WO2022129721A1 - Procede d'inspection d'une surface d'un objet - Google Patents

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WO2022129721A1
WO2022129721A1 PCT/FR2021/052091 FR2021052091W WO2022129721A1 WO 2022129721 A1 WO2022129721 A1 WO 2022129721A1 FR 2021052091 W FR2021052091 W FR 2021052091W WO 2022129721 A1 WO2022129721 A1 WO 2022129721A1
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inspection
chromatic
inspection method
photodetectors
mask
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PCT/FR2021/052091
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Tristan COMBIER
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Unity Semiconductor
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    • G01N2021/95661—Inspecting patterns on the surface of objects for PCB's for leads, e.g. position, curvature
    • G01N2021/95669—Inspecting patterns on the surface of objects for PCB's for leads, e.g. position, curvature for solder coating, coverage

Definitions

  • TITLE METHOD FOR INSPECTION OF A SURFACE OF AN OBJECT
  • the present invention relates to a device and a method for inspecting a surface of an object.
  • a device and a method in accordance with the invention allow the inspection of the surface of the object when the latter comprises strong variations in height and makes it possible to generate high-speed intensity images representative of the reflectivity of this surface. with extended depth of field and great lateral resolution.
  • the invention relates to the field of imaging for the inspection and control of objects, such as substrates for the semiconductor industry or integrated optics (semiconductor wafers or substrates in all forms, in progress or at the end of manufacture of semiconductor devices), or other objects in the fields of mechanics or manufacturing industry for example (micro-mechanisms, parts or assembly of watchmaking, assembled systems) .
  • Optical imaging systems such as conventional microscopes are known. These systems are generally limited in depth of field: the optical diffraction limit makes it very difficult to have both high magnification and a large depth of field. This is particularly penalizing when inspecting distant surfaces or structures with significant heights or depths. This problem is generally solved by maintaining the objective at the desired distance from the measured surface, by an autofocus type system. This translates into lower travel speeds and more complex systems, or even the need to perform multiple passes to acquire images.
  • Document US 8,654,324 implements a method for increasing the depth of field by exploiting the chromatic dispersion of a chromatic lens.
  • Light transmitted through a slit is projected onto an object through a chromatic lens.
  • the light reflected by the inspected surface is returned to the chromatic objective then transmitted through a slit placed in front of a linear detector.
  • the chromatic objective used in this configuration makes it possible to increase the measurement depth of field by exploiting the fact that different wavelengths are focused at different distances on the object.
  • this system is not suitable for forming intensity images in two dimensions and with high lateral resolution. This is due to its slit configuration which does not meet the criteria for confocal detection in one dimension and thus generates crosstalk or cross-talk between measurement channels.
  • Document US 9,739, 600 B1 describes a system allowing the location of patterns in two dimensions with an extended depth of field obtained by a chromatic lens.
  • the profile or the distance of the identified structures can be measured by the same instrument respecting the criteria of a detection confocal, with a minimum of cross-talk between measurement channels.
  • the acquisition speed of the system is however directly limited by the quantity of light collected by the photodetector and especially by the number of measurement channels that it is possible to implement.
  • the inspection rates depend on the optimization of the filling factor of the measurement points on the inspected wafers and defining the density of points measured at each instant.
  • the fill factor is defined as the ratio between the diameter of the measurement points (diameter of the beam of light projected on the wafer at the point of focus) and the separation between two measurement points.
  • One of the objectives of the invention is to propose a device and a method for rapidly imaging over an extended depth of field a surface of an object.
  • Another object of the invention is to propose such a device and a method allowing a high density of measurement points (high spatial resolution) while minimizing the coupling of light (cross-talk) between the detection channels.
  • Another object of the invention is to allow localization and inspection of structures and patterns of a surface of an object such as a semiconductor substrate.
  • the patterns can in particular be solder bumps placed on the conductive pads of the electronic chips of a wafer.
  • the invention proposes a method for inspecting a surface of an object, the method including:
  • a third survey step during which the mobile support is controlled to move the surface relative to the chromatic system at least along a direction of inspection perpendicular to the optical axis and to travel a measurement trajectory, and during which controls the image sensor to synchronize it to the movement of the surface;
  • the object is a chip wafer, the wafer being provided with a plurality of solder bumps;
  • the weld bumps are arranged in a line, and the traj ectory is at least partly parallel or perpendicular to the lines of weld bumps;
  • the traj ectory is formed of a plurality of passages having different altitudes
  • the third and/or the fourth step are implemented by a control unit of an inspection device
  • the inspection method comprises a step of analyzing the image to locate the arrangement of protruding elements of the surface
  • the analysis step leads to determining whether the arrangement of salient elements conforms to an expected arrangement
  • the image sensor is a color or multispectral image sensor providing color or spectral information
  • the method comprises a step of converting the color or spectral information provided into distance information to form a 3D image the surface of the object
  • the array of photodetectors is arranged in the detection plane and arranged in a plurality of rows and columns, the charges generated by the photodetectors being able to be moved from one row to another, in a column direction synchronized with the movement according to the direction of inspection;
  • the chromatic filtering apertures are arranged on the confocal mask to illuminate a plurality of photodetectors arranged on a column of the matrix corresponding to a plurality of measurement points arranged along the direction of inspection; - the chromatic filtering openings are distributed in a complementary manner over at least two lines of the confocal mask to illuminate a plurality of photodetectors corresponding to a plurality of measurement points arranged along at least two lines arranged in a direction perpendicular to the direction of inspection ;
  • the confocal mask comprises a plurality of groups of at least two lines comprising chromatic filtering apertures distributed in a complementary manner over said at least two lines;
  • the inspection method comprises a confocal lighting mask placed in the inspection beam and a confocal detection mask placed in the reflected beam, the confocal lighting mask and the confocal detection mask being respectively placed in a conjugate plane of focal planes with respect to the chromatic system;
  • the inspection method comprises a single confocal mask, placed in a conjunct conjugated plane of the detection plane and the focusing planes vis-à-vis the chromatic system;
  • the polychromatic light source comprises a halogen lamp or a strip of light-emitting diodes, associated with a diffusion device to homogenize the intensity of the inspection beam;
  • the polychromatic light source has a line spectrum, having a determined number of emission wavelengths or bands of wavelengths;
  • the chromatic system includes a chromatic lens; the color system includes a separator element; - the photodetectors are equipped with a color filter or a spectral filter;
  • the chromatic filtering openings are arranged to each illuminate a plurality of photodetectors provided with filters of different colors or spectral bands.
  • Figure 1 shows an inspection device according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 represents a block diagram of the confocal chromatic operation implemented by the device of FIG. 1;
  • Figure 3 shows a front view of a detection mask illuminated by a reflected beam
  • Figure 4 shows an aperture arrangement on a confocal mask in alignment with a photodetection array
  • Figure 5 shows two inspection fields on the surface of a surface to be inspected.
  • FIG. 1 represents an embodiment of an inspection device according to the present invention.
  • the inspection device 1 projects an inspection light beam onto a surface S of an inspected object.
  • the beam is reflected on this surface S to project onto a detection plane P of an image sensor 5.
  • the inspected object such as a semiconductor substrate
  • a mobile support 4 of the inspection device 1 for example a table whose movement can be controlled.
  • the mobile support 4 makes it possible to move the surface along at least one inspection direction I under the inspection beam.
  • the inspection device 1 comprises a lighting system 2 comprising a polychromatic light source 20 to form the inspection beam.
  • the source 20 therefore emits several wavelengths which may for example be included in the visible spectrum, in an interval of wavelengths included between 380 nm to 700 nm, or in the infrared beyond 700 nm.
  • the wavelengths making up the emission spectrum of the source 20 are chosen according to the nature of the object inspected and the layers which are likely to cover it.
  • the wavelengths of the polychromatic source 20 will be chosen so that the inspection beam is reflected by the surface S of the object to be inspected.
  • the polychromatic light source 20 can be formed by a halogen lamp or a strip of light-emitting diodes. It may be a source emitting a broad spectrum to emit so-called "white" light, or a source exhibiting a line spectrum, and therefore exhibiting a determined number of inspection wavelengths or bands. inspection wavelengths. Each line can be provided by a laser source or by a source covering a narrow band of wavelengths.
  • the inspection field may have a dimension of between a few hundred microns and a few millimeters on a side.
  • a diffusion device 21 to homogenize the intensity of the inspection light beam produced by the lighting system 2.
  • the diffusion device 21 can for example be made of frosted glass or of an optical guide element ensuring a mixture of the modes of propagation of the radiation produced by the polychromatic source 20 so as to make the intensity of the beam of inspection.
  • optical fibers 22 or any other form of guide for light radiation to conduct the light beam produced by the source 20 to the injection zone of the inspection beam in the device 1, here occupied by the diffusion device 21.
  • the lighting system 20 is not limited to that described in this mode of implementation.
  • the inspection device 1 also comprises a chromatic system 3 placed on the optical path of the inspection beam and the reflected beam.
  • the chromatic system 3 generates a chromatic dispersion of the light which passes through it and thus spatially spreads the focusing of the polychromatic inspection beam, according to the wavelengths present, according to focusing planes distributed along an optical axis AO in a depth of field of the color system 3 extended compared to the depth of field obtained for an individual wavelength.
  • the chromatic system 3 comprises a chromatic objective 3a resulting in focusing the different wavelengths of the inspection beam, over its entire transverse extent, at different distances from the objective.
  • the chromatic objective 3 can be produced in multiple ways, for example by means of a lens or a combination of lenses. These lenses can intercept the entire transverse extent of the inspection beam, or be respectively dedicated to portions of this beam constituting measurement channels. They can also be diffraction lenses or holographic devices. They can also be metallenses, that is to say reflective or transmissive optical elements having structured reflection or transmission surfaces. The patterns constituting this surface structuring have smaller dimensions than the wavelengths of the inspection light beam and affect the phase of the radiation of this beam and therefore its shape and its propagation.
  • the surface patterns of the optical elements can be produced by known methods of photolithography and etching.
  • the chromatic objective 3a is chosen to present a significant chromatic aberration, leading to the spatial spread of the inspection beam, according to the wavelengths which compose it, according to focal planes arranged in the depth of field of the chromatic system 3.
  • This depth of field can for example extend over a distance of 100 to 200 microns.
  • the surface S of the inspected object is placed in the depth of field of the chromatic system 3.
  • the mobile support 4 can be able to adjust the position of the surface S by moving the inspected object. along the direction of the axis AO of the chromatic system 3, so as to maintain the surface S of the object in the depth of field.
  • This characteristic is particularly advantageous when the surface S has significant reliefs in elevation or in depression.
  • the mobile support 4 may consist of a table provided with means that can control its movement in a plane perpendicular to the inspection beam in order to move the surface in the direction of inspection I, and complementary means ensuring a displacement in a direction perpendicular to this plane in order to maintain the surface S in the depth of field of the chromatic system 3.
  • the constraints for maintaining there surface S are relaxed with respect to an achromatic system.
  • the displacement in space of the surface S during a measurement sequence can be controlled by an electronic control unit 7. This can also collect the trajectory carried out during the measurement sequence in order to be able to reconstitute a faithful image of the inspected surface S.
  • the chromatic system 3 is also provided with a separating element 3b, for example a separating cube or a reflecting plate, to intercept the beam reflected by the surface S and the project onto a detection plane P of an image sensor 5.
  • the splitter element 3b is arranged on the optical path of the reflected beam, downstream of the chromatic optics 3a, so that the reflected beam passes through this lens 3a before projecting onto the detection plane P.
  • Other optical parts of the chromatic system 3 can be placed on the optical path between the separator element 3b and the detection plane of the image sensor 5, but in any case the detection plane P is arranged in a plane conjugate, vis-à-vis the chromatic system 3, of the focal planes.
  • the image sensor 5 is a time-delayed integration image sensor (referred to as “image sensor” in the rest of this presentation for simplicity).
  • image sensor a time-delayed integration image sensor
  • the detailed operation of such a sensor is for example described in the document EP2088763. It comprises a matrix of photodetectors arranged in a plurality of rows and columns. The charges generated by the photodetectors are moved from one row to another, along a column direction synchronously with the movement of the imaged object. The last line of the matrix is moved in a shift register, or any other form of electronic component making it possible to extract the charges from this line, in order to constitute an image line of the object.
  • the matrix of photodetectors of the image sensor 5 is arranged in the detection plane P onto which the reflected beam is projected.
  • the image sensor 5 is placed in the inspection device 1 to image the inspection field.
  • Such a matrix can have a very large number of rows and columns, for example more than 10,000 columns and several hundred rows.
  • the image sensor 5 is connected to the electronic control unit 7 in order to synchronize it with the movement of the surface S along the direction of inspection I, and to repeatedly recover the lines of charges extracted from the matrix of photodetectors at the end of columns.
  • a point on the surface S which moves along the direction of inspection I is imaged successively on the photodetectors of a column of the matrix, that is to say on successive rows of the column.
  • the electrical charge generated by a photodetector is moved synchronously from one line to another, along a column direction, so that the charge accumulated at the end of this scan, at the end of the column, is representative of the light reflected by the point on the surface S throughout the duration of its displacement, in the conjugate plane of the image sensor 5, along the corresponding column of the sensor in the inspection direction I.
  • the inspection device represented in FIG. 1 also comprises two confocal masks 6a, 6b arranged in conjugate planes of the surface S of the object with respect to the chromatic system 3, and respectively placed in the optical path of the beam inspection and the reflected beam.
  • a first confocal lighting mask 6a is here arranged on the diffusion device 21.
  • the mask has a plurality of lighting apertures. These openings can be crossed by the inspection beam from the lighting system, and the confocal lighting mask blocks the beam outside these openings.
  • the inspection beam therefore consists of a plurality of lighting paths defined by the lighting apertures, projecting onto the surface S at the level of a plurality of measurement points distributed in the inspection field of the device 1, according to planes of focus according to the wavelengths in the depth of field of the chromatic system 3.
  • a second confocal detection mask 6b is here arranged on the detection plane of the image sensor 5. Similar to the first lighting confocal mask 6a, the confocal detection mask 6b comprises a plurality of chromatic filtering apertures (or confocal chromatic), combined with the lighting apertures of the confocal lighting mask 6a. More precisely, the lighting apertures and the chromatic filtering apertures are conjugated from the same measurement points by the chromatic system 3.
  • the confocal detection mask 6b and the image sensor 5 are arranged relative to each other so that the chromatic filtering openings of the confocal mask 6b are respectively placed opposite a photodetector or a group of photodetectors and illuminate part of the photodetectors of the array.
  • the confocal detection mask 6b can be plated, glued, or produced directly on the surface of the image sensor 5. It can in particular be produced by selective deposits of layers of dielectric or metallic materials on the surface of the sensor 5 .
  • the confocal detection mask 6b can also be produced in the form of an element distinct from the sensor 5, positioned in a conjugate optical plane of the sensor by a lens or an imaging system.
  • the illumination paths of the inspection beam pass through the chromatic objective 3a.
  • the beam is focused, according to the different wavelengths which constitute it, in focusing planes distributed over the very wide depth of field by the effect of the chromatic lens 3a.
  • the radiation from each illumination channel is reflected by the inspected surface S, arranged in the depth of field, at the measurement points, again passes through the chromatic objective 3a, and is projected onto the confocal detection mask 6b by the intermediary of the separating element 3b.
  • FIG. 2 a block diagram of the confocal chromatic operation implemented by the device of Figure 1.
  • the lighting mask 6a has a lighting aperture defining an inspection beam comprising here a single lighting channel.
  • the inspection beam is focused, depending on the optical wavelengths present, on a extended depth of field.
  • FIG. 2 there is shown a first wavelength Xo of the beam which is focused in a focusing plane PfO and a second wavelength Xi of the beam which is focused on a second focusing plane Pfl, quite distinct from the foreground.
  • the surface S to be inspected has been placed at the level of the first focusing plane PfO, so that the illumination aperture of the illumination mask is imaged there for the first wavelength.
  • the light at the first wavelength Xo coming from the illumination aperture is therefore reflected on the surface S to be focused on the detection plane P of the image sensor 5, in the chromatic filtering aperture of the mask detection 6b.
  • this light at the first wavelength Xo reaches in all its intensity or almost the detection plane P through the opening of the mask.
  • the light at the second wavelength Xi is not perfectly focused on the first focusing plane PfO in which the surface S resides.
  • this light is diffusely reflected, up to the detection mask 6b which largely blocks it, so that little of its intensity reaches the detection plane P.
  • Figure 3 a front view of the detection mask 6b, which here has 12 chromatic filtering apertures O arranged in 4 columns and 3 rows.
  • the mask 6b is illuminated by the reflected beam in an assembly similar to that shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 Also shown in FIG. 3 is the outline of the luminous halo H corresponding to the projection onto the mask of radiation at wavelengths reflected outside their focal planes on the inspected surface S.
  • the openings of the masks 6a, 6b are sufficiently distant from each other, so that the diffuse halo associated with an opening does not cover a neighboring opening with too much intensity.
  • the centers of two adjacent openings on the illumination mask 6a or on the detection mask 6b can be separated by a distance greater than twice the dimension of these openings (their diameters if these openings are circular).
  • the openings of the lighting and detection masks are cleverly arranged vis-à-vis the photodetectors of the image sensor 5.
  • FIG. 4 There is thus represented in FIG. 4 a part of the photodetector matrix in the form of a grid G.
  • Each box of the grid symbolizes a photodetector or a group of photodetectors.
  • the part of the matrix shown is composed of 5 columns (referenced C1 to C5) and 5 rows (referenced L1 to L5).
  • the openings of the masks 6a, 6b are represented by circles, arranged here in alignment with the photodetectors of the camera. These openings are capable of passing the reflected beam which is then projected onto the exposed photodetectors to be measured by the image sensor 5. It is noted that these are indifferently the openings of the lighting mask 6a or of the detection 6b, these two masks being optically conjugated to each other when the photodetectors are exposed.
  • the chromatic filtering openings are arranged on the confocal mask (6a, 6b) to respectively illuminate a plurality of photodetectors, or a plurality of groups of photodetectors, arranged on a column (C1 -C5) of the matrix.
  • the image sensor 5 is synchronized with the movement of the surface to be inspected so that the plurality of photodetectors of a column under the openings is in correspondence with a plurality of measurement points arranged along the direction of inspection (I) .
  • the photodetectors of the column under the openings of the mask are successively exposed to the light coming from a measurement point.
  • a charge is recovered corresponding to the quantity of light reflected by the measurement point during an extended exposure time, corresponding to the exposure time of each photodetector multiplied by the number of openings in the column. It is thus possible to produce a high-intensity image of the inspected surface and/or to increase the rate of inspection.
  • the chromatic filtering openings are distributed over the confocal mask 6b in a complementary manner over at least two lines, that is to say for example that for a given column, if a line does not include an opening chromatic filtering, another line includes one.
  • a complementary distribution makes it possible to ensure that, for a group of rows which each include a chromatic filtering opening, for a subset of the columns, each column includes the same number of chromatic filtering openings (for example a ) for the row group .
  • a plurality of photodetectors are also distributed in a complementary manner over at least two rows of the matrix. In the example of FIG.
  • the photodetectors of the lines L1 and L2, and of the lines L3 and L4 are thus arranged in a complementary manner on these two lines.
  • two contiguous photodetectors in a row or in a column are not simultaneously exposed under an aperture of the mask.
  • the openings are spaced sufficiently apart from each other to limit the parasitic coupling between several detection channels.
  • the image sensor 5 is synchronized with the movement of the surface S to be inspected such that the photodetectors distributed over the lines correspond to a plurality of measurement points arranged similarly along lines arranged in a direction perpendicular to the direction of inspection (I).
  • FIG. 5 There is thus represented in FIG. 5 a first inspection field Ci 1 as well as the measurement points (in dotted lines) imaged on the image sensor 5 of this inspection field.
  • the surface has been moved along the direction of inspection and a second inspection field CI2 has been shown as well as the measurement points in this field (in solid lines).
  • the distribution over several complementary lines of the openings makes it possible, as the object moves, to carry out dense measurements in the field of inspection.
  • the openings can be distributed in a complementary manner over a larger number of lines, which makes it possible to space these openings even further from each other and further limit the coupling phenomenon. For a given dimension of the photodetector array, this amounts to placing fewer photodetectors on a column, and therefore affecting the intensity quality of the image.
  • the confocal mask (6a, 6b) can comprise a plurality of groups of lines with a complementary distribution of the chromatic filtering openings. These groups of lines can for example comprise an identical distribution of chromatic filtering openings.
  • each measurement point of the object is imaged on the detector in a plurality of chromatic filtering apertures , sequentially , which makes it possible to accumulate more intensity or charges and to fully exploit the number of lines of color .
  • the array of photodetectors The device as described makes it possible to obtain images in intensity, or in gray level, of the surface of the object, or in other words of its reflectivity.
  • color image sensor any image sensor capable of associating wavelength information with the intensity of the radiation received at the level of a photodetector. These sensors are therefore able to form color images, for example by coding the color information in the form of RGB pixels, as is very conventional, in which each pixel is associated with the light intensity detected in the red, the green and blue.
  • the color image sensors according to the present description are capable of providing hyperspectral images, a pixel of such an image being associated with the light intensity detected in a band among a plurality of bands of wavelengths , forming bands of spectral decomposition of the radiation received.
  • This plurality of bands can be large, for example greater than 50, 100, and generally between 50 and 200.
  • pixels or groups of pixels of the detector are respectively sensitive to light in a given spectral band. It is thus possible to cover and break down a wide useful spectrum, this useful spectrum corresponding of course to the emission spectrum of the polychromatic source 20.
  • a plurality of photodetectors are placed under the openings of the mask, respectively provided with color filters, for example RGB, or provided with filters interference allowing light to pass only in a determined spectral band.
  • Each measurement point is then characterized by the intensity measurement in each of the spectra defined by these filters.
  • the photodetector (or photodetectors) under an opening is provided with a single color or interference filter, but the nature of this filter varies from one column to another, along the line.
  • the radiation emitted by adjacent measurement points of the surface S, corresponding to adjacent columns of the detector, is therefore detected by photodetectors respectively dedicated to a color.
  • the image sensor has a plurality of matrices of TDI photodetectors as described above, and each matrix is associated with a single color (associated with a single color or interference filter, to use the terminology of the paragraphs previous ones).
  • the columns of the matrices are aligned with each other, so that the same measurement point of the surface S is successively imaged by the photodetectors of each of the matrices.
  • Each matrix is associated with a confocal mask 6b as described previously. In this way, it is possible to very precisely associate a single measurement point of the surface S with a plurality of color information.
  • the color information can advantageously be used by the electronic control unit 7 to estimate the elevation of the measurement points, and more specifically the distance separating the measurement point from a reference plane of the device.
  • the control unit 7 can therefore estimate an average distance separating the surface S from this reference plane. It can slave the movement along the optical axis AO of the mobile support 4 to this average distance estimate to maintain the inspection surface S in the depth of field of the chromatic system 3 while moving this surface. S along inspection direction I, during a measurement sequence.
  • the speed of displacement of the surface S, according to the direction of inspection can reach for example a value of the order of 100 mm/second.
  • the object to be inspected in this application is for example a semiconductor wafer, for example based on silicon, or any other material or assembly of materials whose properties can be exploited to form integrated electronic components.
  • the wafer has undergone prior treatment with a conventional manufacturing process in the field of microelectronics and/or microelectromechanical systems, so as to form finished or semi-finished integrated chips on the surface of this wafer.
  • the chips have in particular conductive pads ("conductive pads" according to the Anglo-Saxon expression of the field) intended to be electrically connected to interconnection elements (pins of a package, matrix of balls of an interconnection substrate “interpose”) constituting a first level of interconnection between the chip and the rest of the system in which it is intended to be integrated.
  • solder bumps according to English terminology
  • these bumps possibly having a lateral dimension in the plane of the wafer (a width) and a perpendicular dimension (a height) to this plane typically between 15 microns or 20 microns to 250 microns.
  • the wafer once provided with these elements, therefore has a surface topology (that is to say a 3D elevation profile) conforming to the arrangement of the weld bumps on the face. main part of the wafer, on the conductive pads of the chips of this wafer.
  • solder bumps on the chips of the wafer is an operation that must be controlled, because a bad arrangement of these bumps (an incorrect positioning, the absence or an insufficient or excessive height of a bump or a plurality of bumps) can lead to forming a non-functional component. It is noted that this inspection can implement a 2-dimensional reading, in the main plane of the wafer, of the surface state S of this wafer, for example to identify a bad positioning of a bump, or the presence of a parasitic deposit or particles on the surface of the wafer.
  • the inspection can also record height information, for example during a 3-dimensional survey, to identify that the respective maximum elevations of the bumps, or at least the respective maximum elevations of the bumps of the same chip, resides well in the same plane or has a variation of elevation controlled around the same plane.
  • This mode of implementation therefore proposes to use the inspection device 1 which has just been described in order to inspect the surface S of the wafer and to ensure that its topology is indeed in conformity with an elevation profile determined.
  • the wafer is placed on the mobile support 4 of the inspection device 1.
  • the surface S of this wafer is of course oriented so as to be able to be exposed to the inspection light beam.
  • the mobile support 4 is also adjusted in position along the direction of the axis AO of the chromatic system 3, so as to position the surface S of the object at least partly in the depth of field.
  • the inspection device 1 is also operated via, for example, the control unit 7, during a second step of activating the polychromatic light source 20, in order to project onto the surface S of the wafers the inspection beam and thus forms the reflected beam.
  • control unit 7 moves the surface S of the wafer relative to the inspection beam to travel a measurement path, for example by moving the mobile support 4.
  • the control unit 7 simultaneously synchronizes the image sensor 5 and in particular the accumulation and displacement of the charges, from line to line, of the matrix of photodetectors, these charges being those generated by the projection of the light beam reflected on some of the photodetectors through the masks 6a, 6b.
  • the image sensor 5 repeatedly prepares the lines of charges extracted from the matrix of photodetectors at the end of the columns, and these measurements are made available to the control unit 7 which acquires them and prepares an image of intensity during a fourth stage called "acquisition".
  • the speed of movement of the beam with respect to the surface S can be rapid and reach for example a value of the order of 10 Omm/second or more, while collecting enough charges to form an image representative of the state of the surface S.
  • this reading step there is therefore an image of at least part of the surface S of the wafer, this part corresponding to the portion of the surface S of the wafer illuminated by the inspection beam after it has traveled the measurement path.
  • This image is composed of pixels respectively associated with measurement points of the surface S of the wafer.
  • the value of each pixel reflects the intensity of the radiation reflected by the associated measurement point of the surface S, i.e. the degree of presence of this measurement point in the very wide depth of field of the chromatic system 3 (which can for example extend over a distance of 100 to 200 microns, as already mentioned).
  • the image makes it possible to locate the arrangement on the surface of the wafer of the salient patterns, and in particular of the weld bumps.
  • the analysis of the image makes it possible in particular to determine whether this arrangement of protruding elements conforms to the expected arrangement, or if elements are missing (unformed or poorly formed solder bump) or if elements are too many (particles , parasitic deposit, etc.).
  • the solder bumps forming the projecting elements which it is sought to identify are arranged on the surface of the wafer in an ordered manner, for example in lines. In such a configuration, it is advantageous to prepare the measurement trajectory so that it is orthogonal or parallel to these lines.
  • the different passages can be offset by a distance of a few microns to a few tens of microns.
  • the polychromatic source 20 can be chosen very freely, in particular to emit white light or to present a line spectrum.
  • the source 20 is chosen to emit according to a line spectrum, and the number of lines of this spectrum is limited for example to 2, 35 or 10 wavelengths.
  • the depth of field of the chromatic system 3 is then defined by a restricted number (2, 35 or 10) of focusing planes. When a salient element of the wafer (a weld bump, a particle, a parasitic deposit) intercepts one of these planes, it is identified on the measurement image.
  • the polychromatic source 20 provides radiation composed of two wavelengths.
  • the first wavelength is associated with a base plane of focus in the depth of field, and this base plane is intended to be aligned with the main plane of the wafer (i.e. the plane on which reside the salient elements) . This alignment can be carried out during the first stage of setting up the method.
  • the second wavelength is associated with a second focal plane distant from the first plane by the expected height of the salient elements which it is sought to locate, or by a little less than this expected distance.
  • the image produced using the method which has just been described is essentially a 2D image of the surface of the wafer which contains little or no information on the elevation profile of the surface S inspected. This image is nevertheless very useful for identifying very quickly and over an extended surface of the wafer, certain types of defects.
  • a method in accordance with the invention can also take advantage of the color or spectral band distribution information which can be supplied by the timed integration image sensor 5 of a inspection 1 in accordance with this description.
  • the determination of the wavelength of the radiation detected by the photodetectors of the image sensor 5 makes it possible to determine the depth of a measurement point in the depth of field of the chromatic system. 3, ie the height of this measurement point relative to the main plane of the wafer.
  • the color information (RGB or more spectrally detailed) returned by the image sensor 5, in addition to the information on the intensity of the radiation detected, can be converted, for example by the control device 7, into information height.
  • the image provided in this case which can also materialize in the form of a point cloud, is a 3D image of the surface of the wafer and represents the topology of this wafer, i.e. its elevation profile over its entire length. extent .
  • This image can be used very directly to determine the maximum height of weld bumps, and to check whether this height is compliant.
  • the color information supplied by the image sensor 5 can be exploited in all the variations of the method. inspection which have just been described, in particular that according to which the polychromatic source 20 is chosen to emit according to a spectrum having a limited number of lines.
  • the two opaque lighting and detection masks 6a, 6b can be replaced by a single mask, arranged in this case under the separating element 3b.
  • the mask can for example be fixed directly under a separator cube or a reflecting plate, for example by depositing an opaque material on this optical part.
  • the openings of the single mask perform both the function of the lighting and chromatic filtering openings.
  • the openings of this mask are then optically conjugated from the surface S of the object by the chromatic system 3, and optically conjugated from the image sensor 5.

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Abstract

L'invention concerne un procédé mettant en œuvre un dispositif d'inspection (1) d'une surface (S) d'un objet. Le dispositif comprend une source de lumière polychromatique (20) pour projeter un faisceau d'inspection sur la surface (S); un masque confocal (6a, 6b) interceptant le faisceau d'inspection et un faisceau réfléchi par la surface, présentant une pluralité d'ouvertures de filtrage chromatique; un système chromatique (3) étalant spatialement la focalisation du faisceau d'inspection selon des plans de focalisation le long d'un axe optique (AO) dans une profondeur de champ, interceptant le faisceau réfléchi pour le projeter sur un plan de détection (P) conjugué des plans de focalisation; un support mobile (4) pour positionner la surface (S) dans la profondeur de champ; un capteur d'image à intégration temporisée (5) synchronisé au déplacement de la surface, le capteur d'image (5) comprenant une matrice de photodétecteurs disposée dans le plan de détection (P), les ouvertures de filtrage chromatique du masque confocal éclairant une partie des photodétecteurs.

Description

DESCRIPTION
TITRE : PROCEDE D'INSPECTION D'UNE SURFACE D'UN OBJET
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un dispositif et un procédé d'inspection d'une surface d'un objet. Un dispositif et un procédé conformes à l'invention permettent l'inspection de la surface de l'objet lorsque celle-ci comprend de fortes variations de hauteur et permet de générer à hautes cadences des images d' intensité représentatives de la réflectivité de cette surface avec une profondeur de champ étendue et une grande résolution latérale. D'une manière générale, l'invention relève du domaine de l'imagerie pour l'inspection et le contrôle d'objets, tels que des substrats pour l'industrie du semi- conducteur ou de l'optique intégrée (plaquettes semi- conductrices ou substrats sous toutes les formes, en cours ou en fin de fabrication de dispositifs à semi-conducteurs) , ou d'autres objets dans les domaines de la mécanique ou l'industrie manufacturière par exemple (micro-mécanismes, pièces ou assemblage d'horlogerie, systèmes assemblés) .
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Dans le domaine de l'industrie du semiconducteur, l'augmentation des cadences de production des plaquettes de dispositifs à semi- conducteurs et la réduction de la taille des motifs créent un besoin croissant d'inspection en imagerie à hautes cadences. Les méthodes pour imager ces plaquettes doivent ainsi permettre la localisation rapide des défauts, structures et motifs sur toute la surface des plaquettes. Par ailleurs, du fait de la courbure des plaquettes notamment, ou du fait de la hauteur des structures à imager (bords de wafer, ...) , il est nécessaire de pouvoir effectuer des images nettes dans une zone de profondeur de champ étendue. Dans d'autres domaines, tels que ceux de la micromécanique ou l'horlogerie, les objets à inspecter peuvent avoir un relief ou des différences de hauteur importantes, nécessitant également des profondeurs de champ étendues.
On connaît des systèmes d' imagerie optique tels que des microscopes classiques. Ces systèmes sont en général limités en profondeur de champ : la limite de diffraction optique fait qu'il est très difficile d'avoir à la fois un fort grossissement et une grande profondeur de champ. Ceci est particulièrement pénalisant lors du contrôle de surfaces éloignées ou de structures avec des hauteurs ou des profondeurs significatives. Ce problème est généralement résolu en maintenant l'objectif à distance voulue de la surface mesurée, par un système de type autofocus. Cela se traduit par des vitesses de déplacement diminuées et des systèmes plus complexes, voire la nécessité d'effectuer plusieurs passages pour acquérir les images.
Le document US 8, 654,324 met en œuvre une méthode pour augmenter la profondeur de champ en exploitant la dispersion chromatique d'un objectif chromatique. La lumière transmise au travers d'une fente est projetée sur un objet au travers d'un objectif chromatique. La lumière réfléchie par la surface inspectée est renvoyée vers l'objectif chromatique puis transmise au travers d'une fente placée devant un détecteur linéaire. L'objectif chromatique utilisé dans cette configuration permet d'augmenter la profondeur de champ de mesure en exploitant le fait que différentes longueurs d'onde sont focalisées à différentes distances sur l'objet. Cependant, ce système n'est pas adapté à la formation d' images d' intensité en deux dimensions et avec une grande résolution latérale. Ceci du fait de sa configuration en fente qui ne respecte pas les critères d'une détection confocale dans une dimension et génère ainsi de la diaphonie ou cross-talk entre voies de mesure.
Le document US 9,739, 600 B1 décrit un système permettant la localisation de motifs selon deux dimensions avec une profondeur de champ étendue obtenue par un objectif chromatique. Le profil ou la distance des structures identifiées peuvent être mesurés par le même instrument en respectant les critères d'une détection confocale, avec un minimum de cross-talk entre voies de mesure. La vitesse d'acquisition du système est toutefois directement limitée par la quantité de lumière collectée par le photodétecteur et surtout par le nombre de voies de mesure qu' il est possible d'implémenter.
Plus particulièrement, les cadences d'inspection dépendent de l'optimisation du facteur de remplissage des points de mesures sur les plaquettes inspectées et définissant la densité de points mesurés à chaque instant. Le facteur de remplissage est défini comme le rapport entre le diamètre des points de mesure (diamètre du faisceau de lumière projeté sur la plaquette au point de focalisation) et la séparation entre deux points de mesure. Ainsi, l'utilisation de fibres optiques ou de circuits optiques intégrés pose une limitation physique sur la possibilité de rapprocher les voies de mesure entre elles.
Un des objectifs de l'invention est de proposer un dispositif et un procédé pour imager rapidement sur une profondeur de champ étendue une surface d'un objet.
Un autre objectif de l'invention est de proposer un tel dispositif et un procédé permettant une grande densité de points de mesure (résolution spatiale élevée) tout en minimisant le couplage de lumière (cross-talk) entre les voies de détection.
Un autre objectif de l'invention est de permettre une localisation et une inspection de structures et de motifs d'une surface d'un objet tel qu'un substrat semi-conducteur. Les motifs peuvent notamment être des bosses de soudure disposées sur des plages conductrices des puces électroniques d'une plaquette .
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
En vue de la réalisation de l'un de ces buts, l'invention propose un procédé d'inspection d'une surface d'un objet, le procédé comprenant :
- une première étape de mise en place au cours de laquelle on dispose l'objet sur un support mobile d'un dispositif d' inspection de sorte à positionner la surface dans une profondeur de champ d'un système chromatique de ce dispositif, le système chromatique étalant spatialement la focalisation d'un faisceau d' inspection polychromatique selon des plans de focalisation dans ladite profondeur de champ disposés le long d'un axe optique, et interceptant un faisceau réfléchi par la surface pour le projeter sur une matrice de photodétecteurs d'un capteur d' image à intégration temporisée disposée dans un plan de détection, conjugué des plans de focalisation ;
- une deuxième étape d' activation d' au moins une source de lumière polychromatique pour projeter le faisceau d'inspection sur la surface et ainsi former le faisceau réfléchi, au moins un masque confocal présentant une pluralité d'ouvertures de filtrage chromatique interceptant le faisceau d' inspection et le faisceau réfléchi, les ouvertures de filtrage chromatique du masque confocal permettant d'éclairer une partie des photodétecteurs ;
- une troisième étape de relevé au cours de laquelle on commande le support mobile pour déplacer la surface relativement au système chromatique au moins selon une direction d' inspection perpendiculaire à l'axe optique et parcourir une trajectoire de mesure, et au cours de laquelle on commande le capteur d'image pour le synchroniser au déplacement de la surface ;
- une quatrième étape d'acquisition des données établies par le capteur d'image et de préparation d'une image formée de pixels respectivement associés à des points de mesure de la surface de l'objet, chaque pixel reflétant l'intensité du rayonnement réfléchi par le point de mesure de la surface de l'objet.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : l'objet est une plaquette de puces, la plaquette étant munie d'une pluralité de bosses de soudure ; - les bosses de soudure sont arrangées en ligne , et la traj ectoire est au moins en partie parallèle ou perpendiculaire aux lignes de bosses de soudure ;
- la traj ectoire est formée d' une pluralité de passages présentant des altitudes différentes ;
- la troisième et/ou la quatrième étape sont mises en œuvre par une unité de commande d' un dispositif d' inspection ;
- le procédé d' inspection comprend une étape d' analyse de l ' image pour repérer la disposition d' éléments saillants de la surface ;
- l ' étape d' analyse conduit à déterminer si la disposition d' éléments saillants est conforme à une disposition attendue ;
- le capteur d' image est un capteur d' image couleur ou multispectral fournissant une information de couleur ou spectrale , et le procédé comprend une étape de conversion de l ' information de couleur ou spectrale fournie en une information de distance pour former une image 3D de la surface de l ' obj et ;
- la matrice de photodétecteurs est disposée dans le plan de détection et agencée selon une pluralité de lignes et de colonnes , les charges générées par les photodétecteurs pouvant être déplacées d' une ligne à l ' autre , selon une direction de colonnes synchronisée avec le déplacement selon la direction d' inspection ;
- les ouvertures de filtrage chromatique sont agencées sur le masque confocal pour éclairer une pluralité de photodétecteurs disposée sur une colonne de la matrice correspondant à une pluralité de points de mesure agencés selon la direction d' inspection ; - les ouvertures de filtrage chromatique sont réparties de manière complémentaire sur au moins deux lignes du masque confocal pour éclairer une pluralité de photodétecteurs correspondant à une pluralité de points de mesure disposés selon au moins deux lignes agencées selon une direction perpendiculaire à la direction d' inspection ;
- le masque confocal comprend une pluralité de groupes d' au moins deux lignes comprenant des ouvertures de filtrage chromatique réparties de manière complémentaire sur lesdites au moins deux lignes ;
- le procédé d' inspection comprend un masque confocal d' éclairage disposé dans le faisceau d' inspection et un masque confocal de détection di sposé dans le faisceau réfléchi , le masque confocal d' éclairage et le masque confocal de détection étant respectivement placés dans un plan conj ugué des plans de focalisation vis-à-vis du système chromatique ;
- le procédé d' inspection comprend un masque confocal unique , disposé dans un plan con ointement conj ugué du plan de détection et des plans de focalisation vis-à-vis du système chromatique ;
- la source de lumière polychromatique comprend une lampe halogène ou une barrette de diodes électroluminescentes , associée à un dispositif de diffusion pour homogénéiser l ' intensité du faisceau d' inspection ;
- la source de lumière polychromatique présente un spectre en raies , présentant un nombre déterminé de longueurs d' onde d' émission ou de bandes de longueurs d' onde ;
- le système chromatique comprend un obj ectif chromatique ; le système chromatique comprend un élément séparateur ; - les photodétecteurs sont munis d'un filtre de couleur ou d'un filtre spectral ;
- les ouvertures de filtrage chromatique sont agencées pour éclairer chacune une pluralité de photodétecteurs munis de filtres de couleurs ou de bandes spectrales différentes.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée de l'invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquelles :
[Fig. 1] La figure 1 représente un dispositif d'inspection conforme à un mode de mise en œuvre de l'invention ;
[Fig. 2] La figure 2 représente un schéma de principe du fonctionnement chromatique confocal mis en œuvre par le dispositif de la figure 1 ;
[Fig. 3] La figure 3 représente une vue de face d'un masque de détection éclairé par un faisceau réfléchi ;
[Fig. 4] La figure 4 représente un agencement d'ouverture sur un masque confocal en alignement à une matrice de photodétection ;
[Fig. 5] La figure 5 représente deux champs d'inspection à la surface d'une surface à inspecter.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Par souci de simplification de la description à venir, les mêmes références sont utilisées pour des éléments identiques ou assurant la même fonction dans l'état de la technique ou dans les différents modes de mise en œuvre exposés du dispositif. La figure 1 représente un mode de mise en œuvre d'un dispositif d'inspection conforme à la présente invention.
D'une manière générale, le dispositif d'inspection 1 projette un faisceau lumineux d'inspection sur une surface S d'un objet inspecté. Le faisceau se réfléchit sur cette surface S pour projeter sur un plan de détection P d'un capteur d'image 5.
L'objet inspecté, tel qu'un substrat semi-conducteur, est disposé sur un support mobile 4 du dispositif d'inspection 1, par exemple une table dont le déplacement peut être contrôlé. Le support mobile 4 permet de déplacer la surface selon au moins une direction d'inspection I sous le faisceau d'inspection.
Le dispositif d'inspection 1 comprend un système d'éclairage 2 comportant une source de lumière polychromatique 20 pour former le faisceau d'inspection. La source 20 émet donc plusieurs longueurs d'onde qui peuvent être par exemple comprises dans le spectre visible, dans un intervalle de longueurs d'onde compris entre 380 nm à 700 nm, ou dans l'infrarouge au-delà de 700nm.
D'une manière générale, les longueurs d'onde composant le spectre d'émission de la source 20 sont choisies selon la nature de l'objet inspecté et des couches qui sont susceptibles de le recouvrir. On choisira les longueurs d'onde de la source polychromatique 20 pour que le faisceau d'inspection soit réfléchi par la surface S de l'objet que l'on souhaite inspecter. En outre, lorsqu'une couche de recouvrement est présente, on peut choisir les longueurs d'onde de la source polychromatique 20 pour qu'elles soient comprises dans le spectre de transparence de cette couche de recouvrement.
A titre d'exemple, la source de lumière polychromatique 20 peut être formée d'une lampe halogène ou d'une barrette de diodes électroluminescentes . Il peut s'agir d'une source émettant un spectre large pour émettre une lumière dite « blanche », ou d'une source présentant un spectre en raies, et présentant donc un nombre déterminé de longueurs d' onde d' inspection ou de bandes de longueurs d' onde d'inspection. Chaque raie peut être fournie par une source laser ou par une source couvrant une bande étroite de longueurs d'onde.
On cherche de manière générale à former un faisceau d'inspection de dimension transverse importante de manière à éclairer une large portion de la surface S inspectée, désignée « champ d'inspection » dans la suite de cette description. Dans une application dans le domaine du semiconducteur, le champ d' inspection peut présenter une dimension comprise entre quelques centaines de microns et quelques millimètres de côté. A cet effet, on peut prévoir, comme c'est le cas sur le mode de mise en œuvre représenté sur la figure 1, un dispositif de diffusion 21 pour homogénéiser l'intensité du faisceau lumineux d'inspection produit par le système d'éclairage 2. Le dispositif de diffusion 21 peut par exemple être réalisé par un verre dépoli ou par un élément de guidage optique assurant un mélange des modes de propagation du rayonnement produit par la source polychromatique 20 de manière à rendre homogène l'intensité du faisceau d'inspection.
On peut également prévoir des fibres optiques 22 ou toutes autres formes de guide d'un rayonnement lumineux, pour conduire le faisceau lumineux produit par la source 20 jusqu'à la zone d'injection du faisceau d'inspection dans le dispositif 1, ici occupé par le dispositif de diffusion 21.
Bien entendu, le système d'éclairage 20 n'est pas limité à celui décrit dans ce mode de mise en œuvre. On peut par exemple envisager qu'il soit composé d'une source de lumière polychromatique à super continuum dont le rayonnement est guidé par au moins un guide optique jusqu'à la zone d'injection.
Poursuivant description de la figure 1, le dispositif d'inspection 1 comprend également un système chromatique 3 disposé sur le chemin optique du faisceau d'inspection et du faisceau réfléchi. Le système chromatique 3 génère une dispersion chromatique de la lumière qui le traverse et ainsi étale spatialement la focalisation du faisceau d' inspection polychromatique, en fonction des longueurs d'onde présentes, selon des plans de focalisation répartis le long d'un axe optique AO dans une profondeur de champ du système chromatique 3 étendue par rapport à la profondeur de champ obtenue pour une longueur d'onde individuelle.
À cet effet, le système chromatique 3 comprend un objectif chromatique 3a conduisant à focaliser les différentes longueurs d'onde du faisceau d'inspection, sur toute son étendue transverse, à des distances différentes de l'objectif. L'objectif chromatique 3 peut être réalisé de multiples manières, par exemple par l'intermédiaire d'une lentille ou d'une combinaison de lentilles. Ces lentilles peuvent intercepter toute l'étendue transverse du faisceau d'inspection, ou être respectivement dédiées à des portions de ce faisceau constituant des voies de mesure. Il peut également s'agir de lentilles de diffraction ou de dispositifs holographiques. Il peut également s'agir de métalentilles , c'est-à-dire d'éléments optiques réflectifs ou transmissifs présentant des surfaces de réflexion ou de transmission structurées. Les motifs constituant cette structuration de surface présentent des dimensions plus petites que les longueurs d'onde du faisceau lumineux d'inspection et affectent la phase du rayonnement de ce faisceau et donc sa forme et sa propagation. Les motifs en surface des éléments optiques peuvent être fabriqués par des méthodes connues de photolithographie et de gravure.
Quelle que soit la nature de l'objectif chromatique 3a, celui- ci est choisi pour présenter une aberration chromatique importante, conduisant à étaler spatialement le faisceau d'inspection, selon les longueurs d'onde qui le compose, selon des plans de focalisation disposés dans la profondeur de champ du système chromatique 3. Cette profondeur de champ peut par exemple s'étendre sur une distance de 100 à 200 microns. Pendant une mesure, la surface S de l'objet inspecté est disposée dans la profondeur de champ du système chromatique 3. À cet effet, on peut prévoir que le support mobile 4 puisse ajuster la position de la surface S en déplaçant l'objet inspecté selon la direction de l'axe AO du système chromatique 3, de manière à maintenir la surface S de l'objet dans la profondeur de champ. Cette caractéristique est notamment intéressante lorsque la surface S présente des reliefs importants en élévation ou en dépression .
En conséquence, et de manière avantageuse, le support mobile 4 peut être constitué d'une table pourvue de moyens pouvant contrôler son déplacement dans un plan perpendiculaire au faisceau d' inspection afin de déplacer la surface selon la direction d'inspection I, et des moyens complémentaires assurant un déplacement selon une direction perpendiculaire à ce plan afin de maintenir la surface S dans la profondeur de champ du système chromatique 3. Toutefois, dans la mesure où la profondeur de champ du système chromatique 3 est étendue, les contraintes pour y maintenir la surface S sont relâchées par rapport à un système achromatique.
Le déplacement dans l'espace de la surface S au cours d'une séquence de mesure peut être contrôlé par une unité électronique de commande 7. Celle-ci peut également collecter la trajectoire réalisée au cours de la séquence de mesure afin de pouvoir reconstituer une image fidèle de la surface inspectée S.
Poursuivant la description du mode de mise en œuvre représenté sur la figure 1, le système chromatique 3 est également pourvu d'un élément séparateur 3b, par exemple un cube séparateur ou une lame réfléchissante, pour intercepter le faisceau réfléchi par la surface S et le projeter sur un plan de détection P d'un capteur d'image 5. L'élément séparateur 3b est disposé sur le chemin optique du faisceau réfléchi, en aval de l'optique chromatique 3a, si bien que le faisceau réfléchi traverse cet objectif 3a avant de se projeter sur le plan de détection P. D'autres pièces optiques du système chromatique 3 peuvent être placées sur le chemin optique entre l'élément séparateur 3b et le plan de détection du capteur d'image 5, mais dans tous les cas, le plan de détection P est disposé dans un plan conjugué, vis-à-vis du système chromatique 3, des plans de focalisation.
Selon l'invention, le capteur d'image 5 est un capteur d'image à intégration temporisée (désigné par « capteur d' image » dans la suite de cet exposé pour plus de simplicité) . Le fonctionnement détaillé d'un tel capteur est par exemple décrit dans le document EP2088763. Il comprend une matrice de photodétecteurs agencés selon une pluralité de lignes et de colonnes. Les charges générées par les photodétecteurs sont déplacées d'une ligne à l'autre, selon une direction de colonnes de manière synchrone avec le déplacement de l'objet imagé. La dernière ligne de la matrice est déplacée dans un registre à décalage, ou toute autre forme de composant électronique permettant d'extraire les charges de cette ligne, afin de constituer une ligne d'image de l'objet.
Dans le dispositif d'inspection 1, la matrice de photodétecteurs du capteur d' image 5 est disposée dans le plan de détection P sur lequel se projette le faisceau réfléchi. En d'autres termes, le capteur d' image 5 est disposé dans le dispositif d' inspection 1 pour imager le champ d'inspection. Une telle matrice peut présenter un nombre très important de lignes et de colonnes, par exemple plus de 10 mille colonnes et plusieurs centaines de lignes .
Le capteur d'image 5 est relié à l'unité électronique de commande 7 afin de le synchroniser au déplacement de la surface S selon la direction d'inspection I, et pour récupérer répétitivement les lignes de charges extraites de la matrice de photodétecteurs en bout de colonnes. Dans cette configuration, et en l'absence de tout masquage, un point de la surface S qui se déplace selon la direction d' inspection I est imagé successivement sur les photodétecteurs d'une colonne de la matrice, c'est-à-dire sur des lignes successives de la colonne. Simultanément, la charge électrique générée par un photodétecteur est déplacée de manière synchrone d'une ligne à l'autre, selon une direction de colonne, si bien que la charge accumulée à l'issue de ce balayage, en bout de colonne, est représentative de la lumière réfléchie par le point de la surface S pendant toute la durée de son déplacement, dans le plan conjugué du capteur d'image 5, le long de la colonne correspondante du capteur selon la direction d' inspection I .
Le dispositif d' inspection représenté sur la figure 1 comprend également deux masques confocaux 6a, 6b disposés dans des plans conjugués de la surface S de l'objet vis-à-vis du système chromatique 3, et respectivement placés dans le chemin optique du faisceau d'inspection et du faisceau réfléchi.
Un premier masque confocal d'éclairage 6a est ici disposé sur le dispositif de diffusion 21. Le masque présente une pluralité d'ouvertures d'éclairage. Ces ouvertures peuvent être traversées par le faisceau d'inspection issue du système d'éclairage, et le masque confocal d'éclairage bloque le faisceau en dehors de ces ouvertures. Le faisceau d'inspection est donc constitué d'une pluralité de voies d'éclairage définie par les ouvertures d'éclairage, se projetant sur la surface S au niveau d'une pluralité de points de mesures réparties dans le champ d'inspection du dispositif 1, selon des plans de focalisation en fonction des longueurs d' onde dans la profondeur de champ du système chromatique 3.
Un deuxième masque confocal de détection 6b est ici disposé sur le plan de détection du capteur d'image 5. Similairement au premier masque confocal d'éclairage 6a, le masque confocal de détection 6b comprend une pluralité d'ouvertures de filtrage chromatique (ou confocal chromatique) , conjuguées des ouvertures d'éclairage du masque confocal d'éclairage 6a. Plus précisément, les ouvertures d'éclairage et les ouvertures de filtrage chromatique sont conjuguées des mêmes points de mesure par le système chromatique 3. Le masque confocal de détection 6b et le capteur d' image 5 sont disposés l'un par rapport à l'autre pour que les ouvertures de filtrage chromatique du masque confocal 6b soient respectivement mises en vis-à-vis d'un photodétecteur ou un groupe de photodétecteurs et éclairent une partie des photodétecteurs de la matrice.
Pour cela, le masque confocal de détection 6b peut être plaqué, collé, ou réalisé directement sur la surface du capteur d'image 5. Il peut notamment être réalisé par des dépôts sélectifs de couches de matériaux diélectriques ou métalliques sur la surface du capteur 5.
Le masque confocal de détection 6b peut également être réalisé sous la forme d'un élément distinct du capteur 5, positionné dans un plan optique conjugué du capteur par une lentille ou un système d'imagerie.
Dans le dispositif d'inspection 1 ainsi configuré, les voies d'éclairage du faisceau d'inspection traversent l'objectif chromatique 3a. Le faisceau se focalise, suivant les différentes longueurs d'onde qui le constituent, dans des plans de focalisation répartis sur la profondeur de champ très étendue par l'effet de l'objectif chromatique 3a. Le rayonnement de chaque voie d'éclairage est réfléchi par la surface inspectée S, disposée dans la profondeur de champ, aux points de mesure, traverse à nouveau l'objectif chromatique 3a, et est projeté sur le masque confocal de détection 6b par l'intermédiaire de l'élément séparateur 3b.
On a ainsi représenté sur la figure 2 un schéma de principe du fonctionnement chromatique confocal mis en œuvre par le dispositif de la figure 1. Sur cette figure, le masque d'éclairage 6a présente une ouverture d'éclairage définissant un faisceau d' inspection comprenant ici une unique voie d'éclairage. Par l'effet de l'objectif chromatique 3a disposé sur son chemin optique, le faisceau d'inspection se focalise, en fonction des longueurs d'onde optiques présentes, sur une profondeur de champ étendue. Sur la figure 2, on a représenté une première longueur d'onde Xo du faisceau qui se focalise dans un plan de focalisation PfO et une seconde longueur d'onde Xi du faisceau qui se focalise sur un deuxième plan de focalisation Pfl, bien distinct du premier plan.
On a placé la surface S à inspecter au niveau du premier plan de focalisation PfO, de sorte que l'ouverture d'éclairage du masque d'éclairage s'y image pour la première longueur d'onde. La lumière à la première longueur d'onde Xo issue de l'ouverture d'éclairage est donc réfléchie sur la surface S pour se focaliser sur le plan de détection P du capteur d'image 5, dans l'ouverture de filtrage chromatique du masque de détection 6b. Ainsi, cette lumière à la première longueur d' onde Xo atteint dans toute son intensité ou presque le plan de détection P à travers l'ouverture du masque.
Au contraire, la lumière à la deuxième longueur d'onde Xi n'est pas parfaitement focalisée sur le premier plan de focalisation PfO dans lequel réside la surface S. En conséquence, cette lumière est réfléchie de manière diffuse, jusqu'au masque de détection 6b qui la bloque en grande partie, de sorte que peu de son intensité atteint le plan de détection P.
On a représenté sur la figure 3, une vue de face du masque de détection 6b, qui présente ici 12 ouvertures de filtrage chromatique O arrangées selon 4 colonnes et 3 lignes. Le masque 6b est éclairé par le faisceau réfléchi dans un montage similaire à celui représenté sur la figure 2. On a représenté également sur la figure 3 le contour du halo lumineux H correspondant à la projection sur le masque de rayonnements à des longueurs d'onde réfléchies en dehors de leurs plans de focalisation sur la surface S inspectée.
Pour limiter le phénomène de couplage entre différentes voies de détection, il est important que les ouvertures des masques 6a, 6b soient suffisamment éloignées les unes des autres, de sorte que le halo diffus associé à une ouverture ne recouvre pas avec trop d'intensité une ouverture voisine.
Par exemple, les centres de deux ouvertures adjacentes sur le masque d'éclairage 6a ou sur le masque de détection 6b peuvent être séparés d'une distance supérieure à deux fois la dimension de ces ouvertures (leurs diamètres si ces ouvertures sont circulaires) .
Toutefois, le fait d'éloigner les unes des autres les ouvertures des masques 6a, 6b conduit à réduire le facteur de remplissage des points de mesures dans le champ d'inspection. Comme on l'a noté en introduction, une réduction du facteur de remplissage affecte la cadence d' inspection et la densité des points de mesure .
Pour résoudre ce problème, les ouvertures des masques d'éclairage et de détection sont astucieusement agencées vis-à- vis des photodétecteurs du capteur d'image 5.
On a ainsi représenté sur la figure 4 une partie de la matrice de photodétecteur sous la forme d'une grille G. Chaque case de la grille symbolise un photodétecteur ou un groupe de photodétecteurs. La partie de la matrice représentée est composée de 5 colonnes (référencées Cl à C5) et de 5 lignes (référencées L1 à L5) . Les ouvertures des masques 6a, 6b, sont représentées par des cercles, disposés ici en alignement avec les photodétecteurs de la caméra. Ces ouvertures sont susceptibles de faire passer le faisceau réfléchi qui se projette alors sur les photodétecteurs exposés pour être mesurés par le capteur d'image 5. On note qu'il s'agit indifféremment des ouvertures du masque d'éclairage 6a ou du masque de détection 6b, ces deux masques étant optiquement conjugués l'un de l'autre lorsque les photodétecteurs sont exposés.
Dans cet agencement, les ouvertures de filtrages chromatiques sont agencées sur le masque confocal (6a, 6b) pour éclairer respectivement une pluralité de photodétecteurs, ou une pluralité de groupes de photodétecteurs , disposée sur une colonne (C1 -C5 ) de la matrice . Le capteur d' image 5 est synchronisé avec le déplacement de la surface à inspecter de sorte que la pluralité de photodétecteurs d' une colonne sous les ouvertures est en correspondance avec une pluralité de points de mesure agencés selon la direction d' inspection ( I ) . Lorsque la surface S est déplacée selon la direction d' inspection I les photodétecteurs de la colonne sous les ouvertures du masque sont successivement exposés à la lumière issue d' un point de mesure . En bout de colonne , on récupère une charge correspondant à la quantité de lumière réfléchie par le point de mesure pendant une durée d' exposition étendue , correspondant au temps d' exposition de chaque photodétecteur multiplié par le nombre d' ouvertures dans la colonne . On peut de la sorte réaliser une image de forte intensité de la surface inspectée et/ou augmenter la cadence d' inspection .
Dans cet agencement également , les ouvertures de filtrages chromatiques sont réparties sur le masque confocal 6b de manière complémentaire sur au moins deux lignes , c' est-à-dire par exemple que pour une colonne donnée , si une ligne ne comprend pas d' ouverture de filtrage chromatique , une autre ligne en comprend une . En particulier, une telle répartition complémentaire permet de faire en sorte que , pour un groupe de lignes qui comprennent chacune une ouverture de filtrage chromatique , pour une sous-partie des colonnes , chaque colonne comprend le même nombre d' ouvertures de filtrage chromatique (par exemple une ) pour le groupe de lignes . On expose de la sorte une pluralité de photodétecteurs répartis également de manière complémentaire sur au moins deux lignes de la matrice . Dans l ' exemple de la figure 4 , les photodétecteurs des lignes L1 et L2 , et des lignes L3 et L4 sont ainsi disposés de manière complémentaire sur ces deux lignes . En d' autres termes , deux photodétecteurs contigus en ligne ou en colonne ne sont pas simultanément exposés sous une ouverture du masque . De la sorte on écarte suffisamment les ouvertures les unes des autres pour limiter le couplage parasite entre plusieurs voies de détection . Le capteur d' image 5 est synchronisé avec le déplacement de la surface S à inspecter de sorte que les photodétecteurs répartis sur les lignes correspondent à une pluralité de points de mesure disposés similairement selon des lignes agencées selon une direction perpendiculaire à la direction d' inspection ( I ) . Grâce à la répartition complémentaire des ouvertures de filtrage chromatique entre les lignes , lorsque la surface S est déplacée selon la direction d' inspection I les points de mesures imagés sur le détecteur se combinent de manière très dense dans le champ d' inspection .
On a ainsi représenté sur la figure 5 un premier champ d' inspection Ci l ainsi que les points de mesure (en pointillé ) imagés sur le capteur d' image 5 de ce champ d' inspection . La surface a été déplacée selon la direction d' inspection et on a représenté un deuxième champ d' inspection CI2 ainsi que les points de mesure dans ce champ (en trait plein) . La répartition sur plusieurs lignes complémentaires des ouvertures permet au fur et à mesure du déplacement de l ' obj et de procéder à des mesures denses dans le champ d' inspection .
Bien entendu, les ouvertures peuvent être réparties de manière complémentaire sur un plus grand nombre de lignes , ce qui permet d' écarter ces ouvertures encore plus les unes des autres et limiter encore plus le phénomène de couplage . Pour une dimension donnée de la matrice de photodétecteur, cela revient à placer moins de photodétecteurs sur une colonne , et donc affecter la qualité d' intensité de l ' image .
Avantageusement , le masque confocal ( 6a, 6b) peut comprendre une pluralité de groupes de lignes avec une répartition complémentaire des ouvertures de filtrage chromatique . Ces groupes de lignes peuvent comprendre par exemple une répartition d' ouvertures de filtrage chromatique identique . Ainsi chaque point de mesure de l ' obj et est imagé sur le détecteur en une pluralité d' ouvertures de filtrage chromatique , séquentiellement , ce qui permet d' accumuler plus d' intensité ou de charges et d' exploiter pleinement le nombre de lignes de la matrice de photodétecteurs . Le dispositif tel que décrit permet d'obtenir des images en intensité, ou en niveau de gris, de la surface de l'objet, ou en d'autres termes de sa réflectivité.
Dans la mesure où le système chromatique réalise un codage de la hauteur de l'objet en longueur d'onde, il est également possible d'obtenir une information de profondeur. Cela nécessite de déterminer la longueur d' onde du rayonnement détecté par les photodétecteurs. Ceci peut être mis en œuvre en employant un capteur d' image 5 couleur, retournant donc une information de couleur en plus de l'information d'intensité du rayonnement détecté. Par « capteur d'image couleur » on désigne tout capteur d'image apte à associer une information de longueur d'onde à l'intensité du rayonnement reçu au niveau d'un photodétecteur. Ces capteurs sont donc aptes à former des images couleur, par exemple en codant l'information de couleur sous la forme de pixels RGB, comme cela est très conventionnel, dans lequel chaque pixel est associé à l'intensité lumineuse détectée dans le rouge, le vert et le bleu. Mais plus généralement, les capteurs d'image couleur selon la présente description sont aptes à fournir des images hyperspectrales , un pixel d'une telle image étant associé à l'intensité lumineuse détectée dans une bande parmi une pluralité de bandes de longueurs d'onde, formant des bandes de décomposition spectrale du rayonnement reçu. Cette pluralité de bandes peut être importante, par exemple supérieure à 50, à 100, et généralement comprise entre 50 et 200. Ainsi, des pixels ou des groupes de pixels du détecteur sont respectivement sensibles à la lumière dans une bande spectrale déterminée. On peut de la sorte couvrir et décomposer un large spectre utile, ce spectre utile correspondant bien entendu au spectre d'émission de la source polychromatique 20.
Cette approche peut être mise en œuvre de différentes manières.
Selon une première approche, on dispose une pluralité de photodétecteurs sous les ouvertures du masque, respectivement muni de filtres de couleurs, par exemple RGB, ou muni de filtres interf érentiels ne laissant passer la lumière que dans une bande spectrale déterminée . Chaque point de mesure est alors caractérisé par la mesure d' intensité dans chacun des spectres définis par ces filtres .
Selon une autre approche , le photodétecteur ( ou les photodétecteurs ) sous une ouverture est muni d' un unique filtre de couleur ou interf érentiel , mais la nature de ce filtre varie d' une colonne à l ' autre , le long de la ligne . Le rayonnement émis par des points de mesure adj acents de la surface S , correspondant à des colonnes adj acentes du détecteur, est donc détecté par des photodétecteurs respectivement dédiés à une couleur .
Selon une variante encore , le capteur d' image présente une pluralité de matrices de photodétecteurs TDI telle que décrite précédemment , et chaque matrice est associée à une unique couleur ( associé à un unique filtre de couleur ou interf érentiel , pour reprendre la terminologie des paragraphes précédents ) . Avantageusement , les colonnes des matrices sont alignées entre elles , de sorte qu' un même point de mesure de la surface S soit successivement imagé par les photodétecteurs de chacune des matrices . Chaque matrice est associée à un masque confocal 6b tel que décrit précédemment . On peut de la sorte associer très précisément un unique point de mesure de la surface S avec une pluralité d' information de couleur .
L' information de couleur, même grossière , obtenue par exemple à l ' aide de filtre du type RGB ou interf érentiel , peut avantageusement être exploitée par l ' unité électronique de commande 7 pour estimer l ' élévation des points de mesures , et plus spécifiquement la distance séparant le point de mesure d' un plan de référence du dispositif . L' unité de commande 7 peut donc estimer une distance moyenne séparant la surface S de ce plan de référence . Elle peut asservir le déplacement selon l ' axe optique AO du support mobile 4 sur cette estimation de distance moyenne pour maintenir la surface d' inspection S dans la profondeur de champ du système chromatique 3 tout en déplaçant cette surface S selon la direction d' inspection I , pendant une séquence de mesure .
La vitesse de déplacement de la surface S , selon la direction d' inspection peut atteindre par exemple une valeur de l ' ordre de 100mm/ seconde .
On décrit maintenant un exemple d' application du dispositif d' inspection 1 qui vient d' être décrit , cet exemple formant un mode de mise en œuvre particulièrement intéressant de 1 ' invention .
L' obj et à inspecter dans cette application est par exemple une plaquette de semiconducteur, par exemple à base de silicium, ou de tout autre matériau ou assemblage de matériaux dont les propriétés peuvent être exploitées pour former des composants électroniques intégrés . La plaquette a subi des traitements préalables d' un procédé de fabrication conventionnel dans le domaine de la microélectronique et/ou des systèmes microélectromécaniques , de manière à former à la surface de cette plaquette des puces intégrées finies ou semi-finies . Les puces présentent notamment des plages conductrices («conductive pads » selon l ' expression anglo-saxonne du domaine ) destinées à être reliées électriquement à des éléments d' interconnexion (broches d' un boîtier, matrice de billes d' un substrat d' interconnection « interposer ») constituant un premier niveau d' interconnection entre la puce et le reste du système dans laquelle elle est destinée à s ' intégrer . Pour faciliter ce premier niveau d' assemblage , il est usuel de disposer des bosses de soudure (« solder bump » selon la terminologie anglo-saxonne ) sur les plages conductrices , ces bosses pouvant présenter une dimension latérale dans le plan de la plaquette (une largeur) et une dimension perpendiculaire (une hauteur) à ce plan typiquement comprises entre 15 microns ou 20 microns à 250 microns .
La plaquette , une fois munie de ces éléments , présente donc une topologie de surface ( c' est-à-dire un profil d' élévation 3D) se conformant à l ' agencement des bosses de soudures sur la face principale de la plaquette, sur les plages conductrices des puces de cette plaquette.
La mise en place des bosses de soudure sur les puces de la plaquette est une opération qu' il faut contrôler, car une mauvaise disposition de ces bosses (un positionnement incorrect, l'absence ou une hauteur insuffisante ou excessive d'une bosse ou d'une pluralité de bosses) peut conduire à former un composant non fonctionnel. On note que cette inspection peut mettre en œuvre un relevé à 2 dimensions, dans le plan principal de la plaquette, de l'état de surface S de cette plaquette, par exemple pour repérer un mauvais positionnement d'une bosse, ou la présence d'un dépôt parasite ou de particules à la surface de la plaquette. L'inspection peut également relever une information de hauteur, par exemple au cours d'un relevé à 3 dimensions, pour repérer que les élévations maximales respectives des bosses, ou pour le moins les élévations maximales respectives des bosses d'une même puce, réside bien dans un même plan ou présente une variation d'élévation maîtrisée autour d'un même plan .
Ce mode de mise en œuvre propose donc d'exploiter le dispositif d'inspection 1 qui vient d'être décrit afin d'inspecter la surface S de la plaquette et de s'assurer que sa topologie est bien conforme à un profil d'élévation déterminé.
Ainsi, et selon une première étape de mise en place du procédé d'inspection qui fait l'objet de ce mode de mise en œuvre, on dispose la plaquette sur le support mobile 4 du dispositif d'inspection 1. La surface S de cette plaquette, celle présentant la topologie à inspecter, est bien entendu orientée de sorte à pouvoir être exposée au faisceau lumineux d'inspection. Le support mobile 4 est également ajusté en position selon la direction de l'axe AO du système chromatique 3, de manière à positionner la surface S de l'objet au moins en partie dans la profondeur de champ. Le dispositif d' inspection 1 est également opéré par l'intermédiaire par exemple de l'unité de commande 7, au cours d'une deuxième étape d'activation de la source de lumière polychromatique 20, afin de projeter sur la surface S de la plaquette le faisceau d' inspection et ainsi former le faisceau réfléchi .
Au cours d'une troisième étape de relevé du procédé, l'unité de commande 7 déplace la surface S de la plaquette relativement au faisceau d'inspection pour parcourir une trajectoire de mesure, par exemple en déplaçant le support mobile 4.
L'unité de commande 7 synchronise dans le même temps le capteur d'image 5 et notamment l'accumulation et le déplacement des charges, de ligne en ligne, de la matrice de photodétecteurs, ces charges étant celles générées par la projection du faisceau lumineux réfléchi sur certains des phtodétecteurs au travers des masques 6a, 6b.
Le capteur d' image 5 prépare répéti tivement les lignes de charges extraites de la matrice de photodétecteurs en bout de colonnes, et ces mesures sont mises à disposition de l'unité de commande 7 qui en fait l'acquisition et qui prépare une image d'intensité au cours d'une quatrième étape dite « d'acquisition ».
Grâce au dispositif d'inspection conforme à l'invention, la vitesse de déplacement du faisceau vis-à-vis de la surface S peut être rapide et atteindre par exemple une valeur de l'ordre de 10 Omm/seconde ou plus, tout en collectant suffisamment de charges pour former une image représentative de l'état de la surface S.
On dispose donc à l'issue de cette étape de relevé d'une image d'une partie au moins de la surface S de la plaquette, cette partie correspondant à la portion de la surface S de la plaquette illuminée par le faisceau d' inspection après que celui-ci ait parcouru la trajectoire de mesure. Cette image est composée de pixels respectivement associés à des points mesure de la surface S de la plaquette. La valeur de chaque pixel reflète l'intensité du rayonnement réfléchi par le point de mesure associé de la surface S, c'est-à-dire du degré de présence de ce point de mesure dans la profondeur de champ très étendu du système chromatique 3 (qui peut par exemple s'étendre sur une distance de 100 à 200 microns, comme on l'a déjà énoncé) . En prenant l'hypothèse que le plan moyen d'élévation de la surface S est disposé, au cours de l'étape de mise en place, au niveau d'un des plans de focalisation les plus éloignés de la profondeur de champ, l'image permet de repérer la disposition à la surface de la plaquette des motifs saillant, et notamment des bosses de soudure. L'analyse de l'image permet notamment de déterminer si cette disposition d'éléments saillants est conforme à la disposition attendue, ou si des éléments sont manquants (bosse de soudure non formée ou mal formée) ou si des éléments sont en trop (particules, dépôt parasite ...) .
Dans l'application prise en exemple, les bosses de soudure formant les éléments saillants que l'on cherche à repérer sont disposées à la surface de la plaquette de manière ordonnée, par exemple en lignes. Dans une telle configuration, il est avantageux de préparer la trajectoire de mesure pour que celle- ci soit orthogonale ou parallèle à ces lignes.
On peut également prévoir d' illuminer une pluralité de fois une partie de la plaquette à l'aide du faisceau d'inspection, par exemple au cours d'une pluralité de passages formant une trajectoire de mesure ou une pluralité de telles tra ectoires, chaque passage se faisant avec une altitude différente. On peut compenser de la sorte une éventuelle variation de réflectivité spectrale de la surface S à un point de mesure, en plaçant ce point au niveau d'un plan de focalisation différent de la profondeur de champ du système chromatique 3, et donc en l'illuminant de rayonnements lumineux présentant des longueurs d'onde différentes.
Par exemple, les différents passages peuvent être décalés d'une distance de quelques microns à quelques dizaines de microns. Comme on l'a indiqué dans un passage précédent de cette description, la source polychromatique 20 peut être choisie très librement, notamment pour émettre une lumière blanche ou présenter un spectre en raies.
Selon une variante très avantageuse du procédé, la source 20 est choisie pour émettre selon un spectre en raies, et le nombre de raies de ce spectre est limité par exemple à 2, 3 5 ou 10 longueurs d'onde. La profondeur de champ du système chromatique 3 est alors définie par un nombre restreint (2, 3 5 ou 10) de plans de focalisation. Lorsqu'un élément saillant de la plaquette (une bosse de soudure, une particule, un dépôt parasite) intercepte un de ces plans, il est repéré sur l'image de mesure.
A titre d'illustration de cette variante, la source polychromatique 20 fournit un rayonnement composé de deux longueurs d'onde. La première longueur d'onde est associée à un plan de focalisation de base dans la profondeur de champ, et ce plan de base est destiné à être aligné avec le plan principal de la plaquette (c'est-à-dire le plan sur lequel résident les éléments saillants) . Cet alignement peut être réalisé au cours de la première étape de mise en place du procédé.
La seconde longueur d'onde est associée à un second plan de focalisation distant du premier plan de la hauteur attendu des éléments saillants que l'on cherche a repérer, ou d'un peu moins que cette distance attendue. En conduisant le procédé d'inspection à l'aide d'un équipement conforme à la description et muni d'une telle source, on produit une image d'une partie au moins de la surface S de la plaquette, cette image présentant des pics d' intensité qui correspondent à éléments saillants présentant au moins une hauteur correspondant à la hauteur attendue. On peut identifier sur cette image une absence d'un élément saillant ou un élément saillant présentant une hauteur insuffisante (par exemple une bosse de soudure) si la zone de l'image où devait se situer cet élément ne présente pas d'intensité lumineuse.
L'image produite à l'aide du procédé qui vient d'être décrit, est essentiellement une image 2D de la surface de la plaquette qui ne contient pas ou peu d' information sur le profil d'élévation de la surface S inspectée. Cette image est néanmoins très utile pour identifier très rapidement et sur une surface étendue de la plaquette, certains types de défectuosités.
Pour améliorer encore la capacité d' inspection, un procédé conforme à l'invention peut également tirer profit des informations de couleur ou de répartition en bandes spectrales qui peuvent être fournies par le capteur d' image à intégration temporisée 5 d'un dispositif d'inspection 1 conforme à la présente description. Comme on l'a évoqué dans un passage précédent, la détermination de la longueur d'onde du rayonnement détecté par les photodétecteurs du capteur d' image 5 permet de déterminer la profondeur d'un point de mesure dans la profondeur de champ du système chromatique 3, c'est-à-dire la hauteur de ce point de mesure relativement au plan principal de la plaquette.
L'information de couleur (RVB ou plus détaillée spectralement ) retournée par le capteur d'image 5, en plus de l'information d'intensité du rayonnement détecté, peut être convertie, par exemple par le dispositif de commande 7, en une information de hauteur. L'image fournie dans ce cas, qui peut également se matérialiser sous la forme d'un nuage de points, est une image 3D de la surface de la plaquette et représente la topologie de cette plaquette, i.e. son profil d'élévation sur toute son étendue .
Cette image peut être exploitée très directement pour déterminer la hauteur maximale des bosses de soudure, et vérifier si cette hauteur est conforme.
L' information de couleur fournie par le capteur d' image 5 peut être exploitée dans toutes les variations du procédé d'inspection qui viennent d'être décrites, notamment celle selon laquelle la source polychromatique 20 est choisie pour émettre selon un spectre présentant un nombre limité de raies.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en œuvre décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications .
Ainsi, les deux masques opaques d'éclairage et de détection 6a, 6b peuvent être remplacés par un unique masque, disposé dans ce cas sous l'élément séparateur 3b. Le masque peut par exemple être fixé directement sous un cube séparateur ou une lame réfléchissante, par exemple par dépôt d'une matière opaque sur cette pièce optique. Dans cette configuration alternative, les ouvertures de l'unique masque réalisent à la fois la fonction des ouvertures d'éclairage et de filtrage chromatique. Les ouvertures de ce masque sont alors optiquement conjuguées de la surface S de l'objet par le système chromatique 3, et optiquement conjuguées du capteur d'image 5.

Claims

REVENDICATIONS Procédé d'inspection d'une surface (S) d'un objet, le procédé comprenant :
- une première étape de mise en place au cours de laquelle on dispose l'objet sur un support mobile (4) d'un dispositif d'inspection (1) de sorte à positionner la surface (S) dans une profondeur de champ d'un système chromatique (3) de ce dispositif (1) , le système chromatique (3) étalant spatialement la focalisation d'un faisceau d'inspection polychromatique selon des plans de focalisation dans ladite profondeur de champ disposés le long d'un axe optique (AO) , et interceptant un faisceau réfléchi par la surface (S) pour le projeter sur une matrice de photodétecteurs d'un capteur d'image à intégration temporisée (5) disposée dans un plan de détection (P) , conjugué des plans de focalisation ;
- une deuxième étape d' activation d' au moins une source de lumière polychromatique (20) pour projeter le faisceau d'inspection sur la surface (S) et ainsi former le faisceau réfléchi, au moins un masque confocal (6a, 6b) présentant une pluralité d'ouvertures de filtrage chromatique interceptant le faisceau d'inspection et le faisceau réfléchi, les ouvertures de filtrage chromatique du masque confocal (6a, 6b) permettant d'éclairer une partie des photodétecteurs;
- une troisième étape de relevé au cours de laquelle on commande le support mobile (4) pour déplacer la surface (S) relativement au système chromatique (3) au moins selon une direction d'inspection (I) perpendiculaire à l'axe optique (AO) et parcourir une trajectoire de mesure, et au cours de laquelle on commande le capteur d'image (5) pour le synchroniser au déplacement de la surface (S) ;
- une quatrième étape d'acquisition des données établies par le capteur d'image (5) et de préparation d'une image formée de pixels respectivement associés à des points de mesure de la surface (S) de l'objet, chaque pixel reflétant l'intensité du rayonnement réfléchi par le point de mesure.
28 Procédé d' inspection selon la revendication précédente dans lequel l'objet est une plaquette de puces, la plaquette étant munie d'une pluralité de bosses de soudure. Procédé d'inspection selon la revendication précédente dans lequel les bosses de soudure sont arrangées en ligne, et la trajectoire est au moins en partie parallèle ou perpendiculaire aux lignes de bosses de soudure. Procédé d'inspection selon l'une des revendications précédentes dans lequel la trajectoire est formée d'une pluralité de passages présentant des altitudes différentes. Procédé d'inspection selon l'une des revendications précédentes dans lequel la troisième et/ou la quatrième étape sont mises en œuvre par une unité de commande (7) d'un dispositif d'inspection (1) . Procédé d'inspection selon l'une des revendications précédentes comprenant une étape d'analyse de l'image pour repérer la disposition d'éléments saillants de la surface (S) . Procédé d' inspection selon la revendication précédente dans lequel l'étape d'analyse conduit à déterminer si la disposition d'éléments saillants est conforme à une disposition attendue. Procédé d'inspection selon l'une des revendications précédentes dans lequel le capteur d' image est un capteur d' image couleur ou multispectral fournissant une information de couleur ou spectrale, et le procédé comprend une étape de conversion de l'information de couleur ou spectrale fournie en une information de distance pour former une image 3D de la surface (S) de l'objet. Procédé d'inspection selon l'une des revendications précédentes dans lequel la matrice de photodétecteurs est disposée dans le plan de détection (P) et agencée selon une pluralité de lignes et de colonnes, les charges générées par les photodétecteurs pouvant être déplacées d'une ligne à l'autre, selon une direction de colonnes synchronisée avec le déplacement selon la direction d'inspection (I) . Procédé d'inspection selon l'une des revendications précédentes dans lequel les ouvertures de filtrage chromatique sont agencées sur le masque confocal (6a, 6b) pour éclairer une pluralité de photodétecteurs disposée sur une colonne de la matrice correspondant à une pluralité de points de mesure agencés selon la direction d'inspection (I) . Procédé d'inspection selon l'une des revendications précédentes dans lequel les ouvertures de filtrage chromatique sont réparties de manière complémentaire sur au moins deux lignes du masque confocal (6a, 6b) pour éclairer une pluralité de photodétecteurs correspondant à une pluralité de points de mesure disposés selon au moins deux lignes agencées selon une direction perpendiculaire à la direction d'inspection (I) . Procédé d'inspection selon la revendication précédente dans lequel le masque confocal (6a, 6b) comprend une pluralité de groupes d'au moins deux lignes comprenant des ouvertures de filtrage chromatique réparties de manière complémentaire sur lesdites au moins deux lignes. Procédé d'inspection selon l'une des revendications précédentes comprenant un masque confocal d'éclairage (6a) disposé dans le faisceau d' inspection et un masque confocal de détection (6b) disposé dans le faisceau réfléchi, le masque confocal d'éclairage (6a) et le masque confocal de détection (6b) étant respectivement placés dans un plan conjugué des plans de focalisation vis-à-vis du système chromatique (3) . Procédé d'inspection selon l'une des revendications 1 à 12 comprenant un masque confocal unique, disposé dans un plan conjointement conjugué du plan de détection (P) et des plans de focalisation vis-à-vis du système chromatique (3) .
15. Procédé d'inspection selon l'une des revendications précédentes dans lequel la source de lumière polychromatique
(20) comprend une lampe halogène ou une barrette de diodes électroluminescentes, associée à un dispositif de diffusion
(21) pour homogénéiser l'intensité du faisceau d'inspection.
16. Procédé d'inspection selon l'une des revendications précédentes dans lequel la source de lumière polychromatique (20) présente un spectre en raies, présentant un nombre déterminé de longueurs d'onde d'émission ou de bandes de longueurs d'onde.
17. Procédé d'inspection selon l'une des revendications précédentes dans lequel le système chromatique (3) comprend un objectif chromatique (3a) .
18. Procédé d'inspection selon l'une des revendications précédentes dans lequel le système chromatique (3) comprend un élément séparateur (3b) .
19. Procédé d'inspection selon l'une des revendications précédentes dans lequel les photodétecteurs sont munis d'un filtre de couleur ou d'un filtre spectral.
20. Procédé d'inspection selon la revendication précédente, dans lequel les ouvertures de filtrage chromatique sont agencées pour éclairer chacune une pluralité de photodétecteurs munis de filtres de couleurs ou de bandes spectrales différentes.
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