Brevet FR2846096A1 — publié le 20040423

DISPOSITIF POUR LA DETECTION, L'ANALYSE ET LA LOCALISATION DE DEFAUTS PRESENTS SUR UNE SURFACE TRANSPARENTE ET/OU REFLECHISSANTE. L'invention concerne un dispositif destiné à assurer la détection, la localisation et l'analyse de défauts présents sur une surface transparente et/ou réfléchissante. De nombreux produits mettent en oeuvre des surfaces transparentes ou réfléchissantes. Il s'agit par exemple de produits verriers, tels que notamment des ampoules, seringues, voire des emballages également en verre, susceptibles de renfermer des produits à 10 haute toxicité, et dont il convient d'assurer de l'absence de tout défaut, après sa réalisation, afin de garantir l'absence de tout risque de frites, même partielles. Dans d'autres secteurs d'activité, tels que notamment l'électronique, pour lesquels le matériau de base est constitué de wafers, c'est à dire de tranches de silicium d'une 15 épaisseur déterminée, sur laquelle sont gravés des circuits imprimés, il convient de s'assurer de la parfaite qualité du revêtement en silicium, pour garantir les applications futures envisagées. Compte-tenu de l'extrême précision requise pour le gravage de ces circuits imprimés, 20 la qualité du matériau de base doit être irréprochable, nécessitant donc au niveau de chacun des disques de silicium ainsi réalisé, la détection, l'analyse et la localisation de défauts. Dans d'autres domaines techniques, on souhaite également vérifier le traitement de 25 surfaces par plasma. Quel que soit le produit résultant, les manufacturiers sont demandeurs de cette analyse et localisation de défauts, afin de pouvoir agir en amont, c'est à dire lors des étapes de fabrication pour aboutir à la correction, et notamment à la suppression de ces éventuels 30 défauts. A ce jour, la détection de ces défauts est le plus souvent réalisé par échantillonnage, sous-tendant donc d'ores et déjà le caractère aléatoire de l'analyse. En outre, cette détection s'opère soit par une analyse à l'oeil nu, soit encore au moyen d'un 35 interféromètre, soit encore ou à l'aide d'un microscope électronique à balayage. 2 2846096 Outre le fait que l'intégralité de la surface du produit ne peut être analysée, puisqu'une telle analyse résulte d'un échantillonnage, la mise en oeuvre d'un interféromètre ou d'un microscope à balayage requiert un dispositif lourd à mettre en oeuvre, onéreux, et nécessitant de nombreux réglages. En outre, s'agissant des tranches de silicium ou wafers, ces réglages doivent être modifiés pour chaque épaisseur de silicium envisagée. On conçoit de fait toute la difficulté de cette analyse, outre son caractère non exhaustif. 10 L'objet de l'invention est de justement proposer un dispositif propre à analyser et localiser ces défauts de manière simple, rapide et efficace, dans la mesure o l'intégralité de la surface du produit à analyser peut être réalisée. Ce dispositif, pour la détection, la localisation et l'analyse de défauts présents sur une surface transparente et/ou réfléchissante, comprend: une source lumineuse collimatée, destinée à émettre un faisceau de lumière parallèle; - un support de la surface à analyser, destiné à recevoir ladite surface, à l'orienter 20 et à la déplacer par rapport audit faisceau de lumière; - un système optique permettant l'affichage de l'image de ladite surface sur un écran; - au moins une caméra destinée à analyser l'image affichée sur l'écran; - un système de traitement des signaux ainsi détectés par la caméra, connecté à 25 celle-ci et destinée à identifier et à localiser les défauts sur ladite surface. Ce faisant, le dispositif conforme à l'invention permet d'analyser et de localiser les défauts inhérents à la diffraction de la lumière, diffraction engendrée par les défauts en question. Dans le cas de produits transparents les défaut peuvent également se traduire par des inhomogénéités de réfraction de la lumière transmise. Une fonction de cartographie des produits permet une analyse à posteriori des produits 35 avec une superposition possible des cartographies, afin d'observer les zones de concentration en défauts. 