DE2622283A1

DE2622283A1 - Verfahren zur lokalisierung eines festkoerperplaettchens und festkoerperplaettchen zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2622283A1
Application number: DE19762622283
Authority: DE
Inventors: Pierre Jeannin; Christian Lietar
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-05-19
Filing date: 1976-05-19
Publication date: 1977-12-08
Also published as: US4153367A; NL7705501A; GB1572667A; FR2352309A1; JPS52141179A

Description

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13.H.1976 Fb/Sm

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmuster-Hilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart

Verfahren zur Lokalisierung eines Festkörperplättchens und Festkörperplättchen zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung eines Festkörperplättchens kleiner Abmessungen in Bezug auf eine ebene Tragplatte.

Integrierte Schaltungen werden als Verbundkörper auf den Markt gebracht, die aus einer Tragplatte mit gedruckten Verbindungsleitern und aus dem eigentlichen Halbleiterplättehen mit der integrierten Schaltungsstruktur bestehen. Das Plättchen ist

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an der Tragplatte so befestigt, daß die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse der Schaltungsstruktur mit den Verbindungsleitern in Kontakt stehen, was die Lokalisierung des Platt-, chens in Bezug auf die Tragplatte innerhalb von Toleranzen, die einige Hundertstel-mm nicht überschreiten dürfen, erfordert. Während die zum Beispiel aus Keramik bestehenden Tragplatten mit der nötigen Genauigkeit ohne Schwierigkeit hergestellt werden können und deshalb deren Lokalisierung mit mechanischen Mitteln möglich ist, kann die gleiche Genauigkeit in Bezug auf die Abmessungen des Festkörperplättchens nicht gewährleistet werden. Die Festkörperplättchen werden durch gerichteten Bruch von aus einem Einkristall des Ausgangsmaterials gesägten Platten hergestellt und weisen entlang ihres Randes infolge des Bruches Unregelmäßigkeiten auf. Da der Rand des Plättchens das einzige Mittel ist, das zur mechanischen Lokalisierung verwendet werden kann, ist bei einer Massenherstellung die Zahl der in Bezug auf die Tragplatte fehlerhaft lokalisierten Plättchen relativ hoch.

Es ist bereits bekannt, eine Kontrolloperation nach dem Zusammenbau des Plattchens mit der Tragplatte einzuschalten und die schlecht positionierten Plättchen auszuscheiden. Zu dieser Kontrolloperation wird gemäß einem bekannten Verfahren das Bild der Oberfläche des Plättchens auf einen mit Ortungsmarken versehenen Schirm im stark vergrößerten Maßstab projiziert. Dieses Verfahren ist jedoch zeitraubend und bei der Massenherstellung unwirtschaftlich.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das eine automatische Lokalisierung des Plättchens innerhalb enger Toleranzen gestattet.

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Um diese Aufgabe zu lösen, ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß eine parallel zur Tragplatte gelegene Seite des Plättchens mit mindestens einer als optisches Gitter ausgebildeten Ortungsmarke versehen wird, daß ein Laserstrahl auf den Sollstandort der Ortungsmarke gerichtet wird, daß mindestens ein Photodetektor in Bezug auf die Quelle des Laserstrahls so angeordnet wird, daß ein Lichtstrahl auf ihn dann einfällt, wenn die genannte Ortungsmarke sich am Sollstandort befindet, wobei der genannte Lichtstrahl das eine der sekundären Maxima des durch den Einfall des Laserstrahls auf das Gitter erzeugten Beugungsbildes bildet, und daß beim Einfall des Lichtstrahls auf den Detektor durch letzteren ein Signal ausgelöst wird.

Anhand der Zeichnung werden nachstehend eine bevorzugte Ausführungsform und gewisse Varianten der Erfindung erklärt.

v.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf ein.mit zwei Ortungsgittern versehenes Plättchen gemäß der Erfindung,

Pig. 2 ein Schnitt durch ein Ortungsgitter in stark vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 eine Darstellung des durch das Ortungsgitter erzeugten Beugungsbildes,

Pig. K eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung eines ersten Beispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Plättchen zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens_? und

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die zu einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt ist.

