JPH08241894A - レーザ・アブレーション加工方法 - Google Patents
レーザ・アブレーション加工方法Info
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- JPH08241894A JPH08241894A JP4408295A JP4408295A JPH08241894A JP H08241894 A JPH08241894 A JP H08241894A JP 4408295 A JP4408295 A JP 4408295A JP 4408295 A JP4408295 A JP 4408295A JP H08241894 A JPH08241894 A JP H08241894A
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- barrier film
- wiring
- film
- ablation
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-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/0011—Working of insulating substrates or insulating layers
- H05K3/0017—Etching of the substrate by chemical or physical means
Landscapes
- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体集積回路へのレーザアブレーションの
適用に関し、ビア孔の形成とバリア膜の形成を実用化す
ることを目的とする。 【構成】 絶縁層上にこの絶縁層形成材料よりもアブレ
ーション閾値の高い材料よりなるバリア膜を形成してお
き、少なくともビア孔の半分が解像可能なレンズを用い
てエキシマレーザを照射してアブレーション加工を行っ
てビア孔を作り、また、後者は、配線がパターン形成し
てある絶縁層上にバリア金属を膜形成した後、絶縁層に
バリア膜がアブレーションするが配線がアブレーション
しないフルエンスのエキシマレーザを照射し、配線の側
面および表面を除いて絶縁層上のバリア膜を除去して形
成する。
適用に関し、ビア孔の形成とバリア膜の形成を実用化す
ることを目的とする。 【構成】 絶縁層上にこの絶縁層形成材料よりもアブレ
ーション閾値の高い材料よりなるバリア膜を形成してお
き、少なくともビア孔の半分が解像可能なレンズを用い
てエキシマレーザを照射してアブレーション加工を行っ
てビア孔を作り、また、後者は、配線がパターン形成し
てある絶縁層上にバリア金属を膜形成した後、絶縁層に
バリア膜がアブレーションするが配線がアブレーション
しないフルエンスのエキシマレーザを照射し、配線の側
面および表面を除いて絶縁層上のバリア膜を除去して形
成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＬＳＩやＶＬＳＩなどの
半導体集積回路および複数の半導体集積回路を搭載する
多層配線基板の形成に当たって効果的なレーザ・アアブ
レーション加工方法に関する。
半導体集積回路および複数の半導体集積回路を搭載する
多層配線基板の形成に当たって効果的なレーザ・アアブ
レーション加工方法に関する。
【０００２】大量の情報を高速に処理する必要から情報
処理装置は小型大容量化が行われており、この装置の主
体を構成する半導体装置は単位素子の小型化により大容
量化が行われてＬＳＩやＶＬＳＩなどの集積回路が実用
化されている。
処理装置は小型大容量化が行われており、この装置の主
体を構成する半導体装置は単位素子の小型化により大容
量化が行われてＬＳＩやＶＬＳＩなどの集積回路が実用
化されている。
【０００３】また、これらの集積回路を搭載する基板は
熱伝導性の優れたアルミナ（Ａl2Ｏ 3 ）や窒化アルミ
（Ａl Ｎ）などからなるセラミック多層基板が用いられ
ており、この多層基板は信号層，接地層，電源層などか
ら構成され、それぞれ、薄膜形成技術と写真蝕刻技術
（ホトリソグラフィ）を使用して配線がパターン形成さ
れており、また、それぞれの層に設けてあるビア（Via
）により立体回路が形成されていて、信号層上の半導
体集積回路を駆動するよう構成されている。
熱伝導性の優れたアルミナ（Ａl2Ｏ 3 ）や窒化アルミ
（Ａl Ｎ）などからなるセラミック多層基板が用いられ
ており、この多層基板は信号層，接地層，電源層などか
ら構成され、それぞれ、薄膜形成技術と写真蝕刻技術
（ホトリソグラフィ）を使用して配線がパターン形成さ
れており、また、それぞれの層に設けてあるビア（Via
）により立体回路が形成されていて、信号層上の半導
体集積回路を駆動するよう構成されている。
【０００４】また、薄膜回路基板も多層化されている
が、ＬＳＩの駆動に際して発熱を伴うことから層間絶縁
層の構成材料としては耐熱性と絶縁性が優れていること
が必要であり、有機絶縁材料としてはポリイミドなど耐
熱性の優れた低誘電率の樹脂が使用されている。
が、ＬＳＩの駆動に際して発熱を伴うことから層間絶縁
層の構成材料としては耐熱性と絶縁性が優れていること
が必要であり、有機絶縁材料としてはポリイミドなど耐
熱性の優れた低誘電率の樹脂が使用されている。
【０００５】こゝで、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体集
積回路は単位素子の小型化に伴い、信号線路の最小線幅
がサブミクロン（Sub-micron) に達しており、そのた
め、集積回路を搭載する基板の信号線路としてはサブミ
クロンの線幅のものが錯綜してパターン形成されてい
る。
積回路は単位素子の小型化に伴い、信号線路の最小線幅
がサブミクロン（Sub-micron) に達しており、そのた
め、集積回路を搭載する基板の信号線路としてはサブミ
クロンの線幅のものが錯綜してパターン形成されてい
る。
【０００６】このように、半導体集積回路の層間絶縁層
