FR2846096A1 - Device for detecting, analyzing and locating defects present on transparent and/or reflecting surface, in particular of silicon wafers and glass products - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF POUR LA DETECTION, L'ANALYSE ET LA LOCALISATION DE DEFAUTSDEVICE FOR DETECTION, ANALYSIS AND LOCATION OF DEFECTS
PRESENTS SUR UNE SURFACE TRANSPARENTE ET/OU REFLECHISSANTE. PRESENT ON A TRANSPARENT AND / OR REFLECTIVE SURFACE.
L'invention concerne un dispositif destiné à assurer la détection, la localisation et l'analyse de défauts présents sur une surface transparente et/ou réfléchissante. The invention relates to a device for detecting, locating and analyzing faults present on a transparent and / or reflecting surface.
De nombreux produits mettent en oeuvre des surfaces transparentes ou réfléchissantes. Many products use transparent or reflective surfaces.
Il s'agit par exemple de produits verriers, tels que notamment des ampoules, seringues, voire des emballages également en verre, susceptibles de renfermer des produits à 10 haute toxicité, et dont il convient d'assurer de l'absence de tout défaut, après sa These are, for example, glass products, such as in particular ampoules, syringes, even packaging also made of glass, capable of containing products of high toxicity, and of which it is necessary to ensure the absence of any defect, after its
réalisation, afin de garantir l'absence de tout risque de frites, même partielles. realization, in order to guarantee the absence of any risk of fries, even partial.
Dans d'autres secteurs d'activité, tels que notamment l'électronique, pour lesquels le matériau de base est constitué de wafers, c'est à dire de tranches de silicium d'une 15 épaisseur déterminée, sur laquelle sont gravés des circuits imprimés, il convient de s'assurer de la parfaite qualité du revêtement en silicium, pour garantir les applications In other sectors of activity, such as in particular electronics, for which the base material consists of wafers, that is to say silicon wafers of a determined thickness, on which printed circuits are engraved , it is necessary to ensure the perfect quality of the silicon coating, to guarantee the applications
futures envisagées.future plans.
Compte-tenu de l'extrême précision requise pour le gravage de ces circuits imprimés, 20 la qualité du matériau de base doit être irréprochable, nécessitant donc au niveau de chacun des disques de silicium ainsi réalisé, la détection, l'analyse et la localisation de défauts. Given the extreme precision required for the engraving of these printed circuits, the quality of the base material must be beyond reproach, therefore requiring, at the level of each of the silicon disks thus produced, detection, analysis and localization. faults.
Dans d'autres domaines techniques, on souhaite également vérifier le traitement de 25 surfaces par plasma. In other technical fields, it is also desired to verify the treatment of surfaces by plasma.
Quel que soit le produit résultant, les manufacturiers sont demandeurs de cette analyse et localisation de défauts, afin de pouvoir agir en amont, c'est à dire lors des étapes de fabrication pour aboutir à la correction, et notamment à la suppression de ces éventuels 30 défauts. Whatever the resulting product, manufacturers are requesting this analysis and localization of faults, in order to be able to act upstream, that is to say during the manufacturing stages to lead to the correction, and in particular to the elimination of these possible 30 faults.
A ce jour, la détection de ces défauts est le plus souvent réalisé par échantillonnage, sous-tendant donc d'ores et déjà le caractère aléatoire de l'analyse. En outre, cette détection s'opère soit par une analyse à l'oeil nu, soit encore au moyen d'un 35 interféromètre, soit encore ou à l'aide d'un microscope électronique à balayage. To date, the detection of these defects is most often carried out by sampling, therefore already underlying the random nature of the analysis. In addition, this detection is carried out either by analysis with the naked eye, or again by means of an interferometer, or even or using a scanning electron microscope.
