표면을 주사하는 방식을 포함하나, 이에 한정되지는 않는다. 레이저 열처리의 효율을 높이기 위해 기판을 사이에 두고 반사경에 의해 형성되는 반사 레이저 빔에 의한 다수의 미세배선이나 선 형태의 미세배선을 열처리하도록 구현될 수 있다.The above-described laser heat treatment includes, but is not limited to, a method of condensing a laser beam with a condenser lens and scanning the wiring surface with a scanner or a stage. It is possible to heat-treat a plurality of fine wirings or line-shaped fine wirings by a reflected laser beam formed by a reflecting mirror with a substrate interposed therebetween in order to increase the efficiency of the laser heat treatment.

도 21은 본 실시예의 다른 실시예에 따른 미세 배선 형성 장치에 대한 예시도이다.21 is an exemplary view of a fine interconnect formation apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 21을 참조하면, 본 실시예에 따른 미세 배선 형성 장치는, 타겟 기판(target substrate, S), 메인 레이저(210), 소결 레이저(sintering LASER, 230), 대물렌즈(objective lens, 220), 노즐팁(nozzle tip, 100), 투과조명(transmit illumination, 240), 반사조명(reflective illumination, 245), 카메라(camera), 미러부재(BS1, BS2), 슬릿(slit)을 포함할 수 있다. 또한, 미세 배선 형성 장치는 오토포커스 모듈의 제어모듈(미도시)을 추가로 구비할 수 있다. 메인 레이저(210)는 Zap 레이저 또는 이와 유사한 종류나 구조의 레이저일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. Referring to FIG. 21, the fine interconnect formation apparatus according to the present embodiment includes a target substrate S, a main laser 210, a sintering laser 230, an objective lens 220, A nozzle tip 100, a transmit illumination 240, a reflective illumination 245, a camera, mirror members BS1 and BS2, and a slit. In addition, the fine wiring forming apparatus may further include a control module (not shown) of the autofocus module. The main laser 210 may be, but is not limited to, a Zap laser or a similar type or structure of lasers.

본 실시예의 장치에 의하면, 가공 대상 기판(S)과의 간격에 따라서 형성되는 전기장의 크기에 영향을 받는 종래 기술 대비 기판 하부에 전극을 형성하지 않고 전기수력학(Electrohydrodynamic, EHD) 노즐을 이용하여 상부 전극을 형성할 수 있다. 이때, 미리 설정된 조건으로 펄스를 제어하여 상부 전극에 인가할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 고주파 펄스제어를 통해 EHD 노즐에서 전도성 잉크를 미세 토출하여 미세 금속 배선을 형성할 수 있다.According to the apparatus of this embodiment, an electrode is not formed under the substrate, which is affected by the size of an electric field formed according to the distance from the substrate S to be processed, and an electrohydrodynamic (EHD) The upper electrode can be formed. At this time, the pulse can be controlled under the preset condition and applied to the upper electrode. That is, in this embodiment, the conductive ink is finely ejected from the EHD nozzle through high frequency pulse control to form a fine metal wiring.

이러한 미세 배선 형성 장치를 채용하면, 별도의 관측용 카메라 모듈을 사용하지 않고 기존 레이저 장치의 광학계의 렌즈와 기판 사이에 EHD 노즐(100)을 삽입하는 형태로 제조 장치를 구성할 수 있고, 이러한 장치를 통해 원하는 미세배선 패턴의 금속 라인을 효율적으로 형성할 수 있다.When such an apparatus for fine wire formation is employed, a manufacturing apparatus can be constructed in which an EHD nozzle 100 is inserted between a lens of an optical system of an existing laser device and a substrate without using a separate camera module for observation, The metal line of the desired fine wiring pattern can be efficiently formed.

한편, 다른 구성의 예로서, 본 실시예에 따른 미세 배선 형성 장치는, 미세 배선이 형성된 기판(substrate)을 지지하며 히터(heater) 등의 예열수단이 결합하고 서모커플(thermo-couple) 등의 센서가 결합하는 히터 플레이트(heater plate), 산소(oxygen)를 방출하는 노즐(nozzle)과 전구체(precursor)를 방출하는 노즐을 구비하는 원료공급수단, 및 적외선 레이저(IR-laser)를 조사하는 레이저 중 적어도 어느 하나를 대체하여 포함하거나 추가로 더 포함할 수 있다.As another example of the configuration, the fine interconnect formation apparatus according to the present embodiment supports a substrate on which fine interconnects are formed, and a preheating means such as a heater is coupled to the substrate and a thermo- A heater plate to which the sensor is coupled, a raw material supply means including a nozzle for discharging oxygen and a nozzle for discharging a precursor, and a laser for irradiating an infrared laser (IR-laser) , Or may further include at least one of the following.

