FR2526947A1 - Procede et appareil pour la detection des particules se trouvant sur une matiere determinee - Google Patents

Abstract

POUR DETECTER DES PARTICULES CONTAMINANTES SUR LA SURFACE D'UNE PLAQUETTE 9 DE SEMI-CONDUCTEUR, ON ENVOIE SUR ELLE UN FAISCEAU DE LUMIERE COLLIMATEE (SOURCE 1, LENTILLE 60, TROU D'EPINGLE 3, MIROIR CONCAVE 6 ET DIAPHRAGME 7). LA SURFACE DE 9 EST PERPENDICULAIRE A 14 DE SORTE QUE LA LUMIERE EST NORMALEMENT REFLECHIE VERS 1. MAIS LES PARTICULES PROVOQUENT UNE DIFFUSION QUI EST DECELEE PAR LA CAMERA 11. EN BALAYANT LA SURFACE DE 9 DE FACON SYSTEMATIQUE ET EN RELIANT 11 A UN ORDINATEUR 12 CONVENABLEMENT PROGRAMME, ON PEUT LOCALISER LES PARTICULES PRESENTES. EN ETALONNANT L'INTENSITE DE LA LUMIERE DIFFUSEE VIS-A-VIS DES DIMENSIONS DE PARTICULES EXAMINEES AU MICROSCOPE 12, ON PEUT ENREGISTRER ET AFFICHER LA DIMENSION DE TOUTE AUTRE PARTICULE RENCONTREE AU COURS DU BALAYAGE.

Description

La présente invention a trait a un procédé et å un appareil pour la détection, l'identification et la mesure du nombre et des emplacements de particules sur une matière telle que la surface d'une plaquette de semi-conducteur.

Il existe a cet effet dans la technique antérieure toute une variété de moyens qui ont pour but de détecter et de mesurer le nombre et les dimensions des particules se trouvant sur une plaquette d'un tel semi-conducteur, cela afin de rejeter celles dont la surface porte des particules de dimensions indésirables, par exemple de 1 a 20 microns, ou bien celles pour lesquelles le nombre de ces particules est excessif.

L'une des méthodes qui prévalent utilise pour cela l'oeil de l'npérateur avec un microscope à champ lumineux et sombre. En travaillant ainsi à la vue I'opérateur compte en fait le nombre de particules et en identifie la dimension, par exemple comme ci-dessus entre 1 et 20 microns ; il écarte les plaquettes qui portent trop de ces particules ou bien celles sur lesquelles il découvre de telles particules d'une certaine dimension.Hais cette façon d'opérer est sans aucun doute fortement imprécise et très coûteuse à la fois en ce qui concerne les frais de main d'oeuvre pour ltopérateur et le nombre des rejets après l'inspection aussi bien qu'en fin de fabrication (quand on découvre qu'une plaquette acceptée à tort possède un défaut électrique tel par exemple que des courts-circuits, du fait de la présence de particules contaminantes).

C'est un fait bien connu que les particules contaminantes se trouvant sur la surface d'un semi-conducteur peuvent provoquer des circuits ouverts, des courts-circuits ou autres défauts dans les circuits intégrés qu'on dispose sur le semi-conducteur considéré ou qu'on établit à partir de lui. Les circuits intégrés peuvent renfermer des éléments d'une dimension pouvant descendre jusqu'a 2,5 microns ou moins dans la technologie la plus avancee. Pour des raisons d'économie et compte tenu du fait qu'il y a un très grand nombre de phases opératoires dans la fabrication de ces circuits après l'inspection de la surface brute des plaquettes, celles de ces dernières qui ont été contamlnées doivent être retirées de la channe de fabrication avant qu'on ne procède aux nombreuses phases précitées.Dans certains cas des plaquettes comportant un nombre excessif de particules d'environ 1 micron de dimension doivent être éliminées, bien que dans le présent état de la technique les particules existantes peuvent être de taille un peu plus forte et rester néanmoins acceptables pour la fabrication des circuits.

