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WO2011138524A9 - Dispositif et procede d'inspection de plaquettes semi-conductrices en mouvement - Google Patents

Dispositif et procede d'inspection de plaquettes semi-conductrices en mouvement Download PDF

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Publication number
WO2011138524A9
WO2011138524A9 PCT/FR2011/000273 FR2011000273W WO2011138524A9 WO 2011138524 A9 WO2011138524 A9 WO 2011138524A9 FR 2011000273 W FR2011000273 W FR 2011000273W WO 2011138524 A9 WO2011138524 A9 WO 2011138524A9
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wafer
inspection
substrate
camera
image
Prior art date
Application number
PCT/FR2011/000273
Other languages
English (en)
Other versions
WO2011138524A1 (fr
Inventor
Philippe Gastaldo
Frédéric PERNOT
Olivier Piffard
Original Assignee
Altatech Semiconductor
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Altatech Semiconductor filed Critical Altatech Semiconductor
Priority to JP2013508535A priority Critical patent/JP5840677B2/ja
Priority to US13/696,322 priority patent/US8817249B2/en
Priority to SG2012077640A priority patent/SG184943A1/en
Publication of WO2011138524A1 publication Critical patent/WO2011138524A1/fr
Publication of WO2011138524A9 publication Critical patent/WO2011138524A9/fr
Priority to IL222480A priority patent/IL222480A/en

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G—PHYSICS
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9501—Semiconductor wafers
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    • G01N21/9501—Semiconductor wafers
    • G01N21/9503—Wafer edge inspection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67288—Monitoring of warpage, curvature, damage, defects or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions

Definitions

  • the invention relates to the field of inspection and control of semiconductor wafers or substrates in progress or at the end of manufacture, or during the production of integrated circuits.
  • the invention improves the situation.
  • the semiconductor wafer defect inspection device comprises a surface defect detecting member from variations in the slope of a surface of the wafer, a surface defect detecting member from the variations of the luminous intensity reflected by a surface of the wafer, at a plurality of points a light intensity sensing member diffused by the surface of the wafer, several light sources, and a detection and classification mechanism mounted downstream said detection members.
  • the first common light source may include a projection element on the surface of the wafer, and a pattern comprising an alternation of continuous light fringes and dark bands.
  • the projection element may comprise a brightness screen at least equal to 300 cd / cm.
  • the device may include an image pickup sensor common to said detection members. Said image pickup sensor may be able to detect the displacement of the fringes reflected by the substrate.
  • the surface defect detecting member from the variations of the reflected light intensity may include an intensity calculating element at a plurality of points of the image for generating an image of the reflected intensities.
  • the detection and classification mechanism may comprise a classification grid according to whether or not a defect is visible in the image of the reflected intensities, and is visible or not in an image of variations in the slope of the surface of the wafer.
  • the inspection device may be part of a machine comprising a platelet transport arm having at least one platelet support member, a remote two-arm platen gripper configured to hold opposite edges of the platelet , the gripper being rotatably mounted on a shaft in order to be able to turn the plate between a substantially horizontal position and a substantially vertical position, and at least two inspection systems arranged on one side and the other of the plate in a position substantially vertical, symmetrically with respect to the plane passing through the plate.
  • the detection and classification mechanism can be connected to an output of said inspection system, the classification grid taking into account that a defect is visible or not on both sides of the wafer in close places.
  • the machine can be independent of the inspection device.
  • the inspection system offers output images from which the detection and classification system analyzes to output a result file including the nature, position and characteristics of defects (such as size , amplitude, ...) as well as an image of the area including the defect.
  • This analysis can be done directly after production of the image or a posteriori on a remote station in which we will introduce the image files obtained. This process is described in document FR2931295.
  • the semiconductor wafer inspection device may include at least one platelet transport arm provided with at least one platelet support member. Said arm is configured to move at least one wafer along a path comprising at least a substantially rectilinear portion.
  • the at least one support member may define a support surface so as to maintain the wafer substantially horizontal.
  • the device may comprise at least one temporally integrated linear camera disposed above the transport arm.
  • the camera may be provided with a field intersecting the rectilinear part of said trajectory so that the upper surface of a semiconductor wafer is observed by said camera during its movement along a rectilinear part of the trajectory.
  • the device may comprise at least one linear camera disposed above the trajectory.
  • the device may include one or a plurality of linear cameras arranged under the path for observing a lower surface of the wafer, the support members having a first gap or a first shape in a forward path and a second gap different from the first gap or a shape different from the first shape during a return trip, allowing an inspection of almost all of the lower surface of the wafer, a part during the outward journey and a complementary part during the return path of the wafer along the rectilinear part of the trajectory.
  • the device may comprise two platelet transport arms provided with support elements, the support elements of a first arm having a different spacing or a different shape of the support elements of the second arm, the first arm being configured to produce a path of a wafer, the return path being provided by the second arm thus allowing an inspection of the entire lower surface of the wafer, partly during the outward journey and partly during the return journey.
  • the camera may comprise a rectangular array of pixels, for example, having more than 2000 pixels in length and more than 48 pixels in width, and an summing element for making the sum of pixels of a width when inspecting a surface semiconductor wafer.
  • the camera (s) may be sensitive to ultraviolet radiation.
  • the device may include a light source comprising a light emitting diode array.
  • the device may include a semiconductor wafer edge inspection system, including a chromatic confocal microscope with a light path and an analysis path.
  • the lighting path may comprise a polychromatic light source, a slot and an axial chromatic lens comprising at least one lens made of a material whose Abbe number is less than 50.
  • the analysis channel may comprise said objective, a chromatic filtering slot and a light intensity sensor in that order.
  • the slot of the light path and slot of the scan channel may be disposed substantially at the same optical distance from the pad edge to be inspected.
  • the detection and classification mechanism may be connected to an output of the on-board inspection system.
  • the classification grid may take into account whether a defect is visible or not on an image provided by the on-board inspection system.
  • the slot of the lighting path can form a linearization device.
  • the light source may comprise a set of light-emitting diodes and a device for homogenizing the light intensity along the line.
  • the method for inspecting semiconductor wafer defects comprises the following steps: variations in the slope of a surface of the wafer are measured by a first surface defect detecting member, variations in light intensity reflected by one surface of the wafer are measured by the same organ during the same acquisition, said surface of the wafer being illuminated by a common light source, surface defects are classified by a detection and classification mechanism mounted downstream of said detection members.
  • a semiconductor wafer defect inspection method may include the steps of measuring variations in the slope of a wafer surface by a first surface defect detecting member, measuring variations in light intensity reflected by a surface of the wafer by a second surface defect detecting member, said surface of the wafer being illuminated by a light source, grading of surface defects by a detection and classification mechanism mounted downstream of said detectors; detection.
  • the first surface defect detecting member and the second surface defect detecting member may be active in masked time during an inspection of another property of said platelet.
  • a wafer resting on at least one support member belonging to a transport arm can be moved along a path comprising at least one rectilinear part.
  • at least one time integrated linear camera can make an observation of the upper surface of the wafer. The inspection may be carried out before and / or after a static inspection.
  • a semiconductor wafer resting on at least one support element belonging to a transport arm is moved along a path comprising at least one rectilinear part, and during the rectilinear part of the trajectory, at the less a time integrated linear camera makes an observation of the upper surface of the wafer.
  • Figure 1 is a schematic perspective view of a flat disk inspection machine, such as semiconductor wafers
  • Figure 2 is a front elevational view of the machine of Figure 1 with the frame and hood members removed;
  • Figure 3 is a top view of the machine of Figure 1;
  • Figure 4 is a schematic side view of the clamp in a first position
  • Figure 5 is a schematic side view of the clamp in a second position
  • Figure 6 is a cross-sectional view of a branch of the clamp
  • Figures 7 and 8 are flowcharts of process steps;
  • Figure 9 is a top view of a flat disk inspection machine;
  • Fig. 10 is a schematic view of a defect inspection assembly
  • Fig. 11 is a flowchart of fault inspection steps
  • Figure 12 is a schematic view of a semiconductor wafer
  • Fig. 13 is a detail view of Fig. 12;
  • Fig. 14 is a schematic view of an edge inspection device of semiconductor wafers
  • Figure 15 is a variant of Figure 14;
  • Fig. 16 is a schematic view of an inspection device according to one embodiment
  • Figure 17 is a schematic view of a processing unit.
  • Figures 18 to 23 are schematic views illustrating the detection of surface defects by the local slope.
  • Figures 24 and 25 are schematic views illustrating the detection of defects by linear sensor in a black field.
  • EP 1 194 803 which furthermore proposes a complex catadioptric structure.
  • the solution generally adopted is the use of a reference surface with a flatness better than that measurable, on which the wafer is placed or maintained during the measurement.
  • This reference surface is generally that of a massive support.
  • the contact between this surface and the wafer is a source of contamination of the rear face.
  • this method hides the back face during the measurement of the front face.
  • the Applicant has developed a platelet inspection machine in a vertical static position, see FR 2931295. Excellent fault detection sensitivity perpendicular to the plane of the wafer is obtained.
  • the Applicant has devised a platelet inspection machine in flight.
  • the flight inspection helps maintain the pace of neighboring processes, especially upstream and downstream.
  • the inspection is done in masked time.
  • the search for a high sensitivity parallel to the plane of the wafer has kept the wafer in a horizontal position.
  • the Applicant realized that a masked time inspection in a horizontal position could take advantage of displacement of the wafer between existing machines, in particular in the machine according to FR 2931295 to which the reader is invited to refer.
  • the wafer is moved to a substantially horizontal position during the inspection.
  • Opposite surfaces of the wafer are said to be upper and lower by convention, even when the wafer is in a vertical position, with reference to the horizontal position of the wafer supported by the fork during travel.
  • Support members for supporting a wafer may form a fork.
  • the support elements can thus move the wafer in a horizontal position while obscuring part of the lower surface of the wafer and leaving free another part.
  • the fork provides good mechanical stability of the semiconductor wafer and deformation under its own weight within acceptable limits during examination during movement.
  • the transport arm may comprise at least two axes of articulation.
  • the transport arm can be supported by a turret.
  • the turret can support two platelet transport arms.
  • the turret can be mounted in translation on a slide. The turret with two transport arms optimizes the movement of the wafer between a platelet storage and the gripper.
  • the device may comprise a control unit configured to control the taking of images by the camera (s) and, where appropriate, illumination by at least one light source.
  • the control unit may comprise at least one output connected to a camera and at least one output connected to the corresponding light source for synchronizing said camera and said light source.
  • the light source may comprise a light emitting diode array.
  • Each image can be taken for an exposure time of the order of 100 milliseconds to 3 seconds.
  • the transfer time by the cameras can be of the order of 50 milliseconds to 1 second.
  • the device may comprise at least one linear camera disposed above the trajectory. When using multiple cameras, each will be used to inspect a portion of the surface to improve system resolution and defect detection sensitivity.
  • the inspection can be performed from a device according to the patent application FR2914422 to which the reader is invited to refer, modified by the addition of a surface defect detecting member from variations of the luminous intensity reflected by a surface of the wafer.
  • Said member may comprise a calculation module receiving data from a common sensor with the surface defect detecting member from variations in the slope of a surface of the wafer.
  • the common sensor can include a camera, including CCD type.
  • the light source common to the two detection members may comprise a video screen receiving a transmission signal of a test pattern.
  • one or more time-integrated cameras also known by the acronym "TDI” for "time delay integration” in English language.
  • TDI time delay integration
  • a TDI camera includes a matrix of sensor elements and a compensation block configured to compensate the yarn due to displacement of the wafer during the exposure time.
  • the charges generated in the sensor elements are moved virtually at the same speed.
  • the displacement can be achieved by reading the matrix of sensor elements by means of a shift read register.
  • the offset can be calculated according to the speed of movement of the wafer.
  • the surface of the wafer is illuminated with an intense lighting system that may be based on LEDs.
  • the lighting system is focused on the area next to the TDI camera.
  • the orientation of the beam is made so that the light directly reflected on the surface is out of the opening of the camera.
  • the camera detects only the light scattered by the surface or by elements present on it, whether they belong to the substrate or are hung on the surface.
  • the device may include a linear camera disposed under the path to observe a lower surface of the wafer.
  • Support members may have a first gap or a first shape on a forward path and a second different gauge or shape of the first gauge or first shape on a return path.
  • the device may comprise two platelet transport arms provided with support members, the support members of a first arm having a different spacing from the support members of the second arm, the first arm being configured to make a one-way trip of a wafer, the return path being provided by the second arm thus allowing an inspection of the entire lower surface of the wafer, partly during the outward journey and partly during the return journey.
  • the camera (s) may be sensitive to ultraviolet radiation.
  • the camera may comprise a rectangular matrix of pixels, comprising more than 2000 pixels in length and more than 100 pixels in width, and a summing element for making the sum of the pixels of a width when inspecting a surface of a semiconductor wafer.
  • the inspection is carried out before and / or after a static inspection, in particular during a displacement of the wafer towards or coming from the static inspection.
  • the part of the lower surface of the wafer obscured by the transport elements may be distinct from the part obscured by the transport elements when moving towards the static inspection.
  • the spacing or shape of the transport elements may be different on the outward and returnward directions.
  • the relative positioning of the transport elements with respect to the lower surface of the wafer may be different on the outward and returnward directions.
  • the inspection device may be part of a machine comprising a platelet transport arm having at least one platelet support member, a remote two-arm platen gripper configured to hold opposite edges of the platelet the tongs being rotatably mounted on a shaft for rotation of the wafer between a substantially horizontal position and a substantially vertical position, and at least one inspection system disposed on one side and another system arranged symmetrically with respect to the plane passing by the plate, facing it.
  • Each inspection system may comprise at least one light source and at least one camera disposed on one side and at least one light source, each camera being positioned to capture the light reflected from the surface of the wafer causing it face and each light source being positioned to emit an incident beam toward said surface.
  • the transport arm may comprise at least two axes of articulation and be supported by a turret supporting at least one platelet transport arm, the turret being mounted in translation on a slide.
  • Each branch of the clamp may have a groove, in particular of generally V-shaped, formed on a surface disposed opposite the other branch.
  • At least one of the branches may be pivotally mounted along an axis substantially perpendicular to the plane of the wafer held between said branches.
  • the transport elements may have a lateral footprint less than the opening between the branches of the clamp.
  • Each light source may include a monitor, including an LCD screen.
  • the camera may be disposed above the light source.
  • a control unit can be configured to control the display of parallel lines by the light sources.
  • the control unit may comprise at least one output connected to a camera and at least one output connected to the corresponding light source for synchronizing said camera and said light source.
  • the control unit can be configured to order an oval area lit from the light source and a dark outer edge.
  • the control unit can be configured to control the display of different colors simultaneously by the light sources.
  • the control unit may be configured to control alternate illumination by said light sources.
  • a semiconductor wafer to be inspected is provided by at least one support member belonging to a transport arm, remote branches forming part of a clamp grip opposite edges of the wafer , the gripper rotates about a shaft passing the wafer from a substantially horizontal position to a substantially vertical position, a light source disposed on one side of the wafer and a light source disposed on the other side of the wafer.
  • plate symmetrically with respect to a plane passing through said plate emit an incident beam towards the surface of the plate respectively facing each light source, and a camera arranged on one side and a camera disposed on the other side of the wafer capture light reflected from the surface of the wafer facing it.
  • the time-integrated linear camera takes pictures during the round-trip transport phases by the support member.
  • the inspection machine 1 has been shown open hood. More specifically, in Figure 1, the front cover and one of the side covers are open. In Figure 2, the front cover is open. In Figure 3, the top cover is open. Of course, in operating condition, the inspection machine 1 is provided with its closed covers. The covers are opaque to prevent the introduction of stray light likely to disturb the cameras. In addition, in Figure 1, one of the two screens, the corresponding camera and the support of the clamp have been omitted to better see the other parts. Similarly, in FIG. 2, the clamp and the clamp support have been omitted, the substrate being presented in the inspection position, substantially vertical.
  • the inspection machine 1 comprises a frame 2, for example of welded type forming an inspection chamber 3 and a feed chamber 4 separated by a partition 5 pierced of a window 6.
  • the frame 2 is covered by the covers.
  • the inspection chamber 3 has a symmetrical structure with respect to a vertical plane passing through the middle of FIGS. 2 and 3.
  • the inspection machine 1 comprises a supply 8 of laminar-type filtered air for generating an air displacement of top down of the chamber 3 as shown by the arrows 7.
  • the air supply 8 also forms the upper wall of the chamber 3.
  • the floor of the measuring chamber consists of a stack of 2 grids of which one can be offset from the other, this makes it possible to control the outgoing air flow through this outlet, and thus to control the overpressure in the measuring chamber.
  • the inspection machine 1 comprises two video screens 9 and 10 mounted symmetrically, in particular with respect to a vertical plane passing through the center of the inspection machine 1 or passing through the substrate 11 to inspect maintained in a vertical position, see figures 1 and 2.
  • Each screen 9, 10 rests on a support 12, for example of the hinged type allowing an orientation of the screen 9, 10 along an axis substantially parallel to the plane of the substrate 11, for example a substantially horizontal axis, and the translational adjustment of the position of the screen 9, 10 relative to the measured surface.
  • the screens 9 and 10 are mounted opposite one another at a distance and slightly oriented upwards, for example with an angle of between 10 and 30 °.
  • the screens 9 and 10 may be of the LCD type.
  • the screens 9, 10 have a height greater than 1.6 times the diameter of the substrate to be inspected, for example a height of 54 cm for a substrate 300 mm in diameter and a height of 72 cm for a substrate 450 mm in diameter .
  • the sides of the illumination screen are said height and width by convention. Height is defined as the smallest dimension of the display area of the screen, with reference to the orientation of the screen using usual video display.
  • the inspection machine also comprises two cameras 13, 14 located in the inspection chamber 3.
  • the cameras 13, 14 can be supported by the supports 12.
