JP4100728B2 - 電気的相互接続を行う適応方法及び装置 - Google Patents

電気的相互接続を行う適応方法及び装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の背景】
マルチチップモジュール用の基板として使用される同時焼成パッケージは、アルミナ又は窒化アルミニウムのごとき材料中に導体を埋設したものから成ることがあるが、このような構成は様々な物理的及び電気的利点を有している。かかるパッケージは、相互接続用金属層の数を低減させ、気密封止モジュールを作製し、かつ垂直方向の貫通(feed−through)接続を形成するために役立つ二次元高密度相互接続(HDI)方法において使用することができる。また、本願と同時に提出されかつ本出願人に譲渡された、「金属縁端接点を有する三次元高密度相互接続モジュールの積層」と称するサイア(Saia)等の米国特許出願(出願人整理番号RD−23751)明細書中に開示されているごとく、同時焼成パッケージは縁端貫通接続を形成するための三次元HDI方法において使用することもできる。
【0002】
同時焼成基板が二次元HDI用として使用される場合、オーバレイ(overlay)パターンは埋設された貫通導体路(以後は「貫通線路」と呼ぶ)のそれぞれの末端と整列しなければならない。貫通線路の基板末端ピッチが約20ミルより大きければ、固定格子パターンのカバーパッドがそれらの末端を覆うように整列させることが可能である。末端ピッチがより小さくなると、焼成中における基板材料の運動に原因するバイア(via)配置の許容差のため、固定格子パターンのカバーパッドのオーバーレイが妨げられることがある。また、多くの三次元HDI構造物にとっては、少なくとも18ミルの末端ピッチが好適とされている。
【0003】
アイヘルベルガー(Eichelberger)等の米国特許第4835704号は、チップ配置時における並進誤差及び回転誤差を補償することによってパターン転写マスクアートワークを基板上のダイに整列させるための適応リソグラフィー技術を開発した発明である。なお、米国特許第4835704号においては、チップ及びHDIアートワークはいずれも公知の固定アレイである。
【0004】
【発明の概要】
このようなわけで、整列させるべき2つのパターンの一方が固定されていないような情況において使用するための適応リソグラフィー方法が得られれば望ましいはずである。
本発明は、並進及び回転補正係数に加えて尺度補正係数を導入することにより、固定格子状のリソグラフィー用アートワークパターンを可変的に伸縮し得るアートワークアレイに適合させるための方法を含んでいる。
【0005】
本発明は、たとえば実施の一態様においては、厚膜貫通導体路を有する同時焼成基板上に存在する可変伸縮パターンのアレイに対して固定パターンの転写アートワークアレイを正確に整列させるために使用することができる。整列精度の向上により、貫通導体路バイアのピッチが約10ミル以上であるような同時焼成基板の使用が可能となる。
【0006】
本発明の一側面に従って簡単に述べれば、少なくとも1つの基板表面にまで延びる末端をそれぞれに有する複数の貫通線路に対する電気的相互接続を達成するために役立つ適応性のある方法が提供される。かかる方法は、(a)少なくとも1つの基板表面上における貫通線路末端の規定位置を用いて電気的相互接続用のアートワーク表現(artwork representation)を生成する工程、(b)少なくとも2つの貫通線路末端の実際の位置を測定する工程、(c)少なくとも2つの貫通線路末端の実際の位置を用いて尺度補正係数を推定する工程、(d)この尺度補正係数を用いて残りの貫通線路末端の実際の位置を推定する工程、(e)それぞれの規定位置に存在しない貫通線路末端に対する電気的相互接続を正しく含むように貫通線路に対する電気的相互接続用のアートワーク表現を修正する工程、及び(f)修正済みのアートワークを用いて貫通線路に対する電気的相互接続を形成する工程を含むことを特徴とするものである。
【0007】
