Effects of Water Layer on a Through Silicon Via by Using a KrF Excimer Laser

Abstract

<p>We investigated the effect of a water layer on a through silicon via (TSV) by using a KrF excimer laser. When we fabricated the via in air, we found debris and burrs around the via and confirmed by using Raman scattering spectroscopy and X-ray diffraction spectroscopy that those were due to amorphous silicon. Debris around the via surface was effectively reduced when we fabricated the via in the water layer. The fabrication time decreased with increasing pulse energy of the laser in all atmospheres, and a long time was needed to fabricate the via in a 3-mm water layer because of the bubbles near the substrate. In addition, we could fabricate a small-sized via in a water layer because the plasma was concentrated at the surface of the substrate. The size of the via was not influenced by the repetition rate of the laser in any of the atmospheres. Based on those results, we could fabricate an about 170-μm via, which had no debris or burrs, in a thin water layer by using a KrF excimer laser with a pulse energy of 100 mJ and a repetition rate of 12 Hz.<br></p>

KrF 엑시머 펄스 레이저를 이용하여 다양한 가공 분위기에서 실리콘 관통 비아 (Through Silicon Via)를 제작 하였다. 대기 분위기에서 비아 가공 시 비아 표면 및 주변부에 용융물이 재응고된 잔유물이 형성되었으며, 이 잔유물은 라만 광산란, X-선 회절 분광법을 이용해 분석한 결과 비결정질의 형태를 띄었다. 수층 분위기에서는 비아 가공시 용융물들이 효과적으로 제거되어 표면 및 주변부에 잔유물이 관찰되지 않았다. 펄스에너지에 따른 관통 비아 가공시간은 모든 분위기에서 펄스에너지가 커짐에 따라 감소하였으며, 3 mm 수층 분위기에서는 가공 시 시료표면에 발생하는 공기방울에 의해 가공시간이 길어졌다. 또한, 수층 분위기에서는 시료표면의 플라즈마가 국부영역에 집속되어 더 작은 관통 비아를 가공할 수 있었다. 비아의 크기는 모든 분위기에서 반복주파수에는 크게 영향을 받지 않았다. 앞의 결과들을 종합하여, 초박막 수층분위기에서 펄스에너지가 100 mJ, 펄스 반복 주파수가 12 Hz 일 때 표면 잔유물이 없고, 측면 평탄도가 좋은 직경 약 170 μm 비아를 제작하였다.