FR2981160A1

FR2981160A1 - Dispositif et procede d'inspection et de controle de plaquettes semi-conductrices.

Info

Publication number: FR2981160A1
Application number: FR1103077A
Authority: FR
Inventors: Philippe Gastaldo; Jean Luc Delcarri
Original assignee: Altatech Semiconductor
Current assignee: Altatech Semiconductor
Priority date: 2011-10-10
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2013-04-12

Abstract

Dispositif d'inspection (1) de plaquettes semi-conductrices comprenant un microscope confocal chromatique (2) de prise d'image dirigé vers une surface, inférieure ou supérieure, de la plaquette (40), et comprenant une voie d'éclairage (20) et une voie d'analyse (30), la voie d'éclairage comprenant une source de lumière polychromatique à diode (21) pour éclairer la surface de la plaquette, une fente (22) et un objectif (25) à chromatisme axial choisi pour présenter une aberration chromatique, comportant au moins une lentille réalisée dans un matériau avec un nombre d'Abbe inférieur à 50, la voie d'analyse comprenant ledit objectif (25), et un capteur allongé (32) d'intensité lumineuse réfléchie et rétrodiffusée, dans cet ordre, la fente de la voie d'éclairage et le capteur allongé de la voie d'analyse étant disposés sensiblement à la même distance optique de l'objectif, le dispositif comprenant, en outre, un actionneur d'entraînement en rotation de ladite plaquette par rapport au capteur autour d'un axe de rotation à une première vitesse, un actionneur d'entraînement dudit capteur selon au moins une direction radiale à une deuxième vitesse, et un pilote desdits actionneurs configuré pour commander les première et deuxième vitesses de manière que le champ du capteur à un tour donné de la plaquette recouvre au moins partiellement le champ du capteur au tour précédent de la plaquette et pour émettre une information de position desdits actionneurs.

Description

ALTATECH 11.FRD 1 Dispositif et procédé d'inspection et de contrôle de plaquettes semiconductrices L'invention relève du domaine de l'inspection et du contrôle de plaquettes 5 semi-conductrices ou substrats en cours ou en fin de fabrication, ou lors de la réalisation de circuits intégrés. Plus particulièrement, l'invention vise l'inspection et le contrôle de plaquettes destinées à la fabrication des diodes électroluminescentes ou LED. L'inspection de défaut d'une plaquette semi-conductrice est généralement 10 effectuée par une technologie optique. On peut se référer aux documents FR 2 942 533, FR 2 931 295, FR 2 927 175 ou encore FR 2 914 422. Une difficulté particulière apparaît pour l'inspection de plaquettes semi-conductrices transparentes ou semitransparentes. Une partie du faisceau lumineux peut traverser la plaquette semiconductrice et être affectée par un défaut situé sur la face opposée à la face inspectée. 15 Par ailleurs, le besoin se fait sentir d'une inspection systématique de plaquettes semiconductrices dans une production industrielle à cadence très élevée, là où dans les générations précédentes de machines, l'inspection systématique était réservée aux laboratoires ou aux essais. 20 L'invention vient améliorer la situation. Un dispositif d'inspection de plaquettes semi-conductrices notamment destinées à fabriquer des diodes électroluminescentes ou LED comprend un microscope confocal chromatique de prises d'images dirigé vers une surface, inférieure ou 25 supérieure, de la plaquette. Le dispositif comprend une voie d'éclairage et une voie d'analyse. La voie d'éclairage comprend une source de lumière polychromatique à diodes pour éclairer la surface de la plaquette, une fente et un objectif à chromatisme axial choisi pour présenter une aberration chromatique. L'objectif comporte au moins une lentille réalisée dans un matériau avec un nombre d'Abbe inférieur à 50. La voie 30 d'analyse comprend également ledit objectif. La voie d'analyse comprend également un capteur allongé d'intensité lumineuse réfléchie et rétrodiffusée, disposé en aval de l'objectif La fente de la voie d'éclairage et le capteur allongé de la voie d'analyse sont disposés sensiblement à la même distance optique de l'objectif. Le dispositif comprend en outre un actionneur d'entraînement en rotation de ladite plaquette par rapport au capteur autour d'un axe de rotation à une première vitesse, un actionneur d'entraînement du capteur selon, au moins, une direction radiale à une deuxième vitesse, et un pilote 5 desdits actionneurs configuré pour commander les première et deuxième vitesses de manière que le champ du capteur à un tour donné de la plaquette recouvre au moins partiellement le champ du capteur au tour précédent de la plaquette et pour émettre une information de position desdits actionneurs. Le faisceau peut ainsi décrire sur la surface à inspecter une spirale recouvrant l'intégralité de ladite surface à inspecter. La spirale 10 peut être parcourue à grande vitesse. Dans un mode de réalisation, le pilote commande la deuxième vitesse Vt selon l'équation : Vt cos oc < S2 Le avec S2 la vitesse de rotation en tour/seconde, Le la largeur de champ du capteur dans la direction de déplacement du capteur et oc l'angle entre la 15 direction de déplacement du capteur et une direction radiale. On assure un recouvrement du champ dans la spirale, en ce sens que la composante radiale du déplacement sur un tour est inférieure à la largeur de champ. Un dispositif d'inspection de plaquettes semi-conductrices notamment 20 destinées à fabriquer des diodes électroluminescentes ou LED comprend un microscope confocal chromatique de prises d'images dirigé vers une surface, inférieure ou supérieure, de la plaquette. Le dispositif comprend une voie d'éclairage et une voie d'analyse. La voie d'éclairage comprend une source de lumière polychromatique à diode pour éclairer la surface de la plaquette, une fente et un objectif à chromatisme axial 25 choisi pour présenter une aberration chromatique, dans cet ordre. L'objectif comprend au moins une lentille réalisée dans un matériau avec un nombre d'Abbe inférieur à 50. La voie d'analyse comprend également ledit objectif. La voie d'analyse comprend, en outre, un capteur allongé d'intensité lumineuse réfléchie et rétrodiffusée, disposé en aval de l'objectif. La fente de la voie d'éclairage et le capteur allongé de la voie d'analyse 30 sont disposés sensiblement à la même distance optique de l'objectif. Le dispositif comprend, en outre, un actionneur d'entraînement en translation de ladite plaquette par rapport au capteur selon un premier axe parallèle à ladite surface, un actionneur d'entraînement en translation de ladite plaquette selon un second axe parallèle à ladite surface, différent du premier axe, et un pilote desdits actionneurs configuré pour commander lesdits actionneurs de manière que le champ du capteur lors d'une translation donnée de la plaquette, selon le premier axe, recouvre au moins partiellement le champ du capteur à la translation précédente de la plaquette selon le premier axe et pour émettre une information de position desdits actionneurs. On peut ainsi balayer la surface à inspecter de façon efficace. Les actionneurs peuvent être disposés sous la plaquette d'où un faible risque de contamination.