上記のごとき基板表面は、共通の方向を向いた貫通線路末端を有する少なくとも2枚の基板を含む基板積層物の一表面から成り得る。貫通線路末端の規定位置が一列に配置されている場合において、実際の位置を測定する少なくとも2つの貫通線路末端はたとえば該列の両端に位置していればよい。上記のアートワーク表現は、効果的なデータ処理及びアートワーク表現修正のため、変向点多角形(TPP)形式に変換することができる。こうして修正されたアートワークのTPP表現に従ってレーザを制御することができる。実施の一態様においては、かかるTPP表現が先ず直角座標表現に変換され、次いでそれを用いてレーザが制御される。
【0008】
新規なものと考えられる本発明の特徴は、前記特許請求の範囲中に詳細に記載されている。とは言え、本発明の構成や実施方法並びに追加の目的や利点は、添付の図面を参照しながら以下の説明を読むことによって最も良く理解されよう。
【0009】
【好適な実施の態様の詳細な説明】
図1は、積層されかつ相互接続された複数の二次元電子モジュールの側断面図である。「金属縁端接点を有する三次元高密度相互接続モジュールの積層」と称する前述のごときサイア等の米国特許出願明細書中に記載された回路モジュール積層物の製造方法に従えば、(後述のごとき)モジュール相互接続層36を有する複数の基板10が用意される。各々の基板10は、その内部に配置されたチップパッドを有する回路チップ(図示せず)を含むと共に、一端が該基板の第1の表面11bにまで延びかつ他端が(第1の表面11bに対して垂直な)該基板の第2の表面11aにまで延びる導電性貫通線路12を含んでいる。
【0010】
各々のモジュール相互接続層36はそれぞれの基板10の第1の表面11b上に配置されていて、たとえば、バイアを内部に有するモジュール誘電体層と、特定のチップパッドを貫通線路に接続するためにバイアを通って延びるモジュール電気導体パターン(図示せず)とを含むことがある。所望ならば、モジュール相互接続層36に先立って基板10の第1の表面11b上に基礎メタライズ層14を設置することができる。複数のかかる基板10が積層されている。一実施例においては、隣接する基板間に接着剤層46が使用されている。基板10の第2の表面11aを含む側面上に側面相互接続層が設置されている。かかる側面相互接続層は、所定の貫通線路と整列した側面バイア48を内部に有する側面誘電体層38と、それらのバイアを通って延びる側面電気導体パターン42とを含んでいる。なお、側面電気導体パターン42を覆ってパッシベーション層44を設置することができる。
【0011】
図2は、図1中の線2−2に関する断面図である。各々の基板10は、基板縁端にまで延びる1つ以上の導電性貫通線路12を含むことがある。更にまた、所望ならば、各基板の複数の縁端(図示せず)に貫通線路が露出するように構成することもできる。
図3は、基板10a、10b、10c及び10d並びにそれぞれのモジュール相互接続層16a、16b、16c及び16dを含む二次元電子モジュールの積層物の側面図であって、導電性貫通線路12a、12b、12c及び12dの位置を示している。
【0012】
貫通線路の正確な整列及び位置決めを達成することは困難である。特に同時焼成セラミック基板に関して解決の困難な問題点の1つは、基板製造時に貫通線路が移動し易いことである。もう1つの問題点は、モジュール相互接続層の厚さ又は(図1中に示された)接着剤層の厚さに差がある結果として距離d1 、d2 及びd3 が変動する場合に生じる。それ故、貫通線路の位置を正確に予測することは困難な場合がある。
【0013】
実例について述べれば、基板10a中の貫通線路12aは整列状態の横列を成しており、基板10b及び10d中の貫通線路12b及び12dのそれぞれは貫通線路同士がより接近した圧縮状態の横列を成しており、また基板10c中の貫通線路12cは拡張状態の横列を成している。同様に、d3 は貫通線路の隣接した横列間の距離を表しているが、これはd1 及びd2 よりも大きくなっている。
【0014】
図3からわかる通り、各横列の適応領域40自体が並進及び(又は)回転を示す可能性があることに加え、かかる横列中の個々の貫通線路が移動することもある。同様な情況は、各縦列の適応領域41に関しても認めることができる。
