CN1376308A - 溅射方法 - Google Patents

Abstract

一种用于涂敷在两面具有不相等的黏附性能的衬底的方法,包括以下步骤:通过在第一组涂敷条件下涂敷第一面和在第二组涂敷条件下涂敷第二面非对称地涂敷所述衬底,其中用于涂敷每个面的涂敷条件被这样改变,使得补偿所述面的不相等的涂敷性能。此外,一种衬底制备方法包括以下步骤:提供一种具有第一表面和第二表面的退火的热塑衬底底层;在具有基线温度和相对湿度的环境中稳定所述衬底底层;在所述底层中钻孔;对所述底层的第一和第二表面进行离子处理,使得除去在钻通孔时引起的污染,并制备第一和第二供溅射的表面;通过在底层的第一表面上首先溅射至少一个金属层并接着在所述底层的第二表面上溅射至少一个金属层对底层进行金属化,所述金属层的溅射被这样控制,使得阻止底层的温度超过底层的退火温度;在具有基线温度和相对湿度的环境中使金属化的底层稳定,然后使金属化的底层经受进一步处理,使得金属层改变成导电图形。

Description

溅射方法

发明领域

本发明的领域是通过物理蒸汽淀积制造双面衬底涂层。

发明背景

集成电路(IC)封装是一种壳体，其对IC进行环境保护，帮助进行IC的测试，并帮助以高产量的装配方法使用IC。这种封装用于保护IC免受机械和环境应力和静电放电。还用于提供用于测试、老化和与较高等级的封装例如电路卡互连的机械接口。

在许多IC封装中，衬底作为在端子或在IC上的焊盘和封装的连接器或引线之间的互连层。衬底和IC以及封装引线一般在机械上和电气上相连。衬底可以由陶瓷或有机材料制造，可以是刚性的或柔性的，并且可以包括一层或被层叠在一起的多层。

衬底一般具有位于衬底的相对侧的两个基本上平面的侧面。衬底可以包括位于一侧平面或两侧平面上的导电图形，并且可以包括导电通孔或通道，用于提供通过衬底的导电通路。衬底制造可以包括以下步骤：提供底层，例如聚酰亚胺膜，在底层中形成通道，利用一个或几个金属层覆盖底层的平面并利用导电材料填充通道，除去金属层的一部分而形成导电图形，并可以连接最终的衬底和另外的衬底，从而形成多层衬底。

在底层中形成通道的步骤可以通过使用激光钻孔进行。虽然激光钻孔具有许多优点，但是其一般在衬底表面上留下表面污染(“激光熔渣”)。这些表面污染最好在利用金属层覆盖表面之前被除去。虽然化学和等离子清洁方法是已知的，但是在衬底清洁方面的改进有可能提供大的经济和环境的利益。

利用一个或几个金属层覆盖底层表面并利用导电材料填充通道的步骤最好能够产生金属层对底层的足够的黏附力，从而阻止进一步污染。抗污染能力的一种量度是剥落强度。剥落强度一般以每个单位宽度的力为单位进行测量，例如lb/in或g/mm，并通过测量从底层中剥落一个金属层的带所需的力的数量来确定。

现有的方法和装置有时产生不满意的结果，使得所得的衬底在一个面或几个面上具有相当差的剥落强度。因而，需要产生一种具有较高剥落强度的新的衬底，以及用于生产这种衬底的方法和装置。

发明概述

本发明涉及一种具有较高的和平衡的剥落强度的改进的衬底和用于生产这种衬底的方法和装置。更具体地说，一种特别适用于涂敷在两面具有不相等的黏附性能的衬底的方法，包括以下步骤：通过在第一组涂敷条件下涂敷第一面和在第二组涂敷条件下涂敷第二面非对称地涂敷所述衬底，其中用于涂敷每个面的涂敷条件被这样改变，使得补偿所述面的不相等的涂敷性能。

