JP3254248B2 - パターニング装置 - Google Patents

パターニング装置

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JP3254248B2
JP3254248B2 JP21173392A JP21173392A JP3254248B2 JP 3254248 B2 JP3254248 B2 JP 3254248B2 JP 21173392 A JP21173392 A JP 21173392A JP 21173392 A JP21173392 A JP 21173392A JP 3254248 B2 JP3254248 B2 JP 3254248B2
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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70283Mask effects on the imaging process
    • GPHYSICS
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    • G03F7/70291Addressable masks, e.g. spatial light modulators [SLMs], digital micro-mirror devices [DMDs] or liquid crystal display [LCD] patterning devices
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/0073Masks not provided for in groups H05K3/02 - H05K3/46, e.g. for photomechanical production of patterned surfaces
    • H05K3/0082Masks not provided for in groups H05K3/02 - H05K3/46, e.g. for photomechanical production of patterned surfaces characterised by the exposure method of radiation-sensitive masks

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【関連出願】本ケースは米国特許第453,022号か
ら米国特許第730,511号へとつながった”結像対
象物をパターニングするための方法と装置(Metho
dand Apparatus for Patter
ning an Imaging Member)”に
関連している。
【0002】
【産業上の利用分野】本発明は一般的には集積回路やプ
リント回路基板を作製するための技術に関するものであ
り、更に詳細には空間的光変調器を用いてプリント回路
基板や結像対象物(imaging member)を
パターニングするための方法と装置に関するものであ
る。
【0003】
【従来の技術】プリント回路基板(PCB)を製造する
ための1つの標準的なプロセスにおいては、膜あるいは
その他の基板上へ望みのPCBパターンの1対1の像を
露光するコンピュータ化されたシステムによって、マス
タレチクル(reticle)が生成される。それに続
いて、フォトレジストを塗布された金属化PCB基板の
密着印刷を行うためのマスクが生成される。レジストを
現像し金属をエッチして、マスタレチクルの最初の相互
接続パターンが現れる。この回路基板は完成したPCB
の異なるレベルを構成するその他の回路基板と一緒に積
層化される。次に完成したPCBが試験される。プロセ
スの欠陥に対立する設計の欠陥が見つかった場合には、
プロセス全体をやり直さなければならない。
【0004】マスタレチクルの生成は高価につく。マス
タレチクルが完成した後に、それはワーキングフィルム
(working film)に転写されなければなら
ない。これも高くつく。多くの欠陥があれば、時間の問
題もあるが、非常に高いものになる。マスタレチクルを
繰り返し製造することやワーキングフィルムを定期的に
交換することを含まない、PCB製造方法が必要とされ
ている。
【0005】
【発明の概要】ここに開示された本発明は、従来のパタ
ーニングの方法および装置に付随する工程を本質的に減
らすかまたはなくした、結像対象物のパターニング方法
および装置を含んでいる。本発明は、高価なレチクルセ
ットの時間の掛かる生成を行うことなく、結像対象物を
パターニングすることを許容する。
【0006】本発明の1つの実施例はプリント回路基盤
(PCB)製造プロセスに見いだされよう。システムの
規模や要求される処理速度に依存して、線状のまたは面
状のアレイ装置が用いられる。この実施例では、装置に
対して直列的に導入されるライン状のデータが、面状の
アレイを通して一時に1ラインずつ並列的に移動させら
れる。この時、結像対象物上で露光されるべきエリアと
の同期が保たれる。この結果、フォトリソグラフィプロ
セスの露光時間は線状のアレイを使用した場合に比べて