図4は、特定の貫通線路末端の位置を検知しかつ残りの貫通線路末端の位置を推定するための装置の略図である。図4はまた、後述のごとくに特定の貫通線路を相互接続するための電気導体パターンを形成する工程において使用し得るレーザ18(並びに関連する位置合せ制御装置20及びレンズ24)をも示している。前述のごときアイヘルベルガー等の米国特許第4835704号明細書中に記載されている通り、CID(電荷誘導素子)又はCCD(電荷結合素子)カメラ26による走査に際して加工物28を支持するためにテーブル30を使用することができる。また、計算機32はテーブルの位置決めを制御するために使用し得る制御用電子回路34とデータを交換する。
【0015】
本発明の実施の一態様においては、加工物28は貫通線路12a、12b、12c及び12dをカメラ26に向けた図3のごとき積層物から成っている。なお、かかる積層物はチタンのごとき材料を含む支持具29によって支持されていることが好ましい。
図5は、本発明の実施の一態様における諸工程を示す流れ図である。工程49においては、計算機利用設計装置又は自動ルーチング装置を用いて理想状態のアートワークを生成することができる。「アートワーク」という用語は、貫通線路の理想的な位置並びに電子部品及び(又は)貫通線路の相互接続を達成するための相互接続構造物を記述するデータベース(以後「第1」のデータベースと呼ぶ)として記憶されたパターンを意味する。かかる理想的なアートワークが修正された場合、修正済みのアートワークを使用しながら計算機制御下でレーザビームを操作することにより、たとえば貫通線路の実測位置及び推定位置に適合するように修正された相互接続パターンをメタライズ層及び(又は)ホトレジスト層中に直接に書込むことができる。
【0016】
必要なストリップレベルのデータ符号化を行うようにソフトウェアを変更すれば、任意の計算機利用設計(CAD)システムを適応リソグラフィー装置に対するインタフェースとして使用することができる。たとえば図5の実施の態様に従えば、工程52において、理想アートワークデータが変向点多角形(TPP)形式に変換され(そして「第2」のデータベース中に記憶され)る。使用可能なその他の技術としては、たとえば二進形式のビットマップが挙げられる。
【0017】
図5中の工程49においては、CADシステムにより、多くの市販CADパッケージのASCII出力ファイルである図面互換ファイル(DXF)を出力させることができる。TPP形式は、全ての頂点の(x,y)座標を列挙することによって閉じた凸多角形を記述するものである。CADデータからTPPデータへの変換は、DXF形式をTPP形式に変換するための言語(たとえばC言語)でプログラムされたソフトウェアを用いて実施することができる。
【0018】
本発明においては、各々の貫通線路末端の位置を測定する代りに、図4に関連して記載された操作により工程50において少数の貫通線路末端の位置が測定され、次いで尺度補正係数の計算を含む技術を使用しながら工程56において残りの貫通線路末端の位置が推定される。実施の一態様に従えば、測定されるのは両極端(すなわち、それぞれの基板中において最も遠く離れた2つの貫通線路末端、たとえば図3の基板10b中における12e及び12f)の位置である。適応領域の数及び測定される貫通線路末端位置の数が多くなるほど、残りの貫通線路末端位置の推定の精度は高くなり、かつ適応リソグラフィー技術の複雑度は大きくなる。
【0019】
それぞれの基板について、たとえば(図3に示された)適応領域40内において、貫通線路12e及び12fに対応する基準点(x1 ,y1 )及び(x2 ,y2 )を測定することができる。
基準点間の1群の貫通線路末端位置に対する尺度補正係数は、工程56において計算することができる。そのためには、たとえば、測定された位置を元のアートワークの理想位置(又は規定位置)と比較する下記の式を使用すればよい。
【0020】
x尺度補正係数=(実測x2 −実測x1 )/(規定x2 −規定x1
y尺度補正係数=(実測y2 −実測y1 )/(規定y2 −規定y1