Un autre procédé consiste a utiliser un laser héliun!néon pour balayer la surface de la plaquette et à se servir d'un photomultiplicateur afin de détecter les faisceaux rEflEchis. Les particules qui existent sur la surface de la plaquette vont renvoyer la lumière du faisceau laser en direction du photomultiplicateur, le nombre des impulsions reçues par ce dernier représentant celui des particules et l'intensitE de ces impulsions constituant l'indication de leurs dimensions.Toutefois ce procédé n' a pas été pleinement exploité et développé ; par ailleurs il présente des défauts tels que la nécessité d'un appareillage optique coQteux pour réaliser le faisceau laser approprié et pour le déplacer sur la surface de la plaquette, ainsi que l'obligation de disposer de masques mécaniques pour le diriger. En outre le balayage, qu'il soit réalisé par un ensemble de dispositifs optiques ou autrement, est relativement lent et exige environ 2 à 4 secondes pour une plaquette de 3 pouces (environ 76 ma). le détecteur pbotomultiplicateur ne peut également balayer qu'un point 9 la fois au moment où la tache lumineuse ou spot du laser se déplace sur la surface de la plaquette.Il existe donc un problème inhérent à l'utilisation des faisceaux laser, ssvoir qu'on ne détecte qu'un point à la fois. Ce faisceau ne se déplace pas b une très grande vitesse sur la surface de la plaquette. Un autre inconvénient est que le photomultiplicateur ne peut pas distinguer entre les particules en mouvement et celles qui sont fixes étant donne que la lumière utilisée pour éclairer toutes celles-ci est constitue par l'détroit faisceau du laser et que les particules en mouvement frappées par ce faisceau sur une ligne du réseau de balayage peuvent ne pas l'être sur la suivante.On ne dispose donc d'aucun moyen qui permette de dresser une carte exacte des particules mobiles lesquelles peuvent par conséquent etre vues par le photomultiplicateur comme tant fixes. I1 n'y a aucun moyen non plus qui permette de déplace le faisceau laser sur la plaquette dans un sens et dans l'autre à la ment vitesse qu'un canon électrique du genre "Vidicon balayant une catira de télévision. Un inconvénient ultérieur et plus pratique de l'utilisation d'un système laser réside dans l'appareillage de protection auxiliaire qu'il faut mettre en oeuvre pour se conformer aux prescriptions et règlements concernant l'utilisation de tels systèmes.

I1 existe donc dans l'industrie du semi-conducteur, ainsi d'ailleurs que dans d'autressle le besoin d'un procédé et d'un appareil simples et peu coateux pour la détection, l'identification et la mesure du nombre et de la dimension des particules se trouvant sur une surface ou dans une matière, notamment sur une plaquette de semi-conducteur, et qui puisse être utilisé meme par un opérateur non particulièrement qualifié.

Les particules à détecter ont une dimension de 0,3 micron et davantage.

Celles mesurant plus de 20 microns sont en général préalablement éìiminées par les procédés de nettoyage usuels.

L'invention a donc pour objet d'éliminer les déficiences et inconvénients précités ou autres qu'on rencontre dans la technique antérieure.

Elle vise encore à réaliser un processus économique et simple pour la détection, l'identification ainsi que la mesure du nombre et des dimensions des particules contaminantes de moins de 20 microns, et plus particulièrement de celles de dimensions inférieures à 1 micron par exemple 0,3 ou plus, en mettant en oeuvre à cet effet des sous-composants aisément disponibles.

L'invention vise de plus à utiliser un système de détection qui ne s'en remet pas à l'appréciation de l'oeil humain et qui n'utilise pas une source de rayonnement laser.

Conformément à l'invention un faisceau lumineux intense renfermant un large spectre de longueurs d'onde est collimaté par un système approprié de lentilles, de dispositif à trou de faible diamètre et de miroir, puis est dirigé sur la surface de la plaquette en cours d'inspection. La lumière ainsi collimatée est réfléchie et renvoyée vers la source substantiellement suivant le même trajet à partir de la plaquette considérée. Les particules vont alors diffuser la lumière et suivant leurs dimensions l'enveloppe de cette diffusion sera elle-même de dimension proportionnelle à celles-ci en avant, en arrière et dans les directions "Y". Une caméra de télévision de haute sensibilité est orientée vers la surface à explorer et elle est centrée par une lentille appropriée sur une partie choisie de cette surface ou sur la totalité de celle-ci > de façon à détecter l'enveloppe de lumière diffusée précitée. Si l'on a préalablement étalonné l'intensité de la lumière ainsi diffusée par rapport à la dimension de particule, la caméra et l'ordinateur ou processeur qui lui est associé peuvent ainsi déterminer simplement à la vue la présence, le nombre et les dimensions des particules. L'enceinte prévue pour l'appareillage doit être substantiella- ment non-réflichissante, par exemple du fait qu'elle est revêtue d'une substance noire.Les autres dispositifs et appareils se trouvant à l'intérieur de cette enceinte doivent également ne pas réfléchir la lumière. On peut disposer un diaphragme réglable entre le miroir collimateur et la surface de la plaquette afin de déterminer de façon précise la zone dans laquelle le faisceau lumineux vient frapper cette surface. En variante il est possible de placer un masque sur la lentille utilisée pour focaliser le faisceau de lumière sous la forme d'une source lumineuse secondaire de faible dimension. Le masque permet de faire que la lumière ne frappe que des zones choisies sur la surface de la plaquette. Dans la mise en oeuvre de l'invention il a été relevé qu'on pouvait détecter, identifier et mesurer de façon répétée des particules d'environ 0,5 micron.On a egalement noté qu'on détectait des particules d'environ 0,3 micron, mais qu'alors la précision de la mesure n'était pas parfaite. Il a été possible de parvenir à la détection de particules d'environ 0, micron, mais leur mesure n' a pu être confirmée. Ainsi l'invention permet avantageusement à un opérateur non spécialement qualifié de détecter, de mesurer et d'identifier le nombre et les dimensions des particules contaminantes, par exemple sur la surface d'une plaquette de semi-conducteur.

