Brevet FR2905521A1 — publié le 20080307

Procédé de marquage d'une plaque semi-conductrice pour son identification et plaque semi-conductrice marquée par ce procédé L'invention concerne un procédé de marquage d'une plaque semi-conductrice pour son identification et une plaque semi-conductrice marquée par ce procédé. L'invention a notamment pour but de limiter la pollution due à la matière ablatée au moment du marquage de la plaque. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la traçabilité des plaques semi-conductrices. Actuellement, pour identifier les plaques, il est connu de les marquer au laser d'un code d'identification. Des informations de test relatives à des mesures effectuées au cours de la fabrication des plaques sont stockées et associées aux codes dans une base de données. Ainsi, à partir d'un code d'une plaque, il est possible d'accéder aux informations de test relatives à cette plaque. Des informations de test peuvent être disponibles pour chaque plaque ou pour un ensemble de plaques dit lot de plaques. Ce marquage au laser est généralement réalisé à la surface de la plaque. Or ce marquage en surface constitue des zones comportant de petits interstices dans lesquels des particules polluantes peuvent s'introduire ou se décoller lors des différentes étapes de fabrication. L'invention se propose de minimiser la pollution lors du marquage des plaques, et celle induite postérieurement lors de la fabrication de circuits à partir de ces plaques. A cet effet, dans l'invention, on effectue un marquage dans le volume de la plaque, dit marquage intra-volume. A cette fin, on focalise le faisceau d'un laser sur des points du volume, ce qui modifie la structure du matériau à l'endroit de ces points et donc les propriétés optiques de ce matériau à l'endroit de ces points. Les points où la propriété du matériau a été modifiée définissent des codes permettant d'identifier la plaque. Le marquage de la plaque est ainsi réalisé sans ablation de matière puisqu'il est fait à l'intérieur du volume. Il n'y a donc aucun risque que des particules polluantes s'introduisent ou soient générées à l'intérieur des circuits lors de leur fabrication. Pour lire les codes d'identification, un lecteur optique, par exemple de type confocal, est utilisé. Ce lecteur comporte un laser qui balaye la zone de 2905521 2 la plaque où le marquage est censé se trouver. Et en fonction de l'intensité du faisceau renvoyé par la plaque qui est sensible à la modification de structure réalisée lors du marquage, il est possible de lire le code inscrit dans le volume de la plaque. 5 Dans une mise en oeuvre, le marquage est réalisé à l'aide de codes alphanumériques, et prend la forme d'une ligne constituée typiquement de 18 caractères. Chaque caractère est défini par une matrice de 5 points horizontaux et 9 points verticaux. Le marquage de la plaque est réalisé dans des zones précises de la 10 plaque afin de faciliter la recherche et l'identification du code lors de la lecture. En outre, de préférence, ces zones se trouvent à l'extérieur des zones actives des plaques, c'est-à-dire à l'extérieur des zones où les circuits électroniques sont réalisés, en périphérie de plaque. Un laser du type femtoseconde est de préférence utilisé pour le 15 marquage car il génère peu de contrainte. En variante, un autre type de laser pourrait être également utilisé. L'invention concerne donc un procédé de marquage d'une plaque en matériau semi-conducteur pour son identification, - cette plaque comportant un volume délimité par ses parois 20 extérieures, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - focaliser le faisceau d'un laser dans le volume de la plaque sur des points de ce volume, cette focalisation étant réalisée de manière à modifier localement, à l'endroit des points, les propriétés optiques du matériau de la 25 plaque, - l'ensemble des points du volume de la plaque dont les propriétés optiques ont été modifiées étant positionné à l'intérieur d'une zone dite zone de marquage et définissant un code qui identifie la plaque. L'invention concerne en outre un procédé de lecture d'une plaque 30 marquée, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - focaliser le faisceau d'un laser en un point de focalisation, ce point de focalisation se situant dans la zone de marquage, - mesurer l'intensité du faisceau renvoyé par la plaque, à l'aide d'un détecteur, par exemple de type photomultiplicateur, et 35 -après le balayage de la zone de marquage, 