  • a support 12 is common to a screen, 9 or 10 and to a camera 13 or 14.
  • the camera 13 is hidden in Figure 1 by an amount of the frame 2.
  • the cameras 13, 14 can also be adjusted in position, particularly in height, in width and in length, the length corresponding to the horizontal distance by In addition, the cameras 13 and 14 can be adjusted in angular orientation.
  • the cameras can be CCD (Charge Coupled Device in English) or CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).
  • the screen 9 and the camera 13 form a first inspection system.
  • the screen 10 and the camera 14 form a second inspection system.
  • the first and second inspection systems are symmetrical.
  • the respective positions of the screen 9, the substrate 11 and the camera 13 on one side, the screen 10, the substrate 1 1 and the camera 14 on the other side of the inspection chamber 3 are chosen so that each screen 9, 10 emits an incident beam reaching the substrate 11 on its corresponding face 11a, 11b respectively and the camera 13, 14 captures the beam reflected by said surface 1a, 11b.
  • the faces 1a and 1b are parallel.
  • the incident beam does not completely reach the substrate 11.
  • the relative positions are chosen so that the surface 11a, 11b is sufficiently illuminated to allow the camera 13, 14 to detect a light signal representative of defects of the surface 11a, 11b.
  • the brightness and the contrast of the screen 9, 10 are set to high levels to promote the detection of defects by the cameras 13, 14.
  • the inactive surfaces of the chamber 3 have a maximum absorption of wavelengths used. In other words, the inactive surfaces of the inspection chamber 3 are black in color. This limits the interference of the cameras 13, 14.
  • the cameras 13, 14 being inclined relative to the normal to the surfaces 11a, 11b, have a slight distortion, the distance between the upper end of the surface 1a and the lens of the camera being less than the distance between the the lower end of the surface 11a and the lens of the camera 13.
  • the cameras 13, 14 may comprise a tilting lens for obtaining a clear image of the entire surface inspected by a tilting of the focal plane.
  • the inspection machine 1 comprises a clamp 15 for holding the substrate 11.
  • the clamp 15, visible in FIGS. 1 and 3, is shown in greater detail in FIGS. 4 and 5, providing the substrate 11 with a horizontal and vertical receiving position, respectively.
  • the clamp 15 comprises a base 16 resting on the frame 2, a turret 17 and two branches 18 and 19.
  • the base 16 may have a general shape of rectangular parallelepiped.
  • the turret 17 is articulated on the base 16 along a substantially horizontal axis and passing through the window 6.
  • the turret is provided to ensure a rotation of at least 90 °. A rotation of 180 ° can return a substrate 11 which may be interesting in some applications.
  • the rotation of the turret 17 can be provided by an electromechanical drive disposed in the base 16, for example a stepping motor.
  • the branches 18 and 19 are symmetrical with respect to a plane normal to the substrate
  • each branch 18, 19 is articulated on the turret 17 according to a proper axis, offset from the pivot axis of the turret 17 and normal to the substrate 11.
  • the branches 18 and 19 may be coaxial.
  • one of the branches is stationary relative to the turret 17 and the other arm is hinged.
  • the turret 17 comprises an actuating member of the branches 18, 19, for example in the form of two stepper motors or a stepping motor and a meshing allowing the branches 18 and 19 to remain symmetrical whatever their angular position.
  • the branches 18 and 19 can pivot between two working positions, an open position used to approach or moving the substrate 11 away from and in engagement with the outer edge 11a of the substrate 11.
  • Figures 4 and 5 show the engaged position.
  • each branch 18, 19 has a bent shape so that the size of the turret 17 is smaller than the diameter of the substrate 11.
  • the branches 18, 19 have a form of circumflex accent.
  • the branches 18, 19 each have an inner face 18a, 19a facing the inner face of the other branch 19, 18, and provided to come into contact with the outer edge 11c of the substrate 11.
  • the inner face 18a, 19a presents an groove 20 elongated parallel to the pivot axis of the turret 17.
  • the groove 20 visible in Figure 6 may have a cross section V or alternately in a semi-circle or ogive to properly cooperate with the outer edge 11c of substrate 11 and ensure a retention both in the horizontal position of the substrate 1 1 shown in Figure 4 that in the vertical position shown in Figure 5 and in intermediate positions and with a low clamp reducing to negligible values deformation of the substrate 11, in particular buckling in the inspection position.
  • the inspection machine 1 comprises a substrate manipulator 21 provided to provide a substrate 11 to the clip 15 prior to inspection and to discharge the substrate from the clip 15 after the inspection.
  • the manipulation member 21 is arranged in the feed chamber 4.
  • the handling member 21 may be in the form of a robot provided with a work element capable of passing through the window 6 formed in the partition 5.
  • the inspection machine 1 comprises two removable containers 22, 23 for storing a plurality of substrates 11.
  • the containers 22, 23 are supported by a wall of the chamber 4 on the side opposite to the internal partition 5.
  • the containers 22, 23 can of the self-sealing type so as to close during separation from the inspection machine 1.
  • the wall of the handling chamber 4 is provided with a window to the right of the containers 22, 23, preferably provided with an automatic shutter closing the feed chamber 4 before the complete removal of the containers 22, 23. It thus limits the pollution of the substrates 11 and the chambers of the inspection machine 1 by dust.
  • the inspection machine 1 comprises a pre-alignment member 24 for the substrates 11.
  • the pre-alignment member 24 may be arranged along the partition 5 at a longitudinal end of the feed chamber 4.
  • inspection 1 comprises a control and processing unit 26 which may be in the form of an electronic rack.
  • the control unit 26 is disposed at the end of the chamber supply unit 4 opposite the pre-alignment member 24 with a partition wall 27.
  • the processing unit 26 can also be in contact with the partition 5.
  • the control unit 26 is connected to the screens 9 and 10, to the cameras 13 and 14, the clamp 15 and the manipulation member 21.
  • the manipulation member 21 comprises a turret 28 capable of moving in translation relative to the frame 2 along an axis parallel to the partition 5.
  • the manipulation member 21 can come close to the opening 25a towards the pre-alignment member 24 in a position and coming to the right of the window 6, in front of the clamp 15 in another position, or in front of the container 22, or in front of the container 23.
  • the turret 28 can move along a slideway 29 integral with the frame 2.
  • the manipulation member 21 comprises an arm 30 with two axes of articulation, supported by the turret 28, and a fork 31 supported by the end of the arm 30 opposite the turret 28.
  • the axes of articulation of the arm 30 may be substantially vertical.
  • the arm 30 is provided with two axes of articulation parallel to each other and normal to the plane of a substrate 11 resting on the fork 31.
  • the control unit 26 controls the manipulation member 21, the clamp 15, the screens 9 and 10 and the cameras 13 and 14.
  • the manipulation member 21 comes to be in front of the container 22 containing a plurality of substrates to be inspected.
  • the fork 31 passes under a substrate 11 then lifts said substrate 11 from a few hundred microns to a few millimeters and withdraws from said container 22 by supporting the substrate 11.
  • the manipulation member 21 then moves the substrate 11 to the body pre-alignment 24 which ensures a proper positioning of the substrate 11, for example by means of three fingers animated by a radial movement and coming into contact with the outer edge 11c of the substrate 11.
  • the fork 31 ensures a recovery of the substrate 11 and the is passed through the window 6 to bring it between the branches 18 and 19 of the clamp 15.
  • the fork 31 is located very slightly below the branches 18 and 19 so that the substrate 11 is located at the branches 18 and 19 19.
  • the branches 18 and 19 tighten on the outer edge 11c of the substrate 11.
  • the fork 31 is lowered to disengage the substrate 11 now maintained between the branches 18 and 19, in particular in the groove 20.
  • the manipulation member 21 then retracts the fork 31, for example into the handling chamber 4.
  • the control unit 26 then proceeds at the actual inspection by controlling the illumination by the screen 9 of the face l ia of the substrate 1 1 immobilized by the clamp 15.
  • the screen 9 displays substantially vertical lines alternately bright and black, then substantially horizontal lines 35 alternately bright (white or colored), and black, and q times with q between 1 and 20.
  • the camera 13 takes a picture, for example for a period of between 100 and 3000 milliseconds.
  • the camera 13 can perform a succession of images taken for each type of line.
  • the screen 9 is off and the screen 10 lit to illuminate the face 11b of the substrate 1 1.
  • the screen 10 displays lines similar to those of the screen 9, including vertical lines 34, see Figure 2.
  • the camera 14 simultaneously takes one or more images.
  • the images taken by the cameras 13 and 14 are transferred to the control unit 26 which provides a treatment for the verification of the presence of defects, in particular defects in the flatness or appearance of the faces 1a and 11b of the substrate .
  • This sequential operating mode can advantageously be replaced by a simultaneous mode, where the screen-camera system inspecting the upper face and the one inspecting the lower face work independently and simultaneously.
  • the illumination is provided by the entire surface of the screens 9 and 10.
  • the Applicant has found that it was interesting to limit the lighting to an oval zone 32 on the screens 9 and 10 corresponding to the geometric projection of the faces l ia and 11b respectively of the substrate January 1 on the screens 9 and 10.
  • the vertical lines 34 and horizontal 35 are displayed in the oval zone 32, the outer edge 33 of the screen remaining black.
  • the amount of light scattered in the inspection chamber 3 is reduced and the disturbance of the cameras 13 and 14 is reduced which can then provide an improved quality signal.
  • the turret 17 of the clamp 15, controlled by the control unit 26, rotates substantially by a quarter of a turn to put the substrate 11 in a position substantially horizontal.
  • the fork 31 of the handling member 21 projects under the substrate 11 at a safety distance, for example of the order of a few millimeters, and then moves vertically upwards at low speed to near the underside. 11b of the substrate 11.
  • the branches 18 and 19 then move from the engaged position to the open position, the substrate 11 resting on the fork 31.
  • the fork 1 1 leaves the inspection chamber 3 and moving through the feed chamber 4, disposes the substrate 11 in the container 22 or 23.
  • the cycle can then be repeated.
  • the manipulation member 21 can be controlled to take a substrate 11 and bring it to the pre-alignment member 24 during the steps in which the substrate 11 previously supplied to the clamp 15 is being inspected by the cameras 13 and 14.
  • the steps of illumination by the screen 9, 10 and observation by the camera 13, 14 can be repeated until sufficiently precise data.
  • the number of substeps p can be between 1 and 10.
  • the manipulation member 21 can be provided with a turret 28 supporting two arms 30, 33 each provided with a fork 31, 32.
  • the productivity of the inspection machine 1 can then be improved by following the flowchart of Figure 8 insofar as one of the so-called upstream forks can be dedicated to the handling steps prior to the inspection by the cameras 13 and 14, while the additional fork called downstream may be dedicated to the post-inspection manipulation steps by the cameras 13 and 14 to return the inspected substrate 11 from the clip 15 to the container 22 or 23.
  • the upstream fork can pull a substrate from the pre-alignment member 24 while the substrate previous is being inspected by the cameras 13 and 14, the upstream fork then waiting for the output of the previous substrate by the downstream fork. As soon as the downstream fork has extracted the previous substrate 11 from the treatment chamber 3, the upstream fork can introduce the following substrate into said treatment chamber 3. In other words, the duration between two inspection steps by the cameras 13 and 14 is decreased hence a higher yield.
  • the upstream fork has two manipulations to be made, the feeding of a substrate 11 to the pre-alignment member 24, then the feeding of the substrate 11 to the gripper 15, while the downstream fork has a handling operation to achieve: the supply of the substrate 11 inspected downstream container 23.
  • the control unit 26 can give priority to the upstream fork 31, which again allows to reduce slightly the cycle time.
  • the downstream fork can remain with an inspected substrate waiting for storage, while the upstream fork performs another operation, for example the removal of a substrate in the container 22 to bring it to the pre-alignment member 24, or the removal of a substrate 11 in the pre-alignment member 24.
  • control unit 26 can be configured to operate simultaneously the light sources formed by the screens 9 and 10.
  • the containers 22 and 23 can serve one upstream container and the other downstream container.
  • the containers 22 and 23 can serve one after the other, a substrate 11 taken from the container 22 returning after inspection, possibly in the same position.
  • the inspection assembly 40 comprises an inspection machine 1 equipped as above.
  • the inspection assembly 40 comprises, in addition or alternatively, a surface defect detecting member 45 from the variations of the slope of a surface of the wafer, a surface defect detecting member 1 from variations in the light intensity reflected by a surface of the wafer, and a detection and classification mechanism 42 mounted downstream of said detection members.
  • the detection member 45 comprises an image pickup sensor 46 for detecting fringes reflected by the substrate.
  • the image pickup sensor 46 may provide image data to the sensor member 41.
  • the image pickup sensor 46 may be a camera of the type.
  • the image pickup sensor may be a camera having a sensor. Kodak ® detector.
  • the image pickup sensor may be able to take an image at an acquisition time of less than 250 ms, preferably less than 150 ms.
  • the imaging sensor 46 can take from 10 to 14 images when moving a substrate in its field. It is thus possible to inspect at least 60 substrates per hour, preferably 70 or 80.
  • the operations other than the acquisition of the images, especially the transfer, are performed in masked time. In other words, the transfer of an image takes place during the acquisition of the next image or an image of the opposite face.
  • the detection member 41 comprises a light source.
  • the light source is provided with a light projection element on the surface of the wafer January 1, for example a video screen, in particular with a brightness of at least 300 cd / cm 2 , preferably greater than 500 cd / cm 2 ; and a pattern displayed by the video screen. The pattern includes alternating fringes of continuous light and dark stripes.
  • the detection and classification mechanism 42 is mounted downstream of the detection member 41.
  • the inspection assembly 40 see FIG. 10, may comprise a temporally integrating camera 44.
  • the inspection assembly 40 may comprise an edge inspection system of semiconductor wafers 701.
  • the detection and classification mechanism 42 may comprise a defect criteria table indicating what type of defect is found, may be found and is not found with such type of inspection, see below.
  • the defects with relief have for example a visible signature with a technology, while defects presenting only surface absorption will be invisible through this technology. It may also happen that some defects of different types have comparable signatures if they are observed with the same technology, while another technology may allow to obtain different results.
  • the combination of technologies will then make it possible to discriminate these defects by comparing the results obtained by each of the technologies.
  • Table 1 below is given as an example of an embodiment in which an area not transferred during a manufacturing step is detected by reflectivity inspection and possibly by single-sided topographic inspection, a non-traversing slip line is detected by inspection.
  • Single-sided topographic, a through-slip line is detected by double-sided topographic inspection, a hot spot occurring during thin-film deposition is detected by reflectivity inspection and by time-integrated inspection under a dark field, a breakout point is detected by reflectivity inspection and double-sided topographic inspection, a spot or local inhomogeneity of refractive index or thickness is detected by reflectivity inspection, a mottle related to a slow change in thickness is detected by reflectivity inspection, a chipping is detected by in edge detection, a fracture is detected by edge inspection and possibly by time-integrated inspection under a dark field, a small particle of a few microns is detected by time-integrated inspection under a dark field, a cleavage line is detected by integration inspection time under dark field and by reflectivity inspection and by single-sided topographic
  • substrate slice means the side 104 substantially perpendicular to the upper and lower surfaces of the substrate, the upper bevel 103 or bevel, the lower bevel 105 or chamfer, the zone near the upper edge 102 and the zone near the lower edge 106, see Figures 12 and 13.
  • high performance slow inspection systems with a low field of view and high magnification can be used.
  • confocal microscopy may be chosen.
  • the acquisition speed of confocal microscopy equipment does not allow them to be used in systematic control of mass production as practiced in the semiconductor industry.
  • the onboard inspection uses confocal chromatic microscopy based on confocal microscopy and the exploitation of the chromatic aberration of the optical system used.
  • a confocal microscope mechanically adjusts the focal point of the optics and deduces the morphology of the surface. This mechanical readjustment is slow and likely to cause breakdowns.
  • the movements are generally associated with friction, they are often sources of particles, which is to be avoided in a production environment of micro electronic components. Thanks to the invention, a narrow, well-focused wavelength range is used thanks to which a sharp image is obtained.
  • the analysis of the wavelength makes it possible to determine, if desired, the distance between the confocal chromatic sensor and the analyzed object.
  • a strong chromatic aberration optical system having at least one lens made of a material with an Abbe number of less than 50, or even 35, different focusing occurs at different wavelengths. This results in spatial spreading of the focal point and a large depth of field. The depth of field can reach several millimeters.
  • an optical autofocus system is obtained.
  • This autofocus system can do without mechanical movement.
  • the separation of the lighting and analysis channels can be effected by a semi-reflective plate arranged between the slot and the lens for the lighting path and between the lens and the chromatic filtering slot for the beam path. analysis.
  • the slot forms a linearization member.
  • a semiconductor wafer edge inspection device 701 comprises a chromatic confocal microscope provided with a light path and an analysis path.
  • the lighting path comprises a polychromatic light source, a slot and an axial chromatic lens chosen to present a chromatic aberration, comprising at least one lens made of a material with an Abbe number of less than 50.
  • the analysis path includes said lens, a color filter slot and a light intensity sensor in that order.
  • the slit of the illumination channel and the slit of the analysis channel are disposed substantially at the same optical distance from the edge of the wafer to be inspected. In other words, said slots may be at the same optical distance from the edge of the lens. It is thus possible to spatially filter unfocused wavelengths on the edge of the semiconductor wafer during inspection.
  • a method of edge inspection of semiconductor wafers may include steps in which the edge is illuminated by a polychromatic light source, the incident beam passing through a slot and an aberration lens, having at least one lens made in a material with an Abbe number less than 50, and the reflected beam is collected after it has passed through said lens then by a chromatic filtering slot configured to spatially filter unfocused wavelengths on the edge of the semiconductor wafer.
  • the collection is performed by a light intensity sensor.
  • the light source may comprise a set of light-emitting diodes, for example in the form of a bar, and a device for homogenizing the light intensity along the line.