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Erfindungsgemäß werden als Ortungsmarken Beugungsgitter verwendet, die gewisse Bereiche jedes Plättchens überdecken. So zeigt Figur 1 ein viereckiges Plättchen 1 aus Silizium mit einer an seiner Oberfläche integrierten Schaltungsstruktur 2, das an beiden Enden der einen Seite je ein kreisförmiges, ungefähr 0,1 mm betragendes Ortungsfeld M₁, M₂ aufweist. Jedes Feld M., Mp besteht aus einer Reihe in einer das Plättchen überdeckenden Isolationsschicht aus Siliziumoxid gebildeter paralleler Bänder 3 gleicher Breite. Die Bänder 3 können durch Ätzung nach einem bekannten Verfahren in der einige Zehntel ^x dicken Schicht aus Siliziumoxid angebracht werden. Jedes Band hat einige Ax in der Breite, wobei die Teilung ρ (Figur 2) des Gitters so gewählt wird, daß ein auf das Gitter gerichteter Laserstrahl ein Beugungsbild erzeugt. Zu bemerken ist, daß die zu den beiden Bereichen M. und M„ gehörenden Bänder 3 vorzugsweise parallel zueinander verlaufen und daß ihre Richtung schräg in Bezug auf die Hauptrichtungen der Struktur 2 gewählt wird. Die Richtung der Bänder wird vorzugsweise wenigstens 10° verschieden sein von derjenigen der Hauptstrukturelemente. Der einfallende Strahl L kann senkrecht oder schräg in Bezug auf die Ebene des 'Plättchens 1 gerichtet werden. Er muß aber in einer senkrechten Ebene enthalten sein, deren Spur auf dem Plättchen senkrecht zur Richtung der Bänder gerichtet ist (Ebene der Figur 2). Das reflektierte Licht bleibt somit in der gleichen Ebene und erzeugt auf einem Schirm E ein Beugungsbild, das aus entlang der Linie Δ (Figur 3) verteilten Lichtflecken 10, 11, 11', 12, 12' gebildet wird. Der zentrale Fleck 10 wird durch den regulären Reflektionsstrahl erzeugt, während die seitlichen Flecken 11, 11', 12, 12' die sekundären Maxima des Beugungsbi-ldes darstellen. Ihre Abstände von dem Fleck 10 hängen (u.a.) von der Teilung ρ des Gitters ab. Da die Richtung'der geraden Linie Λ von der Richtung der Bänder abhängt, dreht sich diese Linie um den Punkt 10 herum, wenn das Plättchen in seiner Ebene gedreht wird.

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In einer ersten Ausführungsform besteht nun das erfindungsgemäße Verfahren darin, den Laserstrahl L abwechslungsweise auf beide Gitter M. und M_? zu richten und mittels der zwei ersten sekundären Beugungsstrahlen Sortierungssignale auszulösen, die das Plättchen als gut bezeichnen, wenn diese sekundären Strahlen am richtigen Ort auf den Schirm E einfallen.

Um dies zu erreichen, wird der Schirm E mit Löchern 21, 21' (Figur H) usw. versehen, die genau an den Orten angeordnet sind, wo die genannten sekundären Strahlen auf den Schirm einfallen, wenn der Strahl L das Gitter erreicht und wenn die Richtung der Bänder dem Sollwert entspricht, also wenn das Plättchen richtig lokalisiert ist und die Bereiche M. und M₂ sich am Sollstandort befinden. In den Löchern 21, 21' usw. werden photoelektrische Detektoren J, 7' angebracht. Es kann auch hinter dem Schirm E eine Linse angeordnet werden, die das die Löcher durchquerende Licht auf einen Photodetektor fokusiert.

Die schematisch in Figur 4 dargestellte Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens zeigt, daß die gleichen Detektoren 7 und 7' zur Kontrolle der richtigen Lokalisierung beider Marken M. und M_? verwendet werden können. In dieser Figur stellt E den Schirm dar, der mit einem Zentralloch 20 und mit zwei seitlichen Löchern 21 und 21' versehen ist, wobei das Loch 20 durch den Laserstrahl L durchquert wird und die Löcher 21 und 21' mit Detektoren 7 und 7' _;versehen sind. Unterhalb des Schirmes E wird eine planparallele Glasplatte h um eine zum Schirm E und zum Plättchen parallele und in Bezug auf die Verbindungslinie der Mittelpunkte der Gitter M und M₂ senkrecht gerichtete.Achse XX' drehbar aufgestellt. Diese Glasplatte kann von der in gezogener Linie dargestellten Lage zur symmetrischen Lage verschwenkt- werden, die gestrichelt gezeichnet· und mit 4' bezeichnet ist. Die Wirkung dieser Vorrichtung ist die folgende:

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Wenn sich die Glasplatte k in der- in gezogener Linie dargestellten Lage befindet, wird der senkrecht gerichtete Laserstrahl L durch Brechung in der Platte H nach links verschoben, so daß er dann senkrecht auf den Sollstandort des Gitters IYL einfällt. Liegt das Gitter an seinem Sollstandort, so werden durch Beugung am Gitter erzeugte Strahlen die Platte 4 durchqueren und die Detektoren 7 und 7' erreichen. Liegt hingegen das Gitter außerhalb des Sollstandortes, so wird der Laserstrahl L durch die Oberfläche des Plättchens 5 zerstreut und/oder in Richtung des Loches 20 reflektiert. Nur das zerstreute Licht erreicht die Detektoren 7 und 7¹· Es ist viel schwächer als im zuerst betrachteten Fall. Sollte sich am Sollstandort des Gitters eine Strukturgrenze der Schaltung befinden und sollte diese Grenze parallel zu den Gitterbändern gerichtet sein, so würde ebenfalls ein Beugungsstrahl erzeugt werden, der gegebenenfalls die Detektoren 7 und 7' erreichen würde. Diese Strahlen würden aber auch viel schwächer sein als im zuerst betrachteten Fall. Durch angepaßte Eichung der Detektoren wird die beschriebene Einrichtung imstande sein, ein Signal nur dann auszulösen, wenn das Gitter sich am Sollstandort befindet. Versuche haben bestätigt, daß das Beugungsbild eines Laserstrahles von zum Beispiel 0,1 mm Durchmesser, der auf ein Gitter, dessen Durchmesser den gleichen Wert hat, einfällt, bei einer relativen Abweichung des effektiven Gitterstandortes von dem durch den einfallenden Strahl definierten Sollstandort von wenigen Hundertstel von einem mm eine Abschwächung einfährt, die genügend groß ist, um die Detektoren mit Sicherheit zur Angabe des Ausschusses des betreffenden Plattchens zu steuern.

Nach der Kontrolle des Standortes des Gitters IYL wird die Glasplatte 4 bis in die durch unterbrochene Linie dargestellte Lage 4' verschwenkt. Dies gestattet die Kontrolle des Standortes des Gitters IYL in der gleichen Weise wie für das Gitter IYL. Wenn

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beide Gitter eines Plättchens am richtigen Ort liegen, wird ein entsprechendes Signal durch die Detektoren geliefert, während in dem anderen Fall, das heißt, wenn mindestens eines der beiden Gitter sich nicht am Sollstandort befindet, das Ausbleiben des Signales oder die Aussendung eines Verweigerungssignales den Ausschuß des Plättchens bedeutet.

Die Figuren 5 und 6 beziehen sich auf eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, durch welche entdeckte Lokalxsierungsfehler korrigiert werden können, so daß eine automatische Lokalisierung ausgeführt wird. Diese Vorrichtung umfaßt eine parallel zur Ebene des Plattchens 5 angeordnete Linse L₁, ein erstes Wollaston-Teilerprisma P., wobei zwei getrennte und senkrecht zueinander polarisierte Strahlen q und q^f erzeugt werden. Mittels eines Viertelwellenlängenfilters \ M werden die linear polarisierten Strahlen q und q' in zirkulär polarisierte Strahlen umgewandelt, die auf ein zweites Wollaston-Prisma P₂ fallen. Da das Prisma P₂ senkrecht zum Prisma P^ gerichtet ist, erzeugt jeder Strahl q und q¹ zwei derart getrennte Strahlen, daß der nun durch k geteilte und durch die Linse Lp auf das Plättchen 5 fokusierte Laserstrahl L auf diesem Plättchen vier Flecken a, a', b, b^! bildet, die in den Ecken eines Quadrates liegen. Liegt nun an dem durch das Zentrum dieses Quadrates bestimmten Sollstandort ein Gitter M oder M„, dessen Durchmesser so groß ist, daß das Gitter auf die vier Flecken einschneidet, so werden vier parallele Beugungsbilder erzeugt, deren erste sekundäre Maxima durch vier Detektorpaare aufgefangen und ausgewertet werden können.

In Figur 5 sind die jedem Gitter entsprechenden Flecken durch a, a¹, b, b' bezeichnet, wobei die jeweils mit a und a¹ bezeichneten Flecken sich an den Enden einer gleichen Diagonale des genannten Quadrates befinden und die beiden anderen sich an den Enden der anderen Diagonale befinden.

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Durch Vergleich der Angaben der den Flecken a und a'entsprechenden Detektoren kann der Sinn der nötigen Korrektur entlang der Linie aa' bestimmt werden. Desgleichen erlaubt die Auswertung der den Flecken b und b' entsprechenden Detektorenj die Richtung der Korrektur entlang der Linie bb¹ zu bestimmen.

Eine zusätzliche Anordnung LP. und LPp gestattet ferner, die nötige Korrektur zu simulieren und deshalb ihren Wert quantitativ zu bestimmen. LP. und LP „ sind zwei planparallele Platten, die um eine parallel zum Plättchen 5 angeordnete Achse drehbar angeordnet sind. Die Drehachsen der beiden Platten LP. und LP„ sind senkrecht zueinander in der genannten Ebene gerichtet. Durch Drehung der Platten LP₁ und LPp werden die durch den Laserstrahl erzeugten Lichtflecken um meßbare Abstände auf dem Plättchen 5 verstellt. Sind nun die Detektoren so angeordnet,' daß sie, wenn die Lichtstrahlen gleiche Intensität erhalten, ein Nullsignal aussenden, so gibt die beim Erreichen dieses Nullsignales eingenommene Lage der Platten LP. und LPp den Wert der nötigen relativen Verschiebung des Plättchens bezüglich der Tragplatte in den Richtungen aa¹ und bb' an, damit das Nullsignal bei zum Plättchen paralleler Lage der Korrekturplatten LP. und LP₂ erzeugt wird.

