FR2927175A1 - Dispositif d'inspection de plaquettes semi-conductrices - Google Patents
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Abstract
Dispositif d'inspection de plaquettes semi-conductrices (1) en mouvement, comprenant une source de lumière (4) d'au moins une plaquette supportée par un élément de transfert (2), et configurée pour émettre deux faisceaux incidents (5) vers une surface (1a) de la plaquette (1), lesdits faisceaux incidents étant inclinés par rapport à la normale à ladite surface (1a), et un module de détection (6) de franges d'interférence dans le faisceau réfléchi (7) par la surface (1a) de la plaquette (1).
Description
ALTATECH 1.2 Dispositif d'inspection de plaquettes semi-conductrices
La présente invention relève du domaine des machines et des procédés pour inspecter la qualité d'une plaquette semi-5 conductrice en cours ou en fin de fabrication.
De façon classique, l'inspection visuelle des plaquettes semi-conductrices par un opérateur est réalisée. L'oeil humain est en effet capable de discerner des défauts de 10 relativement petite taille sur des plaquettes semi-conductrices ayant, pour un observateur non exercé, l'aspect d'un miroir. Plus la qualité de fabrication est élevée, plus l'oeil humain est capable de repérer des défauts de petite taille. Toutefois, l'évolution des 15 techniques de gravure allant dans le sens d'une finesse toujours accrue, fait que l'oeil humain atteint des limites, notamment pour certains types de défauts.
Par ailleurs, la tâche d'inspection visuelle des plaquettes 20 semi-conductrices est lente et fastidieuse et ne donne pas d'information précise de localisation et de classification des défauts. Dans une salle blanche de production de plaquettes semi-conductrices, il est souhaitable de réduire la présence humaine. L'inspection visuelle s'avère 25 également onéreuse.
L'invention vise à améliorer la situation.
Le dispositif d'inspection de plaquettes semi-conductrices 30 comprend une source de lumière pour illuminer au moins une plaquette supportée par un élément de transfert, la source de lumière étant configurée pour émettre deux faisceaux incidents vers une surface de la plaquette. Les faisceaux incidents forment entre eux un angle prédéterminé pour former une zone d'interférence et sont inclinés par rapport à la normale à ladite surface. Le dispositif comprend un module de détection de la lumière diffusée par la surface de la plaquette pour la détection de franges d'interférence dont le faisceau réfléchi par la surface de la plaquette. Le module de détection est configuré pour former des signaux électroniques représentatifs de défauts de surface de la plaquette.
Un procédé de contrôle de plaquettes semi-conductrices supporté par un élément de transfert peut comprendre l'illumination par deux faisceaux incidents d'au moins une surface de ladite plaquette, les faisceaux incidents étant inclinés par rapport à la normale à ladite surface, et la détection par un bloc de détection pour la détection de franges d'interférence dans le faisceau réfléchi par la surface de la plaquette. L'illumination et la détection ont lieu au cours d'un déplacement de la plaquette par ledit élément de transfert.
Un système de transfert et d'inspection de plaquettes semi-conductrices, appartenant à une machine de fabrication dans une chaîne de fabrication de plaquettes semi-conductrices, comprend un élément de transfert d'au moins une plaquette, une source de lumière configurée pour émettre un faisceau incident vers une surface de la plaquette, les faisceaux incidents étant inclinés par rapport à la normale à ladite surface, et un détecteur pour la détection de franges d'interférence dans le faisceau réfléchi par la surface de la plaquette.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la 0( description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une plaquette de semi-conducteur en cours d'inspection ;
- la figure 2 est un organigramme des étapes de procédé ; - la figure 3 est une vue schématique d'un dispositif d'inspection ;
- la figure 4 est une vue schématique d'un dispositif d'inspection ; - la figure 5 est une vue schématique d'un dispositif d'inspection ; et
- la figure 6 est une vue de dessus d'un exemple de 20 plaquettes semi-conductrices.