Dans un mode de réalisation, le capteur comprend un champ de profondeur fixe, préférablement compris entre 5 et 3000Ftm. La grande profondeur de champ évite les réajustements de focus en cours d'inspection d'où la fixité de la distance verticale entre le capteur et la surface à inspecter. Cette distance fixe et par conséquent l'absence de nécessité de déplacement vertical réduit encore les risques de contamination en réduisant le nombre de pièces mobiles au-dessus de la surface à inspecter. On peut ainsi mener une inspection à fort grossissement et grande vitesse. Dans un mode de réalisation, la largeur de champ du capteur, selon le deuxième axe, est comprise entre 0,2 et 100 mm.

Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend une pluralité de capteurs. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend un organe de maintien de la plaquette par les bords ou la surface opposée de ladite plaquette. La surface à 25 inspecter est ainsi libre. Dans un mode de réalisation, la surface à inspecter de la plaquette est située sensiblement au milieu de la profondeur de champ. Le dispositif est alors peu sensible à l'éventuelle variation de la distance à ladite surface à inspecter. 30 Dans un mode de réalisation, l'autre surface de la plaquette est située sensiblement hors de la profondeur de champ. Le dispositif peut ainsi capter la lumière réfléchie et la lumière rétrodiffusée par la surface à inspecter tout en étant peu sensible à la lumière réfléchie ou rétrodiffusée par la surface opposée de la plaquette. Le capteur pouvant être disposé au-dessus de la plaquette, face à sa surface supérieure, l'autre surface de la plaquette pourra être la surface inférieure. Le dispositif est ainsi relativement robuste par construction optique. Dans un mode de réalisation, le capteur est monté à demeure sur un bâti. On évite la présence de pièces mobiles, par exemple d'actionneur de rotation ou de translation, potentiellement génératrice de contamination, au-dessus de la surface à 10 inspecter. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend un organe en temps réel de repérage des défauts recevant une image de la plaquette provenant du capteur. Ledit organe peut être configuré pour prétraiter les données d'inspection par détection de 15 zones anormales en vue de réaliser une sauvegarde des images de zones anormales et d'éviter le stockage d'un nombre considérable d'images sur une ligne de production. Lors d'une phase d'essai ou de mise au point, l'intégralité des images peut être sauvegardée. 20 Un procédé d'inspection de plaquettes semi-conductrices comprend la prise d'images d'une surface de la plaquette par un microscope confocal chromatique de prise d'images dirigées vers la surface de la plaquette. Ladite surface peut être une surface supérieure ou une surface inférieure de la plaquette. Il y est prévu une voie d'éclairage et une voie d'analyse. L'éclairage est effectué par une source de lumière polychromatique à 25 diode pour éclairer la surface de la plaquette, une fente et un objectif à chromatisme axial choisi pour présenter une aberration chromatique. L'objectif comporte au moins une lentille réalisée dans un matériau avec un nombre d'Abbe inférieur à 50. L'analyse est effectuée par ledit objectif et un capteur allongé d'intensité lumineuse captant la lumière réfléchie et la lumière rétrodiffusée, dans cet ordre. La fente de la voie 30 d'éclairage et le capteur allongé de la voie d'analyse sont disposés sensiblement à la même distance optique de l'objectif. Le procédé comprend l'entraînement en rotation de la plaquette par rapport au capteur autour d'un axe de rotation à une première vitesse, l'entraînement du capteur, selon au moins une direction radiale, à une deuxième vitesse et le pilotage des actionneurs à des première et deuxième vitesses de manière que le champ du capteur à un tour donné de la plaquette recouvre, au moins partiellement, le champ du capteur au tour précédent de la plaquette avec émission d'une information de position desdits actionneurs. Un procédé d'inspection de plaquettes semi-conductrices comprend la prise d'images d'une surface de la plaquette par un microscope confocal chromatique de prise d'images dirigées vers la surface de la plaquette. Ladite surface peut être une surface supérieure ou une surface inférieure de la plaquette. Il y est prévu une voie d'éclairage et une voie d'analyse. L'éclairage est effectué par une source de lumière polychromatique à diode pour éclairer la surface de la plaquette, une fente et un objectif à chromatisme axial choisi pour présenter une aberration chromatique. L'objectif comporte au moins une lentille réalisée dans un matériau avec un nombre d'Abbe inférieur à 50. L'analyse est effectuée par ledit objectif et un capteur allongé d'intensité lumineuse captant la lumière réfléchie et la lumière rétrodiffusée, dans cet ordre. La fente