WO2006051243A1 - Procede et appareil de mesure de plaques de semi-conducteur - Google Patents

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WO2006051243A1
WO2006051243A1 PCT/FR2005/050948 FR2005050948W WO2006051243A1 WO 2006051243 A1 WO2006051243 A1 WO 2006051243A1 FR 2005050948 W FR2005050948 W FR 2005050948W WO 2006051243 A1 WO2006051243 A1 WO 2006051243A1
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WO
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plate
measurement
measuring
ring
angular offset
Prior art date
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PCT/FR2005/050948
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Inventor
Cédric ANGELLIER
Original Assignee
S.O.I. Tec Silicon On Insulator Technologies
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/013—Devices or means for detecting lapping completion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/02—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent

Definitions

  • the present invention relates to quality control of plates, also called “wafers", which are in the form of a thin cylindrical slice of a semiconductor material, such as silicon, and which undergoes a number of transformations (polishing, oxidation, implantation, transfer, deposition of layers of materials, etc.) to form a support from which large quantities of components can be made (eg integrated circuit cells or discrete devices).
  • the measurement thickness of the thin layer after polishing (of the order of 20 nm to 1.5 microns) must take into account several specificities; Firstly, a great uniformity of thickness is desired over the entire plate (of the order of a few atomic planes), which requires a high measurement accuracy. During the manufacturing process of these plates, polishing equipment is used. Given the fineness of the thicknesses involved, it is understood that it is important to carefully monitor and regulate the operation of these equipment.
  • an SOI plate has at the periphery a zone called exclusion zone (up to 5 mm around the plate), for which the measurements are not representative.
  • This exclusion zone is in fact larger than the peripheral zone of the unused plate (eg zone not transferred after sticking typically from 1 to 2 mm) in order to avoid measurement artifacts induced by the proximity of the plate edge.
  • Some measurements can be made “online”, ie directly on the production line, while others are performed “offline”, that is to say with measuring means that do not can not be integrated into the production line, such as electrical measurements that can only be performed offline.
  • the polishing equipment includes metrology means (eg reflectometer for thickness measurement) whose capacity in number of measuring points is typically limited to about one hundred points per plate, the time measurement being of the order of one second per point.
  • metrology means eg reflectometer for thickness measurement
  • the methods used to map the plates are a distribution according to a diameter of the plate, or in a circle or by defining the Cartesian coordinates of these measurement points. These methods of positioning the measurement points are therefore not suited to the measurement of SOI plates because they do not allow for example a more dense distribution of the points in the vicinity of the exclusion zone or the deletion of the points in this zone.
  • OTDR measuring equipment For off-line measurements, OTDR measuring equipment (eg measuring devices such as "AcuMap®” from the company ADE semiconductor) perform a mapping that requires a large number of measurement points to obtain a faithful mapping of thin film thickness uniformity: of the order of 7500 points on an AcuMap equipment ®. These measurements are long (it takes about 2 to 3 minutes per plate) and therefore expensive. This is why this type of control is usually performed by sampling (ie off-line control, for example by performing batch analysis of a plate), which is not satisfactory. In addition, off-line sampling control does not allow immediate corrective control, resulting in the loss of products during production.
  • sampling ie off-line control, for example by performing batch analysis of a plate
  • This problem is also applicable to measurements of electrical characteristics and more generally to any characterization of plates (thickness by ellipsometry, stress by Raman measurement, etc.), in particular of SOI plates, for which one wishes to carry out a fast and faithful cartography of a physical quantity.
  • the aim of the invention consists in proposing a technical solution that makes it possible to minimize the number of measurement points by judiciously choosing the position of these points on the plate while ensuring a mapping representative of the physical quantity to be controlled.
  • the surface of the plate is divided into a plurality of concentric rings of constant surface and at least one measurement point is positioned on each ring.
  • the method according to the invention makes it possible to optimize the positioning of the measuring points on a plate to be checked. Indeed, by dividing it into a plurality of concentric rings of constant surface, we obtain rings narrower and narrower as we move away from the center of the plate, which allows to have measurement points closer and closer to the edge of the plate where the need for precision is greater.
  • the division of the concentric ring plate makes it possible to cover only the useful area of the plate to be measured and to guarantee that no measurement is performed in an annular exclusion zone.
  • the outer radius (R n ) of each ring is calculated from the following formula:
  • R n R N (n / N) 1/2 with n varying from 1 to N, where N is the given number of measurement points and RN is the inside radius of the exclusion zone
  • a single measurement point is positioned per ring, for example on the median radius. This makes it possible to obtain a faithful cartography of the plate of certain characteristics which are, as a first approximation, with radial symmetry such as thickness for example.