  • the device may include a processing unit connected to an output of the sensor for receiving and analyzing a light intensity signal.
  • a plurality of light intensity sensors may be provided to inspect a plurality of facets of said edge, the processing unit may include an output data assembler of light intensity sensors generating a file of inspection results for said plurality of sensors.
  • the processing unit may comprise an edge defect discriminator generating classification by type of defect, position, reflectivity, shape or size.
  • the device may include a chromatic light analyzer backscattered or reflected from an edge of the semiconductor wafer with an output connected to the processing unit.
  • the processing unit then comprises an extractor generating distance data between the objective and the edge of the semiconductor wafer.
  • the objective may have an optical diameter of less than 100mm, which will allow a smaller footprint to integrate the system in a restricted environment.
  • the surface to be inspected is disposed at a distance in the axial chromatic aberration zone, in other words at a distance between the wavelength of the incident light having the shortest focus and the wavelength incident light with the longest focus.
  • the device makes it possible to control a slice of the substrate edge independently of a focusing adjustment mechanism. By a continuous measurement of the wafer during the rotation of the substrate, an image of the complete periphery of the substrate can be made.
  • the inspection device uses the light intensity information provided by the sensor to provide a grayscale image with economical equipment and a very fast acquisition thus making it possible to propose a system compatible with mass production.
  • the device has an automatic autofocus function making it particularly simple, reliable and fast, especially compared to conventional imaging systems.
  • the device allows the observation of a large field with points whose distance to the optical objective may vary more than with a conventional imaging system with the same magnification.
  • the topography measurement by chromatic analysis of the reflected light can be performed for more precise applications and at a lower rate such as the post-analysis of detected defects.
  • the topography measurement can also be used to quantify the information edge-slip that is particularly interesting for substrates that have been reconditioned and therefore repolished.
  • the position of the lens relative to the surface to inspect may be between a few millimeters and a few centimeters away. This makes it possible to disengage the volume close to the substrate, volume generally used for the manipulation of the substrate by one or more robots. In order to collect a maximum of light for the given numerical aperture, we will nevertheless try to maintain a small distance between the surface to be controlled and the objective.
  • the rotation speed of the substrate may be between 0.1 and 10 revolutions per minute for a substrate of 300 mm in diameter, for example between 1 and 10 revolutions per minute for the analysis of luminous intensity. This rotation speed will be adjusted for a substrate of different diameter in order to maintain a close linear velocity, for example in a range between 0.1 and 10 meters per second, more particularly between 1 and 10 meters per second for the analysis. of luminous intensity.
  • the resolution of the sensor can be between 128 and 10,000 pixels.
  • the resolution can be adapted to the size of the desired defects and the desired rate.
  • the light source may comprise a xenon arc lamp, an incandescent lamp, a halogen lamp or a light emitting diode source. Light-emitting diodes are advantageous in terms of service life, low power consumption and low heating.
  • the incident light generated by the source then passes through the slit of the lighting path to linearize the beam.
  • the assembly constituted by the light source and the slot of the incident path constitutes a linear light source.
  • the incident beam then passes through a semi-reflective plate and then through the objective before reaching the surface to be inspected.
  • the beam reflected by the surface to be inspected passes through the objective then by the semi-reflective plate and emerges along an axis distinct from the axis of the incident path.
  • the reflected beam then passes through the chromatic filtering slot providing spatial filtering of unfocused wavelengths on the surface to be inspected resulting in improved image sharpness.
  • the beam reflected Downstream of the chromatic filtering slot, the beam reflected is essentially the wavelength or narrow range of focused wavelengths and thus provides a sharp image.
  • the reflected beam then reaches the light intensity sensor.
  • the output of the light intensity sensor is connected to the processing unit.
  • the chromatic confocal microscope 107 comprises a lighting path 110 for illuminating an object 130 to be inspected, for example the edge of a semiconductor substrate and an analysis channel 120 providing a output signal to a processing and analysis unit 125.
  • the lighting channel 110 and the analysis channel 120 comprise common parts, in particular a semi-reflecting plate 114 and a lens 115.
  • the illumination channel 110 may comprise a broad-spectrum source 111 emitting a light beam, a spatial filtering slot 112 receiving said light beam, a collimating optics 113 comprising one or more lenses, said semireflecting plate 114 and said objective lens. 115.
  • the semi-reflecting plate 114 receives the incident beam coming from the collimation optics 113.
  • the incident beam is directed towards the objective 115 from the exit of the semi-reflecting plate 114.
  • the objective 115 presents a strong axial chromaticism, for example of which at least one lens is made in a material characterized by a chromatic aberration Abbe number of less than 50. By way of example, the Abbe number may be equal to 35.
  • the beam The source 111 may comprise a diode array 11a, a homogenizer 11b, and an output lens 11a, the object to be inspected 130 after the exit of the objective 115.
  • the analysis channel 120 comprises said objective with high axial chromaticism 115, the semi-reflecting plate 114 transmitting the beam reflected along an axis different from the input axis of the incident beam, towards a focusing optics which will perform the inverse function. of the collimation optics 113, respecting the principle of the inverse return of light.
  • the analysis channel 120 also comprises a spatial filtering slot 122 disposed downstream of the focusing optic 121.
  • the slot 122 is also disposed at a distance from the object to be inspected 130 equal to the distance between the filtering slot. 112 of the lighting path 1 10 and said object to be inspected 130.
  • the analysis channel 120 Downstream of the spatial filter slot 122, the analysis channel 120 comprises a linear sensor 124 disposed in the path of the reflected beam.
  • the linear sensor 124 may be in the form of a set of sensor elements arranged in a bar.
  • the sensor elements may be of the CCD or CMOS type.
  • the output of the microscope 107 downstream of the sensor 124 is connected to a processing and analysis unit 125 illustrated in greater detail on FIG. 17. Thanks to the presence of the spatial filtering slots 112 and 122 and the high axial chromaticism of the lens 115, the unfocused wavelengths on the surface of the object to be inspected 130 are filtered because of their spatial shift compared to the focused wavelength, this shift being even larger than the axial chromaticism of the lens 115 is high.
  • the filtered reflected beam comprises a narrow range of wavelengths substantially centered on the focused wavelength, hence an image of great sharpness. and the fact that the filtered reflected beam is representative of the defects of the inspected surface of the object 130.
  • the microscope 107 performs a reflectivity measurement of the surface to be inspected from the object 130. Variations in reflectivity are representative of defects in the inspected surface. It is possible to deduce relatively accurate information on the size and type of defects.
  • the scanning path 120 of the microscope 107 further comprises a dispersive element 123 disposed between the spatial filter slot 122 and the sensor 124 in the path of the filtered reflected beam.
  • the dispersive element 123 will have the function of spatially separating the wavelengths. The spectrum thus obtained will be projected on a sensor, and the information of the most intense wavelength will then be available, and will give an image of the optimal focusing distance.
  • the dispersive element 123 may be a diffraction grating.
  • the microscope 107 then outputs a signal representative of the local distance of the microscope 107 from the inspected surface of the object 130 from which the topography of the inspected surface is deduced.
  • a color information processing unit converts the wavelength into a distance between the wafer edge to be inspected and the objective of the sensor.
  • FIG. 14 It is therefore possible to provide a microscope according to the embodiment of FIG. 14 disposed on the production line and inspecting a large number, or even all, of the semiconductor substrates produced and a microscope according to the embodiment of FIG. inspecting semiconductor substrates with previously detected defects, this inspection being 2 to 10 times slower than the previous one.
  • the microscope according to the embodiment of FIG. 4 is then arranged apart from the production line in order to receive the selected semiconductor substrates because of their defects.
  • a plurality of microscopes 107, 137 and 147 are arranged to inspect the edge of a semiconductor substrate 101.
  • the microscopes 17, 137 and 147 may be in accordance with the embodiment of FIG. Figure 14.
  • the microscope 107 is positioned opposite the side 104 of the substrate 101.
  • the microscope 137 is disposed above the substrate 101 to inspect the upper bevel 103 and the area near the upper edge 102.
  • the microscope 147 is disposed under the substrate 101 for inspecting the lower bevel 105 and the zone near the lower edge 106.
  • the outputs of the microscopes 107, 137 and 147 can be connected to a common processing and analysis unit, see FIG. 17.
  • the processing and analysis unit 125 comprises a plurality of acquisition cards, here three in number. Each acquisition card 151, 152, 153 is connected to the output of a chromatic confocal microscope 107, 137, 147.
  • the processing and analysis unit 125 may also comprise an image reconstruction member 154 configured to generating an image from the images output by the acquisition cards 151, 152, 153.
  • the image reconstruction member compares the upper end of the image of the 104 side with the end lower image of the upper bevel 103 and a comparison of the lower edge of the image of the side 104 with the upper edge of the image of the lower bevel 105.
  • the image reconstruction member 154 performs a detection of a possible recovery from the result of the comparison and an assembly.
  • the processing and analysis unit 125 comprises one or more image processing members 155, for example in software form, to facilitate the detection of defects.
  • the image processing members 155 may perform dilation, erosion, contour, etc. operations.
  • the image processing members 155 may include a defect library and a comparator to compare suspected defects. to known defects listed in the library.
  • the image processor 155 is configured to output a result file, especially in the form of an image file.
  • the device according to the invention comprises projection means 201 on a substrate 202 of a pattern 203 constituted by an alternation of fringes 204 of continuous light and dark strips 205, said pattern 203 being shown in Figure 19.
  • the substrate 202 is positioned on a support, not shown in the figures, of the annular type, or of the type with three or four points of support for a substrate with a diameter of 300 mm, for example.
  • the fringes 204 of light and the dark strips 205 have substantially the same width; however, the light fringes 204 and the dark strips 205 may have any respective widths.
  • projection means 201 consist of a screen 206, such as a plasma or LCD screen, an acronym for "Liquid Crystal Display", for example, positioned above said substrate 202 close to the normal to said substrate 202, connected to means for transmitting a visual signal, such as a computer 207 for example, and receiving a visual signal comprising a succession of light fringes 204 and dark strips 205.
  • a visual signal such as a computer 207 for example
  • a 50 inch LCD screen is preferably used.
  • the homogeneity of the pixels of the LCD screens is more suitable for the detection of sliding lines than that of the pixels of the plasma screens.
  • the distance between such a screen 206 and a substrate 202 with a diameter of 300 mm is for example 60 cm.
  • the screen 206 can also be replaced by a projection screen on which a sight with a projector is projected.
  • the screen 206 is preferably arranged perpendicularly to the optical axis to obtain a homogeneous resolution on the entire substrate.
  • the pattern 203 corresponds to a structured light in the plane of the screen 206.
  • the distribution of the intensity I (x) perpendicular to the fringes is globally crenellated ( Fig. 22), i.e., the intensity periodically oscillates between 0 and 100%.
  • the pattern 203 is constituted by parallel fringes, where the distribution of the intensity I (x) perpendicular to the fringes is approximately sinusoidal (FIG. 21).
  • the distribution of the intensity takes the form corresponding to FIG. 22.
  • fringes 204 which are very thin, for example corresponding to about ten pixels of the screen 206. are preferably used. With a screen 206 of 1000 pixels, this corresponds to about one hundred light fringes 204 which are reflected. by the substrate 202.
  • Said projection means 201 may be substituted by any other equivalent projection means capable of projecting on the substrate a pattern 203 consisting of alternating fringes 204 of continuous light and dark bands.
  • These means may for example consist of a continuous and sinusoidal light source, ie a non-coherent light, and a grid positioned between said light source and the substrate or else a coherent light source comprising two spherical waves providing interference between said waves of sinusoidal fringes.
  • the device further comprises means for relative displacement of the target 203 and the substrate 202 along at least one direction.
  • said moving means advantageously consist of a video signal processing algorithm transmitted to the screen 206 so as to shift the light fringes 204 and the dark strips 205 by one-half, one or multiple pixels at regular or irregular time intervals. Indeed, the period of the fringes is not necessarily commensurable with the pixels.
  • the pattern 203 is moved by a single pixel.
  • light fringes 204 having a sinusoidal intensity with a pitch of ten pixels on the screen ten different images are recorded.
  • Said pattern 203 can be moved either stepwise, that is to say by a discrete movement, or continuously in one or more directions.
  • the device comprises a sensor 208 for the purpose of recording, in particular, images of the fringes 204 reflected by the substrate 202 and their displacements.
  • This sensor 208 advantageously consists of a digital camera comprising a sensor type CCD acronym for "Charge-Coupled Device” of 11 million pixels.
  • the camera is accommodated on the substrate 202 and not on the mirror image of the screen reflecting in the substrate 202.
  • Such a camera makes it possible to take an image in 150 ms, and then to transfer the data to the computer. in about 300ms.
  • an image is acquired which is sufficiently precise to be able to solve the sliding lines with the method according to the invention.
  • the data acquisition takes about ten seconds. It is thus possible to treat two or three substrates per minute and, thus, more than one hundred substrates per hour.
  • This sensor 208 is connected to the computer 207 which receives the information relating to the images reflected by the substrate 202 in order to process them.
  • the screen 206, the substrate 202 and the sensor 208 are fixed so that the device does not generate vibration, is not a source of contamination related to the friction of parts, and do not go wrong. Moreover, the device is not very sensitive to vibrations.
  • This information is processed by means for determining the curvature of the surface of the substrate 202 from the movements of the fringes 204 of the target 203.
  • These means for determining the curvature of the surface of the substrate 202 consist of an algorithm recorded on a support of the computer 207 and able to calculate the phase shift of the fringes 204 of the test pattern 203 at each point of the surface of the substrate 202. from the signal transmitted by the sensor 208 and then to deduce the radius curvature at said point of the surface of the substrate 202.
  • the device further comprises means for determining the presence of a surface defect on the substrate 202 from variations in the slope of the surface of the substrate.
  • These means for determining the presence of a surface defect consist of a second algorithm recorded on a support of the computer 207 and capable of calculating the slope values at each point of the surface of the substrate from the calculated phase offsets. by the first algorithm.
  • the device comprises means for determining the spatial location of the defects on the surface of the substrate 202.
  • Said means for determining the spatial location of the defects consist of an algorithm able to calculate the abscissa and the ordinate by relative to a reference point integral with the substrate 202 of each point of the surface of said substrate 202 having a radius of curvature greater than or equal to a determined threshold value.
  • said means for determining the spatial location of the defects may consist of an algorithm capable of calculating the abscissa and the ordinate with respect to a reference point integral with the substrate 202 of each point of the surface of said substrate 202 having a local distribution of the slope statistically different from the distribution of the slope of the rest of the substrate 202.
  • the substrate 202 consists of a semiconductor substrate of the SOI type (acronym for "Silicon” On Insulator ”) and has a disk shape provided with a radial notch 209 at its periphery.
  • This notch 209 forms the reference point of an orthonormal frame in which the detected defects 210 on the surface of said substrate 202 can be located.
  • the device comprises means for determining the nature of the surface defects consisting of an algorithm recorded on a medium of the computer 207 and able to calculate the amplitude and / or the length and / or the shape and / or the orienting each detected surface defect 210 and then comparing these values with those of a database.
  • the device makes it possible to detect and distinguish several types of surface defects, in particular micro-defects, for example crystalline defects, such as sliding lines at the periphery of the substrate or impacts of the support in zones disposed at halfway. path between the center and the edge of the substrate, whose dimensions are of the order of several hundred micrometers for the length and the order of one nanometer for the depth.
  • the device also makes it possible to detect so-called “non-transferred" zones (ZNT) appearing during a manufacturing process comprising a step of transferring a layer and then a detachment step according to the SmartCut TM method.
  • ZNT non-transferred zones
  • said substrate 202 is advantageously positioned vertically.
  • the device may advantageously comprise means for generating a flow, preferably laminar, of a fluid to minimize contamination of the substrate by the dust, the substrate 202 preferably extending in the flow or in the vicinity and parallel to this last.
  • a pattern 203 consisting of fringes 204 whose light intensity has a sinusoidal distribution on the axis perpendicular to the fringes (FIG. 19), is projected in a step (FIG. 11) onto the substrate 202 so as to generate reflected fringes. by the surface of said substrate.
  • the intensity of the image reflected by the substrate can be written in the form:
  • I I 0 (l + A 0 cos (+ x))
  • Io, Ao, ⁇ and x are unknowns and respectively represent the average intensity of the image reflected by the substrate 202, the contrast of the fringes 204, the phase angle and a spatial coordinate of a first predetermined direction.
  • a relative movement of the pattern 203 and the substrate 202 in at least one direction is effected in a subsequent step, so as to move the fringes 204 of the pattern 203. on the substrate 202, and in one step, the displacements of the fringes 204 reflected by the substrate 202 by means of the sensor 208 are recorded in order to determine the average intensity I 0 , the contrast A 0 and the phase ⁇ of the reflected image at each point of the image.
  • the average intensity Io the contrast A 0 and the phase ⁇ of the image reflected at each point of the image, it is necessary to acquire a sequence of images.
  • the image sequence preferably comprises between three and ten images.
  • two image sequences are acquired using for a first image sequence a pattern 203 comprising parallel fringes 204 extending in a first direction, said fringes 204 being displaced orthogonally to the direction of said fringes 204, and for a second sequence of images a pattern 203 comprising parallel fringes 204 extending in a direction perpendicular to the fringe direction 204 of the first image sequence, said fringes 204 being displaced orthogonally to the direction of said fringes 204.
  • the image and / or sequences of images are acquired by projecting a pattern 203 whose fringes 204 extend parallel and / or perpendicular to a main crystalline axis of the substrate 202.
  • Said crystalline axis of the substrate can be materialized by a radial notch 209 at the periphery of said substrate 202, see Figure 20. It is thus possible to use several image sequences, each sequence using a pattern 203 whose fringes 204 are parallel to one of the main crystalline axes of the substrate 202 Preferably, a sequence of ten images per axis is recorded.