此外，一种衬底制备方法包括以下步骤：提供一种具有第一表面和第二表面的退火的热塑衬底底层；在具有基线温度和相对湿度的环境中稳定所述衬底底层；在所述底层中钻孔；对所述底层的第一和第二表面进行离子处理，从而除去在钻通孔时引起的污染，并制备第一和第二供溅射的表面；通过在底层的第一表面上首先溅射至少一个金属层并接着在所述底层的第二表面上溅射至少一个金属层对底层进行金属化，所述金属层的溅射被这样控制，使得阻止底层的温度超过底层的退火温度；在具有基线温度和相对湿度的环境中使金属化的底层稳定，然后使金属化的底层经受进一步处理，使得金属层改变成导电图形。

由下面结合附图进行的本发明的优选实施例的详细说明可以更加清楚地看出本发明的特点和优点以及其它的方面，在附图中相同的标号表示相同的元件。

附图说明

图1是实施本发明的第一方法的方块图；

图2是实施本发明的第二方法的方块图；

图3是实施本发明的第三方法的方块图；以及

图4是实施本发明的溅射系统的示意图。

本发明的详细说明

参见图1，形成衬底的优选的方法包括步102，在绝缘的底层材料例如Upilex^聚酰亚胺膜上进行激光钻孔，步104，通过离子刻蚀制备表面，步106，在膜的两面和通孔中溅射铬和铜，步108，在金属层上利用光刻方法形成所需的导电图形。在试图把图1的方法结合到生产环境的过程中，产生了几个问题，这些问题的解决办法也包括在这里披露的本发明的主题中。

在步102，在底层材料中进行激光钻孔(“激光作用”)的过程中发现在通道的整个孔的周围留下碳环(“激光熔渣”)。这种碳环的麻烦之处在于，其使得在激光熔渣和溅射的金属层之间几乎没有附着力。

包括步104，借助于离子刻蚀制备表面，其中可以使用一个或几个离子源除去激光熔渣以及其它的表面污染。为这些目的使用离子刻蚀可以使得取消在激光作用和溅射步骤之间的化学与/或等离子清洁步骤，并增强在步106期间的黏附力，从而把金属溅射到制备的清洁的膜上。对于步104的离子源，最好使用闭合的漂移装置(一种具有通过的电子流并由磁场阻止的装置)。更好是，使用具有短的加速区的阳极层/无栅装置。这种装置可以不用电子发射器工作，并具有简单的结构，并且和具有扩展的加速区的源相比，具有较小的电噪声，能够减少或者消除颗粒污染，并且基本上不用维修。在优选实施例中，使用具有氧作为工作气体的Advanced Energy Industries，Inc.的94厘米的线性粒子束源(94cm Linear Ion Beam Source)，气流压力为200sccm(每分钟标准立方厘米)，在200sccm的气体流量下，放电电压(其是气体流量的函数)为1500v。离子束处理的优点是名称为“ION PROCESSING OF A SUBSTRATE”的本发明人的美国专利申请中讨论的主题(尚未给予申请号)，该专利的全文在此列为参考。

一旦通孔被钻成，所有将来的处理必须涉及在通孔和在膜的表面上的导电图形之间以及在一层和另一层的导电图形之间如何保证正确地对准。在各个处理步骤期间，在试图保证正确地对准时，遇到并克服了若干问题。一个问题是由于环境变化例如在处理期间的温度和湿度的改变而引起变形/不正确的对准的可能性。另一个至少对聚酰亚胺膜和其它的热塑材料有些独特的问题是在溅射期间由衬底的过热引起的变形。还有一个问题是由于具有不同表面特性的侧面而引起的衬底的侧面之间的剥落强度的不同。

在试图减少由温度和湿度的变化引起的对准问题时，衬底底层材料被置于具有基线温度和湿度的环境中，并且在钻孔之前使得能够在这种环境中稳定。建立一种基线环境能够帮助确保在元件之间的正确的对准。这种增加的保证来自在处理步骤之前使衬底在基线温度和湿度下再次进行稳定，从而减少由衬底的温度和湿度离开基线值的变化而引起的任何变形。对于包括激光处理、涂敷、光刻和层叠步骤的方法，发现在激光处理之前在基线环境中使衬底稳定，并在光刻处理和层叠步骤之前进行再稳定是有利的。

