DE102009029374A1 - Silicon wafer holes coating method for microlithography application, involves bringing particles with center diameter into prepared holes of substrate, and melting particles brought into prepared holes - Google Patents

Silicon wafer holes coating method for microlithography application, involves bringing particles with center diameter into prepared holes of substrate, and melting particles brought into prepared holes Download PDF

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Abstract

The method involves bringing particles with a center diameter into prepared holes (3), where the center diameter of the particles is smaller than maximum diameter (9) of the holes. The particles brought into the prepared holes are melted. The particles are applied on a substrate surface. The holes are provided with an aspect ratio, which results from depth (7) of the holes and the maximum hole diameter that is larger than 6, where the maximum hole diameter is smaller than 200 micrometer. A laser radiation is irradiated by the holes facing a side of a substrate (1) i.e. silicon wafer. An independent claim is also included for a coating device for filling a prepared hole in a substrate.

Description

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsverfahren zum Auffüllen von vorbereiteten Löchern in einem Substrat und eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention relates to a coating method for filling prepared holes in a substrate and to an apparatus for carrying out the method according to the invention.

Bei der Herstellung von mikroelektronischen Bauelementen werden mittels photolithographischer Verfahren feinste Strukturen in einen Wafer aus Silizium eingebracht. Weiterhin werden Elektroden in den Wafer eingebracht, die unter anderem dazu dienen die mikroelektronischen Bauteile mit anderen Komponenten wie z. B. einer Stromversorgung zu verbinden. Für das Einbringen dieser Elektroden sind verschiedene Techniken bekannt. Man unterscheidet dabei zum einen, ob die Elektroden vor- oder nach dem Erstellen der Strukturen durch Lithographieverfahren eingebracht werden („Via First”, „Via Last”) und zum anderen, ob die Elektroden von der Vorderseite des Wafers oder von der Rückseite des Wafers („Via From Top”, „Via From Back”) her eingebracht werden. Dabei wird unter der Vorderseite (Top) die Seite des Wafers verstanden auf der die Mikrostrukturen aufgebracht werden. Eine Übersicht zu den bekannten Methoden findet sich z. B. in „Process Examination of Through Silicon Via Technologies” von S. Denda . Dabei ist allen Techniken gemein, dass gezielt Löcher in den Wafer eingebracht werden. Dies geschieht z. B. durch Ätzverfahren (RIE, reactive ion etching) oder durch gezielten Laserbeschuss (Laser drilling). Die so entstandenen Löcher werden sodann mit einem Isolator, wie z. B. Silizumdioxid beschichtet, wobei üblicherweise chemische Beschichtungsverfahren zum Einsatz kommen (CVD, chemical vapor deposition oder PECVD, plasma enhanced chemical vapor deposition). Die so mit einem Isolator ausgekleideten Löcher können in einem folgenden Schritt zusätzlich mit einem Material beschichtet werden, dass als Diffusionsbarriere dient. Im. nächsten Schritt werden die so vorbereiteten Löcher mit einem leitfähigen Material aufgefüllt, so dass sich eine Elektrode im Wafer ergibt. Bei den bisher bekannten Verfahren wird das Auffüllen vorgenommen, indem zunächst ein sogenannter seed layer (Keimschicht) mit Hilfe eines Beschichtungsverfahrens aufgebracht wird. Auf diesen seed layer wird mit Hilfe von Galvanikprozessen weiteres Füllmaterial abgeschieden, bis die Löcher vollständig aufgefüllt sind.In the production of microelectronic components, the finest structures are introduced into a silicon wafer by means of photolithographic processes. Furthermore, electrodes are introduced into the wafer, which among other things serve the microelectronic components with other components such. B. to connect a power supply. Various techniques are known for introducing these electrodes. A distinction is made on the one hand, whether the electrodes before or after the creation of the structures by lithographic processes are introduced ("Via First", "Via Last") and on the other hand, whether the electrodes from the front of the wafer or from the back of the wafer ("Via From Top", "Via From Back") are introduced. In this case, the front side (top) is the side of the wafer on which the microstructures are applied. An overview of the known methods can be found, for. In "Process Examination of Through Silicon Through Technologies" by S. Denda , It is common to all techniques that targeted holes are introduced into the wafer. This happens z. B. by etching (RIE, reactive ion etching) or by targeted laser bombardment (laser drilling). The resulting holes are then covered with an insulator, such. As silicon dioxide coated, usually chemical coating methods are used (CVD, chemical vapor deposition or PECVD, plasma enhanced chemical vapor deposition). The holes thus lined with an insulator can additionally be coated in a subsequent step with a material which serves as a diffusion barrier. In the next step, the holes prepared in this way are filled up with a conductive material, so that an electrode results in the wafer. In the previously known methods, the filling is carried out by first applying a so-called seed layer (seed layer) by means of a coating method. By means of electroplating processes further filling material is deposited on this seed layer until the holes are completely filled up.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass bei den typischen Lochgrößen für Elektroden das galvanische Auffüllen etwa 20 Min.–1 Std. dauert.This method has the disadvantage that in the typical hole sizes for electrodes, the galvanic filling takes about 20 min-1 h.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein alternatives Beschichtungsverfahren zum Auffüllen von vorbereiteten Löchern bereitzustellen.The object of the present invention is to provide an alternative coating method for filling prepared holes.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Beschichtungsverfahren zum Auffüllen von vorbereiteten Löchern in einem Substrat mit einer Substratoberfläche gelöst, wobei die Löcher einen maximalen Durchmesser aufweisen. Das Beschichtungsverfahren umfasst dabei zum Einen das Einbringen von Partikeln mit einem mittleren Durchmesser in die vorbereiteten Löcher, wobei der mittlere Durchmesser der Partikel kleiner ist als der maximale Durchmesser der Löcher, und zum Anderen das Aufschmelzen der in die vorbereiten Löcher eingebrachten Partikel.According to the invention, this object is achieved by a coating method for filling prepared holes in a substrate having a substrate surface, wherein the holes have a maximum diameter. The coating process comprises on the one hand the introduction of particles with an average diameter into the prepared holes, the average diameter of the particles being smaller than the maximum diameter of the holes, and on the other hand the melting of the particles introduced into the prepared holes.

