CN101276143B - 用于形成掩模层图案的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于形成掩模层图案的方法和系统。目前描述的实施例采用例如蜡印技术的印刷工艺，以便形成例如印刷电路的掩模层图案(比如阻焊剂层)。实质上可保持显影阻焊剂和曝光工艺中所有的其它常规工艺。根据目前描述的实施例，各印刷电路将具有匹配均匀和非均匀偏斜的独特图案。在一种形式中，图案包括其间具有规定间隔的单一蜡滴，用以使得该工艺对于当前的工业实践是明晰的。此外，单一的滴可既用于大区域又可用于小区域，而没有任何显影时间的差异。在至少一种形式中，间隔中的蜡模和阻焊剂在显影期间被除去。

Description

用于形成掩模层图案的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于形成掩模层(mask layer)图案的方法和系统。
背景技术
印刷电路制作中最终的平版印刷步骤是形成掩模图案。尽管可使用各种紫外线可固化材料，但负感光阻焊剂(soldermask)材料通常使用紫外线(UV)源和硬掩模而形成图案。参照图1(a)，示出了诸如印刷电路板10的印刷电路，其上具有铜模12和阻焊剂层14。对偏斜进行了测量。此外，选择和定位了适当的图案掩模16以便用于形成图案的操作。
通常，阻焊剂层涂覆或以别的方式形成在印刷电路板10上，然后软烘焙该组合体。随后施加掩模16。如图1(b)所示，印刷电路板10例如经由图案掩模16曝露于紫外光。在使用负感光阻焊剂层的情形中，阻焊剂层中诸如区域18的未遮盖区域在曝光期间发生交联。图案掩模16随后被除去且如图1(c)所示，对该装置(arrangement)显影，以便阻焊剂层的未交联区域在显影期间被除去。在该过程中，曝光铜模12以便可创建电触点。
然而，在使用诸如图1(a)至图1(c)中所示的方法中出现了各种困难。例如，因为使用这类技术使得偏斜不一且较大，于是使用了若干不同的″拉伸″掩模16以便匹配层-层的对准。这制约了层-层的精度以及对于偏斜非常大或不均匀的情形而言，通常需要刮擦印刷电路板10。此外，使用多个掩模16会增加运行时间和过程误差。
此外，使用蜡模(wax patterning)的系统是公知的。然而，这些系统要求在过程中采取附加步骤以便除去蜡，这可是很困难的。
因此，需要一种逐一地和数字地(digitally)拉伸掩模而无须显著改变当前工业过程的方法。这样的系统将提高产量、生产率和降低线宽公差。
发明内容
在目前描述实施例的一个方面，本方法包括确定用于掩模的掩模图案以便应用于例如阻焊剂层，在阻焊剂层上形成掩模，将阻焊剂层和掩模曝露于紫外光，以及显影阻焊剂层中的图案，使得在显影期间除去掩模和对应的在下面的材料，以便暴露印刷电路板的选定部分。
在目前描述实施例的另一个方面，本方法包括在印刷电路板上软烘焙阻焊剂层，分析印刷电路板上的基准标记以便确定印刷电路板的对准和方位，使用已确定的对准和方位而产生待被应用于阻焊剂层的掩模图案，使用蜡材料而在阻焊剂层上形成掩模图案，将阻焊剂层和蜡材料曝露于紫外光，显影阻焊剂层中的图案，使得在显影期间除去蜡材料和对应的在下面的材料，以便暴露印刷电路板的选定部分，以及硬烘焙印刷电路板上已形成图案的阻焊剂材料。
在目前描述实施例的另一个方面，掩模包括在其中具有已定位点的连续外形(outline)。
在目前描述实施例的另一个方面，掩模图案的形成包括将掩模印刷在阻焊剂层上。
在目前描述实施例的另一个方面，印刷包括以半色调图案将蜡材料滴喷在阻焊剂层上。
在目前描述的实施例的另一个方面，半色调图案包括第一外形。
在目前描述的实施例的另一个方面，半色调图案包括第二图案。
在目前描述实施例的另一个方面，印刷包括将蜡材料滴喷在阻焊剂层上以便形成巢形圆圈。
在目前描述实施例的另一个方面，印刷包括将蜡材料滴喷在阻焊剂层上以便形成直线。