已经发现，在溅射(步106)期间由衬底的过热引起的变形是在大的程度上影响产量的限制因素。一般地说，在处理期间增加淀积速率会引起较高的衬底温度。因而，为了维持最大的处理温度在衬底的变形温度以下，需要通过相应地减少输出限制淀积速率。发现减少或消除这种变形的一种方法是对衬底进行预退火，从而升高发生变形的温度。可以预料，在超过一般的退火温度的温度下使衬底退火将把衬底被处理的温度升高到基本上和用于退火的温度相等的温度。因而，在步102的激光处理之前在聚酰亚胺膜的处理中包括一个退火步骤能够允许较高的淀积速率。可以预料，在340℃-400℃，360℃-380℃，365℃-375℃，或368℃-372℃的范围内的温度是尤其有利的。较差的温度可以降低到340℃以下，或者在380℃以上。当前的优选的温度是372℃。

发现的另一种用于减少或消除这种变形的方法是按顺序溅射侧面而不是同时溅射衬底的两面。发现对于给定的淀积速率，当两面被同时溅射时比按顺序溅射时衬底的温度高得多。因而，如果两面被顺序地溅射，则可以比同时溅射使用较高的淀积速率。如果衬底的两面要被顺序溅射，则在溅射期间衬底可以被固定，使其一侧和散热器相连。当衬底在溅射期间被这样固定，使其一侧和铝板平行时，发现有助于减少在溅射期间的衬底的温度，因而允许使用较高的淀积速率。预计较高的淀积速率也可以导致获得改进的剥落强度。使用冷却的铝板(即在用于溅射处理之前在冷冻器中放置几小时的铝板)发现能够进一步减少在溅射期间的衬底温度，因而允许使用更高的溅射速率。

发现当两侧以相同的速率按顺序溅射时，在第二侧溅射期间的温度大大高于第一侧溅射时的温度。在溅射第二侧时增加的温度可以用两种不同的方式加以利用。一种方式是认识到虽然因为温度的增加使得第二侧必须在给定的速率下溅射，但是第一侧由于相当低的温度而可以在较高的速率下溅射。这样，通过对每侧规定其淀积速率，可以增加处理的总产量。

发现使用溅射涂敷衬底例如聚酰亚胺膜的两侧可以使被涂敷的两侧具有不相等的剥落强度。利用在两侧之间的温差的另一种方式是选择溅射黏度较小的第二侧，而在和第一侧相同的速率下溅射。这样，预计在第二侧溅射期间增加的温度将帮助产生更平衡的衬底，因为第二侧的相对小的黏度将至少部分地由增加的温度进行补偿。因而，通过改变每个表面被涂敷时的操作条件，并且可以改变两个表面被涂敷的顺序，使得补偿在两个表面之间的黏性的差异，可以使衬底被平衡，因而具有更加相等的剥落强度。预计第一组操作条件和第二组操作条件至少在以下条件之一可以不同：系统的几何形状，衬底温度，靶子电压，溅射气体，气体压力和功率。

除去聚酰亚胺膜之外，认识到这里披露的方法同样适用于任何绝缘的基底材料，尤其是在两侧之间具有不同表面特性的基底材料。

在一个实施例中，一种用于涂敷衬底的第一和第二表面，使得产生平衡的衬底的方法包括以下步骤：利用物理蒸汽淀积在第一组操作条件下在衬底的第一表面上淀积第一涂层，以及利用物理蒸汽淀积在和第一组操作条件实质上不同的第二组操作条件下在衬底的第二表面上淀积第二涂层。如前所述，两个淀积步骤的操作条件最好被这样改变，使得能够补偿两侧黏性的差异。

在另一个实施例中，一种用于涂敷衬底的第一和第二表面，使得产生平衡的衬底的方法还可以包括以下步骤：选择一个表面，其具有比另一个表面较高的黏度，作为要被涂敷的第一表面，并且在涂敷第二表面之前涂敷第一表面。

现有的衬底涂敷方法经常利用溅射的种子层，其用于通过电镀对衬底进行金属化。预计包括小于或等于5000埃的金属层的并通过溅射被单独淀积的衬底可能优于包括一个较厚的金属层与/或电镀层的衬底。还预计，这里披露的方法，特别是在溅射之前对表面进行离子刻蚀使得能够获得基本上均匀的没有缺陷的相当薄的镀层。这种薄的溅射层使得能够刻蚀较细的导电轨迹，并且也可以改善剥落强度。使用这里披露的方法，可以得到可接受的衬底，其在一侧上具有小于4000埃，3000埃，2000埃，小于1000埃，或者甚至小于或等于100埃的金属涂层(包括所有的溅射层的涂层)。