  • the parameterization of the measuring points can also be carried out in polar coordinates in order to take into account asymmetrical effects in rotation in the plane of the plate.
  • Each measurement point is assigned an angular offset from the previous measurement point.
  • the value of the angular offset can be constant over the entire surface to be measured or vary according to zones grouping part of the rings. In the case of a constant value, the value of the angular offset will be approximately 100 ° for at least the measurement of SOI plates of 300 mm.
  • the number of measurement points may vary from one ring grouping area to another, in order to favor certain areas, such as the periphery of the plate, in density of measurement points per unit area.
  • the measurement method described above applies to any type of plate ("wafer") and in particular to the plates comprising an annular exclusion zone, which is not taken into account during the division into rings of the useful surface to measure.
  • plates can be semiconductor material plates such as SOI silicon on insulator plates.
  • the method of the invention can be used in particular for measurements of thickness, electrical characteristics or stresses.
  • the method further comprises a step of respectively measuring thickness, electrical characteristics or stress at each position of measuring position.
  • the present invention also relates to a circular plate measuring apparatus comprising means measuring device responsive to programmable positioning control members (eg microprocessor) for performing a measurement at a plurality of predetermined points of the plate, characterized in that said control members comprise means for defining on the surface of the plate to be measured a plurality of concentric rings of constant area and to position the measuring means so that they perform at least one measurement in each ring.
  • control members eg microprocessor
  • said control members comprise means for defining on the surface of the plate to be measured a plurality of concentric rings of constant area and to position the measuring means so that they perform at least one measurement in each ring.
  • the value of the angular offset will be approximately 100 ° for at least the measurement of SOI plates of 300 mm.
  • the outer radius (R n ) of each ring is determined from the following formula:
  • R n R N (n / N) 1/2 with n varying from 1 to N, N being the given number of measurement points and RN the inner radius of the exclusion zone.
  • the processing members of the positioning control comprise means for performing a single measurement per ring, for example on the median radius. Said members also comprise means for applying to each measurement point an angular offset, with respect to the previous measurement point, identical over the entire surface to be measured, or different according to several ring delimiting zones.
  • the control members further comprise means for defining an annular exclusion zone on the circular plate which is not taken into account in the surface of the plate to be measured.
  • the measuring means of the apparatus may in particular be means for measuring thickness, electrical characteristics or stress.
  • FIG. 1 is a view schematic diagram of a plate illustrating the method implemented for the positioning of the measuring points according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 illustrates a first example of distribution of the measurement points on a plate according to the invention
  • FIG. 3 is a second example of distribution of the measuring points on a plate according to the invention
  • FIG. 4A illustrates a third example of distribution of the measurement points on a plate with three different zones in each of which the angular offset varies differently
  • FIG. 4B is a graph showing the variations of the radius and the angular offset in the three zones of FIG. 4A.
  • FIG. 1 illustrates a plate 10, such as an SOI plate for example, which comprises a useful zone 11 which must be measured and a peripheral exclusion zone 12.
  • the useful zone 11 has a total area A.
  • R n be the outer radius of a ring, with n being an integer varying from 1 to N, the surface S n of the plate covered with this radius can be written:
  • the outside radius RN of the ring adjacent to the zone 12 (i.e. the last ring N) is:
  • the concentric rings all have the same surface, which has the effect of having rings closer and closer when moving away from the center O and makes it possible to obtain a number of measuring points growing as we get closer to the exclusion zone.
  • This mode of parameterization of the measuring points makes it possible to equitably weight the area of low variability (ie less dense in measurement points) and of high variability (ie more dense in measurement points) so as to keep a correct overall value.
  • the division of the area of the ring-shaped measuring plate makes it possible to optimize the measurement of the plate in particular as regards the control of its thickness.
  • the plate profiles after polishing are essentially radially symmetrical so that, as a first approximation, we can consider that on a given circle, the measurement of the thickness at one point thereof is representative of the whole of its circumference.
  • the measurement points can be arranged by successively separating them from each other by a constant angle so as to best cover the total surface to be measured.
  • ⁇ being the increment of the angular offset, fixed a priori to a greater or lesser value depending on the weight that we wish to assign to asymmetric effects, the value ⁇ o can be any.