  • Such an arrangement makes it possible to more effectively detect the sliding lines appearing on a monocrystalline substrate, said sliding lines having a length of the order of several hundred microns substantially greater than their width, at the atomic scale, being generally aligned. with the crystalline axis of the substrate 202.
  • a sequence of three images is sufficient to accurately determine the movements of the fringes 204 and the presence and location of the defects 210 on the substrate as will be seen later.
  • the curvature of the surface of the substrate 202 is then determined from the displacements of the fringes 204 of the rod 203. It will be noted that the curvature at each point of the surface of the substrate 202 is calculated by determining the field of the local slopes from the measurements. of the phase of the images reflected from the movements of the fringes 204 of the target 203 and then deriving said field from the local slopes.
  • the term local slope means the local tangent to the surface and curvature the local radius of curvature.
  • At least one surface defect is detected on the substrate 202 from the variations of the curvature of the substrate surface 202 calculated previously.
  • this step of detecting at least one defect is broken down into a first step for determining points on the surface of the substrate 202 having a radius of curvature greater than or equal to a determined threshold value and / or a local distribution of the curvature statistically different from the distribution of the curvature of the rest of the substrate 202 and in a second step of determining the spatial location of the defects 210 from the variations in the slope and / or the surface curvature of the substrate 202.
  • the substrate 202 consists of a flat disk having at its periphery a radial notch 209 forming the reference point.
  • the method according to the invention may comprise a step of determining the nature of the detected surface defects which is obtained by determining the amplitude and / or the length and / or the shape and / or orientation of each detected surface defect. , in particular by reflectivity measurement, then geometric frequency filtering and thresholding, then by comparing the amplitude and / or the length and / or the shape and / or the orientation of each detected surface defect with a database in order to determine the nature of the surface defects detected in a step.
  • a classification step can be conducted.
  • the classification step can take into account fault data from time-integrated imaging, edge inspection and double-sided topographic analysis.
  • the relative displacement of the pattern 203 and the substrate 202 can be made in two orthogonal directions.
  • the method according to the invention as well as the device implementing said method are particularly suitable for the detection of micro-defects on mono-crystalline substrates, in particular by using parallel fringes 204 aligned with the crystal lattice of the substrate.
  • the sliding lines thus emerge better than the surface scratches of the substrate 202 which are, of course, independent of the crystalline axes of the latter.
  • the method comprises analyzing the entire surface of the substrate 202 to its periphery, in a single "full-plate” type image sequence, in particular with a flow rate of the order of 100 substrates per hour.
  • the method makes it possible to obtain a high resolution when detecting shallow defects, that is to say defects having a depth of the order of a few nanometers.
  • the rear face of the substrate can also be analyzed.
  • the device may comprise a second screen projecting a pattern on the rear face of said substrate and a second sensor, the two faces of said substrate being analyzed simultaneously.
  • the device may comprise means for returning the substrate, such as a robotic gripper for example gripping said substrate at its periphery, the two faces of the substrate being then analyzed successively.
  • FIGS. 24 and 25 An example of a linear sensor 124 is given in FIGS. 24 and 25.
  • the linear sensor 124 has the shape of a bar.
  • the source 111 comprises light diodes.
  • the source 111 is directed towards a main surface of the substrate 101. It may be the upper surface or the lower surface.
  • the substrate 101 is moved in the direction of the arrows.
  • the orientation of the source 111 and the linear sensor 124 is such that the linear sensor 124 is close to but outside the beam reflected by the surface of the substrate 101.
  • the linear sensor 124 is positioned outside the incident beam to avoid a drop shadow on the surface of the substrate 101.
  • a perfect theoretical surface would generate reflected light while a real surface with defects generates reflected light and diffracted light.
  • the linear sensor 124 captures diffracted light corresponding to the defects.
  • the dark part of the field of the linear sensor 124 corresponds to areas of the surface of the substrate 101 where possible defects are absent or undetected due to the technological limitations of the

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Abstract

Dispositif d'inspection ( 1 ) de défauts de plaquettes semiconductrices ( 11 ), comprenant un organe de détection de défauts de surface à partir des variations de la pente d'une surface de la plaquette, un organe de détection de défauts de surface à partir des variations de l'intensité lumineuse réfléchie par une surface de la plaquette, en une pluralité de points, un organe de détection de l'intensité lumineuse diffusée par la surface de la plaquette, une source lumineuse ( 9 ), et un mécanisme de détection et de classification monté en aval desdits organes de détection.

Description

Dispositif et procédé d'inspection de plaquettes semi-conductrices en mouvement
L'invention relève du domaine de l'inspection et du contrôle de plaquettes semi- conductrices ou substrats en cours ou en fin de fabrication, ou lors de la réalisation de circuit intégrés.
La tendance à l'accroissement des diamètres des plaquettes semi-conductrices fait que celles-ci doivent être manipulées avec un soin extrême et sont de plus en plus fragiles. Par ailleurs, la gravure de plus en plus fine des motifs d'une plaquette semi-conductrice rend chaque composant de la plaquette de plus en plus sensible aux défauts de fabrication. De façon classique, l'inspection visuelle des plaquettes semi-conductrices par un opérateur, est réalisée. L'œil humain est en effet capable de discerner les défauts de 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'œil humain est capable de repérer des défauts de petite taille. L'évolution des techniques de gravure allant dans le sens d'une finesse toujours accrue, fait que l'œil humain atteint des limites, notamment pour certains types de défauts.
La tâche d'inspection visuelle des plaquettes semi-conductrices est lente, fastidieuse et onéreuse. Dans une salle blanche de production de plaquettes semi- conductrices, il est souhaitable de réduire la présence humaine qui constitue une source de contamination importante. Les machines d'inspection sont généralement lentes, relativement peu performantes et dépendantes de l'opérateur (donc dont les résultats sont peu reproductibles). Enfin, l'inspection visuelle ne génère pas de données statistiques suffisantes sur des positions, notamment dans le plan de la plaquette, tailles ou types de défauts, ceci étant souhaitable pour le suivi statistique de procédés et la recherche des causes de défaillances ou de problèmes.
L'invention vient améliorer la situation.
Le dispositif d'inspection de défauts de plaquettes semi-conductrices, comprend un organe de détection de défauts de surface à partir des variations de la pente d'une surface de la plaquette, un organe de détection de défauts de surface à partir des variations de l'intensité lumineuse réfléchie par une surface de la plaquette, en une pluralité de points un organe de détection de l'intensité lumineuse diffusée par la surface de la plaquette, plusieurs sources lumineuses, et' un mécanisme de détection et de classification monté en aval desdits organes de détection.
La première source lumineuse commune peut comprendre un élément de projection sur la surface de la plaquette, et une mire comprenant une alternance de franges de lumière continue et de bandes sombres. L'élément de projection peut comprendre un écran de luminosité au moins égale à 300 cd/cm . Le dispositif peut comprendre un capteur de prise d'image commun auxdits organes de détection. Ledit capteur de prise d'image peut être apte à détecter le déplacement des franges réfléchies par le substrat. L'organe de détection de défauts de surface à partir des variations de l'intensité lumineuse réfléchie peut comprendre un élément de calcul de l'intensité en une pluralité de points de l'image pour générer une image des intensités réfléchies. Le mécanisme de détection et de classification peut comprendre une grille de classification selon qu'un défaut est visible ou pas dans l'image des intensités réfléchies, et est visible ou pas dans une image des variations de la pente de la surface de la plaquette. Le dispositif d'inspection peut faire partie d'une machine comprenant un bras de transport de plaquettes muni d'au moins un élément de support de plaquettes, une pince de saisie de plaquettes à deux branches distantes configurées pour tenir des bords opposés de la plaquette, la pince étant montée à rotation sur un arbre pour pouvoir tourner la plaquette entre une position sensiblement horizontale et une position sensiblement verticale, et au moins deux systèmes d'inspection disposés d'un côté et de l'autre de la plaquette en position sensiblement verticale, symétriquement par rapport au plan passant par la plaquette. Le mécanisme de détection et de classification peut être relié à une sortie dudit système d'inspection, la grille de classification prenant en compte selon qu'un défaut est visible ou pas sur les deux faces de la plaquette en des lieux proches. La machine peut être indépendante du dispositif d'inspection. En effet, le système d'inspection offre des images en sortie à partir desquelles le système de détection et de classification fait son analyse pour fournir en sortie un fichier-résultat comprenant la nature, la position et les caractéristiques des défauts (telles que la taille, l'amplitude, ...) ainsi qu'une image de la zone comprenant le défaut. Cette analyse peut être faite directement après production de l'image ou à posteriori sur une station déportée dans laquelle on introduira les fichiers images obtenus. Ce procédé est décrit dans le document FR2931295.
Le dispositif d'inspection de plaquettes semi-conductrices peut comprendre au moins un bras de transport de plaquettes muni au moins d'un élément de support de plaquettes. Ledit bras est configuré pour déplacer au moins une plaquette selon une trajectoire comprenant au moins une partie sensiblement rectiligne. L'au moins un élément de support peut définir une surface de support de façon à maintenir la plaquette sensiblement horizontale. Le dispositif peut comprendre au moins une caméra linéaire à intégration temporelle, disposée au-dessus du bras de transport. La caméra peut être munie d'un champ recoupant la partie rectiligne de ladite trajectoire de façon que la surface supérieure d'une plaquette semi-conductrice soit observée par ladite caméra au cours de son déplacement le long d'une partie rectiligne de la trajectoire. Le dispositif peut comprendre au moins une caméra linéaire disposée au-dessus de la trajectoire. Le dispositif peut comprendre une ou plusieurs caméras linéaires disposées sous la trajectoire pour observer une surface inférieure de la plaquette, les éléments de support présentant un premier écartement ou une première forme lors d'un trajet aller et un deuxième écartement différent du premier écartement ou une forme différente de la première forme lors d'un trajet retour, permettant une inspection de la quasi-totalité de la surface inférieure de la plaquette, une partie lors du trajet aller et une partie complémentaire lors du trajet retour de la plaquette le long de la partie rectiligne de la trajectoire. Le dispositif peut comprendre deux bras de transport de plaquettes munis d'éléments de support, les éléments de support d'un premier bras présentant un écartement différent ou une forme différente des éléments de support du deuxième bras, le premier bras étant configuré pour réaliser un trajet aller d'une plaquette, le trajet retour étant assuré par le deuxième bras permettant ainsi une inspection de l'ensemble de la surface inférieure de la plaquette, pour partie lors du trajet aller et pour partie lors du trajet retour. La caméra peut comprendre une matrice rectangulaire de pixels, par exemple comprenant plus de 2000 pixels en longueur et plus de 48 pixels en largeur, et un élément sommateur pour réaliser la somme des pixels d'une largeur lors de l'inspection d'une surface d'une plaquette semi- conductrice. La ou les caméras peuvent être sensibles aux rayonnements ultra-violets. Le dispositif peut comprendre une source de lumière comprenant une barrette de diodes électroluminescentes.
Le dispositif peut comprendre un système d'inspection de bord de plaquette semi- conductrice, comprenant un microscope confocal chromatique pourvu d'une voie d'éclairage et d'une voie d'analyse. La voie d'éclairage peut comprendre une source lumineuse polychromatique, une fente et un objectif à chromatisme axial comportant une lentille au moins réalisée dans un matériau dont le nombre d'Abbe est inférieur à 50. La voie d'analyse peut comprendre ledit objectif, une fente de filtrage chromatique et un capteur d'intensité lumineuse dans cet ordre. La fente de la voie d'éclairage et la fente de la voie d'analyse peuvent être disposées sensiblement à la même distance optique du bord de plaquette à inspecter. Le mécanisme de détection et de classification peut être relié à une sortie du système d'inspection de bord. La grille de classification peut prendre en compte selon qu'un défaut est visible ou pas sur une image fournie par le système d'inspection de bord. La fente de la voie d'éclairage peut former un organe de linéarisation. La source lumineuse peut comprendre un ensemble de diodes électroluminescentes et un organe d'homogénéisation de l'intensité lumineuse le long de la ligne.
Le procédé d'inspection de défauts de plaquettes semi-conductrices, comprend les étapes suivantes: des variations de la pente d'une surface de la plaquette sont mesurées par un premier organe de détection de défauts de surface, des variations de l'intensité lumineuse réfléchie par une surface de la plaquette sont mesurées par le même organe lors de la même acquisition, ladite surface de la plaquette étant éclairée par une source lumineuse commune, des défauts de surface sont classés par un mécanisme de détection et de classification monté en aval desdits organes de détection.
Un procédé d'inspection de défaut de plaquettes semi-conductrices peut comprendre les étapes de mesure des variations de la pente d'une surface de la plaquette par un premier organe de détection de défaut de surface, de mesure des variations de l'intensité lumineuse réfléchie par une surface de la plaquette par un deuxième organe de détection de défaut de surface, ladite surface de la plaquette étant éclairée par une source lumineuse, de classement des défauts de surface par un mécanisme de détection et de classification monté en aval desdits organes de détection.
Le premier organe de détection de défaut de surface et le deuxième organe de détection de défaut de surface peuvent être actifs en temps masqué au cours d'une inspection d'une autre propriété de ladite plaquette.
Une plaquette reposant sur au moins un élément de support appartenant à un bras de transport peut être déplacée selon une trajectoire comprenant au moins une partie rectiligne. Au cours de la partie rectiligne de la trajectoire, au moins une caméra linéaire à intégration de temps peut effectuer une observation de la surface supérieure de la plaquette. L'inspection peut être effectuée avant et/ou après une inspection statique.
Les étapes suivantes peuvent être prévues: une plaquette semi-conductrice reposant sur au moins un élément de support appartenant à un bras de transport est déplacée selon une trajectoire comprenant au moins une partie rectiligne, et au cours de la partie rectiligne de la trajectoire, au moins une caméra linéaire à intégration de temps effectue une observation de la surface supérieure de la plaquette.
, L'invention sera mieux comprise à la lecture de la 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 en perspective d'une machine d'inspection de disques plats, tels que des plaquettes semi-conductrices ; la figure 2 est une vue de face en élévation de la machine de la figure 1, des éléments de châssis et de capot ayant été retirés ;
la figure 3 est une vue de dessus de la machine de la figure 1 ;
la figure 4 est une vue schématique de côté de la pince dans une première position; la figure 5 est une vue schématique de côté de la pince dans une deuxième position; la figure 6 est une vue en coupe transversale d'une branche de la pince ;
- les figures 7 et 8 sont des organigrammes d'étapes de procédé ; la figure 9 est une vue de dessus d'une machine d'inspection de disques plats ;
la figure 10 est une vue schématique d'un ensemble d'inspection de défauts ;
la figure 11 est un organigramme d'étapes d'inspection de défauts ;
la figure 12 est une vue schématique d'une plaquette semi-conductrice ;
la figure 13 est une vue de détail de la figure 12 ;
la figure 14 est une vue schématique d'un dispositif d'inspection de bord de plaquettes semi-conductrices ;
la figure 15 est une variante de la figure 14 ;
la figure 16 est une vue schématique d'un dispositif d'inspection selon un mode de réalisation ;
la figure 17 est une vue schématique d'une unité de traitement.
les figures 18 à 23 sont des vues schématiques illustrant la détection des défauts de surface par la pente locale; et
les figures 24 et 25 sont des vues schématiques illustrant la détection des défauts par capteur linéaire en champ noir.
De façon générale, les machines d'inspection actuelle sont prévues pour une plaquette semi-conductrice en position horizontale reposant sur un plateau, voir US 2008/7726, JP 100 56 046 et KR 2004 0024795. Il en va de même du document EP 1 194 803 qui propose en outre une structure catadioptrique complexe. La solution généralement retenue consiste en l'utilisation d'une surface de référence d'une planéité meilleure que celle mesurable, sur laquelle la plaquette est posée ou maintenue pendant la mesure. Cette surface de référence est en général celle d'un support massif. Le contact entre cette surface et la plaquette est source de contamination de la face arrière. Par ailleurs, cette méthode masque la face arrière pendant la mesure de la face avant.
La demanderesse a mis au point une machine d'inspection de plaquettes en position verticale statique, voir FR 2931295 . Une excellente sensibilité de détection de défauts perpendiculairement au plan de la plaquette est obtenue.
Souhaitant obtenir une excellente sensibilité de détection de défauts parallèlement au plan de la plaquette à des cadences élevées, la Demanderesse a conçu une machine d'inspection de plaquettes au vol. L'inspection au vol permet de maintenir la cadence des procédés voisins, notamment en amont et en aval. L'inspection se fait en temps masqué. Par ailleurs, la recherche d'une sensibilité élevée parallèlement au plan de la plaquette a permis de maintenir la plaquette en position horizontale. Le Demanderesse s'est rendue compte qu'une inspection en temps masqué en position horizontale pouvait mettre à profit des déplacements de la plaquette entre des machines existantes, notamment dans la machine selon FR 2931295 à laquelle le lecteur est invité à se reporter. La plaquette est déplacée en position sensiblement horizontale lors de l'inspection. On entend ici par sensiblement verticale à +/- 1° près. Les surfaces opposées de la plaquette sont dites supérieure et inférieure par convention, même lorsque la plaquette est en position verticale, par référence à la position horizontale de la plaquette supportée par la fourche au cours du déplacement.
Les éléments de support prévus pour supporter une plaquette peuvent former une fourche. Les éléments de support peuvent ainsi déplacer la plaquette en position horizontale tout en occultant une partie de la surface inférieure de la plaquette et en laissant libre une autre partie. La fourche assure une bonne stabilité mécanique de la plaquette semi- conductrice et une déformation sous son propre poids dans des limites acceptables au cours de l'examen au cours du mouvement. Le bras de transport peut comprendre au moins deux axes d'articulation. Le bras de transport peut être supporté par une tourelle. La tourelle peut supporter deux bras de transport de plaquettes. La tourelle peut être montée à translation sur une glissière. La tourelle à deux bras de transport permet d'optimiser le mouvement de la plaquette entre un stockage de plaquettes et la pince de saisie.
