专利名称：一种制造印刷电路板的方法
技术领域：
本发明涉及一种制造印刷电路板的方法，尤其涉及在一三维模制基板上精确制作导电材料的电路图形的方法。
对于在一三维模制基板的不规则的表面上制造带有导电材料的电路图形的印刷电路板，难以直接采用在一基板的平坦表面上制作电路图形的已有技术的方法。因此，为了满足这种需要，已提出制造这种印刷电路板的各种独特方法。
例如，日本提前公开的No.1-298792专利揭示了一种制造印刷电路板的方法，在三维模制基板的不规则表面上形成一金属层，并在该金属层上再形成一层光致抗蚀剂。用透光材料制成壳体、与不规则表面相配一复制表面以及描绘在该复制表面上一掩模图形，构成了一立体光掩模。该光掩模设置到基板上，以便复制表面准确地与该基板的不规则的表面相配。一光束经光掩模射到光致抗蚀剂层以获得一光致抗蚀剂层的曝光图形。去除曝光图形的光致抗蚀剂层，留下没有光致抗蚀剂层的第一金属层区域。通过电淀积或化学淀积技术在第一金属层区域上形成一附加的金属层。接着，去除没曝光图形的光致抗蚀剂层以留下第二金属层区域。对该第二区域的金属层进行蚀刻以形成对应于基板不规则表面上的第一区域的金属层的电路图形。
然而，具有这种复制表面的立体光掩模需昂贵的生产成本和在其上进行大量的制作步骤。另外，由于这种光掩模通过如将硅树脂浇注进基板的不规则表面内并使该树脂硬化，所以当基板的不规则表面变得更复杂时，难于准确地形成光掩模的复制表面。
另一方面，美国专利No.5,168,624揭示了制作印刷电路板的另一方法，它包含下面的步骤。在三维模制基板10W的不规则表面上形成一导电层20W，且一电淀积抗蚀剂30W制作在导电层20W上。一平行光束射到置于电淀积抗蚀剂30W前面的光掩模40W以获得该电淀积抗蚀剂30W的曝光图形，如图22所示。该光掩模40W由掩模图形41W和透光图形42W构成。在去除曝光图形的电淀积抗蚀剂30W以留下没有电淀积抗蚀剂30W的导电层20W的图形区域之后，对该图形区域的导电层20W蚀刻以形成对应于基板10W的不规则表面上的电淀积抗蚀剂30W的没曝光图形的导电层20W的电路图形。
然而，当平行光束通过光掩模40W射到不规则表面时，会产生平行光束在透光图形42W上的衍射问题，当透光图形42W和电淀积抗蚀剂30W间的距离“D”增大时该问题越明显。即，通过基本与电淀积抗蚀剂30W相接触即D1≌0的第一透光图形43W曝光于平行光束的该电淀积抗蚀剂30W的宽度将等于该第一透光层43W的宽度。然而，通过与电淀积抗蚀剂30W相隔一个距离“D2”即D2＞0，曝光于平行光束的电淀积抗蚀剂30W的宽度，由于衍射的影响，变得比第二透光图形44W的宽度更宽。因此，当三维模制基板10W有相当可观的不规则表面时，难以在该不规则表面上精确地形成导电层20W的电路图形。
为了改进上述问题，本发明的主要目的在于提供一种制造印刷电路板的方法，该方法特别能在三维模制基板上形成精确的电路图形。在该方法中，使用具有一第一表面和至少一比第一表面低的第二表面的三维模制基板。导电层形成在该第一和第二表面上，且一光致抗蚀剂层再形成在该导电层上。一平面光掩模位于光致抗蚀剂层的前面且基本上平行于第一和第二表面。该光掩模用掩模图形和如缝隙的透光图形构成。为了给光致抗蚀剂层一个想要宽度“L”的曝光图形，将一平行光束通过光掩模射到光致抗蚀剂层。在本发明中，透光图形按满足下面关系构图当D＝0，W/L＝1，当D＞0，W/L＜1，这里“W”是用于形成想要宽度“L”的曝光图形的透光图形的宽度，而“D”是透光图形和光致抗蚀剂层之间的距离。照光之后去除曝光图形或不曝光图形的光致抗蚀剂层以留下没有光致抗蚀剂层的导电层的图形区域。根据导电层的图形区域在基板上形成电路图形。由于光掩模的透光图形的构成减少了平行光束在透光图形上的衍射影响，所以电路能精确地形成在三维模制基板上。
在本发明的一较佳实施例中，当正性光致抗蚀剂用于光致抗蚀剂层时，则去除曝光图形的光致抗蚀剂层以留下没有光致抗蚀剂层的导电层的图形区域。相反，当负性光致抗蚀剂用作光致抗蚀剂层时，则去除未曝光图形的光致抗蚀剂层以留下没有光致抗蚀剂层的导电层的图形区域。
在本发明的又一较佳实施例中，当基板由多个高低不同的第二表面构成，且存在特定区域满足距离(D)大于阈值距离(Dmax)时，一个附加平面光掩模置于该特定区的光致抗蚀剂层的前面。其结果是能在相当不平整的三维模制基板上构成精确的电路图形。特别是，附加光掩模的透光图形最好按照上述方法构成。