在目前描述的实施例的另一个方面，该直线形成了网格图案。
在目前描述的实施例的另一个方面，该直线形成了巢形多边形。
在目前描述的实施例的另一个方面，显影还包括除去直接邻近放置于下的材料的部分。
在目前描述的实施例的另一个方面，提供了用于执行本方法的装置。
附图说明
图1(a)至图1(c)示出了用于形成阻焊剂层图案的常规技术；
图2示出了可并入目前描述的实施例的示范性系统；
图3为根据目前描述的实施例示出了可被用于图2中系统的方法的流程图；
图4(a)至图4(d)根据目前描述的实施例示出了用于形成阻焊剂层图案的过程；
图5通过目前描述的实施例示出了可被执行的各种图案；
图6使用目前描述的实施例示出了可被执行的所需图案；
图7根据目前描述的实施例示出了用于产生适当图案的方法；
图8根据目前描述的实施例示出了已产生图案的形成；和，
图9根据目前描述的实施例示出了根据图8中图案的印刷图像。
具体实施方式
目前描述的实施例采用例如蜡印技术的印刷工艺，以便形成例如印刷电路的掩模层图案(比如阻焊剂层)。实质上可保持显影阻焊剂和曝光工艺中所有的其它常规工艺。根据目前描述的实施例，例如印刷电路板(PCB)的各印刷电路将具有匹配均匀和非均匀偏斜的独特图案。在一种形式中，图案包括其间具有规定间隔的单一蜡滴，用以使得该工艺对于当前的工业实践是明晰的。此外，单一的滴可既用于大区域又可用于小区域，而没有任何显影时间的差异。在至少一种形式中，间隔中的蜡模和阻焊剂在显影期间被除去。
一个优点在于大区域和小区域由于均匀的抬起(lifting)蜡而无须加载作用便可形成图案且可均匀地形成图案。该工艺准许为更好地对正所进行的偏斜匹配并且对于当前的显影方法是明晰的。
应理解的是，本文中的示例虽然集中于形成阻焊剂层图案，但其它类型的紫外线可固化材料使用目前描述的实施例也可形成图案。关于这一点，例如其它类型的诸如SU-8的材料便可形成图案。
参照图2，示出了可执行目前描述实施例的印刷系统100的透视图。值得注意的是，尽管目前描述的实施例为说明性目的对关于诸如印刷电路板的印刷电路进行了描述，但这样的实施例可应用于其中需要印刷模中的均质、平滑壁特征的任何情形。印刷系统100包括用于支承(和任选地移动或传送)基底104的台102、安装到印刷支承结构120上的印刷组件106以及既充当系统控制器又充当数据处理器的计算机/工作站110。台102包括准许调整基底104方位的转动平台112。转动平台112上可包括任选的对准部件114，以便提供对基底104的粗略定位和抓取(capture)。印刷组件106包括印刷头116(位于转动夹具上)和安装在刚性支座120中的相机118(具有高倍放大性能)。印刷头116包括安装在喷射器基体124中的一个或多个喷射器122。喷射器122被构造成用于在基底104上分配印刷流体滴。根据待形成印刷模的类型及对其意欲进行的使用，印刷流体可包括各种材料，包括诸如蜡或光阻材料(以便形成半导体工艺掩模)的相变材料、诸如可溶性的电子(即导电的、半导电的或绝缘的)材料的胶悬体以及有机或无机材料(例如以便形成集成电路(IC)部件)。基底104可包括其上可形成图案的任何材料，例如半导体晶片(wafer)、玻璃板乃至诸如织物或塑料的柔性材料。如同随后将要详述的那样，喷射器122根据本发明的各个实施例可采用各种布置和方位。
计算机/工作站110被构造成用于从数据源124中接收PCB布局数据，然后向印刷支承结构提供适当的控制信号。数据源124可包括任何的布局数据源，包括网络计算机、经由局域网(LAN)或宽域网(WAN)连接的布局数据库乃至光盘(CD-ROM)或其它可移除的存储器介质。通过计算机/工作站110所提供的控制信号控制印刷头当其相对于基底平移时的运动和印刷动作。应指出的是，印刷动作可通过印刷支承结构、台或两者的联合而提供。应进一步指出的是，印刷动作不必包括印刷头本身的实际移动，因为当台平移基底时印刷头可保持不动。计算机/工作站110还被联接成用于接收和处理来自相机118的图像数据。正如随后将要描述的那样，相机118既可提供用于印刷系统100的手控校准性能又可提供用于印刷系统100的自动校准性能。