Dans l'état de la technique, les documents FR 2 722 290 et JP 2004 212117 concernent des appareils de laboratoire de domaines techniques différents. 25 Le document FR 2 675 574 concerne un capteur optique de contrôle de l'état d'une surface, notamment pour aligner un grand masque de microélectronique avec la couche qu'il doit recouvrir. Ce type de capteur est prévu pour être disposé à 30 l'intérieur d'une machine de fabrication d'un semi-conducteur dans un but d'alignement. Ce type de capteur est inapte à la détection de défauts à la surface d'une plaquette semi-conductrice. À De façon générale, les franges d'interférence ont parfois été utilisées pour la mesure de vitesse de fluides en mouvement, voir le document FR 2 722 290 ou encore de la vitesse d'un corps, voir le document FR 2 757 953. Dans le domaine de la mesure de vitesse, on utilise le décalage fréquentiel entre une lumière réfléchie diffusée, ou diffractée par le corps en mouvement et le faisceau de lumière incident. Ce décalage est fonction du rapport entre la vitesse relative du corps en mouvement et la vitesse de la lumière. La lumière réfléchie et la lumière incidente peuvent entrer dans un détecteur selon des directions différentes, des franges d'interférence apparaissant sur le plan du détecteur.
L'espace ou intervalle compris entre les franges d'interférence peut être trouvé d'après l'équation suivante à partir de la longueur d'onde À du faisceau lumineuse et du décalage e d = À/sine. Par approximation, lorsque e est très inférieur à 1, on a d = À/e. L'espace d peut être détecté par le détecteur. La longueur d'onde À dépend de la source de lumière utilisée et peut être connue. Le décalage e peut ainsi être calculé.
Par ailleurs, la vitesse relative v du corps peut être connue, s'agissant d'une plaquette semi-conductrice, en cours de déplacement par ou sur une machine, par exemple par un bras robotisé. Or le décalage e dépend également de la vitesse relative v et de la vitesse de la lumière c d'après l'équation e = v/c. Lorsque la surface de la plaquette semi-conductrice en cours d'inspection est suffisamment lisse, les deux grandeurs de décalage e, et ed obtenues d'une part par la vitesse de déplacement relative de l'objet, et, d'autre part par la mesure des franges d'interférence sont sensiblement égales.
Au contraire, lorsqu'une irrégularité est présente sur la plaquette semi-conductrice, les deux valeurs de décalage E, et Ed obtenues pour un même point de la surface sont différentes. Une soustraction réalisée pour une pluralité de zones locales de la surface peut alors permettre de générer une cartographie des irrégularités. Dans le cas d'un déplacement linéaire en translation, la vitesse v de déplacement de la plaquette semi-conductrice est identique pour l'ensemble des points constituant la surface en cours d'inspection, la valeur de décalage Ev calculée d'après la vitesse de déplacement de la plaquette semi-conductrice est constante pour l'ensemble des points. On peut générer une cartographie de décalage Ed d'après l'espace entre les franges d'interférence puis effectuer une soustraction point par point en y ôtant la valeur E,. Ceci peut être effectué par une opération de seuillage. De même, dans le cas d'une rotation de la plaquette autour d'un axe passant par son centre, la vitesse est connue en tout point de la plaquette, une cartographie peut alors être obtenue par le même moyen. En outre, une inspection plus approfondie peut être menée en utilisant la direction a de la vitesse relative. La direction a de la vitesse relative est connue de par la configuration de l'élément qui assure le transfert de la plaquette semi-conductrice et est notée av. La direction a de la vitesse relative peut être trouvée d'après l'équation suivante à partir du nombre de franges nX existant dans un intervalle prédéterminé de coordonnées x du détecteur et du nombre de franges ny existant dans un intervalle prédéterminé de coordonnées y de même largeur que x : a ad=arc tang (nX/ny)
En comparant les deux grandeurs ad et a, on peut repérer des irrégularités de surface de la plaquette semi-conductrice par détection des points où les valeurs ad et av sont différentes.