또 다른 구성의 예로서, 본 실시예에 따른 미세 배선 형성 장치는, 미세 배선이 형성된 기판(substrate)을 지지하며 액츄에이터(actuator)가 결합하는 플레이트; 액추에이터의 2축 구동을 제어하는 스테이지 컨트롤러(stage controller); 플레이트 상의 기판을 예열하거나 조명을 제공하는 광원(light source); 기판 위에 정렬되고 전기수력학 헤드(EHD head); 전기수력학 헤드에 잉크를 공급하는 잉크 공급 제어기(ink flow controller); 잉크 공급 제어기에 연결되어 잉크 공급 제어기 내 잉크 챔버의 공기 압력과 진공 압력을 원하는 조건으로 제어하는 공기 제어기(air controller); 전기수력학 헤드에 수 백볼트 이상의 고전압 전력을 공급하는 고전압 컨트롤러(high voltage controller); 기판상의 전기수력학 젯(jet)의 토출 과정을 고속 촬영하는 카메라; 및 스테이지 컨트롤러, 잉크 공급 컨트롤러, 고전압 컨트롤러 및 카메라의 동작을 제어하는 메인 컨트롤 시스템(main control system) 중 적어도 어느 하나를 대체하여 포함하거나 추가로 더 포함할 수 있다.As another example of the configuration, the fine wire formation apparatus according to the present embodiment includes a plate that supports a substrate on which fine wires are formed and is coupled with an actuator; A stage controller for controlling two-axis driving of the actuator; A light source for preheating or illuminating the substrate on the plate; An electrohydraulic head (EHD head) arranged on the substrate; An ink flow controller for supplying ink to the electrohydraulic head; An air controller connected to the ink supply controller for controlling the air pressure and the vacuum pressure of the ink chamber in the ink supply controller to a desired condition; A high voltage controller that supplies a high voltage power of several hundred volts or more to an electrohydraulic head; A camera for photographing the discharge process of the electrohydraulic jet on the substrate at high speed; And a main control system for controlling the operation of the stage controller, the ink supply controller, the high voltage controller, and the camera.

본 실시예에 의하면, 레이저 광원의 직진성/방향성(directionality)과 단색성(monochromaticity)을 이용하여 기판에 금속 재료를 효과적으로 증착할 수 있다. 방향성은 특정 파장의 레이저에서 배선 표면에서 일정 깊이까지 영역에 원하는 에너지를 매우 정확하게 조준하는데 이용될 수 있고, 그에 의해 국부적인 증착이나 열처리를 효과적으로 수행할 수 있다. 단색성은 열에너지로 전자 또는 진동 에너지 레벨을 자극하여 배선 내의 반응 분자를 직접 증착하는데 이용될 수 있다. 이러한 에너지 유동의 정확한 제어는 열 평행에 필요한 온도보다 매우 낮은 기판 온도에서 증착을 수행할 수 있는 장점이 있다. 또한, 식각, 현상, 증착 등의 복잡한 공정을 단순화시킬 수 있고, 전도성 금속파티클, 유기재료, 탄소나노튜브 등의 기능성 재료가 첨가된 고점도 잉크를 수 마이크로미터(㎛) 크기의 액적으로 만들어 기판상에 원하는 미세 패턴을 형성할 수 있는 장점이 있다.According to the present embodiment, the metal material can be effectively deposited on the substrate by using the directivity / directionality and the monochromaticity of the laser light source. The directionality can be used to very accurately aim the desired energy in the region from the wiring surface to a certain depth in a laser of a specific wavelength, thereby effectively performing local deposition or heat treatment. Monochromaticity can be used to directly deposit reacting molecules in wiring by stimulating electrons or vibration energy levels with thermal energy. The precise control of this energy flow is advantageous in that the deposition can be performed at a substrate temperature much lower than the temperature required for thermal parallelism. In addition, it is possible to simplify complicated processes such as etching, development, deposition, etc., and make high viscosity inks containing conductive metal particles, organic materials, carbon nanotubes, and other functional materials into droplets of several micrometers It is possible to form a desired fine pattern on the substrate.