  • the measurement points P n (varying from Pi to PN) are then defined by the following polar coordinates:
  • measurement points 100 are obtained which form a spiral with a higher concentration at the limit of the exclusion zone 12.
  • FIG. 3 illustrates the case of controlling the thickness of the thin layer of an SOI plate after polishing.
  • the method according to the invention therefore proposes a solution for optimizing the number and the positioning of the measuring points on a plate which is particularly well suited for "on-line" measuring equipment since the number of measurement points in general available on this type of equipment is of the order of a hundred.
  • the concentric rings can be grouped into several independent zones from the point of view of their parameterization (number of points in a ring and / or value of the angular offset), which is done as previously.
  • This makes it possible to carry out a distribution of the measurement points in a manner more adapted to the topology of the variations of the physical quantity to be controlled (for example as a function of the different pressure zones of the polishing head in the case of thickness control. after polishing) and thus to minimize the number.
  • FIG. 4A illustrates an example of distribution of the measuring points on a plate 30 in three independent zones: the points 300 corresponding to the measuring points arranged according to a first parameterization in a first zone 1, the points 310 to the measurement points arranged according to a second parameterization in a second zone 2 and the points 320 at the measurement points arranged according to a third parameterization in a third zone 3.
  • FIG. 4A it can be seen that, according to the positioning method of the invention, even using independent zones, the measurement points are always included in the useful surface 31 of the plate 30 without overflowing in the exclusion zone 32 .
  • the parameterization of the measurement points is such that it makes it possible to position several measuring points per ring according to a variable or fixed number for each ring, possibly varying the angle ⁇ n and / or the radius R n for each point to be positioned.
  • this method applies to any cartographic measurement of a plate (stress measurement, electrical performance measurement, measurement of uniformity of concentration, measure of constraint, etc.)
  • the method described above is intended in particular to be implemented in the form of a computer program in the metrology apparatuses used for the non-destructive testing of the plates (or "wafers") which use the measurement by point in order to draw up a representative cartography of the entire plate.
  • the apparatuses concerned are, for example, apparatuses for measuring the thickness of a thin film of the plate by reflectometry, such as the measuring instruments of Nova Measuring Instruments or Nanometrics, or by ellipsometry, such as the devices of the range. "Optiprobe®” marketed by the company Thermawave.
  • the present invention can be implemented in any type of plate measuring apparatus which has point measuring tools such as a sensor or moving probe or a steerable beam.
  • point measuring tools such as a sensor or moving probe or a steerable beam.
  • control members which mainly comprise a programmable processing means such as a microprocessor which uses a positioning program in order to move the sensor. measure or equivalent on all defined measurement points. Consequently, the implementation of the invention in this type of apparatus entails only the modification of the positioning software, the measuring tools being positioned on the measurement points calculated from the positioning program corresponding to the method of the invention described above.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de mesure d'une plaque circulaire (10) dans lequel on divise la surface (A) de la plaque en une pluralité (N) d'anneaux concentriques de surface constante (A/H) et on positionne au moins un point de mesure (Pn) sur chaque anneau. Le rayon extérieur (Rn) de chaque anneau est calculé à partir de la formule (I), avec n variant de 1 à N. De cette façon, on obtient des anneaux de plus en plus étroits à mesure que l'on s'éloigne du centre de la plaque, ce qui permet d'avoir des points de mesure de plus en plus rapprochés vers le bord de la plaque et de couvrir uniquement la zone utile (11) de la plaque (10) à mesurer et de garantir qu'aucune de mesure ne soit effectuée dans une zone d'exclusion annulaire (12).

Description

Titre de l'invention
Procédé et appareil de mesure de plaques de semi-conducteur
Arrière-plan de linvention
La présente invention concerne le contrôle de la qualité des plaques, également dénommées "wafers", qui se présentent sous la forme d'une tranche mince cylindrique d'un matériau semi-conducteur, tel que du silicium, et qui subit un certain nombre de transformations (polissage, oxydation, implantation, transfert, dépôt de couches de matériaux, etc.) pour former un support à partir duquel peuvent être réalisés des composants en grande quantité (par exemple cellules de circuits intégrés ou dispositifs discrets).
Tout au long du processus industriel d'élaboration d'une telle plaque, la qualité en épaisseur, structure, défauts, caractéristiques optiques ou électriques, etc., de celle-ci doit être régulièrement contrôlée. A cet effet, il existe des méthodes de mesure des grandeurs pouvant faire l'objet d'une cartographie pleine plaque (caractéristiques électriques, épaisseur d'un film mince, composition, etc.). Cette cartographie est réalisée à partir d'un nombre de points de mesure nécessairement limité par la durée acceptable de ces contrôles au cours du processus de fabrication. Il est donc important d'avoir des méthodes qui permettent de déterminer un nombre de points de mesure minimal et surtout un positionnement judicieux de ceux-ci afin de représenter le plus fidèlement et le plus efficacement possible les caractéristiques de la plaque à mesurer.
