DE3144849C2

DE3144849C2 -

Info

Publication number: DE3144849C2
Application number: DE19813144849
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.Rer.Nat. 8031 Eichenau De Mengel; Guenter Dr.-Ing. 8150 Holzkirchen De Doemens
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-11-11
Filing date: 1981-11-11
Publication date: 1990-07-12
Also published as: DE3144849A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Justie rung der einzelnen Lagen von Mehrlagenschaltungen zu einem Glasmaster, wobei die einzelnen Lagen und der Glasmaster je weils mit zwei, unterschiedlich großen Justiermarken versehen sind, der jeweilige Versatz einander zugeordneter Justiermarken von Lage und Glasmaster mit einem opto-elektronischen Sensor erfaßt und Lage und Glasmaster entsprechend einem festgestellten Versatz relativ zueinander verschoben werden.

Ein ähnliches Verfahren zur automatischen Justierung von Masken zu Mikroschaltungen ist aus der DE 30 06 578 A 1 bereits bekannt. Die Justiermarken auf Maske und Mikroschaltungen sind bei diesem Verfahren in Form unterschiedlich großer Rauten aus gebildet, wobei die Ränder einander zugeordneter Rauten von einer Fernsehkamera erfaßt werden. Die mit Hilfe der Fernseh kamera erfaßten Koordinatenwerte der aufgenommenen Randstellen werden dann gespeichert, so daß anschließend die Mittelpunkte der rautenförmigen Justiermarken und ein Versatz zwischen diesen Mittelpunkten berechnet werden können. In Abhängigkeit vom ermittelten Versatz wird dann ein Ausrichtungsmotorantrieb gesteuert, welcher die Mikroschaltung relativ zur Maske so ver schiebt, daß die Mittelpunkte einander zugeordneter rautenför miger Justiermarken zur Deckung gebracht werden.

Ein weiteres derartiges Verfahren zum Justieren eines Substrats zu einer Maske mit Hilfe von kreuzförmigen Justiermarken ist aus der DE-AS 24 31 960 bekannt.

Aus der US-PS 35 44 801 ist ein Verfahren zum Justieren einer ersten Maske zu einer zweiten Maske oder zu einem Wafer be kannt, bei welchem einander zugeordnete Justiermarken als dunkler Kreisring und als dunkle Kreisfläche ausgebildet sind.

Da die zueinander auszurichtenden Objekte sonst transparent sind, kann ein Versatz der Mittelpunkte von Kreisring und Kreisfläche mit Hilfe einer auf der einen Seite angeordneten Lichtquelle und eines auf der anderen Seite angeordneten Fotodetektors festgestellt werden.

Mehrlagige Leiterplatten bestehen aus mehreren Schichten von einseitig oder doppelseitig mit Kupfer kaschierten, Leiterbild tragenden Folien, die mit unkaschierten, isolierenden Zwischen lagen (Prepregs) verpreßt und nach dem Bohren auf chemischem oder galvanischem Wege durchkontaktiert werden. Die äußeren Lagen bestehen ebenfalls aus kupferkaschierten Folien, die erst nach dem Verpressen und Durchkontaktieren bedruckt werden.

Einer der wichtigsten Arbeitsschritte bei der Herstellung von Mehrlagen-Leiterplatten ist das Bohren der Anschlußlöcher für die metallischen Durchverbindungen. Um die elektrische Funktion, die elektrische Sicherheit, sowie die Zuverlässigkeit des Produktes "Mehrlagen-Leiterplatte" sicherzustellen, müssen diese Bohrungen zu den innenliegenden Anschlußflächen (z. B. Lötaugen) auf den Signallagen sowie den innenliegenden Frei ätzungen auf den Potentiallagen innerhalb vorgegebener Toleran zen liegen.

Sehr enge Toleranzbereiche sind insbesondere bei mehrlagigen gedruckten Leiterplatten zu fordern, da hierbei eine genaue Fluchtung in den verschiedenen Lagen Voraussetzung für deren Verwendbarkeit ist. Die möglichst genaue Kenntnis der Ist-Po sition der innenliegenden Anflächen bzw. Freiätzungen zu einem Bezugspunkt (z. B. Aufnahmebohrung) ist Voraussetzung zur Erfül lung dieser Forderung.

Bei der Herstellung von Mehrlagen-Leiterplatten wird heute die Deckungsgenauigkeit der einzelnen Lagen bei der Belichtung und beim Laminieren durch die Verwendung eines Paßstiftsystems ge währleistet.