2905521 3 - déduire le code en fonction de la position du point de focalisation et de la mesure d'intensité, le faisceau renvoyé par la plaque lorsque le laser focalise sur des points où la propriété optique du matériau a été modifiée présentant une intensité différente de celle du faisceau renvoyé par la plaque 5 lorsque le laser focalise sur des points où la propriété optique du matériau n'a pas été modifiée. L'invention concerne également une plaque semi-conductrice marquée caractérisée en ce qu'elle comporte : des points dans son volume où les propriétés optiques sont 10 différentes de celles de l'environnement de ces points, - l'ensemble des points de la plaque dont les propriétés optiques ont été modifiées définissant un code qui identifie la plaque. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données 15 qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Ces figures montrent : - figure 1 : une représentation schématique d'une plaque dans le volume de laquelle un marquage est réalisé ; - figures 2 : des représentations schématiques de zones de marquage 20 pour deux différents types de plaques ; - figure 3 : une représentation schématique d'un dispositif de lecture permettant la lecture du marquage de la plaque. Les éléments identiques conservent la même référence d'une figure à l'autre. 25 La figure 1 montre la réalisation d'un marquage laser dans le volume d'une plaque 1 réalisée dans un matériau semi-conducteur. Cette plaque 1 présente un volume délimité par ses faces extérieures 1.1-1.3. Le marquage est réalisé dans ce volume de la plaque 1 à l'aide d'un laser 2 qui émet un faisceau 3 focalisé sur un point 4 du volume de la plaque. 30 En focalisant sur un point 4 particulier, le laser 2 modifie localement, à l'endroit du point 4, les propriétés optiques du matériau dans lequel la plaque 1 est réalisée. Autrement dit, les propriétés optiques de la plaque à l'endroit du point 4 sont différentes de celles de l'environnement de ce point. Les points 4 de la plaque 1 à l'endroit desquels les propriétés du 35 matériau ont été modifiées par rapport à celles de leur environnement 2905521 4 décrivent la forme de caractères 9 du marquage. Ainsi par exemple, en focalisant sur des points 4, le laser 2 décrit les différentes branches d'un E. Dans une mise en oeuvre, les caractères 9 sont des caractères alphanumériques définis par une matrice 7 de 5 points horizontaux et de 9 5 points verticaux. Le marquage peut être réalisé sous forme de points 4 ou éventuellement de lignes continues. La hauteur typique d'un caractère 9 est comprise entre 0.8 et 2 millimètres. Ces caractères 9 (et donc l'ensemble des points 4 du marquage) se situent à l'intérieur d'une zone 8 de marquage toujours située au même 10 endroit pour un type de plaque donné afin de faciliter la localisation de cette zone de marquage. Cette zone 8 de marquage est de préférence située à l'extérieur des zones actives de la plaque 1, c'est-à-dire qu'elle est située dans des zones dépourvues de circuits électroniques. Toutefois, comme le marquage est 15 réalisé dans le volume, la zone 8 de marquage pourrait être réalisée dans des zones actives de la plaque où des circuits sont réalisés, sans pour autant altérer le fonctionnement de ces circuits. Les figures 2a et 2b montrent le positionnement de zones de marquage pour deux différents types de plaque. 20 Plus précisément, la figure 2a montre une plaque 1 comportant un méplat 13. Dans ce cas, la zone 8 de marquage est située au dessus du méplat à environ deux millimètres du bord de ce méplat 13. La figure 2b montre une plaque 1 comportant une encoche 14. Dans ce cas, la zone 8 de marquage est positionnée par rapport à cette encoche 25 14. De préférence, la zone 8 est centrée par rapport à cette encoche 14. Le laser 2 utilisé pour le marquage, qui est de préférence de type femtoseconde, émet un rayon dont la longueur d'onde est comprise entre 0.1 et 1.1 micromètres. La source de ce laser est de préférence de type Yb:KGW ou encore titane/saphir, sa durée de pulsation de l'ordre de 200fs, sa 30 fréquence de pulsation de l'ordre de quelques kHz, son énergie par pulsation de l'ordre du watt. Ces caractéristiques du laser sont notamment adaptées en fonction du matériau de la plaque qui peut être notamment en silicium, en Arséniure de Gallium (AsGa), en Phosphure d'Indium (InP), en Carbure de Silicium 35 (SiC), en Phosphure de Gallium (GaP) éventuellement présent sur une 2905521 5 couche de saphir, ou en