Brevet FR3095295A1 — publié le 20201023

Description Titre de l'invention : Dispositif d'inspection visuelle pour identifier la présence de défauts sur la face avant d'un substrat Domaine technique [0001] L'invention porte sur un dispositif d'inspection pour permettre de contrôler vi- suellement la présence de défauts sur un objet. L'invention trouve une application particulière dans le domaine des semi-conducteurs, pour permettre le contrôle visuel des défauts de surface de substrats semi-conducteurs. Arrière-plan technologique de l'invention [0002] Dans le domaine des semi-conducteurs, des défauts sont susceptibles d'apparaître à la surface des substrats dans/sur lesquels on forme des dispositifs semi-conducteurs, lors de la fabrication de ces substrats. [0003] En particulier, l'application de traitements thermiques ou de déformations plastiques au cours de la fabrication d'un substrat conduit à exercer sur lui des forces importantes, notamment des contraintes de cisaillement. Ces forces peuvent déformer le substrat et provoquer la formation de plans de fracture où la structure cristalline se décale par glissement. Ce phénomène peut être observé à la surface du substrat sous la forme de défauts appelés lignes de glissement (« slip lines » selon la terminologie anglo-saxonne). [0004] De tels défauts peuvent également apparaître au cours de l'hétéro-épitaxie de nitrure de gallium sur un substrat support de silicium monocristallin, par exemple par épitaxie en phase vapeur d'organométalliques. La différence des coefficients de dilatation thermique pouvant exister entre le substrat support et la couche de nitrure peut conduire à la génération de contraintes importantes dans ces éléments au cours de la formation en température de la couche et/ou suite à sa formation, et tout particulièrement lors du refroidissement de la structure. Lorsque le substrat support présente un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui de la couche de nitrure, cette couche est soumise, après sa formation en température et son retour à température ambiante, à des contraintes extensives pouvant conduire à sa fissuration. C'est notamment le cas lorsque la couche présente une épaisseur supérieure à quelques microns. 100051 Les lignes de glissement ou les fissures (plus généralement désignées sous le terme anglo-saxon « cracks ») prennent généralement naissance à la périphérie du substrat, et s'étendent en direction du centre du substrat. 100061 La longueur de ces défauts détermine le niveau de qualité du substrat. Pour dé- terminer la qualité du substrat, il est d'usage de définir une zone d'exclusion à la pé- 2 riphérie du substrat. Les défauts présents dans cette couronne ne sont pas pris en considération pour évaluer la qualité du substrat. En d'autres termes, la largeur de la zone d'exclusion définit le niveau de qualité souhaitée. Seuls les défauts suffisamment longs pour dépasser de la zone d'exclusion sont alors pris en compte pour qualifier le substrat. [0007] Une technique classiquement employée pour identifier les défauts dépassant de la zone d'exclusion consiste à placer un réglet le long de chacun des défauts afin d'en mesurer directement la longueur. [0008] Une telle technique présente l'inconvénient d'un risque de contamination de la face active du substrat par mise en contact de cette face avec le réglet. Cette technique présente également l'inconvénient de nécessiter dc mesurer chacun des défauts, le contrôle visuel sans instrument de mesure étant peu fiable. Objet de l'invention [0009] La présente invention vise à pallier au moins en partie aux inconvénients précités de l'état de la technique, en proposant un dispositif d'inspection visuelle simple et rapide à mettre en oeuvre, et qui n'impose pas la mise en contact d'un quelconque instrument avec la face active du substrat. Plus généralement, le dispositif d'inspection visuelle permet le contrôle visuel d'un défaut formé sur la surface d'un objet lorsque le défaut peut être caractérisé par son dépassement d'une zone d'exclusion située en périphérie de la surface de l'objet. Brève description de l'invention [0010] Pour ce faire, la présente invention propose un dispositif d'inspection visuelle pour identifier l'éventuelle présence de défauts sur une face dite avant d'un substrat, le dispositif d'inspection comprenant : - un support pour recevoir le substrat ; - un gabarit assemblé au support, le gabarit étant situé au-dessus et à distance de la face avant du substrat et recouvrant une zone périphérique de celle-ci lorsque le substrat est placé sur le support. [0011] Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : le gabarit est amovible ; le gabarit présente une forme annulaire ; le gabarit porte une série de graduations angulaires pour permettre de repérer un défaut identifié ; le support est destiné à recevoir le substrat au niveau d'une face arrière du substrat opposée à sa face avant et présente une encoche pour permettre la préhension du substrat par sa face arrière ; 3 le dispositif d'inspection visuelle comprend un pied, le support étant fixé au pied de manière à permettre sa rotation ; le dispositif d'inspection visuelle comprend des moyens de blocage de la rotation du support ; le matériau du support est du téflon ; [0012] Un autre objet de l'invention concerne un système d'inspection visuelle comprenant un dispositif d'inspection visuelle conforme à ce qui a été exposé ci-dessus, et au moins un gabarit complémentaire, le gabarit complémentaire recouvrant une zone périphérique de la face avant du substrat différente du gabarit. [0013] Selon une autre caractéristique avantageuse et non limitative de l'invention, le gabarit complémentaire recouvre une zone périphérique nulle de la face avant du substrat. Description des dessins [0014] D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la des- cription détaillée de mises en oeuvre et de modes dc réalisation nullement limitatifs, au regard de dessins annexés sur lesquels : [0015] [fig.1] La figure 1 représente un dispositif d'inspection visuelle conforme à l' invention ; [0016] [fig.2] La figure 2 représente un substrat destiné à être placé dans un dispositif d'inspection visuelle conforme à l'invention. Description détaillée de l'invention 100171 Par souci de simplification de la description à venir, les mêmes références sont utilisées pour des éléments identiques ou assurant la même fonction dans les différents modes de mise en oeuvre de l'invention. 100181 La figure 1 représente un dispositif d'inspection visuelle 1 conforme à la présente invention. 100191 Un tel dispositif permet d'identifier l'éventuelle présence de défauts 4 sur une face dite avant 3 d'un substrat 2, représenté sur la figure 2. 100201 Classiquement, le substrat 2 peut présenter un format standard, et être une plaquette semi-conductrice circulaire, d'un diamètre de 200 mm ou 300 mm par exemple. La plaquette semi-conductrice peut être constituée de silicium monocristallin (Si) d'orientation (100), ou plus souvent (111), mais peut également être constituée de tout autre matériau usuellement employé pour la croissance dans le domaine des semiconducteurs, tel que du saphir (A1203) ou du carbure de silicium (SiC) notamment. La plaquette semi-conductrice peut également être du type silicium sur isolant ou carbure de silicium sur isolant. 100211 Le substrat 2 peut également comprendre une couche déposée sur la plaquette semi- conductrice. [0022] La couche peut être une couche de nitrure, tel que du nitrure de gallium (GaN), déposée par hétéro-épitaxie, par exemple par épitaxie en phase vapeur d'organométalliques (EPVOM, ou « MetalOrganic Chemical Vapor Phase De-position » (MOCVD) selon la terminologie anglo-saxonne). Il peut également s'agir d'une hétérostructurc constituée d'un empilement de couches de nitrures, tels que des alternances de couches de nitrure de gallium et d'alliage de nitrure de gallium, par exemple du nitrure d'aluminium-gallium (ALGal_,N). [0023] Bien entendu, le substrat 2 n'est pas limité à de tels matériaux et modes de croissance, et peut être n'importe quel substrat employé dans le domaine des semiconducteurs. Par exemple, le dépôt de matériaux nitrures peut alternativement être effectué par épitaxie par jets moléculaires (EJM, ou « Molccular Beam Epitaxy » (MBE) selon la terminologie anglo-saxonne), par combinaison des méthodes d'épitaxie présentées ou par toute autre méthode connue. [0024] L'invention n'est pas non plus limitée aux formes de substrat décrites, le substrat 2 pouvant tout à fait être un substrat de forme rectangulaire, et présenter des dimensions différentes des dimensions standard évoquées. [0025] Quelle que soit la nature du substrat 2, celui-ci présente une face avant 3 active et une face arrière opposée à la face avant 3. La face avant 3 est susceptible de présenter des défauts 4, tels que des fissures ou des lignes de glissement, apparus généralement au cours de sa fabrication. Ces défauts présentent la particularité de naître au niveau de zones de contrainte existant sur le substrat 2 lors de sa fabrication. Ces zones de contrainte, généralement liées au maintien du substrat 2 par un support de fabrication, par exemple un support de fabrication annulaire ou ayant trois ou quatre points d'appuis, se situent à la périphérie du substrat 2. Tel que cela est bien visible sur la figure 2, les défauts 4 s'étendent ainsi depuis la périphérie vers