Par exemple, dans le cas du contrôle de l'uniformité d'épaisseur de la couche mince de silicium d'une plaque bien connue de SOI (« Silicon On Insulator » : silicium sur isolant) obtenue par la technologie Smart Cut™, la mesure d'épaisseur de la couche mince après polissage (de l'ordre de 20 nm à 1,5 μm) doit tenir compte de plusieurs spécificités ; Premièrement, une grande uniformité d'épaisseur est désirée sur toute la plaque (de l'ordre de quelques plans atomiques), ce qui nécessite une grande précision de mesure. Au cours du processus de fabrication de ces plaques, des équipements de polissage sont utilisés. Compte tenu de la finesse des épaisseurs en jeu, on comprend qu'il est important de surveiller et de réguler avec soin l'opération de ces équipements.
En outre, une plaque de SOI présente en périphérie une zone appelée zone d'exclusion (jusqu'à 5 mm en pourtour de plaque), pour laquelle les mesures ne sont pas représentatives. Cette zone d'exclusion est en fait plus grande que la zone périphérique de la plaque non utilisée (ex. zone non transférée après collage typiquement de 1 à 2 mm) afin d'éviter des artefacts de mesure induits par la proximité du bord de plaque. Certaines mesures peuvent être effectuées "en ligne", c'est-à- dire directement sur la ligne de production, tandis que d'autres sont effectuées "hors ligne", c'est-à-dire avec des moyens de mesure qui ne peuvent pas être intégrés dans la ligne de production, comme par exemple les mesures électriques qui ne peuvent être réalisées que hors ligne seulement.
Concernant les mesures "en ligne", les équipements de polissage comprennent des moyens de métrologie (ex. réflectomètre pour mesure d'épaisseur) dont la capacité en nombre de points de mesure est limitée typiquement à environ une centaine de points par plaque, le temps de mesure étant de l'ordre d'une seconde par point. Les méthodes utilisées pour réaliser la cartographie des plaques sont une répartition soit suivant un diamètre de la plaque, soit suivant un cercle ou encore en définissant les coordonnées cartésiennes de ces points de mesure. Ces méthodes de positionnement des points de mesure ne sont donc pas adaptées à la mesure de plaques de SOI car elles ne permettent pas par exemple une répartition plus dense des points au voisinage de la zone d'exclusion ou la suppression des points dans cette zone.
Concernant les mesures "hors ligne", les équipements de mesure par réflectométrie (par exemple les appareils de mesure tels que "AcuMap®" de la société ADE semiconductor) réalisent une cartographie qui nécessite un nombre important de points de mesure pour obtenir une cartographie fidèle de l'uniformité d'épaisseur de la couche mince : de l'ordre de 7500 points sur un équipement AcuMap®. Ces mesures sont longues (il faut compter environ 2 à 3 minutes par plaque) et donc coûteuses. C'est pourquoi ce type de contrôle est généralement effectué par échantillonnage (i.e. contrôle hors ligne par exemple en effectuant l'analyse d'une plaque par lot), ce qui n'est pas satisfaisant. En outre, le contrôle hors ligne de production par échantillonnage ne permet pas un contrôle correctif immédiat, ce qui entraîne la perte de produits en cours de production.
Cette problématique, exposée par souci de clarification dans le cas particulier de la mesure d'épaisseur, est également applicable aux mesures de caractéristiques électriques et plus généralement à toute caractérisation de plaques (épaisseur par ellipsométrie, contrainte par mesure Raman, etc.), notamment de plaques de SOI, pour lesquelles on souhaite réaliser une cartographie rapide et fidèle d'une grandeur physique.
Objet et résumé de l'invention
Le but de l'invention consiste à proposer une solution technique qui permet de minimiser le nombre de points de mesure par un choix judicieux de la position de ces points sur la plaque tout en assurant une cartographie représentative de la grandeur physique à contrôler.
Ce but est atteint avec une procédé de mesure dans lequel, conformément à la présente invention, on divise la surface de la plaque en une pluralité d'anneaux concentriques de surface constante et on positionne au moins un point de mesure sur chaque anneau.