大幅に削減され、PCB生成に関するプロセス速度も同
様に改善される。
【0007】結像されるべきパターンは空間的光変調器
へ送られ、その変調器はそのパターンをレジストを塗布
されたPCB上へ直接的に結像し、レチクルおよびワー
キングフィルムを不要とする。
【0008】本発明および本発明の更に別の特長のより
完全な理解のために、以下に図面を参照した詳細な説明
を行う。
【0009】
【実施例】図1にはPCBワーキングフィルムを作製す
るための従来技術のシステムが示されている。最初のパ
ターンを再生するために必要なデータを生成するための
ワークステーション上で行われた配置決めはこのシステ
ムには示されておらず、またレチクルを生成する工程も
示されていない。
【0010】レチクル20は、ワークステーションで生
成された像の1対1の露光によって作製される。レチク
ルは次に、レンズ16によってレチクル上に焦点を結ぶ
光源12の下へ送られる。レチクル20上のパターンは
次にジアゾ反応を経て1片のワーキングフィルム22へ
転写される。フィルムはレジストを塗布された銅被履の
無地のPCB上への露光に用いられる。回路基板上のパ
ターンが現像され、回路基板がエッチされる。
【0011】いくつかの異なるレベルの回路を含むよく
知られた層状の回路基板を作製するためには、上述のプ
ロセスはレベル毎に行われる。回路基板がすべてうまく
完成した後に、それらは一緒に積層されて、1枚の回路
基板となる。その後、回路基板は試験され、回路基板上
に適正な回路が含まれていることを確認する。
【0012】もし、回路基板中に変更して製造し直すべ
き問題点があれば、プロセス全体をやり直されなければ
ならない。明らかに、これは高価な、時間の掛かるプロ
セスである。
【0013】本発明の1つの実施例が図2に示されてい
る。配置データがコンピュータ40へ入力される。一例
として紫外線を放射する光源24は光線26を放射し、
それはレンズ28で集められて空間的光変調器32へ向
けられ、一般的に結像レンズ44の開口部で焦点を結ぶ
ようにされる。空間的光変調器は画素要素を選択的に番
地指定することによって、照射ビーム30の個々の部分
を経路42に沿ってレンズ44の方向へ反射させる。こ
の実施例の空間的光変調器は、一例として変形可能鏡装
置(deformable mirror devic
e)のような個々に制御できる要素を含んでいる。ある
いは、その他の周波数の光を用いる実施例では液晶を使
用してもよい。
【0014】光を反射させるアレイの個々の要素を選択
することは、配置データを使用してコンピュータ40に
よって実行される。コンピュータは、レジストを塗布さ
れた回路基板であるか、あるいはレチクル基板である対
象物46上に望みの回路の像をアレイによって形成させ
る。前者の場合には、この工程は上で述べたのと同じ工
程を実行することになるが、マスタレチクルやワーキン
グフィルムは不要となる。望みの配置に関するコンピュ
ータデータのファイルが望みの像の情報源として、マス
タレチクルに基本的に置き代わる。後者の場合には、所
有する機器がレチクルの使用を必要とする製造業者に対
して、同様にレチクル基板のパターニングを可能にす
る。
【0015】対象物46は、矢印50によって示された
x方向へ移動でき、またそれとは独立に矢印52によっ
て示されたy方向へ移動できる可動ステージ48または
移動プラットフォームの上に搭載されている。このこと
は、対象物が、対象物を正しく結像するアレイの下へ送
られ、位置決めされることを許容する。対象物は、レー
ザ走査において典型的なリニアな走査方式と違って、モ
ザイク状に像を与えられる。対象物はコンピュータで制
御されたx−yステージによって、ステップ送りを繰り
返されて、一時にモザイクの1つのブロックが空間的光
変調器からの光によって露光される。
【0016】回路基板は次に上述と同じプロセスを施さ
れる。完成した回路基板に問題が見つかった時には、配
置を再設計して、新しいマスタレチクルと新しいワーキ
ングフィルムを製造することよりも、むしろ必要とされ
ることは設計ファイルの修正とPCBの再作製である。
新しい回路基板は修正された配置データから、空間的光
変調器を制御することに使用されることによって、直接
作られる。
【0017】空間的光変調器は数多くの型のもののうち
から選ぶことができる。本発明のこの実施例では、変形
可能鏡装置(DMD)が使用された。1つの鏡要素の側
面が図3に示されている。DMDは典型的にはシリコン
中へ線状のあるいは面状のアレイとして一体化して製造
されるが、1つの要素だけをここには示した。基板54
は金属で覆われ、パターニングされて、図示されていな
いが番地電極を形成される。次に電極層上にスペーサ層
56が被覆される。次に薄い反射金属の層がスペーサの
上に取り付けられ、それに続いて、同じか同様の金属の
厚い層60が取り付けられる。鏡要素64を定義するた
めに、厚い層60がパターニングされ、エッチされて、
空隙66中と蝶番(hinge)68の上の部分を除く
すべての領域に厚い金属が残される。スペーサ層56の
アンダーカットを許容するために、厚い層中に孔62が
残される。この結果の構造は、蝶番68部の上の空中に
支えられた鏡要素64を含む。基板54上の鏡の蝶番の
中心線のいずれかの側の電極が番地指定された時には、