として、また、半導体集積回路を搭載する多層配線基板
の信号層の形成材料としてＳi Ｏ2 やＳi3Ｎ4 と共にポ
リイミドが用いられているが、本発明はポリイミドやエ
ポキシなどの合成樹脂（ポリマ）からなる絶縁層への孔
開けや絶縁層上への配線の形成に当たって効果的なレー
ザ・アブレーション加工方法に関するものである。
として、また、半導体集積回路を搭載する多層配線基板
の信号層の形成材料としてＳi Ｏ2 やＳi3Ｎ4 と共にポ
リイミドが用いられているが、本発明はポリイミドやエ
ポキシなどの合成樹脂（ポリマ）からなる絶縁層への孔
開けや絶縁層上への配線の形成に当たって効果的なレー
ザ・アブレーション加工方法に関するものである。
【０００７】
【従来の技術】ポリマを層間絶縁層とする多層配線基板
にビアを形成する方法としてエキシマレーザによるアブ
レーション（Ablation, 溶発) 加工が効果的である。
にビアを形成する方法としてエキシマレーザによるアブ
レーション（Ablation, 溶発) 加工が効果的である。
【０００８】こゝで、エキシマレーザはアルゴン（Ａr
）やクリプトン（Ｋr ）などの希ガスと弗素（Ｆ）や
塩素（Ｃl ）などのハロゲンとの励起子を利用したガス
レーザであって、高強度の紫外線を発振すると云う特徴
がある。
）やクリプトン（Ｋr ）などの希ガスと弗素（Ｆ）や
塩素（Ｃl ）などのハロゲンとの励起子を利用したガス
レーザであって、高強度の紫外線を発振すると云う特徴
がある。
【０００９】なお、通常の有機物は紫外域に強い吸収を
有することから、エキシマレーザのようにピーク強度が
〜100 ＭＷ／cm2 と強い光パルスを照射すると、一瞬の
うちに化学結合が破壊されて表面層が蒸発してしまう
が、この現象をアブレーションと言い、レーザ・アブレ
ーション加工はこの現象を利用するものである。
有することから、エキシマレーザのようにピーク強度が
〜100 ＭＷ／cm2 と強い光パルスを照射すると、一瞬の
うちに化学結合が破壊されて表面層が蒸発してしまう
が、この現象をアブレーションと言い、レーザ・アブレ
ーション加工はこの現象を利用するものである。
【００１０】こゝで、エキシマレーザを構成する希ガス
とハロゲンとの組合せは多数あるが、材料加工でよく使
用されるものは、弗化クリプトン（Ｋr Ｆ，波長248nm
），塩化クセノン（Ｘe Ｃl,波長308nm ），弗化アル
ゴン（Ａr Ｆ，波長193nm ）などである。一方、レーザ
加工法として従来より使用されているイットニウム・ア
ルミニウム・ガーネットレーザ（略称ＹＡＧレーザ，波
長1.06μm ) や炭酸ガスレーザ（ＣＯ2 レーザ, 波長1
0.6μm ）は赤外線の熱エネルギーを使用するために層
間絶縁層に対する熱的損傷が大きく、また、赤外線であ
るためにスポット径を小さくすることが難しく、微細な
加工を行うには適していない。
とハロゲンとの組合せは多数あるが、材料加工でよく使
用されるものは、弗化クリプトン（Ｋr Ｆ，波長248nm
），塩化クセノン（Ｘe Ｃl,波長308nm ），弗化アル
ゴン（Ａr Ｆ，波長193nm ）などである。一方、レーザ
加工法として従来より使用されているイットニウム・ア
ルミニウム・ガーネットレーザ（略称ＹＡＧレーザ，波
長1.06μm ) や炭酸ガスレーザ（ＣＯ2 レーザ, 波長1
0.6μm ）は赤外線の熱エネルギーを使用するために層
間絶縁層に対する熱的損傷が大きく、また、赤外線であ
るためにスポット径を小さくすることが難しく、微細な
加工を行うには適していない。
【００１１】さて、エキシマレーザを使用してビア孔形
成のような微細加工を行うに当たっての問題は光学装置
（投影レンズ）が高価につくことである。すなわち、エ
キシマレーザ光を層間絶縁層の上に集光して直径が約10
μm のスポットとするにはレンズを使用する必要がある
が、エキシマレーザの波長が短いために高い透過性をも
つ材料は石英( Ｓi Ｏ2 ),弗化カルシウム（Ｃa
Ｆ2 ），弗化マグネシウム（Ｍg Ｆ2 ），弗化リチウム
（Ｌi Ｆ）の何れかに限られ、また、この材料の中に不
純物やクラックなどの構造欠陥が存在すると、この部分
でレーザ光の吸収を生じて光学材料が破壊されたり、エ
ネルギー損失を生じたりする。
成のような微細加工を行うに当たっての問題は光学装置
（投影レンズ）が高価につくことである。すなわち、エ
キシマレーザ光を層間絶縁層の上に集光して直径が約10
μm のスポットとするにはレンズを使用する必要がある
が、エキシマレーザの波長が短いために高い透過性をも
つ材料は石英( Ｓi Ｏ2 ),弗化カルシウム（Ｃa
Ｆ2 ），弗化マグネシウム（Ｍg Ｆ2 ），弗化リチウム
（Ｌi Ｆ）の何れかに限られ、また、この材料の中に不
純物やクラックなどの構造欠陥が存在すると、この部分
でレーザ光の吸収を生じて光学材料が破壊されたり、エ
ネルギー損失を生じたりする。
【００１２】また、エキシマレーザは他のレーザに比較
してコヒーレント性が低いことから、10μm 以下の微小
スポットを解像するような分解能の高い投影レンズを実
現するには、構造欠陥の少ない高価な材料を用い、ま
た、レンズの構成枚数を多くする必要があることから非
常に高価になると云う問題がある。
してコヒーレント性が低いことから、10μm 以下の微小
スポットを解像するような分解能の高い投影レンズを実
現するには、構造欠陥の少ない高価な材料を用い、ま
た、レンズの構成枚数を多くする必要があることから非
常に高価になると云う問題がある。
【００１３】次に、ＬＳＩやＶＬＳＩなど集積度が向上
した半導体集積回路の信号線路を形成している配線につ
いては、最小線幅がサブミクロン（Sub-ｍicron)にまで
微小化しているが、それぞれの単位素子を駆動するには
一定の電流が必要で、そのため、配線の線幅が縮小する
のに比例して高さを増加する必要があり、配線のアスペ
クト比(Aspect-ratio)は集積度の向上と共に増加してい
る。
した半導体集積回路の信号線路を形成している配線につ
いては、最小線幅がサブミクロン（Sub-ｍicron)にまで