Zur Bestimmung des mittleren Durchmessers der Partikel wird zunächst der mittlere Durchmesser jedes einzelnen Partikels bestimmt, da die Partikel nicht zwangsläufig kugelförmig sein müssen, und danach der Mittelwert der so bestimmten mittleren Partikeldurchmesser über eine typische Probe von Partikeln.In order to determine the mean diameter of the particles, the mean diameter of each individual particle is first determined, since the particles do not necessarily have to be spherical, and then the average value of the mean particle diameters thus determined over a typical sample of particles.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass die vorbereiteten Löcher sehr schnell aufgefüllt werden können, da sowohl das Einbringen der Partikel als auch das Aufschmelzen der Partikel deutlich schneller ist als der bekannte galvanische Abscheideprozess.The inventive method has the particular advantage that the prepared holes can be filled very quickly, since both the introduction of the particles and the melting of the particles is much faster than the known galvanic deposition process.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat weiterhin den Vorteil, dass auf das Aufbringen des seed layer als zusätzlichen Verfahrensschritt verzichtet werden kann.The inventive method has the further advantage that it can be dispensed with the application of the seed layer as an additional process step.

Beim Einsatz in der Mikrolithographie handelt es sich beim Substrat üblicherweise um einen Silizium-Wafer.When used in microlithography, the substrate is usually a silicon wafer.

Bei einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren zudem das Aufbringen von Partikel auf die Substratoberfläche und das Aufschmelzen der aufgebrachten Partikel. Hierdurch können zusätzlich Strukturen auf der Substratoberfläche erzeugt werden, indem aufgebrachte Partikel an ausgesuchten Stellen aufgeschmolzen werden und dort aushärten. Auf diese Weise können zum Beispiel Leiterbahnen auf der Substratoberfläche hinzugefügt werden.In one embodiment, the coating method according to the invention also comprises the application of particles to the substrate surface and the melting of the applied particles. As a result, structures on the substrate surface can additionally be produced by melting applied particles at selected locations and curing them there. In this way, for example, conductor tracks can be added to the substrate surface.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der mittlere Durchmesser der Partikel um einen Faktor 4, insbesondere um einen Faktor 8 kleiner als der maximale Durchmesser der Löcher. Hierdurch baut sich beim Auffüllen der Löcher eine sehr homogene Elektrode auf, da etwaige Materialdefekte, deren Größe typischerweise in der Größenordung der Partikelgröße liegt, klein sind gegenüber der Elektrodengröße, die durch den Lochdurchmesser vorgegeben wird.In an embodiment according to the invention, the mean diameter of the particles is smaller by a factor of 4, in particular by a factor of 8, than the maximum diameter of the holes. As a result, a very homogeneous electrode builds up when filling the holes, since any material defects whose size is typically in the order of magnitude of the particle size, are small compared to the electrode size, which is determined by the hole diameter.