de la voie d'éclairage et le capteur allongé de la voie d'analyse sont disposés sensiblement à la même distance optique de l'objectif. Le procédé comprend l'entraînement en translation de la plaquette par rapport au capteur selon un premier axe parallèle à ladite surface en balayant une dimension de la surface à inspecter, alternativement dans un sens puis dans l'autre, l'entraînement de la plaquette selon un second axe parallèle à ladite surface, différent du premier axe, pas à pas dans le même sens, et le pilotage des actionneurs de manière que le champ du capteur à une translation donnée dans un sens de la plaquette recouvre au moins partiellement le champ du capteur lors de la translation précédente de sens opposé de la plaquette avec émission d'une information de position desdits actionneurs. Dans un mode de réalisation, l'inspection porte sur une plaquette transparente ou semi-transparente d'absorption inférieure à 30 dB/mm sur le domaine spectral utilisé 30 par le capteur.

Dans un mode de réalisation, une plaquette vierge est inspectée. On entend ici par plaquette vierge, une plaquette ayant subi au moins une étape de polissage et qui se trouve à un stade intermédiaire de fabrication.

Dans un mode de réalisation, l'inspection porte sur une plaquette comprenant au moins une couche mince, par exemple une couche déposée ou transférée par un procédé de type SmartCut ®. Dans un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de reconstruction de la surface de la plaquette à partir des données images fournies par le microscope. Après la reconstruction, une étape de comparaison et de classification peut avoir lieu. On obtient ainsi une inspection rapide à haute résolution d'une surface d'une plaquette semi-conductrice.

On entend ici par "radial" une direction se situant dans un plan parallèle à la surface à inspecter. La plaquette semi-conductrice se présente sous la forme d'un cylindre droit dont le diamètre est considérablement plus élevé que la hauteur, ici, appelée "épaisseur". Les déplacements radiaux prévus sont dans des directions parallèles à la surface à inspecter. Par ailleurs, le faisceau incident provenant de la voie d'éclairage est normal à la surface à inspecter. La notion de "radial" s'applique ici également par rapport au faisceau incident. Le capteur d'intensité lumineuse réfléchie est considéré comme "allongé" en ce sens qu'il comprend une pluralité d'éléments disposés sur une ou plusieurs lignes, le 25 nombre d'éléments sur une ligne étant nettement supérieur au nombre de lignes d'un capteur, au moins d'un facteur 5, préférablement 6. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatifs et illustrés par 30 les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un dispositif d'inspection de plaquettes semi-conductrices ; - la figure 2 est une vue de côté en élévation du dispositif de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue de face en élévation du dispositif de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue en perspective d'un ensemble à deux dispositifs d'inspection ; - la figure 5 est une vue schématique d'un microscope confocal chromatique ; - la figure 6 est une vue schématique du parcours d'inspection d'une plaquette semi-conductrice par le faisceau ; et - la figure 7 est un organigramme d'étapes de procédé. De façon générale, l'inspection d'une surface principale, supérieure ou inférieure, d'un substrat semi-conducteur est effectuée par déplacement relatif du substrat devant un système de vision. Les surfaces principales opposées du substrat, par 15 opposition au bord généralement circulaire, sont dites supérieure et inférieure par convention, même lorsque le substrat est en position verticale, par référence à une position horizontale du substrat lorsqu'il est supporté par un organe de manipulation tel qu'une fourche. La limite de nombreux systèmes de vision réside, entre autres, dans la profondeur de champ. En effet, la limite de diffraction optique fait qu'il est très difficile 20 d'avoir une résolution élevée et une grande profondeur de champ avec un système optique classique. Pour des contrôles par prélèvement ou échantillonnage, ou encore pour l'analyse de fabrication prototypes, on peut utiliser des systèmes d'inspection lents et optiquement très performants avec un faible champ d'observation. Parmi ces systèmes lents, la microscopie confocale peut être choisie. 25 La vitesse d'acquisition des équipements de microscopie confocale ne permet pas de les utiliser en contrôle systématique de production de masse telle que la pratique ou souhaiterait la pratiquer l'industrie du semi-conducteur. Par ailleurs, les exigences de cette industrie vont dans le sens d'une diminution du risque de contamination d'une 30 plaquette semi-conductrice lors de l'inspection. Il serait en effet paradoxal que ce soit une inspection de défaut qui génère un défaut.