在本发明的另一较佳实施例中，光掩模和附加光掩模具有相对于平行光束的照射方向相互重叠的边缘部分。因此，即使当平行光束同时照射到两光掩模时，也能防止由光束在一个光掩模它比另一光掩模处于更高部位的边缘部分上的衍射引起的不希望的光致抗蚀剂层的曝光。
在本发明的再一较佳实施例中，光掩模是用一透光板和由光吸收材料做成该板相对表面上的两个相同掩模图形构成，使得掩模图形之一相对于平行光束的入射方向与另一图形完全重叠。换言之，两相同透光图形形成在板的相对表面上以便相互重叠。当平行光束射到光掩模的上表面时，上表面的透光图形上的衍射光能被光掩模的下表面上的掩模图形充分吸收。
参照下面的说明和附图将会对本发明和它的结构和优点有更完整的理解。
图1A至图1H图示了本发明第一实施例的制造印刷电路板的方法；图2A至2E说明了本发明和已有技术的光掩模透光图形之间的比较，这种透光图形用来在基板不规则表面上形成光致抗蚀剂层的直线曝光区；图3A至3C图示了本发明用于形成一曝光光致抗蚀剂层的复杂图形所构成的光掩模的透光图形；图4A至图4G图示了本发明第二实施例的制造印刷电路板的方法；图5为用于修改第二实施例的大小光掩模和三维模制基板的透视图；图6为用于理解将大小光掩模安装在适用于某种情况的基板前面的方式的剖视图；图7A至7C用于理解将光掩模直接安装在基板上的方式的透视图；图8A至8C为说明图7A至7C中所示方式的剖视图；图9A至9E图示了将两光掩模安装在适用于某种情况的基板前面的方式；图10A和10B图示了将某个光掩模安装到基板前面的方式；图11A至11D图示了用支撑杆将两光掩模安装在基板前面的方式；
图12A和12B图示了用连接杆将光掩模安装在基板前面的方式；图13显示了安装光掩模的另一连接杆的结构；图14A至14F图示了本发明第三实施例的光致抗蚀剂层的曝光步骤；图15A至15E图示了用于本发明第四实施例中的制造光掩模的方法；图16显示了使用图15E的光掩模的光致抗蚀剂层的曝光步骤；图17A和17B图示了按照第四实施例的修改例使用另一光掩模的光致抗蚀剂层的曝光步骤；图18显示使用平行光管的光致抗蚀剂层的曝光步骤；图19显示了使用激光束和光学透镜的光致抗蚀剂层的曝光步骤；图20显示使用光束通过一针孔的光致抗蚀剂层的曝光步骤；图21显示使用阳光的光致抗蚀剂层的曝光步骤；图22显示使用已有技术的光掩模的光致抗蚀剂层的曝光步骤。〔第一实施例〕参照附图按次序说明本发明的制造印刷电路板的一种方法。
〔1〕准备三维模制基板10的步骤使用液晶聚合物作为基板材料。应用注模技术将聚合物模制成所需形状。例如在模制温度为130℃，聚合物温度为310℃和注入时间4至5秒的条件下进行注模制作。然后，对已模制聚合物进行干燥除去其中的湿气，由此获得如图1A所示的三维模制基板10。
〔2〕在基板上形成导电层20的步骤如图1B中所示，通过化学淀积(electroless deposition)铜，将一铜层作为导电层20形成在基板10上。例如，一种化学淀积铜的工艺解释如下。首先，用碱性表面活性剂的水溶液对基板10进行去油。为了提高化学淀积铜后的铜层20和基板10之间的粘着力，用一种NaOH或KOH的水溶液在如70℃的蚀刻温度下对基板10进行蚀刻使基板表面变粗糙。之后用水清洗变粗糙的基板10的表面以便完全清除来自蚀刻的残渣，再用HCL水溶液在室温下对其进行处理来中和用碱性水溶液蚀刻过的粗糙表面。该基板表面还用酸性表面活化剂进行处理以改进其上的水的湿润特性。接着，使用锡/钯胶体将钯核作为催化剂加到基板的表面。在除去加到基板表面的锡/钯胶体粒子中的锡和还原为金属钯的活化处理完成之后，将基板10浸入一个包含NaOH水溶液、作为还原剂的甲醛水和铜的复合组份(CuSO4＋EDTA)的化学淀积槽内。在这种化学淀积中，产生从复合铜组份至金属铜的氧化-还原反应，以便在基板10上形成具有厚度约为0.5μm至2.0μm的铜层20。顺便指出，当应用NaOH水溶液对基板进行粗糙化处理时，能够不使用对自然环境有害的物质铬酸，安全地进行粗糙化处理。