Le dispositif peut comprendre une unité de commande configurée pour commander la prise d'images par la ou les caméras et, le cas échéant un éclairage par au moins une source de lumière. L'unité de commande peut comprendre au moins une sortie reliée à une caméra et au moins une sortie reliée à la source de lumière correspondante pour synchroniser ladite caméra et ladite source de lumière. La source de lumière peut comprendre une barrette de diodes électroluminescentes.
Chaque image peut être prise pendant une durée d'exposition de l'ordre de 100 millisecondes à 3 secondes. Le temps de transfert par les caméras peut être de l'ordre de 50 millisecondes à 1 seconde. Le dispositif peut comprendre au moins une caméra linéaire disposée au-dessus de la trajectoire. Dans le cas d'une utilisation de plusieurs caméras, chacune sera utilisée pour l'inspection d'une partie de la surface afin d'améliorer la résolution du système et la sensibilité de détection de défauts.
L'inspection peut être effectuée à partir d'un dispositif selon la demande de brevet FR2914422 à laquelle le lecteur est invité à se reporter, modifié par l'adjonction d'un organe de détection de défauts de surface à partir des variations de l'intensité lumineuse réfléchie par une surface de la plaquette. Ledit organe peut comprendre un module de calcul recevant des données en provenance d'un capteur commun avec l'organe de détection de défauts de surface à partir des variations de la pente d'une surface de la plaquette. Le capteur commun peut comprendre une caméra, notamment de type CCD. La source lumineuse commune aux deux organes de détection peut comprendre un écran vidéo recevant un signal d'émission d'une mire.
Dans un mode de réalisation, on met en œuvre une ou plusieurs caméras à intégration temporelle également connues sous l'acronyme « TDI » pour « time delay intégration » en langue anglaise. Ce type de caméra est décrit dans le document EP2088763. Une caméra TDI comprend une matrice d'éléments capteurs et un bloc de compensation configuré pour compenser le filé dû au déplacement de la plaquette durant le temps d'exposition. Les charges générées dans les éléments capteurs sont déplacées virtuellement à la même vitesse. Le déplacement peut être réalisé à la lecture de la matrice d'éléments capteurs au moyen d'un registre de lecture à décalage. Le décalage peut être calculé en fonction de la vitesse de déplacement de la plaquette.
Dans ce mode de réalisation, on illumine la surface de la plaquette avec un système d'éclairage intense qui pourra être à base de LEDs. Le système d'éclairage est focalisé sur la zone en regard de la caméra TDI. L'orientation du faisceau est faite de manière que la lumière directement réfléchie sur la surface soit hors de l'ouverture de la caméra. La caméra détecte dans ce cas uniquement la lumière diffusée par la surface ou par des éléments présents sur celle-ci, qu'ils appartiennent au substrat ou qu'ils soit accrochés sur la surface.
Le dispositif peut comprendre une caméra linéaire disposée sous la trajectoire pour observer une surface inférieure de la plaquette. Des éléments de support peuvent présenter un premier écartement ou une première forme lors d'un trajet aller et un deuxième écartement différent ou une différente forme du premier écartement ou de la première forme lors d'un trajet retour. On peut inspecter l'ensemble de la surface inférieure de la plaquette, une partie lors du trajet aller et une partie au moins complémentaire lors du trajet retour de la plaquette le long de la partie rectiligne de la trajectoire.
Le dispositif peut comprendre deux bras de transport de plaquettes munis d'éléments de support, les éléments de support d'un premier bras présentant un écartement différent des éléments de support du deuxième bras, le premier bras étant configuré pour réaliser un trajet aller d'une plaquette, le trajet retour étant assuré par le deuxième bras permettant ainsi une inspection de l'ensemble de la surface inférieure de la plaquette, pour partie lors du trajet aller et pour partie lors du trajet retour.
La ou les caméras peut être sensible aux rayonnements ultra-violets. La caméra peut comprendre une matrice rectangulaire de pixels, comprenant plus de 2000 pixels en longueur et plus de 100 pixels en largeur, et un élément sommateur pour réaliser la somme des pixels d'une largeur lors de l'inspection d'une surface d'une plaquette semi-conductrice.
L'inspection est effectuée avant et/ou après une inspection statique, notamment au cours d'un déplacement de la plaquette vers ou en provenance de l'inspection statique. Lors du déplacement en provenance de l'inspection statique, la partie de la surface inférieure de la plaquette occultée par les éléments de transport peut être distincte de la partie occultée par les éléments de transport lors du déplacement vers l'inspection statique. L'écartement ou la forme des éléments de transport peut être différent à l'aller et au retour. Le positionnement relatif des éléments de transport par rapport à la surface inférieure de la plaquette peut être différent à l'aller et au retour.
Le dispositif d'inspection peut faire partie d'une machine comprenant un bras de transport de plaquettes muni d'au moins un élément de support de plaquettes, une pince de saisie de plaquettes à deux branches distantes configurées pour tenir des bords opposés de la plaquette, la pince étant montée à rotation sur un arbre pour pouvoir tourner la plaquette entre une position sensiblement horizontale et une position sensiblement verticale, et au moins un système d'inspection disposé d'un côté et d'un autre système disposé symétriquement par rapport au plan passant par la plaquette, lui faisant face. Chaque système d'inspection peut comprendre au moins une source de lumière et d'au moins une caméra disposée d'un côté et au moins une source de lumière, chaque caméra étant positionnée pour capter la lumière réfléchie par la surface de la plaquette lui faisant face et chaque source de lumière étant positionnée pour émettre un faisceau incident vers ladite surface. Le bras de transport peut comprendre au moins deux axes d'articulation et être supporté par une tourelle supportant au moins un bras de transport de plaquettes, la tourelle étant montée à translation sur une glissière. Chaque branche de la pince peut présenter une rainure, notamment de forme générale en V, ménagée sur une surface disposée en regard de l'autre branche. Au moins une des branches peut être montée à pivotement selon un axe sensiblement perpendiculaire au plan de la plaquette tenue entre lesdites branches. Les éléments de transport peuvent présenter un encombrement latéral inférieur à l'ouverture entre les branches de la pince. Chaque source de lumière peut comprendre un moniteur, notamment un écran LCD, La caméra peut être disposée au-dessus de la source de lumière. Une unité de commande peut être configurée pour commander l'affichage de raies parallèles par les sources de lumière. L'unité de commande peut comprendre au moins une sortie reliée à une caméra et au moins une sortie reliée à la source de lumière correspondante pour synchroniser ladite caméra et ladite source de lumière. L'unité de commande peut être configurée pour commander une zone ovale éclairée de la source de lumière et un bord extérieur sombre. L'unité de commande peut être configurée pour commander l'affichage de couleurs différentes simultanément par les sources de lumière. L'unité de commande peut être configurée pour commander un éclairage alterné par lesdites sources de lumière.
Lors de l'inspection de plaquettes semi-conductrices, une plaquette semi- conductrice à inspecter est apportée par au moins un élément de support appartenant à un bras de transport, des branches distantes faisant partie d'une pince saisissent des bords opposés de la plaquette, la pince tourne autour d'un arbre faisant passer la plaquette d'une position sensiblement horizontale à une position sensiblement verticale, une source de lumière disposée d'un côté de la plaquette et une source de lumière disposée de l'autre côté de la plaquette de façon symétrique par rapport à un plan passant par ladite plaquette émettent un faisceau incident vers la surface de la plaquette faisant face respectivement à chaque source de lumière, et une caméra disposée d'un côté et une caméra disposée de l'autre côté de la plaquette captent la lumière réfléchie par la surface de la plaquette lui faisant face. La caméra linéaire à intégration temporelle prend des images au cours des phases de transport aller et retour par l'élément de support.
Sur les figures 1 à 3, la machine d'inspection 1 a été représentée capot ouvert. Plus précisément, sur la figure 1, le capot avant et l'un des capots latéraux sont ouverts. Sur la figure 2, le capot avant est ouvert. Sur la figure 3, le capot de dessus est ouvert. Bien entendu, en état de fonctionnement, la machine d'inspection 1 est munie de ses capots fermés. Les capots sont opaques pour éviter l'introduction de lumière parasite susceptible de venir perturber les caméras. En outre, sur la figure 1 , l'un des deux écrans, la caméra correspondante et le support de la pince ont été omis afin de mieux voir les autres pièces. De même, sur la figure 2, la pince et le support de pince ont été omis, le substrat y étant présenté en position d'inspection, sensiblement vertical.
Comme on peut le voir sur les figures 1 à 5, la machine d'inspection 1 comprend un bâti 2, par exemple de type mécano-soudé formant une chambre d'inspection 3 et une chambre d'alimentation 4 séparées par une cloison 5 percée d'une fenêtre 6. Le bâti 2 est recouvert par les capots. La chambre d'inspection 3 présente une structure symétrique par rapport à un plan vertical passant le milieu des figures 2 et 3. La machine d'inspection 1 comprend une alimentation 8 en air filtré de type laminaire permettant de générer un déplacement d'air du haut vers le bas de la chambre 3 comme montré par les flèches 7. L'alimentation 8 en air forme également la paroi supérieure de la chambre 3. Le plancher de la chambre de mesure est constitué d'un empilement de 2 grilles dont l'une peut être décalée de l'autre, ceci permettant de contrôler le débit d'air sortant par cette issue, et ainsi de contrôler la surpression dans la chambre de mesure.
La machine d'inspection 1 comprend deux écrans vidéo 9 et 10 montés symétriquement, notamment par rapport à un plan vertical passant par le centre de la machine d'inspection 1 ou encore passant par le substrat 11 à inspecter maintenu en position verticale, voir figures 1 et 2. Chaque écran 9, 10 repose sur un support 12, par exemple du type articulé permettant une orientation de l'écran 9, 10 selon un axe sensiblement parallèle au plan du substrat 11, par exemple un axe sensiblement horizontal, et le réglage en translation de la position de l'écran 9, 10 par rapport à la surface mesurée. Les écrans 9 et 10 sont montés en regard l'un de l'autre à distance et légèrement orientés vers le haut, par exemple avec un angle compris entre 10 et 30°. Les écrans 9 et 10 peuvent être du type LCD. Les écrans 9, 10 présentent une hauteur supérieure à 1,6 fois le diamètre du substrat à inspecter, par exemple une hauteur de 54 cm pour un substrat de 300 mm de diamètre et une hauteur de 72 cm pour un substrat de 450 mm de diamètre.
Les côtés de l'écran d'illumination sont dits hauteur et largeur par convention. On entend par hauteur la dimension la plus petite de la zone d'affichage de l'écran, par référence à l'orientation de l'écran en utilisation d'afficheur vidéo habituelle.
La machine d'inspection comprend également deux caméras 13, 14 situées dans la chambre d'inspection 3. Les caméras 13, 14 peuvent être supportées par les supports 12. Un support 12 est commun à un écran, 9 ou 10 et à une caméra 13 ou 14. La caméra 13 est cachée sur la figure 1 par un montant du bâti 2. Les caméras 13, 14 peuvent également être réglées en position, notamment en hauteur, en largeur et en longueur, la longueur correspondant à la distance horizontale par rapport au substrat 11. En outre, les caméras 13 et 14 peuvent être réglées en orientation angulaire. Les caméras peuvent être de type CCD (Charge Coupled Device en anglais) ou CMOS (Complementary Métal Oxyde Semiconductor). L'écran 9 et la caméra 13 forment un premier système d'inspection. L'écran 10 et la caméra 14 forment un deuxième système d'inspection. Les premier et deuxième systèmes d'inspection sont symétriques.
Les positions respectives de l'écran 9, du substrat 11 et de la caméra 13 d'un côté, de l'écran 10, du substrat 1 1 et de la caméra 14 de l'autre côté de la chambre d'inspection 3 sont choisies de façon que chaque écran 9, 10 émette un faisceau incident atteignant le substrat 11 sur sa face correspondante l ia, 11b respectivement et que la caméra 13, 14 capte le faisceau réfléchi par ladite surface 1 la, 11b. Les faces 1 la et 1 lb sont parallèles. Le faisceau incident n'atteint pas en totalité le substrat 11. Les positions relatives sont choisies de façon que la surface l ia, 11b soit suffisamment éclairée pour permettre à la caméra 13, 14 de détecter un signal lumineux représentatif de défauts de la surface l ia, 11b. La luminosité et le contraste de l'écran 9, 10 sont réglés à des niveaux élevés pour favoriser la détection des défauts par les caméras 13, 14. Par ailleurs, les surfaces inactives de la chambre 3 présentent une absorption maximale des longueurs d'onde utilisées. En d'autres termes, les surfaces inactives de la chambre d'inspection 3 sont de couleur noire. On limite ainsi la perturbation des caméras 13, 14.
Les caméras 13, 14 étant inclinées par rapport à la normale aux surfaces l ia, 11b, présentent une légère distorsion, la distance entre l'extrémité supérieure de la surface 1 la et l'objectif de la caméra étant inférieure à la distance entre l'extrémité inférieure de la surface l ia et l'objectif de la caméra 13. Il en va de même pour la caméra 14 par rapport à la surface 1 lb lui faisant face. À cet effet, les caméras 13, 14 peuvent comprendre un objectif basculant permettant d'obtenir une image nette de la totalité de la surface inspectée par un basculement du plan focal.
La machine d'inspection 1 comprend une pince 15 de maintien du substrat 11. La pince 15, visible sur les figures 1 et 3 est représentée plus en détail sur les figures 4 et 5 offrant au substrat 11 une position respectivement horizontale de réception et verticale d'inspection. La pince 15 comprend une base 16 reposant sur le bâti 2, une tourelle 17 et deux branches 18 et 19. La base 16 peut présenter une forme générale de parallélépipède rectangle. La tourelle 17 est articulée sur la base 16 selon un axe sensiblement horizontal et passant par la fenêtre 6. La tourelle est prévue pour assurer une rotation d'au moins 90°. Une rotation de 180° peut permettre de retourner un substrat 11 ce qui peut s'avérer intéressant dans certaines applications. La rotation de la tourelle 17 peut être assurée par un entraînement électromécanique disposé dans la base 16, par exemple un moteur pas à pas.
Les branches 18 et 19 sont symétriques par rapport à un plan normal au substrat
11, lorsque ledit substrat 11 est porté par lesdites branches 18 et 19. Chaque branche 18, 19 est articulée sur la tourelle 17 selon un axe propre, décalé par rapport à l'axe de pivotement de la tourelle 17 et normale au substrat 11. Dans une variante, les branches 18 et 19 peuvent être coaxiales. Dans une autre variante, l'une des branches est stationnaire par rapport à la tourelle 17 et l'autre branche est articulée. La tourelle 17 comprend un organe d'actionnement des branches 18, 19, par exemple sous la forme de deux moteurs pas à pas ou encore d'un moteur pas à pas et d'un engrènement permettant aux branches 18 et 19 de rester symétriques quelque soit leur position angulaire. Les branches 18 et 19 peuvent pivoter entre deux positions de travail, une position ouverte utilisée pour approcher ou éloigner le substrat 11 et une position en prise avec le bord extérieur 1 le du substrat 11. Les figures 4 et 5 montrent la position en prise.
Plus particulièrement, chaque branche 18, 19 présente une forme coudée de façon que l'encombrement de la tourelle 17 soit inférieur au diamètre du substrat 11. En d'autres termes, les branches 18, 19 présentent une forme d'accent circonflexe. Les branches 18, 19 présentent chacune une face interne 18a, 19a en regard de la face interne de l'autre branche 19, 18, et prévue pour venir en contact avec le bord extérieur 11c du substrat 11. La face interne 18a, 19a présente une rainure 20 allongée parallèlement à l'axe de pivotement de la tourelle 17. La rainure 20 visible sur la figure 6, peut présenter une section transversale en V ou alternativement en demi-cercle ou en ogive pour convenablement coopérer avec le bord extérieur 11c du substrat 11 et assurer une retenue aussi bien dans la position horizontale du substrat 1 1 illustrée sur la figure 4 que dans la position verticale illustrée sur la figure 5 et dans des positions intermédiaires et ce, avec un faible serrage réduisant à des valeurs négligeables la déformation du substrat 11, notamment le flambage en position d'inspection.
La machine d'inspection 1 comprend un organe de manipulation 21 de substrat prévu pour apporter un substrat 11 à la pince 15 avant inspection et pour décharger le substrat de la pince 15 après l'inspection. L'organe de manipulation 21 est disposé dans la chambre d'alimentation 4. L'organe de manipulation 21 peut se présenter sous la forme d'un robot pourvu d'un élément de travail capable de passer par la fenêtre 6 ménagée dans la cloison 5.
La machine d'inspection 1 comprend deux conteneurs 22, 23 amovibles pour stocker une pluralité de substrats 11. Les conteneurs 22, 23 sont supportés par une paroi de la chambre 4 du côté opposé à la cloison interne 5. Les conteneurs 22, 23 peuvent du type auto-obturant de manière à se fermer lors d'une séparation d'avec la machine d'inspection 1. De même, la paroi de la chambre de manipulation 4 est munie d'une fenêtre au droit des conteneurs 22, 23, préférablement munie d'un obturateur automatique fermant la chambre d'alimentation 4 avant le retrait complet des conteneurs 22, 23. On limite ainsi la pollution des substrats 11 et des chambres de la machine d'inspection 1 par des poussières.
La machine d'inspection 1 comprend un organe de préalignement 24 pour les substrats 11. L'organe de préalignement 24 peut être disposé le long de la cloison 5 à une extrémité longitudinale de la chambre d'alimentation 4. En outre, la machine d'inspection 1 comprend une unité de commande et de traitement 26 pouvant se présenter sous la forme d'une baie électronique. L'unité de commande 26 est disposée à l'extrémité de la chambre d'alimentation 4 opposée à l'organe de préalignement 24 avec une cloison de séparation 27. L'unité de traitement 26 peut également être en contact avec la cloison 5. L'unité de commande 26 est reliée aux écrans 9 et 10, aux caméras 13 et 14, à la pince 15 et à l'organe de manipulation 21.