Bei einer Ausführungsform des Beschichtungsverfahrens weisen die Löcher ein Aspektverhältnis auf, das sich aus der Tiefe der Löcher und dem maximalen Lochdurchmesser ergibt, das größer als 2, insbesondere größer als 4, insbesondere größer als 6 ist. Hieraus ergibt sich ein vorteilhaftes Aspektverhältnis der Elektroden, da die Elektroden ausreichend tief in den Wafer hineinreichen und nur wenig Platz auf der Oberfläche des Wafers beanspruchen. Besonders Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn dass Aspektverhältnis zwischen 2 und 15 liegt.In one embodiment of the coating method, the holes have an aspect ratio that is determined by the depth of the holes and the holes maximum hole diameter, which is greater than 2, in particular greater than 4, in particular greater than 6. This results in a favorable aspect ratio of the electrodes, since the electrodes extend sufficiently deep into the wafer and take up little space on the surface of the wafer. The process according to the invention is particularly advantageous when the aspect ratio is between 2 and 15.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist der maximale Lochdurchmesser kleiner als 200 μm ist. Dies hat den Vorteil, dass die resultierenden Elektroden besonders platzsparend sind.In a further embodiment, the maximum hole diameter is less than 200 microns. This has the advantage that the resulting electrodes are particularly space-saving.

In einer Ausführungsform enthalten die Partikel ein Füllmaterial, das elektrisch leitfähig ist, insbesondere ein Metall oder Halbleitermaterial. Dies ermöglicht die Verwendung der aufgefüllten Löcher als sehr gute Elektroden. Als Füllmaterial kann zum Beispiel Kupfer, Gold oder Aluminium zum Einsatz kommen.In one embodiment, the particles contain a filler which is electrically conductive, in particular a metal or semiconductor material. This allows the use of the filled holes as very good electrodes. For example, copper, gold or aluminum can be used as filling material.

Das Einbringen von Partikel durch Rieseln, Sprühen, Wischen oder Rütteln ermöglichen ein schnelles Auffüllen der vorbereiteten Löcher.The introduction of particles by trickling, spraying, wiping or shaking allows a fast filling of the prepared holes.

In einer Ausführungsform werden das Einbringen der Partikel und das Aufschmelzen der eingebrachten Partikel gleichzeitig vorgenommen. Alternativ können auch zunächst Partikel in eine Mehrzahl von Löchern eingebracht werden und zeitlich danach die Partikel in dieser Mehrzahl von Löchern aufgeschmolzen werden.In one embodiment, the introduction of the particles and the melting of the introduced particles are carried out simultaneously. Alternatively, first of all particles can be introduced into a plurality of holes, and after that time the particles in this plurality of holes can be melted.

In einer weiteren Ausführung sind zumindest Teile der Substratoberfläche während des Verfahrens mit einer ablösbaren Hilfsschicht versehen, um in diesen Teilen unbeabsichtigt aufgeschmolzene Partikel in einem weiteren Verfahrensschritt entfernen zu können.In a further embodiment, at least parts of the substrate surface are provided with a removable auxiliary layer during the process in order to be able to remove unintentionally molten particles in these parts in a further process step.

Ein geringer Verbrauch von Partikeln lässt sich erreichen, wenn während des Verfahrens überschüssige Partikel, die nicht angeschmolzen werden, abgesaugt werden.A low consumption of particles can be achieved if during the process excess particles that are not melted are sucked off.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens erfolgt das Aufschmelzen durch Einstrahlung von Laserstrahlung. Dies hat den Vorteil, dass der Aufschmelzort sehr genau festgelegt und örtlich begrenzt werden kann, da Laserstrahlung sehr gut fokussiert werden kann.In one embodiment of the coating method according to the invention, the melting takes place by irradiation of laser radiation. This has the advantage that the melting point can be set very precisely and localized, since laser radiation can be focused very well.

Dabei kann die die Laserstrahlung insbesondere von der den Löchern gegenüberliegenden Seite des Substrats eingestrahlt werden. Hierdurch können Bauraumkonflikt zwischen Laserquelle und Vorrichtung zur Einbringung der Partikel vermieden werden. Weiterhin führt diese Anordnung dazu, dass weniger Füllmaterial beim Aufschmelzen aus den vorbereiteten Löchern auf die Substratoberfläche spritzt.In this case, the laser radiation can be radiated in particular from the side of the substrate opposite the holes. As a result, space conflict between the laser source and device for introducing the particles can be avoided. Furthermore, this arrangement results in less filler material injected during the melting of the prepared holes on the substrate surface.

Um die Laserstrahlung bei dieser Anordnung effizient zu nutzen, wird die Laserwellenlänge derart gewählt wird, dass das Substrat transparent für die Laserstrahlung ist.In order to use the laser radiation efficiently in this arrangement, the laser wavelength is chosen such that the substrate is transparent to the laser radiation.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens erfolgt das Aufschmelzen durch Einstrahlung eines Elektronenstrahls. Hierdurch wird der Auftreffort der Elektronen gezielt erhitzt. Das hat den Vorteil, dass der Aufschmelzort sehr genau festgelegt und örtlich begrenzt werden kann, da Elektronen sehr gut fokussiert werden können. Hierbei ist es sowohl möglich den Elektronenstrahl gezielt einzugrenzen und nur einzelne Löcher zu erhitzen als auch gleichzeitig einen größeren Substratbereich, der mehrere Löcher enthält, zu bestrahlen und damit zu erhitzen.In a further embodiment of the coating method according to the invention, the melting takes place by irradiation of an electron beam. As a result, the place where the electrons hit is specifically heated. This has the advantage that the melting point can be set very precisely and localized, since electrons can be focused very well. In this case, it is both possible to confine the electron beam in a targeted manner and to heat only individual holes and at the same time irradiate and thus heat a larger substrate area which contains a plurality of holes.