L'invention fait appel à la microscopie confocale chromatique basée sur la microscopie confocale et l'exploitation de l'aberration chromatique du système utilisé. En général, une microscopie confocale réajuste mécaniquement le point de focalisation de l'optique et en déduit la morphologie de la surface. Ce réajustement mécanique est lent et susceptible de provoquer des pannes. De plus, les mouvements étant parfois associés à des frottements, se révèlent souvent source de particules ce qui est à proscrire dans un environnement de production de composants microélectroniques. Dans l'invention, on peut utiliser une plage de longueur d'ondes de 400 à 700 nm. La plage peut être obtenue avec des LEDS. Avec un système optique à aberration chromatique forte, comportant au moins une lentille réalisée dans un matériau avec nombre d'Abbe inférieur à 50, voir 35, des focalisations différentes se produisent pour des longueurs d'ondes différentes. Il en résulte un étalement spatial du point focal et une grande profondeur de champ. La distance entre le système optique et la surface à inspecter est préférablement fixe. La profondeur de champ peut s'étendre entre 50 et 3 000 microns. En conservant des longueurs d'ondes correspondantes à la longueur d'onde bien focalisée, on obtient un système autofocus optique. Ce système autofocus peut se passer de mouvement mécanique. Ceci est obtenu grâce à la fente de la voie d'éclairage et au capteur allongé d'intensité lumineuse de la voie d'analyse disposés à la même distance optique de la surface à inspecter ou encore de l'objectif, l'objectif appartenant à la fois à la voie d'analyse et à la voie d'éclairage. On peut ainsi réaliser une acquisition multipoint chacune ayant les propriétés avantageuses ci-dessus. La séparation des voies d'éclairage et d'analyse peut être effectuée par une lame semiréfléchissante disposée entre la fente et l'objectif pour la voie d'éclairage et entre l'objectif et le capteur allongé pour la voie d'analyse. La fente forme un organe de linéarisation. La fente filtre la dispersion chromatique perpendiculairement à son axe. Le capteur allongé d'intensité lumineuse peut comprendre au moins 128 éléments en longueur et au plus 20 éléments en largeur. Un élément peut couvrir une zone de 1 à 2 sur la surface à inspecter.

La source lumineuse peut comprendre un ensemble de diodes électroluminescentes, par exemple sous la forme d'une barrette, et un organe de d'homogénéisation sur la longueur de la ligne. L'organe de d'homogénéisation peut comprendre un verre dépoli ou un guide de lumière. Ces diodes peuvent se situer à distance de l'organe d'homogénéisation, la lumière étant transportée par des fibres optiques dans ce cas.

Le dispositif peut comprendre une unité de traitement reliée à la sortie du capteur allongé pour recevoir et analyser un signal d'intensité lumineuse réfléchie par la surface à inspecter. En effet, la lumière diffusée passe globalement hors de l'objectif et est éliminée de la sorte. L'unité de traitement peut comprendre un discriminateur de défaut de surface principale de la plaquette semi-conductrice générant un classement par type de défaut, par position, par réflectivité, forme ou dimension. Le discriminateur peut étalement éliminer les images de surface principale sensiblement dépourvue de défaut, par exemple par seuillage.

La surface à inspecter est disposée à une distance comprise dans la zone d'aberration chromatique, en d'autres termes à une distance comprise entre la longueur d'onde de la lumière incidente présentant la focalisation la plus courte et la longueur d'onde de la lumière incidente présentant la focalisation la plus longue. Une surface principale d'un substrat est ainsi contrôlée indépendamment d'un mécanisme de réglage de focalisation. Par une mesure complète, par exemple continue, de la surface à inspecter lors du déplacement relatif du substrat par rapport au microscope confocal chromatique, une image de la surface complète à analyser peut être réalisée. Le dispositif d'inspection utilise l'information d'amplitude lumineuse fournie 25 par le capteur allongé pour offrir une image en niveau de gris avec un équipement économique et une acquisition très rapide permettant ainsi de proposer un système compatible avec une production de masse. Le dispositif présente une fonction d'autofocus automatique le rendant particulièrement simple, fiable et rapide, notamment par rapport aux systèmes d'imagerie classique. Le dispositif permet l'observation d'un 30 grand champ avec des points dans la distance par rapport à l'objectif optique peut varier plus qu'avec un système d'imagerie classique d'agrandissement identique pour une résolution comparable.