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Outre le fait que l'intégralité de la surface du produit ne peut être analysée, puisqu'une telle analyse résulte d'un échantillonnage, la mise en oeuvre d'un interféromètre ou d'un microscope à balayage requiert un dispositif lourd à mettre en oeuvre, onéreux, et In addition to the fact that the entire surface of the product cannot be analyzed, since such an analysis results from sampling, the implementation of an interferometer or a scanning microscope requires a device which is cumbersome to set up. expensive, and
nécessitant de nombreux réglages.requiring many adjustments.
En outre, s'agissant des tranches de silicium ou wafers, ces réglages doivent être In addition, in the case of silicon wafers or wafers, these settings must be
modifiés pour chaque épaisseur de silicium envisagée. modified for each thickness of silicon envisaged.
On conçoit de fait toute la difficulté de cette analyse, outre son caractère non exhaustif. 10 L'objet de l'invention est de justement proposer un dispositif propre à analyser et localiser ces défauts de manière simple, rapide et efficace, dans la mesure o We can understand the difficulty of this analysis, in addition to its non-exhaustive nature. 10 The object of the invention is precisely to propose a device suitable for analyzing and locating these faults in a simple, rapid and efficient manner, insofar as
l'intégralité de la surface du produit à analyser peut être réalisée. the entire surface of the product to be analyzed can be produced.
Ce dispositif, pour la détection, la localisation et l'analyse de défauts présents sur une surface transparente et/ou réfléchissante, comprend: une source lumineuse collimatée, destinée à émettre un faisceau de lumière parallèle; - un support de la surface à analyser, destiné à recevoir ladite surface, à l'orienter 20 et à la déplacer par rapport audit faisceau de lumière; - un système optique permettant l'affichage de l'image de ladite surface sur un écran; - au moins une caméra destinée à analyser l'image affichée sur l'écran; This device, for detecting, locating and analyzing faults present on a transparent and / or reflecting surface, comprises: a collimated light source, intended to emit a parallel beam of light; a support for the surface to be analyzed, intended to receive said surface, to orient it and to move it relative to said beam of light; - an optical system allowing the display of the image of said surface on a screen; - at least one camera intended to analyze the image displayed on the screen;
- un système de traitement des signaux ainsi détectés par la caméra, connecté à 25 celle-ci et destinée à identifier et à localiser les défauts sur ladite surface. a system for processing the signals thus detected by the camera, connected to the latter and intended to identify and locate the faults on said surface.
Ce faisant, le dispositif conforme à l'invention permet d'analyser et de localiser les défauts inhérents à la diffraction de la lumière, diffraction engendrée par les défauts en question. Dans le cas de produits transparents les défaut peuvent également se traduire par des In doing so, the device according to the invention makes it possible to analyze and locate the defects inherent in the diffraction of light, diffraction generated by the defects in question. In the case of transparent products, defects can also result in
inhomogénéités de réfraction de la lumière transmise. refractive inhomogeneities of the transmitted light.
Une fonction de cartographie des produits permet une analyse à posteriori des produits 35 avec une superposition possible des cartographies, afin d'observer les zones de A product mapping function allows a posteriori analysis of the products 35 with a possible superimposition of the maps, in order to observe the areas of
concentration en défauts.concentration of defects.
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Selon une forme particulière de réalisation de l'invention, le dispositif comprend en outre une seconde caméra, orientée sensiblement à 90 par rapport à la surface réfléchissante, et destinée à visualiser les phénomènes de réflexion et de diffusion According to a particular embodiment of the invention, the device further comprises a second camera, oriented substantially at 90 relative to the reflecting surface, and intended to visualize the reflection and diffusion phenomena
inhomogènes engendrés par un certain type de défauts présents à la surface. inhomogeneous generated by a certain type of defects present on the surface.
