JP2021185600A - グリーンシートセラミック上へのメタライゼーション材料の、サブミクロン均一性を有する高精度スクリーン印刷 - Google Patents
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Abstract
Description
[0001]本出願は、2016年8月5日に出願された「PRECISION SCREEN PRINTING WITH SUB−MICRON UNIFORMITY OF METALLIZATION MATERIALS ON GREEN SHEET CERAMIC」という名称の先の米国仮出願第62/371,636号、および2017年8月2日に出願された「PRECISION SCREEN PRINTING WITH SUB−MICRON UNIFORMITY OF METALLIZATION MATERIALS ON GREEN SHEET CERAMIC」という名称の先の米国特許出願第15/667,281号の優先権を主張する。
[0043]いくつかの実施形態は、スキージ台の各端に1つずつあって、一般的にはプリンタシステムと一体であり、またはプリンタシステムに追加することができる、エンコーダ付きの電動アクチュエータ(リニアまたはロータリ)を用いる方法を使用する。モータエンコーダは、プリンタコントローラから入手可能であってもよい。電動アクチュエータは、スキージ間隙を精密に制御し、単一のモータエンコーダの分解能(例えばステップ数)で、その非平行性を補償する。さらに、一部のプリンタには、図5に示すような、ある種のトランスデューサフィードバックを備えたオートゼロ機能が内蔵されているため、必要なエンコーダ補償を簡単に得ることができる。専用のスキージ取り付けブラケットを使用することで、プリンタスキージ設定は、ロット間での高い繰り返し精度を実現できる。
1)不正確で繰り返し精度の低い印刷厚さ:現行の従来のプリンタスキージ設定方法は、いくつかのタイプのシム装置を使用する。このタイプの設定プロセスは、オペレータの経験に依存しており、結果は、ESC用途にとって繰り返し精度が低い。印刷されたメタライゼーション材料の厚さは、試行印刷時に推測することによってのみ知られる。ロット間の設定は、繰り返し精度が低くなる。
2)時間がかかる:メタライゼーション材料の試行印刷が、シム法には必要である。印刷されたインクは、厚さ測定を行うことができる前のインク安定化まで、長い待ち時間を要する。
3)試行印刷後のスキージ設定のずれ:スクリーンマスク上に残ったインク材料が、測定待ち時間中に乾く。スクリーンマスクの洗浄が、その後の印刷に影響を与える。生産が始まると、印刷結果がずれることがよくある。
4)面倒な生産スケジューリング:試行の結果が製造仕様から大きく外れている場合、オペレータは、スキージ設定をやり直す必要がある。このようなやり直しの不確実性は、複雑な製造環境における製造スケジューリングに影響を与える。
5)品質の低下:製造エンジニアリングは、面倒なスキージ設定プロセスのために、標準以下の品質を許容する傾向がある。
[0053]グリーンシートセラミック上のメタライゼーション材料を用いたSIP印刷法は、静電チャック(ESC)装置に直接適用されてもよい。この印刷方法は、半導体ウエハ処理用途のためにESCパック内に単一または複数の主ヒータを有するESCに適用されてもよい。この印刷方法は、ESCパック内に対称または非対称レイアウトのミニヒータを有するESCに適用されてもよい。これらのミニヒータは、多方面の熱制御に使用される。この印刷方法は、グリーンシートセラミック上での高い印刷均一性が望まれる、非ESC用途のためのグリーンシートセラミック上のメタライゼーション材料に、適用されてもよい。
[0059]本明細書で説明した原理を使用して、SIP印刷における印刷厚さを補償する方法が、説明され得る。そのような方法は、以下を使用する。
1)後で識別するのが難しい体系的な印刷スキューの根本原因を排除または最小化するために、隠れたプリンタハードウェアのスキューを最初に識別する対称インク印刷法。
2)スキージ設定、すなわちプリンタ台との間隙と平行度を精密に制御するための電動アクチュエータエンコーダ。