〔3〕在导电层20上形成光致抗蚀剂层20的步骤如图1C所示，应用淀积技术在铜层20上形成正性光致抗蚀剂层30。例如，一种电淀积光致抗蚀剂层的工艺说明如下。作为预处理在用硫酸水溶液对上述步骤〔2〕中所获得的铜层20进行处理之后，将基板10浸入光致抗蚀剂溶液中。光致抗蚀剂溶液是一种将阳离子化的丙烯酸树脂溶解为乳状液的水溶液。在将一正电极和连于负电极的基板10浸入光致抗蚀剂溶液之后，按照传统电淀积技术在两电极之间通以直流电将光致抗蚀剂层30制作在铜层20上。在该实施例中，50伏直流电压加在电极之间约40秒，同时保持光致抗蚀剂溶液的温度约22℃。另外，最好在光致抗蚀剂层的电淀积过程中同时摇动基板以便在导电层20上形成均匀的光致抗蚀剂层30。
〔4〕用平行光束经平面光掩模40对光致抗蚀剂层30的曝光步骤为了给光致抗蚀剂层30一个想要宽度“L”的曝光图形，将具有光能如mJ(1000 count)的紫外线平行光束照射位于光致抗蚀剂层30前面的光掩模40。该光掩模用掩模图形41和如隙缝的透光图形42构成。在本发明中，这样来构成透光图形42以满足下列关系当D＝1，W/L＝1，当D＞0，W/L＜1，这里“W”为形成想要宽度“L”的曝光图形的透光图形42的宽度，而“D”为透光图形和光致抗蚀剂层30之间的距离。
为了更完整理解本发明，下面说明光掩模40的透光图形42的构成，该光掩模40用来形成穿越基板10的中凹部分11延伸的光致抗蚀剂层30的直线曝光区。如图2A所示，基板10用顶表面12和具有底表面13和斜表面14并在顶和底表面之间延伸的中凹部分11形成。顶表面12离底表面13的高度约8mm。斜表面14相对于底表面13的角度约70度。为了在光致抗蚀剂层上形成穿越中凹部分11延伸的直线曝光区31，光掩模40的透光图形42的构图如图2B所示，它是图2A的顶视图。即，透光图形由第一宽度部分43、比第一宽度部分43狭窄的第二宽度部分44和在第一和第二宽度部分之间延伸的第三宽度部分45构成。在该说明中，由于平面光掩模40直接位于光致抗蚀剂层30上，所以顶表面12上的光致抗蚀剂层30和光掩模40之间的距离如图2A所示为零。因此，通过第一宽度部分43的暴露于平行光束的光致抗蚀剂层30的宽度“L1”等于第一宽度部分43的宽度“W1”。另一方面，由于光掩模40远隔光致抗蚀剂层30的一个中凹部分11，所以透光图形42的第二和第三宽度部分44和45上产生平行光束的衍射。衍射产生不希望的光致抗蚀剂层的曝光，且当光致抗蚀剂层30和光掩模40之间的距离“D”增大时变得越显著。然而，在本发明中，第二宽度部分44的宽度“W2”和第三宽度部分45的宽度“W3”分别这样来确定以便通过第二和第三宽度部分的曝光于平行光束的光致抗蚀剂层的宽度等于经第一宽度部分43曝光于平行光束的光致抗蚀剂层的宽度“L”。换言之，第二和第三宽度部分44和45以这样一种方式来构成，以便当光致抗蚀剂层30与光掩模40之间的距离“D”增大时，第二和第三宽度部分的宽度“W2”和“W3”比透光图形42的第一宽度部分43的宽度“W1”窄。
作为比较，如图2D所示，如果第一宽度部分的宽度“W1”用作第二和第三宽度部分44和45的宽度“W2”和“W3”，则经第二和第三宽度部分曝光于平行光束的光致抗蚀剂层30的宽度，由于平行光束的衍射，如图2E所示将不等于第一宽度部分43的宽度“W1”。
因此，当光掩模40的透光图形42按上述方式构成时，能给越过基板10的中凹部分11的光致抗蚀剂层30一个精确地直线曝光区。
顺便指出，透光图形42的宽度“W”和经该透光图形曝光于平行光束的光致抗蚀剂层30的宽度“L”之间的关系可表达为透光图形和光致抗蚀剂层之间的距离“D”的函数。例如，当改变距离“D”时，通过测量经具有宽度为200μm的透光图形曝光于具有能量为300mJ/cm2的紫外线的光致抗蚀剂层的宽度就能获得这种关系。测量的结果列于表1。因此，本发明的光掩模40的透光图形42能根据所测量的关系来构成。
表1
*1平面光掩模和光致抗蚀剂层之间的距离。
*2当光掩模隔开光致抗蚀剂层上述距离时经光掩模曝光于平行光的光致抗蚀剂层的宽度。
例如，对于如图3C所示要精确地构成一个曝光光致抗蚀剂层的复杂图形32a，如图3B所示，最好使用带有复杂掩模图形41a的平面光掩模40a，且透光图形42a按照上面方法来构成。如图3A所示，一光致抗蚀剂层30a通过导电层20a形成在三维模制基板10a上。