为了获得源于印刷系统100的所需图案，对布局数据进行适当地处理、配置印刷头116以及将印刷头116相对于台102进行精确地对准和校准。
现在参照图3，根据目前描述的实施例叙述了方法300。应理解的是，方法300可使用各种不同的硬件配置及软件技术而予以执行，包括结合图2中示出的系统100所进行叙述的那些。因此，执行该方法中各个功能的软件程序例如可存在于计算机110中并且可通过计算机110而施行。印刷系统106可用于印刷预期的掩模图案，就像以下所更为详细描述的那样。
然而，方法300包括使用图1的系统而可不必执行的许多步骤，例如涂覆和烘焙(或曝光和显影)。使用不须比本文中使提供的更多解释的常规技术，实现了任何这样的步骤的执行。当然，正如以下更为详细的解释那样，在一种形式中，显影根据目前描述的实施例包括除去蜡模和阻焊剂部分。
现在回到图3，使用常规技术实现了用诸如阻焊剂层的掩模层涂覆诸如图1所示印刷电路板10的印刷电路的初始步骤(302)。使用常规技术，随后在印刷电路板10上软烘焙阻焊剂(304)。
然后，印刷电路板被发送到在其中可进行分析和印刷功能的区域或区段(306)。应理解的是，该区段可包括可采用各种形式的印刷机站，包括图1中所示出的那些。例如，印刷机站可以是能被并入到电路板组件生产线内的模块单元。
然而无论如何，印刷电路板由印刷机站(例如系统100)例如使用印刷电路板上的基准标记而予以分析。以这种方法，确定了为在阻焊剂上印刷适当的图案而必须完成对准及方位(308)。用于分析印刷电路板上基准的技术在本领域为大家所熟知。
接下来，产生了待印刷的图像或图案(例如掩模图案)(310)。应理解的是，该图像或图案可以各种不同的方式产生，包括此后将要结合图7进行描述的那些。
在产生图像或图案之后，印刷系统基于阻焊剂上的掩模图案印刷掩模(312)。应理解的是，印刷步骤可以不是必需的。例如使用其它遮蔽技术，图像或图案(或掩模)可被配置或形成在阻焊剂上。然而在一种形式中，使用印刷工艺而提供了综合效率和改善效果。
在印刷了图案之后，电路板被定位在适当的站(可以或不必位于印刷机站)并例如曝露于紫外光(314)。正如上文所指出的那样，该曝光在被曝光区域的阻焊剂材料内部启动交联。就这点而论，阻焊剂中因放置图像或图案而未曝光的区域没有发生交联并可随后在显影中被除去。关于这一点，印刷电路板的阻焊剂层上的图案被显影(316)。通常，显影过程包括在印刷电路板上喷洒各种不同的化学成分，例如碳酸钾(K2CO3)或碳酸钠(Na2CO3)。正如此后示例中更为详细描述的那样，在显影过程中蜡模和蜡模下方的阻焊剂被合适地除去以便曝光电路板的所需区域。直接邻近蜡模下方阻焊剂的阻焊剂部分也在显影期间被除去。通常，曝光区域对应于对电路板的电连接有用的铜垫。
最后，在显影之后使用常规技术硬烘焙电路板(318)。这便完成了该工艺。
为了借助于示例更进一步地解释，现在参照图4(a)至图4(d)示出了示例性的印刷电路板40。印刷电路板具有配置在其上的铜模42以及适当地定位在印刷电路板40和铜模42之上的阻焊剂44。图4(a)中还示出了掩模图案46。应理解的是，掩模图案包括多数的滴48。在一种形式中，滴48经由如上所述的印刷工艺而被置于阻焊剂上。使用其它的适用技术还可将掩模图案46置于在阻焊剂上。此外应理解的是，滴48由适当的蜡或其它水溶性的材料所组成。然而，可满足目前描述的实施例目标的任何材料例如可被印刷或形成图案的其它材料都将是适当的。至少在一种形式中，该材料一定程度上将具有类似于蜡的性质以至蜡在曝光处理期间用来遮挡紫外线，并因而起到遮挡材料的作用。