Une première caractéristique de l'invention réside dans l'utilisation d'une source lumineuse à large spectre, convenablement cdlimatéa, pour éclairer la surface d'un semi-conducteur ou autre matière, la lumière étant renvoyée à la source à partir de cette surface sans provoquer une émission de lumière parasite, tandis qu'on prévoit une caméra de télévision photosensible du genre Vidicon, associée a un ordinateur ou processeur pour détecter, identifier et mesurer le nombre et les dimensions des enveloppes de la lumière diffusée par les particules en réponse au faisceau collimaté qui les frappe.

Une autre caractéristique concerne l'utilisation d'une lumière collimatée pour éclairer la surface du semi-conducteur, cette lumière étant diffusée par les particules contaminantes qui s'y trouvent et la lumière ainsi diffusée étant détectée par la caméra photosensible de télévision.

Une troisième caractéristique est constituée par la disposition d'un diaphragme réglable entre le miroir collimateur et la surface du semi-conducteur en vue de définir la zone dans laquelle la lumière collimatée frappe cette surface et pour prévenir des réflexions en dehors des bords de la plaquette.

Suivant une quatrième caractéristique on utilise un miroir et un diaphragme pour amener un faisceau lumineux c0ll1maté vers une zone déterminée de la surface de la plaquette et pour éliminer la diffusion et la réflexion de la lumière à partir des bords de celle-ci.

Une autre caractéristique subséquente réside dans l'utilisation d'un masque sur une lentille située près de la source lumineuse, de manière telle que l'image du masque apparaisse sur la plaquette, et dans le déplacement de cette plaquette de façon que des parties pré-sélectionnées de sa surface puissent être éclairées par la lumière collimatée et aperçues par la caméra Vidicon à des instants différents, en vue de la détection, du comptage, de l'identification et de la mesure du nombre et des dimensions des particules se trouvant dans la zone éclairée, tout cela jusqu'S ce que substantiellement la totalité de la plaquette ait été soumise au processus d'inspection.

Conformément à une autre caractéristique on utilise une enceinte substantiellement non réfléchissante et ne renfermant substantiellement aucune lumière parasite.

Une caractéristique supplémentaire réside dans l'utilisation d'une source lumineuse comportant un large spectre de longueurs d'onde, de manière que les particules de dimensions différentes puissent diffuser de façon optimale des longueurs d'ondes lumineuses égaiement différentes.

Suivant l'invention l'on utilise sur la caméra un objectif à focale variable pour apercevoir avec un fort agrandissement une faible partie de la plaquette à inspecter en vue de permettre ainsi la détection des particules les plus petites, par exemple de dimension égale à environ 0,5 micron ou moins.

Toujours suivant l'invention l'on règle l'angle d'orientation de la caméra de télévision par rapport au plan de la surface de la plaquette, la valeur optimale pouvant aller jusqu'à environ 170.

Conformément a une autre caractéristique on affiche à peu près imindiatement sur un écran toute la surface de la plaquette en même temps que I'emplacement, le nombre et les dimensions des particules contaminantes qui s'y trouvent.

Un autre point à retenir est le balayage rapide de la totalité de la surface de la plaquette, correspondant par exemple à un temps d'environ de 33 millisecondes pour une plaquette de 3 pouces (environ 76 mm), en réalisant ainsi la détection désirée des particules.

Enfin une autre caractéristique 9 signaler réside dans la détection des particules mobiles et dans la distinction entre celle-ci et les particules fixes.

Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention5 les caractéristiques qu'elle pressente et les avantages quelle est susceptible de procurer
Fig. 1 est un schéma d'une forme d'execution illustrant l'invention.

Fig. 2 montre sehématiquement le trajet de la lumière dans la forme d'exécution suivant fig. 1.

Fig. 3 représente le mécanisme de diffusion de la lumière par les particules agissant sur le faisceau collimate et le retour de ce faisceau collimaté a partir de la surface de la plaquette.

Fig. 4 représente la sllccession de l observation de zones choisies sur cette surface de la plaquette.

Fig. 5 correspond à un graphique qui montre 1'Equivalent numérique du balayage de la surface en fonction du temps, avec en superposition la représentation d'une particule mobile.

Fig. 6 représente un masque qu'on peut disposer sur la lentille avant que le faiscean lumineux n'ait été concentré pour constituer une source ponctuelle, ce masque ayant pour but de définir la zone d'éclairemer,t de la surface de la plaquette.