Ainsi, le procédé selon l'invention permet d'optimiser le positionnement des points de mesure sur une plaque à contrôler. En effet, en divisant celle-ci en une pluralité d'anneaux concentriques de surface constante, on obtient des anneaux de plus en plus étroits à mesure que l'on s'éloigne du centre de la plaque, ce qui permet d'avoir des points de mesure de plus en plus rapprochés vers le bord de la plaque où le besoin de précision est plus important. En outre, la division de la plaque en anneaux concentriques permet de couvrir uniquement la zone utile de la plaque à mesurer et de garantir qu'aucune de mesure ne soit effectuée dans une zone d'exclusion annulaire.
Le rayon extérieur (Rn) de chaque anneau est calculé à partir de la formule suivante :
Rn = RN(n/N)1/2 avec n variant de 1 à N, N étant le nombre donné de points de mesure et RN le rayon intérieur de la zone d'exclusion
Selon un aspect particulier de l'invention, on positionne un seul point de mesure par anneau, par exemple sur le rayon médian. Cela permet d'obtenir une cartographie fidèle de la plaque de certaines caractéristiques qui sont, en première approximation, à symétrie radiale telles que l'épaisseur par exemple.
Le paramétrage des points de mesure peut en outre être effectué en coordonnées polaires afin de tenir compte d'effets asymétriques en rotation dans le plan de la plaque. On affecte à chaque point de mesure un décalage angulaire par rapport au point de mesure précédent. La valeur du décalage angulaire peut être constante sur toute la surface à mesurer ou varier suivant des zones regroupant une partie des anneaux. Dans le cas d'une valeur constante, la valeur du décalage angulaire sera d'environ 100° pour au moins la mesure de plaques SOI de 300 mm.
De même, le nombre de points de mesure peut varier d'une zone de regroupement d'anneaux à une autre, afin de privilégier certaines zones, telle que la périphérie de la plaque, en densité de points de mesure par unité de surface.
La méthode de mesure décrite ci-dessus, s'applique à tout type de plaque ("wafer") et en particulier aux plaques comportant une zone annulaire d'exclusion, laquelle n'est pas prise en compte lors de la division en anneaux de la surface utile à mesurer. Ces plaques peuvent être des plaques de matériau semi-conducteur telles que des plaques de silicium sur isolant SOI.
Le procédé de l'invention peut être utilisé notamment pour des mesures d'épaisseur, de caractéristiques électriques ou de contraintes. Dans ce cas, le procédé comprend en outre une étape de mesure respectivement d'épaisseur, de caractéristiques électriques ou de contrainte au niveau de chaque point de mesure positionné- La présente invention a également pour objet un appareil de mesure de plaque circulaire comprenant des moyens de mesure réagissant à des organes de commande de positionnement programmables (ex. microprocesseur) pour réaliser une mesure en plusieurs points déterminés de la plaque, caractérisé en ce que lesdits organes de commande comprennent des moyens pour définir sur la surface de la plaque à mesurer une pluralité d'anneaux concentriques de surface constante et pour positionner les moyens de mesure de manière à ce qu'ils réalisent au moins une mesure dans chaque anneau. Dans le cas d'une valeur constante, la valeur du décalage angulaire sera d'environ 100° pour au moins la mesure de plaques SOI de 300 mm.
Pour ces organes de commande de positionnement, le rayon extérieur (Rn) de chaque anneau est déterminé à partir de la formule suivante :
Rn = RN(n/N)1/2 avec n variant de 1 à N, N étant le nombre donné de points de mesure et RN le rayon intérieur de la zone d'exclusion.
De même que décrit précédemment, les organes de traitement de la commande de positionnement comprennent des moyens permettant de réaliser une seule mesure par anneau, par exemple sur le rayon médian. Lesdits organes comprennent aussi des moyens pour appliquer à chaque point de mesure un décalage angulaire, par rapport au point de mesure précédent, identique sur toute la surface à mesurer, ou différent suivant plusieurs zones de délimitation des anneaux. Les organes de commande comprennent en outre des moyens pour définir une zone annulaire d'exclusion sur la plaque circulaire qui n'est pas prise en compte dans la surface de la plaque à mesurer.
