EP0238529A1 - Procede de controle optique automatique d'objets tels que des circuits integres - Google Patents

Abstract

Contrôle automatique de circuits intégrés avant leur montage, ou objets analogues. On enregistre, à l'aide d'un microscope couplé avec une caméra TV par exemple, une image de l'objet à étudier, on la compare avec une image de référence pré-enregistrée, les deux images étant enregistrées sous forme de signaux numériques; on crée une image binaire différentielle en faisant correspondre un signal binaire d'anomalie aux pixels où il n'y a pas concordance, et on analyse les paramètres (position, hauteur, largeur, allongement, compacité) de chaque défaut constitué par plusieurs pixels adjacents correspondant à un signal d'anomalie pour une décision éventuellle de rejet. Des dispositions sont prévues pour s'affranchir des défauts qui ne perturbent pas le fonctionnement des circuits.

Description

Procédé de contrôle optique automatique d'objets tels que des circuits intégrés»

La présente invention est relative à un appareillage pour le contrôle des circuits électroni¬ ques intégrés de petites dimensions, plus connus sous le nom de "puces", après leur fabrication et avant leur utilisation.

Les circuits électroniques intégrés compren¬ nent chacun un support en matériau semi-conducteur sur lequel sont déposées et diffusées des couches minces et tracées une série de pistes métalliques aboutissant à des plots de connexion. Une couche isolante, dite

"couche de passivation" recouvre les pistes. Les cir¬ cuits sont produits par des techniques principalement photographiques qu'on ne décrira pas ici, sous la forme de plaquettes ou tranches, pour lesquelles les techniciens utilisent le nom de "wafers", d'un diamètre qui est par exemple 10 cm environ, qui contiennent chacune un grand nombre de puces identiques, par exemple 500, séparées les unes des autres par un réseau de ligne orthogonales, portées par la tranche et appelées "chemins de découpe".

Les tranches, lorsqu'elles sont terminées, sont collées sur une membrane plastique tendue sur un cadre rigide adapté pour être empilé avec d'autres cadres similaires dans des paniers spéciaux. Un décou¬ page de la tranche pour séparer les puces a lieu habituellement alors que celle-ci est maintenue sur la membrane plastique, et le sciage est fait en suivant les chemins de découpe. Des contrôles sont faits en cours de fabri¬ cation mais d'autres contrôles doivent être faits après la fabrication et avant le montage des puces dans les appareils qui les comprennent. Les contrôles, qui peuvent être faits avant ou après le découpage, compren- nent usuellement un contrôle électrique sous pointes et un contrôle visuel sous microscope destiné à élimi¬ ner les puces présentant des défauts susceptibles de nuire au fonctionnement ultérieur de l'appareil dans lequel elles sont montées. Les défauts les plus fréquemment observés sont les suivants:

. rayures sur pistes métalliques; . trous dans la couche de passivation recou¬ vrant le métal; . taches d'encre sur des plots métalliques de connexion (encre provenant du marquage antérieur d'une puce défectueuse);

. défauts de sciage détruisant ou menaçant l'intégrité de l'anneau de garde;

. manque de métal sur une piste; . absence des marques de contrôle électriques sur les plots de connexion;

. pontage métallique entre deux pistes; . défaut d'oxyde sous une. piste métallique;

. pontage de deux pistes métalliques par une poussière sous la couche de passivation.

Le contrôle optique détecte en outre la pré¬ sence fréquente d'anomalies qui ne sont pas considérées comme des défauts car elles ne sont pas de nature à entraîner le rejet. Il s'agit de poussières (non métal¬ liques) de faibles dimensions et de "grains de poivre".

On appelle "grains de poivre" des irrégula¬ rités de surface des pistes métalliques ou du polysili- cium souvent dues au caractère polycristallin de ces couches.

Le contrôle optique, exercé par un opérateur humain sous microscope constitue un travail pénible et délicat. En plus, il n'est pas parfaitement fiable: selon l'opérateur, et pour un même opérateur selon son degré de fatigue, les taux de rejet peuvent varier dans des proportions considérables, jusqu'à un rapport de 1 à 10. La tendance actuelle est à une augmentation de la complexité des circuits, qui rendra le travail encore plus difficile.

Il existe donc un besoin d'amélioration et d'automatisation du contrôle dit "optique".

On connaît déjà des appareils de contrôle optique automatiques destinés au contrôle des masques utilisés pour la confection des puces, et dans lesquels une image obtenue à l'aide d'une optique de microscope est transformée en image vidéo qui est analysée, puis contrôlée à l'aide d'un logiciel convenable. Le pro- blême du contrôle d'un masque est comparativement simple, car la comparaison d'une seule image, en noir et blanc, avec une image de référence permet de détec¬ ter tous les défauts. Le problème devient plus complexe lorsqu'il s'agit du contrôle d'une plaquette en cours de fabrication, et la complexité devient maximale pour le contrôle d'une plaquette terminée et sciée, car tous les défauts dont on a donné la liste peuvent se trouver simultanément présents. Certains de ces défauts sont peu visibles dans des conditions d'éclaire ent, notamment, qui permettent la détection d'autres défauts et vice versa. Il en résulte que la complication de l'appareillage et le temps nécessaire au contrôle vont en croissant.

Les appareils de contrôle de tranches actuel- le ent en usage comportent en général un système optique impliquant un opérateur humain pour la détec¬ tion et l'identification de défauts, assisté par des moyens automatiques de manutention des cadres portant les tranches jusque sous le microscope et opérant leur alignement sous l'axe optique de celui-ci. Il existe aussi des machines utilisant les techniques d'analyse d'une image vidéo pour déterminer la largeur des pistes métalliques.