〔5〕在基板上形成电路图形的步骤照射之后，去除光致抗蚀剂层30曝光图形，留下没有光致抗蚀剂层30复盖的铜层20的图形区。电路图形按照铜层20的图形区形成在基板10上。
顺便提及，虽然在该实施例中使用了正性光致抗蚀剂层30，但也可用负性光致抗蚀剂层来替代。因此，在使用负性光致抗蚀剂的情况下，光照后，去除了光致抗蚀剂层的未曝光的图形而留下没有光致抗蚀剂层30的铜层20的图形区，且对应于铜层20的图形区在基板10上形成电路图形。
例如，形成电路图形的工艺说明如下。用碱性表面活化剂在去油温度上对图形区的铜层20进行去油。用硫酸水溶液净化铜层20之后，如图1E所示，用电淀积技术在铜层20的图形区上淀积附加铜层21。例如，使用包含浓度为80g/l的硫酸铜水溶液、浓度为180g/l的硫酸水溶液、和浓度为50mg/l的氯离子水溶液的淀积槽来电淀积附加铜层21。该附加铜层21的厚度约为15μm。
接着，如图1F所示，用电淀积技术在附加铜层21上形成镍层50。例如，该镍层50在如下条件和使用淀积槽进行电淀积。这些条件是淀积温度约50℃，淀积电流为3A/dm2和淀积时间为25分钟。所用淀积槽包含浓度为270g/l的硫酸镍水溶液，浓度为50g/l的氯化镍水溶液和光亮剂。该镍层厚度约为5μm。
此外，还用电淀积技术在镍层50上形成金层(未图示)。例如，该金层可在下面条件下并用如下的淀积槽进行电淀积。这些条件为淀积温度为65℃，淀积电流为1A/dm2和淀积时间为90秒。该淀积槽包含氰化金水溶液。该金属厚度约0.5μm。
在电淀积金之后，用脱膜剂除去未曝光区的光致抗蚀剂层30，如图1F所示，留下对应于未曝光区的铜层。然后，用过硫酸铵对没有光致抗蚀剂层30的铜层20进行软蚀刻，由此获得如图1G所示的在基板10上由金层、镍层50、附加铜层21和铜层20组成的电路图形。用纯水在室温下对基板10上的电路图形进行冲洗，并加以干燥。在该实施例中，电路图形的一根线宽度和相邻图形宽度之间的距离约为200μm。如图1H所示电路元件60如LSI等安装在基板10或金层上，并用金丝焊接连接成所需要的电路图形。
〔第二实施例〕在该实施例中，使用具有剖视4A的三维模制基板10b。该基板10b有一第二表面13b，高于第二表面13b的第一表面12b，和低于第二表面13b的第三表面1 5b。如图4B和4C所示，作为导电层的铜层20b和正性光致抗蚀剂层30b，按照与上面说明的步骤〔1〕至〔3〕基本相同的方法制作在基板10b上。然后，平行光束照射位于光致抗蚀剂层30b前面的光掩模40b和41b，以获得光致抗蚀剂层的曝光图形。
顺便指出，当存在这样一个特定区域即平面光掩模和光致抗蚀剂层之间的距离大于阈值距离时，至少有一个附加平面光掩模置于该特定区域的光致抗蚀剂层的前面。在该实施例中，由于第一表面12b和第三表面15b之间的距离大于阈值距离，所以在这种情况下如图4D所示使用两个平面光掩模40b和41b。即两平面光掩模之一的40b置于第一表面12b之上，以便在第一表面和第二表面上形成光致抗蚀剂层30b的第一曝光图形，而另一光掩模41b置于第二表面13b上作为附加光掩模，以便在第二和第三表面13b和15b上形成光致抗蚀剂层30b的第二曝光图形。因此，能够精确地在基板10b上形成由第一和第二曝光图形构成的光致抗蚀剂层30b的曝光图形，同时减小了衍射的影响。阈值距离根据所需电路图的准确度来确定。光掩模40b的透光图形42b的构成按照与第一实施例相同方法进行。如果必要，附加光掩模41b的透光图形43b最好也以与光掩模40b相同方法构成。
在平行光束照射之后，除去曝光区的光致抗蚀剂层30b以留下没有光致抗蚀剂层的铜层20b的图形区。如图4E和4F所示，由金层(未图示)、镍层50b、附加铜层21b和铜层20b构成的电路图形按照基本上与第一实施例的相同步骤形成在基板10b上。如图4G所示，像LSI等电路元件安装在基板10b上或金层上，并用金丝搭接61b连接为所需电路图形。
