DE69220629T2

DE69220629T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Musters eines Aufzeichnungselementes

Info

Publication number: DE69220629T2
Application number: DE69220629T
Authority: DE
Inventors: William E. Dallas Texas 75214 Nelson
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1991-08-08
Filing date: 1992-08-07
Publication date: 1997-12-18
Anticipated expiration: 2012-08-08
Also published as: US5482818A; EP0528285B1; JP3254248B2; EP0528285A1; JPH05206006A; US5672464A; CA2075026A1; DE69220629D1; US5330878A

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen Techniken zur Bildung e integrierter Schaltungen oder gedruckter Leiterpiatten und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Strukturieren einer gedruckten Leiterplatte oder eines Abbildungsteus unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bei einem Standardprozeß zur Herstellung gedruckter Leiterpiatten (PCBs) wird ein Mutterretikel durch ein computergesteuertes System erzeugt, durch das durch Belichten eine Eins-zu-Eins- Abbildung des gewünschten PCB-Musters auf einem Film oder einem anderen Substrat gebildet wird. Nachfolgend werden Masken zum Kontaktbelichten metallisierter PCB-Substrate mit einer Photoresistbeschichtung erzeugt. Wenn der Resist entwickelt wird, wird das Metall geätzt, so daß es das ursprüngliche Verbindungsmuster des Mutterretikels zeigt. Die Platte wird daraufhin zusammen mit den anderen Platten, die die verschiedenen Ebenen einer fertigen PCB darstellen, laminiert. Die fertige PCB wird daraufhin getestet. Falls ein Entwurfsfehler im Gegensatz zu einem Prozeßfehler gefunden wird, muß der ganze Prozeß erneut ausgeführt werden.
Die Erzeugung des Mutterretikels ist kostspielig. Nachdem es fertiggestellt wurde, muß es auf einen Arbeitsfilm übertragen werden, was ebenfalls teuer ist. Bei vielen Fehlern kann dies äußerst kostspielig werden, ganz abgesehen vom Zeitaufwand. Es besteht ein Bedarf an einem Verfahren zum Herstellen von PCBs, das nicht mit einer wiederholten Herstellung von Mutterretikeln oder einer periodischen Ersetzung von Mutterretikeln einhergeht.
In "Silicon Processing for the VLSI Era", Bd. 1: Process Technology; Lattice Press, Sunset Beach, Kalifornien (USA); 1986; S. 468 - 477 sind Prozesse zur Strukturierung von Substraten offenbart, bei denen Masken zum Projizieren des auf das Substrat zu strukturierenden Bildes verwendet werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die hier offenbarte vorliegende Erfindung beinhaltet ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Strukturieren eines Abbildungsteils, wodurch mit Strukturierungsverfahren und Geräten aus dem Stand der Technik verbundene Schritte im wesentlichen beseitigt oder verringert werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht das Strukturieren eines Abbildungsteils ohne die zeitaufwendige Erzeugung eines kostspieligen Retikelsatzes.