Dans cette forme de réalisation particulière, la surface à analyser est éclairée selon un angle d'incidence compris entre 10 et 70 , pour permettre à la fois l'analyse par les deux caméras, respectivement des défauts engendrés par diffraction et des défauts engendrés par diffusion ou réflexion de la lumière émise par la source lumineuse. 10 La manière de réaliser l'invention et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif et non limitatif à In this particular embodiment, the surface to be analyzed is illuminated at an angle of incidence between 10 and 70, to allow both the analysis by the two cameras, respectively of the defects generated by diffraction and of the defects generated by diffusion or reflection of the light emitted by the light source. The manner of carrying out the invention and the advantages which result therefrom will emerge more clearly from the following exemplary embodiments, given by way of non-limiting indication.
l'appui des figures annexées.using the attached figures.
La figure 1 est une représentation schématique d'une première forme de réalisation de l'invention mettant en couvre deux caméras, plus particulièrement destinée à l'analyse, FIG. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the invention using two cameras, more particularly intended for analysis,
la localisation et la nature des défauts d'une tranche de silicium ou d'un wafer. the location and nature of the defects of a silicon wafer or a wafer.
La figure 2 est une vue analogue à la figure 1, d'une seconde forme de réalisation de l'invention, plus particulièrement destinée à la détection, l'analyse et la localisation de 20 défauts présents sur un emballage en verre. Figure 2 is a view similar to Figure 1, of a second embodiment of the invention, more particularly intended for the detection, analysis and localization of 20 faults present on a glass packaging.
La description qui suit correspond donc plus particulièrement à l'analyse et la localisation de défauts, sur un wafer, c'est à dire sur une tranche de silicium The following description therefore corresponds more particularly to the analysis and location of faults, on a wafer, that is to say on a silicon wafer
directement issue de son unité de fabrication. 25 Un tel wafer se présente traditionnellement sous la forme d'un disque, dont le diamètre directly from its manufacturing unit. 25 Such a wafer is traditionally in the form of a disc, the diameter of which
peut varier en fonction du procédé de fabrication, et des applications envisagées. may vary depending on the manufacturing process, and the applications envisaged.
Ce wafer (2) est positionné sur un support, typiquement constitué d'un robot 30 automatique à quatre axes verticaux, d'un type en soi connu, permettant d'assurer l'intégralité de la rotation dudit support, donc du wafer dans le plan X,Y, c'est à dire le plan horizontal, et partant le positionnement de chacune des zones du wafer en regard du dispositif d'analyse de l'invention. Un tel robot pourrait toutefois être substitué par une table à déplacement X,Y, également d'un type en soi connu. 35 This wafer (2) is positioned on a support, typically consisting of an automatic robot 30 with four vertical axes, of a type known per se, making it possible to ensure the entire rotation of said support, therefore of the wafer in the plane X, Y, ie the horizontal plane, and hence the positioning of each of the areas of the wafer opposite the analysis device of the invention. Such a robot could however be replaced by an X, Y displacement table, also of a type known per se. 35
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Ce wafer est soumis à un faisceau lumineux parallèle (8) d'un diamètre typique de 40 mm, émis par une source (1) de lumière, d'une puissance typique de 100 watts, muni d'un condenseur, ce dernier étant destiné à conférer le caractère parallèle audit faisceau (8). Dans l'exemple décrit, ce faisceau (8) présente un angle d'incidence de 450 par rapport au wafer. Ce faisceau de lumière (8) est réfléchi par le wafer, en application des lois de BRAGG également selon un angle de 45 et traverse un système optique (3, 4), typiquement constitué d'une lentille (3), et d'un obturateur (4) avant d'être reçu sur un écran (5), 10 permettant, compte-tenu du système optique mis en oeuvre, l'affichage de l'image de la surface considérée du wafer, en l'espèce à l'échelle 1. Cet écran peut être constitué This wafer is subjected to a parallel light beam (8) with a typical diameter of 40 mm, emitted by a light source (1), with a typical power of 100 watts, provided with a condenser, the latter being intended to confer the character parallel to said beam (8). In the example described, this beam (8) has an angle of incidence of 450 relative to the wafer. This beam of light (8) is reflected by the wafer, in application of the laws of BRAGG also at an angle of 45 and passes through an optical system (3, 4), typically consisting of a lens (3), and a shutter (4) before being received on a screen (5), 10 allowing, taking into account the optical system used, the display of the image of the surface considered of the wafer, in this case at scale 1. This screen can be made up
d'une simple feuille de papier ou d'un verre dépoli, ou tout autre matériau approprié. a simple sheet of paper or frosted glass, or any other suitable material.