参照图4(b)，整个组合体随后曝露于例如紫外线中。如图所示，曝光准许阻焊剂不与蜡滴对应的区域成为交联的。关于这一点，应指出的是交联坝体50形成在蜡滴之间的间隔下方。
图4(c)示出了显影过程开始阶段期间的组合体。正如可看到的那样，蜡模和非交联的阻焊剂的重要部分被除去。在一种形式中，蜡模在大约30秒内被均匀地抬离(lifted off)。应注意的是，处理中交联坝体50被留在该位置处。
图4(d)举例说明了显影已完成之后的组合体。正如可看到的那样，非交联阻焊剂的残留部分随同处理期间形成的坝体50一起被除去。应理解的是，在显影过程期间底切坝体50以及坝体50相对的在下面的铜模的有限物理粘合区域，准许阻焊剂坝体50抬离铜以便充分地暴露所需区域。
应理解的是，本文中所述构件的相对尺寸为目前描述实施例执行中的因数。例如，坝体50的相对尺寸是印刷机性能的函数且管理支配着目前所述实施例在执行中的界限。例如，滴与滴之间的间距为印刷装置限度的函数。同样地，滴的大小可为所使用印刷装置的函数。根据实际观点，阻焊剂厚度与蜡滴间距之间的比例应被调试成使得坝体50具有适当的大小以便在显影期间被除去。关于这一点，在一种形式中阻焊剂厚度与间距之间的比例大约为4∶1。应理解的是，在2∶1至3∶1范围内的比例也可以满足。
现在参照图5(a)至图5(e)，举例说明了各种不同的示例(例如蜡模)。例如，图5(a)示出了圆圈内部具有圆圈的图案例如巢形圆圈。图5(b)示出了方框内部展现方框的图案(例如巢形方框)。当然，任何多边形都将满足。图5(c)示出了具有水平(或垂直)直线的图案。图5(d)举例说明了格型的图案。最后，图5(e)示出了半色调(half tone)图案。应理解的是，这些图案中的任一个都可被用作例如在图4过程中所示出的图案46。此外，还可使用这类图案的组合。
然而应懂得的是，图5(e)中举例说明的半色调图案尤其有益于诸如印刷电路板的印刷电路、使用印刷工艺将掩模放置在例如阻焊剂层上的应用。关于这一点，印刷通常使用点(dots)而完成，因此半色调图案是有利的。图5(a)至图5(d)中举例说明的图案尽管更适合于某些应用，但如果在印刷工艺使用点则或会在执行中存在问题。图案中直线的相交可产生不想要的材料积累或者可给予形成或除去更困难的其它影响。当然，这些困难可通过更精密的印刷技术而予以克服及不能影响工艺到足以准许避免使用图案。因此、这些以及其它的图案可令人满意地在预期的工艺中使用而不管材料的印刷是否完成。
正如上文所指出的那样，目前描述的实施例可以各种不同的方式而予以执行以便获得各种不同的结果。关于这一点，目前描述实施例的优点在于系统对各种不同情形的适应性。系统可用于产生可与电路-电路基体上的印刷电路适当对准的图案以便获得对于所生产电路品质的改善结果。因此，尽管应理解的是可执行目前描述实施例的各种不同变体，但仍将结合图6至图9对目前描述实施例的一个执行示例进行描述。
关于这一点，参照图6举例说明了图像600的示例。应注意的是，图像600只不过是表示期望被用于电路(例如结合图4所示出的印刷电路板)的掩模图案的矩形。最终，图像600表示阻焊剂待除去部分的形状以便暴露所述印刷电路的选定部分。
现在参照图7，示出了举例说明用于产生对应掩模图案以便获得图6中图案的技术流程图。此外，图8示出了图像600的抽取图像，或者是表示用于获得图像600形状的点阵的图像。
因此现在参照图7，启动方法700(702)。应理解的是，方法700对应于用于产生图像或图案的图3中步骤310。该方法可例如通过图2的计算机110而予以执行。
如图所示，光栅化(rasterize)设计层或印刷电路的图像(704)。根据光栅化图像，选择将产生图案的电路板部件进行印刷(706)。