微小化しているが、それぞれの単位素子を駆動するには
一定の電流が必要で、そのため、配線の線幅が縮小する
のに比例して高さを増加する必要があり、配線のアスペ
クト比(Aspect-ratio)は集積度の向上と共に増加してい
る。
【００１４】こゝで、配線の形成材料として銅（Ｃu ）
が一般に使用されているが、Ｃu を含めて通常の金属は
絶縁層を形成するポリマとの密着力が劣り、また、Ｃu
原子はポリマ中にマイグレーション（移動）し易く、絶
縁性を低下させると云う問題がある。
が一般に使用されているが、Ｃu を含めて通常の金属は
絶縁層を形成するポリマとの密着力が劣り、また、Ｃu
原子はポリマ中にマイグレーション（移動）し易く、絶
縁性を低下させると云う問題がある。
【００１５】この現象は特に、Ｃu からなる配線がパタ
ーン形成してある基板上にポリイミド層に形成する場合
に顕著である。すなわち、ポリイミド層の形成法として
は、基板上にポリアミック酸を塗布し、乾燥して後に加
熱して脱水させて形成する方法が採られるが、この段階
でＣu が部分的にポリアミック酸に溶解し、これが原因
でＣu 原子がポリマ中に侵入すると云う問題がある。
ーン形成してある基板上にポリイミド層に形成する場合
に顕著である。すなわち、ポリイミド層の形成法として
は、基板上にポリアミック酸を塗布し、乾燥して後に加
熱して脱水させて形成する方法が採られるが、この段階
でＣu が部分的にポリアミック酸に溶解し、これが原因
でＣu 原子がポリマ中に侵入すると云う問題がある。
【００１６】また、一般に金属とポリマとの接着性は悪
く、金属の接着面積が少ないほど、この傾向は顕著とな
る。そこで、ポリイミド層とＣu 配線との接着性を向上
する方法として、その間に厚さが1000Å程度のクローム
（Ｃr)やチタン（Ｔi ），ニッケル（Ｎi ），モリブデ
ン（Ｍo ）などの薄膜を介在させて接着力を向上させる
手法が採られており、これらの金属よりなる接着強化膜
はバリア膜と言われている。
く、金属の接着面積が少ないほど、この傾向は顕著とな
る。そこで、ポリイミド層とＣu 配線との接着性を向上
する方法として、その間に厚さが1000Å程度のクローム
（Ｃr)やチタン（Ｔi ），ニッケル（Ｎi ），モリブデ
ン（Ｍo ）などの薄膜を介在させて接着力を向上させる
手法が採られており、これらの金属よりなる接着強化膜
はバリア膜と言われている。
【００１７】こゝで、半導体素子の集積度が少なく、配
線相互の間隔に余裕があり、Ｃu 原子のマイグレーショ
ンを考慮する必要がない状態では、バリア層はＣu 配線
とポリイミド層との間だけに設ければよいが、集積度が
向上してアスペクト比が増加するに従い、Ｃu 配線の側
面および表面にもマイグレーション防止用のバリア膜を
設ける必要が生じてきた。然し、配線が微小化し、ま
た、アスペクト比が増加していることから、Ｃu 配線の
側面および表面にバリア膜を設けることは容易ではな
い。
線相互の間隔に余裕があり、Ｃu 原子のマイグレーショ
ンを考慮する必要がない状態では、バリア層はＣu 配線
とポリイミド層との間だけに設ければよいが、集積度が
向上してアスペクト比が増加するに従い、Ｃu 配線の側
面および表面にもマイグレーション防止用のバリア膜を
設ける必要が生じてきた。然し、配線が微小化し、ま
た、アスペクト比が増加していることから、Ｃu 配線の
側面および表面にバリア膜を設けることは容易ではな
い。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】エキシマレーザを使用
するアブレーション加工は集積回路を搭載するポリマよ
りなる層間絶縁層にビアを形成するのに適した加工方法
である。然し、直径が10μm 程度のビアを孔開けするに
は、高解像度レンズを備えた光学系を使用する必要があ
ることが問題で、半導体装置のコスト低減のためには比
較的低解像度のレンズを使用しても微細なビア孔形成を
可能にする方法が必要で、この方法の実用化が課題であ
る。
するアブレーション加工は集積回路を搭載するポリマよ
りなる層間絶縁層にビアを形成するのに適した加工方法
である。然し、直径が10μm 程度のビアを孔開けするに
は、高解像度レンズを備えた光学系を使用する必要があ
ることが問題で、半導体装置のコスト低減のためには比
較的低解像度のレンズを使用しても微細なビア孔形成を
可能にする方法が必要で、この方法の実用化が課題であ
る。
【００１９】また、ＬＳＩやＶＬＳＩのように集積度の
向上した集積回路においては、信号線路は高密度化し、
アスペクト比の高い配線が微小な間隔を保ってパターン
形成されているが、Ｃu 原子のマイグレーションによる
絶縁の低下あるいは短絡を防ぐため、Ｃu 配線の側面お
よび表面にもマイグレーション防止用のバリア膜を設け
る必要があり、この方法の実用化が課題である。
向上した集積回路においては、信号線路は高密度化し、
アスペクト比の高い配線が微小な間隔を保ってパターン
形成されているが、Ｃu 原子のマイグレーションによる
絶縁の低下あるいは短絡を防ぐため、Ｃu 配線の側面お
よび表面にもマイグレーション防止用のバリア膜を設け
る必要があり、この方法の実用化が課題である。
【００２０】
【課題を解決するための手段】上記の課題の内、前者は
エキシマレーザによるアブレーション加工によって層間
絶縁層に孔開けを行う際に、絶縁層上にこの絶縁層形成
材料よりもアブレーション閾値の高い材料よりなるバリ
ア膜を形成しておき、少なくともビア孔の半分が解像可
能なレンズを用いてエキシマレーザを照射してアブレー
ション加工を行い、ビア孔を形成することにより実現す
ることができる。
エキシマレーザによるアブレーション加工によって層間
絶縁層に孔開けを行う際に、絶縁層上にこの絶縁層形成
材料よりもアブレーション閾値の高い材料よりなるバリ
ア膜を形成しておき、少なくともビア孔の半分が解像可
能なレンズを用いてエキシマレーザを照射してアブレー
ション加工を行い、ビア孔を形成することにより実現す
ることができる。
【００２１】また、後者はアスペクト比の高い配線がパ