3 2846096 Selon une forme particulière de réalisation de l'invention, le dispositif comprend en outre une seconde caméra, orientée sensiblement à 90 par rapport à la surface réfléchissante, et destinée à visualiser les phénomènes de réflexion et de diffusion inhomogènes engendrés par un certain type de défauts présents à la surface. Dans cette forme de réalisation particulière, la surface à analyser est éclairée selon un angle d'incidence compris entre 10 et 70 , pour permettre à la fois l'analyse par les deux caméras, respectivement des défauts engendrés par diffraction et des défauts engendrés par diffusion ou réflexion de la lumière émise par la source lumineuse. 10 La manière de réaliser l'invention et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une représentation schématique d'une première forme de réalisation de l'invention mettant en couvre deux caméras, plus particulièrement destinée à l'analyse, la localisation et la nature des défauts d'une tranche de silicium ou d'un wafer. La figure 2 est une vue analogue à la figure 1, d'une seconde forme de réalisation de l'invention, plus particulièrement destinée à la détection, l'analyse et la localisation de 20 défauts présents sur un emballage en verre. La description qui suit correspond donc plus particulièrement à l'analyse et la localisation de défauts, sur un wafer, c'est à dire sur une tranche de silicium directement issue de son unité de fabrication. 25 Un tel wafer se présente traditionnellement sous la forme d'un disque, dont le diamètre peut varier en fonction du procédé de fabrication, et des applications envisagées. Ce wafer (2) est positionné sur un support, typiquement constitué d'un robot 30 automatique à quatre axes verticaux, d'un type en soi connu, permettant d'assurer l'intégralité de la rotation dudit support, donc du wafer dans le plan X,Y, c'est à dire le plan horizontal, et partant le positionnement de chacune des zones du wafer en regard du dispositif d'analyse de l'invention. Un tel robot pourrait toutefois être substitué par une table à déplacement X,Y, également d'un type en soi connu. 35 4 2846096 Ce wafer est soumis à un faisceau lumineux parallèle (8) d'un diamètre typique de 40 mm, émis par une source (1) de lumière, d'une puissance typique de 100 watts, muni d'un condenseur, ce dernier étant destiné à conférer le caractère parallèle audit faisceau (8). Dans l'exemple décrit, ce faisceau (8) présente un angle d'incidence de 450 par rapport au wafer. Ce faisceau de lumière (8) est réfléchi par le wafer, en application des lois de BRAGG également selon un angle de 45 et traverse un système optique (3, 4), typiquement constitué d'une lentille (3), et d'un obturateur (4) avant d'être reçu sur un écran (5), 10 permettant, compte-tenu du système optique mis en oeuvre, l'affichage de l'image de la surface considérée du wafer, en l'espèce à l'échelle 1. Cet écran peut être constitué d'une simple feuille de papier ou d'un verre dépoli, ou tout autre matériau approprié. L'image affichée sur l'écran (5) est détectée par une caméra (6), dont l'axe optique, dans l'exemple décrit, forme un angle sensiblement de 450 par rapport à l'écran, et qui 15 avantageusement, se rapproche le plus possible de l'axe optique (9) du système optique (3, 4) précédemment décrit. Cette caméra est avantageusement une caméra CCD (à transfert de charges), du type commercialisé par SONY sous la marque XC55. 20 Cette caméra est connectée à une unité centrale stockant un ou plusieurs logiciels de traitement du signal, permettant tout d'abord d'assurer l'acquisition des signaux détectés par la caméra (6), puis l'analyse de ceux-ci, afin de déterminer la nature des irrégularités observées au niveau de l'image, leur localisation et leur quantité. 