3)このSIP印刷法を用いて、次に、知識ベースモデルが、リーンDOE計画を用いて確立される。オペレータは、この簡単で繰り返し精度の高い方法を使用して、試行印刷をしなくても容易にスキージを設定することができる。
[0070]スキージとプリンタ台との間の共形関係のデータは、スキージ工程中に各スキージ端部のモータエンコーダによる補償を調整するプリンタ制御ソフトウェアにプログラムされてもよい。温度スキューが、ESCとESCとの間で一貫かつ持続している場合、モータエンコーダステップによる最適化を、さらに試みることができる。DOEが、補償パラメータを決定するためのコアデータを取得するように計画されてもよい。図11および図12は、図13のような結果を得るために使用され得るデータのいくつかを示す。
[0074]グリーンシートセラミック上のメタライゼーション材料がサブミクロン均一性を有する対称インク印刷(SIP)法のための繰り返し精度の非常に高いスキージ設定手順を説明する。リニアまたはロータリのスキージ電動アクチュエータのモータエンコーダを使用して、モータエンコーダの精度で共形平行性のために非平坦なプリンタ台をマッピングする方法についても、説明する。均一であるが、印刷厚さの線形トレンドを有するインク印刷を平坦化する方法についても、記載される。プリンタ制御ソフトウェアを用いたこれら全ての方法の実施態様もまた、論じられている。
[0078]このプロセスの目的は、SIP印刷法を用いて、スキージ間隙と印刷されたインクの厚さとの間の最小誤差の品質相関を確立することである。これは、x−、x0、およびx+の間の広い間隔によって実現される。間隔は、可能な限り広くなるが、線形領域にあり続ける。
[0101]印刷と焼結の結果を確認する。
1)502において、ESC用途のための目標印刷インク厚のためのスクリーンマスク設計に基づいて製造されたスクリーンマスクによって開始する。ヒータトレースパターンの中心とスクリーンマスクの中心との間の位置合わせのずれを測定する。ずれを公差と比較する。スクリーンマスクのずれが、公差を満たしている場合、次の工程に進む。
2)504において、スキージをプリンタスキージホルダにしっかりと取り付けるための2つのスキージ取り付けブラケットのセットを設計する。スキージ取り付けブラケットは、取り付けられたスキージの中心が、ある公差でスクリーンマスクの中心と位置合わせされるように、設計される。ハードウェアの変更が必要な場合、スキージブラケットを使用するためにスキージホルダを改造する。
3)プリンタ制御システムのオートゼロ機能を確認する。オートゼロは、両方のスキージ端部(左右)がプリンタ台に共形接触するときに、プリンタ制御システムが圧力または他の信号などのいくつかのトランスデューサ信号を等化するために使用する機能である。506において、スキージでスクリーン上にペーストを塗る間、508において、オートゼロ機能が実行されたときに、プリンタ制御システムは、モータエンコーダ値をメモリに記録し、制御インターフェース上にエンコーダステップを表示することができる。オートゼロ機能が利用できない場合は、この機能をプリンタに装備する。
4)510において、プリンタのオートゼロ機能を用いてヒータトレースパターンの中心の位置にスキージを取り付けることの繰り返し精度を検証する。制御インターフェースからのエンコーダ読み取り値が、繰り返し精度について分析される。平均と分散を含むエンコーダデータの統計分析を実行する。エンコーダに関するこれらの統計属性は、トランスデューサの分解能または感度に依存する。用途に応じて適切なトランスデューサを選択する。エンコーダ値が、結果として得られるパックと比較され得る。512において、繰り返し印刷されたグリーンシートが、キャリアパックに形成されて、514において、印刷された電気トレースを、抵抗について試験することができる。
5)スキージの左端と右端との間で平均されたエンコーダ値間の差は、スキージのプリンタ台に対する非平行性、すなわち傾斜スキューを表す。この差は、使用されているスキージとそれに関連する取り付けブラケットに特有である。516において、エンコーダ情報およびシムを使用して、次のバッチ用にスクリーンプリンタを構成することができる。オートゼロ機能を使用したエンコーダ情報は、繰り返し精度が可能な限り最も高いスキージ設定に対するプリンタハードウェアの能力限界を表す。