Die Aufgaben der Erfindung werden durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
Eine Ausführungsform der Erfindung liegt im Herstellungsprozeß für gedruckte Leiterplatten (PCBs). Abhängig von den Anforderungen des Systems hinsichtlich des Umfangs oder der Prozeßgeschwindigkeit könnte eine lineare oder flächenhafte Matrixvorrichtung verwendet werden. In dieser Ausführungsform wird eine seriell in die Vorrichtung eingeführte Datenzeile Zeile für Zeile parallel durch die flächenhafte Matrix bewegt, während die Synchronisation mit der auf dem Abbildungsteil zu belichtenden Fläche erhalten bleibt. Es ergibt sich eine im Vergleich zur Verwendung einer linearen Matrix stark verringerte Belichtungszeit für den photolithographischen Prozeß sowie eine ähnliche Verbesserung der Prozeßgeschwindigkeit für die PCB- Erzeugung.
Das abzubildende Muster wird einem räumlichen Lichtmodulator zugeführt, der das Muster direkt auf eine mit Resist beschichtete PCB abbildet, wodurch die Notwendigkeit von Retikeln und Arbeitsfilmen beseitigt wird.
Im Dokument US-A-3 985 439 ist eine Vorrichtung zum elektrooptischen computergesteuerten Zeichnen von Masken für Halbleiterbauelemente beschrieben, wobei ein Strahl kohärenten Lichts durch einen elektrisch steuerbaren Lichtmodulator moduliert und schließlich in mehrere identische Unterstrahlen aufgeteilt wird.
Im Dokument US-A-4 577 932 ist ein Mehrfleck-Modulator für ein sehr schnelles Aufzeichnen von Daten auf einem lichtempfindlichen Material bei Laserdruckern, Zeicheneinrichtungen und optischen Datenspeichervorrichtungen offenbart, wobei ein Laserstrahl einer akustischen Welle ausgesetzt wird, so daß eine Modulation des Laserstrahls auftritt. Durch dieses Verfahren kann eine einzige Datenzeile in den den Laserstrahl beeinflus-senden Modulator geladen werden und auf dem lichtempfindlichen Material aufgezeichnet werden. Es ist bei diesem Systemtyp möglich, eine ganze Datenzeile zu verändern.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und weiterer Vorteile von dieser wird nun auf die folgende detaillierte Beschreibung Bezug genommen, die zusammen mit der beigefügten Zeichnung gelesen werden sollte, wobei
FIGUR 1 eine perspektivische Darstellung eines Systems aus dem Stand der Technik zum Strukturieren einer PCB ist.
FIGUR 2 eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zum Strukturieren einer PCB gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
FIGUR 3 eine Schnittansicht zum Stand der Technik einer Vorrichtung mit verfornibaren Spiegeln ist.
FIGUR 4 eine Draufsicht einer Matrix aus Vorrichtungen mit verformbaren Spiegeln ist.
In FIGUR 5 die Bewegung der Daten und der Platte zueinander dargestellt ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