25 De fait, le traitement des signaux résultant de l'image du wafer affichée sur l'écran (5) et détectés par la caméra (6) est à même de définir un certain nombre d'inhomogénéités provenant du phénomène de diffraction du faisceau incident (8) générées par lesdits défauts. Cette caméra en association avec le traitement du signal 30 qui lui est associé va notamment permettre la détection des défauts suivants, donnés à titre non limitatif: * rayures, * arbres (rayures en arborescence), de * marbrures, * fougères (rayures particulières) * picots (poins inférieurs à 1 mm2); O scratchs (points de taille inférieure aux picots), 2846096 ces différents défauts traduisant notamment une irrégularité de dépôt du silicium sur son support. Le traitement de signal en découlant va permettre de déterminer leur nombre, leur surface, leur forme, outre leur localisation. Corollairement, une seconde caméra (7) du même type que celle précédemment décrite, est positionnée selon un angle de 90 par rapport à la surface du wafer (2), et va quant à elle permettre de détecter les inhomogénéités de diffusion et de réflexion 1o résultant d'autres types de défauts, et non décelables par la caméra (6). Plus particulièrement, cette caméra (7), également reliée à l'unité centrale de traitement précitée, munie d'un logiciel de traitement du signal, va permettre de détecter, localiser et quantifier les défauts qualifiées de cloques, constitués également 15 d'une irrégularité de surface, présentant une surépaisseur et inhérents également à un défaut de dépôt de silicium sur son support. L'analyse de la lumière réfléchie va donc repérer les phénomènes de diffusion inhérents aux défauts de forme, et d'autre part, les phénomènes de réflexion inhérents 20 à la variation de coloration de la surface, correspondant également à des zones non traitées ou mal traités de ladite surface, c' est à dire à un dépôt insuffisant voire absent de silicium au niveau du wafer. La mise en oeuvre de ces deux caméras permet donc de détecter l'intégralité de la 25 nature des défauts susceptibles d'apparaître sur la surface du wafer, outre leur nombre, et leur localisation et leur forme. Qui plus est, compte-tenu du support mis en oeuvre, il est possible de procéder à une analyse intégrale de la surface du wafer, en tout cas de l'intégralité de la surface 30 fonctionnelle dudit wafer. Pour optimiser cette analyse en termes de durée, le faisceau émis par la source lumineuse (1) est collimaté, mais de surface relativement importante (typiquement 40 mm de diamètre), pour diminuer le nombre d'analyses pour un même support. 35 6 2846096 Typiquement, le dispositif conforme à l'invention est capable de procéder à l'analyse d'une centaine de wafers de dimensions pouvant aller jusqu'à 300 mm de diamètre par heure. En outre, de par l'intégration d'une fonction de cartographie des produits au sein de ladite unité centrale, il est possible de réaliser une analyse à posteriori des produits avec une superposition possible des cartographies, afin d'observer les zones de concentration en défauts. On conçoit de fait tout l'intérêt du dispositif conforme à l'invention, dans la mesure o, non seulement il permet de détecter l'intégralité des défauts susceptibles d'apparaître à la surface d'un wafer, mais que d'autre part, cette analyse s'effectue au moyen d'organes simples, et dans une durée très courte. Qui plus est, la localisation répétée des défauts aux mêmes endroits, permet de très rapidement infléchir le procédé 15 de fabrication, en modifiant notamment les paramètres constituant la cause des défauts observés. L'invention peut également s'appliquer à l'analyse de défauts susceptibles de se situer au niveau de surfaces transparentes, tels que des micro-fissures, des lignes de soudure, 20 par exemple au niveau de seringues, et de manière générale de containeurs en verre, ou en plastique transparent ou réfléchissant, de même que de produits plans en saphir (verres de montre) ou en verre. Il permet également de déterminer le gravage qui peut être réalisé au niveau de 25 l'extrémité inférieure de tel récipient, permettant leur identification, et non visible à l'oeil nu. En outre, il permet également de détecter les défauts au niveau de vitres de téléphones cellulaires, d'assistants personnels, d'ordinateurs, voire de vitres de montre, en verre 30 ou en saphir. Pour ce faire, on met en oeuvre le dispositif décrit en relation avec la figure 2. Celui-ci comprend une source de lumière (1), du même type que celle précédemment décrite, destinée à émettre un faisceau collimaté de lumière (8). Celui-ci vient frapper le 35 produit transparent en verre, plastique ou saphir sous incidence normale, le faisceau (9) en résultant traversant un système optique (3, 4) du type lentille et obturateur avant de former sur un écran (5), également sous incidence normale une image dudit produit. 