Brevet FR2971082A1 — publié le 20120803

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des structures ou substrats semi-conducteurs multicouches (également dénommées "multilayer semiconductor wafers") réalisés par transfert d'au moins une couche sur un support. Elle vise plus particulièrement un dispositif pour la mesure de la 10 largeur de couronne d'une structure multicouche après détourage de la couche transférée. La réalisation de structures multicouches comprend en général le collage par adhésion moléculaire (en anglais "direct wafer bonding" ou "fusion bonding") d'une première plaque, par exemple une plaque de 15 silicium ou de type SOI (Silicium sur Isolant), sur une deuxième plaque ou support par exemple en silicium ou en saphir, un recuit de renforcement de collage, et un amincissement de la première plaque pour former une couche transférée sur la deuxième plaque. Les bords des plaques utilisées pour former notamment les 20 couches transférées et les supports présentent généralement des chanfreins (en anglais "edge rounding") dont le rôle est de faciliter leur manipulation et d'éviter les bris de bords qui pourraient se produire si ces bords étaient saillants. Cependant, la présence de ces chanfreins empêche un bon 25 contact entre les plaques au niveau de leur périphérie, de sorte qu'il existe une zone périphérique sur laquelle la première plaque ou couche transférée est peu ou pas collée. Cette zone périphérique de la première plaque ou couche transférée doit donc être éliminée car elle est susceptible de se casser de façon non contrôlée et de contaminer la 30 structure par des fragments ou particules indésirables. A cet effet, une fois la plaque collée sur le support et après amincissement de celle-et, en procède généralement à un détourage de la couche transférée afin de retirer la zone périphérique (ayant la forme d'une couronne) sur laquelre s'etencient [es chanfreins. Le détourage est 35 11ahitu,illemen redlibe 3di usindau me( (inique not,imriu-nt par abrasion à partir de la surface exposée de la couche transférée et jusque dans la deuxième plaque support. Une fois l'opération de détourage achevée, le bord de la plaque est poli et une mesure de la largeur de la couronne retirée est réalisée. Cette mesure est répétée pour toutes les structures multicouches d'un même lot et les valeurs obtenues sont ultérieurement transmises à l'utilisateur final de ces structures (ces données font partie des spécifications demandées). La mesure de la largeur de couronne est généralement réalisée au moyen d'une caméra numérique montée sur un support à la verticale de la structure à observer. La caméra recueille des images du bord de la plaque qui sont ensuite analysées à l'aide d'un logiciel adéquat pour déterminer la valeur de la largeur de couronne. Cette mesure doit en outre être réalisée sur toute la circonférence de la plaque afin de vérifier le centrage du détourage. Il existe donc un besoin de disposer d'un dispositif permettant d'assurer, pour des structures multicouches ayant des diamètres différents, une mesure fiable et rapide de la largeur de couronne après qu'elles aient subi une opération de détourage de leur couche transférée. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de proposer un dispositif répondant à un tel besoin. Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à un dispositif pour la mesure de la largeur de couronne d'une structure multicouche comprenant un support plan et horizontal muni d'une tige fixe qui s'étend selon une direction sensiblement perpendiculaire à celui-ci, un bras de support de caméra monté de façon coulissante sur la tige et s'étendant selon une direction sensiblement parallèle au support plan, et un plateau destiné à recevoir la structure multicouche à mesurer et monté sur le support plan avec un degré de liberté en rotation et un degré de liberté en translation par rapport à celui-ci. Le fonotronnement du dispositif selon l'invention est le suivant. La structure mult1couphp pst déposée sur ip plateau, ce dernier étant 35 ansldro pour' posIboilnei d Loue peqInheilqu,' cle la sb Li( tui a rnesw(-1 d 1-11C Il _mi); t actionnée et le plateau est pivoté manuellement pour permettre de réaliser une mesure de la largeur de couronne sur toute la circonférence de la plaque. Ce dispositif permet ainsi de réaliser des mesures fiables et rapides. Par ailleurs, l'introduction d'un degré de liberté en translation du plateau par rapport au support plan rend le dispositif facilement et rapidement utilisable pour des structures de différents diamètres. En effet, en cas de changement de diamètre de la structure, seul le plateau est déplacé (en translation) pour permettre à la zone périphérique de la 10 structure à mesurer de venir à la verticale de la caméra. La caméra reste donc fixe, ce qui évite d'avoir à la manipuler avec les risques de déréglages et de chute de celle-ci que cela comporte. Le plateau peut être monté sur un chariot pouvant coulisser sur le support plan par