In Figur 1 ist ein System aus dem Stand der Technik zum Herstellen eines PCB-Arbeitsfilms dargestellt. Bei diesem System ist weder das an einem Arbeitsplatz vorgenommene Layout zum Erzeugen der erforderlichen Daten zur Erzeugung des ursprünglichen Musters noch der Schritt des Erzeugens des Retikels dargestellt.
Ein Retikel 20 wird durch eine Eins-zu-Eins-Belichtung des am Arbeitsplatz erzeugten Bildes hergestellt. Es wird daraufhin unter einer Lichtquelle 12 angeordnet, die durch eine Linse 16 auf das Retikel fokussiert ist. Das sich auf dem Retikel 20 befindende Muster wird daraufhin durch einen Diazo-Prozeß auf einen Teil eines Arbeitsfilms 22 übertragen. Der Film wird daraufhin durch Belichten auf eine mit Kupfer beschichtete leere PCB, die mit Resist überzogen ist, übertragen. Die Struktur auf der Platte wird entwickelt, und die Platte wird geätzt.
Um die wohlbekannten Schichtplatten mit mehreren verschiedenen Schaltungsebenen herzustellen, wird der obenerwähnte Prozeß für jede Ebene getrennt durchgeführt. Nachdem alle Platten fertiggestellt worden sind, werden sie zusammen zu einer Platte laminiert. Die Platten werden daraufhin getestet, um sicherzustellen, daß sich die richtige Schaltung auf der Platte befindet.
Falls ein Problem mit einer Platte auftritt, die geändert und hergestellt werden muß, muß der ganze Prozeß wiederholt werden.
Dies ist offensichtlich ein kostspieliger und zeitaufwendiger Prozeß.
Die vorliegende Ausführungsform der aktuellen Erfindung ist in Figur 2 dargestellt. Die Layout-Daten werden in einen Computer 40 eingegeben. Eine Lichtquelle 24, die beispielsweise eine ultraviolette Lichtquelle sein kann, erzeugt Strahlen 26, die durch eine Linse 28 gesammelt werden, auf einen räumlichen Lichtmodulator 32 gerichtet werden und im allgemeinen bei der Öffnung einer Abbildungslinse 44 fokussiert werden. Der räumliche Lichtmodulator bewirkt durch selektives Adressieren von Pixelelementen, daß einzelne Abschnitte des Beleuchtungsstrahls 30 entlang eines Weges 42 in die Linse 44 reflektiert werden. Der räumliche Lichtmodulator enthält in dieser Ausführungsform einzeln gesteuerte Elemente, wie beispielsweise Vorrichtungen mit verformbaren Spiegeln, oder es können in Ausführungsformen, in denen Licht anderer Frequenzen verwendet wird, Flüssigkristalle verwendet werden.
Die Auswahl der einzelnen Elemente der Matrix zum Reflektieren von Licht wird mittels der Layout-Daten durch den Computer 40 vorgenommen. Der Computer veranlaßt die Matrix, ein Bild der gewünschten Schaltung auf der Leiterplatte 46 zu bilden, die eine mit Resist überzogenen Platte ist. In diesem Fall werden hierdurch die gleichen Schritte ausgeführt, die oben erörtert wurden. Es wird jedoch der Bedarf an einem Mutterretikel und am Arbeitsfilm beseitigt. Die Computerdatei des gewünschten Layouts ersetzt im wesentlichen das Mutterretikel als Quelle des gewünschten Bildes.
Die Leiterplatte 46 liegt auf einem beweglichen Tisch 48 oder einer beweglichen Bühne, der oder die in der durch einen Pfeil 50 dargestellten x-Richtung und unabhängig davon in der durch einen Pfeil 52 dargestellten y-Richtung verschoben werden kann. Dies ermöglicht es, die Leiterplatte unter der Matrix auszurichten und unter der Matrix hindurchzuführen, um dieses Teil richtig abzubilden. Das Teil wird mosaikförmig abgebildet, was im Gegensatz zu einem linear abtastenden Abbilden steht, das typischerweise bei Laserabtastgeräten verwendet wird. Das Teil wird durch den computergesteuerten x-y-Tisch wiederholt schrittweise bewegt, wodurch jeweils ein Block des Mosaiks dem Licht des räumlichen Lichtmodulators ausgesetzt wird.
Die Platte wird daraufhin den gleichen Prozessen unterzogen, die oben erörtert wurden. Falls bei der fertigen Platte ein Problem gefunden wird, ist es, statt das Layout erneut entwerfen zu müssen und ein neues Mutterretikel und einen neuen Arbeitsfilm herstellen zu müssen, nur erforderlich, die Entwurfsdatei zu korrigieren und die PCB erneut laufenzulassen. Die neue Platte kann direkt aus den korrigierten Layout-Daten hergestellt werden, die zum Steuern des räumlichen Lichtmodulators verwendet werden.