Nitrure de Gallium (GaN) éventuellement présent sur une couche de saphir. En variante, comme montré sur la figure 1, le marquage est un code 15 de type binaire réalisé dans le volume de la plaque 1. Un point 4.1 de la 5 plaque 1 où les propriétés optiques du matériau n'ont pas été modifiées correspond alors à un 0 binaire et un point 4.2 de la plaque 1 où la propriété du matériau a été modifiée correspond à un 1 binaire. La figure 3 montre une représentation schématique d'un dispositif 17 de lecture permettant de lire le marquage intra-volume réalisé selon le 10 procédé décrit ci-dessus. Ce dispositif 17 comporte un laser 18, et un détecteur 19, par exemple de type photomultiplicateur, relié à un ordinateur 20. Le laser 18 émet un faisceau 21 qui est focalisé à l'endroit des points 4 du marquage et renvoyés par la plaque 1 vers le détecteur 19. Comme 15 l'intensité des faisceaux renvoyés dépend de la structure du matériau, il est possible de lire le code de la plaque 1. A cet effet, un miroir 23 dichroique et un objectif 24, tel qu'une lentille convergente, sont positionnés entre la plaque 1 et le détecteur 19, l'objectif étant positionné entre le miroir 23 et la plaque 1. Par ailleurs, une grille 27 20 comportant un réseau de petits trous dit réseau trous d'épingles est positionnée à proximité du détecteur 19, entre ce détecteur 19 et le miroir 23. Le dispositif 17 est mobile dans le plan x, y et suivant la direction z. En variante, la plaque est mobile dans le plan x, y, tandis que le dispositif 17 est mobile suivant la direction z uniquement. A cet effet, la plaque 1 est 25 positionnée sur une table XY. Ainsi, le miroir 23 réfléchit le faisceau 21 émis par le laser 18 vers la plaque 1. L'objectif 24 fait converger le faisceau réfléchi par le miroir 23 à son point focal 25 qui se trouve dans la zone 8 de marquage. Ce point focal 25 est confondu ou non avec un point 4 du marquage. 30 Le faisceau renvoyé par la plaque 1 traverse le miroir 23 et est reçu par le détecteur 19. Le détecteur 19 collecte le faisceau 31 renvoyé par la plaque 1 et issu précisément du point de focalisation 25. A cet effet, la grille 27 élimine le faisceau 32 émis hors du point 25 de focalisation (représenté en traits pointillés courts), ainsi que le faisceau 33 diffracté (représenté en 35 traits pointillés long). 2905521 6 Le faisceau 31 reçu par le détecteur 19 est transformé en signal électrique 37 par ce détecteur. Ce signal 37 présente une intensité proportionnelle à celle du faisceau 31. En fonction de la position des points de focalisation du laser et de la 5 mesure de l'intensité du faisceau 31 renvoyé par la plaque pour ces points, on détecte la forme des caractères 38 utilisés lors du marquage, ces caractères 38 étant affichés sur l'écran de l'ordinateur 20. Cette détection est liée au fait que l'intensité du faisceau 31 renvoyé par la plaque 1 est sensible à la modification des propriétés optiques des 10 points 4 du marquage. En effet, le faisceau 31 renvoyé par la plaque 1 lorsque le laser 18 focalise à l'endroit d'un point où la propriété optique du matériau a été modifiée par le marquage présentent une intensité différente de celle du faisceau 31 réfléchi par la plaque 1 lorsque le laser focalise à l'endroit des points où la propriété optique du matériau n'a pas été modifiée 15 par le marquage. La zone 8 de marquage de la plaque 1 est balayée par le laser 18 point par point dans le plan de la plaque 1 suivant l'axe des x et des y. Puis un autre plan parallèle au plan de départ est balayé de la même manière après un léger déplacement dz suivant l'axe z qui est perpendiculaire au plan 20 de la plaque. Ces déplacements sont répétés jusqu'au balayage complet de la zone 8 de marquage. La longueur d'onde du laser 18 est choisie de sorte que le matériau de la plaque soit transparent pour cette longueur d'onde. Cette longueur d'onde peut donc varier d'un matériau semi-conducteur à un autre. Dans une mise 25 en oeuvre, lorsque la plaque est en silicium, le laser émet un faisceau d'une longueur d'onde comprise entre 1.00 et 1.30 micromètres. Par ailleurs, il est à noter que l'utilisation d'une optique confocale permet de ne pas être perturbé par le signal fluorescent provenant des autres plans que celui qui est focalisé. La résolution latérale et axiale est 30 donc optimum. En variante, la lecture pourrait être effectuée par transparence, le faisceau traversant la plaque 1 en passant par des points 4 où les propriétés optiques du