On a réprésenté en fig. 1 une forme d'exécutian d'un système de détection, de mesure, d'identification et de comptage du nombre et des dimensions des particules contaminantes sur la surface d'une plaquette de semi-conducteur. A l'intérieur d'une enceinte 5, qui comporte préférablement des parois internes faites en un matériau noir pour éviter les réflexions et diffusions lumineuses indésirables, on a disposé une caméra de télévision 11, très sensible à la lumière, une lentille 15, un diaphragme 7, un miroir collimateur 6 et un plateau à vide 8 propre à retenir une plaquette å inspecter. le diaphragme 7, qui peut être avantageusement revêtu de noir ou d'une autre couleur ou matière absorbant la lumière, peut être réglé de façon appropriée pour centrer les rayons lumineux sur la zone désirée de la surface de la plaquette. C'est ainsi, par exemple, que ce diaphragme 7 peut couper toute la lumière susceptible d'atteindre les bords de la plaquette et prévenir ainsi la reflexion ou diffusion a partir de ceum- ci. Un autre moyen pour concentrer la lumière collimateur sur une partie déterminée de la surface de la plaquette consiste a utiliser un masque, fait oar exemple en une matière noire non-inflammable, qu'on peut disposer sur la lentille 2 située en avant de la source lumineuse 1. Un tel masque a été représenté en 60 en fig. 6 ; il comporte un certain nombre de différents trous ou configurations 61. Le masque peut également être relié à un dispositif 62 qui permet de le déplacer. Ainsi quand on désire inspecter une zone spécifique de la surface de la plaquette on peut employer un masque tel que 60 ou un diaphragme tel que 7 pour réduire le faisceau de la lumière collimatée 14 a cette zone de la surface précitée. La caméra 11 est équipée de la lentille de focalisation 15 de façon à ne voir que cette zone avec un plus fort agrandissement. On peut de cette manière améliorer la résolution des plus petites particules.

Le plateau 8 est relié 9 une pompe à vide 10 par l'intermédiaire d'un tuyau. Cette pompe abaisse la pression sur la face utile du plateau, de sorte que la plaquette peut être retenue sous l'effet du vide sans qu'on ait à toucher la surface à inspecter. Pour disposer la plaquette contre le plateau l'on peut utiliser un dispositif à vide qui prend la face arrière de celle-ci qu'on amène au plateau, le vide qui règne sur ce dernier assurant alors la retenue de la face arrière précitée. De cette manière la surface de la plaquette n'est pas touchée par une main humaine et n'est donc pas davantage contaminée.Le faisceau lumineux 14 est engendré par une source lumineuse 1, laquelle peut être constituée par une lampe à arc au xénon de 150 watts. I1 est concentré par la lentille 2 pour traverser un trou de faible diamètre 3 (trou d'épingle?, puis il est collimaté par le miroir 6 et envoyé vers le diaphragme-7 de façon à être limité à une zone déterminée de la surface de la plaquette 9.

Comme représenté en fig. 1, il est prévu entre.la caméra 11 et le trajet du faisceau lumineux, y compris le miroir collimateur 6, une paroi 13 également revêtue d'une matière non réfléchissante, par exemple noire, cette paroi agissant pour isoler la caméra de la lumière 14 envoyée sur la cible ou plaquette 9. La caméra 11 est très sensible et elle pourrait ainsi recueillir toute lumière diffusée ou parasite présente à l'intérieur de l'enceinte. La lumière parasite pourrait interférer avec le fonctionnement de la caméra qui doit seulement recueillir les rayonnements lumineux diffuses par les particules se trouvant sur la surface de la plaquette. La précision de ce fonctionnement serait affectée par la présence d'une lumière parasite quelconque.

Par conséquent l'intérieur de l'enceinte et la paroi 13 doivent ne réfléchir et ne diffuser substantiellement aucune lumière. De même l'enceinte est substantiellement fermée de façon étanche pour éviter l'entré de la lumière extérieure. Il est encore prévu une autre paroi ou écran 17 entre la source lumineuse l et la cible 2 pour des raisons similaires. Cette paroi empêche en outre la chaleur provenant de la source 1 d'affecter la cible 9 et le trajet lumineux 14 ; elle constitue guide pour faire passer l'air sur la source 1.

La forme d'exécution de fig. 1 peut encore comporter un appareil à écoulement laminaire 21 destiné à envoyer un courant d'air propre et non turbulent sur la plaquette 9, puis autour de la paroi 17 et de la source lumineuse 1. De cette manière la zone qui entoure la surface de la plaquette 9 peut être maintenue substantiellement à l'abri de toutes autres particules, tandis que la chaleur de la source 1 s'évacue par des ouvertures 19 découpées dans la paroi de enceinte 5. On peut utiliser un ventilateur 18 pour refroidir la source lumineuse.

Si l'on se réfère maintenant 9 fig. 2, une source 1 y engendre un faisceau lumineux qui est concentré par une lentille 2 sous la forme d'une source secondaire ponctuelle, un dispositif 3 à trou de faible diamètre (trou d'épingle) excluant toute lumière parasite extérieure à la source ponctuelle précitée. Ce dispositif 3 doit être fait en un matériau noir afin d'absorber la lumière parasite. Le faisceau 14 est envoyé sur le miroir collimateur 6 qui le concentre et le renvoie sous la forme de rayons substantiellement parallèles vers la surface de la plaquette 9. Un diaphragme réglable 7 (voir fig. 1) est disposé entre celle-ci et le miroir 6 pour restreindre le faisceau à une zone prédéterminée de cette surface.Le faisceau 14 est collimaté afin d'assurer la direction substantiellement régulière et parallèle des rayons lumineux en minimisant ainsi toute réflexion et diffusion indésirables. Après avoir frappé la surface de la plaquette, le faisceau 14 est renvoyé substantiellement suivant le meme trajet. De cette manière la caméra il ne reçoit pas de lumière parasite ou très peu seulement et elle ne détecte substantiellement que celle diffusée par les particules.