L'image affichée sur l'écran (5) est détectée par une caméra (6), dont l'axe optique, dans l'exemple décrit, forme un angle sensiblement de 450 par rapport à l'écran, et qui 15 avantageusement, se rapproche le plus possible de l'axe optique (9) du système The image displayed on the screen (5) is detected by a camera (6), the optical axis of which, in the example described, forms an angle substantially of 450 with respect to the screen, and which advantageously, as close as possible to the optical axis (9) of the system
optique (3, 4) précédemment décrit. optics (3, 4) previously described.
Cette caméra est avantageusement une caméra CCD (à transfert de charges), du type commercialisé par SONY sous la marque XC55. 20 Cette caméra est connectée à une unité centrale stockant un ou plusieurs logiciels de traitement du signal, permettant tout d'abord d'assurer l'acquisition des signaux détectés par la caméra (6), puis l'analyse de ceux-ci, afin de déterminer la nature des irrégularités observées au niveau de l'image, leur localisation et leur quantité. 25 De fait, le traitement des signaux résultant de l'image du wafer affichée sur l'écran (5) et détectés par la caméra (6) est à même de définir un certain nombre d'inhomogénéités provenant du phénomène de diffraction du faisceau incident (8) générées par lesdits défauts. Cette caméra en association avec le traitement du signal 30 qui lui est associé va notamment permettre la détection des défauts suivants, donnés à titre non limitatif: * rayures, * arbres (rayures en arborescence), de * marbrures, * fougères (rayures particulières) * picots (poins inférieurs à 1 mm2); O scratchs (points de taille inférieure aux picots), This camera is advantageously a CCD camera (charge transfer), of the type marketed by SONY under the brand XC55. 20 This camera is connected to a central unit storing one or more signal processing software, making it possible first of all to ensure the acquisition of the signals detected by the camera (6), then the analysis of these, in order to to determine the nature of the irregularities observed in the image, their location and their quantity. 25 In fact, the processing of the signals resulting from the image of the wafer displayed on the screen (5) and detected by the camera (6) is capable of defining a certain number of non-uniformities originating from the phenomenon of diffraction of the incident beam. (8) generated by said faults. This camera in association with the processing of the signal 30 associated with it will in particular allow the detection of the following faults, given without limitation: * stripes, * trees (stripes in tree structure), * marbling, * ferns (particular stripes) * pins (poins less than 1 mm2); O scratchs (points of size smaller than the pins),
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ces différents défauts traduisant notamment une irrégularité de dépôt du silicium sur these various defects in particular reflecting an irregularity in the deposition of silicon on
son support.its support.
Le traitement de signal en découlant va permettre de déterminer leur nombre, leur surface, leur forme, outre leur localisation. The resulting signal processing will make it possible to determine their number, their surface, their shape, in addition to their location.
Corollairement, une seconde caméra (7) du même type que celle précédemment décrite, est positionnée selon un angle de 90 par rapport à la surface du wafer (2), et va quant à elle permettre de détecter les inhomogénéités de diffusion et de réflexion 1o résultant d'autres types de défauts, et non décelables par la caméra (6). As a corollary, a second camera (7) of the same type as that previously described, is positioned at an angle of 90 relative to the surface of the wafer (2), and will in turn allow to detect inhomogeneities of diffusion and reflection 1o resulting from other types of faults, and not detectable by the camera (6).