ターン形成してある絶縁層上に、カバーレッジ良くバリ
ア金属を膜形成した後、この絶縁層にバリア膜がアブレ
ーションするも配線がアブレーションしないフルエンス
のエキシマレーザを照射し、配線の側面および表面を除
いて絶縁層上のバリア膜を除去することにより実現する
ことができる。
ターン形成してある絶縁層上に、カバーレッジ良くバリ
ア金属を膜形成した後、この絶縁層にバリア膜がアブレ
ーションするも配線がアブレーションしないフルエンス
のエキシマレーザを照射し、配線の側面および表面を除
いて絶縁層上のバリア膜を除去することにより実現する
ことができる。
【００２２】
【作用】発明者は高解像度のレンズを使用することな
く、エキシマレーザ光を集光して孔径が約10μm のビア
孔を形成する方法として絶縁層を形成するポリマよりも
アブレーション閾値の高い材料よりなるバリア膜を予め
ビア孔形成位置に積層して形成しておき、このバリア膜
をマスクとしてアブレーション加工を施すことにより絶
縁層にパターン精度の高いビア孔を形成するものであ
る。
く、エキシマレーザ光を集光して孔径が約10μm のビア
孔を形成する方法として絶縁層を形成するポリマよりも
アブレーション閾値の高い材料よりなるバリア膜を予め
ビア孔形成位置に積層して形成しておき、このバリア膜
をマスクとしてアブレーション加工を施すことにより絶
縁層にパターン精度の高いビア孔を形成するものであ
る。
【００２３】図２はこれを説明するもので、絶縁層とし
てポリイミドを、また、バリア膜としてクローム（Ｃr
）膜を使用し、横軸にはフルエンス（Fluence,レーザ
の１パルス当たりのエネルギー密度,mＪ／cm2 ・パル
ス) を、また、縦軸には１パルス当たりのアブレーショ
ン深さ（μm ／パルス）をとった場合の両者の関係を示
している。
てポリイミドを、また、バリア膜としてクローム（Ｃr
）膜を使用し、横軸にはフルエンス（Fluence,レーザ
の１パルス当たりのエネルギー密度,mＪ／cm2 ・パル
ス) を、また、縦軸には１パルス当たりのアブレーショ
ン深さ（μm ／パルス）をとった場合の両者の関係を示
している。
【００２４】すなわち、両者共に材料で決まるフルエン
スからアブレーション加工が始まるが、その閾値はポリ
イミドについては約0.07であるのに対してＣr は約0.28
と大きい。そこで、このＣr の閾値より大きなフルエン
スのエキシマレーザを照射してＣr 膜よりなるバリア膜
をアブレーションして孔開けした後、このバリア膜をマ
スクとしてポリイミド層にビア孔を形成するものであ
る。
スからアブレーション加工が始まるが、その閾値はポリ
イミドについては約0.07であるのに対してＣr は約0.28
と大きい。そこで、このＣr の閾値より大きなフルエン
スのエキシマレーザを照射してＣr 膜よりなるバリア膜
をアブレーションして孔開けした後、このバリア膜をマ
スクとしてポリイミド層にビア孔を形成するものであ
る。
【００２５】このようにすると、レンズの解像度が低く
てスポット径が拡がった場合でもフルエンスが0.28 mＪ
／cm2 ・パルスよりも少ない照射位置ではアブレーショ
ンが生じないので、高精度のパターン形成を行うことが
できる。
てスポット径が拡がった場合でもフルエンスが0.28 mＪ
／cm2 ・パルスよりも少ない照射位置ではアブレーショ
ンが生じないので、高精度のパターン形成を行うことが
できる。
【００２６】図１は本発明の原理図であって、絶縁層に
例えば10μm のビア孔を形成する場合は同図の上段の図
に示すように、例えば100 μm の孔の開いているマスク
を用いて直径が100 μm のスポットのレーザ光１を作
り、次に、レンズを用いて集光して絶縁層の上に目的と
するスポット径が10μm のレーザ光２を集光すると中段
の図に示すように光強度は増加し、このレーザ光による
アブレーションが行われて絶縁層３にビア孔４が形成さ
れる。
例えば10μm のビア孔を形成する場合は同図の上段の図
に示すように、例えば100 μm の孔の開いているマスク
を用いて直径が100 μm のスポットのレーザ光１を作
り、次に、レンズを用いて集光して絶縁層の上に目的と
するスポット径が10μm のレーザ光２を集光すると中段
の図に示すように光強度は増加し、このレーザ光による
アブレーションが行われて絶縁層３にビア孔４が形成さ
れる。
【００２７】こゝで、同図（Ａ）は理想的なレンズを用
いてレーザ光を集光してアブレーション加工を行った場
合で、基板に対して直角なビア孔を開けることができ
る。一方、同図（Ｃ）は現実に使用されている高解像度
レンズを使用してアブレーション加工を行った場合であ
り、理想的なレンズは存在せず、集光したレーザ光２は
多少なりとも光強度分布を有することから、スポット径
が10μm より外れた領域にアブレーションを生ずる閾値
５よりも大きなレーザ光６の照射領域が存在するために
僅かながらアブレーションを生じ、これにより開口部が
拡がることが避けられない。
いてレーザ光を集光してアブレーション加工を行った場
合で、基板に対して直角なビア孔を開けることができ
る。一方、同図（Ｃ）は現実に使用されている高解像度
レンズを使用してアブレーション加工を行った場合であ
り、理想的なレンズは存在せず、集光したレーザ光２は
多少なりとも光強度分布を有することから、スポット径
が10μm より外れた領域にアブレーションを生ずる閾値
５よりも大きなレーザ光６の照射領域が存在するために
僅かながらアブレーションを生じ、これにより開口部が
拡がることが避けられない。
【００２８】一方、同図（Ｂ）は低解像度レンズを使用
して集光した場合で、中段の図に示すようにレーザ光２
の裾の部分の光強度が絶縁層形成材料がアブレーション
を生ずる絶縁層の閾値５よりも大きなことから、すり鉢
状のビア孔７が生じることになる。
して集光した場合で、中段の図に示すようにレーザ光２
の裾の部分の光強度が絶縁層形成材料がアブレーション
を生ずる絶縁層の閾値５よりも大きなことから、すり鉢
状のビア孔７が生じることになる。
【００２９】そこで、本発明は同図（Ｄ）の下段に示す