Der räumliche Lichtmodulator kann einem von mehreren Typen angehören. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung mit verformbaren Spiegeln (DMD) verwendet. Eine Seitenansicht eines Spiegelelements ist in Figur 3 dargestellt. Die DMD wird typischerweise monolithisch als lineare oder flächenhafte Matrix in Silicium hergestellt, wobei hier jedoch nur ein Element dargestellt ist. Ein Substrat 54 wird mit Metall bedeckt und zur Bildung der nicht dargestellten Adressenelektroden strukturiert. Die Elektrodenschicht wird daraufhin mit einer Abstandsschicht 56 überzogen. Daraufhin wird eine Schicht aus dünnem reflektierenden Metall auf den Abstandshalter aufgebracht, der eine dicke Schicht aus dem gleichen oder einem ähnlichen Metall 60 folgt. Um das Spiegelelement 64 zu bilden, wird die dicke Schicht 60 strukturiert und geätzt, um das dicke Metall überall außer in den Spalten 66 und über Gelenken 68 übrigzulassen In der dicken Schicht werden Löcher 62 gelassen, um ein Unterätzen der Abstandsschicht 56 zu ermöglichen. Die sich ergebende Struktur enthält ein über dem Luftspalt an den Gelenken 68 aufgehängtes Spiegelelement 64. Wenn die Elektrode auf einer Seite der Gelenkmittellinie des Spiegels auf dem Substrat 54 adressiert wird, dreht das Drehmoment den Spiegel um das Gelenk, wodurch das auf den Spiegel gerichtete Licht entlang eines anderen optischen Weges abgelenkt wird. Dieser Aufbau ist als DMD mit bistabilen Torsionsträgern bekannt. Es könnten andere DMD-Konfigurationen, wie lineare und flächenhafte Matrizen sowie Pixelelemente unterschiedlicher Größen und geometrischer Konfigurationen, verwendet werden. Es könnten auch Kombinationen von DMDS verwendet werden, um den Prozeß oder einfach die Step-und-Repeat-Muster zu beschleunigen.
In Figur 4 ist eine flächenhafte Matrix der DMD-Vorrichtungen dargestellt. Das Substrat 54 weist zahlreiche Reproduktionen des Spiegelelements oder der Zelle 64 auf. Die Daten können auf e viele Arten so geladen werden, daß sie mit dem gewünschten auf das Abbildungsteil zu projizierenden Muster übereinstimmen. Einer dieser Wege ist durch Pfeile 70 und 72 in Figur 5 dargestellt.
Die Daten werden seriell in eine durch den Pfeil 70 schematisch dargestellte Zellenreihe geladen. Die einen Spiegel 64a enthaltende Zellenzeile entspricht der Zeile von Bilddaten 76 auf dem Teil 46 am Ausgangsort. Wenn die Daten parallel die Matrix hinunter in Richtung des Pfeils 72 zur Zellenreihe mit 64b übertragen werden, bewegt sich das Teil synchron mit der Datenzeile. Die Datenzeile 76 bewegt sich mit dem Teil entlang der Richtung zu einer ehemaligen Position 78. Wenn sich die Daten zur Spiegelreihe mit 64c bewegen, bewegt sich die Platte in ähnlicher Weise so, daß die Datenzeile zu einer ehemaligen Position 80 bewegt wird. Die gegebene Informationszeile belichtet die gleiche Fläche auf der Platte für so viele Zeilen wie die flächenhafte Matrix enthält. Durch dieses Verfahren wird ein Spiegelbild des Flusses der alten Daten auf der Außenfläche des Chips an einem konstanten Ort auf der Platte gebildet. Es ergeben sich eine stark verbesserte Belichtungszeit für den Photolithographieprozeß sowie eine ähnliche Verbesserung der Prozeßgeschwindigkeit.
Die Anzahl der verfügbaren Zeilen in der räumlichen Lichtmodulatormatrix könnte die Anzahl der zum vollständigen Belichten der Photoresistschicht auf der PCB oder dem Retikelsubstrat erforderlichen sequentiellen Belichtungen übersteigen. Es besteht dann die Möglichkeit, den parallelen Fluß einer bestimmten Datenzeile über die räumliche Lichtmodulatormatrix zu beenden und den Wert der gesamten auf die PCB oder das Retikel einfallenden Lichtenergie zu verringern. Durch Steuern der Gesamtanzahl der tatsächlich verwendeten Belichtungszeilen kann der Belichtungsprozeß so ausgelegt werden, daß Veränderungen hinsichtlich der Prozeßausrüstung und der Photoresistchemikalien möglich sind.