Les particules contaminantes se trouvant sur la surface de la plaquette 9 vont diffuser le faisceau 14 autour de chacune celles. Les enveloppes de la lumière ainsi diffusée sont alors détectées par la caméra 11 qui envoie l'information correspondante à un ordinateur ou processeur 12 dans lequel se réalise un affichage des particules.

Dans la forme d'exécution préférée la caméra de télévision comporte un tube du type SIT (cible intensifiée au silicium), lequel est extrêmement sensible à la lumière et peut détecter une source lumineuse invisible i l'oeil humain. On a utilisé avec succès cet égard la caméra modèle C1000-12 fabriquée par la firme Hamamatsu
T.V. Co. Ltd. Un autre type de caméra susceptible d'être employé est celle à plaque à deux étages avec canal infra-rouge. Quel que soit le modèle utilisé, la caméra peut être maintenue fixe, la lentille 15 servant alors à concentrer la lumière sur différentes parties de la surface de la plaquette 9 et le faisceau 14 venant alors frapper les zones ainsi choisies.

Si l'on se tourne maintenant vers fig. 3, celle-ci montre une plaquette 9 comportant une surface 30 sur laquelle se trouvent des particules 31. Celles-ci constituent des contaminants qui sont lé accidentellement, par exemple à titre résiduel après une opération de nettoyage, mais qui risquent d'être nuisibles lors de l'établissement de circuits intégrés à partir de la plaquette considérée. Ces particules peuvent avoir une dimension de 0,3 micron et plus. Quand le faisceau 14 de lumière collimatée est envoyé sur la surface précitée, il vient frapper les particules (voir par exemple le faisceau 14a frappant la particule 31). La lumière est alors renvoyée vers le miroir collimateur 6 (fig. 2).La particule considérée va provoquer une diffusion de la lumière, ainsi que le montre l'enveloppe 36, laquelle est plus longue suivant la direction avant (c'est-i-dire 9 droite) désignée par la flèche "Y", que dans le sens inverse 'X-. La lumière ainsi diffusée, telle que la caméra 11 la voit suivant la direction Z', va comprendre des fractions de celle diffusée vers l'avant et vers l'arrière, la diffusion vers l'avant provenant de la surface de la plaquette. L'intensité de la lumière diffusée dépendra de la dimension de la particule intéressée. Ainsi la caméra va détecter cette lumière et en se basant sur l'intensité de celle-ci, elle pourra déceler la dimension de la particule en cause. La lumière collimatée n'est pas réfléchie dans la caméra par effet de miroir.

Comme sus-exposé, l'on peut régler le diaphragme 7 pour limiter le faisceau lumineux à une zone déterminée de la surface de la plaquette 9 et empêcher la lumière d'atteindre par exemple les bords de celle-ci.

Dans une variante on peut disposer sur la lentille 2 de la source 1 ou au voisinage de celle-ci un masque 60 comportant une surface opaque, faite par exemple en une matière noire. Ce masque (voir fig. 6) peut avoir un ou plusieurs trous 61 et il peut être déplacé par un dispositif moteur 62, ou bien à la main. De cette manière il est facile d'envoyer le faisceau lumineux sur des zones déterminées de la surface de la plaquette.

La caméra 11 est équipée d'une lentille appropriée 15 pour se trouver focalisée de façon convenable sur la surface de la plaquette.

En agissant sur l'agrandissement ainsi obtenu, le champ de cette lentille peut correspondre à la surface précitée toute entière ou à une faible partie de celle-ci. Dans le second cas on peut plus facilement détecter des particules de petites dimensions. C'est ainsi par exemple qu'il est possible de déceler des particules de 0,5 micron lorsqu'on examine la totalité de la surface d'une plaquette de 3 pouces (environ 76 mm) et des particules plus petites que cette valeur de 0,5 micron si l'on se limite a un secteur de cette surface. Au point de vue théorique on peut par mise en oeuvre de l'invention arriver à détecter des particules de 0,1 micron. En fait on estime avoir aperçu grive a celle-ci des particules de 0,3 micron.

Il est avantageux dans la mise en oeuvre de l'invention d'utiliser un faisceau lumineux comportant un large spectre de longueurs d'onde.

C'est ainsi par exemple que lorsqu'on se sert d'une lampe a arc au xénon de 150 watts comportant un domaine de longueurs d'onde de 350 a 850 nanomètres (soit 3500 à 8500 A), les longueurs d'onde courtes favoriseront la diffusion de la lumière par les particules les plus petites. Au contraire les plus grandes longueurs d'onde conviendront mieux pour provoquer la diffusion 9 partir des particules de plus forte dimension. On peut également utiliser d'autres domaines de longueurs d'onde. Comme règle approximative on peut estimer que la limite lnfOrieure de dimension des particules correspond 9 la moitié de la longueur d'onde de la lumière utilisée pour les éclairer.