トルクがその鏡を蝶番の回りに回転させて、鏡上への光
を異なる光路へ向かわせるようにする。この構造は双安
定捻り梁(bistable torsion bea
m)として知られている。DMDのその他の構造を用い
ることも可能である。それらには、線状のまたは面状の
アレイ、異なる寸法および幾何学的形状の画素が含まれ
る。プロセスあるいは単にステップ・アンド・リピート
パターンをスピードアップするために、組み合わせDM
Dも同様に使用できる。
【0018】図4はDMD装置の面状のアレイを示す。
基板54は鏡要素、あるいはセルの数多くの繰り返しを
示している。結像対象物上へ投影されるべき望みのパタ
ーンと一致するようにデータをロードする方法は数多く
ある。それらの1つが図5に矢印70と72とで示され
ている。
【0019】概念的に矢印70で示されたように、デー
タはセルの行へ直列的にロードされる。鏡64aを含む
セルのラインは、対象物46の出発点である像データの
ライン76に対応している。データがアレイ中をセル6
4bの行へ向かって矢印72の方向へ並列的に下ってゆ
くと、データラインと同期して対象物も移動してゆく。
データライン76は場所78であったところの方向へ対
象物と一緒に移動する。同様に、データが64cの鏡の
行へ移動すると、回路基板はデータラインを場所80で
あったところへ設定するように移動する。情報の与えら
れたラインは、回路基板上の同じエリアを面状アレイが
含むラインと同じ回数だけ露光する。この方法によっ
て、チップ表面上の古いデータの流れは回路基板の一定
の場所で反射される。この結果、フォトリソグラフィプ
ロセスの露光時間が大幅に改善され、プロセス速度も同
様に改善される。
【0020】空間的光変調器アレイで利用できるライン
数は、PCBまたはレチクル基板上のフォトレジスト層
を完全に露光するのに必要な繰り返し露光回数を越え得
る。従って、空間的光変調器アレイ上で特定のデータラ
インの並列的な流れを終了させて、PCBまたはレチク
ル上へ入射する合計の光エネルギーレベルを減らすよう
な選択が可能である。実際に使用される合計の露光回数
を制御することによって、本露光プロセスは、プロセス
装置やフォトレジストの化学的変数に適応できるものと
することができる。
【0021】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1)感光材料を塗布したプリント回路基板をパターニ
ングするためのシステムであって: a.光源、 b.前記光源からの光エネルギーを予め定められたパタ
ーン状に反射させるための空間的光変調器、 c.前記予め定められたパターンに対応する光線がそれ
を通過するように設置された結像レンズ、 d.前記プリント回路基板をモザイクパターン状に結像
レンズを通過して繰り返し搬送し、前記予め定められた
光パターンが前記感光材料を露光するように作動する可
動表面、 を含むシステム。
【0022】(2)第1項記載のシステムであって、前
記光源が紫外線源であるシステム。
【0023】(3)第1項記載のシステムであって、前
記空間的光変調器が変形可能鏡装置を含んでいるシステ
ム。
【0024】(4)第1項記載のシステムであって、前
記可動表面が移動ステージを含んでいるシステム。
【0025】(5)プリント回路基板を製造するため
の、レチクル基板をパターニングするためのシステムで
あって: a.光源、 b.前記光源からの光エネルギーを予め定められたパタ
ーン状に反射させるための空間的光変調器、 c.前記予め定められたパターンに対応する光線がそれ
を通過するように設置された結像レンズ、 d.前記プリント回路基板をモザイクパターン状に結像
レンズを通過して繰り返し搬送し、前記予め定められた
光パターンが前記感光材料を露光するように作動する可
動表面、 を含むシステム。
【0026】(6)第5項記載のシステムであって、前
記光源が紫外線源であるシステム。
【0027】(7)第5項記載のシステムであって、前
記空間的光変調器が変形可能鏡装置を含んでいるシステ
ム。
【0028】(8)第5項記載のシステムであって、前
記可動表面が移動ステージを含んでいるシステム。
【0029】(9)感光材料を塗布したプリント回路基
板をパターニングするための方法であって: a.光源から光を生成すること、 b.前記光源からの光エネルギーを予め定められたパタ
ーン状に変調すること、 c.前記予め定められたパターンをレンズを通して結像
すること、 d.前記プリント回路基板をモザイクパターン状に結像
レンズを通過して繰り返し搬送することであって、それ
によって前記予め定められた光パターンが前記感光材料
を露光することを許容すること、 を含む方法。
【0030】(10)第9項記載の方法であって前記生
成された光が紫外線である方法。
【0031】(11)第9項記載の方法であって、前記
変調工程が空間的光変調器を使用することを含んでいる
方法。
【0032】(12)第9項記載の方法であって、前記
搬送工程が前記回路基板を搭載した板を動かすことを含
んでいる方法。
【0033】(13)プリント回路基板を製造するため
にレチクル基板をパターニングするための方法であっ
て: a.光源から光を生成すること、 b.前記光源から光エネルギーを予め定められたパター