Les moyens de mesure de l'appareil peuvent être notamment des moyens de mesure d'épaisseur, de caractéristiques électriques ou de contrainte.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'une plaque illustrant la méthode mise en œuvre pour le positionnement des points de mesure selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 illustre un premier exemple de répartition des points de mesure sur une plaque selon l'invention ; - la figure 3 est illustre un deuxième exemple de répartition des points de mesure sur une plaque selon l'invention ;
- la figure 4A illustre un troisième exemple de répartition des points de mesure sur une plaque avec trois zones différentes dans chacune desquelles le décalage angulaire varie différemment ; - la figure 4B est un graphique montrant les variations du rayon et du décalage angulaire dans les trois zones de la figure 4A.
Description détaillée d'un mode de réalisation
On décrit, en référence à la figure 1, les étapes mises en œuvre pour le positionnement de points de mesure conformément à un procédé de l'invention. La figure 1 illustre une plaque 10, telle qu'une plaque de SOI par exemple, qui comprend une zone utile 11 qui doit être mesurée et une zone d'exclusion périphérique 12. La zone utile 11 présente une aire totale A.
Dans un premier temps, on divise la zone li a contrôler en un nombre N déterminé d'anneaux concentriques égal au nombre de points à mesurer. On impose également pour chaque anneau une surface constante S telle que S = A/N.
Soit Rn le rayon extérieur d'un anneau, avec n entier variant de 1 à N, la surface Sn de la plaque couverte avec ce rayon peut s'écrire :
Sn = π.Rn 2 = n.A/N (1)
L'aire de la plaque à mesurer ne comprenant pas la zone d'exclusion 12 définie par une largeur périphérique EE, le rayon extérieur RN de l'anneau adjacent à la zone 12 (i.e. le dernier anneau N) est :
RN = Rw ~ EE,
avec Rw = rayon de la plaque (cf. figure 1). Par conséquent, puisque le rayon RN correspond au rayon qui permet de calculer l'aire A (i.e. A= π.RN 2), la surface Sn peut encore s'écrire :
Sn= n.π.RN 2/N (2)
En combinant les relations (1) et (2) précédente, on obtient la loi de variation du rayon extérieur Rn des anneaux:
Rn = RN(n/N)1/2 (3)
Une fois les N anneaux ainsi définis selon la relation (3), on positionne radialement au moins un point de mesure Pn par anneau, par exemple sur le rayon médian de chaque anneau, soit, pour un anneau de rayon extérieur Rn, sur un rayon R'n égal à (Rn-I + Rn)/2. Conformément à l'invention, les anneaux concentriques ont tous la même surface, ce qui a pour conséquence d'avoir des anneaux de plus en plus rapprochés lorsqu'on s'éloigne du centre O et permet d'obtenir un nombre de points de mesure croissant au fur et à mesure qu'on se rapproche de la zone d'exclusion. Ce mode de paramétrage des points de mesure permet de pondérer équitablement la zone de faible variabilité (i.e. moins dense en points de mesure) et de haute variabilité (i.e. plus dense en points de mesure) de manière à garder une valeur d'ensemble correcte. La division de l'aire de la plaque à mesurer en anneaux permet d'optimiser la mesure de la plaque notamment en ce qui concerne le contrôle de son épaisseur. En effet, les profils de plaque après polissage sont essentiellement à symétrie radiale de sorte que, en première approximation, on peut considérer que sur un cercle donné, la mesure de l'épaisseur en un point de celui-ci est représentative de l'ensemble de sa circonférence.
Toutefois, il peut exister également des effets longitudinaux asymétriques sur la plaque. Pour prendre en compte ces effets asymétriques, on peut disposer les points de mesure en les écartant successivement les uns des autres d'un angle constant de manière à couvrir au mieux la surface totale à mesurer.
Comme illustré sur la figure 1, on impose à chaque point de mesure Pn un décalage angulaire θn défini par la loi de variation suivante :
Figure imgf000010_0001
Δθ étant l'incrément du décalage angulaire, fixé a priori à une valeur plus ou moins importante selon le poids que l'on souhaite attribuer aux effets asymétriques, la valeur θo pouvant être quelconque. Les points de mesures Pn (variant de Pi à PN) sont alors définis par les coordonnées polaires suivantes :
Pn = [R'n, θn], avec n variant de 1 à N Pour un incrément de décalage angulaire Δθ relativement petit (inférieur à 10 degrés), la répartition des points sur la surface à mesurer prend la forme d'une spirale se déroulant sur la surface de la plaque et convient lorsque les variations radiales sont prépondérantes. Pour un incrément de décalage angulaire Δθ plus grand, cette répartition des points de mesure devient plus uniforme et est mieux adaptée lorsque les effets asymétriques sont importants.