In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens erfolgt das Aufschmelzen durch Erhitzen großer Bereiche des Substrates bzw. imIn another embodiment of the coating method according to the invention, the melting takes place by heating large areas of the substrate or in

Extremfall des gesamten Substrates zum Beispiel durch Strahlung, Wärmeleitung oder Konvektion. Hierdurch wird ein sehr schnelles und kostengünstiges Aufschmelzen der in die Löcher eingebrachten Partikel erreicht.Extreme case of the entire substrate, for example by radiation, heat conduction or convection. As a result, a very fast and cost-effective melting of the particles introduced into the holes is achieved.

In einer weiteren Ausführungsform wird eine Paste in die Löcher zum Beispiel gestrichen oder gespritzt. Hierbei enthält die Paste sowohl die Partikel als auch ein Trägermaterial. Beim Aufschmelzen der eingebrachten Partikel verdampft zugleich das Trägermaterial, so dass nur geringe Teile des Trägermaterials in den vorbereiteten Löchern zurückbleiben.In another embodiment, a paste is painted or sprayed into the holes, for example. In this case, the paste contains both the particles and a carrier material. During the melting of the introduced particles, the carrier material evaporates at the same time, so that only small parts of the carrier material remain in the prepared holes.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in normaler Atmosphäre, in einem Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre aus zum Beispiel Argon durchgeführt werden. Die Verwendung einer normalen Atmosphäre hat den Vorteil, dass sie nicht extra bereitgestellt werden muss, so dass das Verfahren besonders kostengünstig durchgeführt werden kann. Die Verwendung von Vakuum hat den Vorteil, dass insbesondere der Einsatz von Elektronenstrahlen einfacher ist, da die Elektronen nicht abgebremst werden. Eine Schutzgasatmosphäre hat den Vorteil, dass ungewollte chemische Reaktionen zwischen den Partikeln und Atmosphärengasen vermieden werden.The inventive method can be carried out in normal atmosphere, in a vacuum or in a protective gas atmosphere of, for example, argon. The use of a normal atmosphere has the advantage that it does not have to be provided separately, so that the method can be carried out particularly inexpensively. The use of vacuum has the advantage that in particular the use of electron beams is simpler, since the electrons are not braked. An inert gas atmosphere has the advantage that unwanted chemical reactions between the particles and atmospheric gases are avoided.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn das Verfahren unter einer reduzierenden Atmosphäre stattfindet. Hierdurch wird erreicht, dass besonders wenig Oxid in den Löchern entsteht, da der vorhandene Restsauerstoff bevorzugt mit den Atmosphärengasen reagiert. Hierdurch ergeben sich besonders leitfähige Elektroden.A particular advantage arises when the process takes place under a reducing atmosphere. This ensures that particularly little oxide is formed in the holes, since the existing residual oxygen preferably with the Atmospheric gases react. This results in particularly conductive electrodes.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens, die Mittel zum Einbringen von Partikeln mit einem mittleren Durchmesser in die vorbereiteten Löcher umfasst, wobei der mittlere Durchmesser der Partikel kleiner ist als der minimale Durchmesser der Löcher, und weiterhin Mittel zum Aufschmelzen der in die vorbereiten Löcher eingebrachten Partikel umfasst, hat die gleichen Vorteile, die zuvor mit Hinweis auf das Verfahren beschrieben wurden.An apparatus for carrying out the method described above, comprising means for introducing particles having an average diameter into the prepared holes, wherein the mean diameter of the particles is smaller than the minimum diameter of the holes, and further means for melting the introduced into the prepared holes Particles has the same advantages as previously described with reference to the method.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand der Zeichnungen.The invention will be explained in more detail with reference to the drawings.

1 zeigt eines der vorbereiteten Löchern einem Querschnitt und in einer Aufsicht. 1 shows one of the prepared holes a cross section and in a top view.