ように絶縁層３の上に、この絶縁層形成材料よりもアブ
レーション閾値の高い材料からなるバリア膜９を形成し
ておき、このバリア膜９の形成材料のアブレーション閾
値８よりも大きな光強度のレーザ光２を照射することに
よりバリア膜９を孔開けし、この孔開け部がマスクとし
て作用することにより、裾の部分の光強度をもつレーザ
光によるアブレーションを阻止するものであり、これに
より直角なビア孔を形成することができる。
ように絶縁層３の上に、この絶縁層形成材料よりもアブ
レーション閾値の高い材料からなるバリア膜９を形成し
ておき、このバリア膜９の形成材料のアブレーション閾
値８よりも大きな光強度のレーザ光２を照射することに
よりバリア膜９を孔開けし、この孔開け部がマスクとし
て作用することにより、裾の部分の光強度をもつレーザ
光によるアブレーションを阻止するものであり、これに
より直角なビア孔を形成することができる。
【００３０】なお、低解像度のレンズと云ってもレーザ
光の中心部の強度を下げないためにビア径の1/2 程度の
スケールが分解可能なレンズであることが必要である。
次に、バリア膜の形成材料の必要条件は、アブレーショ
ンが生ずる閾値以下の光強度では下層の絶縁膜が溶けた
り、クラックが生ずるなどの形状変化がなく、閾値より
高い光強度では急速にアブレーションを生ずることが必
要であり、 融点が高く、昇華性をもつか、或いは融点と沸点ま
たは分解温度が接近している材料、 熱伝導性の劣る材料、 が好ましく、後者はシャープなエッジを得るために必要
であり、これに該当する金属としてはクローム（Ｃr ）
やチタン（Ｔi ）の薄膜、非金属としては二酸化シリコ
ン（Ｓi Ｏ2 ）やＣr ，Ｔi の酸化物であるＣr2Ｏ3 や
Ｔi Ｏ2 を挙げることができる。
光の中心部の強度を下げないためにビア径の1/2 程度の
スケールが分解可能なレンズであることが必要である。
次に、バリア膜の形成材料の必要条件は、アブレーショ
ンが生ずる閾値以下の光強度では下層の絶縁膜が溶けた
り、クラックが生ずるなどの形状変化がなく、閾値より
高い光強度では急速にアブレーションを生ずることが必
要であり、 融点が高く、昇華性をもつか、或いは融点と沸点ま
たは分解温度が接近している材料、 熱伝導性の劣る材料、 が好ましく、後者はシャープなエッジを得るために必要
であり、これに該当する金属としてはクローム（Ｃr ）
やチタン（Ｔi ）の薄膜、非金属としては二酸化シリコ
ン（Ｓi Ｏ2 ）やＣr ，Ｔi の酸化物であるＣr2Ｏ3 や
Ｔi Ｏ2 を挙げることができる。
【００３１】すなわち、Ｃr やＴi は金属であることか
ら熱伝導性は良いが、薄膜とすることにより熱抵抗を高
めることができる。なお、バリア膜として金属の酸化膜
を使用する場合には酸化物をスパッタしてバリア膜を形
成する方法の他に、スパッタ法などにより金属の薄膜を
形成した後、酸素（Ｏ2 ) 雰囲気中でレーザ照射を行っ
て酸化させ、選択的に酸化物として使用すると効果的で
ある。
ら熱伝導性は良いが、薄膜とすることにより熱抵抗を高
めることができる。なお、バリア膜として金属の酸化膜
を使用する場合には酸化物をスパッタしてバリア膜を形
成する方法の他に、スパッタ法などにより金属の薄膜を
形成した後、酸素（Ｏ2 ) 雰囲気中でレーザ照射を行っ
て酸化させ、選択的に酸化物として使用すると効果的で
ある。
【００３２】次に、アスペクト比の高い配線の側面およ
び表面にバリア膜を形成する方法として、本発明は材料
の種類と厚さおよび状態によりアブレーションされる閾
値が異なるのを利用し、配線部分を除いてバリア膜をア
ブレーション加工して除くものである。
び表面にバリア膜を形成する方法として、本発明は材料
の種類と厚さおよび状態によりアブレーションされる閾
値が異なるのを利用し、配線部分を除いてバリア膜をア
ブレーション加工して除くものである。
【００３３】エキシマレーザを使用するアブレーション
加工は紫外域に強い吸収を有するポリマなどの有機物に
対して有効な手段であるが、薄い金属膜に対しては別の
理由からアブレーションを起こさせることができる。す
なわち、金属薄膜にレーザ光を照射すると、照射部の光
エネルギーの相当な部分は熱エネルギーに変換される
が、熱の伝導性が悪いために金属膜の温度が急上昇し、
金属の沸点に達してアブレーションを生ずる。
加工は紫外域に強い吸収を有するポリマなどの有機物に
対して有効な手段であるが、薄い金属膜に対しては別の
理由からアブレーションを起こさせることができる。す
なわち、金属薄膜にレーザ光を照射すると、照射部の光
エネルギーの相当な部分は熱エネルギーに変換される
が、熱の伝導性が悪いために金属膜の温度が急上昇し、
金属の沸点に達してアブレーションを生ずる。
【００３４】すなわち、金属膜に対するアブレーション
は金属の種類と厚さにより決まり、レーザ光を照射した
際にアブレーションが始まるフルエンス（１パルス当た
り単位面積に照射されるエネルギー密度）は金属膜が薄
いほど少なくなる。
は金属の種類と厚さにより決まり、レーザ光を照射した
際にアブレーションが始まるフルエンス（１パルス当た
り単位面積に照射されるエネルギー密度）は金属膜が薄
いほど少なくなる。
【００３５】図２はＣr について膜厚を変えた場合につ
いてフルエンスと加工深さ（エッチングレート）との関
係を示すもので、Ｃr 膜が薄いほど小さなフルエンスで
アブレーションできることを示している。
いてフルエンスと加工深さ（エッチングレート）との関
係を示すもので、Ｃr 膜が薄いほど小さなフルエンスで
アブレーションできることを示している。
【００３６】そこで、Ｃu などの金属よりなる配線の上
に一様な厚さにＣr 膜が膜形成してある場合、Ｃr 膜の
アブレーションが生ずるフルエンスのレーザ光を照射す
ると、配線上のＣr 膜は厚さが増加して熱伝導性が向上
した場合と等価であることからアブレーションは生じな
い。そこで本発明は、配線を含む基板上にバリア膜を形
成し、基板上のバリア膜をアブレーションするフルエン
スのレーザ光を照射することにより配線の側面および表