ン状に変調すること、 c.前記予め定められたパターンをレンズを通して結像
すること、 d.前記プリント回路基板をモザイクパターン状に結像
レンズを通過して繰り返し搬送することであって、前記
予め定められた光パターンが前記感光材料を露光するこ
とを許容すること、 を含む方法。
【0034】(14)第13項記載の方法であって前記
生成された光が紫外線である方法。
【0035】(15)第13項記載の方法であって、前
記変調工程が空間的光変調器を使用することを含んでい
る方法。
【0036】(16)第13項記載の方法であって、前
記搬送工程が前記回路基板を搭載した板を動かすことを
含んでいる方法。
【0037】(17)データ処理のめたの方法であっ
て: a.空間的光変調器アレイ中へデータラインをロードし
て、前記アレイを再結像すること、 b.前記データラインを並列的に前記アレイ中へ送出す
ること、 c.前記再結像された空間的光変調器アレイを通過して
結像対象物を移動させ、それによって前記空間的光変調
器アレイから反射された光パターンが前記結像対象物上
へ入射するようにすること、 d.前記データラインの送出を前記結像対象物の移動に
同期させて、前記データラインを前記結像対象物の固定
されたエリアへ延長された時間の間反射させること、 を含む方法。
【0038】(18)第17項記載の方法であって、前
記ロード工程が直列的に行われる方法。
【0039】(19)第17項記載の方法であって、前
記移動工程が前記結像対象物を前記空間的光変調器アレ
イの下で移動させることを含んでいる方法。
【0040】(20)第17項記載の方法であって、前
記空間的光変調器アレイが変形可能鏡装置の面状のアレ
イを含んでいる方法。
【0041】(21)第17項記載の方法であって、P
CBプロセス変数に対応して補償できるように合計の露
光プロセスしきい値を調節するために、与えられたデー
タラインを並列的に前記空間的光変調器アレイを通って
同期通過させることを、利用できる合計のライン数の回
数から減らすことができるようになった方法。
【0042】結像対象物46をパターニングするための
装置が与えられている。本装置は光線26を放射する光
源24を含んでいる。光線26は集光レンズ28を通っ
て光線30に集光される。この光線は次に、空間的光変
調器32に当たり、空間的光変調器32は光42を反射
させるようにコンピュータ40によって制御されてい
る。光は結像レンズ44を通過して拡大されて結像対象
物46へ入射する。結像対象物46はこのように、コン
ピュータ40によって変調器32を変化させることによ
ってパターンが与えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】PCBをパターニングするための従来のシステ
ムの外観図。
【図2】本発明に従って、PCBをパターニングするた
めの装置の外観図。
【図3】変形可能鏡装置の従来技術の断面図。
【図4】変形可能鏡装置アレイの平面図。
【図5】データと回路基板との互いの動きを示す図。
【符号の説明】
12 光源 16 レンズ 20 レチクル 22 ワーキングフィルム 24 光源 26 光線 28 レンズ 30 光線 32 空間的光変調器 42 光路 44 レンズ 46 結像対象物 48 移動ステージ 50,52 矢印 54 基板 56 スペーサ層 60 金属 62 孔 64 鏡要素 66 空隙 68 蝶番 70,72 矢印 76,78,80 データライン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20 - 7/24

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 感光材料を塗布したプリント回路基板を
    パターニングするためのシステムであって、 a.光源、 b.前記光源からの入射光エネルギーを投影軸に沿って
    予め定められたパターン状に反射する、選択的に偏向可
    能なマイクロミラーのアレイからなる空間的光変調器、 c.前記選択的に反射された光が通過し、前記プリント
    回路基板に像を作るように前記投影軸上に設置された結
    像レンズ、 d.前記プリント回路基板を前記結像レンズに対して
    り返しステップ移動し、一連の露光を行うことができる
    可動表面を有することを特徴とする前記システム。
  2. 【請求項2】 感光材料を塗布したプリント回路基板を
    パターニングするための方法であって、 a.光源から光を生成すること、 b.捻れ蝶番マイクロミラー装置を使用し前記光を選択
    的に反射することにより、前記光源からの光エネルギー
    を変調すること、 c.レンズを使用して前記選択的に反射された光を結像
    すること、 d.前記プリント回路基板を、結像する前記レンズに対
    して繰り返し移動し、前記感光材料に多数の露光像を作
    り出すことを含むことを特徴とする前記方法。
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EP (1) EP0528285B1 (ja)
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