WO2013060945A1 - Dispositif d'inspection de plaquettes semi - conductrices a champ sombre. - Google Patents

Abstract

Dispositif d'inspection de plaquettes semi-conductrices comprenant une source lumineuse d'émission d'un faisceau incident vers une plaquette selon un premier axe, un concentrateur symétrique (7) par rapport à un plan passant par les premier et deuxième axes et pourvu d'un miroir elliptique en coupe selon un plan perpendiculaire à un deuxième axe perpendiculaire au premier axe, et ayant une génératrice parallèle au premier axe, des première et deuxième fentes (13, 14) parallèles étant ménagées latéralement dans des première et deuxième parties (9, 10) du concentrateur aux points de concentration de la lumière diffusée par la plaquette et réfléchie par les deuxième et première parties du concentrateur respectivement, et un photomultiplicateur par fente, dans cet ordre.

Description

DISPOSITIF D'INSPECTION DE PLAQUETTES SEMI - CONDUCTRICES A CHAMP SOMBRE.

L'invention relève du domaine de l'inspection de plaquettes semi-conductrices et des machines d'inspection.

L'invention s'intéresse plus particulièrement à l'inspection dans le but de détecter des défauts, notamment la contamination par des particules ou des rayures. Les défauts peuvent impacter la fabrication de produits micro-électroniques ou relevant des nanotechnologies en rendant des produits non fonctionnels. Une inspection dite par champ sombre ou « dark field » en langue anglaise a été proposée dans les documents US 4 630 276 et US 4 740 708. L'inspection est dite de champ sombre car une absence de défaut se traduit par une image sombre. En l'absence de défaut, le faisceau incident est réfléchi. L'on s'intéresse à la lumière diffusée par la surface inspectée de la plaquette semi-conductrice. En cas de présence de défaut, une partie du faisceau incident est diffusée. Les photons diffusés sont alors captés en vue d'en déduire une information relative aux défauts. La Demanderesse a identifié un besoin d'une machine d'inspection compacte, de haute précision, très peu sensible à la direction des défauts, présentant un coût de fabrication faible et à faible durée d'inspection.

L'invention vient améliorer la situation.

Le dispositif d'inspection de plaquettes semi-conductrices comprend une source lumineuse d'émission d'un faisceau incident vers une plaquette selon un premier axe, un concentrateur pourvu d'un miroir symétrique par rapport à un plan passant par les premier et deuxième axes, elliptique en coupe selon un plan perpendiculaire à un deuxième axe, le deuxième axe étant perpendiculaire au premier axe, et ayant une génératrice parallèle au premier axe, des première et deuxième fentes parallèles ménagées latéralement dans des première et deuxième parties du concentrateur aux points de concentration de la lumière diffusée par la plaquette et réfléchie par les deuxième et première parties du concentrateur respectivement, un organe de collection de la lumière disposé dans chaque fente, et un organe de mesure de l'intensité lumineuse de la lumière collectée, dans cet ordre. On peut ainsi collecter une très grande partie de la lumière diffusée par la surface de la plaquette semi-conductrice et l'envoyer vers les fentes parallèles, et ce pour une face inspectée.

Dans un mode de réalisation, le faisceau incident passe entre les première et deuxième parties du concentrateur. Le faisceau réfléchi peut passer entre les première et deuxième parties du concentrateur.

Dans un mode de réalisation, la longueur du concentrateur selon le deuxième axe est supérieure au diamètre de la plaquette. Le taux de collecte de la lumière diffusée est ainsi optimisé.

Dans un mode de réalisation, une fente est ménagée au sommet du concentrateur pour laisser passer le faisceau incident, ladite fente étant allongée selon le deuxième axe.

Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend un organe de tenue de la plaquette par les bords de ladite plaquette, comprenant des doigts de support, et au moins une mâchoire de maintien.

Dans un mode de réalisation, chaque partie du concentrateur possède un foyer, parmi les deux foyers de l'ellipse, disposé sensiblement dans la fente de l'autre partie. L'autre foyer est disposé sensiblement au point de rencontre du faisceau incident et de la surface de la plaquette. Ainsi les deux parties ont un foyer commun en ce point de rencontre. Le faisceau lumineux diffusé par la plaquette et réfléchi par chaque partie du concentrateur est concentré dans la fente de l'autre partie. Un foyer d'une partie du concentrateur est disposé à l'emplacement de la fente de l'autre partie. L'organe de collection de la lumière comprend une nappe de fibres optiques pourvue de deux extrémités dont l'une est disposée sur l'un des foyers du réflecteur elliptique opposé. La deuxième extrémité de la nappe de fibres optiques peut aboutir à un capteur de lumière transformant celle-ci en signal électrique.

Dans un mode de réalisation, le premier axe est normal à la plaquette. Le faisceau réfléchi passe par le même trajet que le faisceau incident.

Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend un mécanisme de translation de la plaquette par rapport au faisceau incident, parallèlement à un troisième axe perpendiculaire aux premier et deuxième axes. Le dispositif peut comprendre un mécanisme de balayage propre à déplacer le faisceau incident en translation selon le deuxième axe. On peut ainsi inspecter par balayage la surface de la plaquette.

Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend un mécanisme de rotation de la plaquette par rapport au faisceau incident, selon un axe parallèle au premier axe. Le mécanisme de rotation comprend un support multi-bras configuré pour supporter la plaquette et la pivoter dans un angle choisi. On peut faire pivoter la plaquette d'un angle de 90° entre deux étapes d'inspection pour effectuer une inspection croisée offrant une détection omni directionnelle des défauts d'une surface de plaquette. Dans un mode de réalisation, le miroir elliptique est défini deux ellipses distinctes ayant un foyer en commun. Le foyer en commun est disposé au lieu d'intersection du faisceau incident et de la surface inspectée du substrat. L'autre foyer de chaque ellipse est disposé sur la fente ménagée dans l'autre ellipse définissant l'autre partie de miroir, fente où se trouve l'organe de collection de lumière, par exemple une extrémité d'une nappe de fibres optiques.

Dans un mode de réalisation, la source lumineuse comprend, dans cet ordre, un émetteur laser d'émission d'un faisceau incident, un isolateur optique, un extenseur de faisceau, également dénommé expanseur, un miroir polygonal rotatif, et une lentille F- Theta disposée en aval du miroir polygonal rotatif pour linéariser le déplacement du faisceau par rapport au plan focal. La rotation du miroir polygonal permet un balayage du faisceau incident perpendiculairement à la direction de déplacement de la plaquette en translation. Le dispositif peut comprendre un premier miroir de renvoi disposé entre l'isolateur optique et l'extenseur de faisceaux et un deuxième miroir de renvoi disposé entre la lentille F-Theta et la plaquette.

Avantageusement, il est prévu un ensemble de deux dispositifs tel que décrit ci-dessus. Les dispositifs sont disposés en regard l'un de l'autre pour inspecter simultanément les deux faces d'une même plaquette. L'inspection est effectuée de préférence avec des longueurs d'onde de faisceaux incidents différentes.

Dans un mode de réalisation, un dispositif d'inspection de plaquettes semi-conductrices comprend une source lumineuse d'émission d'un faisceau incident vers une plaquette, un organe de mise en forme de la lumière diffusée par la plaquette, un organe de traitement de la lumière mise en forme et un mécanisme de rotation de la plaquette comprenant un support multi-bras configuré pour supporter la plaquette et la pivoter d'un angle choisi. Le faisceau incident est situé dans une enveloppe sensiblement plane.

Dans un mode de réalisation, les bras du support sont disposés en étoile.

Dans un mode de réalisation, le mécanisme de rotation est disposé à distance du trajet du faisceau incident.

Dans un mode de réalisation, le support multi-bras est configuré pour pivoter la plaquette d'un angle de 90°.

Dans un mode de réalisation, le dispositif d'inspection de plaquettes semi-conductrices comprend deux parties symétriques d'inspection simultanées de face opposée d'une plaquette. Chaque partie comprend une source lumineuse d'émissions d'un faisceau incident vers la plaquette, un organe de mise en forme de la lumière diffusée par la plaquette, un filtre recevant la lumière mise en forme, un organe de traitement de la lumière filtrée, les sources lumineuses de chaque partie étant monochromatiques de longueurs d'onde décalées d'au moins 2 %.

Avantageusement, le décalage de longueurs d'onde est supérieur à 10 nm. Dans un mode de réalisation, le dispositif d'inspection de la plaquette semi-conductrice comprend une source laser d'émission d'un faisceau incident, un extenseur de faisceau, un miroir polygonal rotatif, et une lentille F-Theta disposée en aval du miroir polygonal rotatif pour linéariser le déplacement du faisceau par rapport au plan focal. Afin de réduire l'encombrement de l'ensemble, un miroir rectangulaire de renvoi peut être disposé entre la lentille F9 et la plaquette. Un miroir de renvoi peut être disposé en amont, entre l'isolateur optique et l'extenseur de faisceau. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend un organe de collection de la lumière diffusée par la plaquette et un organe de traitement de la lumière collectée.

Ainsi, le faisceau incident effectue un balayage sur la largeur de la plaquette en maintenant une incidence normale ou quasi normale à la surface tandis que la plaquette se déplace en translation. Afin de maintenir le faisceau incident normal ou quasi normal, le faisceau incident est renvoyé par un miroir rectangulaire de renvoi de la sortie de la lentille F-Theta vers la plaquette.

Un procédé d'inspection de plaquettes semi-conductrices comprend :

- l'émission d'un faisceau incident vers une plaquette, selon un premier axe, par une source lumineuse d'émission,

- la concentration de la lumière diffusée par la surface de la plaquette vers des première et deuxième fentes parallèles par les première et deuxième parties d'un concentrateur pourvu d'un miroir symétrique par rapport à un plan passant par les premier et deuxième axes, elliptique en coupe selon un plan perpendiculaire à un deuxième axe, le deuxième axe étant perpendiculaire au premier axe, et ayant une génératrice parallèle au premier axe, les première et deuxième fentes étant ménagées latéralement dans lesdites première et deuxième parties au point de concentration de la lumière diffusée par la plaquette et réfléchie par les deuxième et première parties du concentrateur respectivement,