L'organe de manipulation 21 comprend une tourelle 28 capable de se déplacer en translation par rapport au bâti 2 selon un axe parallèle à la cloison 5. Ainsi, l'organe de manipulation 21 peut venir à proximité de l'ouverture 25a vers l'organe de préalignement 24 dans une position et venir au droit de la fenêtre 6, en face de la pince 15 dans une autre position, ou encore en face du conteneur 22, ou en face du conteneur 23. La tourelle 28 peut se déplacer le long d'une glissière 29 solidaire du bâti 2. L'organe de manipulation 21 comprend un bras 30 à deux axes d'articulation, supporté par la tourelle 28, et une fourche 31 supporté par l'extrémité du bras 30 opposé à la tourelle 28. Les axes d'articulation du bras 30 peuvent être sensiblement verticaux. En d'autres termes, le bras 30 est muni de deux axes d'articulation parallèles entre eux et normaux au plan d'un substrat 11 reposant sur la fourche 31.
En fonctionnement, voir figure 7, l'unité de commande 26 commande l'organe de manipulation 21, la pince 15, les écrans 9 et 10 et les caméras 13 et 14. L'organe de manipulation 21 vient se présenter en face du conteneur 22 contenant une pluralité de substrats à inspecter. La fourche 31 passe sous un substrat 11 puis soulève ledit substrat 11 de quelques centaines de microns à quelques millimètres et se retire dudit conteneur 22 en supportant le substrat 11. L'organe de manipulation 21 déplace ensuite le substrat 11 jusqu'à l'organe de préalignement 24 qui assure un positionnement convenable du substrat 11, par exemple au moyen de trois doigts animés d'un mouvement radial et entrant en contact avec le bord extérieur 11c du substrat 11. Puis la fourche 31 assure une reprise du substrat 11 et le fait passer à travers la fenêtre 6 pour l'amener entre les branches 18 et 19 de la pince 15. La fourche 31 se situe très légèrement en dessous des branches 18 et 19 de façon que le substrat 11 soit situé au niveau des branches 18 et 19. Les branches 18 et 19 viennent serrer sur le bord extérieur 11c du substrat 11. La fourche 31 s'abaisse pour se dégager du substrat 11 désormais maintenu entre les branches 18 et 19, en particulier dans les rainures 20. L'organe de manipulation 21 rétracte alors la fourche 31, par exemple dans la chambre de manipulation 4.
Le substrat 11 maintenu entre les pinces 18 et 19 dans une position d'origine sensiblement horizontale, est tourné d'un quart de tour pour l'amener dans la position sensiblement verticale illustrée sur la figure 1. L'unité de commande 26 procède ensuite à l'inspection proprement dite en commandant l'éclairage par l'écran 9 de la face l ia du substrat 1 1 immobilisé par la pince 15. L'écran 9 affiche des raies sensiblement verticales alternativement lumineuses et noires, puis des raies sensiblement horizontales 35 alternativement lumineuses (blanches ou de couleur), et noires, et ce, q fois avec q compris entre 1 et 20. Simultanément, la caméra 13 effectue une prise d'images, par exemple pendant une durée comprise entre 100 et 3000 milli secondes. La caméra 13 peut effectuer une succession de prises d'images pour chaque type de raie. Puis l'écran 9 est éteint et l'écran 10 allumé pour éclairer la face 11b du substrat 1 1. L'écran 10 affiche des raies semblables à celles de l'écran 9, notamment des raies verticales 34, voir figure 2. La caméra 14 prend simultanément un ou plusieurs images. Les images prises par les caméras 13 et 14 sont transférées à l'unité de commande 26 qui assure un traitement en vue de la vérification de la présence de défaut, notamment de défauts de planéité ou d'aspect des faces 1 la et 11b du substrat. Ce mode de fonctionnement en séquentiel peut avantageusement être remplacé par un mode simultané, où le système écran-caméra inspectant la face supérieure et celui inspectant la face inférieure travaillent de façon autonome et simultanée.
Dans un mode de réalisation, l'éclairage est assuré par l'ensemble de la surface des écrans 9 et 10. La Demanderesse s'est aperçue qu'il était intéressant de limiter l'éclairage à une zone ovale 32 sur les écrans 9 et 10 correspondant à la projection géométrique des faces l ia et 11b respectivement du substrat 1 1 sur les écrans 9 et 10. Dans ce cas, les raies verticales 34 puis horizontales 35 sont affichées dans la zone ovale 32, le bord extérieur 33 de l'écran restant noir. On réduit la quantité de lumière diffusée dans la chambre d'inspection 3 et on réduit la perturbation des caméras 13 et 14 qui peuvent alors fournir un signal de qualité améliorée.
Ensuite, la phase d'immobilité du substrat 11 en position sensiblement verticale étant terminée, la tourelle 17 de la pince 15, commandée par l'unité de commande 26, tourne sensiblement d'un quart de tour pour remettre le substrat 11 en position sensiblement horizontale. La fourche 31 de l'organe de manipulation 21 s'avance sous le substrat 11 à une distance de sécurité, par exemple de l'ordre de quelques millimètres, puis se déplace verticalement en remontant à faible vitesse jusqu'à proximité de la face inférieure 11b du substrat 11. Les branches 18 et 19 passent alors de la position en prise à la position ouverte, le substrat 11 reposant sur la fourche 31.
La fourche 1 1 quitte la chambre d'inspection 3 et se déplaçant à travers la chambre d'alimentation 4, vient disposer le substrat 11 dans le conteneur 22 ou 23. Le cycle peut alors être répété. Bien entendu, pour augmenter la productivité de la machine d'inspection, l'organe de manipulation 21 peut être commandé pour prendre un substrat 11 et l'apporter à l'organe de préalignement 24 pendant les étapes au cours desquelles le substrat 11 précédemment apporté à la pince 15 est en cours d'inspection par les caméras 13 et 14. Comme on peut le voir sur l'organigramme de la figure 7, les étapes d'éclairage par l'écran 9, 10 et d'observation par la caméra 13, 14, peuvent être répétées jusqu'à l'obtention de données suffisamment précises. Le nombre de sous-étapes p peut être compris entre 1 et 10.
Dans le mode de réalisation de la figure 9, l'organe de manipulation 21 peut être muni d'une tourelle 28 supportant deux bras 30, 33 chacun muni d'une fourche 31, 32. La productivité de la machine d'inspection 1 peut alors être améliorée en suivant l'organigramme de la figure 8 dans la mesure où l'une des fourches dite amont, peut être dédiée aux étapes de manipulation préalables à l'inspection par les caméras 13 et 14, tandis que la fourche supplémentaire dite aval peut être dédiée aux étapes de manipulation postérieures à l'inspection par les caméras 13 et 14 pour ramener le substrat 11 inspecté de la pince 15 dans le conteneur 22 ou 23.
Plusieurs étapes peuvent être effectuées simultanément selon les durées respectives de chaque étape et notamment la durée de l'inspection par les caméras 13 et 14. Plus particulièrement, la fourche amont peut sortir un substrat de l'organe de pré alignement 24 alors que le substrat précédent est en cours d'inspection par les caméras 13 et 14, la fourche amont restant alors en attente de la sortie du substrat précédent par la fourche aval. Dès que la fourche aval a extrait le substrat 11 précédent de la chambre de traitement 3, la fourche amont peut introduire le substrat suivant dans ladite chambre de traitement 3. En d'autres termes, la durée entre deux étapes d'inspection par les caméras 13 et 14 est diminuée d'où un rendement plus élevé.
Par ailleurs, la fourche amont a deux manipulations à faire, l'amenée d'un substrat 11 à l'organe de préalignement 24, puis l'amenée du substrat 11 à la pince 15, tandis que la fourche aval a une opération de manipulation à réaliser: l'amenée du substrat 11 inspecté au conteneur aval 23. L'unité de commande 26 peut donner la priorité à la fourche amont 31, ce qui permet là encore de réduire légèrement le temps de cycle. Ainsi, la fourche aval peut rester avec un substrat inspecté en attente de rangement, tandis que la fourche amont effectue une autre opération, par exemple le prélèvement d'un substrat dans le conteneur 22 pour l'amener à l'organe de préalignement 24, ou encore le prélèvement d'un substrat 11 dans l'organe de préalignement 24.
Par ailleurs, l'unité de commande 26 peut être configurée pour faire fonctionner simultanément les sources de lumière formées par les écrans 9 et 10. Les conteneurs 22 et 23 peuvent servir l'un de conteneur amont et l'autre de conteneur aval. Les conteneurs 22 et 23 peuvent servir l'un après l'autre, un substrat 11 prélevé dans le conteneur 22 y retournant après inspection, éventuellement dans la même position.
L'ensemble d'inspection 40, voir figure 10, comprend une machine d'inspection 1 équipée comme ci-dessus. L'ensemble d'inspection 40 comprend, en outre ou en alternative, un organe de détection 45 de défauts de surface à partir des variations de la pente d'une surface de la plaquette, un organe de détection 1 de défauts de surface à partir des variations de l'intensité lumineuse réfléchie par une surface de la plaquette, et un mécanisme de détection et de classification 42 monté en aval desdits organes de détection. L'organe de détection 45 comprend un capteur de prise d'images 46 pour détecter des franges réfléchies par le substrat. Le capteur de prise d'images 46 peut fournir des données d'image à l'organe de détection 41. Le capteur de prise d'images 46 peut être une caméra de type Le capteur de prise d'images peut être une caméra comportant un détecteur Kodak ®. Le capteur de prise d'images peut être capable de prendre une image en une durée d'acquisition inférieure à 250 ms, préférablement inférieure à 150 ms. Le capteur de prise d'images 46 peut prendre de 10 à 14 images lors du déplacement d'un substrat dans son champ. Il est ainsi possible d'inspecter au moins 60 substrats par heure, préférablement 70 ou 80. Les opérations autres que l'acquisition des images, notamment le transfert, sont effectuées en temps masqué. En d'autres termes, le transfert d'une image a lieu pendant l'acquisition de l'image suivante ou d'une image de la face opposée.
L'organe de détection 41 comprend une source lumineuse. La source lumineuse est pourvue d'un élément de projection lumineuse sur la surface de la plaquette 1 1, par exemple un écran vidéo, notamment de luminosité d'au moins 300 cd/cm2, préférablement supérieure à 500 cd/cm2; et d'une mire affichée par l'écran vidéo. La mire comprend une alternance de franges de lumière continue et de bandes sombres. Le mécanisme de détection et de classification 42 est monté en aval de l'organe de détection 41. L'ensemble d'inspection 40, voir figure 10, peut comprendre une caméra à intégration temporelle 44. L'ensemble d'inspection 40 peut comprendre un système d'inspection de bord de plaquettes semi-conductrices 701.
Le mécanisme de détection et de classification 42 peut comprendre un tableau de critères de défauts indiquant quel type de défaut se retrouve, peut se retrouver et ne se retrouve pas avec tel type d'inspection, voir ci dessous. La demanderesse s'est rendu compte qu'un type de défaut donné pouvait être détecté par un mode d'inspection, ne pas être détecté ou encore être détecté sous certaines conditions. Ceci est principalement dû à la morphologie des défauts et à leur signature en fonction de la technologie utilisée. Les défauts présentant du relief ont par exemple une signature visible avec une technologie, alors que des défauts présentant uniquement de l'absorption de surface seront non visible par le biais de cette technologie. Il peut se produire aussi que certains défauts de types différents présentent des signatures comparables s'ils sont observés avec une même technologie, alors qu'une autre technologie pourra permettre d'obtenir des résultats différents. La combinaison de technologies permettra alors de discriminer ces défauts par une comparaison des résultats obtenus par chacune des technologies. Le tableau 1 ci après est donné en exemple d'un mode de réalisation dans lequel une zone non transférée pendant une étape de fabrication est détectée par inspection de réflectivité et éventuellement par inspection topographique simple face, une ligne de glissement non traversante est détectée par inspection topographique simple face, une ligne de glissement traversante est détectée par inspection topographique double face, un point chaud apparaissant pendant le dépôt de couches minces est détecté par inspection de réflectivité et par inspection à intégration temporelle sous champ sombre, un point d'arrachement est détecté par inspection de réflectivité et par inspection topographique double face, une tache ou inhomogénéité locale d'indice de réfraction ou d'épaisseur est détectée par inspection de réflectivité, une marbrure liée à une variation lente d'épaisseur est détectée par inspection de réflectivité, une ébréchure est détectée par inspection de bord, une fracture est détectée par inspection de bord et éventuellement par inspection à intégration temporelle sous champ sombre, une petite particule de quelques microns est détectée par inspection à intégration temporelle sous champ sombre, une ligne de clivage est détectée par inspection à intégration temporelle sous champ sombre et par inspection de réflectivité et par inspection topographique simple face et par inspection topographique double face, une grosse particule de quelques dizaines de microns est détectée par inspection à intégration temporelle sous champ sombre et par inspection de réflectivité et éventuellement par inspection topographique simple face, une marque de contact avec un élévateur est détectée par inspection à intégration temporelle sous champ sombre et par inspection topographique simple face, une rayure de faible largeur est détectée par inspection à intégration temporelle sous champ sombre, une rayure de grande largeur est détectée par inspection à intégration temporelle sous champ sombre et par inspection de réflectivité et par inspection topographique simple face, et une marque de doigt de maintien de chambre de traitement thermique est détectée par inspection topographique simple face. Inspection de bord
L'inspection de la tranche d'un substrat semi-conducteur 101 se fait en faisant tourner le substrat devant un système de vision, de type caméra matricielle ou linéaire. Par tranche de substrat, on entend le côté 104 sensiblement perpendiculaire aux surfaces supérieure et inférieure du substrat, le biseau supérieur 103 ou chanfrein, le biseau inférieur 105 ou chanfrein, la zone proche du bord supérieur 102 et la zone proche du bord inférieur 106, cf figures 12 et 13.
Pour des contrôles par prélèvement ou échantillonnage ou pour l'analyse de zones limitées à une faible partie de la surface du bord, on peut utiliser des systèmes d'inspection lents très performants avec un faible champ d'observation et un fort grossissement. Parmi ces systèmes lents, la microscopie confocale peut être choisie. Toutefois, 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 l'industrie du semiconducteur.
Or, la demanderesse a constaté que l'augmentation du diamètre des substrats et la complexification des processus de fabrication, par la succession d'un grand nombre d'étapes et de traitements thermiques, augmente les contraintes mécaniques internes qu'ils subissent et augmente, par voie de conséquence, le risque de propagation de défauts, par exemple de microfissures situées sur le bord du substrat. Par ailleurs, l'augmentation du rendement, au sens du nombre de puces par substrat à diamètre égal, conduit à disposer des puces à proximité des bords. L'inspection des bords présente donc un intérêt de plus en plus grand. Le codage chromatique est utilisé dans le cadre de la mesure de distance pour régler le focus sur des équipements destinés à la photolithographie dans le domaine du semiconducteur. La mesure d'épaisseur ou de distance nécessite une analyse chromatique de la lumière réfléchie afin de convertir cette information en paramètre géométrique de l'objet mesuré. Cette conversion est lente.
L'inspection de bord fait appel à la microscopie confocale chromatique basée sur la microscopie confocale et à l'exploitation de l'aberration chromatique du système optique utilisé. En général, un microscope confocal 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 généralement associés à des frottements, ils se révèlent souvent sources de particules, ce qui est à proscrire dans un environnement de production de composants micro électroniques. Grâce à l'invention, on utilise une étroite plage de longueur d'ondes bien focalisée grâce à laquelle on obtient une image nette. L'analyse de la longueur d'ondes permet de déterminer, si cela est souhaité, la distance entre le capteur chromatique confocal et l'objet analysé. Avec un système optique à aberration chromatique forte, comportant au moins une lentille réalisée dans un matériau avec un nombre d'Abbe inférieur à 50, voire 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 profondeur de champ pourra atteindre plusieurs millimètres.
En conservant la longueur d'ondes ou une étroite plage de longueur d'ondes correspondant à la longueur d'ondes bien focalisée, on obtient un système autofocus optique. Ce système autofocus peut se passer de mouvement mécanique. Ceci est obtenu grâce aux fentes disposées à la même distance optique de la surface à inspecter ou encore de l'objectif, dans la mesure où l'objectif appartient à la fois à la voie d'éclairage et à la voie d'analyse. On peut ainsi réaliser une acquisition multipoint chacun ayant les propriétés avantageuses ci-dessus. La séparation des voies d'éclairage et d'analyse peut être effectuée par une lame semi-réfléchissante disposée entre la fente et l'objectif pour la voie d'éclairage et entre l'objectif et la fente de filtrage chromatique pour la voie d'analyse. La fente forme un organe de linéarisation.
Un dispositif d'inspection 701 de bord de plaquettes semi-conductrices comprend un microscope confocal chromatique pourvu d'une voie d'éclairage et d'une voie d'analyse. La voie d'éclairage comprend une source lumineuse polychromatique, 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 comprend ledit objectif, une fente de filtrage chromatique et un capteur d'intensité lumineuse dans cet ordre. La fente de la voie d'éclairage et la fente de la voie d'analyse sont disposées sensiblement à la même distance optique du bord de la plaquette à inspecter. En d'autres termes, lesdites fentes peuvent se situer à la même distance optique du bord de l'objectif. On parvient ainsi à filtrer spatialement les longueurs d'ondes non focalisées sur le bord de la plaquette semi-conductrice en cours d'inspection.
Un procédé d'inspection de bord de plaquettes semi-conductrices peut comprendre des étapes au cours desquelles on éclaire le bord par une source lumineuse polychromatique, le faisceau incident passant par une fente et par un objectif présentant une aberration, comportant au moins une lentille réalisée dans un matériau avec un nombre d'Abbe inférieur à 50, et on recueille le faisceau réfléchi après qu'il a passé par ledit objectif puis par une fente de filtrage chromatique configurée pour filtrer spatialement les longueurs d'ondes non focalisées sur le bord de la plaquette semi-conductrice. Le recueil est effectué par un capteur d'intensité lumineuse.