Comme on peut le voir sur la figure 1, une plaquette semi- conductrice 1 en cours ou en fin de fabrication présente une surface supérieure la à inspecter. La plaquette semi-conductrice 1 est supportée et déplacée par un élément de transfert 2, par exemple du type à pince agissant sur les bords de la plaquette 1 ou par aspiration. L'élément de transfert 2 déplace la plaquette 1 dans le sens de la flèche 3, par exemple en translation, ou en rotation.
Le dispositif comprend une source de lumière 4 émettant un faisceau lumineux incident 5. La source de lumière 4 peut comprendre un générateur de lumière 4a, par exemple laser, et un conducteur lumineux 4b, par exemple à base de fibres optiques. Le faisceau lumineux 5 a été représenté sur les figures par un trait pour les besoins de l'explication. Néanmoins, on comprendra que le faisceau lumineux 5 est prévu pour illuminer une portion de la surface supérieure la de la plaquette 1 ou l'ensemble de la surface supérieure la de la plaquette 1, voire plus largement encore, une zone dans laquelle la plaquette semi-conductrice 1 se déplace.
Le dispositif comprend également un module de détection de franges d'interférence 6 recevant le faisceau réfléchi 7 par la surface supérieure la de la plaquette semi-conductrice 1. Le module de détection 6 comprend un ou 0( plusieurs capteurs d'intensité lumineuse 6a. Le module de détection 6 comprend également un bloc de traitement 6b. Le bloc de traitement 6b reçoit des données du capteur 6a. Le bloc de traitement 6b peut comprendre un filtre, par exemple par seuillage.
La vitesse de déplacement v de la plaquette semi-conductrice 1 par l'élément de transfert 2 peut être relativement élevée, par exemple de l'ordre de 1 à 5 ms-l.
Le déplacement de la plaquette semi-conductrice 1 permet d'éliminer des défauts supposés ne se déplaçant pas à la vitesse de la plaquette semi-conductrice 1.
L'inspection de la plaquette semi-conductrice 1 peut être effectuée à la volée sur une chaîne de fabrication dans une salle blanche. Le dispositif de contrôle et d'inspection peut être disposé en amont ou en aval d'une machine de fabrication, ou intégré à celle-ci, par exemple pour le dépôt ou la gravure d'une couche. Le dispositif de contrôle et d'inspection peut être disposé sur une chaîne existante de fabrication de plaquettes semi-conductrices avec des modifications mineures telles que l'utilisation d'une sortie de l'élément de transfert 2 permettant de fournir au dispositif de contrôle et d'inspection la vitesse v de déplacement par l'élément de transfert 2.
La modification de la figure d'interférence sur le substrat à contrôler se fait grâce à la modification de fréquence de la lumière incidente par un objet en mouvement. Cette modification de fréquence est généralement appelée effet Doppler. Le décalage fréquentiel est proportionnel à la vitesse de la particule, et la figure d'interférence s'en trouve modifiée en conséquence.
Comme illustré sur la figure 2, des étapes de transfert de la plaquette semi-conductrice 1, d'illumination par la source 4 et de détection par le module de détection 6 peuvent être simultanées. Plus précisément, l'illumination peut avoir lieu pendant au moins une partie du transfert. La détection peut avoir lieu pendant au moins une partie de l'illumination. On peut prévoir une source de lumière 4 et un module de détection 6 stationnaires. Les champs d'illumination et de détection peuvent correspondre. Le champ d'illumination peut être plus large que le champ de détection.
A l'issue de la somme, une étape optionnelle de filtrage, par exemple par seuillage, peut être effectuée. Le seuillage peut être vu comme une soustraction par une valeur indépendante des coordonnées du pixel. On obtient en sortie une image de défauts de la surface la de la plaquette semi-conductrice 1 faisant convenablement ressortir les défauts ponctuels tels que des poussières, des trous, ou des défauts cristallins, et les défauts allongés de type rayures.