l'intermédiaire de rails de guidage fixés sur ce dernier 15 de façon à conférer au plateau un degré de liberté en translation par rapport au support plan. Dans ce cas, les rails de guidage peuvent s'étendre selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction selon laquelle s'étend le bras de support et le chariot peut comprendre des patins aptes à pouvoir glisser le long des rails de guidage. Des moyens de 20 blocage en fin de course du chariot sur les rails de guidage sont avantageusement prévus. De plus, le plateau est de préférence monté de façon rotative sur le chariot de façon à conférer au plateau un degré de liberté en rotation par rapport au support plan. 25 Le dispositif peut comprendre en outre des moyens pour faire coulisser de façon manuelle le bras de support le long de la tige. Ces moyens permettent ainsi de réaliser la mise au point de l'objectif de la caméra sur la zone à mesurer sans avoir à manipuler la caméra, A cet effet, la tige peut comporter une vis sans fin actionnable par une molette 30 prévue à une extrémité supérieure de la vis permettant d'assurer manuellement un déplacement vertical du bras de support le long de la vis sans fin. B v 35 D'nutres caractéristiqu présente invention annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue schématique et en perspective d'un dispositif selon l'invention ; et - les figures 2 et 3 sont des vues du dispositif de la figure 1, respectivement en vue de côté et de dessus. Description détaillée d'un mode de réalisation Le dispositif selon l'invention est applicable à la mesure par caméra numérique de la largeur de couronne d'une structure multicouche ayant subi une opération de détourage de la couche transférée sur la plaque formant support. L'invention s'applique ainsi aux structures multicouches 100 (telles que celle représentée sur la figure 1) qui sont réalisées par collage par adhésion moléculaire d'une première plaque 102 (par exemple une plaque de silicium ou de type SOI) sur une deuxième plaque 104 ou support (par exemple en silicium ou en saphir), suivi d'un recuit de renforcement de collage, d'un amincissement de la première plaque pour former une couche transférée sur la deuxième plaque, et d'une opération de détourage. L'opération de détourage consiste plus précisément à retirer une zone périphérique de la couche transférée 102 afin d'éviter tout risque ultérieur de cassage de cette zone. Cette opération est généralement réalisée par usinage mécanique, par exemple par abrasion, d'une couronne à partir de la surface exposée de la couche transférée jusque dans la plaque 104 formant support. Une fois la zone périphérique gênante ainsi retirée, la largeur L de celle-ci est mesurée au moyen d'une caméra numérique montée sur un dispositif 10 tel que celui représenté sur les figures 1 à 3. Le dispositif 10 selon l'invention comprend notamment un support 12 plan et horizontal. Une tige 14 est montée sur ce support en étant fixe par rapport à celui-ci. Cette tige est plus particulièrement montée sur une potence 16 fixée sur le support plan 12. La tige s'étend salon une direction sensiblement perpendiculaire au support (c'est-à-dire une direction sensihfement vei ilealel Le dispositif selon l'invention comprend en outre un bras de support de caméra 18 qui est monté de façon coulissante sur la tige 14 en s'étendant selon une direction sensiblement parallèle au support plan 12 (c'est-à-dire selon une direction sensiblement horizontale). Par exemple, la tige 14 comporte une partie adoptant une forme de vis sans fin le long de laquelle peut se déplacer le bras de support 18, par actionnement d'une molette 20 solidaire de l'extrémité supérieure de la tige permettant d'assurer un déplacement vertical du bras de support le long de la vis sans fin. 10 Le dispositif selon l'invention comprend encore un plateau circulaire 22 sur lequel est destinée à être déposée la structure multicouche 100 à mesurer. Ce plateau est monté sur le support plan 12 avec un degré de liberté en rotation et un degré de liberté en translation par rapport à celui-ci. 15 Pour conférer au plateau son degré de liberté en translation, celui-ci est monté sur un chariot 24 pouvant coulisser sur le support plan par l'intermédiaire de deux rails de guidage 26 fixés sur ce dernier. Les rails de guidage peuvent s'étendre selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction selon laquelle s'étend le bras de support 18, 20 le chariot comprenant des patins 28 aptes à pouvoir glisser le long de ces rails (par exemple par l'intermédiaire de roulements à billes). Le déplacement du chariot (et donc du plateau) sur les rails de guidage 26 peut s'effectuer de façon manuelle ou automatisée. Des moyens pour assurer un blocage en fin de course du chariot peuvent 25 également prévus. Par exemple, ce blocage peut être réalisé par pincement automatique des patins sur les rails lorsque ces patins atteignent l'une ou l'autre extrémité des rails. Par ailleurs, de façon à conférer au plateau son degré de