Claims

1. Anordnung zum Strukturieren einer Leiterplatte (46), die mit einem lichtempfindlichen Material überzogen ist, enthaltend:

eine Lichtquelle (24);

einen räumlichen Lichtmodulator (32) zum Reflektieren von Lichtstrahlen von der Quelle in einem vorbestimmten Muster;

eine Abbildungslinse (44), die so angeordnet ist, daß sie von den dem vorbestimmten Muster entsprechenden Lichtstrahlen durchlaufen wird; und

eine bewegliche Fläche (48), die so betätigbar ist, daß die Leiterplatte (46) an der Abbildungslinse vorbei transportiert wird, damit das vorbestimmte Lichtmuster das lichtempfindliche Material belichten kann;

dadurch gekennzeichnet, daß der räumliche Lichtmodulator eine Matrix einzeln zum Reflektieren von Licht steuerbaren Elementen enthält, von denen jedes von einem Computer (40) so gesteuert wird, daß das vorbestimmte Muster auf der Leiterplatte erzeugt wird, und daß die Fläche so betätigbar ist, daß die Leiterplatte wiederholt an der Abbildungslinse zur Erzeugung der Belichtung des lichtempfindlichen Materials vorbei bewegt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher die Lichtquelle eine Ultraviolett-Lichtquelle ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welcher der räumliche Lichtmodulator eine Vorrichtung mit verformbaren Spiegeln umfaßt.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die bewegliche Fläche eine sich bewegende Bühne ist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die bewegliche Fläche, die zum wiederholten Transportieren der Leiterplatte betätigbar ist, so betätigt werden kann, daß die Leiterplatte wiederholt in einem Mosaikmuster an der Abbildungslinse vorbeibewegt wird, damit das vorbestimmte Lichtmuster die Leiterplatte belichten kann.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Computer so betreibbar ist, daß das Reflexionsvermögen jedes Elements derart verändert wird, daß sich das vorbestimmte Muster ändert.

7. Verfahren zum Strukturieren einer Leiterplatte (46), die mit einem lichtempfindlichen Material überzogen ist, bei welchem:

mittels einer Quelle (24) Licht erzeugt wird;

mithilfe eines räumlichen Lichtmodulators (32) Lichtenergie aus der Quelle zu einem vorbestimmten Muster moduliert wird;

das vorbestimmte Muster durch eine Linse (44) abgebildet wird;

die Leiterplatte an der Abbildungslinse vorbeibewegt wird, damit das lichtempfindliche Material mit dem vorbestimmten Muster belichtet werden kann; dadurch gekennzeichnet, daß der räumliche Lichtmodulator als eine Matrix aus einzeln zum Reflektieren von lichtsteuerbaren Elementen vorgesehen wird;

jedes der Elemente unter der Verwendung eines Computers (40) so gesteuert wird, daß auf der Leiterplatte das vorbestimmte Muster erzeugt wird; und

die Leiterplatte wiederholt an der Abbildungslinse vorbeibewegt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem ferner das Licht als Ultraviolett-Licht erzeugt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei welchem der Modulationsschritt die Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators zum Modulieren des Lichts umfaßt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei welchem der Transportschritt das Bewegen einer Bühne enthält, die die Leiterplatte trägt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei welchem der Schritt des wiederholten Transportierens der Leiterplatte das wiederholte Vorbeitransportieren der Leiterplatte an der Abbildungslinse in einem Mosaikmuster umfaßt, das ermöglicht, daß die Leiterplatte mit dem vorbestimmten Muster belichtet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei welchem der Computer so betrieben wird, daß das Reflexionsvermögen jedes Elements so geändert wird, daß das vorbestimmte Muster geändert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, ferner enthaltend einen Datenverarbeitungsschritt, bei welchem:

a) eine Datenzeile in eine räumliche Lichtmodulatormatrix zum erneuten Abbilden der Matrix geladen wird;

b) die Datenzeile parallel durch die Matrix übertragen wird;

c) ein Abbildungsteil an der erneut abgebildeten förmlichen Lichtmodulatormatrix vorbeibewegt wird, damit von der räumlichen Lichtmodulatormatrix reflektierte Lichtmuster auf das Abbildungsteil auftreffen;

d) das übertragen der Datenzeile mit der Bewegung des Abbildungsteils synchronisiert wird, damit die Datenzeile für eine verlängerte Zeitperiode auf eine feste Fläche des Abbildungsteils reflektiert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem der Ladeschritt das serielle Laden der Datenzeile umfaßt.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, bei welchem der Bewegungsschritt das Bewegen des Abbildungsteils unterhalb der räumlichen Lichtmodulatormatrix umfaßt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei welchem ferner die räumliche Lichtmodulatormatrix als eine Flächenmatrix aus Vorrichtungen mit verformbaren Spiegeln vorgesehen wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei welchem das synchronisierte Übertragen einer gegebenen Datenzeile in paralleler Form durch die räumliche Lichtmodulatormatrix von der Gesamtzahl der verfügbaren Zeilen aus verringert werden kann, wodurch der Schwellenwert des gesamten Belichtungsprozesses zum Kompensieren von PCB-Prozeßvariablen eingestellt werden kann.