Un exemple de réalisation de dispositif de contrôle et d'inspection est montré sur la figure 3. L'élément de transfert 2 est relié au module de détection 6, plus précisément au bloc de traitement 6b et à un bloc de contrôle 6c. La liaison au bloc de traitement 6b permet de fournir la vitesse v de déplacement de la plaquette semi- conductrice 1 audit bloc de traitement 6b. La liaison au bloc de contrôle 6c permet d'indiquer la présence d'une plaquette semiconductrice. Le bloc de contrôle 6c a notamment pour fonction de commander la lecture d'informations optiques par le capteur 6a. Le capteur 6a est relié au bloc de traitement 6b pour lui fournir des données images et au bloc de contrôle 6c. Le bloc de contrôle 6c commande la détection de puissance lumineuse par le capteur 6a, notamment en fonction de la position de la plaquette 1 en cours de déplacement par l'élément de transfert 2. Le bloc de contrôle 6c peut ainsi recevoir de l'élément de transfert 2 une information de position.
La sortie du module de détection 6 peut être reliée à une interface homme/machine 8, par exemple du type comprenant un écran et/ou un clavier. L'écran peut permettre la visualisation des images de défaut fournies par le bloc de traitement 6b. Le module de détection 6 peut également être relié à un stockage de données 9, par exemple sous la forme d'un disque de stockage, d'une clé USB, etc. Le module de détection 6 peut être relié en sortie à une machine de fabrication 10 de dispositifs semi-conducteurs, par exemple un four, une machine de dépôt ou une machine de polissage, un équipement de gravure, ou de lithographie. Le module de détection 6 fournit à la machine de fabrication 10 des données relatives aux défauts de la plaquette semi-conductrice 1 et des données de position de la plaquette semi-conductrice 1 ou encore des données d'identification.
En outre, la plaquette semi-conductrice 1 pouvant être munie de repères de marquage, par exemple des repères en vue d'une détection optique, le bloc de traitement 6b peut être configuré pour identifier lesdits repères, par exemple en vue d'une orientation de la plaquette semi-conductrice 1. Comme illustré sur la figure 4, un bloc interférométrique 12 ou tête est disposé entre le générateur de lumière 4a et la plaquette semi-conductrice 1. Le conducteur lumineux 4b est intégré dans le bloc interférométrique 12. Le conducteur lumineux 4b peut comprendre un interféromètre de Mach-Sender. Le bloc interférométrique 12 comprend un guide d'ondes 13 disposé entre le module de détection 6 et la plaquette semi-conductrice 1. Le guide d'ondes 13 peut être multi modes. Le guide d'ondes 13 peut comprendre une entrée pour le faisceau réfléchi et des fibres optiques entre l'entrée et le module de détection 6. L'interférogramme 14 résulte des interférences entre les faisceaux incidents contrairement au document précité FR 2 757 953 d'après lequel un seul faisceau incident est mis en oeuvre avec comparaison du faisceau réfléchi et du faisceau incident.
L'interférogramme 14 ou figure d'interférence est tangent à la surface la mais a été représenté relevé pour les besoins de l'explication.
Le module de détection 6 peut comprendre un capteur optique, par exemple une barrette de détecteurs comprenant 1, 2, 4, 8 ou 16 voies. Dans ce cas, les données optiques sont représentatives de la surface la tout en étant différentes d'une image.
Comme illustré sur la figure 5, une plaquette semi-conductrice 1 est inspectée par une pluralité de dispositifs d'inspection et de contrôle. Une surface supérieure la, une surface inférieure lb et une surface de rebord le peuvent être inspectées sensiblement simultanément. Un dispositif d'inspection et de contrôle peut être dirigé vers lesdites surfaces. Le bloc interférométrique 12 peut être commun aux trois dispositifs. Le bloc interférométrique 12 peut comprendre trois conducteurs lumineux 4b et trois guides d'ondes 13, sans que le nombre de 3 ne soit limitatif. Le bloc interférométrique 12 peut être associé à trois générateurs de lumière 4a, par exemple laser, et à trois modules de détection 6, notamment des capteurs optiques. Par ailleurs, la plaquette 1 est ici animée d'un mouvement de rotation.