2 zeigt schematisch eine erste Ausgestaltung des Aufschmelzprozessschrittes 2 schematically shows a first embodiment of the Aufschmelzprozessschrittes

3 zeigt schematisch eine zweite Ausgestaltung des Aufschmelzprozessschrittes 3 schematically shows a second embodiment of the Aufschmelzprozessschrittes

1 zeigt im linken Bereich einen Querschnitt durch ein Substrat 1 mit einem vorbereiteten Loch 3. Ein solches Loch 3 kann z. B. durch einen Ätzprozess oder durch Bearbeitung mit einem Laserstrahl erzeugt werden. Das Loch 3 ist weiterhin mit einer Hilfsschicht 5 ausgekleidet, die zur Verhinderung von Diffusion des Materials, das in das Loch eingefüllt werden soll, in das Substratmaterial dient. Solche Hilfsschichten zur Verhinderung von Diffusion bestehen typischerweise aus TiN, TaN oder Si3N4. Die Tiefe des Loches 3 ist in 1 durch den Doppelpfeil 7 angedeutet. Typischerweise haben entsprechende Löcher, die aufgefüllt als Elektrode dienen, eine Tiefe von bis zu 500 μm. Im rechten Teil von 1 ist eine Aufsicht auf das Substrat 1 mit dem vorbereiteten Loch 3 gezeigt. Der maximale Durchmesser des Loches 3 ist mit dem Doppelpfeil 9 angedeutet. Geeignete Löcher weisen üblicherweise einen Durchmesser im Bereich von 1–100 μm auf. Das vorbereitete Loch 3 hat in der 1 eine zylindrische Form. Dies ist zwar die üblicherweise gewünschte Geometrie der vorbereiteten Löcher 3, jedoch können die Löcher 3 je nach Verfahren mit dem sie erzeugt werden auch andere Geometrien aufweisen. Insbesondere bei der Herstellung der Löcher durch Beschuss mit Laserstrahlen ergibt sich häufig eine konische Geometrie der vorbereiteten Löcher 3. Das heißt, dass der maximale Durchmesser der Löcher von der Substratoberfläche zur Tiefe hin abnimmt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei vorbereiteten Löchern 3 verschiedenster Geometrie eingesetzt werden. Besonders von Vorteil ist das Verfahren bei vorbereiteten Löchern 3 die ein hohes Aspektverhältnis aufweisen. Unter dem Aspektverhältnis eines vorbereiteten Loches 3 versteht man das Verhältnis der Lochtiefe 7 zum maximalen Durchmesser 9. Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn dass Aspektverhältnis zwischen 2 und 15 liegt, das heißt, dass die Löcher eher tief als breit sind. 1 shows in the left area a cross section through a substrate 1 with a prepared hole 3 , Such a hole 3 can z. B. be generated by an etching process or by machining with a laser beam. The hole 3 is still with an auxiliary layer 5 which serves to prevent diffusion of the material to be filled into the hole into the substrate material. Such diffusion prevention auxiliary layers typically consist of TiN, TaN or Si 3 N 4 . The depth of the hole 3 is in 1 through the double arrow 7 indicated. Typically, corresponding holes that fill up as an electrode have a depth of up to 500 microns. In the right part of 1 is a plan view of the substrate 1 with the prepared hole 3 shown. The maximum diameter of the hole 3 is with the double arrow 9 indicated. Suitable holes usually have a diameter in the range of 1-100 microns. The prepared hole 3 has in the 1 a cylindrical shape. Although this is the usually desired geometry of the prepared holes 3 However, the holes can 3 Depending on the method with which they are produced, they also have different geometries. In particular, in the production of the holes by bombardment with laser beams often results in a conical geometry of the prepared holes 3 , That is, the maximum diameter of the holes decreases from the substrate surface to the depth. The inventive method can with prepared holes 3 various geometry can be used. Particularly advantageous is the method in prepared holes 3 which have a high aspect ratio. Under the aspect ratio of a prepared hole 3 one understands the relationship of the hole depth 7 to the maximum diameter 9 , The method according to the invention is particularly advantageous if the aspect ratio is between 2 and 15, that is to say that the holes are rather deep than wide.

In die in 1 dargestellten vorbereiteten Löcher 3 werden in einem nächsten Verfahrensschritt Partikel eingebracht, die einen mittleren Durchmesser aufweisen, der kleiner ist als der maximale Durchmesser der Löcher. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der mittlere Durchmesser der Partikel um einen Faktor 4 insbesondere um einen Faktor 8 kleiner ist als der maximale Durchmesser der Löcher. Hierdurch wird erreicht, dass die vorbereiteten Löcher 3 sich gut mit Partikeln füllen, ohne dass allzu große Zwischenräume verbleiben. Das Einbringen der Partikel kann abhängig von dem Material aus dem die Partikel bestehen, bzw. abhängig von der Größe der Partikel auf unterschiedliche Arten vorgenommen werden. Eine Möglichkeit ist es, die Partikel in einer Pulverform mit Hilfe einer Düse in die vorbereiteten Löcher 3 zu sprühen. Alternativ können dir Partikel auch unter Ausnutzung der Schwerkraft in die Löcher gerieselt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine bestimmte Menge von Partikeln auf die Substratoberfläche aufzubringen, und entweder mit einem geeigneten Objekt so lange über die Substratoberfläche zu wischen oder solange an dem Substrat zu rütteln, bis die Löcher sich mit den eingebrachten Partikeln gefüllt haben.In the in 1 illustrated prepared holes 3 In a next method step, particles are introduced which have an average diameter which is smaller than the maximum diameter of the holes. It is advantageous if the mean diameter of the particles is smaller by a factor of 4, in particular by a factor of 8, than the maximum diameter of the holes. This will ensure that the prepared holes 3 Fill well with particles without leaving too much space between them. The introduction of the particles can be carried out in different ways, depending on the material of which the particles are made, or depending on the size of the particles. One possibility is to inject the particles into the prepared holes using a nozzle in a powder form 3 to spray. Alternatively, particles can be drizzled into the holes using gravity. Another possibility is to apply a certain amount of particles to the substrate surface and either to wipe over the substrate surface with a suitable object or to shake the substrate until the holes have filled with the introduced particles.