Plus particulièrement, cette caméra (7), également reliée à l'unité centrale de traitement précitée, munie d'un logiciel de traitement du signal, va permettre de détecter, localiser et quantifier les défauts qualifiées de cloques, constitués également 15 d'une irrégularité de surface, présentant une surépaisseur et inhérents également à un More particularly, this camera (7), also connected to the aforementioned central processing unit, provided with signal processing software, will make it possible to detect, locate and quantify the defects described as blisters, also consisting of a surface irregularity, with excess thickness and also inherent in a
défaut de dépôt de silicium sur son support. failure to deposit silicon on its support.
L'analyse de la lumière réfléchie va donc repérer les phénomènes de diffusion inhérents aux défauts de forme, et d'autre part, les phénomènes de réflexion inhérents 20 à la variation de coloration de la surface, correspondant également à des zones non traitées ou mal traités de ladite surface, c' est à dire à un dépôt insuffisant voire absent The analysis of the reflected light will therefore identify the diffusion phenomena inherent in shape defects, and on the other hand, the reflection phenomena inherent in the variation in color of the surface, also corresponding to untreated or poorly treated areas. treated of said surface, that is to say an insufficient or even absent deposit
de silicium au niveau du wafer.silicon at the wafer.
La mise en oeuvre de ces deux caméras permet donc de détecter l'intégralité de la 25 nature des défauts susceptibles d'apparaître sur la surface du wafer, outre leur nombre, The use of these two cameras therefore makes it possible to detect the entirety of the nature of the faults liable to appear on the surface of the wafer, in addition to their number,
et leur localisation et leur forme.and their location and shape.
Qui plus est, compte-tenu du support mis en oeuvre, il est possible de procéder à une analyse intégrale de la surface du wafer, en tout cas de l'intégralité de la surface 30 fonctionnelle dudit wafer. What is more, taking into account the support used, it is possible to carry out an integral analysis of the surface of the wafer, in any case of the entire functional surface of said wafer.
Pour optimiser cette analyse en termes de durée, le faisceau émis par la source lumineuse (1) est collimaté, mais de surface relativement importante (typiquement 40 mm de diamètre), pour diminuer le nombre d'analyses pour un même support. 35 To optimize this analysis in terms of duration, the beam emitted by the light source (1) is collimated, but with a relatively large surface (typically 40 mm in diameter), in order to reduce the number of analyzes for the same support. 35
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Typiquement, le dispositif conforme à l'invention est capable de procéder à l'analyse d'une centaine de wafers de dimensions pouvant aller jusqu'à 300 mm de diamètre par heure. En outre, de par l'intégration d'une fonction de cartographie des produits au sein de ladite unité centrale, il est possible de réaliser une analyse à posteriori des produits avec une superposition possible des cartographies, afin d'observer les zones de Typically, the device according to the invention is capable of analyzing a hundred wafers of dimensions up to 300 mm in diameter per hour. In addition, by integrating a product mapping function within said central unit, it is possible to perform a posteriori analysis of the products with a possible superposition of the maps, in order to observe the areas of
concentration en défauts.concentration of defects.
On conçoit de fait tout l'intérêt du dispositif conforme à l'invention, dans la mesure o, non seulement il permet de détecter l'intégralité des défauts susceptibles d'apparaître à la surface d'un wafer, mais que d'autre part, cette analyse s'effectue au moyen d'organes simples, et dans une durée très courte. Qui plus est, la localisation répétée des défauts aux mêmes endroits, permet de très rapidement infléchir le procédé 15 de fabrication, en modifiant notamment les paramètres constituant la cause des défauts observés. L'invention peut également s'appliquer à l'analyse de défauts susceptibles de se situer au niveau de surfaces transparentes, tels que des micro-fissures, des lignes de soudure, 20 par exemple au niveau de seringues, et de manière générale de containeurs en verre, ou en plastique transparent ou réfléchissant, de même que de produits plans en saphir We can see in fact all the interest of the device according to the invention, to the extent o, not only does it make it possible to detect all of the faults which may appear on the surface of a wafer, but also , this analysis is carried out by means of simple organs, and in a very short duration. What is more, the repeated localization of faults in the same places makes it possible to very quickly modify the manufacturing process, in particular by modifying the parameters constituting the cause of the faults observed. The invention can also be applied to the analysis of defects likely to be located at the level of transparent surfaces, such as micro-cracks, weld lines, for example at the level of syringes, and generally of containers. glass, or transparent or reflective plastic, as well as flat sapphire products
(verres de montre) ou en verre.(watch glasses) or glass.