Sur la figure 6, la surface la d'une plaquette 1 réelle a été reproduite. La surface la comprend des défauts 10 ponctuels 11.
Dans un mode de réalisation, le dispositif de contrôle et d'inspection de plaquettes semi-conductrices en mouvement comprend une source d'éclairage d'une plaquette semi- 15 conductrice supportée par un élément de transfert. La source d'éclairage est du type à deux faisceaux incidents dirigés vers une surface de la plaquette. Les faisceaux incidents sont inclinés par rapport à la normale à ladite surface. Le dispositif comprend également un module de 20 détection de franges d'interférence dans le faisceau réfléchi par la surface de la plaquette. En connaissant la vitesse de déplacement de la plaquette, la longueur d'onde du faisceau lumineux et l'intervalle entre les franges d'interférence, on peut en déduire une localisation des 25 défauts. Le dispositif est bien adapté au repérage de défauts de quelques microns de largeur et/ou de longueur.
Le bloc de traitement peut comprendre une fonction de comparaison point par point d'une grandeur représentative 30 de défauts de la surface la avec une autre grandeur. Ladite fonction peut comprendre un soustracteur.
Le dispositif peut comprendre une liaison entre l'élément o( de transfert et le module de détection pour transmettre des coordonnées de la plaquette au module de détection. Le module de détection peut comprendre un ensemble de prise de données optiques pourvu d'éléments de détection et un bloc de traitement relié à l'ensemble de prise de données optiques.
Le bloc de traitement peut être pourvu d'un moyen pour calculer une correspondance entre des coordonnées d'une l0 zone localisée de la surface de la plaquette et une donnée optique, au cours du transfert de la plaquette, et générer une représentation de la surface de la plaquette par traitement d'une pluralité d'informations acquises successivement par l'ensemble de prise de données optiques. 15 Le module de détection peut comprendre un ensemble de prise de données optiques pourvu d'éléments de détection, et un bloc de traitement relié à l'ensemble de prise de données optiques et à ladite liaison, le module de traitement étant 20 pourvu d'un moyen pour calculer une correspondance entre des coordonnées d'une zone localisée de la surface de la plaquette et une donnée optique, au cours du transfert de la plaquette, et générer une représentation de la surface de la plaquette par traitement d'une pluralité de données 25 optiques prises successivement par l'ensemble de prise de données optiques.
Le module de détection peut être asservi au déplacement de la plaquette par l'élément de transfert. Le module de traitement peut comprendre un sommateur de données optiques correspondant à une même zone localisée de la surface de la plaquette. On accroît la sensibilité du 30 0( dispositif.
Le bloc de traitement peut comprendre un moyen de détection d'au moins un repère de la plaquette. Le repère peut être 5 représenté sur les images.
Le module de détection peut comprendre un capteur à optique intégrée sur substrat semiconducteur ou verre. L'optique peut comprendre un verre dans lequel les guides d'ondes 10 peuvent être réalisés par échange ions/verre.
La source de lumière peut être cohérente. Les faisceaux lumineux incidents peuvent être stationnaires.
15 La source de lumière peut comprendre une source à diodes lumineuses, notamment laser.
La distance entre le système et la surface à inspecter peut être comprise entre 50 microns et 5 millimètres. 20 L'élément de transfert peut comprendre des bras de préhension de la plaquette. L'élément de transfert peut comprendre des systèmes de maintien par aspiration ou par préhension de la plaquette. Un dispositif de contrôle peut 25 être disposé en amont et/ou en aval d'une chambre de mesure ou de fabrication.