Hierzu sind in die Innenlage zwei Bohrlöcher mit einem Durch messer von z. B. 8 mm im Abstand von ca. 300 bis 400 mm einge schnitten, die als Aufnahme für die Paßstifte dienen. Im Glas master müssen entsprechend zwei Paßbuchsen mit denselben Maßen eingebracht werden. Glasmaster und Innenlage werden dann über die Paßstifte vor der Belichtung justiert. Die Genauigkeit dieses Verfahrens ist begrenzt. Des weiteren tritt eine Verfor mung der Bohrlöcher des relativ weichen Epoxidmaterials auf. Beim Verpressen der einzelnen Innenlagen zur Mehrlagenleiter platte werden diese aber wieder über ein Paßstiftsystem mit denselben Bohrlöchern lagerichtig justiert, so daß hieraus eine zusätzliche Herabsetzung der Deckungsgenauigkeit beim Laminier vorgang auftreten kann.

Bei der weiteren Verringerung des Rastermaßes und der Leiterbahnbreiten sind die mit dem bekannten Paßstiftsystem er reichbaren Deckungsgenauigkeiten nicht mehr ausreichend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Paß stiftsystem mit den beschriebenen Unzulänglichkeiten soweit wie möglich durch genaue, berührungslose Justierverfahren zu er setzen. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs ge nannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Justiermar ken der einzelnen Lagen als Bohrlöcher und die Justiermarken des Glasmasters als Kreisringe ausgebildet sind und daß mit dem opto-elektronischen Sensor durch polare Bildabtastung jeweils die radialen Abstände zwischen Bohrloch und zugeordnetem Kreisring gemessen werden.

Dadurch entfällt das Anbringen der Metallbuchsen im Glasmaster und die beim mechanischen Justierverfahren mittels der Paßstif te bedingte Ungenauigkeit. Außerdem wird mit dem Verfahren nach der Erfindung die Verformbarkeit der Bohrlöcher in der Innenlage beim Belichtungsvorgang vermieden. Die polare Bildab tastung besitzt keine Vorzugsrichtung bei der Erkennung von Bohrloch und Kreisring. Außerdem vermeidet die polare Bildab tastung tangentiale Schritte. Dies wäre bei der starren, zeilenweisen Bildabtastung mit einer herkömmlichen Fernsehkamera nicht möglich.

Als Justiermarken auf dem Glasmaster werden vorzugsweise dunkle Kreisringe verwendet, deren äußere Durchmesser innerhalb des zugeordneten Bohrloches einer Lage liegen. Durch diese Maßnahmen kann die Genauigkeit der Justierung weiter gesteigert werden.

Für eine rasche Ermittlung der radialen Abstände mit geringem Aufwand hat es sich auch als besonders günstig erwiesen, wenn der opto-elektronische Sensor an ein Mikrocomputersystem gekoppelt wird.

Als opto-elektronischer Sensor findet vorzugsweise eine Image-Dissector-Kamera (Bildsondenröhren-Kamera) mit frei wählbarem Abtastweg (random access) Verwendung. Ein derartiger Sensor besitzt eine hohe Punktauflösung und einen frei wählbaren programmgesteuerten Abtastweg.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungs gemäßen Verfahrens werden zur Kompensation lokaler Linearitäts fehler die gemessen radialen Abstände noch bezüglich einer Re ferenz korrigiert. Dies geschieht vorzugsweise durch Erfassen und Auswerten der bekannten Kreisringbreite der Justiermarke auf dem Glasmaster.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die ge messenen radialen Abstände von beiden Bohrlöchern im Mikrocom putersystem nach einem statistischen Verfahren gemischt und die Justiergrößen Δ x, Δ y und Δϕ für die x-, y-Verstellung mit Win kelverdrehung der Relativlage zwischen Glasmaster und Innenlage ausgewertet und einer mechanischen Justiervorrichtung zur genauen Nachstellung zugeführt. Durch dieses statistische Ver fahren lassen sich örtliche Formfehler erheblich reduzieren und ein Mittenausgleich zwischen den Bohrlöchern für die Justierung durchführen.

Der Stand der Technik und die Erfindung werden anhand der Fig. 1 bis 6 erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Paßstiftsystem bei der Herstellung von Mehrlagen- Leiterplatten bezüglich des Belichtungsvorganges und

Fig. 2 beim Verpressen,

Fig. 3 die automatische Justierung mit Bildverarbeitung für ein Bohrloch mit Kreisringanordnung,

Fig. 4 das Bohrloch einer Innenlage mit darunterliegender Kreisringmarke auf dem Glasmaster,

Fig. 5 die gemessenen Radialabstände als Funktion des Polar winkels und

Fig. 6 die Normierung der gemessenen Radialabstände aus der gemessenen Kreisringbreite.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Paßstiftsystem bei der Herstel lung von Mehrlagenleiterplatten. In der Fig. 1 ist die sche matische Anordnung zweier Glasmaster 1, 2 mit zugeordneten In nenlagen 3, 4 auf Paßstiften 5, 6 dargestellt.

Die Fig. 2 zeigt schematisch den Vorgang beim Laminieren. Nach der Darstellung in diesem Bild sind drei Innenlagen 7, 8, 9 mit zwei Prepregs 10, 11 gestapelt. Zur Justierung dient ein Paßstift 12.