On a proposé par ailleurs, cf. article de Monsieur George HUANG dans la revue SPIE VOL.449, 1984, p. 563 à 571 , intitulé "A Robotic Alignaient and Inspection System for semi conductor Processing", un. système de contrôle opérant par comparaison directe - : deux optiques différentes sont dirigées l'une vers l'objet à contrôler l'autre vers un objet référence, et les images sont ensuite combinées puis la combinaison est envoyée vers une caméra TV dont les signaux sont envoyés à des circuits de traitement d'image. Un tel système oblige à utiliser deux optiques distinctes, nécessairement écartées l'une de l'autre d'une distance au moins égale à la dimension d'une tranche portant les puces à inspecter. Le maintien d'un centrage correct avec une prévision suffisante pour permettre la .combi¬ naison par voie optique avec la finesse de détails nécessaire est problématique.

On connait, notamment par US-A-4481664, un procédé de contrôle optique d'objets tels que des pla¬ quettes portant un ou plusieurs circuits électroniques intégrés qui échappe à l'objection ci-dessus. Selon ce procédé on opère par comparaison d'une image binarisée de l'objet, c'est-à-dire une image en noir et blanc, avec une image analogue de référence, mise en mémoire au préalable, et on crée une image binaire différentielle en faisant correspondre un signal binaire d'anomalie aux surfaces élémentaires de l'image (ou pixels) où il n'y a pas con¬ cordance entre le signal enregistré et le signal de réfé¬ rence. Le document EP-A-0124113 décrit une technique ana¬ logue.

De tels procédés sont efficaces pour détecter certaines anomalies, telles qu'une echancrure ou une saillie du bord d'une bande métallique déposée sur un isolant. En revanche, ils peuvent laisser échapper d'autres anomalies, telles qu'un écaillage de l'isolant, ou une tache sur une partie métallique, .qui n'affectent pas suffisamment le niveau d'énergie réfléchie ou diffusée pour changer la valeur du signal binaire affecté au pixel correspondante Le but de l'invention est donc de fournir un procédé et un appareillage de contrôle automatique destiné au tri qui, tout en permettant une grande sûreté et une grande vitesse d'opération, mettent en évidence les défauts qui ne se traduisent pas forcément par unevariation très importantedu niveau d'énergie réfléchie ou diffusée, et fournisse des informations nombreuses sur tous les défauts relevés. L'invention fournit dans ce but un procédé de contrôle optique d'objets tels que des plaquettes portant un ou plusieurs circuits électroniques intégrés, comportant les étapes suivantes : a) on enregistre une image numérisée de l'objet, ou de la partie d'objet à étudier, c'est-à-dire une image formée d'un ensemble de signaux numériques correspondant chacun à une surface élémentaire (ou pixel) de l'objet, définit par ses coordonnées, la valeur numérique correspondant à l'énergie réfléchie et/ou diffusée pour chaque pixel de l'objet, b) on compare cette image numérisée à une image numérisée de référence mise en mémoire au préalable en faisant la différence entre les niveaux d'énergie des pixels correspondant desdites images de l'objet et de référence, de manière à créer une image numérisée diffé¬ rentielle, c) on binarise cette image de manière à obtenir une image binarisée qui comprend des signaux d'anomalie représentant les surfaces élémentaires où il n'y a pas concordance entre le signal enregistré et le signal de référence, d) on détermine les paramètres (position, hauteur, largeur, allongement, compacité) de chaque défaut constitué par plusieurs surfaces élémentaires présentant un signal d'anomalie, et e) on prend une décision de rejet lorsque l'un de ces paramètres dépasse une limite fixée à l'avance ou, en cas de doute, on enregistre l'image pour une décision humaine ultérieure, La particularité essentielle de l'invention ré¬ side dans le fait qu'à l'étape b), la comparaison est opérée en faisant la différence entre les niveaux d'énergie des pixels en correspondance -_t ce qui aboutit à une image différentielle numérisée, qui est transformée à l'étape c) en l'image binaire différentielle prévu à cette étape.

Grâce à cette particularité, un nombre considé¬ rable de défauts ou d'anomalies, ne restent pas hors du champ de la détection, d'où une sûreté accrue. Suivant des modalités avantageuses : . on ne soumet pas à l'extraction et à la déter¬ mination dés paramètres les défauts constituant des "grains de poivre", c'est-à-dire se trouvant sur une piste métal¬ lique ou polycristalline, dus à des irrégularités de surfa¬ ce de cette piste et affectant un nombre de surfaces élé- mentaire inf rieur, à une valeur prédéterminée ;

. on enregistre plusieurs images correspondant à des conditions d'éclairement différentes, et on compare lesdites images non seulement à une image de référence mais encore entre elles, et notamment dans ce"cas, on enre- gistre une image en lumière visible et une image de fluores¬ cence, et on ne soumet pas à l'extraction et à la déter¬ mination de paramètres les défauts visibles sur les deux images et qui correspondent à des poussières ;

. avant l'enregistrement de l'image, on enregistre l'image de repères de position et d'orientation se trouvant sur l'objet, on mesure l'écart de position et d'orientation entre ces repères et les repères correspondants existant sur l'image de réfé¬ rence, et on déplace en conséquence soit l'objet de façon mécanique, soit l'une des deux images de façon optique ou électronique, pour amener l'image enregis¬ trée en coïncidence avec l'image de référence et de préférence on corrige les écarts d'orientation "entre les deux images en faisant tourner un prisme de Dove autour d'un axe coaxial ou faisceau lumineux. Quoiqu'il en soit, on prévoit avantageusement que les repères de position et d'orientation sont constitués par des lignes remarquables de l'objet, à fort contraste et se coupant sensiblement à angle droit;

. dans un premier poste, on procède à un prépositionnement de l'objet, puis on le transfère dans un second poste pour le contrôle, les deux postes étant pourvus de moyens de repérage placés de façon similaire, et les moyens de transport étant pourvus de moyens de repérage associés et on amène les moyens de repérage du moyen de transport^*en coïncidence successi¬ vement avec les moyens de repérage des deux postes, si bien que le prépositionnement est conservé après le transport et, avantageusement, on détecte au moins en partie les défauts dans le premier poste;