La résolution du capteur peut être comprise entre 128 et 12000 pixels. La résolution peut être adaptée à la taille des défauts recherchés et à la cadence souhaitée. La source lumineuse comprend des diodes électroluminescentes offrant une lumière polychromatique de longueur d'onde centrée sur une valeur de l'ordre de 500 nm tout en étant à faible consommation, à faible échauffement et longue durée de vie. La lumière incidente générée par la source à LED passe ensuite par la fente de la voie d'éclairage pour linéariser le faisceau. L'ensemble constitué par la source lumineuse et la fente de la voie d'éclairage constitue une source lumineuse linéaire. Le faisceau incident passe ensuite par une lame semi réfléchissante puis par l'objectif avant l'atteindre la surface à inspecter. Le faisceau réfléchi par la surface à inspecter passe par l'objectif puis par la lame semi réfléchissante et ressort de ladite lame semi réfléchissante selon un axe distinct de la voie d'éclairage. Le faisceau réfléchi comme le faisceau incident, est sensiblement perpendiculaire à la surface à inspecter. Le faisceau réfléchi comprend des photons réfléchis par la surface à inspecter et des photons rétrodiffusés par la surface à inspecter. D'autres photons diffusés ou réfléchis par une autre surface, mais en dehors de l'objectif sont éliminés en ce sens qu'ils ne parviennent pas au capteur.

Le faisceau réfléchi atteint ensuite le capteur allongé. L'axe selon lequel le capteur est allongé est parallèle à l'axe principal de la fente de la voie d'éclairage. Ainsi, le capteur allongé remplit une fonction de filtrage chromatique assurant un filtrage spatial des longueurs d'ondes non focalisées sur la surface à inspecter d'où une amélioration de la netteté de l'image. La lumière captée par le capteur est essentiellement constituée par la longueur d'onde ou l'étroite plage de longueurs d'onde focalisée et offre donc une image nette. Plus le chromatisme axial de l'objectif est élevé, plus une différence de longueurs d'onde se traduit par une différence élevée de distance de focalisation. La sortie du capteur d'intensité lumineuse est reliée à un organe de repérage des défauts fonctionnant en temps réel.

Comme on peut le voir sur les figures 1 à 3, le dispositif d'inspection 1 comprend un microscope confocal chromatique 2 monté dans un bâti 3 en position supérieure et un mécanisme 4 de support et de déplacement de plaquettes semiconductrices disposé en position inférieure dans le bâti 3. Le bâti 3 comprend quatre 5 poteaux 5 reliés de façon rigide par des poutres supérieures 6 et des poutres inférieures 7. Le microscope confocal chromatique 2 est supporté par des poutres supérieures 6 tandis que le mécanisme des déplacements 4 est supporté par des poutres inférieures 7. Le microscope confocal chromatique 2 est monté de manière fixe par rapport au bâti 3. Le microscope confocal chromatique 2 est ici configuré pour émettre un faisceau 10 incident selon un axe de propagation constant. Ainsi, le microscope confocal chromatique 2 peut être dépourvu de pièces mobiles, ce qui est avantageux en terme de robustesse, de facilité d'étalonnage, et de réduction de risque de contamination. Le mécanisme de déplacement 4 comprend un premier actionneur 8, un second 15 actionneur 9 et un pilote 10. Le premier actionneur 8 est disposé selon la longueur du bâti 3. Le premier actionneur 8 présente un axe de translation parallèle au plan de la surface de la plaquette semi-conductrice à inspecter ou encore parallèle au plan d'un support de la plaquette semi-conductrice. Le deuxième actionneur 9 présente un axe de translation parallèle au même plan. Les axes de translation du premier actionneur 8 et 20 du deuxième actionneur 9 présentent des parallèles mutuellement sécantes situées dans ledit plan. En d'autres termes, les axes de translation des actionneurs 8 et 9 ne sont pas parallèles. Dans le mode de réalisation illustré, les axes de translation des actionneurs 8 et 25 9 sont sensiblement perpendiculaires. Les actionneurs 8 et 9 sont reliés par voie filaire au pilote 10 pour la commande de leur mouvement respectif. Le dispositif d'inspection 1 comprend en outre un support 11 pour une plaquette semi-conductrice. Le support 11 est supporté par le deuxième actionneur 9. Le support 11 peut comprendre une pompe d'aspiration afin de maintenir la plaquette semi-conductrice en position par dépression 30 sur sa face inférieure, du côté opposé au microscope confocal 2.

Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 4, deux dispositifs d'inspection sont disposés parallèlement selon l'axe du premier actionneur 8. Les bâtis 3 des dispositifs d'inspection peuvent reposer sur un socle 12 commun.