6)520において、スキージ方向に沿った複数の位置でプリンタ台をマッピングする。等間隔が使用される。得られたエンコーダデータは、所与のプリンタシステム、およびスキージ取り付けブラケットを含み、使用されているスキージに特有である。マッピング位置の数は、適切なスプライン曲線の当てはめを可能にするように選択される。
7)522において、上記のマッピングされたデータに統計的スプライン曲線当てはめを実行し、各スキージ端部に対して1つのスプライン曲線が得られるので、2つのスプラインが得られる。これらのスプライン曲線は、エンコーダの観点で表現され、スキージ間隙を制御する電動アクチュエータによる平滑化されたスキージ間隙補償を表す。
8)スプラインデータを制御システムメモリに保存する。プリンタ制御システムは、これらのプロファイルをそのアルゴリズムの中で使用して、524において、平滑化された共形のスキージ圧力で印刷方向にスキージ間隙を能動的に駆動する。
9)526において、ESC温度性能を検討し、ヒータトレースパターンのためのさらなる設計反復が必要かどうかを決定する。プロセスのこの段階で、結果として得られるESCは、製造上のばらつきがほとんどない、繰り返し精度の高い温度マップを提示する。温度の不均一性が存在する可能性があるが、この段階において、さらなる改善は、設計サイクルの効率のため、設計補償によって得られる。516において、その設定を使用して、次の組のグリーンシート用にプリンタを構成することができる。
10)530において、大ロット、例えば60枚のグリーンシートを、上記のSIP法でスクリーン印刷する。
11)532において、印刷インク厚のトレンド割合を測定する。この割合は、グリーンシートの総数に対する厚さの変化の比として測定することができる。例えば、60枚のセラミックグリーンシートの印刷ロットに関連して、1.5μmの印刷厚さの変化が見い出される。
12)534において、エンコーダの観点でのスキージ間隙の広い間隔を有する2レベルのDOEを計画する。この間隔は、印刷厚さのトレンド割合を、2つのレベルでロバストに決定するのに十分な広さである。ガイドラインとして、このDOEにおける厚さの差は、目標厚さの約±20%〜30%である。このDOEは、2つ以上の追加のスキージ間隙でグリーンシートを複数回印刷することで、トレンドの補償に役立つ変換を確立する。
13)536において、11と12の両方からの結果を組み合わせて、シート印刷当たりのトレンド割合を決定する。インク厚のトレンド割合は、異なるスキージ間隙におけるインク厚の指標である。この関係は、μm/シートから同等のエンコーダカウントまたは値/シートに変換され得る。
14)トレンド平坦化の方法は、連続するシート1枚あたりの同等のエンコーダトレンド割合に基づく。後続のシートが印刷されているときのインクの厚さの増加を補償するために、シートが印刷されているときに、538において、エンコーダ値が調整される。この割合が、1.0エンコーダステップよりも大きい場合、補償のためのエンコード調整は、単一のエンコーダステップの分解能で行われる。例えば、この割合が、シート当たり2.5エンコーダステップである場合、1枚のシートに対する2エンコーダステップの最初の調整と、次のシート印刷に対する3エンコーダステップの次の調整とを、行うことができる。割合が、エンコーダステップの分数である場合、その分数の逆数が、望ましい調整である。例えば、同等のトレンド割合が、0.25エンコーダステップ/シートであると決定された場合、4回(1/0.25)の連続する印刷ごとに1エンコーダステップの調整が行われてもよい。トレンド補償方法は、ソフトウェアで実施することができる。手動調整も可能である。本明細書の全ての機能を統合するソフトウェアアルゴリズムを、開発することができる。