. si l'objet porte une marque, par exemple à l'encre, qui a été imposée lors d'un contrôle anté¬ rieur tel qu'un contrôle électrique sous pointes pour signaler qu'il est défectueux, l'anomalie décelée correspondant à cette marque entraine une décision de rejet sans qu'il y ait extraction et détermination de ses paramètres;

. on enregistre au moins une image obtenue avec un éclairage combinant un fond clair et un fond sombre dans des proportions choisies;

. on enregistre au moins une image obtenue avec un éclairage en lumière partiellement cohérente; . l'image de référence mise en mémoire au préalable, est obtenue en enregistrant, dans les mêmes conditions que pour l'image de l'objet à examiner, l'image d'un objet considéré comme sans défaut par un opérateur, ou une image formée par la juxtaposition d'images partielles correspondant chacune à une partie d'objet considéré comme sans défaut.

L'invention va maintenant être décrite de façon plus détaillée, à l'aide d'un exemple pratique, donné à titre non limitatif, et illustré à l'aide des figures, parmi lesquelles:

Figure 1 est une vue perspective schématique d'une installation selon le procédé.

Figure 2 est un schéma de la colonne optique du premier poste. Figure 3 est un schéma de la colonne optique du second poste.

Figure 4 est un schéma de la source lumineuse principale du second poste.

Figure 5 est un schéma de la source lumineuse pour fluorescence.

Figure 6 est un schéma du poste de commande et contrôle et de l'électronique de traitement d'image.

L'installation décrite aux figures est prévue pour le contrôle automatique de tranches qui sont collées sur une membrane plastique tendue dans un cadre. La tranche, après collage, peut avoir été sciée dans une machine automatique, ou être encore d'une seule pièce. Le sciage n'atteint pas la membrane plastique.

Le cadre est d'un type permettant le sciage automatique. Il est constitué d'un anneau en métal ou en matière plastique. Son périmètre extérieur présente quatre méplats, et, de part et d'autre de l'un d'eux, une encoche en V et une encoche rectiligne définissant un référentiel propre au cadre. Les cadres sont transportés dans des paniers contenant, par exemple, 10 ou 25 cadres superposés.

L'installation décrite aux figures est conçue pour être placée à l'entrée d'une chaîne d'assemblage. Elle reçoit des paniers de tranches ayant subi un contrôle électrique entre pointes, et elle délivre des paniers de tranches contrôlées destinées au sciage s'il n'a pas été fait, à l'enlèvement des puces défectueuses marquées, puis à l'assemblage des puces bonnes pour l'obtention de dispositifs divers.

L'installation représentée comprend, de pré¬ férence, des groupes sur un même bâti 1:

. un poste de réception-expédition 2 qui reçoit les paniers à contrôler, les paniers pour les tranches inspectées, les paniers pour les tranches à rejeter;

. un poste dit de "macrovision" 3, qui assure le "prépositionnement" de la plaquette en centrage et orientation, ainsi que la détection des puces marquées antérieurement et de certains défauts grossiers;

. des postes dits "de microinspection" 4 qui assurent la détection et l'identification des défauts. La considération des vitesses respectives aux diffé¬ rents postes montre que l'installation comporte avan- tageusement quatre à huit postes de microinspection;

. un poste de marquage 5 des puces défec¬ tueuses;

. un ensemble de manutentation 6 des cadres; . un poste de commande et contrôle; . des circuits électroniques, groupés dans des coffrets et associés à des supports de mémoire ou de programme.

Le poste de réception-expédition 2 est, dans la réalisation décrite, permanent statique, c'est-à- dire qu'il n'assure aucun déplacement des paniers ou des cadres.

Il contient des moyens pour interdire ou signa¬ ler la mise en place incorrecte d'un panier, ou la pré¬ sence d'un panier non conforme au modèle prévu. II contient des moyens pour maintenir les paniers dans la position convenable.

Il est également pourvu de moyens pour verrouil¬ ler un panier dont les tranches sont en cours d'inspec- tion, et pour signaler les niveaux inoccupés correspon¬ dants du panier.

Tous ces moyens sont à la portée de l'homme de métier, il n'est donc pas nécessaire de les décrire de façon plus approfondie. ^~ Le posté de macrovision reçoit des cadres portant les tranches, ces cadres sont posés et immobi¬ lisés sur un support 8 grâce à un bloc de bridage comprenant une plaque plane et relié à une source de dépression. Cette dépression appuie la membrane contre la plaque et immobilisera de ce fait la tranche 9. La plaque plane est portée par un plateau tournant, lui- même porté par une table mobile dans deux directions XY. La plaque plane est perpendiculaire à l'axe optique de l'appareillage d'observation qui sera décrit plus loin. La mise en place d'un cadre s'effectue en prenant pour référence les deux encoches prévues à sa périphérie, et dont on a parlé plus haut. L'imprécision sur la posi¬ tion d'une tranche, ou plus précisément d'une des puces qu'elle comporte, après son immobilisation sur la plaque plane, par rapport à l'appareillage d'observation, 1 t

est évaluée à + 1 mm en translation et à + 6° en rota¬ tion.

Le but du prépositionnement est de réduire cette imprécision à quelques dizaines de micromètres en translation et quelques minutes en rotation.

Comme cela, on utilise comme repères les chemins de la découpe, dans le cas d'une tranche non sciée, et les traits de scie dans le cas d'une tranche déjà sciée. Une autre tâche du poste de macrovision est la détection des marques d'encre faites au contrôle électrique antérieur. Cette détection n'exige pas une grande précision de repérage, et elle permet de dimi- nuer le temps de passage au poste de microvision, qui est le plus chargé, en évitant d'avoir à contrôler des puces déjà reconnues défectueuses, et en évitant une séquence de détection des marques.