Il permet également de déterminer le gravage qui peut être réalisé au niveau de 25 l'extrémité inférieure de tel récipient, permettant leur identification, et non visible à It also makes it possible to determine the engraving which can be carried out at the lower end of such a container, allowing their identification, and not visible at
l'oeil nu.the naked eye.
En outre, il permet également de détecter les défauts au niveau de vitres de téléphones cellulaires, d'assistants personnels, d'ordinateurs, voire de vitres de montre, en verre 30 ou en saphir. In addition, it also makes it possible to detect faults in the glass of cell phones, personal assistants, computers, or even watch glass, made of glass or sapphire.
Pour ce faire, on met en oeuvre le dispositif décrit en relation avec la figure 2. Celui-ci comprend une source de lumière (1), du même type que celle précédemment décrite, destinée à émettre un faisceau collimaté de lumière (8). Celui-ci vient frapper le 35 produit transparent en verre, plastique ou saphir sous incidence normale, le faisceau To do this, the device described in connection with FIG. 2 is used. It comprises a light source (1), of the same type as that previously described, intended to emit a collimated beam of light (8). This strikes the 35 transparent product in glass, plastic or sapphire under normal incidence, the beam
(9) en résultant traversant un système optique (3, 4) du type lentille et obturateur avant de former sur un écran (5), également sous incidence normale une image dudit produit. (9) resulting through an optical system (3, 4) of the lens and shutter type before forming on a screen (5), also under normal incidence an image of said product.
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L'image affichée sur l'écran (5) est alors analysée par une caméra (6), d'un type analogue à celle décrite en relation avec la forme de réalisation précédente. Elle est également connectée à une unité centrale stockant un ou plusieurs logiciels de traitement du signal, permettant tout d'abord d'assurer l'acquisition des signaux 5 détectés par la caméra (6), puis l'analyse de ceux-ci, afin de déterminer la nature des irrégularités observées au niveau de l'image, leur localisation et leur quantité. The image displayed on the screen (5) is then analyzed by a camera (6), of a type analogous to that described in relation to the previous embodiment. It is also connected to a central unit storing one or more signal processing software, allowing first of all to ensure the acquisition of the signals 5 detected by the camera (6), then the analysis of these, in order to determine the nature of the irregularities observed in the image, their location and their quantity.
Celle-ci est donc destinée à permettre de visualiser un certain nombre d'inhomogénéités provenant du phénomène de diffraction du faisceau incident (8) io générées par lesdits défauts. Cette caméra en association avec le traitement du signal qui lui est associé va notamment permettre la détection des défauts suivants, donnés à titre non limitatif: * fissures; * rayures; It is therefore intended to allow viewing a certain number of non-uniformities originating from the phenomenon of diffraction of the incident beam (8) io generated by said defects. This camera in association with the processing of the signal associated with it will in particular allow the detection of the following faults, given without limitation: * cracks; * scratches;
* défauts de soudure.* welding faults.
Là encore, on conçoit bien que le dispositif conforme à l'invention permet de détecter de manière simple et rapide, les défauts susceptibles de provenir des procédés de fabrication, et partant, d'agir en amont pour en limiter sinon annuler l'occurrence. 20 Here again, it is clear that the device according to the invention makes it possible to detect in a simple and rapid manner, the faults likely to arise from the manufacturing processes, and therefore to act upstream to limit if not cancel the occurrence. 20
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