전술한 실시예의 미세 배선 형성 장치를 이용하면, 기판에 형성되는 미세배선의 조직 치밀도를 향상시키고 단위 저항을 수십 옴으로 낮추며 선폭을 2㎛대 수준까지 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 미세 배선의 중간 부분에 형성되는 U자 형태의 골을 제거하고, 배선 내부에 발생된 크랙이 제거할 수 있으며 배선의 선폭을 2.3㎛까지 감소시킬 수 있는 장점이 있다.The use of the fine interconnect formation apparatus of the above-described embodiment has the advantage of improving the texture density of the fine interconnections formed on the substrate, lowering the unit resistance to tens of ohms, and reducing the line width to 2 mu m. In addition, it is possible to remove the U-shaped troughs formed in the middle portion of the fine wiring, to remove the cracks generated in the wiring, and to reduce the line width of the wiring to 2.3 탆.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that

Claims (11)

합금 재료를 사용하여 기판에 배선을 형성하는 단계; 및
상기 배선을 레이저로 열처리하는 단계를 포함하는, 미세 배선 형성 방법.
Forming wiring on the substrate using an alloy material; And
And thermally treating the wiring with a laser.
청구항 1에 있어서,
상기 합금 재료는 텅스텐(tungsten, W)과 몰리브덴(Molybdenum, Mo)을 포함하는, 미세 배선 형성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the alloy material comprises tungsten (W) and molybdenum (Mo).
청구항 2에 있어서,
상기 합금 재료는 텅스텐 30중량% 내지 70중량% 및 몰리브텐 70중량% 내지 30중량%인, 미세 배선 형성 방법.
The method of claim 2,
Wherein the alloy material is 30 wt% to 70 wt% of tungsten and 70 wt% to 30 wt% of molybdenum.
청구항 3에 있어서,
상기 합금 재료는 소정량의 백금을 더 함유하는, 미세 배선 형성 방법.
The method of claim 3,
Wherein the alloy material further contains a predetermined amount of platinum.
청구항 2에 있어서,
상기 합금 재료는 텅스텐 50중량% 및 몰리브텐 50중량%인, 미세 배선 형성 방법.
The method of claim 2,
Wherein the alloy material is 50 wt% tungsten and 50 wt% molybdenum.
청구항 1에 있어서,
상기 합금 재료는 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 금(Au) 및 알루미늄(Al)에서 선택되는 서로 다른 제1 금속과 제2 금속을 포함하고, 상기 제1 금속과 제2 금속은 미세배선 패턴 내 중량부 함량이 가장 큰 재료와 두 번째로 큰 재료인, 미세 배선 형성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the alloy material comprises different first metals and second metals selected from tungsten (W), molybdenum (Mo), silver (Ag), gold (Au) and aluminum (Al) 2 < / RTI > metal is the material with the largest weight content and the second largest material in the fine wiring pattern.
청구항 6에 있어서,
상기 제1 금속과 제2 금속의 함량은 기재된 순서대로 30중량% 내지 70중량% 및 70중량% 내지 30중량%인, 미세 배선 형성 방법.
The method of claim 6,
Wherein the contents of the first metal and the second metal are 30 wt% to 70 wt% and 70 wt% to 30 wt% in the order described.
청구항 1에 있어서,
상기 열처리하는 단계는, 상기 배선의 표면에서 깊이 1㎛까지를 선택적으로 가열한 후 냉각하는, 미세 배선 형성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment is performed by selectively heating the surface of the wiring to a depth of 1 占 퐉 and then cooling the wiring.
청구항 8에 있어서,
상기 열처리하는 단계는, 상기 배선을 500℃ 내지 650℃의 온도 분위기에서 가열하는, 미세 배선 형성 방법.
The method of claim 8,
Wherein the heat treatment is performed by heating the wiring in a temperature atmosphere of 500 deg. C to 650 deg.
청구항 1에 있어서,
상기 형성하는 단계는 레이저 화학기상증착(laser chemical vapor deposition, LCVD)을 이용하는, 미세 배선 형성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the forming comprises using laser chemical vapor deposition (LCVD).
청구항 1에 있어서,
상기 형성하는 단계는 전기수력학(Electrohydrodynamic, EHD) 젯(jet)을 이용하는, 미세 배선 형성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the forming comprises using an electrohydrodynamic (EHD) jet.
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