l'intérieur de la face avant 3 du substrat 2. [0026] Selon leur longueur, les défauts 4 peuvent ou non caractériser une mauvaise qualité du substrat 2. Une zone d'exclusion 5 est ainsi définie à la périphérie du substrat 2, seuls les défauts 4 dépassant de la zone d'exclusion 5 nécessitant d'être repérés. La largeur de la zone d'exclusion 5 peut être librement choisie en fonction du niveau de qualité souhaité, et peut être par exemple de 5 mm ou de 10 mm tout autour du substrat 2. Bien entendu, ces valeurs ne sont aucunement limitatives de l'invention. [0027] L'invention n'est pas non plus limitée à la seule caractérisation des fissures ou des lignes de glissement, et peut permettre d'identifier la présence de n'importe quel défaut, par exemple des particules ou des rayures, formé ou disposé sur la face avant 3 du substrat 2 dès lors que ce défaut peut être caractérisé par son dépassement d'une zone d'exclusion 5 située en périphérie de la face avant 3 du substrat 2. En particulier, l'invention peut également permettre de vérifier une largeur de détourage. [0028] Revenant à la description de la figure 1, un dispositif d'inspection visuelle 1 conforme à la présente invention comprend un support 6 pour recevoir le substrat 2. [0029] Le support 6 peut être constitué d'une simple surface plane sur laquelle le substrat 2 est déposé au niveau de sa face arrière. Alternativement, la surface peut comporter un logement 7 de la dimension du substrat 2, destiné à recevoir le substrat 2. [0030] Avantageusement, la surface du support 6 présente une encoche 8 pour permettre la préhension du substrat 2 par sa face arrière. Une telle encoche 8 permet notamment de déposer le substrat 2 et de le retirer du support 6 sans avoir à le manipuler par sa face avant 3. La manipulation du substrat 2 peut alors se faire au moyen d'un bras ou d'une pipette à vide par exemple. [0031] Le support 6 est préférentiellement constitué d'un matériau non contaminant pour le substrat 2, par exemple du téflon. Un tel matériau permet d'éviter tout risque de contamination dû au contact de la face arrière du substrat 2 avec le support 6. [0032] Revenant à la description de la figure 1, un dispositif d'inspection visuelle 1 conforme à l'invention comprend également un gabarit 9 assemblé au support 6. [0033] Lorsque le substrat 2 est placé sur le support 6, le gabarit 9 est situé au-dessus et à distance de la face avant 3 du substrat 2. [0034] Le gabarit 9 n'est ainsi jamais en contact avec la face avant 3 du substrat 2, ce qui permet d'éviter toute contamination de celle-ci. Toutefois, afin d'améliorer la précision de l'inspection, le dispositif d'inspection 1 peut avantageusement comprendre des moyens pour régler la distance entre le gabarit 9 et le support 6 afin de minimiser la distance entre le gabarit 9 et le substrat 2 lorsque celui-ci est placé sur le support 2. [0035] Le gabarit 9 peut être amovible afin de faciliter la manipulation du substrat 2, et notamment son placement ou son retrait sur le support 6. [0036] En outre, la forme du gabarit 9 est telle que le gabarit 9 recouvre une zone péri- phérique de la face avant 3 du substrat 2 lorsque le substrat 2 est placé sur le support 6. Préférentiellement, cette zone périphérique correspond à la zone d'exclusion 5 définie précédemment. [0037] Pour ce faire, lorsque le substrat 2 est circulaire le gabarit 9 peut présenter une forme annulaire, dont le diamètre intérieur peut correspondre au diamètre de la zone d'exclusion 5 prédéfinie. Par exemple, dans le cas d'un substrat circulaire de 200 mm de diamètre, si l'on a défini une zone d'exclusion 5 de 5 mm tout autour du substrat 2, le diamètre intérieur du gabarit 9 peut être de 190 mm [0038] Bien entendu, si le substrat 2 n'est pas circulaire mais rectangulaire, le gabarit 9 peut présenter la forme d'un cadre sensiblement rectangulaire, dont les dimensions intérieures peuvent, de la même façon, correspondre aux dimensions du substrat 2 ôtées de la zone d'exclusion 5. 6 [0039] Quelles que soient la forme et les dimensions du substrat 2 et du gabarit 9, le dispositif d'inspection visuelle 1 permet d'identifier la présence de défauts 4 dépassant de la zone d'exclusion 5, sans risquer de contaminer la face avant active 3 du substrat 2, et sans nécessiter d'utiliser des instruments de mesure tels qu'un réglet. [0040] De manière particulièrement avantageuse, le gabarit 9 peut porter une série de gra- duations angulaires 10. De telles graduations 10 permettent, si un défaut 4 dépasse du diamètre intérieur du gabarit 9, de repérer ce défaut 4. Ainsi, si un substrat présente plusieurs défauts 4 identifiés, la série de graduation 10 permet de déterminer l'emplacement angulaire de chacun