Dans le même état d'esprit, on peut également prévoir de détecter en poste de macrovision les gros défauts tels que des écailles provenant du sciage et ayant détérioré l'anneau de garde d'une puce, ou bien l'absence, sur un plot de connexion, des marques créées par les pointes lors du contrôle électrique. L'appareillage optique comprend une colonne optique associée à un capteur du type caméra vidéo.

La colonne optique (cf. figure 2) comprend deux objectifs commutables 10, 11 de grossissements respectifs x 2 et x 0,3 destinés respectivement au prépositionnement et à la détection des défauts ou marques, un filtre 12 amovible pour la détection des taches d'encre, et un dispositif d'éclairement 13 comprenant une source lumineuse 14, un premier groupe de fibres optiques 15 destiné à produire un éclairage à fond clair en envoyant un faisceau à travers un objectif 16 puis sur un miroir, et un second groupe de films optiques 18 destiné à produire un éclairage à fond noir. Un écran mobile 19 permet d'obtenir soit une combinaison des éclairages fond clair-fond noir, soit le fond clair seul.

Les images reçues par la caméra vidéo 20 sont envoyées à un système de traitement effectuant en temps réel la numérisation des images, leur stockage sur mémoires rapides et les opérations arithmétiques et logiques usuelles entre deux images. Ce système est réalisé avantageusement à ce jour par un ensemble de cartes électroniques commercialisées par la société IMAGING TECHNOLOGY et baptisées "AP 512", "FB 512", "ALϋ 512" et "HF 512".

La carte processeur AP 512 de traitement analogique reçoit le signal vidéo analogique d'une caméra standard, elle numérise ce signal en 512 points par ligne et le quantifie en 256 niveaux de gris, puis ces données sont transmises par un bus vidéo spécialisé aux cartes mémoire images FB 512. Celles-ci représen¬ tent la mémoire image de base, c'est-à-dire 512 x 512 pixels- codés à 256 niveaux de gris.

La carte unité de calcul ALϋ 512 réalise les opérations arithmétiques et logiques classiques sur 2 "images opérantes" de 512 x 512 points chacune. Chaque opération est réalisée à la cadence vidéo.

La carte histogramme HF 512 calcule en temps réel (balayage TV) l'histogramme des niveaux de gris et les coordonnées des points de l'image possédant un niveau de gris donné.

On conçoit qu'à l'aide de ce matériel, il soit possible de procéder aux opérations suivantes, qui représentent la séquence opératoire de prépositionnement: . positionnement mécanique du centre de rotation du cadre support sous l'axe optique de la caméra;

. recherche itérative autour de cette zone pour retrouver dans le champ de vue,. 2 lignes de repérage (chemins de découpe ou traits de scie) perpen¬ diculaires;

. commande de recentrage mécanique X, Y, 0 pour amener les 2 lignes de repérage sur les axes du champ de vue: les déplacements maximum à effectuer sont de l'ordre de + 1 mm/ + 6°. Ce recentrage annule les incertitudes initiales de positionnement du cadre sur la mécanique de bridage, de la tranche sur son support et de la lithographie des puces sur la tranche;. . déplacement mécanique le long de l'axe X ou Y de la table vers le bord de la tranche (de l'ordre de 50 mm) ;

. calcul de la position exacte de l'intersec¬ tion des 2 lignes de repérage visualisées dans le champ de vue. Pas de recadrage mécanique à cette étape;

. déplacement mécanique le long du même axe de la table vers l'extrémité opposée de la tranche (de l'ordre de 100 mm) ;

. calcul de la position exacte de l'intersec- tion des 2 traits de scie visualisés dans le champ de vue;

. recadrage mécanique angulaire (de l'ordre de 15') et éventuellement en translation X, Y.

Dans le cas d'une tranche non sciée, la recherche des chemins de découpe se fait de façon simple en fond clair. Dans le cas d'une tranche sciée, on préfère déterminer les traits de scie en fond "mixte" (mélange donc de fond clair et fond sombre) . L'objectif de grossissement 2 utilisé pour H

cette phase opératoire correspond à une dimension de pixel de l'ordre de 10 micromètres.

Pour la détection des taches d'encre corres¬ pondant à des marquages effectués lors des contrôles antérieurs, on utilise le grossissement le plus faible, 0,3, correspondant à un pixel plus grand et-un champ plus étendu. Un champ de 50 mm permet de couvrir une tranche de 100 mm (4 pouces) en quatre passages seulement. On établit alors, par les moyens in ormati¬ ques indiqués plus haut, une carte de la tranche avec la position des puces marquées, donc défectueuses, et qui n'auront pas à être contrôlées à nouveau. Le poste de microinspection, dans son prin¬ cipe, est analogue au poste de macrovision, et on va seulement indiquer ici les différences principales, qui résultent de la finesse beaucoup plus grande de l'ana¬ lyse optique. — La première-différence tient au positionne¬ ment. Le poste de macrovision procède à un premier positionnement, tant en centrage qu'en orientation. Le cadre est ensuite transféré au poste de microinspec¬ tion en prenant des précautions pour conserver le posi- tionnement acquis, mais de légers déplacements sont inévitables. La précision recherchée est telle que le positionnement doit être effectué en deux étapes: d'abord sur une puce centrale de la tranche, avec un grossissement optique moyen, pour recadrer l'ensemble des puces de la tranche; ensuite à fort grossissement pour recentrer chaque puce, dans le cas d'une tranche sciée, ou chaque groupe de quelques puces dans le cas d'une tranche non sciée. Il n'est pas possible d'opé¬ rer ces positionnements, notamment le dernier mentionné, exactement de la même manière qu'au poste de macrovision pour la raison que le champ d'examen est sensiblement aux dimensions d'une puce, si bien qu'il est impossible d'utiliser les chemins de découpe ou_ les lignes de sciage, qui peuvent être hors du champ dans leur majeure partie. On doit donc utiliser pour le repérage des lignes remarquables qui ont été déterminées au préalable sur la puce elle-même.