L'intensité de la lumière diffusée constitue une indication de la dimension des particules. Ainsi avant les mesures on effectuera avantageusement un processus d'étalonnage. On mesure la lumière diffusée a partir d'une particule déterminée en ce qui concerne son intensité et on compare avec la dimension physique réelle de la particule en utilisant à cet effet un microscope. On rapporte ainsi l'intensité lumineuse de la dimension en cause à l'étalonnage. On peut éliminer l'effet de la lumière de fond dans les différents cas en introduisant a l'avance l'intensité de celle-ci dans l'ordinateur.

Suivant l'étendue de la surface à inspecter ou suivant les détails désirés, on peut examiner successivement plus d'une partie de la plaquette pour parvenir i explorer toute la surface de celle-ci. On a représenté en fig. 4 un schéma correspondant a l'examen de différentes zones successives jusqu'à aboutir à l'inspection de toute la surface.

Par exemple on expose au faisceau lumineux la zone (1) et on fait lire l'intensité par la caméra 11 ; puis on déplace la plaquette 9 par le moyen du plateau de retenue 8 pour exposer à la lumière la zone (2) qu'on fait lire à son tour par la caméra 11. On procède de même pour les zones (3), (4), etc... jusqu'à avoir inspecté toute la surface de la plaquette. Au lieu de déplacer la plaquette 9, on peut agir sur le diaphragme 7 pour permettre au faisceau lumineux d'être plus spécifiquement dirigé sur les zones choisies. Il est également possible d'utiliser le masque 60, découpé de façon appropriée, pour envoyer la lumière sur les zones désirées.

Dans l'exemple de fig. 4, en ce qui concerne les zones (1), (2), (3), (4) il est possible d'utiliser un masque en forme de tarte, tandis que pour les zones (5), (6), (7), (8), (9), (10), (11), (12) on emploie un masque en arc-de-cercle. Lorsqu'on éclaire les sous-zones particulières, les parties qui entourent les zones en cours de lecture doivent étre nettement définies et non éclairées de manière qu'il n'y ait pas de rflexions, ni de diffusion parasites. On peut utiliser à cet effet un masque 60 tel que celui représenté en fig. 6.

Si l'on revient à fig. -l et 2, le miroir 6 utilisé pour collimater le faisceau lumineux 14 peut avoir toute conformation appropte pour envoyer convenablement les rayons lumineux de la source 1 sur la surface de la plaquette 9, sous forme collimatée. I1 peut par exemple être concave. Les miroirs, de même que les lentilles 2 et 15, doivent être substantiellement propres afin qu'il n'apparaisse dans la caméra 11 aucune lumière diffusée provenant de la contamination de la surface de ces dispositifs.

La plaquette 9 est maintenue contre la face du plateau 8, mise sous vide par la pompe 10. Ce plateau peut être déplacé par un moteur ou autre 16 de façon à exposer au faisceau 14 différentes parties de la surface à éclairer.

L'enceinte est préférablement noire à l'intérieur et elle renferme tout l'appareillage de façon qu'aucune lumière extérieure, aucune réflexion ou diffusion parasite, ne vienne interférer avec les lectures ou les fausser et afin que les contaminants provenant de l'atmosphère extérieure n'affectent pas la plaquette, les appareils et les dispositifs optiques. Tout ce qui se trouve dans l'enceinte 5 est préférablement peint en noir ou revêtu de noir pour optimiser le fonctionnement, sauf en ce qui concerne les lentilles 2, 15 et le miroir 6.

Le dispositif 3 à trou de petit diamètre (trou d'épingle) s'utilise pour définir de façon précise une source de lumière de petite dimension dans le système collimateur. La également la lumière et les réflexions extérieures ou parasites sont éliminées du trajet du faisceau par ce dispositif 3. Le faisceau lumineux est préférablement collimaté de manière que ce soient des rayons substantiellement parallèles qui viennent frapper la surface de la plaquette et qui soient renvoyés vers la source lumineuse sans être déviés en direction de la caméra 11.

Lorsqu'il existe un degré substantiel de réflexion et réfractionde la lumière sur la surface de la plaquette en raison de la présence de contaminants superficiels, la lumière ainsi déviée fait apparaître sur l'écran une image neigeuse. On peut utiliser tout agencement collimateur de bonne qualité. Les dispositions préférées de trou de faible diamètre, de lentille appropriée sur la source lumineuse et de miroir collimateur ont été relevées comme satisfaisantes et comme parfaitement réalisahles.

Dans un agencement typique la lentille 12 Peut avoir une distance focale de 50 mm avec une ouverture de f/1,2. Elle est disposée devant la source lumineuse l. Elle est réglable pour concentrer la lumière sur le trou 3. Celui-ci est disposé dans le plan d'image de la source lumineuse. Le miroir 6 peut être concave et comporter une distance focale de 750 mm ; il sert à collimater les rayons lumineux. Son diamètre peut être d'à peu près 6 pouces (environ 152 mm) et il lui est donc possible d'éclairer des plaquettes pouvant aller jusqu'à cette même dimension. Dans un exemple typique on prévoit d'éclairer environ 5 pouces (127 mm) de ce miroir.