In einem weiteren Verfahrensschritt werden die eingebrachten Partikel in den vorbereiteten Löchern aufgeschmolzen, so dass sich beim Aushärten ein zusammenhängender Festkörper ergibt, der als Elektrode dient. Dabei können die beiden zuvor genannten Verfahrensschritte Einbringen von Partikeln in die vorbereiteten Löcher und Aufschmelzen der eingebrachten Partikel in einer ersten Ausführungsform gleichzeitig erfolgen, d. h., dass die im unteren Lochbereich bereits eingebrachten Partikel aufgeschmolzen werden, während gleichzeitig weitere Partikel im oberen Lochbereich nachgefüllt werden. Auf diese Weise kann sukzessiv eine Elektrode im Inneren der vorbereiteten Löcher 3 von unten nach oben durch Einbringen, Aufschmelzen und Aushärten aufgebaut werden. In einer alternativen Ausführungsform werden zunächst Partikel in eine Mehrzahl von vorbereiteten Löchern 3 eingebracht und in einem späteren Verfahrensschritt die Partikel in der Mehrzahl der Löcher aufgeschmolzen.In a further method step, the introduced particles are melted in the prepared holes, so that when curing results in a coherent solid, which serves as an electrode. In this case, the two above-mentioned method steps of introducing particles into the prepared holes and melting the introduced particles in a first embodiment can take place simultaneously, ie, that the particles already introduced in the lower hole region are melted, while at the same time additional particles are replenished in the upper hole region. In this way, successively an electrode inside the prepared holes 3 be built from bottom to top by introducing, melting and curing. In an alternative embodiment, particles are first introduced into a plurality of prepared holes 3 introduced and melted in a later process step, the particles in the plurality of holes.

2 zeigt eine erste Ausführungsform eines Verfahrens bei dem das Aufschmelzen der eingebrachten Partikel 11 durch Einstrahlung von Laserstrahlung 13 erfolgt. Bei der Ausführungsform nach 2 wird die Laserstrahlung 13 im Wesentlichen von der Seite des Substrates eingestrahlt, in der die Löcher 3 angeordnet sind. Bei der alternativen Ausführungsform nach 3 wird die Laserstrahlung im Wesentlichen von der den Löchern gegenüberliegenden Seite des Substrates eingestrahlt. Bei beiden Ausführungsformen ist es nicht zwingend, dass die mittlere Einstrahlrichtung der Laserstrahlung 13 senkrecht zur Substratoberfläche steht. Dies ist in den 2 und 3 nur zur besseren Darstellung so gezeigt. Während die Ausführungsform nach 2 den Vorteil hat, dass zum Aufschmelzen im Wesentlichen Laserstrahlung beliebiger Wellenlänge verwendet werden kann, so das dass Verfahren variabel einsetzbar ist, ist es bei der Ausführungsform nach 3, bei der die Laserstrahlung von der den Löchern gegenüberliegenden Seite des Substrat eingestrahlt wird, vorteilhaft, wenn die Laserstrahlung eine Wellenlänge hat, für die das Substratmaterial transparent ist. Bei häufig verwendeten Substraten aus Silizium ist die Laserstrahlung mit einer Wellenlänge, die größer ist als 1,1 μm. 2 shows a first embodiment of a method in which the melting of the introduced particles 11 by irradiation of laser radiation 13 he follows. In the embodiment according to 2 becomes the laser radiation 13 radiated essentially from the side of the substrate in which the holes 3 are arranged. In the alternative Embodiment after 3 The laser radiation is radiated substantially from the opposite side of the holes of the substrate. In both embodiments, it is not mandatory that the mean beam direction of the laser radiation 13 is perpendicular to the substrate surface. This is in the 2 and 3 just shown for better illustration. While the embodiment according to 2 has the advantage that for melting substantially laser radiation of any wavelength can be used, so that the method is used variably, it is in the embodiment according to 3 in which the laser radiation is irradiated from the side of the substrate opposite the holes, it is advantageous if the laser radiation has a wavelength for which the substrate material is transparent. For commonly used silicon substrates, the laser radiation is at a wavelength greater than 1.1 μm.