面を除いてバリア膜を除去するものである。
に一様な厚さにＣr 膜が膜形成してある場合、Ｃr 膜の
アブレーションが生ずるフルエンスのレーザ光を照射す
ると、配線上のＣr 膜は厚さが増加して熱伝導性が向上
した場合と等価であることからアブレーションは生じな
い。そこで本発明は、配線を含む基板上にバリア膜を形
成し、基板上のバリア膜をアブレーションするフルエン
スのレーザ光を照射することにより配線の側面および表
面を除いてバリア膜を除去するものである。
【００３７】
実施例１：（絶縁層にポリイミド層を、また、バリア膜
にＣr を用いビアを形成した例） ガラス基板の上に絶縁層として厚さが10μm のポリイミ
ド層を形成した後、この上にＣr をスパッタして厚さが
800 Åのバリア膜を形成した。
にＣr を用いビアを形成した例） ガラス基板の上に絶縁層として厚さが10μm のポリイミ
ド層を形成した後、この上にＣr をスパッタして厚さが
800 Åのバリア膜を形成した。
【００３８】次に、８μm のパターンを解像可能（解像
度８μm ）のレンズを備えた光学系を使用し、スポット
径が10μm のＫr Ｆエキシマレーザ（波長248nm ）を照
射してビア孔を形成した。
度８μm ）のレンズを備えた光学系を使用し、スポット
径が10μm のＫr Ｆエキシマレーザ（波長248nm ）を照
射してビア孔を形成した。
【００３９】こゝで、フルエンス（Fluence,レーザの１
パルス当たりのエネルギー密度) は400mＪ／cm2 ・パル
スであり、ショット数は200 パルスである。その結果、
従来のようにバリア膜を用いない場合はビア孔の開口径
が18μm で孔の底部径が７μm であったのに対し、本発
明の実施により孔開口径10μm 、孔底部径７μm に改良
することができた。 実施例２：（絶縁層にポリイミド層を、バリア膜にＴi
を使用し、酸化してビアを形成した例） ガラス基板の上に絶縁層として厚さが10μm のポリイミ
ド層を形成した後、この上にＴi をスパッタして厚さが
1000Åのバリア膜を形成した。
パルス当たりのエネルギー密度) は400mＪ／cm2 ・パル
スであり、ショット数は200 パルスである。その結果、
従来のようにバリア膜を用いない場合はビア孔の開口径
が18μm で孔の底部径が７μm であったのに対し、本発
明の実施により孔開口径10μm 、孔底部径７μm に改良
することができた。 実施例２：（絶縁層にポリイミド層を、バリア膜にＴi
を使用し、酸化してビアを形成した例） ガラス基板の上に絶縁層として厚さが10μm のポリイミ
ド層を形成した後、この上にＴi をスパッタして厚さが
1000Åのバリア膜を形成した。
【００４０】次に、解像度８μm のレンズを備えた光学
系を使用し、スポット径が10μm のＫr Ｆエキシマレー
ザをＯ2 雰囲気中で照射してビア孔を形成した。こゝ
で、フルエンスは400mＪ／cm2 ・パルスであり、ショッ
ト数は200 パルスである。
系を使用し、スポット径が10μm のＫr Ｆエキシマレー
ザをＯ2 雰囲気中で照射してビア孔を形成した。こゝ
で、フルエンスは400mＪ／cm2 ・パルスであり、ショッ
ト数は200 パルスである。
【００４１】その結果、従来のようにバリア膜を用いな
い場合はビア孔の開口径が18μm で孔の底部径が７μm
であったのに対し、本発明の実施により孔開口径９μm
、孔底部径７μm に改良することができた。 実施例３：（絶縁層にポリイミド層を、バリア膜にＳi
Ｏ2 を使用してビアを形成した例） ガラス基板の上に絶縁層として厚さが60μm のポリイミ
ド層を形成した後、この上にＳi Ｏ2 をスパッタして厚
さが1000Åのバリア膜を形成した。
い場合はビア孔の開口径が18μm で孔の底部径が７μm
であったのに対し、本発明の実施により孔開口径９μm
、孔底部径７μm に改良することができた。 実施例３：（絶縁層にポリイミド層を、バリア膜にＳi
Ｏ2 を使用してビアを形成した例） ガラス基板の上に絶縁層として厚さが60μm のポリイミ
ド層を形成した後、この上にＳi Ｏ2 をスパッタして厚
さが1000Åのバリア膜を形成した。
【００４２】次に、解像度８μm のレンズを備えた光学
系を使用し、スポット径が20μm のＫr Ｆエキシマレー
ザを照射してビア孔を形成した。こゝで、フルエンスは
600mＪ／cm2 ・パルスであり、ショット数は200 パルス
である。
系を使用し、スポット径が20μm のＫr Ｆエキシマレー
ザを照射してビア孔を形成した。こゝで、フルエンスは
600mＪ／cm2 ・パルスであり、ショット数は200 パルス
である。
【００４３】その結果、従来のようにバリア膜を用いな
い場合はビア孔の開口径が30μm で孔の底部径が５μm
であったのに対し、本発明の実施により孔開口径17μm
、孔底部径５μm に改良することができた。 実施例４：（Ｃu 配線の表面，側面および底面にバリア
膜を形成した例、図３関連） ガラス基板上に厚さが約10μm のポリイミド膜11を成膜
した後、基板の全域にＣr 膜12を1000Åの厚さにスパッ
タし、次に、この上にメッキレジストをスピンコート
し、乾燥した後、写真蝕刻技術を用いて配線パターン形
成領域を窓開けし、電解メッキ法を適用してＣr 膜12の
上に厚さが５μm のＣu 配線13を形成してからメッキレ
ジストを除いた。
い場合はビア孔の開口径が30μm で孔の底部径が５μm
であったのに対し、本発明の実施により孔開口径17μm
、孔底部径５μm に改良することができた。 実施例４：（Ｃu 配線の表面，側面および底面にバリア
膜を形成した例、図３関連） ガラス基板上に厚さが約10μm のポリイミド膜11を成膜
した後、基板の全域にＣr 膜12を1000Åの厚さにスパッ
タし、次に、この上にメッキレジストをスピンコート
し、乾燥した後、写真蝕刻技術を用いて配線パターン形
成領域を窓開けし、電解メッキ法を適用してＣr 膜12の
上に厚さが５μm のＣu 配線13を形成してからメッキレ
ジストを除いた。
【００４４】次に、この基板の上からＫr Ｆエキシマレ