La source lumineuse peut comprendre un ensemble de diodes électroluminescentes, par exemple sous la forme d'une barrette, et un organe d'homogénéisation de l'intensité lumineuse au long de la ligne. Le dispositif peut comprendre une unité de traitement reliée à une sortie du capteur pour recevoir et analyser un signal d'intensité lumineuse. On peut prévoir une pluralité de capteurs d'intensité lumineuse pour inspecter une pluralité de facettes dudit bord, l'unité de traitement pouvant comprendre un assembleur de données de sortie des capteurs d'intensité lumineuse générant un fichier des résultats d'inspection pour ladite pluralité de capteurs. L'unité de traitement peut comprendre un discriminateur de défaut du bord générant un classement par type de défaut, par position, réflectivité, forme ou dimension. Le dispositif peut comprendre un analyseur chromatique de la lumière rétrodiffusée ou réfléchie par un bord de la plaquette semi-conductrice avec une sortie reliée à l'unité de traitement. L'unité de traitement comprenant alors un extracteur générant des données de distance entre l'objectif et le bord de la plaquette semi-conductrice. L'objectif peut présenter un diamètre optique inférieur à 100mm, ce qui permettra par un encombrement plus faible d'intégrer le système dans un environnement restreint.
La surface à inspecter est disposée à une distance comprise dans la zone d'aberration chromatique axiale, en d'autres termes à une distance comprise entre la longueur d'ondes de la lumière incidente présentant la focalisation la plus courte et la longueur d'ondes de la lumière incidente présentant la focalisation la plus longue. Le dispositif permet de faire un contrôle d'une tranche du bord de substrat et ce indépendamment d'un mécanisme de réglage de focalisation. Par une mesure continue de la tranche lors de la rotation du substrat, une image de la périphérie complète du substrat peut être réalisée.
Le dispositif d'inspection utilise l'information d'intensité lumineuse fournie par le capteur 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'imageries classiques. Le dispositif permet l'observation d'un grand champ avec des points dont la distance par rapport à l'objectif optique peut varier plus qu'avec un système d'imagerie classique présentant le même agrandissement.
A titre optionnel, la mesure de topographie par analyse chromatique de la lumière réfléchie peut être effectuée pour des applications plus précises et à plus faible cadence telle que l'analyse a posteriori de défauts détectés. La mesure de topographie peut aussi être utilisée pour quantifier la tombée de bord information particulièrement intéressante pour les substrats qui ont été reconditionnés et donc repolis.
La position de l'objectif par rapport à la surface à inspecter pourra se situer entre quelques millimètres et quelques centimètres de distance. Ceci permet de dégager le volume à proximité du substrat, volume généralement utilisé pour la manipulation du substrat par un ou plusieurs robots. Afin de collecter un maximum de lumière pour l'ouverture numérique donnée, on cherchera néanmoins à maintenir une faible distance entre la surface à contrôler et l'objectif.
La vitesse de rotation du substrat peut être comprise entre 0,1 et 10 tours par minute pour un substrat de 300 mm de diamètre, par exemple entre 1 et 10 tours par minute pour l'analyse d'intensité lumineuse. Cette vitesse de rotation sera à ajuster pour un substrat de diamètre différent afin de conserver une vitesse linéaire proche, par exemple dans une plage comprise entre 0,1 et 10 mètres par seconde, plus particulièrement entre 1 et 10 mètres par seconde pour l'analyse d'intensité lumineuse.
La résolution du capteur peut être comprise entre 128 et 10 000 pixels. La résolution peut être adaptée à la taille des défauts recherchés et à la cadence souhaitée. La source lumineuse peut comprendre une lampe à arc de type xénon, une lampe à incandescence, halogène ou une source à diodes électroluminescentes. Les diodes électroluminescentes sont avantageuses en termes de durée de vie, de faible consommation et de faible échauffement.
La lumière incidente générée par la source 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 incidente constitue une source lumineuse linéaire. Le faisceau incident passe ensuite par une lame semi-réfléchissante puis par l'objectif avant d'atteindre la surface à inspecter. Le faisceau réfléchi par la surface à inspecter passe par l'objectif puis par la lame semi-réfléchissante et en ressort selon un axe distinct de l'axe de la voie incidente.
Le faisceau réfléchi passe ensuite par la fente 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. En aval de la fente de filtrage chromatique, le faisceau réfléchi est essentiellement constitué par la longueur d'ondes ou l'étroite plage de longueur d'ondes focalisées et offre donc une image nette. Plus le chromatisme axial de l'objectif est élevé, plus une différence de longueur d'ondes se traduit par une différence élevée de distance de focalisation. Le faisceau réfléchi atteint ensuite le capteur d'intensité lumineuse. La sortie du capteur d'intensité lumineuse est reliée à l'unité de traitement.
Comme on peut le voir sur la figure 14, le microscope confocal chromatique 107 comprend une voie d'éclairage 110 pour éclairer un objet 130 à inspecter, par exemple le bord d'un substrat semi-conducteur et une voie d'analyse 120 fournissant un signal de sortie à une unité de traitement et d'analyse 125. La voie d'éclairage 110 et la voie d'analyse 120 comprennent des parties communes notamment une lame semi-réfléchissante 114 et un objectif 115.
La voie d'éclairage 110 peut comprendre une source à large spectre 111 émettant un faisceau lumineux, une fente de filtrage spatial 112 recevant ledit faisceau lumineux, une optique de collimation 113 comprenant une ou plusieurs lentilles, ladite lame semi- réfléchissante 114 et ledit objectif 115. La lame semi-réfléchissante 114 reçoit le faisceau incident en provenance de l'optique de collimation 113. Le faisceau incident est dirigé vers l'objectif 115 à partie de la sortie de la lame semi-réfléchissante 114. L'objectif 115 présente un fort chromatisme axial, par exemple dont une lentille au moins est réalisé 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 l'objet à inspecter 130 après la sortie de l'objectif 115. La source 111 peut comprendre une barrette de diodes 11 la, un homogénéiseur 11 lb et une lentille de sortie 11 le.
La voie d'analyse 120 comprend ledit objectif à fort chromatisme axial 115, la lame semi-réfléchissante 114 transmettant le faisceau réfléchi selon un axe différent de l'axe d'entrée du faisceau incident, vers une optique de focalisation qui rempliera la fonction inverse de l'optique de collimation 113, respectant le principe du retour inverse de la lumière. La voie d'analyse 120 comprend également une fente de filtrage spatial 122 disposée en aval de l'optique de focalisation 121. La fente 122 est disposée également à une distance de l'objet à inspecter 130 égale à la distance entre la fente de filtrage spatial 112 de la voie d'éclairage 1 10 et ledit objet à inspecter 130.
En aval de la fente de filtrage spatial 122, la voie d'analyse 120 comprend un capteur linéaire 124, disposé sur le trajet du faisceau réfléchi. Le capteur linéaire 124 peut se présenter sous la forme d'un ensemble d'éléments capteurs disposés en barrette. Les éléments capteurs peuvent être du type CCD ou encore CMOS. La sortie du microscope 107 en aval du capteur 124 est reliée à une unité de traitement et d'analyse 125 illustrée plus en détail sur la figure 17. Grâce à la présence des fentes de filtrage spatial 112 et 122 et au fort chromatisme axial de l'objectif 115, les longueurs d'ondes non focalisées sur la surface de l'objet à inspecter 130 sont filtrées en raison de leur décalage spatial rapport à la longueur d'onde focalisée, ce décalage étant d'autant plus grand que le chromatisme axial de l'objectif 115 est élevé. En sortie de la fente de filtrage spatial 122 de la voie d'analyse 120, le faisceau réfléchi filtré comprend une étroite plage de longueurs d'ondes sensiblement centrée sur la longueur d'onde focalisée, d'où une image d'une grande netteté et le fait que le faisceau réfléchi filtré est représentatif des défauts de la surface inspectée de l'objet 130.
Dans ce mode de réalisation, le microscope 107 effectue une mesure de réflectivité de la surface à inspecter de l'objet 130. Des variations de la réflectivité sont représentatives de défauts de la surface inspectée. Il est possible d'en déduire des informations relativement précises sur la taille et le type de défauts. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 15, la voie d'analyse 120 du microscope 107 comprend, en outre, un élément dispersif 123 disposé entre la fente de filtrage spatial 122 et le capteur 124 sur le trajet du faisceau réfléchi filtré. L'élément dispersif 123 aura pour fonction de séparer spatialement les longueurs d'ondes. Le spectre ainsi obtenu sera projeté sur un capteur, et l'information de la longueur d'onde la plus intense sera alors disponible, et donnera une image de la distance de focalisation optimale. L'élément dispersif 123 peut être un réseau de diffraction. Le microscope 107 fournit alors en sortie un signal représentatif de la distance locale du microscope 107 par rapport à la surface inspectée de l'objet 130 dont est déduite la topographie de la surface inspectée. Une unité de traitement de l'information chromatique réalise une conversion de la longueur d'onde en distance entre le bord de plaquette à inspecter et l'objectif du capteur. Ce mode de réalisation fournit un signal relativement lourd à traiter. Il s'avère intéressant pour un contrôle sur échantillon ou sur des substrats semi- conducteurs présentant des défauts détectés par d'autres moyens, par exemple par un microscope 107 selon le mode de réalisation de la figure 14 susceptible d'être intégré dans une chaîne de fabrication de substrats semi-conducteurs.
On peut donc prévoir un microscope selon le mode de réalisation de la figure 14 disposé sur la chaîne de fabrication et inspectant un grand nombre, voire la totalité, des substrats semi-conducteurs fabriqués et un microscope selon le mode de réalisation de la figure 15 pour inspecter des substrats semi-conducteurs présentant des défauts précédemment détectés, cette inspection pouvant être 2 à 10 fois plus lente que la précédente. Le microscope selon le mode de réalisation de la figure 4 est alors disposé à part de la chaîne de fabrication afin de recevoir les substrats semi-conducteurs sélectionnés en raison de leurs défauts. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 16, une pluralité de microscopes 107, 137 et 147 sont disposés pour inspecter le bord d'un substrat semi-conducteur 101. Les microscopes 17, 137 et 147 peuvent être conformes au mode de réalisation de la figure 14. Le microscope 107 est positionné en face du côté 104 du substrat 101. Le microscope 137 est disposé au-dessus du substrat 101 pour inspecter le biseau supérieur 103 et la zone proche du bord supérieur 102. Le microscope 147 est disposé sous le substrat 101 pour inspecter le biseau inférieur 105 et la zone proche du bord inférieur 106. Les sorties des microscopes 107, 137 et 147 peuvent être reliées à une unité de traitement et d'analyse commune, voire figure 17.
L'unité de traitement et d'analyse 125 comprend une pluralité de cartes d'acquisition, ici au nombre de trois. Chaque carte d'acquisition 151, 152, 153 est reliée à la sortie d'un microscope confocal chromatique 107, 137, 147. L'unité de traitement et d'analyse 125 peut comprendre également un organe de reconstruction d'images 154 configuré pour générer une image à partir des images fournies en sortie par les cartes d'acquisition 151, 152, 153. L'organe de reconstruction d'images procède à une comparaison de l'extrémité supérieure de l'image du côté 104 avec l'extrémité inférieure de l'image du biseau supérieur 103 et une comparaison du bord inférieur de l'image du côté 104 avec le bord supérieur de l'image du biseau inférieur 105. L'organe de reconstruction d'images 154 effectue une détection d'un recouvrement éventuel à partir du résultat de la comparaison et un assemblage.
L'unité de traitement et d'analyse 125 comprend un ou plusieurs organes de traitement d'images 155, par exemple sous forme logicielle, pour faciliter la détection des défauts. Les organes de traitement d'images 155 peuvent effectuer des opérations de dilatation, d'érosion, de contour, etc .. Par ailleurs, les organes de traitement d'images 155 peuvent comprendre une bibliothèque de défauts et un comparateur pour comparer les défauts suspectés à des défauts connus et répertoriés dans la bibliothèque. L'organe de traitement d'images 155 est configuré pour générer en sortie un fichier de résultats, notamment sous la forme d'un fichier image.
Dans un autre mode de réalisation, on pourra avoir un traitement des images avant reconstruction, permettant ainsi d'avoir un traitement facilité par une taille d'image plus petite. Une combinaison des résultats permettra de produire un fichier résultat de synthèse. Topographie simple face
En référence aux figures 18 et 19, le dispositif suivant l'invention comporte des moyens de projection 201 sur un substrat 202 d'une mire 203 constituée d'une alternance de franges 204 de lumière continue et de bandes sombres 205, ladite mire 203 étant représentée sur la figure 19.
Le substrat 202 est positionné sur un support, non représenté sur les figures, de type annulaire, ou de type à trois ou quatre points d'appui pour un substrat d'un diamètre de 300mm par exemple.
Les franges 204 de lumière et les bandes sombres 205 présentent sensiblement la même largeur; toutefois, les franges 204 de lumière et les bandes sombres 205 peuvent présenter des largeurs respectives quelconques.
Ces moyens de projection 201 sont constitués d'un écran 206, tel qu'un écran plasma ou LCD, acronyme de «Liquid Crystal Display», par exemple, positionné au dessus dudit substrat 202 à proximité de la normale audit substrat 202, connecté à des moyens d'émission d'un signal visuel, tel qu'un ordinateur 207 par exemple, et recevant un signal visuel comportant une succession de franges lumineuses 204 et de bandes sombres 205.
On utilise de préférence un écran LCD de type 50 pouces. En effet, l'homogénéité des pixels des écrans LCD s'avère plus adaptée à la détection des lignes de glissement que celle des pixels des écrans plasma. La distance entre un tel écran 206 et un substrat 202 d'un diamètre de 300mm est par exemple de 60cm.
L'écran 206 peut également être remplacé par un écran de projection sur lequel on projette une mire avec un projecteur. Dans tous les cas, l'écran 206 est de préférence disposé perpendiculairement à l'axe optique pour obtenir une résolution homogène sur le substrat entier.
La mire 203 correspond à une lumière structurée dans le plan de l'écran 206. Dans l'exemple de réalisation de la mire 203 représentée sur la figure 19, la distribution de l'intensité I(x) perpendiculairement aux franges est globalement crénelée (figure 22), c'est- à-dire que l'intensité bascule périodiquement entre 0 et 100%.
De préférence, la mire 203 est constituée par des franges parallèles, où la distribution de l'intensité I(x) perpendiculairement aux franges est approximativement sinusoïdale (figure 21).
Lorsque la période de la sinusoïdale correspond à une dizaine de pixels d'un écran 206, la distribution de l'intensité prend l'allure correspondant à la figure 22. Dans cet exemple de réalisation, on utilise de préférence des franges 204 très fines, correspondant par exemple à une dizaine de pixels de l'écran 206. Avec un écran 206 de 1000 pixels, ceci correspond à une centaine de franges lumineuses 204 qui sont réfléchies par le substrat 202.
Lesdits moyens de projection 201 pourront être substitués par tout autre moyen de projection équivalent apte à projeter sur le substrat une mire 203 constituée d'une alternance de franges 204 de lumière continue et de bandes sombres.
Ces moyens pourront par exemple consister en une source de lumière continue et sinusoïdale, i.e. une lumière non cohérente, et en une grille positionnée entre ladite source de lumière et le substrat ou bien encore en une source lumineuse cohérente comportant deux ondes sphériques procurant par interférence entre lesdites ondes des franges sinusoïdales.
Le dispositif comporte, par ailleurs, des moyens de déplacement relatif de la mire 203 et du substrat 202 suivant au moins une direction. Dans cet exemple particulier de réalisation, lesdits moyens de déplacement consistent avantageusement en un algorithme de traitement du signal vidéo transmis à l'écran 206 de manière à décaler les franges 204 de lumière et les bandes sombres 205 d'un demi, d'un ou de plusieurs pixels à des intervalles de temps réguliers ou irréguliers. En effet, la période des franges n'est pas nécessairement commensurable avec les pixels.
De préférence, la mire 203 est déplacée d'un seul pixel. Dans le cas de franges lumineuses 204 ayant une intensité sinusoïdale avec un pas de dix pixels à l'écran, on enregistre ainsi dix images différentes.
Ladite mire 203 peut être déplacée soit pas à pas, c'est-à-dire par un déplacement discret, soit de manière continue dans une ou plusieurs directions.
En référence à la figure 18, le dispositif comporte un capteur 208 en vu d'enregistrer notamment des images des franges 204 réfléchies par le substrat 202 et leurs déplacements. Ce capteur 208 consiste avantageusement en une caméra numérique comportant un capteur de type CCD acronyme de « Charge-Coupled Device » de 11 millions de pixels. La caméra est accommodée sur le substrat 202 et non sur l'image miroir de l'écran se réfléchissant dans le substrat 202. Une telle caméra permet d'effectuer une prise d'image en 150ms, puis de transférer les données à l'ordinateur en 300ms environ. Ainsi, en une seconde on acquiert une image suffisamment précise pour pouvoir résoudre les lignes de glissement avec le procédé selon l'invention. Pour une séquence de dix images, l'acquisition des données dure donc environ dix secondes. Il est ainsi possible de traiter deux voire trois substrats par minute et, ainsi, plus de cent substrats par heure. Ce capteur 208 est connecté à l'ordinateur 207 qui reçoit les informations relatives aux images réfléchies par le substrat 202 afin de les traiter.
Plus la résolution du capteur 208 est haute plus le dispositif suivant l'invention détecte des défauts de surfaces du substrat de petite taille.
Par ailleurs, dans cet exemple particulier de réalisation, l'écran 206, le substrat 202 et le capteur 208 sont fixes de sorte que le dispositif ne génère pas de vibration, n'est pas source de contamination liées au frottement de pièces, et ne se dérègle pas. Par ailleurs, le dispositif est peu sensible aux vibrations.