1)540において、異なる印刷厚さパラメータで複数のスクリーン印刷マスクを生成する。次に、これらを使用して、X値とスキージ間隙を最適化するための試験を実行することができる。一例では、3つのスクリーンマスクが、3つの異なるX値で作られる。これらのマスクは、マスクA、マスクB、およびマスクCと呼ばれる。同じメッシュワイヤと、同じヒータトレースパターンが、これらのマスクで使用されており、Xパラメータだけが、異なる値を持つことに、注意されたい。これらの値は、理論的または経験的に導き出すことができる式を使用して、推定される。式は、1次精度を提供する。特定の例では、マスクBは、X0にXを有する、すなわち、X=X0である。マスクAは、X=X−であり、マスクCは、X=X+である。次のような比率を取る:X−/X0=〜80%、X0/X=〜80%。ステップ3で説明される同じ印刷ジョブで、全てのマスクを利用できるようにする。マスクBは、目標設計の候補マスクである。
2)542において、スキージ設定のためのDOEを計画する。スキージ設定は、開始推定値として経験的に決定されるかまたは使用されるパラメータg0に基づいてもよい。高精度スクリーン印刷の場合、典型的な範囲は、50μmから200μmまでであり得る。エンコーダ補償を決定するための5レベルのDOEが、作成される。このDOEは、エンコードDOEと呼ばれる。例を図15に示す。
3)544において、例えば合計17枚のグリーンシートが、上述のSIP法で印刷される。記載された例では、マスクAを使用する3回の試行印刷、マスクCを使用する3回の試行印刷、およびBを使用する3回の試行印刷があり、これらすべての試行印刷が、同じスキージ設定g0を有する。エンコーダDOEは、マスクBのみを使用し、このDOEでは、図15に示すように、他の間隙レベルにおけるスキージレベルで2回の試行印刷を印刷する。8回の試行印刷が、同じ印刷ジョブで印刷される。プリンタおよびそのパラメータに応じて、他の任意の数のレベルまたは他の任意の数の複製の印刷であってもよい。
4)546において、接触方式または非接触方式のいずれかの信頼性のある方法で、印刷されたインクの厚さを測定する。
5)548において、17枚のグリーンシートを17個のグリーンESCパックに変える。印刷されたシート各々につき1つのパックである。
6)17個のパック全てが、同じ焼結ジョブで焼結される。焼結炉の容量が、17個のグリーンパックより少ない場合、エンコードDOEのg1とg3は、とばすことができる。測定に影響を与える可能性がある焼結におけるばらつきを排除するために、同じ炉と同じジョブが使用される。
7)550において、焼結、および各パックを完成させるために必要とされる、ろう付けなどの任意の他の製造プロセスの後に、各パックの個々の抵抗を測定する。
8)552において、図14に示すようなプロットを作成する。設計パラメータX、インク厚T、および抵抗Ωの間の全ての相関関係が、全てプロットされる。これらのプロットは、SIP法を用いたスクリーンマスク設計のための知識ベースと呼ばれている。554において、これらの結果を使用して、生産用の印刷スクリーンのためのパラメータを決定し、次に、516において、適切な生産用スクリーンが、決定されたプリンタパラメータおよび構成とともに使用される。
9)設計誤差が大きすぎる場合、設計反復が、使用されてもよい。次の反復に対するX値の選択は、モデルを用いて、または他の方法で選択され、決定されてもよい。設計誤差が小さい場合、内蔵エンコーダDOEが、設計誤差をエンコーダ補償と結び付けることができる。このアプローチでは、スクリーンマスク設計は、1回の焼結ジョブで、または多くても2回の焼結ジョブで完了させることができる。高精度用途のスクリーンマスクの開発時間とコストが、大幅に削減される。
Claims (15)
- 電気トレースを有するキャリアのパックを形成する方法であって、
金属を含有するペーストをセラミックグリーンシート上に電気トレースのパターンでスクリーン印刷することと、
印刷された前記グリーンシートを処理して、ワークピースキャリアのパックを形成することと
を含む方法。 - 前記ペーストを乾燥させることをさらに含み、印刷された前記グリーンシートを処理することが、印刷された前記グリーンシートを複数のグリーンシートとともに圧縮して、前記パックを形成することを含む、請求項1に記載の方法。