これらの計算結果は、特定の適応領域に関するそれぞれの(x,y)尺度補正係数を与える。そこで、各々の貫通線路末端の実際の位置を記述するデータベースを生成することができる。このデータベースを第1のデータベース中に含まれる理想位置と比較すれば、適応領域内の貫通線路末端の位置に関して並進誤差及び回転誤差を計算することができる。かかる尺度補正係数、並進誤差及び回転誤差を使用することにより、「第3」のデータベースを生成することができる。
【0021】
データをTPP形式に変換し、尺度補正係数を計算した後、工程54において、適応領域内の固定基準点に対する並進及び回転と共に尺度補正が行われる。
適応領域は適応リソグラフィー技術のアルゴリズムを規定の範囲内に制限するものであって、対角線の頂点に対応する2つの(x,y)座標によって直角座標形式で記述される。かかる適応領域内に位置し若しくはそれを通過するHDI金属相互結線パターン及びバイアに対しては、並進変換及び回転変換と共に、計算された尺度補正係数を用いて尺度変換を施すことができる。並進変換、回転変換及び尺度変換のための基本公式は次の通りである。
【0022】
(並進変換)
x’=x+Tx
y’=y+Ty
(回転変換)
x’=xR+(x−xR)cosθ−(y−yR)sinθ
y’=yR+(y−yR)cosθ−(x−xR)sinθ
(尺度変換)
x’=xF+(x−xF)Sx
y’=yF+(y−yF)Sy
上記式中、(Tx,Ty)は並進距離であって、適応領域が移動した距離を表し、(xR,yR)は適応領域内の点の回転量であり、そして(Sx,Sy)は適応領域内の個々の貫通線路に関する尺度補正係数である。なお、(xF,yF)は固定点を表す。
【0023】
これら3種の変換を組合わせれば次のようになる。
xx=(x−xref[ic]*scale_x[ic]+xref[ic])+((y−yref[ic])*rotate[ic])+xoffset[ic]
yy=(y−yref[ic]*scale_y[ic]+yref[ic])+((x−xref[ic])*rotate[ic])+yoffset[ic]
上記式中、(xx,yy)は変換後におけるTPPの(x,y)頂点であり、(x,y)はTPPの(x,y)頂点であり、(scale_x,scale_y)は(x,y)の尺度補正係数であり、(xref,yref)は固定基準点であり、rotate[ic]はラジアン単位の回転量であり、そして(xoffset,yoffset)は固定基準点からの直線オフセット量である。
【0024】
適応領域内に位置する指定のTPP構造の頂点が変換され、そして「第4」のデータベースに出力される。適応領域と交差するTPP構造に新しい頂点が追加される結果、相互結線の伸長及び屈曲のための固定点が付与されることになる。
工程58においては、修正済みのTPPデータ(第4のデータベース)が解体され、そして直角座標形式に変換される。
【0025】
次の工程60においては、レーザリソグラフィー加工のため、直角座標データがレーザ直接書込み(RLL)形式に変換される。工程62においては、レーザ直接書込み形式のデータを用いてバイア48を形成しかつ電気導体パターン42を作製することにより、図1に関連して記載されたごとくに側面誘電体層及び電気導体パターンを設置するための相互接続工程が実施される。この場合、電気導体パターンはRLL形式のデータに従って尺度補正、並進及び回転を受けることになる。なお、別の実施の態様に従えば、TPP形式からRLL形式への直接変換が達成されるようにソフトウェアを設計することもできる。
【0026】
2つの相対する縁端に沿って18ミルのピッチで80本の貫通線路を含む同時焼成セラミックパッケージを用いて上記の方法を実施した。完成した基板上における貫通線路を設計位置と比較しながら位置決定するためには、幾つかの方法を使用することができる。最も簡単な方法は、適応領域内に存在する貫通線路の横列の全長を測定することである。この方法は貫通線路の配置時における回転誤差を考慮に入れていないが、固定ピッチのカバーパッドで覆うことができるかどうかを示す指標を提供するために役立つ。一層複雑な応用例においては、公式及びソフトウェアに適当な変更を加えることにより、上記のごとき情報を使用しながら曲線又はその他の適当な形状を成して配置された特定の点における貫通線路位置情報を求めることができる。