Die hier beschriebene Anordnung umfaßt ferner eine dritte schwingende Platte LP, die wie die Platte H der Figur k dazu bestimmt ist, den Laserstrahl abwechlungswexse auf die Gitter M₁ und Mp des untersuchten Plattchens zu richten.

Nachdem die beiden Fehlerwerte 4 a und A b. bezüglich der Lokalisierung des Gitters M. wie oben beschrieben ermittelt worden sind, genügt es in Bezug auf das Gitter M_?, einen

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einsigen Fehlerwert, nämlich die nötige Verschiebung Δ a, in Richtung aa^f oder genauer gesagt den Unterschied A a_o - A a.. zwischen den nötigen Verse]
M. in Richtung aa', zu ermitteln

a. zwischen den nötigen Verschiebungen der Gitter M„ und

Die dadurch erhaltenen Pehlerwerte dienen dazu, die das Plättchen 5 tragende Unterlage oder die Tragplatte mittels Elektromotoren, Zylinderkolbenaggregate oder Verstelleinrichtungen anderer Art so zu verschieben, daß das Plättchen in Bezug auf die Tragplatte den Sollstandort einnimmt.

Der große Vorteil des hier beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß das Anbringen der Marken IVL und M„ an jedem Plättchen bei der Fertigung integrierter Schaltkreise praktisch keinen zusätzlichen Aufwand benötigt. Die Gitter können mit der Schaltungsstruktur, das heißt mit den gleichen Masken und durch die gleichen Operationen gebildet werden, die zur Ausführung der genannten Struktur verwendet werden. Ferner bleibt der Platzbedarf der Marken sehr klein, weil die Gitter unmittelbar neben den Strukturelementen der Schaltung gebildet werden können. Die Gitter können auch durch Prägen der Oberfläche der zur Befestigung des Plättchens an seiner Tragplatte vorgesehenen Lötperlen gebildet werden.

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Leerseite

Claims

R. 3233 Fb/Sm Ansprüche

1. Verfahren zur Lokalisierung eines Festkörperplättchens kleiner Abmessungen in Bezug auf eine ebene Tragplatte, dadurch gekennzeichnet, daß eine parallel zur Tragplatte gelegene Seite des Plättchens mit mindestens einer als optisches Gitter ausgebildeten Ortungsmarke versehen wird, daß ein Laserstrahl auf den Sollstandort der Ortungsmarke gerichtet wird, daß mindestens ein Photodetektor in Bezug auf die Quelle des Laserstrahls so angeordnet wird, daß ein Lichtstrahl auf ihn dann einfällt, wenn die genannte Ortungsmarke sich am Sollstandort befindet, wobei der genannte Lichtstrahl das eine der sekundären Maxima des durch den Einfall des Laserstrahls auf das Gitter erzeugten Beugungsbildes bildet, und daß beim Einfall des Lichtstrahles auf den Detektor durch letzteren ein Signal ausgelöst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden einer Seite des Plättchens je eine Ortungsmarke vorgesehen wird und daß der gleiche Laserstrahl abwechslungsweise auf die Sollstandorte jeder Ortungsmarke gerichtet wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte, durch den Detektor ausgelöste Signal ein Annahmesignal ist.

4. Verfahren nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl geteilt wird und auf verschiedene Segmente des Randes der Ortungsmarke fällt, wobei verschiedene Detektoren Maxima der durch die verschiedenen Teilstrahlen erzeugten Beugungsbilder empfangen und ein Korrektursignal, das durch Vergleich der von den verschiedenen Detektoren ausgelösten Signale gebildet wird, eine Korrektur der Lage des Plättchens bewirkt.

5. Festkörperplättchen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Plättchen beispielsweise an zwei Ecken seiner Oberfläche zwei Ortungsmarken aufweist, die als optische Gitter ausgebildet sind, wobei beide Gitter parallel zueinander gerichtet sind.

6. Festkörperplättchen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Halbleiterplättchen mit integrierter Schaltungsstruktur ist.

7. Festkörperplättchen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter aus vorstehenden, parallelen Bändern bestehen, die durch Ätzung einer das Plättchen teilweise überdeckenden Siliziümoxidschicht gebildet werden.

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8. Pestkörperplättchen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter aus Druckbildern bestehen, die in von einer Oberfläche des Plättchens vorstehenden Lötperlen gebildet werden.

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