Comme illustré sur la figure 5, le microscope confocal chromatique 2 comprend une voie d'éclairage 20 et une voie d'analyse 30. La voie d'éclairage 20 est configurée pour éclairer une des deux surfaces principales d'une plaquette ou substrat semi-conducteur 40, l'autre surface principale reposant sur le support 11. Le support 11 est mobile en translation selon deux axes parallèles à la surface à inspecter. La voie d'éclairage 20 comprend une source 21 comprenant au moins une diode électroluminescente ou LED. La source à LED 21 émet une lumière polychromatique dans la bande des longueurs d'onde visible. Les longueurs d'onde de la lumière émise par la source à LED 21 peuvent s'étendre entre 400 à 700 nm. La voie d'éclairage 20 comprend, en aval de la source 21, une fente de filtrage spatial 22 recevant ledit faisceau lumineux, puis une optique de collimation 23 comprenant une ou plusieurs lentilles, une lame semi-réfléchissante 24 et un objectif 25. La lame semi-réfléchissante 24 reçoit le faisceau incident en provenance de l'optique de collimation 23. Le faisceau incident est dirigé vers l'objectif 25 à partir de la sortie de la lame semi-réfléchissante 24. L'objectif 25 présente un fort chromatisme axial, par exemple avec au moins une lentille réalisée dans un matériau caractérisé par une aberration chromatique de nombre d'Abbe inférieur à 50. A titre d'exemple, le nombre d'Abbe peut être égal à 35. Le faisceau incident atteint la surface supérieure de la plaquette semi-conductrice 40 après la sortie de l'objectif 25.

La voie d'analyse 30 comprend ledit objectif à fort chromatisme axial 25, la lame semi-réfléchissante 24 transmettant le faisceau réfléchi selon un axe différent de l'axe d'entrée du faisceau incident, vers une optique de focalisation 31 remplissant la fonction inverse de l'optique de collimation 23, respectant le principe du retour inverse de la lumière. La voie d'analyse 30 comprend, en aval de l'optique de focalisation 31, 30 un capteur allongé 32. Le capteur allongé 32 est disposé sur le trajet du faisceau réfléchi. Le capteur allongé 32 présente une surface active rectangulaire de facteur d'allongement d'au moins 5. Les éléments capteurs peuvent être du type CCD ou CMOS. La distance entre le capteur allongé 32 et l'objectif 25 est sensiblement égale à la distance entre la fente 22 et l'objectif 25. Le capteur allongé 32 peut être le modèle 0512 de la série SPYDER 2 de la société DALSA.

La sortie du microscope 7 en aval du capteur 32 est reliée à une unité de traitement et d'analyse 50, voir figure 5, capable de stocker les données en provenance du capteur 32, de reconstruire les images à partir des données reçues et d'effectuer une discrimination contre les images en fonction de la présence ou de l'absence de défaut.

Grâce à la présence de la fente de filtrage spatial 22, à l'allongement du capteur d'intensité lumineuse 32 et au fort chromatisme axial de l'objectif 25, les longueurs d'onde non focalisées sur la surface à inspecter - la surface supérieure de la plaquette semi-conductrice 40 - sont filtrées en raison de leur étalement spatial par rapport à la longueur d'onde focalisée. Cet étalement est d'autant plus grand que le chromatisme axial de l'objectif 25 est élevé. En entrée du capteur allongé 32, le faisceau réfléchi comprend une plage relativement étendue de longueurs d'onde. Toutefois, seule une étroite plage de longueurs d'onde sensiblement centrées sur la longueur d'onde focalisée entre dans le capteur. Les longueurs d'ondes éloignées de la longueur d'onde focalisée sont défocalisées. Une faible partie du signal entre dans le capteur 32, cette faible partie étant utile et représentative. On peut ainsi obtenir une image d'une grande netteté tout en bénéficiant d'une voie d'analyse particulièrement simple. Le faisceau réfléchi entrant dans le capteur allongé 32 est représentatif des défauts éventuels de la surface inspectée de la plaquette semi-conductrice 40.