Cette détermination préalable, dans l'état actuel de la réalisation, est faite de préférence avec intervention humaine: il s'agit de sélectionner, dans le tracé de la puce, des motifs bien définis et isolés, comportant deux lignes se coupant à angle droit. L'opérateur peut être aidé dans son travail par un appel aux techniques de traitement d'image. Par exemple, sur une image de la puce, il peut mettre en évidence les seules lignes verticales, ou horizontales, de façon à mieux, voir celles qui sont isolées et de bonne longueur.^ Il est à noter que, s'il y a des mémoi- res, lesquelles donnent des images comportant un grand nombre de lignes courtes- inutilisables pour le repérage, ces mémoires sont rarement sur le bord de la puce, alors qu'il est préférable, pour un meilleur positionnement; que les lignes de repérage soient près des mêmes bords. La détermination des lignes de repérage est faite sur une puce de référence, et elle est en principe valable pour toutes les puces du même type.

On opère ensuite de la même manière qu'au poste de macrovision pour la détermination des écarts de centrage et d'orientation avec la position désirée.

Une autre différence avec la macrovision tient au fait que les écarts angulaires étant faibles, il a été possible, au lieu de faire tourner mécaniquement la tranche, de faire tourner l'image sur le capteur par un dispositif optique, prisme de Dove-par exemple, dont la masse est évidemment bien plus faible que celle de l'ensemble mécanique supportant la tranche.

En revanche, l'examen puce par puce impose un nombre de déplacements en X et Y égal au nombre de puces à inspecter, avec à chaque fois une séquence de positionnement fin.

La finesse de l'analyse optique a également pour conséquence une profondeur de champ très faible, qui peut se trouver inférieure aux tolérances de la planicité de la tranche. Il est remédié par un disposi¬ tif de mise au point automatique, bien connu sous le nom de "autofocus", et qu'il n'est pas nécessaire de décrire ici. Remarquons cependant que, pour améliorer les performances (cadence de tri), cet autofocus se fait par déplacement d'un élément optique et non par déplacement de la tranche inspectée.

Les figures 3 et 4 montrent le détail de la colone optique. On constate que dans son ensemble, elle a la même structure que celle de là macrovision, et, pour simplifier, on a donné les mêmes repères aux pièces analogues, bien que, par exemple, les grossisse¬ ments soient très différents.

Une différence apparaît aussi au niveau de l'éclairage: un mode d'imagerie cohérente permet d'ob¬ tenir un contraste des défauts beaucoup plus important et une valeur de la fonction de transfert plus grande qu'en mode d'imagerie incohérente. En revanche, il donne lieu à des effets de différenciation des bords typiques (anneaux, franges) en accord avec la théorie de la diffraction, qui compliquent l'image et peuvent rendre son interprétation difficile. De plus, il tend à accentuer le contraste de la granularité du silicium, ce qui peut poser un problème. Les essais ont amené à choisir comme compro¬ mis un éclairage ayant un facteur de cohérence voisin de 0,5. On peut aussi prévoir des moyens pour faire varier ce facteur.

Une autre différence importante apparaît au niveau de l'illumination. Elle résulte du fait que l'éclairage en fluorescence exige une source séparée, de grande puissance. On a représenté cette source en 21, en 22 la fibre optique, et en 23 le "cube dichro∑que" qui lui sont associés (figure 5) .

Le dispositif de mise au point automatique comprend une diode laser 24, une lentille divergente 25 et une diode à deux quadrants 26. Les signaux émis par celle-ci commandent le déplacement du groupe optique de focalisation 27. Les optiques commutables 28 permet- - tent d'obtenir différents grossissements sans changer la mise au point.

Le prisme 29, commutable manuellement, permet de passer au contrôle visuel. Il est prévu sur un seul des postes de microinspection mais peut les équiper tous.

Les repères 30 et 31 désignent des filtres commutables, respectivement colorés et neutres avec des densités différentes, pour permettre le contrôle en couleurs différentes et l'adaptation grossière du niveau de signal aux caractéristiques du capteur.

Le repère 32 désigne le prisme de Dove, dont l'axe de rotation est confondu avec l'axe optique de la colonne.

La colonne optique qu'on vient de décrire permet d'inspecter une puce successivement en éclairage à fond clair, en éclairage à fond noir, en éclairage mixte fond clair-fond noir, en fluorescence, et en différentes couleurs.

On peut également, dans une variante plus compliquée et plus coûteuse, faire les contrôles de façon simultanée, en prévoyant qu'après l'objectif, sur le trajet des rayonnements émis par l'objet, des divi¬ seurs de faisceau équipés de filtres sélectionnent les faisceaux de couleurs différentes et les envoient sur des récepteurs (caméra vidéo) distincts. Les éclairages à fond clair et à fond mixte peuvent être créés à: par¬ tir des sources de couleurs différentes. Le traitement des images se fait suivant les mêmes principes "que ci- dessus. Le poste de marquage est prévu pour déposer, sur ordre électrique, une tache d'encre d'un diamètre de l'ordre de 0,5 mm sur les puces reconnues défec¬ tueuses. La précision de position de la tache doit elle-même être de l'ordre de 0,5 mm. La table peut être du même type que celle qui est utilisée au poste de macrovision, et les incertitudes provenant -du transport depuis le poste de microinspection sont trop petites pour qu'il soit besoin de faire un nouveau positionne- ment par traitement d'image. La table permet des- dépla¬ cements en X et Y, sous l'action des signaux de commande, pour placer sous le dispositif encreur, qui est fixe, les ^• puces défectueuses dont la position sur la tranche a été enregistrée au cours des^" étapes de macro et microvision. La construction du poste de marquage fait appel à des moyens et des techniques connue ou à la portée de l'homme de métier. Il n'est donc pas nécessaire de s'y étendre plus longuement. On peut aussi prévoir de lais¬ ser la tranche fixe et de déplacer le dispositif encreur. Sur la figure 1 , le poste de marquage est représenté associé au poste de macrovision. En fait, la table est commune à ces deux postes. En effet, les temps de passage d'un cadre au poste de macrovision sont courts par rapport aux temps de passage au poste de microinspection, et même avec quatre postes de microvision pour un seul poste de macrovision, celui-ci n'est pas occupé à temps complet. Comme les performances demandées à la table du poste d'encrage ne sont pas supérieures à celles de la table du poste de macrovision, il est avan- tageux d'utiliser la même table pour ces deux postes.