Sur la figure 2 est représenté un exemple intermédiaire de répartition des points de mesure, le paramétrage étant : nombre de points N = 89 et décalage angulaire d'incrément Δθ = 15 deg. Comme expliqué précédemment, avec un tel paramétrage on obtient des points de mesure 100 qui forment une spirale avec une concentration plus importante à la limite de la zone d'exclusion 12.
A titre d'exemple, la figure 3 illustre le cas du contrôle de l'épaisseur de la couche mince d'une plaque SOI après polissage. Dans ce cas, un incrément Δθ de 100 deg, pour un nombre N de points de mesure
200 limité à 50, permet d'obtenir une cartographie fidèle de la plaque. Le procédé selon l'invention, propose par conséquent une solution d'optimisation du nombre et du positionnement des points de mesure sur une plaque qui est particulièrement bien adaptée pour les équipements de mesure « en ligne » puisque le nombre de points de mesure en général disponibles sur ce type d'équipement est de l'ordre de la centaine.
Le demandeur a cherché à déterminer l'influence de cet angle de décalage sur la fidélité de la mesure. A cet effet, des tests ont été réalisés sur plusieurs plaques afin de déterminer les coefficients de corrélation entre les mesures d'épaisseur de plaques de 300 mm SOI après polissage obtenue selon les deux méthodes suivantes :
- Par mesure avec un appareil de mesure AcuMap® de la société ADE, la mesure ayant été réalisée sur 7500 points, et - suivant la méthode de l'invention pour plusieurs valeurs d'angles et pour différentes valeurs de N.
Il est apparu à l'issu de ces mesures qu'une bonne précision (c'est à dire une bonne corrélation entre la mesure suivant l'invention et celles réalisées avec l'appareil de mesure AcuMap®) est obtenue pour un angle de décalage Δθ de l'ordre de 100°. En tout état de cause, les tests ont montré que la corrélation obtenue avec angle de décalage Δθ de l'ordre de 100°, est bien supérieure à celle obtenue lorsque l'angle est de l'ordre de 15°. Les tests ont également démontré qu'avec la méthode de l'invention une cinquantaine de point de mesure (N) était suffisants pour le niveau de précision recherché.
Selon une variante de mise en oeuvre de l'invention, les anneaux concentriques peuvent être groupés en plusieurs zones indépendantes du point de vue de leur paramétrage (nombre de points dans un anneau et/ou valeur du décalage angulaire), lequel s'effectue comme précédemment. Cela permet d'effectuer une répartition des points de mesure de manière plus adaptée à la topologie des variations de la grandeur physique à contrôler (par exemple en fonction des différentes zones de pression de la tête de polissage dans le cas du contrôle de l'épaisseur après polissage) et ainsi d'en minimiser le nombre.
La figure 4A illustre un exemple de répartition des points de mesure sur une plaque 30 en trois zones indépendantes : les points 300 correspondant aux points de mesure disposés selon un premier paramétrage dans une première zone 1, les points 310 aux points de mesure disposés selon un second paramétrage dans une deuxième zone 2 et les points 320 aux points de mesure disposés selon un troisième paramétrage dans une troisième zone 3. Sur la figure 4B qui montre révolution du rayon Rn et de l'angle θn suivant les zones, on observe que seul le décalage angulaire varie d'une zone à l'autre : pour la zone 1 Δθ = 25 deg, pour la zone 2 Δθ =30 deg et pour la zone 3 Δθ = 50 deg (N=50).
Sur la figure 4A, on constate que, conformément au procédé de positionnement de l'invention, même en utilisant des zones indépendantes les points de mesure sont toujours compris dans la surface utile 31 de la plaque 30 sans déborder dans la zone d'exclusion 32.
Selon encore une variante de réalisation de l'invention, le paramétrage des points de mesure est tel qu'il permet de positionner plusieurs points de mesure par anneau suivant un nombre variable ou fixe pour chaque anneau, en faisant varier éventuellement l'angle θn et/ou le rayon Rn pour chaque point à positionner.
Bien que décrite ci-dessus par souci de simplification en relation avec la mesure d'épaisseur de couches minces après polissage, cette méthode s'applique à toute mesure cartographique d'une plaque (mesure de contrainte, mesure de performance électrique, mesure de l'uniformité de concentration, mesure de contrainte, etc.)