liberté en rotation, celui-ci est monté de façon rotative sur le chariot, par 30 l'exemple par l'intermédiaire d'un pied rotatif 30 centré sur l'axe de symétrie 32 du plateau (figure 2). De la sorte, le plateau peut être pivoté (par exemple manuellement) autour de l'axe 32 par rapport au chariot (par exemple par l'intermédiaire de roulements à billes)* Une camera numérique 34 est- montée sur le bras de support 18 35 J son objectif 34a teu!ncii verticale ment vers Stfl1dLlr-l' multicouche jeu( nteliemi ont t. A titre d'exemple, on choisira une caméra numérique ayant une largeur de champ d'environ 11,3mm pour une résolution de 1600 pixels. La caméra numérique 34 est reliée à un ordinateur 36 disposant d'un logiciel adéquat de traitement d'images permettant de calculer de façon automatique une distance sur une image, et notamment la largeur L de couronne de la structure multicouche 100 disposée sur le plateau 22. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention découle de manière évidente de ce qui précède. Après l'opération de détourage, la structure multicouche 100 est positionnée sur le plateau 22 du dispositif en assurant son centrage sur l'axe de rotation 32 du plateau. Par exemple, on pourra utiliser une empreinte circulaire et amovible (non représentée sur les figures) dont le diamètre correspond à celui de la structure multicouche détourée (par exemple de 150mm ou de 200mm), cette empreinte étant déposée sur le plateau du dispositif afin de caler la structure multicouche. L'ordinateur 36 est alors allumé et l'image obtenue par la caméra 34 affichée à l'écran. Le chariot 24 est ensuite déplacé le long des rails de guidage 26 pour faire en sorte que la zone périphérique de la couche transférée de la structure multicouche soit positionnée à la verticale de la caméra. Cette position obtenue, le chariot est bloqué en translation. Le réglage du fucus de la caméra est réalisé en actionnant la molette 20 qui déplace verticalement la caméra afin d'obtenir une image parfaitement nette de la zone périphérique observée. La mesure de la largeur L de couronne de la structure multicouche peut alors commencer au moyen du logiciel équipant l'ordinateur. Au cours de cette mesure, le plateau 22 est pivoté sur 360° autour de l'axe 32 par exemple manuellement ou bien de manière automatisée, afin de réaliser une mesure sur toute la circonférence de la couche transférée. On comprend ainsi que la mesure de la largeur de couronne de différentes structures multicouches peut être réalisée de manière simple, fiable et rapide. En particulier, aucune manipulation directe de la caméra n'est nécessaire, ce qui évite tout risque de déréglages et de chute de celle-ci. En outre, le cils-positif seion l'invention est aisement aclaptab!e à des structures multicouches de différentes dimensions, l'ajustement à des tailles diff r nt _s s effectuant simplement en cleplacant ie charlot le Und REVENDICATIONS, 1. Dispositif pour la mesure de la largeur de couronne d'une structure multicouche comprenant : un support (12) plan et horizontal muni d'une tige (14) fixe qui s'étend selon une direction sensiblement perpendiculaire à celui-ci ; un bras (18) de support de caméra monté de façon coulissante sur la tige et s'étendant selon une direction sensiblement parallèle au support plan ; et un plateau (22) destiné à recevoir la structure multicouche (loo) à mesurer et monté sur le support plan avec un degré de liberté en rotation et un degré de liberté en translation par rapport à celui-ci. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le plateau est monté sur un chariot (24) pouvant coulisser sur le support plan par l'intermédiaire de rails de guidage (26) fixés sur ce dernier de façon à conférer au plateau un degré de liberté en translation par rapport au support plan. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les rails de guidage s'étendent selon direction sensiblement perpendiculaire à la direction selon laquelle s'étend le bras de support. 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel le 25 chariot comprend des patins (28) aptes à pouvoir glisser le long des rails de guidage. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel le plateau est monté de façon rotative sur le chariot de façon 30 à conférer au plateau un degré de liberté en rotation par rapport au support plan. 6. Dispositif selon l'une quelconque es revendications 2 à 5, comprenant en outre des moyens e blocage en fin de course du chariot 35 sur les rails de guidage.. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre des moyens (14, 20) pour faire coulisser de façon manuelle le bras de support le long de la tige. 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel la tige (14) comporte une vis sans fin actionnable par une molette (20) prévue à une extrémité supérieure de la vis permettant d'assurer manuellement un déplacement vertical du bras de support le long de la vis sans fin. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le plateau est circulaire.