Le dispositif d'encrage proprement dit est placé un peu à l'écart de l'axe de la colonne optique de macrovision. Il suffit que l'amplitude des déplacements horizontaux de la table commune selon X ou Y soient suffisants pour qu'un cadre puisse être traité dans l'un ou l'autre poste.

Bien entendu, si le nombre des postes de microinspection était augmenté, il pourrait être plus avantageux de séparer complètement les deux postes.

Les fonctions de l'ensemble de la manuten¬ tion sont les suivantes:

. extraction d'un cadre d'un panier situé au poste de réception-expédition;. . transfert de ce cadre au poste de macro¬ vision;

. transfert du cadre du poste de macrovision à un poste de microinspection choisi; -

. transfert du cadre au poste d'encrage; . transfert du cadre au poste de réception- expédition et insertion de ce cadre dans le panier convenable.

Dans la réalisation décrite, le poste de réception-expédition est statique, c'est-à-dire qu'il n'exécute aucun déplacement des cadres et des paniers, et les postes de macrovision, de microinspection et d'encrage n'assurent que des déplacements d'amplitude très limitée. L'ensemble des manutentions est opéré par un appareil unique, dit "robot-serveur". Il serait évidemment possible de prévoir une structure différente, avec par exemple des moyens distincts d'extraction et insertion d'un cadre disposés au poste de réception- expédition.

Le robot-serveur est pourvu d'un bras qui porte des organes de préhension par l'intermédiaire d'un poignet rigidifiable par blocage électromagnéti¬ que. Le premier de ces organes de préhension est constitué par une pince prévue pour pénétrer dans un panier et saisir le cadre voulu sans heurter le panier lui-même, lequel porte des cadres superposés avec un pas de 6,35 mm dans les modèles couramment employés. Le robot-serveur peut appliquer à la pince des déplacements verticaux, pour soulever un cadre de son support dans le panier ou de la table d'un poste d'inspection, et des déplacements horizontaux de translation dans deux directions orthogonales et de rotation autour d'un axe vertical, afin de desservir les différents postes de l'installation. Si ces postes étaient disposés en ligne, les déplacements en rotation ne seraient pas nécessaires, et si les postes étaient disposés en cercle, on pourrait se contenter de mouve¬ ments de rotation et de translation radiale.

L'imprécision due aux déplacements du robot- serveur exige un positionnement sommaire des cadres avant leur serrage par le bloc de bridage du poste de macrovision. Pour cela le bloc de bridage porte deux piges cylindriques verticales, et le robot-serveur vient appliquer le cadre contre ces deux piges de façon qu'elles pénètrent l'une dans l'encoche en V du cadre, l'autre dans l'encoche rectiligne. Des articulations correspondantes du robot-serveur ont été assouplies au préalable. Le cadre est maintenu en appui sur les piges jusqu'à immobilisation complète par les moyens de maintien sur la table. Après qu'un prépositionnement ait été fait au poste de macrovision, il convient de le conserver lors du transfert au poste de microinspection. Pour cela, le robot-serveur est équipé d'un préhenseur à ventouses capable de soulever le cadre au-dessus d'un bloc de bridage et de soutenir un cadre pendant le transport. Un référentiel X, Y, Z est solidaire du préhenseur à ventouses, et des référentiels X, Y, Z associés- sont prévus au poste de macrovision et à tous les postes de microinspection. Dans la pratique, le référentiel

X, Y, Z, solidaire du préhenseur à ventouses, est cons¬ titué par la pince, et les référentiels X, Y, Z asso¬ ciés par un relief de forme correspondante. La séquence des opérations lors du transfert est la suivante:

. positionnement du serveur face au poste de macrovision;

. orientation du préhenseur vide vers le poste de macrovision;

. descente du préhenseur au niveau de charge¬ ment;

. avance du préhenseur; . assouplissement du poignet; . prise du référentiel X, Y, Z local par la pince, ce qui entraîne l'application des ventouses sur le cadre;

. saisie du cadre par les ventouses; . débridage du cadre; . recul du préhenseur, ce qui entraîne la levée du cadre et la perte du référentiel local; . rigidification du poignet;

. reçu], complet de la puce;

. montée du préhenseur;

. déplacement du robot-serveur vers le poste de microinspection; . dépôt du cadre par une séquence analogue à celle qu'on vient de décrire.

Nous allons maintenant décrire le système de traitement d'images temps réel d'abord sous l'aspect matériel, puis logiciel.

Le matériel comprend 2 parties (cf. figure 6) : . un microcalculateur général; . une partie spécifique image. Le microcalculateur met en oeuvre des cartes standards conçues autour du multibus INTEL 40:

. une carte processeur 41 pilotée par le microprocesseur 42 du type "80286" de INTEL associé à son coprocesseur mathématique 43 du type "80287", également de INTEL;

. une carte mémoire RAM 44 extension de 0,5 mégaoctet.

La mémoire de masse est constituée de 2 unités de disques permettant d'écrire- et de lire:*" . des disquettes souples amovibles 46;

. un disque dur fixe de 200 mégaoctets 46. La partie spécifique image est constituée de cartes 49, 50, 50 bis et 50 ter, qui sont des standards IMAGING TECHNOLOGY, AP512 et FB512, ALU512 et HF512. Les 2 cartes images sont reliées au micro¬ calculateur par le MULTIBUS 40 en fond de panier. Le processeur les pilote par l'intermédiaire de leurs registres de commande et d'état.