de ces défauts 4. [0041] Le dispositif d'inspection visuelle 1 peut comprendre un pied 11 sur lequel est fixé le support 6, le support 6 étant fixé au pied 11 de manière à permettre sa rotation. [0042] Une telle possibilité est particulièrement avantageuse dans le cas où une source de lumière fixe est utilisée pour faire apparaître les fissures ou les lignes de glissement, ces défauts étant souvent plus faciles à voir sous une certaine orientation de la lumière incidente. Dans cette situation, la rotation du support 6 permet de facilement orienter le substrat 2 pour voir les défauts 4, sans avoir à déplacer la source de lumière autour du dispositif 1. [0043] Le dispositif d'inspection visuelle 1 peut également comprendre des moyens de blocage 12 de la rotation du support 6 pour bloquer le substrat 2 dans l'orientation choisie. [0044] Pour plus de modularité, le dispositif d'inspection visuelle 1 peut être inclus dans un système d'inspection visuelle comprenant également au moins un gabarit complémentaire, le gabarit complémentaire recouvrant une zone périphérique différente du gabarit 9. [0045] En d'autres termes, un système d'inspection visuelle conforme à la présente invention comprend plusieurs gabarits de tailles différentes susceptibles d'être interchangés en fonction de la zone d'exclusion 5 choisie. Par exemple, le système d'inspection visuelle peut comprendre un gabarit 9 annulaire de 190 mm de diamètre, ainsi qu'un gabarit complémentaire annulaire de 180 min de diamètre. Le système peut comprendre toute une gamme de gabarits complémentaires de diamètres différents permettant de s'adapter à différents choix de largeurs de zone d'exclusion 5. [0046] Le système d'inspection visuelle peut également comporter un gabarit complé- mentaire recouvrant une zone périphérique nulle de la face avant 3 du substrat 2. [0047] Pour le dire autrement, un tel gabarit complémentaire présente un diamètre intérieur au moins égal, de préférence égal, au diamètre du substrat. Dans cette situation, le gabarit complémentaire présente préférentiellement une série de graduations, et permet de déterminer l'emplacement angulaire de tous les défauts présents à la périphérie du substrat 2, sans considération d'une zone d'exclusion 5. 7 [0048] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre décrits et l'on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. 8 REVENDICATIONS[Revendication I] Dispositif d'inspection visuelle (1) pour identifier l'éventuelle présence de défauts (4) sur une face dite avant (3) d'un substrat (2), le dispositif d'inspection (1) comprenant : - un support (6) pour recevoir le substrat (2) ; - un gabarit (9) assemblé au support (6), le gabarit (9) étant situé au-dessus et à distance de la face avant (3) du substrat (2) et recouvrant une zone périphérique de celle-ci lorsque le substrat (2) est placé sur le support (6). [Revendication 2] Dispositif d'inspection visuelle (1) selon la revendication précédente dans laquelle le gabarit (9) est amovible. [Revendication 3] Dispositif d'inspection visuelle (1) selon l'une des revendications pré- cédentes dans lequel le gabarit (9) présente une forme annulaire. [Revendication 4] Dispositif d'inspection visuelle (1) selon la revendication précédente dans lequel le gabarit (9) porte une série de graduations angulaires (10) pour permettre de repérer un défaut (4) identifié. [Revendication 5] Dispositif d'inspection visuelle (1) selon l'une des revendications pré- cédentes dans lequel le support (6) est destiné à recevoir le substrat (2) au niveau d'une face arrière du substrat (2) opposée à sa face avant (3) et présente une encoche (8) pour permettre la préhension du substrat (2) par sa face arrière. [Revendication 6] Dispositif d'inspection visuelle (1) selon l'une des revendications pré- cédentes comprenant un pied (11), le support (6) étant fixé au pied (11) de manière à permettre sa rotation. [Revendication 7] Dispositif d'inspection visuelle (1) selon la revendication précédente comprenant des moyens de blocage (12) de la rotation du support (6). [Revendication 8] Dispositif d'inspection visuelle (1) selon l'une des revendications pré- cédentes dans lequel le matériau du support (6) est du téflon. [Revendication 9] Système d'inspection comprenant un dispositif d'inspection visuelle (1) selon l'une des revendications précédentes, et au moins un gabarit complémentaire, le gabarit complémentaire recouvrant une zone périphérique de la face avant (3) du substrat. (2) différente du gabarit (9). [Revendication 10] Système d'inspection visuelle selon la revendication précédente dans lequel le gabarit complémentaire recouvre une zone périphérique nulle de la face avant (3) du substrat (2).