Durch bekannte Optiken, kann der Fokus der Laserstrahlung, d. h. dass Zentrum an dem der Energieeintrag am größten ist, sehr präzise eingestellt und positioniert werden. Hierdurch kann zum Einen eine unnötige Erhitzung des Substrates 1 vermieden werden und zum Anderen kann der Fokus der Laserstrahlung während des erfindungsgemäßen Verfahrens verändert werden. Wird der Fokus der Laserstrahlung z. B. in der Ausführungsform nach 3 vom untern Lochbereich zum oberen Lochbereich während des Aufschmelzens bewegt, so ergibt sich ein besonders kompakter Festkörper, da die eingebrachten Partikel 11 von unten nach oben aufgeschmolzen werden. Ein Bewegen des Fokus der Laserstrahlung ist weiterhin insbesondere beider zuvor beschriebenen Ausführungsform, bei der das Einbringen der Partikel und das Aufschmelzen der Partikel gleichzeitig erfolgt, relevant. Da die eingebrachten Partikel nur an den Positionen aufschmelzen, an denen sich gerade der Laserfokus befindet, können die Partikel z. B. mit Hilfe einer Düse relativ großflächig eingebracht werden und dennoch kann ein sehr gut lokalisierter Aufschmelzbereich realisiert werden. Trotz des großflächigen Einbringens von Partikeln kann zum Beispiel in dieser aber auch in anderen zuvor genannten Ausführungsformen, ein geringer Verbrauch von Partikeln erreicht werden, wenn die überschüssigen Partikel, die nicht aufgeschmolzen werden, während des Verfahrens abgesaugt werden.By known optics, the focus of the laser radiation, ie the center at which the energy input is greatest, can be set and positioned very precisely. This can on the one hand an unnecessary heating of the substrate 1 can be avoided and on the other hand, the focus of the laser radiation can be changed during the process of the invention. If the focus of the laser radiation z. B. in the embodiment according to 3 moved from the lower hole area to the upper hole area during reflow, so there is a particularly compact solid, since the introduced particles 11 be melted from bottom to top. Moving the focus of the laser radiation is furthermore relevant in particular in the previously described embodiment in which the introduction of the particles and the melting of the particles take place simultaneously. Since the particles introduced melt only at the positions where the laser focus is currently located, the particles can, for. B. be introduced using a nozzle relatively large area and yet a very well localized Aufschmelzbereich can be realized. Despite the large-scale introduction of particles, for example, but also in other aforementioned embodiments, a low consumption of particles can be achieved if the excess particles that are not melted, are sucked out during the process.

Durch Bewegen des Fokus der Laserstrahlung kann auch eine weitere alternative Ausführungsform realisiert werden. Bei dieser weiteren Ausführungsform wird das Füllmaterial oberhalb eines vorbereiteten Loches positioniert, zum Beispiel in Form eines Metalldrahtes. Durch gezieltes Anschmelzens des Füllmaterials tropft das Material auf das Substrat am Ort der vorbereiteten Löcher und füllt damit die Löcher auf. Im Inneren der vorbereiteten Löcher härtet das Füllmaterial dann zu einer Elektrode aus.By moving the focus of the laser radiation, another alternative embodiment can be realized. In this further embodiment, the filling material is positioned above a prepared hole, for example in the form of a metal wire. By deliberately melting the filling material, the material drips onto the substrate at the location of the prepared holes and thus fills up the holes. Inside the prepared holes, the filler then cures to an electrode.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • „Process Examination of Through Silicon Via Technologies” von S. Denda [0002] "Process Examination of Through Silicon Through Technologies" by S. Denda [0002]

Claims (16)