La méthode décrite ci-dessus est notamment destinée à être mise en œuvre sous forme de programme informatique dans les appareils de métrologie utilisés pour le contrôle non destructif des plaques (ou "wafers") qui utilisent la mesure par point afin de dresser une cartographie représentative de l'ensemble de la plaque. Les appareils concernés sont par exemple les appareils permettant de mesurer l'épaisseur d'un film mince de la plaque par réflectométrie, tel que les appareils de mesures des sociétés Nova Measuring Instruments ou Nanometrics, ou par ellipsométrie, tels que les appareils de la gamme "Optiprobe®" commercialisés par la société Thermawave.
D'une manière générale, la présente invention peut être mise en œuvre dans tout type d'appareil de mesure de plaque qui dispose d'outils de mesure par points tels qu'un capteur ou sonde mobile ou un faisceau orientable. Dans ce type d'appareil, il est bien connu que le positionnement des points de mesure est réalisé par des organes de commandes qui comprennent principalement un moyen de traitement programmable tel qu'un microprocesseur qui utilise un programme de positionnement afin de déplacer le capteur de mesure ou équivalent sur tous les points de mesure définis. Par conséquent, la mise en œuvre de l'invention dans ce type d'appareil n'entraîne que la modification du logiciel de positionnement, les outils de mesure étant positionnés sur les points de mesure calculés à partir du programme de positionnement correspondant à la méthode de l'invention décrite précédemment.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de mesure d'une plaque circulaire comprenant les étapes suivantes : a) division de la surface (A) de la plaque en une pluralité (N) d'anneaux concentriques de surface constante (A/N), et b) positionnement d'au moins un point de mesure sur chaque anneau.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans l'étape a), le rayon extérieur (Rn) de chaque anneau est calculé à partir de la formule suivante :
Rn = RN(n/N)1/2 avec n variant de 1 à N.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans l'étape b), on positionne le point de mesure sur le cercle médian de l'anneau.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, dans l'étape b), on applique à chaque point de mesure un décalage angulaire par rapport au point de mesure précédent.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la valeur du décalage angulaire est constante sur toute la surface à contrôler.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la valeur du décalage angulaire est de l'ordre de 100°.
7. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la valeur du décalage angulaire varie suivant plusieurs zones de délimitation des anneaux.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, dans l'étape b), le nombre de points de mesure varie suivant des zones de délimitation des anneaux.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la plaque circulaire comporte une zone annulaire d'exclusion qui n'est pas prise en compte lors de l'étape a).
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la plaque circulaire est une plaque de matériau semi-conducteur.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la plaque circulaire est une plaque de silicium sur isolant.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de mesure d'épaisseur au niveau de chaque point de mesure positionné.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de mesure de caractéristiques électriques ou de contrainte au niveau de chaque point de mesure positionné.
14. Appareil de mesure d'une plaque circulaire comprenant des moyens de mesure réagissant à des organes de commande de positionnement pour réaliser une mesure en plusieurs points déterminés de la plaque, caractérisé en ce que lesdits organes de commande comprennent des moyens pour diviser la surface de la plaque à mesurer en une pluralité d'anneaux concentriques de surface constante et pour positionner les moyens de mesure de manière à ce qu'ils réalisent au moins une mesure dans chaque anneau.
15. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que, le rayon extérieur (Rn) de chaque anneau est calculé à partir de la formule suivante :
Rn = RN(n/N)1/2 avec n variant de 1 à N.
16. Appareil selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce qu'il réalise une mesure en un point sur le cercle médian de chaque anneau.
17. Appareil selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que les organes de commande de positionnement comprennent en outre des moyens pour appliquer à chaque point de mesure un décalage angulaire par rapport au point de mesure précédent.
18. Appareil selon la revendication 17, caractérisé en ce que la valeur du décalage angulaire est constante.
19. Appareil selon la revendication 18, caractérisé en ce que la valeur du décalage angulaire est de l'ordre de 100°.
20. Appareil selon la revendication 17, caractérisé en ce que la valeur du décalage angulaire varie suivant des zones de délimitation des anneaux.
21. Appareil selon l'une des revendications 14 à 20, caractérisé en ce que le nombre de points de mesure varie suivant des zones de délimitation des anneaux.
22. Appareil selon l'une quelconque des revendications 14 à 21, caractérisé en ce que les organes de commande de positionnement comprennent en outre des moyens pour définir une zone annulaire d'exclusion sur la plaque circulaire qui n'est pas prise en compte dans la surface de la plaque à mesurer.
23. Appareil selon l'une quelconque des revendications 14 à 22, caractérisé en ce que les moyens de mesure sont des moyens de mesure d'épaisseur, de caractéristiques électriques ou de contrainte.
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