Dans un mode de réalisation, la source de lumière comprend au moins une paire de guides optiques émetteurs. Les guides 30 optiques émetteurs peuvent être connectés par une fibre optique à une source de lumière. Les guides optiques émetteurs peuvent être conçus pour fournir deux faisceaux optiques cohérents. Les guides optiques peuvent être 13 a réalisés par échanges d'ions sur un substrat de verre. Les extrémités des guides optiques peuvent être inclinées l'une par rapport à l'autre de manière que les faisceaux incidents convergent l'un vers l'autre en une surface déterminée correspondant à la surface la de la plaquette semi-conductrice 1.
Le module de détection peut être asservi au déplacement de la plaquette par l'élément de transfert. Un système de fabrication de plaquettes semiconductrices, peut comprendre au moins une chambre de mesure et au moins un dispositif ci-dessus.
15 Le système de fabrication de plaquettes semiconductrices peut comprendre au moins une chambre de mesure et au moins un dispositif de contrôle et d'inspection, par exemple monté en amont ou en aval.
20 La présente description, de caractère certain, pourra, le cas échéant, servir à la définition de l'invention.10
Claims (13)
1. Dispositif d'inspection de plaquettes semi-conductrices (1) en mouvement, caractérisé par le fait qu'il comprend une source de lumière (4) d'au moins une plaquette supportée par un élément de transfert (2), la source de lumière (4) étant configurée pour émettre deux faisceaux incidents (5) vers une surface (la) de la plaquette (1), lesdits faisceaux incidents formant entre eux un angle prédéterminé pour former une zone d'interférence et étant inclinés par rapport à la normale à ladite surface (la), et un module de détection (6) de la lumière diffusée par la surface (la) de la plaquette (1) pour la détection de franges d'interférence dans le faisceau réfléchi (7) par la surface (la) de la plaquette (1), le module de détection (6) étant configuré pour fournir des signaux électroniques représentatifs de défauts de surface de la plaquette (1).
2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant une liaison entre l'élément de transfert (2) et le module de détection (6) pour transmettre les coordonnées de la plaquette audit module de détection.
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le module de détection (6) comprend un ensemble de prise de données optiques (6a) pourvu d'éléments de détection, et un bloc de traitement (6b) relié à l'ensemble de prise de données optiques et à ladite liaison, le module de traitement (6b) étant pourvu d'un moyen pour calculer une correspondance entre des coordonnées d'une zone localisée de la surface de la plaquette et une donnée optique, au cours du transfert de la plaquette, et générer unereprésentation de la surface de la plaquette par traitement d'une pluralité de données optiques prises successivement par l'ensemble de prise de données optiques.
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le bloc de traitement (6b) comprend un sommateur de données optiques correspondant à une même zone localisée de la surface de la plaquette.
5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le bloc de traitement (6b) comprend un moyen de détection d'au moins un repère de la plaquette, ledit repère étant représenté dans les images.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le module de détection (6) comprend un capteur à optique intégrée, notamment réalisé par échange d'ion sur verre.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la source de lumière (4) comprend un laser et/ou un élément à diodes lumineuses.
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la distance entre la sortie des guides d'ondes et la surface à inspecter est comprise entre 50 microns et 5 millimètres.
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élément de transfert (2) comprend des systèmes de maintien de la plaquette par préhension ou par aspiration. d
10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la source de lumière (4) et/ou le guide d'ondes (13) est disposé en amont ou en aval d'une chambre de mesure ou de réalisation d'une étape de fabrication de circuits intégrés.
11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le système d'inspection est disposé en amont ou en aval d'une chambre ou d'un outil destiné à la réalisation d'une étape de fabrication de substrats semiconducteurs.
12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le module de détection (6) est asservi au déplacement de la plaquette par l'élément de transfert (2).
13. Système de fabrication de plaquettes semiconductrices, comprenant au moins une chambre de mesure et au moins un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes. ry) CABINET NETTER
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