Le signal analogique vidéo délivré par la caméra TV de prise de vue 20 est converti en données numériques représentant 256 niveaux de gris. L'image ainsi numérisée sous la forme d'une matrice de 512 x 512 points est stockée en mémoire vive sur la carte FB512. Cette image en mémoire peut être visuali- sée en permanence sur un moniteur TV grâce à la carte AP512. En effet, cette carte effectue la conversion du signal numérique délivré par les cartes FB512. Le flot des données numériques échangé entre les 2 cartes tran¬ site par un bus spécialisé très rapide. Les logiciels traitent donc des images de

512 x 512 points codées sur 256 niveaux de-gris: il est possible d'effectuer toutes les opérations logiques et arithmétiques courantes entre 2 quelconques des mémoi¬ res image. L'ensemble des logiciels peut être regroupé en 3 familles:

. les utilitaires "informatiques"; . les programmes de base image; . les logiciels spécifiques d'inspection.

Les utilitaires informatiques permettent à l'opérateur de: _

. créer ses programmes; ^

. stocker des données sur le disque dur ou la disquette;

. imprimer les résultats: alphanumérique- ou^" image blanche et noire.

Les programmes de base image concernent: . l'acquisition d'une image courante avec une possibilité de zoom horizontal et/ou vertical de coefficient 1/2 ou 2;

. les transferts d'une image vers l'un quel¬ conque des plans mémoires images;

. calculs sur les niveaux de gris d'une image: coupe le long d'une ligne vidéo, histogramme global, signature spatiale;

. les artifices divers au niveau de la visua¬ lisation;

. certaines facilités de tracés graphiques et de protection des pixels en écriture. Les logiciels spécifiques d'inspection per¬ mettent de:

. binariser une image;

. extraire de l'image courante les chemins de découpe ou les traits de scie;

. isoler les taches d'encre du test électri¬ que et les défauts importants de sciage;

. générer les lignes remarquables de la puce; . recadrer automatiquement 1'image courante par rapport à sa référence;

. déceler et extraire les anomalies présentes sur l'image en fond clair et (ou) fond noir et(ou) colorimétrie; . filtrer les "grains de poivre" des zones métalliques;

. acquérir une cartographie directe des pis¬ tes métalliques; ^~"

. juger de la gravité des défauts. En dehors des différents blocs électroniques de traitement d'images qui ont été décrits ci-dessus, les moyens de commande et de contrôle comprennent des moyens d'intervention de l'opérateur humain, c'est-à- dire essentiellement le clavier de commande 48, la caméra TV 51 et un oculaire sur au moins une colonne optique de microinspection comme cela a été dit plus haut.

Les interventions de l'opérateur humain sont d'une part des opérations de routine: identification d'un lot de cadres ou d'un cadre ou d'une tranche

(cette opération peut d'ailleurs être informatisée par apposition d'un codage sur les cadres ou les tranches), intervention en cas d'incidents de fonctionnement ou de panne, ordre de mise en marche et d'arrêt de l'instal- lation, modification de certains éléments lors d'un changement de caractéristiques des tranches ou des cadres, réglages de la mécanique et de l'optique, lesquels doivent être très soignés en raison de la précision nécessaire. Deux types d'interventions sont plus spéci¬ fiques: pour la première, il s'agit du choix de la puce de référence. On pourrait, en théorie, utiliser comme référence le tracé de la puce tel qu'il a été établi par le serveur qui l'a conçue, mais cette manière de faire crée l'obligation de tenir compte des distorsions qui résultent des processus de reproduction et de forma¬ tion des circuits de la puce. Il est donc préférable de prendre comme référence une puce réputée sans défaut, et qui aura été choisie sur une tranche soumise à l'examen. Ce sont les données relatives à cette puce qui seront mises en mémoire et qui serviront à contrôler toutes les puces du même type, à moins qu'une variation des conditions de fabrication n'oblige à créer une nouvelle référence par suite d'un changement relatif de la puce. En cas de nécessité, on peut constituer une référence avec plusieurs puces dont on ne prend pour chacune que la meilleure partie.

La seconde intervention spécifique de l'opé- rateur est relative au choix des lignes de repérage dans la puce choisie, comme cela a été expliqué plus haut. Ces lignes de repérage sont également mises en mémoire et servent jusqu'à ce qu'une variation des conditions de fabrication n'oblige également à chercher d'autres repères. Comme on l'a dit plus haut, les lignes de repérage choisies peuvent servir sur des puces différentes, à condition qu'elles se retrouvent au même endroit. 2S

Comme on l'a dit plus haut, parmi les paramètres de chaque défaut dont il est tenu compte pour prendre une décision de rejet, figure la position de ce défaut. Il convient de préciser ce point. Toute anomalie 5 qui n'intéresse pas et ne menace pas les zones métalliques peut être éliminée comme ne constituant pas un défaut. Au contraire, une anomalie sur les parties métalliques ou dans leur environnement immédiat est présumée corres¬ pondre à un défaut susceptible d'entraîner le rejet en

10 fonction des critères d'un "cahier des spécifications de tri".

Pour déterminer si une anomalie intéresse ou menace les zones métalliques, on part d'une image ^"binaire des zones métalliques, c'est-à-dire d'une image 5 dans laquelle chaque pixel peut avoir deux états : "blanc" ou "noir". Cette image peut correspondre à l'image des masques de fabrication de la puce. On préfère cependant l'extraire de l'image, obtenue avec un éclairage en "fond noir" de la puce de référence dans l'appareillage

20 de contrôle lui-même. De cette façon, on élimine toutes les déformations inhérentes non seulement au procédé de fabrication, mais aussi aux propriétés de l'optique de l'appareillage et aux phénomènes de diffraction dus au mode d'éclairement.