【0027】
数種のパターン形成試験において、14ミルのカバーパッドから成るパターンを18ミルの貫通線路上に設置した。前述のごとき米国特許第4835704号の方法を使用した場合、大きな配置誤差を有する基板に関しては、カバーパッドによって貫通線路を完全に覆うことはできなかった。しかるに、本発明に従って尺度補正を伴う変向点多角形方式の適応リソグラフィー方法を使用した場合には、必要に応じてアートワークが伸縮され、それによって貫通線路を完全に覆うことができた。
【0028】
図6は、本発明の使用の結果として得られるものと期待される代表的な導体路変形例を示す上面図である。貫通線路末端位置64及び66は、電気導体パターンの固定アートワーク部分68に対して圧縮された状態及び拡張された状態をそれぞれ表している。電気導体パターンの部分70は、固定アートワーク部分を適応領域40a及び40bに連結するために役立つ。
【0029】
以上、若干の好適な実施の態様に関連して本発明を説明したが、当業者にはそれ以外にも様々な変更態様が想起されるであろう。それ故、本発明の真の精神に反しない限り、前記特許請求の範囲はかかる変更態様の全てを包括するように意図されていることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】積層されかつ相互接続された二次元電子モジュールの側断面図である。
【図2】図1中の線2−2に関する断面図である。
【図3】導電性貫通線路の位置を示す二次元電子モジュールの積層物の側面図である。
【図4】特定の貫通線路末端の位置を測定しかつ残りの貫通線路末端の位置を推定するための装置の略図である。
【図5】本発明の実施の一態様における諸工程を示す流れ図である。
【図6】本発明の使用の結果として得られるものと期待される代表的な導体路変形例を示す上面図である。
【符号の説明】
10 基板
11a 第2の表面
11b 第1の表面
12 導電性貫通線路
14 基礎メタライズ層
16 モジュール相互接続層
18 レーザ
20 位置合せ制御装置
24 レンズ
26 カメラ
28 加工物
29 支持具
30 テーブル
32 計算機
34 制御用電子回路
36 モジュール相互接続層
38 側面誘電体層
40 適応領域
41 適応領域
42 側面電気導体パターン
44 パッシベーション層
46 接着剤層
48 側面バイア
64 貫通線路末端位置
66 貫通線路末端位置
68 固定アートワーク部分

Claims (11)

  1. 共通の方向に向いた複数の貫通線路の末端を有する2以上の基板を含む基板積層物の表面にまで延びる末端をそれぞれに有する複数の貫通線路に対する電気的相互接続を行う適応方法において、
    (a)前記少なくとも1つの基板表面上における貫通線路末端の規定位置を用いて電気的相互接続用のアートワーク表現を生成する工程、
    (b)少なくとも2つの貫通線路末端の実際の位置を測定する工程、
    (c)前記少なくとも2つの貫通線路末端の実際の位置を用いて尺度補正係数を推定する工程、
    (d)前記尺度補正係数と、前記少なくとも2つの貫通線路末端の測定された実際の位置とを用いて残りの貫通線路末端の実際の位置を推定する工程、
    (e)それぞれの規定位置に存在しない貫通線路末端に対する電気的相互接続を正しく含むように前記アートワーク表現を修正する工程、及び
    (f)修正済みのアートワークを用いて前記貫通線路に対する電気的相互接続を形成する工程を含み、
    アートワーク表現を修正する前記工程(e)が、
    前記少なくとも2つの貫通線路末端の実際の位置をそれぞれの規定位置と比較する工程と、
    残りの貫通線路末端の実際の位置を推定した後、前記比較工程に基づいて各々の貫通線路末端に関する並進誤差及び回転誤差を計算する工程とを含んでいる
    ことを特徴とする方法。
  2. 前記貫通線路末端の規定位置が第1のデータベース中に記憶される場合において、アートワーク表現を生成する前記工程(a)が、前記貫通線路末端の規定位置を含む電気導体パターンから成る回路レイアウトを作成する工程と、それぞれの規定位置にある前記貫通線路末端に対する電気的相互接続を行うための電気的相互接続構造を記述する第2のデータベース中に前記回路レイアウトの表現を記憶する工程とを含む請求項記載の方法。