接下来，待印刷部件例如图6中部件600被缩略成″K″像素(708)。″K″被定义为实现这些目的的(滴半径/单元大小)。单元大小为待印刷像素的大小或宽度。该工艺保留缩略区域的一个外形像素为黑色而将内部区域充填为白色以便获得如图8中802所示的外形A(710)。随后抽取外形A(712)。
内部区域随后被缩略成″L″像素(714)。″L″被定义为实现这些目的的((滴直径+所需间隔+系统误差)/单元大小)。该工艺于是保留缩略区域的一个外形像素为黑色而填充剩余的内部区域为白色以便获得如图8中804所示的外形B(716)。随后抽取外形B(718)。内部区域随后与外形分离(720)。内部区域随后被半色调图案填充以便获得图8中806所示的抽取填充(722)。抽取外形A、外形B以及填充随后像图8中那样被加在一起(724)。除去间距太接近的任意像素(726)。该工艺在728处结束。
应理解的是，图8中所示的图案800随后被用作用于印刷的位图。现在参照图9，示出了对应的印刷图案900。正如所示出的那样，在其中具有策略性间距点或滴(或材料区)的连续外形构成了图案。关于这一点，图案900包括对应于图8中外形A的外形902。内部外形904对应于图8的外形B(804)。最后，图案900的填充区域所示出的点例如蜡点906对应于图8中所示出的填充(806)。
应理解的是，图案900随后可根据目前描述的实施例包括图3和图4中的技术而被用于获得对应于图6中图像600的区域。
应明白的是，上述公开及其它的各种特征和功能或其备选方案可期望结合到许多其它不同的系统或应用中。此外，本领域技术人员随后可作出的目前未预见到或未预先考虑的各种备选方案、修改、变体或其改进也认为落入所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1. 一种用于在印刷电路上的紫外线可固化材料层内形成图案以便暴露所述印刷电路的选定部分的方法，所述方法包括：
确定待应用于所述层的掩模的掩模图案；
基于所述层上的所述掩模图案形成所述掩模，所述掩模中具有间隔；
将所述层和所述掩模曝露于紫外光；和
显影所述层中的图案，使得在所述显影期间除去所述掩模、所述层的对应的在下面的材料和在所述间隔下方且直接邻近所述在下面的材料的所述层的暴露部分，以便暴露所述印刷电路的选定部分。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述层上的所述掩模图案形成所述掩模的步骤包括以半色调图案将蜡材料滴喷在所述层上。
3. 一种用于在涂覆在印刷电路板上的阻焊剂层内形成图案以便暴露所述印刷电路板的选定部分的方法，所述印刷电路板具有基准标记，所述方法包括：
软烘焙所述印刷电路板上的所述阻焊剂层；
分析所述印刷电路板上的所述基准标记，以便确定所述印刷电路板的对准和方位；
使用所确定的对准和方位而产生待被应用于所述阻焊剂层的掩模图案；
使用蜡材料在所述阻焊剂层上形成所述掩模图案，所形成的掩模图案中具有间隔；
将所述阻焊剂层和蜡材料曝露于紫外光；
显影所述阻焊剂层中的图案，使得在所述显影期间除去所述蜡材料、所述阻焊剂层的对应的在下面的材料和在所述间隔下方且直接邻近所述在下面的材料的所述阻焊剂层的暴露部分，以便暴露所述印刷电路板的选定部分；和
硬烘焙所述印刷电路板上的图案化的阻焊剂材料。
4. 一种用于在印刷电路板上的阻焊剂层内形成图案以便暴露所述印刷电路板的选定部分的系统，所述系统包括：
用于确定待被应用于所述阻焊剂层的掩模图案的装置；
用于使用蜡材料而在所述阻焊剂层上形成所述掩模图案的装置，所述掩模图案中具有间隔；
用于将所述阻焊剂层和蜡材料曝露于紫外光的装置；和
用于显影所述阻焊剂层内图案的装置，使得在显影期间除去所述蜡材料、所述阻焊剂层的对应的在下面的材料和在所述间隔下方且直接邻近所述在下面的材料的所述阻焊剂层的暴露部分，以便暴露所述印刷电路板的选定部分。
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