在第二实施例的第一修改例中，如图5所示，为了在具有不规则表面的三维模制基板10c上精确形成光致抗蚀剂层30c的曝光图形，可使用大、小平面光掩模40c和41c。不规则表面由比第二表面12c高的第一表面11c和比第二表面12c低的第三表面13c构成。如图6所示，在导电层20c和光致抗蚀剂层30c形成在不规则表面之后，将基板10c放置在具有顶部开口的矩形壳体70c中，用螺钉71c在其各角的通孔45c上将大的光掩模40c固定到壳体70c。由于大的光掩模40c和第三表面13c上的光致抗蚀剂层30c之间的距离大于阈值距离，所以把小的光掩模41c就放在第三层13c上的光致抗蚀剂层30c的前面。大、小光掩模40c和41c的透光图形42c和43c按照与第一实施例相同方法构成。大的光掩模40c有一窗口部分44c，它与小的光掩模41c的区域相等并用于将平行光束透射到小的光掩模41c上。小的光掩模41c也能安装到壳体70c中。
顺便指出，如图7A至图10所示，可利用其任一安装方式将光掩模安装到基板或壳体上。例如，如图7B和8A所示，一三维模制基板10d由第一表面11d，低于第一表面11d的第二表面12d，低于第二表面12d的第三表面13d和第一和第二表面中的定位孔14d构成。每个定位孔14d的直径和深度分别为如2mm和3mm。由于第一表面11d和第三表面13d之间的距离大于预定阈值距离，所以在这种情况下使用两个平面光掩模40d和41d。如图7A所示，这些光掩模具有通孔45d，其每一个具有与定位孔14d基本相同的直径。如图8B所示，光掩模40d和41d分别设置于第一和第二表面11d和12d，然后如图7c和8c所示，将销钉71d插入每个光掩模的通孔45d和定位孔14d以便将光掩模40d和41d固定到基板10d上。
此外，图9A至9E表示将上层和下层光掩模41e和40e固定到壳体70e的一种方法。壳体70e由顶部开口、侧壁72e以及侧壁72e内的定位孔73e形成，如图9B所示。具有图9A所示剖面的三维模制基板10e设置在壳体70e内。下层光掩模40e设置在侧壁72e上，这样，如图9c所示，下层光掩模40e的第一通孔42e将对准壳体70e的定位孔73e。上层掩模41e通过圆柱形垫圈74e设置在下层掩模40e之上，这样，如图9D所示，上层掩模41e的第二通孔43e即对准第一通孔42e以及垫圈74e的通孔75e。接下来，如图9E所示，通过螺栓71e将垫圈74e，以及上层和下层掩模41e和40e固定到壳体70e。
另外，图10A和10B表示用于本发明的另一种安装方式。即三维模制基板由第一表面11f、低于该第一表面11f的第二表面12f、以及位于该第一表面11f上的矩形凸起13f形成。由于平面光掩模40f与第二平面12f之间的距离小于预定的阈值距离，故在本例中只采用一块平面光掩模40f。如图10B所示，光掩模40f有一个中心通孔45f，其尺寸略大于凸起13f的横截面。加固件75f贴在光掩模40f的中心通孔45f的周围，用以在把光掩模固定到基板10f时防止掩模40f的损坏。如图10B所示，通过将中心通孔45f对准凸起13f而将光掩模40f固定到基板10f。
图11A至11D表示用于本发明的另一种安装方式。当具有图11A所示剖面的三维模制基板10g设置于壳体70g中时，两平面光掩模40g和41g分别通过作为一种支撑杆的至少一根L型杆71g固定到壳体70g，。即如图11D所示，该L型杆71g的一端形成螺纹部分75g，另一端形成通孔74g。例如，如图11c所示，通过将上述螺纹部分75g插入光掩模40g的通孔45g，然后利用螺母76g将螺旋部75g固定到光掩模40g。另一方面，如图11A和11B所示，通过经由壳体70g的通孔74g将销钉72g插入壳体70g的定位孔73g内，将L型杆71g固定至壳体70g。如图11B所示，光掩模40g和41g的边缘部分46g和47g相对于平行光束至光掩模的辐射方向，相互重叠。
图12A、12B和13表示用于本发明的另一种安装方式。在本例中采用了两块平面光掩模40h和41h。上层光掩模40h设置了透光图形42h、掩模图形43h边缘44h以及在边缘44h内形成的至少一个通孔45h。下层光掩模41h设置了透光图形46h、掩模图形47h、边缘48h以及在边缘48h内形成的至少一个通孔49h。边缘44h和48h相对于平行光束至光掩模的辐射方向相互重叠。如图12A所示，重叠的边缘44h和48h通过贯通通孔45h和49h的至少一个连接杆71h联结在一起。边接杆71h采用带螺栓头72h和螺杆73h的一种螺栓形式。光掩模40h和41h分别用螺母76h固定到连接杆71h的螺杆73h。螺杆73h从下层光掩模41h的通孔49h穿出并插入三维模制基板10h的定位孔14h，以将光掩模40h和41h设置在基板10h的前面，如图12B所示。