这里披露的方法也可以应用于现有的溅射系统的改进型式，例如Balzers Process Systems(BPS)Aristo^TM500S的用于平屏显示器的垂直直线监视系统。参见图4，虽然以前使用的这种系统只用于溅射平屏显示器的一面，但是这种系统可以是一种改进的系统，其中包括具有衬底固定板240和允许除去所述固定板的释放栓锁装置的衬底载体，离子源210，如前所述，用于提供高能量的定向等离子源，用于在金属化之前立即清洁膜的表面并构造膜表面的结构，以及一系列直线排列的模块(按照从开始到结束的顺序编号)，其中端模块(模块1和9)具有用于加载和卸载的大气环境，模块2和8在大气压和大致真空的环境之间循环，并作为负载锁定装置，模块3和7在负载锁定装置的大致真空环境和处理室的高度真空环境之间循环，模块4-6是连续的(模块1-3和7-9是不连续的/在物理上隔开的，以便得到不同的真空度)，并且包括阴极(220和230)和在模块5中的处理，以及在模块4和6中的附加的空间，用于使载体通过阴极运动，从而完成衬底平面的溅射覆盖。在模块5中，具有至少一对离子源，至少一对铬阴极和至少一对铜阴极，使成对的源被设置在面向内部的相对的壁上。

上述的改进的BPS系统可以用于同时溅射衬底的两侧，包括以下步骤：(1)并排地安装两个或多个衬底250，并由屏蔽240(连接板)分开，(2)使安装的衬底250通过溅射室(模块5)，涂敷每个衬底的第一侧(在涂敷之前可以对衬底进行离子刻蚀)，(3)重新定位所述衬底，使得未被涂敷的第二侧面向外，以及(4)使衬底通过相同的或者第二室，涂敷每个衬底的第二侧。应当注意，直接把衬底250固定到屏蔽340上使得屏蔽240可以作为散热器，并保护衬底250的一侧不受溅射。

参见图2，用于说明这种处理的方法可以包括步111，提供至少两个溅射阴极(或一些其它物理蒸汽淀积装置)；步112，提供至少两个衬底；步113，把至少两个衬底中的两个安装到输送装置上，使得两个安装的衬底的第二表面彼此相向，并朝向位于两个安装的衬底之间的屏蔽；步114，利用至少两个溅射阴极中的两个在两个安装的衬底的每个的第一表面上同时淀积第一涂层，所述第一涂层的淀积在第一组操作条件下进行；步116，重新定位两个衬底，使得两个安装的衬底的涂敷的第一表面的方位成彼此相向并朝向被定位在两个安装的衬底之间的屏蔽；步118，利用至少两个溅射阴极中的两个在两个安装的衬底的每个的第二表面上同时淀积第二涂层，所述第二涂层的淀积在第二组操作条件下进行，所述第二组操作条件和所述第一组操作条件关于至少以下条件之一在实质上不同：系统的几何形状，衬底温度，靶子电压，溅射气体，气体压力和功率。

参见图3，进行这种处理的另一种方法可以包括以下步骤：步121，提供具有第一表面和第二表面的热塑衬底底层；步122，在具有基线温度和相对湿度的环境中稳定所述衬底底层；步123，在所述底层中钻通孔；步124，对所述底层的第一和第二表面进行离子处理，使得除去由钻孔引起的污染，并制备供溅射的第一和第二表面；步126，通过在底层的第一表面上首先溅射至少一个金属层，接着在底层的第二表面上溅射至少一个金属层，对所述底层进行金属化，所述金属层的溅射被这样控制，使得阻止底层的温度超过底层的退火温度；步128，在具有基线稳定和相对湿度的环境中使金属化的底层稳定，然后对所述金属化的底层进行进一步处理，使得把所述金属层修改成导电图形。