25 L'image binaire des zones métalliques sert à créer une image binaire avec "zones de capture" par "dilatation" des zones métalliques. Ensuite, on opère une comparaison logique entre l'image binaire des anomalies de chaque puce et cette image binaire avec

•_ZQ "zones de capture". Une anomalie qui est à l'intérieur des zones métalliαues avec leurs zones de capteur est un défaut potentiel soumis aux processus d'interprétation.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de contrôle optique d'objets tels que des plaquettes portant un ou plusieurs circuits électroniques intégrés comportant les étapes suivantes : a) on enregistre une image numérisée de l'objet, ou de la partie d'objet à étudier, c'est-à-dire une image formée d'un ensemble de signaux numériques correspondant chacun à une surface élémentaire (ou pixel) de l'objet, définie par ses coordonnées, la valeur numérique correspondant à l'énergie réfléchie et/ou diffusée par chaque pixel de l'objet, b) on compare cette image numérisée à une image numérisée de référence mise en mémoire au préala¬ ble, c) on crée une image binaire différentielle en faisant correspondre un signal binaire d'anomalie aux surfaces élémentaires où il n'y a pas concordance entre le signal enregistré et le signal de référence, d) on détermine les paramètres (position, hauteur, largeur-, allongement, compacité) de chaque défaut constitué par plusieurs surfaces élémentaires présentant un signal d'anomalie, et e) on prend une décision de rejet lorsque l'un de ces paramètres dépasse une limite fixée à l'avance ou, en cas de doute, on enregistre l'image pour une décision ultérieure caractérisé en ce qu'à l'étape b), la comparaison est opérée en faisant la différence entre les niveaux d'énergie des pixels en correspondance, ce qui abou-. tit à une image différentielle numérisée qui est transformée à l'étape c) en l'image binaire différentielle prévue à cette étape.

2. Procédé de contrôle de circuits intégrés selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ne soumet pas à l'extraction à la détermination des para¬ mètres les défauts constituant des "grains de poivre"

5 c'est-à-dire se trouvant sur une piste métallique ou polycristalline, dus à des irrégularités de surface de cette piste et affectant un nombre de surfaces élémentaires inférieur à une valeur prédéterminée.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, 10 caractérisé en ce qu'on enregistre plusieurs images correspondant à des conditions d'éclairement diffé¬ rentes, et on compare lesdites images non seulement à une image de référence mais encore entre elles.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3,

^5 caractérisé en ce qu'on enregistre une image en lumière visible et une image de fluorescence, et on ne soumet pas à l'extraction et à la détermination de paramètres les défauts visibles sur les deux images et qui corres¬ pondent à des poussières.

20 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'avant l'enregistrement de l'image, on enregistre l'image de repères de position et d'orientation se trouvant sur l'objet, on mesure l'écart et position et d'orientation entre ces repères et les

-^ repères correspondants existant sur l'image de référence, et on déplace en conséquence soit l'objet de façon méca¬ nique, soit l'une des deux images de façon optique ou électronique, pour amener l'image enregistrée en coïnci¬ dence avec l'image de référence.

30 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on corrige les écarts d'orientation entre les deux images en faisant tourner un prisme de Dove autour d'un axe coaxial en faisceau lumineux.

7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, carac- 5 térisé en ce que les repères de position et d'orienta- tion sont constitués par des lignes remarquables de l'objet, à fort contraste et se coupant sensiblement à angle droit.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 1 , caractérisé en ce que, dans un premier poste, on pro¬ cède à un prépositionnement de l'objet, puis on le transfère dans un second poste pour le contrôle, les deux postes étant pourvus de moyens de repérage placés de façon similaire, et les moyens de transport étant pourvus de moyens de repérage associés, et on amène les moyens de repérage du moyen de transport en coïncidence successivement avec les moyens de repérage des deux postes, si bien que le prépositionnement est conservé après le transport.

9. Procédé selon la revendication 8, caracté¬ risé en ce qu'on détecte au moins une partie des défauts dans le premier poste.

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à

9, caractérisé en ce que, si l'objet porte une marque, par exemple à l'encre, qui a été imposée lors d'un contrôle antérieur tel qu'un contrôle électrique sous pointes pour signaler qu'il est défectueux, l'anomalie décelée correspondant à cette marque entraîne une déci¬ sion de rejet sans qu'il y ait extraction et déter ina- tion de ses paramètres.

11. Procédé selon l'une des revendications 1 à

10, caractérisé en ce qu'on enregistre au moins une image obtenue avec un éclairage combinant un fond clair et un fond sombre dans des proportions choisies.

12. Procédé selon l'une des revendications 1 à

11, caractérisé en ce qu'on enregistre au moins une image obtenue avec un éclairage en lumière partiellement cohérente.

13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'image de référence mise en mémoire au préalable est obtenue en enregistrant, dans les mêmes conditions que pour l'image de l'objet à examiner, l'image d'un objet considéré comme sans défaut par un opérateur, ou une image formée par la jux- taposition d'images partielles correspondant chacune à une partie d'objet considéré comme sans défaut.

1 . Procédé selon l'une des revendications 1 à 13_» caractérisé en- ce que, pour tenir compte de la posi¬ tion de chaque défaut, on crée, à partir d'une image binaire de référence des zones métalliques ou pαly- cristallineε de l'objet, une image binaire "avec zones de capture" par dilatation desdites zones métalliques ou polycristallines, et on compare cette image avec zones de capture avec l'image ^"binaire des anomalies de l'objet à étudier, de façon à traiter différemment les anomalies selon qu'elles se trouvent dans une zone métallique ou polycristalline, agrandie par incorporation des zones de capture, ou bien en dehors de ces zones.

15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'image binaire de référence des zones métalli¬ ques ou polycristallines est obtenue de la manière indiqué à la revendication 13.