matériau ont été modifiées présentant une intensité différente de celle du faisceau traversant la plaque en passant par des points 4 où les 35 propriétés du matériau n'ont pas été modifiées. REVENDICATIONS 1 - Procédé de marquage d'une plaque (1) en matériau semi-conducteur pour son identification, - cette plaque (1) comportant un volume délimité par ses parois (1.1-1.3) extérieures, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - focaliser le faisceau (3) d'un laser (2) dans le volume de la plaque (1) sur des points (4) de ce volume, cette focalisation étant réalisée de manière à modifier localement, à l'endroit des points (4), les propriétés optiques du matériau de la plaque (1), et -l'ensemble des points (4) du volume de la plaque (1) dont les propriétés optiques ont été modifiées étant positionné à l'intérieur d'une zone (8) dite zone de marquage et définissant un code qui identifie la plaque (1). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que : - le code est formé de caractères alphanumériques, les points (4) où la propriété du matériau a été modifiée décrivant, dans la zone (8) de marquage de la plaque, la forme de ces caractères. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que : - chaque caractère est défini par une matrice de 5 points horizontaux et de 9 points verticaux, la hauteur d'un caractère étant comprise entre 0.8 et 2 millimètres. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que : - la zone (8) de marquage est située dans une zone non active de la plaque, cette zone non active étant une zone de la plaque (1) dépourvue de circuit électronique. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que : - la plaque (1) comportant un méplat (13), la zone (8) de marquage est 30 située à environ 2mm du bord du méplat (13). 6 - Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que : - la plaque (1) comportant une encoche (14), la zone (8) de marquage est positionnée par rapport à cette encoche (14). 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce 35 que : 2905521 8 - le laser (2) est de type femtoseconde, la longueur d'onde de ce laser étant comprise entre 0.1 et 1.1 micromètres. 8 - Procédé de lecture d'une plaque (1) marquée selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : 5 - focaliser le faisceau (21) d'un laser (18) en un point de focalisation (25), ce point de focalisation (25) se situant dans la zone (8) de marquage, - mesurer l'intensité du faisceau (31) renvoyé par la plaque (1), à l'aide d'un détecteur (19), par exemple de type photomultiplicateur, et - après le balayage de la zone (8) de marquage, 10 - déduire le code en fonction de la position du point de focalisation (25) et de la mesure d'intensité, le faisceau (31) renvoyé par la plaque (1) lorsque le laser (31) focalise sur des points où la propriété optique du matériau a été modifiée présentant une intensité différente de celle du faisceau (31) renvoyé par la plaque (1) lorsque le laser focalise sur des 15 points où la propriété optique du matériau n'a pas été modifiée. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape suivante : - éliminer le faisceau (32) renvoyé par la plaque qui n'est pas issu du point de focalisation (25) et le faisceau (33) diffracté par la plaque à l'aide 20 d'une grille (27) de type trous d'épingle positionnée devant le détecteur (19). 10 - Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que, pour balayer la zone (8) de marquage, il comporte les étapes suivantes : -balayer la zone (8) de marquage suivant le plan de la plaque (1), -déplacer le laser (18) suivant une direction perpendiculaire au plan 25 de la plaque (1), et - balayer de nouveau la zone (8) de marquage suivant le plan de la plaque, - lesdites étapes de balayage étant répétées jusqu'à ce que toute la zone (8) de marquage soit balayée. 11 - Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que : - la plaque (1) étant en silicium, le laser (18) présente une longueur d'onde comprise entre 1.00 et 1.30 micromètres. 12 - Procédé selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que : - la lecture est réalisée à l'aide d'un dispositif confocal. 2905521 9 13 - Plaque semi-conductrice marquée caractérisée en ce qu'elle comporte : - des points (4) dans son volume où les propriétés optiques sont différentes de celles de l'environnement de ces points (4), 5 - l'ensemble des points (4) de la plaque dont les propriétés optiques ont été modifiées définissant un code qui identifie la plaque (1).