ーザ14を0.5 Ｊ／cm2 ・パルスのフルエンスで10パルス
づつ照射位置を変えながら走査した。（以上図３Ａ） その結果、Ｃu 配線13とその下のＣr 膜14はアブレーシ
ョンされず、これ以外のＣr 膜12はアブレーションされ
て除去された。( 以上同図Ｂ） 次に、高周波スパッタ法によりＣu 配線13の側面を含め
てＣr 膜15を1000Åの厚さに膜形成した後、この基板の
上からＫr Ｆエキシマレーザ14を0.5 Ｊ／cm2・パルス
のフルエンスで10パルスづつ照射位置を変えながら走査
した。（以上同図Ｃ） その結果、Ｃu 配線13の側面と表面のＣr 膜15を除いて
ポリイミド膜11の上のＣr 膜をアブレーションにより除
去することができた。（以上同図Ｄ） 実施例５：（Ｃu 配線の表面，側面および底面にバリア
膜を形成した別の例、図４関連） Ａl Ｎ基板上に厚さが約20μm のポリイミド膜11を成膜
した後、基板の全域にＣr 膜12を500 Åの厚さにスパッ
タし、次に、この上にメッキレジストをスピンコート
し、乾燥した後、写真蝕刻技術を用いて配線パターン形
成領域を窓開けし、電解メッキ法を適用してＣr 膜12の
上に厚さが５μm のＣu 配線13を形成し、メッキレジス
トを除いた。（以上図４Ａ） 次に、高周波スパッタ法によりＣu 配線13の側面を含め
てＣr 膜15を500 Åの厚さに膜形成した後、この基板の
上からＫr Ｆエキシマレーザ14を0.5 Ｊ／cm2・パルス
のフルエンスで10パルスづつ照射位置を変えながら走査
した。（以上同図Ｂ） その結果、Ｃu 配線13の側面と上面のＣr 膜15を除いて
ポリイミド膜11の上のＣr 膜をアブレーションにより除
去することができた。（以上同図Ｃ）
ーザ14を0.5 Ｊ／cm2 ・パルスのフルエンスで10パルス
づつ照射位置を変えながら走査した。（以上図３Ａ） その結果、Ｃu 配線13とその下のＣr 膜14はアブレーシ
ョンされず、これ以外のＣr 膜12はアブレーションされ
て除去された。( 以上同図Ｂ） 次に、高周波スパッタ法によりＣu 配線13の側面を含め
てＣr 膜15を1000Åの厚さに膜形成した後、この基板の
上からＫr Ｆエキシマレーザ14を0.5 Ｊ／cm2・パルス
のフルエンスで10パルスづつ照射位置を変えながら走査
した。（以上同図Ｃ） その結果、Ｃu 配線13の側面と表面のＣr 膜15を除いて
ポリイミド膜11の上のＣr 膜をアブレーションにより除
去することができた。（以上同図Ｄ） 実施例５：（Ｃu 配線の表面，側面および底面にバリア
膜を形成した別の例、図４関連） Ａl Ｎ基板上に厚さが約20μm のポリイミド膜11を成膜
した後、基板の全域にＣr 膜12を500 Åの厚さにスパッ
タし、次に、この上にメッキレジストをスピンコート
し、乾燥した後、写真蝕刻技術を用いて配線パターン形
成領域を窓開けし、電解メッキ法を適用してＣr 膜12の
上に厚さが５μm のＣu 配線13を形成し、メッキレジス
トを除いた。（以上図４Ａ） 次に、高周波スパッタ法によりＣu 配線13の側面を含め
てＣr 膜15を500 Åの厚さに膜形成した後、この基板の
上からＫr Ｆエキシマレーザ14を0.5 Ｊ／cm2・パルス
のフルエンスで10パルスづつ照射位置を変えながら走査
した。（以上同図Ｂ） その結果、Ｃu 配線13の側面と上面のＣr 膜15を除いて
ポリイミド膜11の上のＣr 膜をアブレーションにより除
去することができた。（以上同図Ｃ）
【００４５】
【発明の効果】バリア膜をマスクとしてレーザ・アブレ
ーションを行う本発明の実施により低解像度のレンズを
使用して、高精度のビア孔を形成することができ、ま
た、フルエンス値を選定してレーザ・アブレーションを
行うことにより、ポリマ上のバリア膜を選択的に除去す
ることができ、これにより半導体集積回路の品質の向上
が可能となる。
ーションを行う本発明の実施により低解像度のレンズを
使用して、高精度のビア孔を形成することができ、ま
た、フルエンス値を選定してレーザ・アブレーションを
行うことにより、ポリマ上のバリア膜を選択的に除去す
ることができ、これにより半導体集積回路の品質の向上
が可能となる。
【図１】 本発明の原理図である。
【図２】 絶縁層とバリア膜についてフルエンスと加工
深さとの関係図である。
深さとの関係図である。
【図３】 Ｃu 配線の表面, 側面および底面にバリア膜
を形成した工程図である。
を形成した工程図である。
【図４】 Ｃu 配線の表面, 側面および底面にバリア膜
を形成した別の工程図である。
を形成した別の工程図である。
１，２，６ レーザ光 ３ 絶縁層 ４ ビア孔 ５ 絶縁層の閾値 ７ すり鉢状のビア孔 ８ バリア膜の閾値 ９ バリア膜 11 ポリイミド膜 12，15 Ｃr 膜 14 エキシマレーザ
Claims (5)
- 【請求項１】 絶縁層上に該絶縁層形成材料よりもアブ
レーション閾値の高い材料よりなるバリア膜を形成して
後、少なくともビア孔の半分が解像可能なレンズを用い
てエキシマレーザを照射し、該バリア膜にビア孔と等し
い径の孔開けを行った後、該バリア膜をマスクとして前
記絶縁層をアブレーションしてビア孔を形成することを
特徴とするレーザ・アブレーション加工方法。 - 【請求項２】 前記バリア膜形成材料が金属よりなり、
酸素雰囲気中でレーザの照射を行い、金属薄膜を金属酸
化物に変えて絶縁層へのビア孔を形成することを特徴と
する請求項１記載のレーザ・アブレーション加工方法。 - 【請求項３】 前記バリア膜がクローム、チタン、これ
らの酸化物または二酸化シリコンの少なくとも一つから
なることを特徴とする請求項１記載のレーザ・アブレー
ション加工方法。 - 【請求項４】 アスペクト比の高い配線がパターン形成
してある絶縁層上に、バリア金属を膜形成した後、該絶
縁層上のバリア膜はアブレーションするが、配線はアブ
レーションしないフルエンスのエキシマレーザを照射
し、前記配線の側面および表面以外の絶縁層上のバリア
膜を除去することを特徴とするレーザ・アブレーション
加工方法。 - 【請求項５】 前記配線が銅からなり、また、バリア金