Lors du fonctionnement on règle tout d'abord l'appareillage pour obtenir les conditions optimales. On allume la source 1 et l'on règle la lentille 2 pour amener une image de l'arc sur le trou 3 ; puis on procède au réglage du miroir 6 pour collimater la lumière dans. des conditions optimales sur la surface de la plaquette 9. On dispose cette dernière de manière qu'elle renvoie substantiellement toute la lumière collimatée vers la source. Aucune intensité lumineuse sensible provenant de celle-ci n'est réfléchie en direction de la caméra 11. On règle le diaphragme 7 pour amener le faisceau lumineux sur la plaquette et pour arrêter toute la lumière se prolongeant au-delà de la zone de celle-ci qu'on désire éclairer et inspecter. La lentille 15 qui peut comporter une ouverture de f/4 ou.davantage, est réglée pour concentrer le champ de la caméra 11 sur une partie appropriée de la surface de la plaquette 9.

On peut calibrer tout d'abord les dimensions des particules en comparant la dimension réelle de l'une d'elles relevée à l'aide d'un microscope, avec l'intensité de la lumière diffusée sur la surface de la plaquette sous l'effet de la particule considérée. En utilisant cet étalonnage il est possible de déterminer de façon précise les dimensions des particules qu'on rencontre sur la surface d'autres plaquettes. On peut aussi éliminer du compte relevé par la caméra les particules atteignant une certaine dimension ; il est également possible de compenser le bruit de fond par mise en oeuvre des techniques d'affichage connues.

Après le réglage initial du dispositif on inspecte une plaquette en la plaçant sur le plateau à vide 8, puis en mettant en action la source lumineuse 1. La lumière collimatée éclaire alors la surface de cette plaquette 9 et elle va être diffuse par toutes les particules éventuellement présentes sur celle-ci. La lumière ainsi diffusée sera alors observée par la caméra 11 et apparaîtra en temps réel sur un écran d'affichage.

Le processeur ou ordinateur 12 peut être équipé de circuits appropriés et de programmations convenables pour permettre le comptage des particules sur les diverses parties de l'écran qui correspondent aux différentes zones de la surface de la plaquette en cours d'examen, ainsi que pour réaliser la séparation des particules par dimensions, leur identification, leur mesure, etc.... ta caméra est réglée pour détecter la lumière dans l'arrière-plan. Cette lumière qui indique la présence des particules contaminantes est celle diffusée en suite de l'éclairage de celles-ci par la lumière collimatée.Le système suivant l'invention élimine substantiellement toute la lumière réfléchie, toute celle provenant de l'extérieur et toute celle diffusée autrement que par les particules elles-nemes. On peut fixer dans l'ordinateur des valeurs de seuil pré-établies pour compenser la lumière parasite et inévitable au voisinage de la surface de la plaquette.

Le système suivant l'invention a l'avantage de permettre la détection, l'identification, le comptage et la mesure du nombre et des dimensions des particules sur la surface d'une plaquette. I1 comporte en outre celui d'assurer la détection et l'identification des particules mobiles, et de les distinguer de celles qui restent fixes. Si l'on se reporte maintenant à fig. 5 qui correspond a une représentation de la surface 51 de la plaquette, on y a figuré une particule mobile qui, du fait du balayage par la caméra 11, apparat sous la forme d'une courbe 52. Quand la caméra balaye ainsi les lignes horizontales successives du réseau, cette particule se trouve détectée à un emplacement différent pour chaque ligne par rapport 9 la précédente.Ainsi, si l'on convertit l'information sous fonne de signatlx numérIques, comme cela apparat au dessous du graphique, les 1" vont indiquer des emplacements dirférents, de sorte qu'en utilisant des systèmes appropriés de circuits et de programmation, l'on peut retirer ces signaux de l'écran ou autre dispositif d'enregistrement. I1 est donc possible pour l'opérateur d'apercevoir le mouvement des particules sur l'écran, ou bien de les éliminer de celui-ci en mettant en action un circuit qui, lors de la détection du mouvement, arrdte l'éclairage de cet écran.Cette disposition est très importante car, bien que lors de l'examen des particules contaminantes on utilise d'ordinaire une chambre propre et un courant d'air laminaire, il existe inévitablement quelques particules de ce genre qui se trouvent en mouvement dans la zone de ia plaquette examinée.

L'invention n'est pas limitée a l'inspection des plaquettes de semi-conducteur. On peut l'utiliser dans tous les cas où il y a lieu de mesurer, détecter, compter ou situer des particules, rayures ou autres imperfections ou différences de matière sur une surface pr8férablement, mais non obligatoirement, réfléchissante, par exemple sur des miroirs optiques, des dépits métalliques réguliers, etc....

Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précite n'a été donnée qu'i titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. C'est ainsi qu'on peut utiliser comme source lumineuse une lampe å arc au mercurexénon (Hg-Xe).