Le microscope confocal chromatique 2 reçoit en provenance de la surface inspectée de la plaquette semi-conductrice 40, la lumière réfléchie et la lumière rétrodiffusée par ladite surface inspectée. Il est donc effectué une mesure de réflectivité. Des variations de la réflectivité sont représentatives des défauts de la surface inspectée. Il est possible d'en déduire des informations relativement précises sur la taille et le type de défaut. Par ailleurs, les actionneurs 8 et 9 fournissent à une sortie un signal de position qui peut servir au pilote 10 d'une part et, d'autre part, est envoyé à l'unité de traitement 50 afin de pouvoir reconstruire une image représentative des défauts sur l'ensemble de la surface inspectée ou sur une partie pertinente, par exemple autour d'un défaut. L'unité de traitement comprend un organe de reconstruction d'images capable de détecter un recouvrement éventuel à partir des données fournies par le capteur allongé 32. L'unité de traitement peut fonctionner en mode ingéniérie en conservant toutes les images reconstruites en vue de la détection, de la classification et de la caractérisation des défauts. L'unité de traitement peut fonctionner en mode production avec détection de zones anormales en tant que prétraitement, conservation des images de zones anormales en vue de la détection, de la classification et de la caractérisation des défauts avec une quantité de données plus faible. Des plaquettes semi-conductrices 40 transparentes ou semi-transparentes peuvent être inspectées, notamment d'absorption inférieure à 30 dB/mm. Des plaquettes semi-conductrices 40 destinées à fabriquer des diodes électroluminescentes peuvent être inspectées. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 3, le pilotage des 15 actionneurs 8 et 9 par le pilote 10 peut être effectué par balayage selon l'un des axes de la surface inspectée et par progression pas à pas selon l'autre axe. La séquence des opérations peut être la suivante : l'actionneur 9 effectue une course aller déplaçant la plaquette semi-conductrice d'une distance au moins égale à son diamètre. Puis l'actionneur 8 se déplace d'un pas, un pas étant de longueur inférieure à la dimension 20 correspondante du faisceau incident, ici la largeur du faisceau incident passé par la fente 22. L'actionneur 9 effectue alors un trajet retour parallèlement au trajet aller mais décalé d'un pas, le faisceau incident fixe balayant une zone de la surface à inspecter parallèle à la zone balayée lors du trajet aller tout en étant légèrement recouvrante. L'actionneur 8 décale à nouveau la plaquette semi-conductrice 40 d'un pas dans la même direction et 25 dans le même sens que le pas précédent. En d'autres termes, l'un des actionneurs effectue une translation de faible amplitude toujours dans le même sens pour une surface donnée à inspecter, tandis que l'autre actionneur effectue un balayage selon un axe perpendiculaire à l'axe de ladite translation et des sens alternés, voir figure 6. On a D < N x Lp avec D le diamètre de la surface à inspecter, N le nombre de pas et Lp la 30 longueur d'un pas.

Dans un autre mode de réalisation, l'un des actionneurs précité est remplacé par un actionneur en rotation. La combinaison d'une translation et d'une rotation permet de parcourir la surface à inspecter en décrivant une spirale. L'actionneur en translation effectuant alors un parcours selon un rayon de la surface à inspecter à une vitesse relativement lente par rapport à la vitesse de l'actionneur en rotation. Dans un autre mode de réalisation, l'actionneur en translation est associé au microscope confocal chromatique 2 monté à translation par rapport au bâti 3, tandis que le support 11 est déplacé en rotation par l'actionneur en rotation et est stationnaire en 10 translation. Comme illustré sur la figure 7, une première étape d'un procédé d'inspection est le chargement de la plaque semi-conductrice dans le dispositif d'inspection 1 puis la mesure proprement dite commence avec l'acquisition 15 20 25 30