这样，已经披露了用于处理衬底的溅射系统和溅射方法的特定实施例和应用。不过，显然，不脱离本发明的构思，本领域的技术人员可以作出在已经披露的实施例之外的许多改型。因此，本发明的主题只由所附权利要求限定。此外，在解释说明书和权利要求时，所有的术语都应当以和范围一致的尽可能最广义的方式解释。特别是术语“包括”应当以非排外的方式解释为具有有关的元件和步骤，表示可以具有或利用涉及的元件或步骤以及和其它的没有明示的元件和步骤的组合。

Claims (12)

1.一种用于涂敷衬底的第一和第二表面的方法，其包括以下步骤：

利用物理蒸汽淀积在衬底的第一表面上淀积第一涂层，所述第一涂层的淀积在第一组操作条件下进行；

利用物理蒸汽淀积在衬底的第二表面上淀积第二涂层，所述第二涂层的淀积在和第一组操作条件实质上不同的第二组操作条件下进行。

2.如权利要求1所述的方法，还包括识别所述衬底包括具有不同水平黏度的第一和第二表面的步骤。

3.如权利要求2所述的方法，还包括选择具有较高黏度的表面作为第一表面的步骤和利用物理蒸汽淀积在第一表面上淀积第一涂层的步骤在利用物理蒸汽淀积在第二表面上淀积第二涂层的步骤之前进行。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述第一组操作条件和第二组操作条件至少在以下条件之一不同：系统的几何形状，衬底温度，靶子电压，溅射气体，气体压力和功率。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述衬底是聚酰亚胺膜。

6.如权利要求1所述的方法，其中在利用物理蒸汽淀积在衬底的第一表面上淀积第一涂层和利用物理蒸汽淀积在衬底的第二表面上淀积第二涂层的两个步骤中使用一个离子源，所述离子源是同一个离子源。

7.如权利要求1所述的方法，其中在衬底的相对侧被涂敷时，至少衬底的第一侧和第二侧之一和散热器相连。

8.一种用于涂敷衬底的第一和第二表面的方法，其包括以下步骤：

提供至少两个溅射阴极；

提供至少两个衬底；

把至少两个衬底中的两个安装到输送装置上，使得两个安装的衬底的第二表面的方位彼此相向，并朝向定位于两个安装的衬底之间的屏蔽；

利用至少两个溅射阴极中的两个在两个安装的衬底的每个的第一表面上同时淀积第一涂层，所述第一涂层的淀积在第一组操作条件下进行；

重新定位两个衬底，使得两个安装的衬底的涂敷的第一表面的方位彼此相向并朝向被定位在两个安装的衬底之间的屏蔽；

利用至少两个溅射阴极中的两个在两个安装的衬底的每个的第二表面上同时淀积第二涂层，所述第二涂层的淀积在第二组操作条件下进行，所述第二组操作条件和所述第一组操作条件关于至少以下条件之一在实质上不同：系统的几何形状，衬底温度，靶子电压，溅射气体，气体压力和功率。

9.如权利要求8所述的方法，其中两个安装的衬底和所述屏蔽直接接触，并且在涂敷淀积期间所述屏蔽作为散热器。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述屏蔽是涂敷淀积之前冷却。

11.一种衬底制备方法，其包括以下步骤：

提供一种具有第一表面和第二表面的退火的热塑衬底底层；

在具有基线温度和相对湿度的环境中稳定所述衬底底层；

在所述底层中钻孔；

对所述底层的第一和第二表面进行离子处理，使得除去在钻通孔时引起的污染，并制备第一和第二供溅射的表面；

通过在底层的第一表面上首先溅射至少一个金属层并接着在所述底层的第二表面上溅射至少一个金属层对底层进行金属化，所述金属层的溅射被这样控制，使得阻止底层的温度超过底层的退火温度；

在具有基线温度和相对湿度的环境中使金属化的底层稳定，然后使金属化的底层经受进一步处理，使得金属层改变成导电图形。

12.如权利要求11所述的方法，其中第一表面和第二表面的淀积被这样控制，使得阻止在第一表面上的至少一个金属层的总厚度和在第二表面上的至少一个金属层的总厚度不超过N埃，其中N是5000，4000，3000，2000，1000，和100。

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