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour la détection des particules contaminantes sur une matière, caractérisé par la combinaison des phases opératoires ci-après, dont certaines au moins sont connues soit a ltétat isolé, soit dans des combinaisons différentes de celle ci-après

A - on utilise une enceinte (5) dont l'intérieur ne réfléchit substantiellement pas-la lumière, afin d'y opérer cette détection

B - on envoie un faisceau (14) de lumière collimatée provenant d'une source appropriée (1) sur une zone choisie de la surface de la matière précitée (9), de façon que les particules (31) qui s'y trouvent diffusent la lumière suivant des intensités proportionnelles à leurs dimensions -

C - on règle la position de la surface afin que la lumière collimatée soit substantiellement renvoyée à la source (1) sans réflexion ou diffusion parasite

D - on aligne une caméra photosensible de télévision (11) sur la surface précitée afin de détecter la lumière diffusée qui constitue l'indication des particules (31)

E - et l'on traite les signaux reçus par la caméra (11) à partir de la lumière ainsi diffusée afin de réaliser la mesure et le comptage des particules (31) ainsi que la détermination de leurs emplacements.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la caméra (11) est du type à cible intensifiée au silicium.

3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau (14) de lumière collimaté est envoyé sur la surface (9) suivant un certain angle d'incidence, tandis que l'axe de la caméra (11) fait avec cette surface un angle pouvant aller jusqu'à 170.

4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la dimension des particules contaminantes (31) détectées par la caméra (11) est de 0,3 micron et plus.

5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant l'opération l'on étalonne les dimensions des particules (31) en comparant l'intensité de la lumière diffusée par une particule déterminée à la dimension physique réelle de celle-ci vue et mesurée au microscope.

6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière considérée est constituée par une plaquette (9) de semi-conducteur.

7. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que la source lumineuse comporte un domaine de longueurs d'onde allant de 3500 à 8500 A.

8. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la source lumineuse (1) est constituée par une lampe à arc au xénon ou au mercure-xénon dont la lumière est concentrée par une lentille (2) sur un trou (3) de faihle diamètre (trou d'épingle), puis est collimatée par un miroir concave (6).

9. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'on déplace la plaquette (9) de façon a éclairer successivement des parties déterminées de celle-ci jusqu'à en avoir inspecté la totalité.

10. Appareil pour la détection des particules contaminantes se trouvant sur ou dans une matière, par mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison les éléments suivants dont certains au moins sont connus soit à l'état isolé, soit dans des combinaisons différentes de celle ci-après

A - une enceinte (5) comportant des parois intérieures faites en un matériau ne réfléchissant substantiellement pas la lumière, cette enceinte étant elle-même substantiellement fermée pour éliminer toute lumière parasite extérieure ;

B - une source lumineuse (1) ayant un large spectre de longueurs d'onde ;

C - un-système optique (2, 6, 7) pour collimateur cette lumière et pour l'envoyer sur la matière considérée (9) ;;

D - des moyens (8) pour retenir de façon amovible la matière à examiner (9) de manière qu'elle soit exposée au faisceau (14) de lumière collimatée et qu'après l'avoir frappée elle soit renvoyée vers la source (1) sans aucune réflexionsubstantielle en direction de la caméra, les particules provoquant alors la diffusion de la lumière tandis que le système optique est agencé de façon à empecher que la réfiexion ou la diffusion de la lumière ainsi réfléchie n'interfère avec le faisceau lumineux collimaté envoyé sur la matière (9) ;;

E - et une caméra photosensible (11) disposée pour apercevoir la matière (9) de façon à détecter la lumière diffusée indiquant la présence de particules contaminantes (31), les moyens de retenue (8) de la matière (9) étant disposés de façon que la lumière renvoyée vers la source (i) ne soit pas réfléchie en direction de cette caméra (11).

11. Appareil suivant la revendication 10, caractérisé en ce que l'enceinte (5) comprend des zones séparées pour la caméra (11), la source lumineuse (1) et les moyens (8) de retenue de la matière (9) et en ce qu'il est prévu un dispositif (21) générateur d'un courant d'air laminaire pour maintenir substantiellement à l'abri de la poussière la matière en cours d'examen.

12. Appareil suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le système optique comprend une lentille (2) pour concentrer la lumière de la source lumineuse (1) sur un dispositif à trou (3) de petit diamètre (trou d'épingle) en vue de définir une source lumineuse secondaire ponctuelle et excluant toutelurrière parasite, un miroir (6) propre collimater la lumière provenant de cette source secondaire et à envoyer le faisceau lumineux (14) ainsi collimaté sur la surface de la matière à examiner (9), et des moyens pour définir les zones dans lesquelles ce faisceau va frapper la matière.

13. Appareil suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la source lumineuse (1) est constituée par une lampe à arc au xénon ayant un domaine de longueurs d'ondede 3500 à 8500 A.

14. Appareil suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la caméra (11) est du type à cible intensifiée au silicium.

15. Appareil suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la caméra (11) est du type à plaques à canal intensifié à deux étages.