可以用连接杆71j来替换上述连接杆71h。如图1 3所示，连接杆71j由螺杆72j以下从螺杆72j两端延伸的螺纹部分73j组成。在螺纹部分73j插入通孔45h和49h之后，利用螺母76h将光掩模40h和41h固定到连接杆71j。
〔第三实施例〕在同时将平行光束辐射到设置于光致抗蚀剂层前面的上层和下层光掩模，以形成一个曝光光致抗蚀剂层图形的情况下，当光掩模的边缘未相对于辐射方向相互重叠时，平行光束在上层光掩模的边缘处衍射，将产生这样一个问题，即将曝光邻近下层光掩模边缘端的光致抗蚀剂层的不希望曝光的区域。因此，当采用多个光掩模时，邻近光掩模的边缘最好相互重叠。然而，在成型一种精细和稠密曝光的光致抗蚀剂层图形时，将产生另一个问题，即难以对位于相邻光掩模重叠边缘下的光致抗蚀剂层提供所需的曝光量。
在该实施例中，通过以这样一种方式重复照射平行光束来形成精细和稠密曝光的光致抗蚀剂层图形，即当该平行光束照射到置于光致抗蚀剂层前面的一个光掩模时，其余的光掩模通过不透光的掩模屏蔽。
例如，以下将解释在光致抗蚀剂层30k上形成精细和稠密曝光图形31k的一种方法。光致抗蚀剂层30k在具有图14A所示剖面的三维模制基板10k上形成。该剖面包括顶部平面11k、中间平面12k、底部平面13k以及延伸于邻近平面之间斜面14k。如图14c所示，形成平行光束对置于顶部平面11k的第一平面光掩模的第一次照射，以在光致抗蚀剂层30k的一区域内形成第一次曝光图像。此时，第一不透光掩模80k放置在中间面12k上，以屏蔽光致抗蚀剂层30k余下的区域。图14B表示第一光掩模40k以及第一不透光掩模80k。第一光掩模40k包括按本方法构成的掩模图形42k和透光图形43k。第一光掩模40k的边缘44k与第一不透光掩模80k的边缘82k重叠，以防止因在第一光掩模40k的边缘44k末端衍射的平行光束所引起的对光致抗蚀剂层的不希望的曝光。在第一次照射后，形成平行光束对位于中间平面12k上的第二平面光掩模41k的第二次照射，以在光致抗蚀剂层30k的余下区域形成第二曝光图形33k。如图14D所示，在第二次照射中，将第二不透光掩模81k放置在顶部平面11k处，以屏蔽第一次曝光图形32k。图14E表示第二光掩模41k和第二不透光掩模81k。第二光掩模41k包括按本方法构成的掩模图形46k和透光图形47k。如图14E所示，第二不透光掩模81k的边缘83k具有与第一光掩模40k的边缘44k相同的图形，它与第二光掩模41k的边缘45k相重叠，以对位于重叠边缘83k和45k下的光致抗蚀剂层30k提供一个所需的曝光量。于是，在光致抗蚀剂层30k上形成包括第一和第二曝光图形32k和33k的完整曝光图形31k，如图14F所示。邻近的光掩模重叠边缘的宽度取决于平行光束的平行度和邻近的光掩模之间的高度差。此外，取代多块掩模的使用，也可以弯折一块平面掩模，以在各不相同的高度形成多个光掩模面。
〔第四实施例〕
在本实施例中，光吸收材料43m涂覆在平面光掩模40m的掩模图形42m上。以下将解释形成该掩模图形42m的一种方法。如图15A所示，将诸如一种正型干膜的光致抗蚀剂材料35m涂覆在光掩模40m的一面，后者包括透光图形41m和掩模图形42m。如图15B所示，诸如紫外一类的光束1m从光掩模40m的另一面照射到光致抗蚀剂材料35m，以在对应于透光图形41m的光致抗蚀剂材料上形成一个曝光图形。把未曝光图形的光致抗蚀剂材料35m从光掩模40m上去除，如图15c所示。在光掩模40m上喷涂诸如碳一类的光吸收材料43m，如图15D所示，然后去除光致抗蚀剂材料35m的余下部分，以获得在掩模图形42m上配置光吸收材料43m的光掩模40m，如图15E所示。
例如，如图16所示，由此获得的光掩模40m作为下层光掩模设置于光致抗蚀剂层的前面，这样，平行光束3m照射到光掩模40m的光吸收材料。光致抗蚀剂层30m经由导电层20m在三维模制基板10m上形成。此外，如图16所示，辅助光掩模44m具有与下层光掩模相同的掩模图形，但没有光吸收材料43m，它设置在下层光掩模的上面作为上层光掩模，于是，相对于平行光束3m的照射方法，上层光掩模44m的掩模图形46m就完全与下层光掩模40m的掩模图形42m重叠。由光源2m提供的平行光束3m经由光学透镜90m照射到上层光掩模44m。尽管平行光束3m在上层光掩模44m的透光图形45m上衍射，但仍可有效地被下层光掩模40m的掩模图形42m上的光吸收材料43m所吸收。因此，有可能在光致抗蚀剂层30m上精确地形成一个曝光图形，而防止在光致抗蚀剂层上形成不想要的曝光。