  3. 前記回路レイアウトの表現を記憶する前記工程が、前記第2のデータベース中に前記回路レイアウトの変向点多角形形式のデータを記憶することによって実施される請求項記載の方法。
  4. アートワーク表現を修正する前記工程(e)が更に、前記少なくとも1つの基板表面に関して各々の貫通線路末端の実際の位置を記述する第3のデータベースを生成する工程を含み、前記比較工程が前記第1及び第3のデータベース中のデータを比較することから成る請求項記載の方法。
  5. アートワーク表現を修正する前記工程(e)が更に、各々の貫通線路末端に関する尺度補正係数の推定結果並びに並進誤差及び回転誤差の計算結果に従って前記第2のデータベースを変更することにより、修正済みのアートワークの変向点多角形形式のデータを記憶する第4のデータベースを生成する工程を含む請求項記載の方法。
  6. 電気的相互接続を形成する前記工程(f)が、前記第4のデータベース中に記憶された修正済みのアートワークの前記変向点多角形形式のデータを直角座標表現に変換する工程と、修正済みのアートワークの前記直角座標表現に従ってレーザを制御する工程とを含む請求項記載の方法。
  7. 前記貫通線路末端の規定位置が一列に配置されている場合において、実際の位置を測定する前記少なくとも2つの貫通線路末端が前記列の両端に位置している請求項1記載の方法。
  8. 共通の方向に向いた複数の貫通線路の末端を有する2以上の基板を含む基板積層物の表面にまで延びる末端をそれぞれに有する複数の貫通線路に対する電気的相互接続を行う適応装置において、
    (a)前記少なくとも1つの基板表面上における貫通線路末端の規定位置を用いて電気的相互接続用のアートワーク表現を生成する手段、
    (b)少なくとも2つの貫通線路末端の実際の位置を測定する手段、
    (c)前記少なくとも2つの貫通線路末端の実際の位置を用いて尺度補正係数を推定する手段、
    (d)前記尺度補正係数と、前記少なくとも2つの貫通線路末端の測定された実際の位置とを用いて残りの貫通線路末端の実際の位置を推定する手段、
    (e)それぞれの規定位置に存在しない貫通線路末端に対する電気的相互接続を正しく含むように前記アートワーク表現を修正する手段、及び
    (f)修正済みのアートワークを用いて前記貫通線路に対する電気的相互接続を形成する手段を含み、
    前記アートワーク表現を修正する手段が、
    前記少なくとも2つの貫通線路末端の実際の位置をそれぞれの規定位置と比較する手段と、
    前記比較に基づいて各々の貫通線路末端に関する並進誤差及び回転誤差を計算する手段とを含んでいる
    ことを特徴とする適応装置。
  9. 電気的相互接続用のアートワーク表現を生成する前記手段(a)が、前記貫通線路末端の規定位置を第1のデータベース中に記憶する手段を含むと共に、更に、前記貫通線路末端の規定位置を含む電気導体パターンから成る回路レイアウトを作成する手段と、それぞれの規定位置にある前記貫通線路末端に対する電気的相互接続を達成するための電気的相互接続構造を記述する第2のデータベース中に前記回路レイアウトの表現を記憶する手段とを含んでいる請求項記載の装置。
  10. 第2のデータベース中に前記回路レイアウトの表現を記憶する前記手段が、前記第2のデータベース中に前記回路レイアウトの変向点多角形形式のデータを記憶する手段から成る請求項記載の装置。
  11. 前記貫通線路末端の規定位置が一列に配置されている場合において、少なくとも2つの貫通線路末端の実際の位置を測定する前記手段(b)が前記列の両端に位置する2つの貫通線路末端の実際の位置を測定する手段を含む請求項記載の装置。
JP12617796A 1995-05-30 1996-05-22 電気的相互接続を行う適応方法及び装置 Expired - Fee Related JP4100728B2 (ja)

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