Ces informations sont traitées par des moyens de détermination de la courbure de la surface du substrat 202 à partir des déplacements des franges 204 de la mire 203.
Ces moyens de détermination de la courbure de la surface du substrat 202 consistent en un algorithme enregistré sur un support de l'ordinateur 207 et apte à calculer le décalage de phase des franges 204 de la mire 203 en chaque point de la surface du substrat 202 à partir du signal transmis par le capteur 208 puis à en déduire le rayon courbure audit point de la surface du substrat 202.
Le dispositif comporte par ailleurs des moyens de détermination de la présence d'un défaut de surface sur le substrat 202 à partir des variations de la pente de la surface du substrat. Ces moyens de détermination de la présence d'un défaut de surface consistent en un second algorithme enregistré sur un support de l'ordinateur 207 et apte à calculer les valeurs de pente en chaque point de la surface du substrat à partir des décalages de phases calculés par le premier algorithme.
De manière particulièrement avantageuse, le dispositif comporte des moyens de détermination de la localisation spatiale des défauts sur la surface du substrat 202. Lesdits moyens de détermination de la localisation spatiale des défauts consistent en un algorithme apte à calculer l'abscisse et l'ordonnée par rapport à un point de référence solidaire du substrat 202 de chaque point de la surface dudit substrat 202 présentant un rayon de courbure supérieur ou égaLà une valeur seuil déterminée.
Selon une variante d'exécution, lesdits moyens de détermination de la localisation spatiale des défauts pourront consister en un algorithme apte à calculer l'abscisse et l'ordonnée par rapport à un point de référence solidaire du substrat 202 de chaque point de la surface dudit substrat 202 présentant une distribution locale de la pente statistiquement différente de la distribution de la pente du reste du substrat 202.
Dans l'exemple de réalisation suivant l'invention, en référence à la figure 20, le substrat 202 consiste en un substrat semi-conducteur de type SOI (acronyme de « Silicon On Insulator ») et présente une forme de disque muni d'une encoche 209 radiale à sa périphérie. Cette encoche 209 forme le point de référence d'un repère orthonormé dans lequel les défauts détectés 210 à la surface dudit substrat 202 peuvent être localisés.
Accessoirement, le dispositif comporte des moyens de détermination de la nature des défauts de surface consistant en un algorithme enregistré sur un support de l'ordinateur 207 et apte à calculer l'amplitude et/ou la longueur et/ou la forme et/ou l'orientation de chaque défaut 210 de surface détecté puis à comparer ces valeurs avec celles d'une base de données.
Ainsi, le dispositif permet de détecter et de distinguer plusieurs types de défauts de surface, notamment des micro-défauts, par exemple cristallins, tels que des lignes de glissement à la périphérie du substrat ou des impacts du support dans des zones disposées à mi-chemin entre le centre et le bord du substrat, dont les dimensions sont de l'ordre de plusieurs centaines de micromètres pour la longueur et de l'ordre du nanomètre pour la profondeur. Le dispositif permet également de détecter des zones dites « non-transférées » (ZNT) apparaissant lors d'un procédé de fabrication comportant une étape de transfert d'une couche puis une étape de détachement suivant le procédé SmartCut™.
Afin de limiter le dépôt de poussières sur le substrat 202 et les contraintes gravitationnelles susceptibles de procurer une déformation du substrat 202, qui peuvent altérer la détection des défauts 210, ledit substrat 202 est avantageusement positionné verticalement.
Par ailleurs, le dispositif peut avantageusement comprendre des moyens pour générer un flux, de préférence laminaire, d'un fluide pour minimiser les contaminations du substrat par les poussières, le substrat 202 s'étendant de préférence dans le flux ou à proximité et parallèlement à ce dernier.
On expliquera maintenant le fonctionnement du dispositif en référence aux figures
18 à 21
Une mire 203, constituée de franges 204 dont l'intensité lumineuse présente une distribution sinusoïdale sur l'axe perpendiculaire aux franges (figure 19) est projetée, dans une étape (figure 11), sur le substrat 202 de manière à générer des franges réfléchies par la surface dudit substrat.
L'intensité de l'image réfléchie par le substrat peut s'écrire sous la forme:
I = I0 (l + A0 cos( + x)) Où Io, Ao, Φ et x sont des inconnues et représentent respectivement l'intensité moyenne de l'image réfléchie par le substrat 202, le contraste des franges 204, l'angle de phase et une coordonnée spatiale d'une première direction prédéterminée.
Afin de déterminer ces valeurs en chaque point de l'image réfléchie, on opère, dans une étape suivante, un déplacement relatif de la mire 203 et du substrat 202 suivant au moins une direction, de manière à déplacer les franges 204 de la mire 203 sur le substrat 202, puis on enregistre, dans une étape, les déplacements des franges 204 réfléchies par le substrat 202 au moyen du capteur 208, afin de déterminer l'intensité moyenne I0, le contraste A0 et la phase Φ de l'image réfléchie en chaque point de l'image. Afin de déterminer l'intensité moyenne Io, le contraste A0 et la phase Φ de l'image réfléchie en chaque point de l'image, il est nécessaire d'acquérir une séquence d'images. La séquence d'images comporte de préférence entre trois et dix images.
De préférence, deux séquences d'images sont acquises en utilisant pour une première séquence d'images une mire 203 comprenant des franges 204 parallèles s'étendant dans une première direction, lesdites franges 204 étant déplacées orthogonalement à la direction desdites franges 204, et pour une seconde séquence d'images une mire 203 comprenant des franges 204 parallèles s'étendant dans une direction perpendiculaire à la direction des franges 204 de la première séquence d'images, lesdites franges 204 étant déplacées orthogonalement à la direction desdites franges 204.
De manière particulièrement avantageuse, la et/ou les séquences d'images sont acquises en projetant une mire 203 dont les franges 204 s'étendent parallèlement et/ou perpendiculairement à un axe cristallin principal du substrat 202. Ledit axe cristallin du substrat peut être matérialisé par une encoche 209 radiale à la périphérie dudit substrat 202, cf figure 20. Il est ainsi possible d'utiliser plusieurs séquences d'images, chaque séquence utilisant une mire 203 dont les franges 204 sont parallèles à un des axes cristallins principaux du substrat 202. De préférence, on enregistre une séquence de dix images par axe. Une telle disposition permet de détecter plus efficacement les lignes de glissement apparues sur un substrat monocristallin, lesdites lignes de glissement qui présentent une longueur de l'ordre de plusieurs centaines de microns substantiellement supérieure à leur largeur, à l'échelle atomique, étant généralement alignées avec l'axe cristallin du substrat 202. Ainsi, une séquence de trois images est suffisante pour déterminer avec précision les déplacements des franges 204 puis la présence ainsi que la localisation des défauts 210 sur le substrat comme on le verra plus loin. On détermine alors la courbure de la surface du substrat 202 à partir des déplacements des franges 204 de la mire 203. On notera que la courbure en chaque point de la surface du substrat 202 est calculée en déterminant le champ des pentes locales à partir des mesures de la phase des images réfléchies à partir des déplacements des franges 204 de la mire 203 puis en dérivant ledit champ des pentes locales.
On entend par pente locale la tangente locale à la surface et par courbure le rayon de courbure local.
Dans une étape ultérieure, on détecte au moins un défaut de surface sur le substrat 202 à partir des variations de la courbure de la surface du substrat 202 calculée précédemment.
De manière avantageuse, cette étape de détection d'au moins un défaut se décompose en une première étape pour déterminer des points de la surface du substrat 202 présentant un rayon de courbure supérieur ou égal à une valeur seuil déterminée et/ou une distribution locale de la courbure statistiquement différente de la distribution de la courbure du reste du substrat 202 et en une seconde étape de détermination de la localisation spatiale des défauts 210 à partir des variations de la pente et/ou de la courbure de surface du substrat 202.
Cette localisation spatiale des défauts 210 est déterminée à partir d'un point de référence du substrat 202 comme décrit précédemment. En l'espèce, en référence à la figure 20, le substrat 202 consiste en un disque plat comportant à sa périphérie une encoche 209 radiale formant le point de référence.
Le procédé suivant l'invention peut comporter une étape de détermination de la nature des défauts de surface détectés qui est obtenue en déterminant l'amplitude et/ou la longueur et/ou la forme et/ou l'orientation de chaque défaut de surface détecté, notamment par mesure de réflectivité, puis filtrage fréquentiel géométrique et seuillage,puis en comparant l'amplitude et/ou la longueur et/ou la forme et/ou l'orientation de chaque défaut de surface détecté avec une base de données afin de déterminer la nature des défauts de surface détectés dans une étape. Après le seuillage, une étape de classification peut être menée. L'étape de classification peut prendre en compte des données de défauts issues d'une prise d'images à intégration temporelle, d'une inspection de bord et d'une analyse topographique double face.
Le déplacement relatif de la mire 203 et du substrat 202 peut être réalisé suivant deux directions orthogonales. Le procédé suivant l'invention ainsi que le dispositif mettant en oeuvre ledit procédé sont particulièrement adaptés à la détection de micro-défauts sur des substrats mono-cristallins notamment en utilisant des franges 204 parallèles alignées avec le réseau cristallin du substrat.
Par ailleurs, les lignes de glissement ressortent ainsi mieux que les rayures superficielles du substrat 202 qui sont, bien entendu, indépendantes des axes cristallins de ce dernier.
De préférence, le procédé comporte l'analyse de la surface entière du substrat 202 jusqu'à sa périphérie, en une seule séquence d'images de type « pleine plaque », notamment avec un débit de l'ordre de 100 substrats par heure. Dans ces conditions, le procédé permet d'obtenir une haute résolution lors de la détection de défauts peu profonds, c'est-à-dire des défauts présentant une profondeur de l'ordre de quelques nanomètres.
La face arrière du substrat pourra également être analysée. A cet effet, le dispositif pourra comprendre un second écran projetant une mire sur la face arrière dudit substrat et un second capteur, les deux faces dudit substrat étant analysées simultanément. Selon une variante d'exécution, le dispositif pourra comprendre des moyens pour retourner le substrat, tel qu'une pince robotisée par exemple saisissant ledit substrat à sa périphérie, les deux faces du substrat étant alors analysées successivement.
Un exemple de capteur linéaire 124 est donné sur les figures 24 et 25. Le capteur linéaire 124 présente la forme d'une barrette. La source 111 comprend des diodes lumineuses. La source 111 est dirigée vers une surface principale du substrat 101. Il peut s'agir de la surface supérieure ou de la surface inférieure. Le substrat 101 est déplacé dans le sens des flèches. L'orientation de la source 111 et du capteur linéaire 124 est telle que le capteur linéaire 124 est voisin mais en dehors du faisceau réfléchi par la surface du substrat 101. Le capteur linéaire 124 est positionné en dehors du faisceau incident pour éviter une ombre portée sur la surface du substrat 101. Une surface théorique parfaite générerait de la lumière réfléchie tandis qu'une surface réelle avec des défauts génère de la lumière réfléchie et de la lumière diffractée. Le capteur linéaire 124 capte de la lumière diffractée correspondant aux défauts. La partie sombre du champ du capteur linéaire 124 correspond à des zones de la surface du substrat 101 où d'éventuels défauts sont absents ou non détectés en raison des limitations technologiques du capteur linéaire 124. TABLEAU 1
Figure imgf000034_0001
Figure imgf000035_0001
Signature présente systématiquement
Signature présente dans certaines conditions

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'inspection de défauts de plaquettes semiconductrices, comprenant un organe de détection de défauts de surface à partir des variations de la pente d'une surface de la plaquette, caractérisé par le fait qu'il comprend:
a) un organe de détection de défauts de surface à partir des variations de l'intensité lumineuse réfléchie par une surface de la plaquette, en une pluralité de points.
b) un organe de détection de l'intensité lumineuse diffusée par la surface de la plaquette, c) une source lumineuse, et
d) un mécanisme de détection et de classification monté en aval desdits organes de détection.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la source lumineuse comprend un élément de projection sur la surface de la plaquette, d'une mire comprenant une alternance de franges de lumière continue et de bandes sombres, l'élément de projection comprenant un écran de luminosité au moins égale à 300 cd/cm2.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comprenant un capteur de prise d'image commun auxdits organes de détection, ledit capteur de prise d'image étant apte à mesurer l'intensité lumineuse locale au cours du déplacement des franges réfléchies par le substrat, l'organe de détection de défauts de surface à partir des variations de l'intensité lumineuse réfléchie comprenant un élément de calcul de l'intensité en une pluralité de points de l'image pour générer une image des intensités réfléchies.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le mécanisme de détection et de classification comprend une grille de classification selon qu'un défaut est visible ou pas dans l'image des intensités réfléchies, et est visible ou pas dans une image des variations de la pente de la surface de la plaquette.
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel ledit dispositif d'inspection fait partie d'une machine comprenant un bras de transport de plaquettes muni d'au moins un élément de support de plaquettes, une pince de saisie de plaquettes à deux branches distantes configurées pour tenir des bords opposés de la plaquette, la pince étant montée à rotation sur un arbre pour pouvoir tourner la plaquette entre une position sensiblement horizontale et une position sensiblement verticale, et au moins deux systèmes d'inspection disposés d'un côté et de l'autre de la plaquette en position sensiblement verticale, symétriquement par rapport au plan passant par la plaquette, le mécanisme de détection et de classification étant relié à une sortie dudit système d'inspection, la grille de classification prenant en compte selon qu'un défaut est visible ou pas sur les deux faces de la plaquette en des lieux proches.
6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, comprenant au moins un bras de transport de plaquettes muni au moins d'un élément de support de plaquettes, ledit bras étant configuré pour déplacer au moins une plaquette selon une trajectoire comprenant au moins une partie sensiblement rectiligne, les éléments de support définissant une surface de support sensiblement horizontale de façon à maintenir la plaquette sensiblement horizontale, le dispositif comprenant au moins une caméra linéaire à intégration temporelle, disposée au- dessus du bras de transport, la caméra possédant un champ recoupant la partie rectiligne de ladite trajectoire de façon que la surface supérieure d'une plaquette semi-conductrice soit observée par ladite caméra au cours de son déplacement le long d'une partie rectiligne de la trajectoire, le mécanisme de détection et de classification étant relié à une sortie de ladite caméra, la grille de classification prenant en compte selon qu'un défaut est visible ou pas sur une image fournie par ladite caméra.
7. Dispositif selon la revendication 6, comprenant au moins deux caméras linéaires disposées au-dessus de la trajectoire.
8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, comprenant au moins une caméra linéaire disposée sous la trajectoire pour observer une surface inférieure de la plaquette, les éléments de support présentant un premier écartement ou une première forme lors d'un trajet aller et un deuxième écartement différent du premier écartement ou une deuxième forme différente de la première lors d'un trajet retour, permettant une inspection de l'ensemble de la surface inférieure de la plaquette, une partie lors du trajet aller et au moins une partie complémentaire lors du trajet retour de la plaquette le long de la partie rectiligne de la trajectoire.
9. Dispositif selon l'une des 3 revendications précédentes, comprenant deux bras de transport de plaquettes munis d'éléments de support, les éléments de support d'un premier bras présentant un écartement différent ou une forme différente des éléments de support du deuxième bras, le premier bras étant configuré pour réaliser un trajet aller d'une plaquette, le trajet retour étant assuré par le deuxième bras permettant ainsi une inspection de l'ensemble de la surface inférieure de la plaquette, pour partie lors du trajet aller et pour partie lors du trajet retour.
10. Dispositif selon l'une des 4 revendications précédentes, dans lequel la caméra comprend une matrice rectangulaire de pixels, comprenant plus de 2000 pixels en longueur et plus de 48 pixels en largeur, et un élément sommateur pour réaliser la somme des pixels d'une largeur lors de l'inspection d'une surface d'une plaquette semi-conductrice, la ou les caméras étant sensibles aux rayonnements ultra-violets, le dispositif comprenant en outre une source de lumière comprenant une barrette de diodes électroluminescentes.
11. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 10, comprenant un système d'inspection de bord de plaquettes semi-conductrices (701), comprenant un microscope confocal chromatique (107) pourvu d'une voie d'éclairage (110) et d'une voie d'analyse (120), la voie d'éclairage (110) comprenant une source lumineuse polychromatique (111), une fente (112) et un objectif (115) à chromatisme axial comportant une lentille au moins réalisée dans un matériaux dont le nombre d'Abbe est inférieur à 50, et la voie d'analyse (120) comprenant ledit objectif, une fente de filtrage chromatique (122) et un capteur d'intensité lumineuse (124) dans cet ordre, la fente de la voie d'éclairage et la fente de la voie d'analyse étant disposées sensiblement à la même distance optique du bord de plaquette à inspecter, le mécanisme de détection et de classification étant relié à une sortie du système d'inspection de bord, la grille de classification prenant en compte selon qu'un défaut est visible ou pas sur une image fournie par le système d'inspection de bord (701).
12. Procédé d'inspection de défauts de plaquettes semi-conductrices, dans lequel des variations de la pente d'une surface de la plaquette sont mesurées par un premier organe de détection de défauts de surface, des variations de l'intensité lumineuse réfléchie par une surface de la plaquette sont mesurées par un deuxième organe de détection de défauts de surface, ladite surface de la plaquette étant éclairée par une source lumineuse, des défauts de surface sont classés par un mécanisme de détection et de classification monté en aval desdits organes de détection.
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel le premier organe de détection de défauts de surface et le deuxième organe de détection de défauts de surface sont actifs en temps masqué au cours d'une inspection d'une autre propriété de ladite plaquette.
14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, dans lequel une plaquette semi- conductrice reposant sur au moins un élément de support appartenant à un bras de transport est déplacée selon une trajectoire comprenant au moins une partie rectiligne, et au cours de la partie rectiligne de la trajectoire, au moins une caméra linéaire à intégration de temps effectue une observation de la surface supérieure de la plaquette.
15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel ladite inspection est effectuée avant et/ou après une inspection statique.
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