顺便指出，从精确形成曝光图像的观点来看，应当考虑随着上下层光掩模40m与44m之间距离“X”的增大，平行光束3m的平行度应进一步改善。当然，也可以采用不带光吸收材料43m的两块平面光掩模。
作为本实施例的一种改变，光掩模40n设置在光致抗蚀剂层30n的前面，后者经由导电层20n形成于三维模制基板10n之上。光掩模40n由透光板41h以及由光吸收材料制成的两个相同的掩模图形形成。掩模图形43n在透光板41n的相对的两个面上形成，这样，相对于平行光束1n的照射方法，一个掩模图形43n完全与另一个掩模图形43n重叠。当平行光束1n如图17A所示照射到光掩模40n时，在光掩模40n上层透光图形42n上衍射的平行光束，有效地由光掩模40n下层上的掩模图形43所吸收，如图17B所示。从精确形成曝光图形的观点来看，应当考虑随着透光板41n厚度的增加，平行光束的平行度应进一步改善。
光掩模40n根据以下步骤制成。在厚透光板41n的相对两面形成诸如干薄膜的光致抗蚀剂材料图形。然后在该相对两面喷涂诸如碳一类的光吸收材料，再去除光致抗蚀剂材料，由此在透光板41n的相对两面上形成掩模图形43n。
在上述实施例中，最好采用平行光管以提供平行光束。如图18所示，当一次平行光束1p直射到平行光管90p时，包含在平行光束1p内的非平行光束被平行光管90p反射，这样，其平行度改善后的二次平行光束2p即可照射到置于光致抗蚀剂30p前面的光掩模40p。光致抗蚀剂层30p经由导电层20p在三维模制基板10p上形成。通过利用一种光学镜(未图示)聚焦由汞灯(未图示)提供的光形成平行光束1p，并使已经聚焦的光通过光学透镜(未图示)。除了上述平行光管90p之外，也可以采用市售的标准平行光管。尤其是，最好在将平行光束2p照射到光掩模40p的同时，在垂直于照射方向的平面上旋转平行光管90p，以提供一种均匀的曝光量。
此外，最好利用光学透镜展宽激光束提供一种平行光束。例如，采用波长为360毫微米的氩(Ar)激光束1q。Ar激光束1q发送到滤光器91q，以提供一种均匀的输出强度。来自滤光器91q的Ar激光束1q通过第一光学透镜92q展宽，然后使该展宽的激光束1q通过第二光学透镜93q而将其转换为一种平行光束2q，如图19所示。平行光束2q照射到置于光致抗蚀剂层30q前面的光掩模40q。光致抗蚀剂层30q经由导电层20q在三维模制基板10q上形成。
再者，可以利用用一个光学透镜展宽穿过一针孔的光所提供的平行光束。例如，如图20所示，由一个汞灯1s提供一种散射光2s。该散射光2s用第一光学透镜92s聚焦。该经聚焦的光3s直射到屏蔽板93s的针孔94s。针孔94s与第一光学透镜92s之间的距离实际与第一光学透镜92s的焦距相等。经由针孔94s的光束4s直射到第二光学透镜95s，将光束4s转换成平行光束5s。针孔94s与第二光学透镜95s之间的距离实际与第二光学透镜95s的焦距相等。平行光束5s照射到置于光致抗蚀剂层30s前面的光掩模40s。该光致抗蚀剂层30s经由导电层20s在一个三维模制基板10s上形成。
也可利用阳光作为平行光束。例如，如图21所示，作为阳光2v一种反射的二次光束3v被一个圆柱形的屏蔽92v所切断。该屏蔽92v配备快门93v。一个三维模制基板10v置于屏蔽92v内具有太阳位置跟踪系统95v的台架94v上。在通过跟踪系统95v调整台架94v的一角度后，基板10v面向太阳1v，快门93v打开使阳光2v照射到置于基板10v上的一光致抗蚀剂层30v前面的光掩模40v。通过置于快门93v下一个位置上的曝光计算器96v计算曝光量。因此，当曝光量达到一预定的曝光量时，快门93v自动关闭。在该例中，由于阳光2v包含有许多不同波长的光，也可以将能由紫外线以外的射线曝光的一种光致抗蚀剂材料用作光致抗蚀剂层30v。
权利要求