- la collecte de la lumière dans chaque fente, et

- la mesure de l'intensité lumineuse de la lumière collectée. Le faisceau incident et le faisceau réfléchi peuvent passer entre les première et deuxième parties du concentrateur. La plaquette peut être tournée de 90° autour d'un axe parallèle au premier axe entre une première étape d'inspection et une deuxième étape d'inspection. Ladite rotation peut être effectuée entre deux étapes de translation permettant d'éloigner la plaquette du concentrateur. Cette translation peut être effectuée dans un plan perpendiculaire au premier axe. Au cours d'une étape d'inspection, la plaquette est déplacée en translation selon le deuxième axe permettant ainsi au faisceau incident de parcourir la surface de la plaquette. Le faisceau balaye la surface de la plaquette en se déplaçant selon un troisième axe perpendiculaire aux premier et deuxième axes. L'étape d'inspection comprend l'émission d'un faisceau incident de lumière cohérente, l'isolation optique empêchant le faisceau réfléchi d'atteindre l'émetteur d'émission, une extension du faisceau, également appelée expansion, un balayage transformant le faisceau incident statique en un faisceau incident se déplaçant selon un troisième axe perpendiculaire aux premier et deuxième axes au moyen d'un miroir polygonal rotatif, et une linéarisation du déplacement du faisceau par rapport au plan focal. La linéarisation peut être effectuée au moyen d'une lentille F-Theta.

Dans un mode de réalisation, une étape d'inspection comprend l'inspection simultanée d'une surface supérieure et une surface inférieure de la plaquette par des dispositifs similaires mis en regard l'un de l'autre, les faisceaux incidents présentant des longueurs d'onde différentes. La différence de longueurs d'onde peut être supérieure à 2 %. La différence de longueurs d'onde peut être supérieure à 10 nm.

Dans un mode de réalisation, l'étape d'inspection comprend la mise en forme de la lumière diffusée par la plaquette, la détection de la lumière diffusée au moyen de photomultiplicateurs, le traitement de la lumière détectée. Le traitement de la lumière peut comprendre la mesure de la quantité de lumière diffusée et une mise en correspondance de l'intensité de lumière diffusée et d'une zone donnée de la plaquette lors de deux étapes d'inspection successives à des positions angulaires différentes de la plaquette. Selon le mode choisi, l'inspection porte sur la face avant, la face arrière ou les deux faces d'un substrat.

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 d'un dispositif d'inspection de produits semiconducteurs ;

- la figure 2 est une vue en perspective de la voie d'émission et de la voie de réception du dispositif d'inspection ;

- la figure 3 est une vue de détail de la voie d'émission ;

- la figure 4 est une vue de détail de la voie de réception ;

- la figure 5 est une vue en coupe des deux voies de réception ;

- les figures 6 et 7 sont deux vues en perspective du dispositif d'inspection, les voies d'inspection supérieures étant capotées et un mécanisme de pivotement des produits semi-conducteurs étant présent ;

- la figure 8 est une vue en perspective du mécanisme de pivotement de produits semiconducteurs associés aux voies d'émission capotées ;

- la figure 9 est une vue de face du dispositif d'inspection ;

- la figure 10 est une vue en perspective du dispositif d'inspection ;

- la figure 1 1 est une vue du schéma électrique du dispositif d'inspection ;

- la figure 12 est un organigramme des étapes du procédé d'inspection. À l'issue de leur fabrication, des produits semi-conducteurs, généralement appelés plaquettes semi-conductrices ou en anglais « wafer » sont inspectés. On y recherche d'éventuels défauts, qui se présentent généralement sous la forme d'une hétérogénéité de forme à la surface de la plaquette. Cette inspection doit être menée de façon fiable et rapide avec une machine compacte dans la mesure où un volume supplémentaire occupé dans une salle blanche est d'un coût élevé. Plus particulièrement, il est demandé de détecter des défauts avec une sensibilité de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres, typiquement 50 nm sur une plaque de silicium poli ou un autre substrat. La capacité de détection et de caractérisation des défauts doit être peu sensible à la direction des défauts tout en pouvant être effectuée en moins de trente secondes sur les deux faxes d'une plaquette de 300 mm de diamètre. À cet effet, la Demanderesse a mis au point la machine illustrée sur la figure 1. La machine comprend une voie d'émission supérieure 1, une voie d'émission inférieure 2, une voie de réception supérieure 3 et une voie de réception inférieure 4. Les voies de réception 3 et 4 sont reliées à un élément 5 d'analyse des données acquises, par exemple un ordinateur muni d'un logiciel de traitement de données provenant de détecteurs. Les voies d'émission 1 et 2 et de réception 3 et 4 présentent des structures fonctionnellement symétriques par rapport à la plaquette 6 en cours d'inspection. La plaquette 6 se présente sous la forme d'un disque ayant un diamètre typique de 100, 150 200, 300 ou 450 mm et une épaisseur pouvant aller de quelques centaines de micromètres à quelques millimètres. Les voies d'émission 1 et 2 sont également structurellement symétriques par rapport au plan de la plaquette 6.

Chaque voie de réception 3, 4 comprend un concentrateur optique 7, 8. Le concentrateur optique 7, 8 se présente sous la forme d'un miroir cylindrique (au sens géométrique) d'axe Y tout en présentant une forme semi-elliptique en coupe dans le plan X-Z. L'axe X est normal à la plaquette 6. La longueur du miroir selon l'axe Y est supérieure au diamètre de la plaquette. La dimension du concentrateur 7, 8 selon l'axe Z peut être inférieure au diamètre de la plaquette 6. Cela offre un faible encombrement.

Le concentrateur 7, 8 comprend deux parties symétriques par rapport au plan X-Y. Le concentrateur 7 de la voie de réception 3 comprend une première partie 9 et une deuxième partie 10. Le concentrateur 8 de la voie de réception 4 comprend une première partie 11 et une deuxième partie 12. Les première et deuxième parties de chaque concentrateur 7, 8 sont légèrement disjointes au voisinage de leur plan de symétrie laissant une fente 13, 14 entre lesdites parties 9 et 10, 11 et 12. Les faisceaux incidents émis par les voies d'émission 1 et 2 passent respectivement dans les fentes 13 et 14. Le faisceau incident de la voie d'émission 1, 2 est parallèle à l'axe X. Le faisceau incident de la voie d'émission 1, 2 est normal dans le plan X-Z et quasi normal dans le plan X-Y à la surface correspondante de la plaquette 6. La plaquette 6 est disposée entre les concentrateurs 7 et 8 à faible distance de leurs bords inférieurs et respectivement supérieurs.

Chaque partie 9, 10, 11 , 12 des concentrateurs 7, 8 est munie d'une fente allongée 15, 16, 17, 18 selon l'axe Y. La fente allongée 15, 16, 17, 18 est parallèle aux fentes 13 et 14. La fente allongée 15, 16, 17, 18 est positionnée de façon que la lumière diffusée par la plaquette 6 éclairée par le faisceau incident provenant des voies d'émission 1, 2 soit réfléchie par la surface du miroir des parties 9, 10, 11, 12 du concentrateur 7, 8 vers ladite fente 15, 16, 17, 18. Ainsi, outre les voies d'admission 1, 2, les concentrateurs 7 et 8 sont également symétriques par rapport au plan Y-Z. La première partie 9 s'inscrit dans une ellipse définie par un premier foyer situé dans la fente allongée 16 et un second foyer situé au lieu commun au faisceau incident et à la surface supérieure de la plaquette 6. La deuxième partie 10 s'inscrit dans une ellipse définie par un premier foyer situé dans la fente allongée 15 et un second foyer situé au lieu commun au faisceau incident et à la surface supérieure de la plaquette 6. La première partie 1 1 s'inscrit dans une ellipse définie par un premier foyer situé dans la fente allongée 18 et un second foyer situé au lieu commun au faisceau incident et à la surface inférieure de la plaquette 6. La deuxième partie 12 s'inscrit dans une ellipse définie par un premier foyer situé dans la fente allongée 17 et un second foyer situé au lieu commun au faisceau incident et à la surface inférieure de la plaquette 6.

La voie de réception 3, 4 comprend une nappe de fibres optiques 19, 20, 21, 22 montée dans ladite fente 15, 16, 17, 18 pour collecter la lumière concentrée dans ladite fente, et un détecteur 23, 24, 25, 26. Le détecteur peut être une photodiode ou préférablement un photomultiplicateur. Le photomultiplicateur offre un faible niveau de bruit, un faible temps de réponse, par exemple inférieure à 2 ns, et une zone sensible de taille importante.

L'élément d'analyse 5 procède par seuillage. Lorsque l'intensité lumineuse dépasse la valeur de seuil définie par l'utilisateur, la position (y, z) du faisceau incident sur la plaquette 6 est enregistrée ainsi que la valeur de l'intensité maximum Imax du pic d'intensité lumineuse. Ces informations permettent la construction d'une carte de localisation des défauts sur le substrat ainsi que leur taille. Sur la figure 2, ont été représentées la voie d'émission 1 et la voie de réception 3. Les nappes de fibres optiques 19 et 20 présentent à une extrémité une longueur adaptée à celle de la fente correspondante 15, 16 et à l'extrémité raccordée au détecteur 23, 24 une disposition groupée permettant la mise en œuvre d'un détecteur 23, 24 de structure compacte. Par ailleurs, la souplesse des fibres optiques permet de disposer le détecteur 23, 24 de façon relativement libre par rapport à la fente 15, 16. Ici, le détecteur 23, 24 est disposé nettement plus haut que le concentrateur 7. En d'autres termes, les détecteurs 23, 24 sont relativement éloignés de l'emplacement prévu pour la plaquette semi-conductrice, ce qui permet de dégager de l'espace à proximité. Par ailleurs, la détection du positionnement d'un défaut étant indépendante des fibres optiques en ce qu'elle est effectuée d'après la position du faisceau incident et d'après la position de la plaquette selon l'axe Z, l'information relative au lieu d'où provient tel ou tel signal lumineux n'est pas utile, ce qui permet une simplification du traitement des données.

La voie d'émission 1 comprend un émetteur laser 30 disposé sur une platine 31, un isolateur optique 32, un extenseur de faisceau 33, un miroir polygonal rotatif 34, une lentille F-Theta 35. La platine 31 supporte l'émetteur laser 30, l'isolateur optique 32, l'extenseur de faisceau 33, le miroir polygonal rotatif 34 et la lentille F-Theta 35. En outre, sont prévus, un miroir de renvoi 36 et un miroir rectangulaire de renvoi 37. L'émetteur laser 30 est propre à émettre un faisceau de longueur d'onde comprise entre 330 nm et 670 nm à une puissance comprise entre 1 et 200 mW. L'émetteur laser 30 est positionné pour émettre un faisceau dirigé parallèlement à l'axe Z. L'isolateur optique 32 empêche un faisceau réfléchi par les autres éléments optiques ou par la surface inspectée d'atteindre l'émetteur laser 30. L'émetteur laser 30 pourrait en effet être déstabilisé par le faisceau réfléchi. L'isolateur optique 32 peut être un isolateur dépendant de la polarisation. Tout état de polarisation non aligné avec l'isolateur optique 32 est rejeté ou absorbé, donc non transmis à l'émetteur laser 30. L'isolateur optique 32 comprend un polariseur orienté avec l'axe de polarisation parallèle à la polarisation de la source à isoler. L'isolateur optique 32, par effet Faraday, fait tourner la polarisation du faisceau entrant au travers d'un matériau à forte constante de Verdet soumis à un champ magnétique constant issu d'un aimant permanent. Le faisceau du trajet retour voit également sa polarisation tourner dans le même sens, les angles de rotation s 'additionnant de sorte que la rotation totale soit de 90°. Le faisceau du trajet retour dont la polarisation est tournée de 90° est bloqué par le polariseur dans sa propagation vers la source. L'isolateur optique 32 est disposé selon l'axe Z. Le miroir de renvoi 36 est disposé entre l'isolateur optique 32 et l'extenseur de faisceau 33 et assure un renvoi sensiblement à angle droit.

L'extenseur de faisceau 33 est aligné parallèlement à l'axe Y. L'extenseur de faisceau 33 peut avoir un facteur de zoom de l'ordre de 2 à 10. L'extenseur de faisceau 33 est de type Keplerien, i.e. à deux lentilles de longueur focale positive ou Galiléen, i.e. à une lentille de longueur focale positive et une lentille de longueur focale négative.

Le miroir rotatif 34 est monté avec un axe de rotation parallèle à l'axe X en aval de l'extenseur de faisceau 33. Le miroir rotatif 34 comprend deux faces sensiblement planes parallèles au plan Y-Z délimitées par un contour polygonal formant des facettes 34a régulièrement réparties. Les facettes 34a du miroir polygonal 34 sont montées à symétrie centrale par rapport à un axe parallèle à l'axe X. Les facettes 34a sont planes. Le miroir polygonal 34 comprend ici 12 facettes. Le miroir polygonal 34 est monté par rapport à l'extenseur de faisceau de telle sorte que le faisceau provenant de l'extenseur de faisceau 33 atteigne les facettes 34a du miroir polygonal 34 avec un angle moyen de l'ordre de 45°. Les facettes 34a du miroir polygonal 34 réfléchissent le faisceau émis par l'extenseur de faisceau 33 vers la lentille F-Theta 35 selon des bornes divergentes. Sur la figure 2, ont été représentées les bornes 40, 41 ou positions extrêmes du faisceau en aval du miroir polygonal 34. Le faisceau de balayage issu du miroir polygonal 34 se déplace sensiblement dans le plan Y-Z entre des positions extrêmes 40 et 41. Le miroir polygonal 34 assure un renvoi sensiblement à angle droit du faisceau expansé provenant de l'extenseur de faisceau 33. La position angulaire du miroir polygonal 34 détermine la position du faisceau de balayage. Le miroir polygonal 34 est maintenu à une vitesse de rotation stable permettant d'en connaître en permanence la position angulaire par une simple acquisition d'un signal daté émis à chaque tour du miroir. La date du signal et le temps écoulé depuis ladite date donne par calcul la position angulaire du miroir et donc la position du faisceau incident.

La lentille F-Theta 35 est disposée selon l'axe Z et reçoit le faisceau de balayage en sortie du miroir polygonal 34. La lentille F-Theta 35 focalise dans un plan le faisceau de balayage reçu du miroir polygonal 34. La lentille F-Theta 35 linéarise le déplacement du faisceau par rapport au plan focal. La lentille F-Theta 35 permet le balayage du substrat sous une incidence normale ou quasi normale tout en gardant le plan focal sur la surface à inspecter, ceci en linéarisant le déplacement.

Le faisceau linéarisé émis par la lentille F-Theta 35 est de bornes divergentes. Le faisceau linéarisé est disposé dans un plan parallèle au plan Y, Z. Le faisceau linéarisé atteint le miroir rectangulaire de renvoi 37 et se déplace entre des bornes 42 et 43. Le miroir rectangulaire de renvoi 37 renvoie le faisceau linéarisé sensiblement à angle droit dans un plan parallèle au plan X, Y vers la fente 13 formée entre la première partie 9 et la deuxième partie 10 du concentrateur 7. Le faisceau incident peut alors atteindre la plaquette 6 visible sur la figure 1.

Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, l'ensemble des éléments de la voie d'émission 1 sont montés sur la platine 31 d'où une construction à la fois modulaire et compacte. La platine 31 peut en effet être démontée pour une opération de maintenance ou de test, par exemple sur un banc de test optique. La platine 31 et les détecteurs 23 et 24 reposent sur un bâti 38. Sur la figure 7, le dispositif d'inspection est montré avec les voies d'émission 1, 2 et les voies de réception 3, 4 protégées par des capots. Un premier capot 41 recouvre la platine 31. Un second capot 42 entoure le concentrateur 7. Un troisième capot 43 entoure le faisceau entre le miroir rectangulaire de renvoi 37 et le concentrateur 7. Sur la figure 7, les nappes de fibres optiques et les détecteurs ont été omis. Sur la figure 8, le bâti a été en plus omis pour une meilleure appréhension des éléments représentés. Sur les figures 9 et 10, au contraire, le bâti 38, les nappes de fibres optiques 19 à 22 et les détecteurs 23 à 26 ont été représentés. Bien entendu, des carters sont ajoutés en fin de montage du dispositif d'inspection pour protéger ses éléments et les opérateurs côtoyant le dispositif d'inspection, et surtout pour piéger la lumière parasite qui serait diffusée lors de son trajet optique afin de limiter le bruit optique de mesure. Les voies d'émission 1, 2 et les voies de réception 3, 4 sont stationnaires par rapport au bâti 38.

Le dispositif d'inspection comprend un mécanisme de déplacement 44 de la plaquette 6. Le mécanisme de déplacement 44 comprend un support à pince 45 pourvu de mâchoires 46 agissant sur le pourtour de la plaquette 6. Les mâchoires 46 peuvent être en contact avec une zone extérieure des surfaces inférieure et supérieure de la plaquette 6. La zone extérieure est de largeur limitée à environ 1 à 3 mm. La zone extérieure est inactive d'un point de vue électronique. Le mécanisme de déplacement 44 comprend deux glissières 47, 48 d'axe Z et un actionneur linéaire 49 propres à déplacer le support à pince 45 entre une position de chargement-déchargement de la plaquette, une position de rotation de la plaquette, et une zone d'inspection. L'actionneur linéaire 49 est monté sur la glissière 47. Les glissières 47, 48 sont montées sur une poutre du bâti 38. Les glissières 47, 48 sont parallèles. Entre les glissières 47, 48 et le support à pince 45, le mécanisme de déplacement 44 comprend un flasque latéral 50 de chaque côté. Ici le flasque 50 se présente sous la forme d'une plaque découpée en U. La base du flasque 50 est fixée à la glissière 47, 48 et le sommet du flasque 50 est fixé au support à pince 45. Au centre du U, une ouverture 51 est ménagée dans le flasque 50 facilitant la maintenance. Sur la figure 7, un mécanisme de chargement- déchargement 52 de la plaquette est visible par ladite ouverture. Le mécanisme de chargement-déchargement 52 peut faire partie du dispositif ou d'une autre machine tout en étant en interaction avec le dispositif d'inspection. La position de chargement-déchargement et la position de pivotement sont des positions extrêmes. La zone d'inspection commence à la proximité de la position de chargement- déchargement et prend fin à distance de la position de pivotement. En position de chargement-déchargement, le support à pince 45 est situé d'un côté des concentrateurs supérieur 7 et inférieur 8 selon l'axe Z. En position de chargement-déchargement, les mâchoires 46 sont situées entre les platines 31 des voies d'émission supérieure et inférieure. En position de pivotement, le support à pince 45 est situé de l'autre côté des concentrateurs supérieur 7 et inférieur 8 selon l'axe Z. L'actionneur linéaire 49 positionne la plaquette 6 en translation selon l'axe Z. Le mécanisme de déplacement 44 est supporté par une partie inférieure du bâti 38.

Du côté du dispositif d'inspection opposé au mécanisme de chargement- déchargement 52, selon l'axe Z, est monté un rotateur 53 propre à faire tourner la plaquette 6 autour de l'axe X. Le rotateur 53 est fixé au bâti 38. Le rotateur 53 comprend un actionneur 54 et un support 55 de plaquette. Le support 55 est monté sur un arbre de l'actionneur 54. Le support 55 comprend une pluralité de bras 56 en étoile, par exemple un croisillon de quatre bras. Les bras 56 comprennent une surface supérieure adaptée pour recevoir une surface inférieure de la plaquette 6. La surface supérieure des bras 56 est disposée dans le plan Y-Z. Le rotateur 53 est muni d'un actionneur 57 de translation verticale de faible course, par exemple de l'ordre de quelques millimètres, pour soulever la plaquette 6 et permettre son pivotement en évitant un contact avec les mâchoires 46. La hauteur de la surface supérieure des bras 56 est ajustée de façon que le rotateur 53 en translation vers le haut prenne en charge la plaquette 6 sur une faible distance, la plaquette 6 venant alors reposer sur ladite surface supérieure des bras 56 tout en étant libre de tourner par rapport aux mâchoires 46. Le rotateur 53 tourne alors la plaquette 6 puis s'efface en translation vers le bas par le moyen de l'actionneur 57. Lors du déplacement de la plaquette 6 vers la position de pivotement, le rotateur 53 reste distant de la plaquette 6 et du mécanisme de déplacement 44, la plaquette 6 étant libre de se déplacer par rapport au rotateur dans le plan Y-Z. La figure 11 représente une vue simplifiée du schéma électronique du dispositif d'inspection. Comme on peut le voir sur cette figure, le dispositif d'inspection comprend un module de contrôle 60, un module source 62, un module d'illumination 64, un module de réception 66, un module de déplacement 68, un module de pivotement 70, et un stockage 72.

Le module de contrôle 60 comprend un contrôleur d'illumination 74, un contrôleur de réception 76 et un contrôleur central 78. Le contrôleur d'illumination 74 commande le module source 62 et le module d'illumination 64, et échange optionnellement des données de synchronisation avec le contrôleur de réception 76. Le contrôleur de réception 76 commande le module de réception 66 et reçoit des données du module de réception 66 et du module de déplacement 68. Le contrôleur central 78 commande le module source 62, un module d'illumination 64, le module de réception 66, le module de déplacement 68, le module de pivotement 70, le stockage 72, le contrôleur d'illumination 74 et le contrôleur de réception 76, et reçoit des données en retour de tous ces éléments.

La figure 12 représente un exemple général d'une séquence d'inspection. Dans une opération 110, la plaquette 6 est amenée et positionnée. Cela inclut le chargement de la plaquette 6 dans le dispositif d'inspection, par le mécanisme de chargement- déchargement 52, la prise en compte de la plaquette 6 par serrage des mâchoires 46 du support à pince 45, et le déplacement de la plaquette 6 de la position de chargement vers la zone d'inspection, par translation du mécanisme de déplacement. Ensuite, le miroir rotatif de balayage 34 tournant à vitesse stable,l'illumination est initiée dans une opération 120, avec notamment l'allumage de l'émetteur laser 30.

Une boucle d'acquisition est alors exécutée dans une opération 130. Cette boucle comprend le parcours par le faisceau d'une première ligne de la surface de la plaquette 6 selon l'axe Y et la détection par le détecteur 23, 24 des photons diffusés par la surface de la plaquette 6, réfléchis par le concentrateur 7 et transportés par la nappe de fibres optiques 19, 20. Ensuite, la plaquette 6 est déplacée au sein de la zone d'inspection d'une distance ou pas inférieure à la largeur du faisceau selon l'axe Z, par translation du mécanisme de déplacement à l'opposé de la position de chargement, puis la ligne suivante est parcourue par le faisceau et la détection est répétée.

À la énième itération, le faisceau parcourt une énième ligne de la surface de la plaquette 6 selon l'axe Y et le détecteur 23, 24 détecte des photons diffusés par la surface de la plaquette 6, réfléchis par le concentrateur 7 et transportés par la nappe de fibres optiques 19, 20. Ensuite, la plaquette 6 est déplacée au sein de la zone d'inspection d'une distance ou pas inférieure à la largeur du faisceau selon l'axe Z, par translation du mécanisme de déplacement 44 à l'opposé de la position de chargement.

La boucle se répète jusqu'à ce que la dernière ligne de la surface de la plaquette 6 a été parcourue par le faisceau, puis une opération 140 vérifie s'il la plaquette 6 a été scannée selon toutes les directions souhaitées. Si c'est le cas, alors la plaquette 6 est sortie du dispositif d'inspection dans une opération 150, qui inclut le déplacement de la plaquette 6 de la zone d'inspection vers la position de déchargement, par translation du mécanisme de déplacement 44, le desserrage des mâchoires 46 du support à pince 45, et le déchargement d'une plaquette 6 hors du dispositif d'inspection, par le mécanisme de chargement-déchargement 52, ainsi que l'extinction de l'émetteur laser 30.

Lorsque d'autres orientations d'inspection sont souhaitées, la plaquette 6 est pivotée dans une opération 160. L'opération 160 comprend le déplacement de la plaquette 6 de la zone d'inspection vers la position de pivotement, par translation du mécanisme de déplacement 44, le desserrage des mâchoires 46 du support à pince 45 et l'appui de la plaquette 6 sur les bras 56 du rotateur 53 par montée du rotateur 53, la rotation de la plaquette 6 d'un angle compris entre 0 et 360° bornes exclues par le rotateur 53, la descente du rotateur 53,1e serrage des mâchoires 46 du support à pince 45. A cet effet, l'actionneur 57 provoque la translation verticale du rotateur 53 pour soulever la plaquette 6 et permettre son pivotement en évitant un contact avec les mâchoires 46 stationnaires en rotation. Ensuite, la séquence d'inspection reprend avec l'opération 130 selon la nouvelle direction d'inspection avec une direction de translation du mécanisme de déplacement à l'opposé de celui de la boucle de l'opération 130 qui vient d'être terminée.

L'exemple décrit ici prévoit particulièrement l'utilisation de deux directions d'inspection, à 90° l'une de l'autre. Dès lors, un seul mécanisme de pivotement est nécessaire. Si plus de deux directions d'inspection sont souhaitées, il est avantageux de prévoir des mécanismes de pivotement de la plaquette à chaque extrémité du dispositif d'inspection. Comme on l'a vu plus haut, une fois toutes les directions d'inspection utilisées, la plaquette est alors sortie du dispositif dans l'opération 150.

Dans le cas d'un dispositif d'inspection à voies d'émission et de réception symétriques haut/bas, les étapes d'allumage de l'émetteur laser 30, de parcours par les faisceaux des lignes de la plaquette 6 et de détection par les détecteurs 23 à 26 sont sensiblement simultanées. Les longueurs d'onde des faisceaux sont différentes de façon que la lumière issue d'un faisceau, soit sous forme diffusée par la surface , soit parasite lors de réflexions ou diffusion par des éléments lors du parcours optique aller ou retour, puisse être discriminée permettant ainsi l'inspection de la surface opposée au faisceau incident. À cet effet, les détecteurs 23 à 26 peuvent comprendre un filtre fréquentiel ou être réglés pour détecter une longueur d'onde précise avec une bande passante suffisamment étroite. La notion de ligne de la plaquette est virtuelle: il s'agit de bandes parcourues par le faisceau au cours du déplacement pas à pas de la plaquette. A chaque détection d'un nombre de photons suffisant ou d'une intensité lumineuse suffisante, on associe les coordonnées du lieu correspondant de la surface de la plaquette déterminé par la position de la plaquette 6 connue par la position du mécanisme de déplacement 44 selon l'axe Z, et par la position du faisceau selon l'axe Y connue par la position angulaire du miroir rotatif 34.

L'invention concerne également un dispositif d'inspection de plaquettes semi- conductrices, comprend une source lumineuse d'émission d'un faisceau incident plat vers une plaquette, un organe de mise en forme de la lumière diffusée par la plaquette, un organe de traitement de la lumière mise en forme, et un mécanisme de rotation de la plaquette, comprenant un support multibras configuré pour supporter la plaquette et la pivoter d'un angle choisi. En variante, le support multibras peut être configuré en étoile.

L'invention concerne également un dispositif d'inspection de plaquettes semi- conductrices, caractérisé en ce qu'il comprend deux parties symétriques d'inspection simultanée de faces opposées d'une plaquette, chaque partie comprenant une source lumineuse d'émission d'un faisceau incident plat vers une plaquette, un organe de mise en forme de la lumière diffusée par la plaquette, un filtre recevant la lumière mise en forme, un organe de traitement de la lumière filtrée, les sources lumineuses de chaque partie étant monochromatiques de longueur d'onde décalées d'au moins 2%. Ce dispositif peut présenter un delta de 10 nm entre les longueurs d'onde utilisées pour chaque face.

L'invention concerne également un dispositif d'inspection de plaquettes semi- conductrices, caractérisé en ce qu'il comprend une source laser d'émission d'un faisceau incident, un extenseur de faisceau, un miroir polygonal rotatif, et une lentille F- Theta disposée en aval du miroir polygonal rotatif pour linéariser le déplacement du faisceau par rapport au plan focal.

Ce dispositif peut comprendre un miroir de renvoi qui peut être rectangulaire, et/ou un organe de mise en forme de la lumière diffusée par la plaquette, et/ou un organe de traitement de la lumière mise en forme, et/ou un isolateur optique, et/ou fonctionner en champ large.

Claims

Revendications

1. Dispositif d'inspection de plaquettes semi-conductrices, caractérisé en ce qu'il comprend une source lumineuse d'émission d'un faisceau incident vers une plaquette selon un premier axe, un concentrateur symétrique (7) par rapport à un plan passant par les premier et deuxième axes et pourvu d'un miroir elliptique en coupe selon un plan perpendiculaire à un deuxième axe perpendiculaire au premier axe, et ayant une génératrice parallèle au premier axe, des première et deuxième fentes (15, 16) parallèles étant ménagées latéralement dans des première et deuxième parties (9, 10) du concentrateur aux points de concentration de la lumière diffusée par la plaquette et réfléchie par les deuxième et première parties du concentrateur respectivement, et un photomultiplicateur par fente, dans cet ordre.

2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la longueur du concentrateur selon le deuxième axe est supérieure au diamètre de la plaquette.

3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une fente est ménagée au sommet du concentrateur pour laisser passer le faisceau incident, ladite fente étant allongée selon le deuxième axe.

4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant un organe de tenue de la plaquette par les bords de ladite plaquette, comprenant des doigts de support, et au moins une mâchoire de maintien.

5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant une nappe de fibres optiques disposée entre chaque fente et le photomultiplicateur correspondant.

6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le premier axe normal est à la plaquette.

7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant un mécanisme de translation de la plaquette par rapport au faisceau incident, parallèlement au premier axe.

8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant un mécanisme de rotation de la plaquette par rapport au faisceau incident, selon un axe parallèle au deuxième axe, comprenant un support multibras configuré pour supporter la plaquette et la pivoter d'un angle choisi.

9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque partie du concentrateur possède un premier foyer disposé sensiblement dans la fente de l'autre partie et un second foyer disposé sensiblement au point de rencontre du faisceau incident et de la surface de la plaquette.

10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la source lumineuse comprend, dans cet ordre, un émetteur laser d'émission d'un faisceau incident, un isolateur optique, un extenseur de faisceau, un miroir polygonal rotatif, et une lentille F-Theta disposée en aval du miroir polygonal rotatif pour linéariser le déplacement du faisceau par rapport au plan focal.

11. Dispositif selon la revendication 10, comprenant un premier miroir de renvoi disposé entre l'isolateur optique et l'extenseur de faisceau, et un deuxième miroir de renvoi disposé entre la lentille F-Theta et la plaquette.

12. Ensemble de deux dispositifs selon l'une des revendications précédentes, disposés en regard l'un de l'autre pour inspecter simultanément les deux faces d'une plaquette avec longueurs d'onde de faisceau incident différentes.