In der Fig. 3 ist ein optischer Sensor 13 mit einem Glasmaster 14 und einer Innenlage 15 zu erkennen. Dabei liegt der Glas master auf der Innenlage. Die auseinander gezogene Darstel lung wurde nur wegen der besseren Übersichtlichkeit gewählt. Auf dem Glasmaster ist eine Justiermarke in Form eines dunklen Ringes 16 vorgesehen, der bezüglich dem Bohrloch 17 im Durch messer kleiner ist. Mit den Pfeilen 18 ist die Belichtungsrich tung angedeutet. Die Striche 19 symbolisieren die optische Abbildung von Bohrloch und Kreisringmarke auf die empfindliche Schicht des Sensors.

In der Fig. 4 ist mit Δ R der Abstand zwischen Bohrloch 17 und Kreisringmarke 16 angedeutet. In der Fig. 5 ist die Verteilung der gemessenen Radialabstände Δ R als Funktion des Polarwinkels R aufgetragen.

Die Fig. 6 zeigt vergrößert die Kreisringmarke 16 in dem Bohr loch 17. Dabei ist mit Δ R _Mess der Meßwert für den Radialabstand am Polarwinkel R bezeichnet. Die bekannte Breite des Kreisringes ist mit d angegeben und der Polarwinkel mit R. Den radialen Abtastweg symbolisiert das Bezugszeichen 20.

Die Image-Dissector-Kamera (Bildsondenröhren-Kamera) mißt durch eine Vielzahl radialer Abtastwege die Abstände Δ R der Kreisringe. Die polare Bildab tastung vermeidet tangentiale Schnitte und besitzt keine Vor zugsrichtung. Zur Kompensation der lokalen Linearitätsfehler der Image-Dissector-Kamera müssen die gemessenen Radialabstände Δ R _Mess noch bezüglich einer Referenz korrigiert werden. Nach dem Ausführungsbeispiel wird diese Referenz in Form der bekannten Kreisringbreite d der Justiermarke auf dem Glasmaster ausgebildet. Wenn die Justiermarke aus einem Kreisring mit einem Punkt in der Mitte besteht, kann beispielsweise auch der Durchmesser dieses Punktes als Referenz dienen.

Die tatsächlichen Radialabstände Δ R ergeben sich aus den ge messenen Radialabständen Δ R _Mess nach der Normierung

Δ R = Δ R _Mess × d/d _Mess

d _Mess ist dabei die gemessene Kreisringbreite auf dem jewei ligen Abtastweg und d die bekannte Breite des Kreisringes. Damit lassen sich Linearitätsfehler der Kamera nahezu voll ständig kompensieren.

Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung des Verfahrens bei der Leiterplattenherstellung beschränkt. Sie ist vielmehr über all anwendbar, wo Paßstiftsysteme durch berührungslose arbei tende Justierverfahren zur weiterführenden Automatisierung er setzt werden müssen.

Claims

1. Verfahren zur automatischen Justierung der einzelnen Lagen von Mehrlagenschaltungen zu einem Glasmaster, wobei die ein zelnen Lagen und der Glasmaster jeweils mit zwei, unterschied lich großen Justiermarken versehen sind, der jeweilige Ver satz einander zugeordneter Justiermarken von Lage und Glasmaster mit einem opto-elektronischen Sensor erfaßt und Lage und Glasmaster entsprechend einem festgestellten Versatz relativ zueinander verschoben werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Justiermarken der einzelnen Lagen (15) als Bohrlöcher (17) und die Justiermarken des Glasmasters (14) als Kreisringe (16) ausgebildet sind und daß mit dem opto-elektronischen Sensor (13) durch polare Bildabtastung jeweils die radialen Abstände (Δ R) zwischen Bohrloch (17) und zugeordnetem Kreis ring (16) gemessen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als Justiermarken auf dem Glasmaster (14) dunkle Kreisringe (16) verwendet werden, deren äußere Durchmesser innerhalb des zugeordneten Bohrloches (17) einer Lage (15) liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der opto-elektronische Sensor (13) an ein Mikrocomputersystem gekoppelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß als opto-elektronischer Sensor (13) eine Image-Dissector- Kamera (Bildsondenröhren-Kamera) mit frei wählbarem Abtastweg (random-access) verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Kompensation lokaler Linearitätsfehler die gemessenen radialen Abstände (Δ R) noch bezüglich einer Referenz korri giert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß als Referenz die Breite (d _Mess) eines Kreisringes (16) verwendet wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die gemessenen radialen Abstände (Δ R _Mess) von beiden Bohrlöchern (17) einer Lage (15) in dem Mikrocomputersystem nach einem statistischen Verfahren gemittelt und die Justier größen Δ x, Δ y und Δϕ für die x-, y-Verstellung mit Winkel verdrehung der Relativlage zwischen Glasmaster (14) und Lage (15) ausgewertet und einer mechanischen Justiervorrichtung zur genauen Nachstellung zugeführt werden.