- 処理することが、圧縮された前記グリーンシートを焼結することと、焼結された前記グリーンシートを研磨することとをさらに含む、請求項2に記載の方法。
- スクリーン印刷することが、スキージを使用してスクリーンプリンタで印刷することを含み、前記方法が、
前記スクリーンプリンタのオートゼロ機能を使用して、印刷時にモータエンコーダの値をメモリに記録することと、
前記プリンタの前記スキージの取り付けを調整して、前記オートゼロ機能によって検出された変動を補償することと
をさらに含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。 - スクリーン印刷することが、前記グリーンシートがスクリーンプリンタのプリンタ台上にある間に、前記スクリーンプリンタのスキージを、印刷されている前記グリーンシートに、スキージ方向に当てることを含み、前記方法が、
前記スキージ方向に沿った複数の位置で前記プリンタ台をマッピングすることと、
前記プリンタ台のマッピングにおける不均一性を識別することと、
前記スクリーンプリンタのプリンタコントローラを修正して、前記プリンタ台におけるマッピングされた不均一性を補償することと
をさらに含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。 - 統計的スプライン曲線を、前記スキージの左側と右側についての前記プリンタ台のマッピングに適用することと、
前記スプライン曲線を使用して、平滑化された共形のスキージ圧力で印刷方向にスキージ間隙を能動的に駆動することと
をさらに含む、請求項5に記載の方法。 - 能動的に駆動された前記スキージ間隙を使用して、追加のグリーンシートを印刷することと、
前記追加のグリーンシートをキャリアパックに形成することと、
前記キャリアパックの抵抗を測定することと、
測定された前記抵抗に基づいて、前記スキージ間隙を調整することと
をさらに含む、請求項6に記載の方法。 - 追加のグリーンシートを印刷することが、複数の印刷スクリーンで印刷することを含み、前記抵抗を測定することが、前記複数の印刷スクリーンに対応する前記抵抗を測定することを含み、前記方法が、測定された前記抵抗に基づいて選択されたパラメータで印刷スクリーンを生成することをさらに含む、請求項7に記載の方法。
- 前記ペーストを大ロットのセラミックグリーンシート上にスクリーン印刷することと、
連続する印刷されたシート間のペースト厚さの変動のトレンドをプロットすることと、
プロットされた前記トレンドに基づいて後続の印刷について印刷を調整することと、
をさらに含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。 - ワークピースキャリアのパックを形成する方法であって、
スクリーンプリンタで使用するためのスクリーンマスクを生成することと、
前記マスクを使用して、セラミックグリーンシート上にメタライゼーション材料をスクリーン印刷することと、
印刷された前記シートを処理して、ワークピースキャリアのパックを形成することと
を含む方法。 - ワークピースキャリアの上部プレートであって、
複数のセラミックグリーンシートと、
導電性パターンが印刷されている、印刷されたセラミックグリーンシートであって、前記複数のセラミックグリーンシート内に埋め込まれており、前記複数のセラミックグリーンシートが焼結され硬化されている、印刷されたセラミックグリーンシートと
を備える上部プレート。 - 前記導電性パターンが、抵抗ヒータを形成する、請求項11に記載の上部プレート。
- 印刷された前記シートが、前記シートに取り付けられて前記パターンに結合された電気的構成要素をさらに備える、請求項11または12に記載の上部プレート。
- 硬化された前記複数のグリーンシートを支持するためのフレームをさらに備える、請求項11から13のいずれか一項に記載の上部プレート。
- 印刷された前記導電性パターンが、パターンになるように分配された、懸濁液および分散剤を含むペースト形態の導電性金属を含む、請求項11から14のいずれか一項に記載の上部プレート。
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