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif d'inspection (1) de plaquettes semi-conductrices, caractérisé en ce qu'il comprend un microscope confocal chromatique (2) de prise d'image dirigé vers une surface, inférieure ou supérieure, de la plaquette (40), et comprenant une voie d'éclairage (20) et une voie d'analyse (30), la voie d'éclairage comprenant une source de lumière polychromatique à diode (21) pour éclairer la surface de la plaquette, une fente (22) et un objectif (25) à chromatisme axial choisi pour présenter une aberration chromatique, comportant au moins une lentille réalisée dans un matériau avec un nombre d'Abbe inférieur à 50, la voie d'analyse comprenant ledit objectif (25), et un capteur allongé (32) d'intensité lumineuse réfléchie et rétrodiffusée, dans cet ordre, la fente de la voie d'éclairage et le capteur allongé de la voie d'analyse étant disposés sensiblement à la même distance optique de l'objectif, le dispositif comprenant, en outre, un actionneur d'entraînement en rotation de ladite plaquette par rapport au capteur autour d'un axe de rotation à une première vitesse, un actionneur d'entraînement dudit capteur selon au moins une direction radiale à une deuxième vitesse, et un pilote desdits actionneurs configuré pour commander les première et deuxième vitesses de manière que le champ du capteur à un tour donné de la plaquette recouvre au moins partiellement le champ du capteur au tour précédent de la plaquette et pour émettre une information de position desdits actionneurs.
2. Dispositif d'inspection (1) de plaquettes semi-conductrices, caractérisé en ce qu'il comprend un microscope confocal chromatique (2) de prise d'image dirigé vers une surface, inférieure ou supérieure, de la plaquette (40), et comprenant une voie d'éclairage (20) et une voie d'analyse (30), la voie d'éclairage comprenant une source de lumière polychromatique à diode (21) pour éclairer la surface de la plaquette, une fente (22) et un objectif (25) à chromatisme axial choisi pour présenter une aberration chromatique, comportant au moins une lentille réalisée dans un matériau avec un nombre d'Abbe inférieur à 50, la voie d'analyse comprenant ledit objectif (25), et un capteur allongé (32) d'intensité lumineuse réfléchie et rétrodiffusée, dans cet ordre, la fente de la voie d'éclairage et le capteur allongé de la voie d'analyse étant disposés sensiblement à la même distance optiquede l'objectif, le dispositif comprenant, en outre, un actionneur (8) d'entraînement en translation de ladite plaquette par rapport au capteur selon un premier axe parallèle à ladite surface, un actionneur (9) d'entraînement en translation de ladite plaquette selon un second axe parallèle à ladite surface et différent du premier axe, et un pilote (10) desdits actionneurs configuré pour commander lesdits actionneurs de manière que le champ du capteur à une translation donnée de la plaquette selon le premier axe recouvre au moins partiellement le champ du capteur à la translation précédente de la plaquette et pour émettre une information de position desdits actionneurs.
3 Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le pilote commande la deuxième vitesse Vt selon : Vt cos a < S2 L, avec S2 la vitesse de rotation en tour/seconde, Lc la largeur de champ du capteur dans la direction de déplacement du capteur et a l'angle entre la direction de déplacement du capteur et une direction radiale.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le capteur (32) présente une profondeur de champ fixe compris entre 5 et 3000 pim.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la largeur de champ du capteur (32) dans la direction de déplacement relatif du capteur est comprise entre 0,2 et 100 mm.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant une pluralité de capteurs.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la surface à inspecter de la plaquette (40) est située sensiblement au milieu de la profondeur de champ.
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'autre surface de la plaquette est située sensiblement hors de la profondeur de champ.
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le capteur (32) est monté à demeure sur un bâti (3).
10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant un organe temps réel de repérage des défauts recevant une image de la plaquette provenant du capteur.
11. Procédé d'inspection de plaquettes semi-conductrices, comprenant la prise d'image d'une surface de la plaquette par un microscope confocal chromatique de prised'image dirigé vers une surface, inférieure ou supérieure, de la plaquette, et comprenant une voie d'éclairage et une voie d'analyse, l'éclairage par une source de lumière polychromatique à diode pour éclairer la surface de la plaquette, une fente et un objectif à chromatisme axial choisi pour présenter une aberration chromatique, comportant au moins une lentille réalisée dans un matériau avec un nombre d'Abbe inférieur à 50, l'analyse par ledit objectif, et un capteur allongé d'intensité lumineuse réfléchie et rétrodiffusée, dans cet ordre, la fente de la voie d'éclairage et le capteur allongé de la voie d'analyse étant disposés sensiblement à la même distance optique de l'objectif, l'entraînement en rotation de ladite plaquette par rapport au capteur autour d'un axe de rotation à une première vitesse, l'entraînement dudit capteur selon au moins une direction radiale à une deuxième vitesse, lesdits actionneurs étant pilotés à des première et deuxième vitesses de manière que le champ du capteur à un tour donné de la plaquette recouvre au moins partiellement le champ du capteur au tour précédent de la plaquette et émettant une information de position desdits actionneurs.
12. Procédé d'inspection de plaquettes semi-conductrices, comprenant la prise d'image d'une surface, inférieure ou supérieure, de la plaquette par un microscope confocal chromatique de prise d'image dirigé vers une surface, inférieure ou supérieure, de la plaquette, et comprenant une voie d'éclairage et une voie d'analyse, la voie d'éclairage comprenant une source de lumière polychromatique à diode pour éclairer la surface de la plaquette, une fente et un objectif à chromatisme axial choisi pour présenter une aberration chromatique, comportant au moins une lentille réalisée dans un matériau avec un nombre d'Abbe inférieur à 50, la voie d'analyse comprenant ledit objectif, et un capteur allongé d'intensité lumineuse réfléchie et rétrodiffusée dans cet ordre, la fente de la voie d'éclairage et le capteur allongé de la voie d'analyse étant disposés sensiblement à la même distance optique de l'objectif, l'entraînement en translation de ladite plaquette par rapport au capteur selon un premier axe parallèle à ladite surface en balayant une dimension de la surface à inspecter, alternativement dans un sens puis dans l'autre, et l'entraînement de ladite plaquette selon un second axe parallèle à ladite surface et différent du premier axe pas à pas dans le même sens, lesdits actionneurs étant pilotés de manière que le champ du capteur à une translation donnée dans un sens de laplaquette recouvre au moins partiellement le champ du capteur lors de la translation précédente de sens opposée de la plaquette et émettant une information de position desdits actionneurs.
13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, dans lequel une plaquette (40) transparente ou semi transparente d'absorption inférieure à 30 dB/mm est inspectée.
14. Procédé selon la revendication 11 ou 12, dans lequel une plaquette (40) vierge est inspectée.
15. Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, dans lequel une plaquette (40) comprenant au moins une couche mince est inspectée.
16. Procédé selon l'une des revendications 11 à 15, comprenant une étape de reconstruction de la surface de la plaquette à partir des données image fournies par le microscope.
17. Procédé selon l'une des revendications 11 à 16, comprenant une étape de détection d'anomalies et de classification.