1. 一种制造印刷电路板的方法，它包含步骤为提供一个基板，该基板具有一第一表面和至少一个低于所述第一表面的第二表面，所述第一和第二表面其上具有导电层，所述导电层其上具有光致抗蚀剂层；在所述光致抗蚀剂层前面设置具有掩模图形的平面光掩模且它基本上平行于所述第一和第二表面，所述光掩模用掩模图形和透光图形形成；通过所述光掩模将一平行光束照射到所述光致抗蚀剂层以便给所述光致抗蚀剂层一个对应于所述透光图形的想要宽度“L”的曝光图形；除去所述光致抗蚀剂层的所述曝光或未曝光图形以留下没有所述光致抗蚀剂层的所述导电层的图形区域；按照所述导电层的所述图形区域在所述基板上给所述导电层形成电路图形；和其特征在于，所述方法中的所述透光图形的构成满足下面关系式当D＝0时，W/L＝1，当D＞0时，W/L＜1，这里“W”是用于形成想要宽度“L”的所述曝光图形的所述透光图形的宽度，而“D”是所述透光图形和所述光致抗蚀剂层之间的距离。
2. 如权利要求1所述方法，其特征在于，当所述光致抗蚀剂层是正性光致抗蚀剂层时，所述光致抗蚀剂层的所述曝光图形被去除并留下所述导电层的所述图形区域。
3. 如权利要求1所述方法，其特征在于，当所述光致抗蚀剂层是负性光致抗蚀剂层时，所述光致抗蚀剂层的未曝光图形被去除并留下所述导电层的所述图形区域。
4. 如权利要求1所述方法，其特征在于，所述基板由多个不同高度的所述第二表面构成。
5. 如权利要求4所述方法，其特征在于，当存在一个其距离(D)大于阈值距离(Dmax)的特殊区域时，则在该特殊区域的所述光致抗蚀剂层的前面设置一附加平面光掩模。
6. 如权利要求1所述方法，其特征在于，所述基板具有用于支撑所述基板上的光掩模的定位装置。
7. 如权利要求1所述方法，其特征在于，所述光掩模直接置于所述第一表面上的所述光致抗蚀剂层上。
8. 如权利要求5所述方法，其特征在于，所述平行光束有选择地照射到所述光掩模和所述附加光掩模两者之一上，同时用一遮光掩模屏蔽另一个。
9. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述光掩模和所述附加光掩模相对于所述平行光束的照射方向具有相互重叠的边缘部分。
10. 如权利要求9所述方法，其特征在于，至少一个连接件在所述光掩模和所述附加光掩模的所述重叠边缘部分之间延伸。
11. 如权利要求1所述方法，其特征在于，一个具有与所述光掩模相同掩模图形的辅助平面光掩模位于所述光掩模之上，使所述辅助光掩模的掩模图形相对于所述平行光束的照射方向与所述光掩模的图形完全重叠。
12. 如权利要求1所述方法，其特征在于，所述平行光束由一平行光管提供。
13. 如权利要求1所述方法，其特征在于，所述平行光束是通过用光学透镜展宽一激光束提供的。
14. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平行光束是通过用光学透镜经一针孔展宽一光束提供的。
15. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过屏蔽反射阳光将阳光用作所述平行光束。
16. 如权利要求1所述方法，其特征在于，所述光掩模具有一透光板和两个形成在所述板的相对两表面上的相同掩模图形，这样使所述掩模图形之一相对于所述平行光束的照射方向完全与另一图形重叠。
17. 如权利要求1所述方法，其特征在于，所述基板放置在具有顶部开口的壳体内，所述光掩模与所述壳体相固定。
18. 如权利要求5所述方法，其特征在于，所述附加光掩模具有一与所述光掩模的透光图形构成方法基本相同的透光图形。
19. 如权利要求16所述方法，其特征在于，所述各掩模图形由光吸收材料制成。
全文摘要
一种制造印刷电路板的方法，它在三维模制基板上通过一导电层形成一光致抗蚀剂层，具有掩模图形和透光图形的平面光掩模位于光致抗蚀剂层的前面。一平行光束照射该光掩模以便给光致抗蚀剂层一个对应于透光图形的想要宽度“L”的曝光图形。如此构成透光图形使之满足D＝0时，W/L＝1；D＞0时，W/L＜1的关系式。这里“W”是用于形成想要宽度“L”的曝光图形的透光图形的宽度，而“D”是透光图形和光致抗蚀剂层之间的距离。该方法能使电路图形精确地形成在基板上。
文档编号G03C5/04GK1114820SQ9410837
公开日1996年1月10日 申请日期1994年7月8日 优先权日1994年7月8日
发明者中嶋勋二, 铃木俊之, 中本笃宏, 手塚羲隆, 大谷隆兒 申请人:松下电工株式会社