7 2846096 L'image affichée sur l'écran (5) est alors analysée par une caméra (6), d'un type analogue à celle décrite en relation avec la forme de réalisation précédente. Elle est également connectée à une unité centrale stockant un ou plusieurs logiciels de traitement du signal, permettant tout d'abord d'assurer l'acquisition des signaux 5 détectés par la caméra (6), puis l'analyse de ceux-ci, afin de déterminer la nature des irrégularités observées au niveau de l'image, leur localisation et leur quantité. Celle-ci est donc destinée à permettre de visualiser un certain nombre d'inhomogénéités provenant du phénomène de diffraction du faisceau incident (8) io générées par lesdits défauts. Cette caméra en association avec le traitement du signal qui lui est associé va notamment permettre la détection des défauts suivants, donnés à titre non limitatif: * fissures; * rayures; * défauts de soudure. Là encore, on conçoit bien que le dispositif conforme à l'invention permet de détecter de manière simple et rapide, les défauts susceptibles de provenir des procédés de fabrication, et partant, d'agir en amont pour en limiter sinon annuler l'occurrence. 20 8 2846096 REVENDICATIONS 1. Dispositif, pour la détection, la localisation et l'analyse de défauts présents sur une surface transparente et/ou réfléchissante (2), caractérisé en ce qu'il comprend: - une source lumineuse collimatée (1), destinée à émettre un faisceau (8) de lumière parallèle; - un support de la surface (2) à analyser, destiné à recevoir ladite surface, à l'orienter et à la déplacer par rapport audit faisceau de lumière (8); - un système optique (3, 4) permettant l'affichage de l'image de ladite surface 10 sur un écran (5); - au moins une caméra (6) destinée à analyser l'image affichée sur l'écran (5); - un système de traitement des signaux ainsi détectés par la caméra (6), connecté à celle-ci et destinée à identifier et à localiser les défauts sur ladite surface. 2. Dispositif, pour la détection, la localisation et l'analyse de défauts présents sur une surface transparente et/ou réfléchissante (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support est un robot automatisé muni de quatre axes verticaux. 3. Dispositif, pour la détection, la localisation et l'analyse de défauts présents sur une surface transparente et/ou réfléchissante (2) selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le système optique (3, 4) affiche une image de ladite surface à l'échelle 1 sur l'écran (5). 4. Dispositif, pour la détection, la localisation et l'analyse de défauts présents sur une surface transparente et/ou réfléchissante (2) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la surface transparente est constituée d'un matériau en verre, en plastique ou en saphir. 5. Dispositif, pour la détection, la localisation et l'analyse de défauts présents sur une surface transparente et/ou réfléchissante (2) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ladite surface à analyser est constituer par un wafer ou tranche de silicium, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une seconde caméra (7), 35 orientée sensiblement à 90 par rapport à la surface réfléchissante (2), et destinée à visualiser les phénomènes de réflexion et de diffusion inhomogènes engendrés par un certain type de défauts présents à la surface. 9 2846096 6. Dispositif, pour la détection, la localisation et l'analyse de défauts présents sur une surface transparente et/ou réfléchissante (2) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le wafer est éclairé par le faisceau lumineux (8) selon un angle d'incidence compris entre 10 et 70 , pour permettre à la fois l'analyse par 5 les deux caméras (6, 7), respectivement des défauts engendrés par diffraction et des défauts engendrés par diffusion ou réflexion de la lumière émise par la source lumineuse.