Beschichtungsverfahren zum Auffüllen von vorbereiteten Löchern (3) in einem Substrat (1) mit einer Substratoberfläche wobei die Löcher (3) einem maximalen Durchmesser (9) aufweisen umfassend die folgenden Schritte a. Einbringen von Partikeln mit einem mittleren Durchmesser in die vorbereiteten Löcher (3), wobei der mittlere Durchmesser der Partikel kleiner ist als der maximale Durchmesser (9) der Löcher b. Aufschmelzen der in die vorbereiten Löcher (3) eingebrachten PartikelCoating method for filling prepared holes ( 3 ) in a substrate ( 1 ) with a substrate surface with the holes ( 3 ) a maximum diameter ( 9 ) comprising the following steps a. Introducing particles with an average diameter into the prepared holes ( 3 ), wherein the average diameter of the particles is smaller than the maximum diameter ( 9 ) of the holes b. Melting in the prepare holes ( 3 ) introduced particles Beschichtungsverfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsverfahren ebenfalls die beiden folgenden Schritte umfasst: a. Aufbringen von Partikel auf die Substratoberfläche b. Aufschmelzen der aufgebrachten PartikelCoating method according to claim 1 characterized in that the coating process also comprises the following two steps: a. Applying particles to the substrate surface b. Melting of the applied particles Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Durchmesser der Partikel einen Faktor 4, insbesondere um einen Faktor 8 kleiner ist als der maximale Durchmesser (9) der Löcher (3).Coating method according to one of claims 1-2, characterized in that the mean diameter of the particles is a factor of 4, in particular by a factor of 8 smaller than the maximum diameter ( 9 ) of the holes ( 3 ). Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1–3 dadurch gekennzeichnet, dass das die Löcher ein Aspektverhältnis aufweisen, das sich aus der Tiefe (7) der Löcher und dem maximalen Lochdurchmesser (9) ergibt, das größer als 2, insbesondere größer als 4, insbesondere größer als 6 ist.Coating method according to one of claims 1-3, characterized in that the holes have an aspect ratio which is determined from the depth ( 7 ) of the holes and the maximum hole diameter ( 9 ), which is greater than 2, in particular greater than 4, in particular greater than 6. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1–4 dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Lochdurchmesser (9) kleiner als 200 μm ist.Coating method according to one of claims 1-4, characterized in that the maximum hole diameter ( 9 ) is smaller than 200 μm. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1–5 dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel ein Füllmaterial enthalten, das leitfähig ist.Coating method according to one of claims 1-5, characterized in that the particles contain a filler which is conductive. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1–6 dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial ein Metall oder Halbleitermaterial ist.Coating method according to one of claims 1-6, characterized in that the filler material is a metal or semiconductor material. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1–7 dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen durch Rieseln, Sprühen, Wischen oder Rütteln vorgenommen wird.Coating method according to one of claims 1-7, characterized in that the introduction is carried out by trickling, spraying, wiping or shaking. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1–8 dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Partikel und das Aufschmelzen der eingebrachten Partikel gleichzeitig vorgenommen werden.Coating method according to one of claims 1-8, characterized in that the introduction of the particles and the melting of the introduced particles are carried out simultaneously. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1–9 dadurch gekennzeichnet, dass zunächst Partikel in eine Mehrzahl von Löchern eingebracht werden und zeitlich danach die Partikel in dieser Mehrzahl von Löchern aufgeschmolzen werden.Coating method according to one of claims 1-9, characterized in that first particles are introduced into a plurality of holes and temporally thereafter the particles are melted in this plurality of holes. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1–10 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Teile der Substratoberfläche während des Verfahrens mit einer ablösbaren Hilfsschicht versehen sind, um in diesen Teilen unbeabsichtigt aufgeschmolzene Partikel in einem weiteren Verfahrensschritt entfernen zu können.Coating method according to one of claims 1-10, characterized in that at least parts of the substrate surface are provided during the process with a removable auxiliary layer in order to be able to remove unintentionally melted particles in these parts in a further process step. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1–11 dadurch gekennzeichnet, dass während des Verfahrens überschüssige Partikel abgesaugt werden.Coating method according to one of claims 1-11, characterized in that excess particles are sucked off during the process. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1–12 dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschmelzen durch Einstrahlung von Laserstrahlung (13) erfolgt.Coating method according to one of claims 1-12, characterized in that the melting by irradiation of laser radiation ( 13 ) he follows. Beschichtungsverfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlung (13) von der den Löchern gegenüberliegenden Seite des Substrats eingestrahlt wird.Coating method according to claim 13, characterized in that the laser radiation ( 13 ) is irradiated from the side of the substrate opposite the holes. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 13–14 dadurch gekennzeichnet, dass die Laserwellenlänge derart gewählt wird, dass das Substrat (1) transparent für die Laserstrahlung (13) ist.Coating method according to one of claims 13-14, characterized in that the laser wavelength is selected such that the substrate ( 1 ) transparent to the laser radiation ( 13 ). Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–15, wobei die Vorrichtung Mittel zum Einbringen von Partikeln mit einem mittleren Durchmesser in die vorbereiteten Löcher (3) umfasst, wobei der mittlere Durchmesser der Partikel kleiner ist als der maximale Durchmesser (9) der Löcher, und weiterhin Mittel zum Aufschmelzen der in die vorbereiten Löcher (3) eingebrachten Partikel umfasst.Apparatus for carrying out the method according to any one of claims 1-15, wherein the apparatus comprises means for introducing particles with a mean diameter into the prepared holes ( 3 ), wherein the average diameter of the particles is smaller than the maximum diameter ( 9 ) of the holes, and further means for melting in the prepared holes ( 3 ) incorporated particles.
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