属がクローム、チタン、ニッケルまたはモリブデンの少
なくとも一つからなることを特徴とする請求項４記載の
レーザ・アブレーション加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4408295A JPH08241894A (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | レーザ・アブレーション加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4408295A JPH08241894A (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | レーザ・アブレーション加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08241894A true JPH08241894A (ja) | 1996-09-17 |
Family
ID=12681704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4408295A Pending JPH08241894A (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | レーザ・アブレーション加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08241894A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0969707A3 (en) * | 1998-06-30 | 2000-11-22 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Multilayer printed wiring board and method for manufacturing same |
| WO2002067641A1 (en) * | 2001-02-21 | 2002-08-29 | Kaneka Corporation | Wiring board, process for producing the same, polyimide film for use in the wiring board, and etchant for use in the process |
| JP2004273771A (ja) * | 2003-03-10 | 2004-09-30 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| US6933208B2 (en) | 2001-04-18 | 2005-08-23 | Sony Corporation | Method of forming wiring, and method of arranging devices and method of manufacturing image display system by using the same |
| JP2006128500A (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| JP2007157836A (ja) * | 2005-12-01 | 2007-06-21 | Nitto Denko Corp | 配線回路基板 |
| US8134080B2 (en) | 2005-07-07 | 2012-03-13 | Nitto Denko Corporation | Wired circuit board |
| US8266794B2 (en) | 2006-08-30 | 2012-09-18 | Nitto Denko Corporation | Method of producing a wired circuit board |
| US8760815B2 (en) | 2007-05-10 | 2014-06-24 | Nitto Denko Corporation | Wired circuit board |
| JP2023003784A (ja) * | 2021-06-24 | 2023-01-17 | 株式会社Ti-connectoMe | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 |
| JP2024521080A (ja) * | 2021-05-18 | 2024-05-28 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 先進的なパッケージングのためのマイクロビア形成の方法 |
-
1995
- 1995-03-03 JP JP4408295A patent/JPH08241894A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2024521080A (ja) * | 2021-05-18 | 2024-05-28 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 先進的なパッケージングのためのマイクロビア形成の方法 |
| JP2023003784A (ja) * | 2021-06-24 | 2023-01-17 | 株式会社Ti-connectoMe | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060228 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060424 |
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Effective date: 20061031 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |