Brevet FR2783070A1 — publié le 20000310

PROCEDE ET DISPOSITIF DE COMPTAGE AUTOMATIQUE DE PUCES SUR DES TRANCHES DE MATERIAU SEMICONDUCTEUR La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de comptage automatique de puces sur des tranches de matériau semiconducteur. Elle s'applique dans le domaine de la fabrication industrielle des puces pour circuits intégrés. On sait que les puces électroniques sont fabriquées selon des étapes successives de dopage d'une tranche de substrat semiconducteur (du polysilicium) à l'aide de masques appropriés. Sur une telle tranche (Wafer, en anglais) on réalise en fait plusieurs puces, en général identiques, dont le nombre dépend de la taille d'une puce et de la taille d'une tranche exprimée en pouces (Inches, en anglais). Dans la suite, on utilisera le terme "plaquette" pour désigner une tranche de matériau semiconducteur sur laquelle ont été réalisées des puces. A la figure 1 on a représenté une plaquette 10 comportant des puces 11. Certaines puces, telles que la puce 13, sont marquées d'un point d'encre 15 lors d'une étape de test, lorsqu'elles présentent un défaut. Un tel défaut peut par exemple être un défaut de sciage des puces. D'autres puces, telles que la puce 12, ne présentent pas un tel point d'encre, car elles ne présentent pas de défaut. On dit que ce sont des puces "bonnes". Les plaquettes sont en général fabriquées par un industriel spécialisé, appelé "fondeur", et vendues à un fabricant de circuits intégrés qui réalise la mise en boîtier des puces sous forme utilisable sur des circuits électroniques. Aussi bien pour des raisons de contrôle statistique de la qualité de la production que dans le but de facturer à ses clients le nombre exact de puces bonnes fournies, le fondeur a besoin de connaître avec précision combien de puces bonnes comporte chaque plaquette qu'il fabrique. C'est pourquoi, un exemple de comptage de puces selon l'invention consiste à compter les puces bonnes sur une plaquette, c'est- à-dire celles qui ne sont pas marquées d'un point d'encre. Cependant, d'autres applications du principe de comptage selon l'invention sont possibles. Bien entendu, ce comptage est réalisé par des moyens automatiques, en fin de ligne de fabrication c'est-à-dire après le test des puces ayant conduit à leur éventuel marquage par un point d'encre. Dans l'état de la technique, un procédé de comptage automatique des puces bonnes sur un lot de plaquettes consiste, pour chaque plaquette du lot, à déplacer la plaquette pour positionner le centre d'une puce sous l'objectif d'une caméra; des moyens d'analyse de l'image délivrée par la caméra ont alors pour fonction de détecter la présence éventuelle d'un point d'encre sur la puce pendant l'immobilisation de la plaquette dans cette position; si un point d'encre est détecté aux alentours du centre de la puce, celle- ci n'est pas comptée comme bonne; les opérations ci- dessus sont répétées successivement pour chaque puce de la plaquette, et pour chaque plaquette du lot. Avec ce procédé de comptage, une plaquette doit être déplacée et immobilisée un nombre de fois égal au nombre de puces qu'elle comporte. Après chacun de ces déplacements, le positionnement de la plaquette doit être très précis afin que celle-ci soit immobilisée dans une position telle que la puce à examiner soit centrée sous l'objectif de la camera. D'o il résulte que le déplacement de la plaquette entre deux étapes d'analyse d'image doit être suffisamment lent pour permettre un tel positionnement de précision. A la durée d'analyse de l'image de chacune des puces de chaque plaquette, s'ajoute le temps de déplacement de la plaquette entre deux étapes d'analyse d'image et le temps de transfert des plaquettes depuis une cassette de rangement vers la zone sous la caméra et vice versa. Compte tenu des contraintes exposées ci-dessus, la mise en oeuvre d'un tel procédé de comptage prend beaucoup de temps. En pratique, il faut prévoir deux heures trente (2h30) pour le comptage des puces sur un lot de 25 plaquettes. Par ailleurs, le positionnement précis de la plaquette est de plus en plus difficile à réaliser, compte tenu de la tendance actuelle allant vers une plus grande miniaturisation des puces. En effet, plus les puces sont petites, plus la densité de puces sur la plaquette est élevée, et plus l'amplitude des déplacements de la plaquette entre deux étapes d'analyse d'images est petite. Or, un mauvais positionnement de la plaquette sous l'objectif de la caméra implique un risque de comptage erroné puisque le point d'encre d'une puce présentant un défaut peut ne pas être détecté s'il se trouve éloigné du centre de l'objectif de la caméra. En pratique un procédé de comptage automatique tel que décrit ci- dessus n'est pas fiable pour des puces dont la taille est inférieure à 3 mm x 3,5 mm. Selon d'autres procédés connus, ce n'est pas la plaquette qui est déplacée mais la caméra. Les problèmes mentionnés ci-dessus se posent alors de la même façon. L'objet de la présente invention est de pallier les inconvénients précités des procédés de comptage automatique de puces connus dans l'état de la technique. A cet effet, l'invention propose un procédé de comptage de puces sur un lot de plaquettes de matériau semiconducteur, notamment de comptage des puces bonnes. Ce procédé est mis en oeuvre par un dispositif de comptage automatique. Il comporte les étapes suivantes: - transfert d'une plaquette déterminée depuis une cassette de rangement vers une zone d'analyse, sous l'objectif d'une caméra; - mémorisation de l'image de la plaquette telle que délivrée par la caméra; - analyse de l'image mémorisée pour compter le nombre de puces bonnes pendant le transfert de la plaquette depuis la zone d'analyse vers la cassette de rangement et/ou pendant le transfert d'une plaquette suivante du lot depuis la cassette de rangement vers la zone d'analyse. Ainsi, le comptage des puces bonnes d'une plaquette déterminée est réalisé pendant les étapes de transfert de cette plaquette depuis la zone d'analyse vers la cassette de rangement et/ou pendant les étapes de transfert d'une autre plaquette depuis la cassette de rangement vers la zone d'analyse. Le temps de comptage des puces d'une plaquette ne pénalise donc pas la cadence du dispositif. De plus, le procédé ne comporte plus qu'une seule étape d'analyse d'image et les petits déplacements successifs de la plaquette pour amener chaque puce sous l'objectif de la caméra sont supprimés. L'invention propose également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. Ce dispositif comporte: - une table de transfert; - un chargeur automatique de plaquettes comprenant des moyens de chargement/déchargement et des moyens de centrage et d'orientation d'une plaquette sur la table de transfert, ainsi que des moyens pour maintenir la plaquette solidaire de la table; - une caméra de comptage; - une unité de commande qui comporte une mémoire et des moyens d'analyse d'image, qui reçoit l'image de la plaquette délivrée par la caméra de comptage pour la mémoriser dans ladite mémoire, et qui délivre des signaux de commande pour le chargeur automatique et pour un moteur d'entraînement de la table de transfert. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels on a représenté: - à la figure 1, déjà partiellement analysée: une tranche de matériau semiconducteur comportant des puces; - à la figure 2: un schéma d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de comptage automatique selon l'invention. A la figure 2, on a représenté un schéma d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de comptage automatique de puces selon l'invention. Le dispositif comporte un chargeur automatique 21 et une table de transfert 23. Une cassette de rangement 22 telle que celles utilisées pour le transport des plaquettes, peut être reçue par le chargeur automatique 21. Celui-ci comporte des moyens de chargement/déchargement des plaquettes contenues dans la cassette de rangement 22. Ces moyens comprennent notamment une double fourchette pour déposer une plaquette sur la table de transfert 23 et pour l'y reprendre ultérieurement, une autre plaquette étant alors, le cas échéant, simultanément déposée sur la table. Il comporte également des moyens assurant le centrage et la bonne orientation de la plaquette sur la table de transfert 23. A cet effet, ces moyens utilisent comme référence un grand méplat 16, ainsi éventuellement qu'un petit méplat 18 ménagés à la périphérie de la plaquette 1 (figure 1). Dans un exemple de réalisation, le chargeur automatique utilisé est le chargeur AL10OL6 de OLYMPUS. Ce chargeur convient pour des plaquettes de 4, 5 ou 6 pouces, et pour des cassettes comprenant 25 plaquettes. Pour ce chargeur, la précision des moyens d'orientation de la plaquette est de +/- 1 degré. La table de transfert 23 est mobile en translation et est entraînée par un moteur 24. Le chargement et le déchargement d'une plaquette sur la table de transfert 23 se font dans une première position extrême de la table, située à gauche sur la figure 2. Entre le chargement d'une plaquette sur la table de transfert et son déchargement, la plaquette est maintenue solidaire de la table de transfert 23 par des moyens d'aspiration non représentés. Le dispositif comporte en outre une première caméra 25 ainsi qu'une seconde caméra 26. Cette dernière est dite caméra de comptage car elle intervient pour le comptage des puces proprement dit. Dans un premier mode de réalisation, la table de transfert 23 peut être arrêtée dans une première position de repos telle que la plaquette 30 se trouve sous la caméra 25, et dans une seconde position de repos telle que la plaquette 30 se trouve sous la caméra de comptage 26. Dans la seconde position de repos, la caméra de comptage 26 délivre l'image globale de la plaquette 30. Dans la suite, les termes "zone d'analyse" et "position(s) de repos" pourront être utilisés en référence à la table de transfert 23 ou à la plaquette 30, dans la mesure o celles-ci sont solidaires pendant les étapes du procédé o cette zone et/ou ces positions interviennent. Préférentiellement, une lampe 27 éclaire uniformément la plaquette lorsqu'elle se trouve dans la seconde position de repos. Une unité de commande 40 reçoit les images délivrées par les caméras 25 et 26 et commande l'alimentation de la lampe 27. En outre, elle délivre des signaux de commande pour le chargeur automatique 21 et pour le moteur 24. Cette unité de commande 40 est par exemple l'unité centrale d'un ordinateur. Elle comporte une mémoire avec plusieurs zones mémoire. Elle est reliée à un écran 41 et à un clavier 42 formant interface homme/machine. Cet écran et ce clavier sont par exemple disposés sur un pupitre de commande et de contrôle du fonctionnement du dispositif, devant lequel peut se tenir un opérateur. L'unité de commande 40 est commandée par des moyens essentiellement logiciels pour faire fonctionner le dispositif de manière à mettre en oeuvre le procédé de comptage automatique de puces selon l'invention. Le fonctionnement de ce dispositif va maintenant être décrit. Une cassette de rangement 22 comprenant un lot de plaquettes à examiner est insérée dans le chargeur automatique 21. Sur ces plaquettes, des puces comportent un point d'encre et d'autres n'en comportent pas selon les résultats d'une phase de test préalable qui ne fait pas l'objet de la présente description. Le dispositif objet de l'invention permet de compter le nombre de puces bonnes sur chaque plaquette, et plus généralement, le nombre de puces bonnes dans le lot de plaquettes contenues dans la cassette 22. La fourchette du chargeur 21 est commandée par l'unité de commande 40 pour charger la première plaquette 30 du lot sur la table de transfert 23. Une fois la plaquette 30 correctement centrée et orientée, elle est rendue solidaire de la table 23 par les moyens d'aspiration précités. Le moteur 24 est alors commandé par l'unité de commande 40 pour déplacer la table 23 dans la première position de repos, sous la première caméra 25. Dans cette position, l'objectif de la caméra 25 pointe sur une zone 17 de la plaquette (figure 1) sur laquelle un numéro de référence de la plaquette a été inscrit, par exemple selon un procédé utilisant un laser. La zone 17 sur la plaquette 1 est par exemple opposée au grand méplat 16. Des moyens de reconnaissance de caractères, par exemple compris dans l'unité de commande 40, permettent à l'unité de commande 40 de lire le numéro de référence de la plaquette 30. Celui-ci comporte notamment le numéro du lot, le numéro de la plaquette dans le lot, le type de puces que comporte la plaquette et éventuellement d'autres informations utiles. En fonction de ces informations, l'unité de commande 40 charge, dans une première zone mémoire, la cartographie de la plaquette 30 depuis une base de données. Par l'expression cartographie, on entend ici le dessin des puces, c'est-à-dire leur forme et leur disposition sur la plaquette. Le moteur 24 est ensuite commandé par l'unité de commande 40 pour déplacer la table de transfert 23 dans la seconde positon de repos, o elle est immobilisée. On rappelle que cette seconde position de repos se trouve dans la zone d'analyse. Dans cette position, la plaquette 30 est alors uniformément éclairée par la lampe 27. De plus, l'objectif de la caméra de comptage 26 pointe sur la plaquette 30 en sorte qu'elle délivre l'image globale de la plaquette. Une fois la table de transfert immobilisée dans la seconde position de repos, l'image délivrée par la caméra de comptage 26 est mémorisée dans une seconde zone mémoire de l'unité de commande 40. Le temps d'immobilisation de la plaquette 30 dans la seconde position de repos est de l'ordre de 100 millisecondes. La table de transfert 23 se trouve alors dans une seconde position extrême (à droite sur la figure 2). Le moteur 24 est ensuite commandé par l'unité de contrôle 40 de manière à ce que la table de transfert 23 soit ramenée dans sa première position extrême, ou la plaquette 30 est déchargée par la fourchette du chargeur 21 commandée à cet effet par l'unité de commande, et rangée à sa place initiale dans la cassette 22. La plaquette suivante dclans le lot est à son tour chargée sur la table de transfert 23. L'emploi d'une double fourchette permet de simultanément décharger la plaquette 30 et de charger la plaquette suivante, ce qui représente un gain de temps. Les opérations ci-dessus sont alors répétées pour cette nouvelle plaquette. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'analyse de l'image mémorisée dans la seconde zone mémoire de l'unité de commande 40 pour compter le nombre de puces bonnes, est réalisée pendant le transfert de la plaquette 30 depuis la seconde position de repos dans la zone d'analyse vers la cassette de rangement 22 et/ou pendant le transfert de la plaquette suivante dans le lot depuis la cassette de rangement 22 vers ladite seconde position de repos. L'analyse de l'image mémorisée dans la seconde zone mémoire de l'unité 40 consiste à comparer des parties de cette image correspondant chacune à une puce avec les parties équivalentes de l'image d'une plaquette dont toutes les puces sont bonnes, qui est contenue dans la première zone mémoire de l'unité 40. La cartographie de la plaquette qui est mémorisée dans la première zone mémoire de l'unité 40 est en effet, l'image d'une plaquette de même type dont toutes les puces sont bonnes, c'est-à-dire sur laquelle il n'y a aucun point d'encre. C'est pourquoi la comparaison de ces 2 images, mémorisées respectivement dans la première et dans la seconde zones mémoire de l'unité , est réalisée puce par puce de telle manière que si les parties d'image correspondantes sont identiques, alors la puce est comptée comme bonne alors que, dans le cas contraire, elle n'est pas comptée comme bonne. Les résultats du comptage sont disponibles 10 secondes plus tard. C'est à peu près le temps que requiert le retour de la plaquette 30 vers la cassette de rangement 22 et le transfert d'une plaquette suivante dans le lot vers la zone d'analyse. L'avantage du procédé et du dispositif selon l'invention réside dans le fait que l'analyse de l'image de la plaquette est réalisée pendant les étapes de transfert des plaquettes. De plus, la répétition des positionnements très précis de la plaquette sous l'objectif de la caméra 26 de manière à n'analyser que l'image d'une puce, est évitée grâce à l'invention. C'est pourquoi, le procédé et le dispositif selon l'invention peuvent être utilisés pour des puces très petites, par exemple de 1 mm x 1,2 mm. Dans un autre mode de réalisation, la caméra 26 est une caméra linéaire avec 3456 éléments sensibles (pixels), dont uniquement 2048 sont utilisés pour une plaquette de six pouces de diamètre (1 pouce = 2,54 centimètres). Toutefois, on utilisera plus ou la totalité des éléments sensibles pour des plaquettes plus grandes. Dans ce mode de réalisation, la table de transfert 23 ne comporte pas de seconde position de repos mais est déplacée à faible vitesse continue de manière que la plaquette 30 défile lentement et à vitesse constante dans la zone d'analyse sous la caméra de comptage 26. Les informations numériques délivrées par la caméra 26 sont alors mémorisées dans des registres de la seconde zone mémoire de l'unité 40, par étapes successives. A chacune de ces étapes, une partie de l'image de la plaquette, telle que délivrée par la caméra de comptage 26, est mémorisée dans un des registres précités. Dit autrement, la table 23, la caméra 26 et l'unité 40 fonctionnent alors à la manière d'un scanner. La lampe 27 est alors préférentiellement de forme linéaire orientée parallèlement à l'axe de la caméra 26. Il peut par exemple s'agir d'un tube cylindrique contenant du néon. De cette manière, la lampe 27 éclaire uniformément la zone d'analyse o défile la plaquette 30. Ce second mode de réalisation est avantageux car il permet une plus grande précision de l'image de la plaquette qui est mémorisée dans la seconde zone mémoire. En outre l'immobilisation de la plaquette 30 dans la première position de repos, sous la caméra 25, n'est pas indispensable. Néanmoins elle est avantageuse car elle permet à l'unité 40 de lire le numéro de référence de la plaquette en sorte que le fonctionnement du dispositif peut être entièrement automatique. En effet, à partir de ce numéro de référence, l'unité de commande peut connaître la cartographie de la plaquette et donc réaliser une analyse d'image appropriée. L'opérateur a seulement besoin de mettre la cassette 22 en position dans le chargeur 21 et lancer le fonctionnement du dispositif. Une dizaine de minutes plus tard, les résultats du comptage des puces sur les plaquettes du lot sont disponibles sur l'écran 41. Enfin, un filtre coloré 28 peut être disposé entre la lampe 27 et la zone d'analyse pour améliorer le contraste du dessin des puces sur la plaquette 30. De la sorte, l'analyse de l'image de la plaquette est plus facile et plus fiable. REV E N D I C A T IONS 1. Procédé de comptage de puces sur un lot de plaquettes de matériau semiconducteur, notamment de comptage de puces "bonnes" caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) transfert d'une plaquette déterminée (30) depuis une cassette de rangement (22) vers une zone d'analyse sous l'objectif d'une caméra de comptage (26); b) mémorisation de l'image de la plaquette telle que délivrée par la caméra de comptage (26); c) analyse de l'image mémorisée pour compter le nombre de puces bonnes pendant le transfert de la plaquette (30) depuis la zone d'analyse vers la cassette de rangement (22) et/ou pendant le transfert d'une plaquette suivante du lot depuis la cassette de rangement (22) vers la zone d'analyse. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, entre l'étape a) et l'étape b), la plaquette (30) est immobilisée dans une zone d'analyse sous l'objectif de la caméra de comptage (26) en sorte que celle-ci délivre l'image globale de la plaquette (30). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'étape b), la plaquette défile lentement et à vitesse constante dans la zone d'analyse sous la caméra de comptage (26) en sorte que l'image de la plaquette est mémorisée par étapes successives, à chacune desquelles une partie de l'image de la plaquette telle que délivrée par la caméra de comptage (26) est mémorisée. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'analyse de l'image de la plaquette consiste à comparer des parties de cette image correspondant à chacune à une puce avec la partie équivalente de l'image d'une plaquette dont toutes les puces sont bonnes. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, au cours de l'étape a), la plaquette est immobilisée dans une autre zone d'analyse sous l'objectif d'une autre caméra (25), de manière à lire la référence de la plaquette pour connaître la cartographie de cette plaquette. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte: - une table de transfert (23); - un chargeur automatique (21) de plaquettes comprenant des moyens de chargement/déchargement et des moyens de centrage et d'orientation d'une plaquette (30) sur la table de transfert (23), ainsi que des moyens pour maintenir la plaquette (30) solidaire de la table (23); - une caméra de comptage (26); - une unité de commande (40) qui comporte une mémoire et des moyens d'analyse d'image, qui reçoit l'image de la plaquette (30) délivrée par la caméra (26) pour la mémoriser dans ladite mémoire, et qui délivre des signaux de commande pour le chargeur automatique (21) et pour un moteur (24) d'entraînement de la table de transfert (23). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour immobiliser la table de transfert dans une première zone d'analyse dans laquelle l'objectif d'une caméra (25) pointe sur une zone (17) de la plaquette sur laquelle est inscrit un numéro de référence, des moyens de reconnaissance de caractères pour lire ce numéro de référence, et des moyens pour charger dans la mémoire de l'unité de commande (40) la cartographie de la plaquette (30) depuis une base de données en fonction du numéro de référence. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour immobiliser la plaquette dans une seconde position de repos, dans la zone d'analyse, dans laquelle l'objectif de la caméra de comptage (26) délivre l'image globale de la plaquette (30). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une lampe (27) qui éclaire uniformément la surface de la plaquette lorsqu'elle est immobilisée dans la seconde position de repos. 10. Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que, la caméra (26) étant une caméra linéaire, il comporte des moyens pour faire défiler la plaquette (30) lentement et à vitesse constante dans la zone d'analyse sous la caméra de comptage (26). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte une lampe (27) de forme linéaire orientée parallèlement à l'axe de la caméra (26), qui éclaire uniformément la zone d'analyse. 12. Dispositif la revendication 9 ou selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte une filtre coloré (28) interposé entre la lampe (27) et la zone d'analyse pour améliorer le contraste du dessin des puces (11,12,13) sur la plaquette (30).