WO2016146460A1 - Dispositif et procede pour detecter des defauts dans des zones de liaison entre des echantillons tels que des wafers - Google Patents

Dispositif et procede pour detecter des defauts dans des zones de liaison entre des echantillons tels que des wafers Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for detecting defects in bonding areas between samples.
  • it relates to a device and a method for detecting voids or bubbles in bonding areas between samples of the wafer form.
  • the field of the invention is more particularly but in a non-limiting manner that of the control of connection areas in microelectronics, MEMs or integrated optics.
  • the thinning wafer is fixed temporarily by gluing on a rigid support such as a thicker wafer. This ensures the rigidity of the wafer to thin, to reduce its thickness uniformly.
  • the wafer is glued on its face which already includes structures, to be thinned by its rear face.
  • the support is very often polished, silicon or glass, and therefore transparent to optical wavelengths in the near infrared, the use of optical measurement through this support is possible.
  • document US 2012/0320380 describes an OCT type device with a dual configuration making it possible to measure the distances to the interfaces of a connection zone, or directly the thickness of this zone, and this in order to detect defects.
  • This system allows only one-off, therefore slow, measurements.
  • the known optical detection systems have the disadvantage of detecting or "seeing" also all the structures present on the surface of the wafer to be thinned. It is difficult in these conditions to distinguish the bubbles or voids of these structures, which further degrades the reliability and performance of automatic bubble detection algorithms implemented.
  • the desired bubbles can be in a thickness of glue, oxide, or be a gas pocket between two slices or two directly fused wafers.
  • Another object of the present invention is to propose such a device and such a method that allows rapid detection of defects on an extended surface.
  • the present invention also aims to provide such a device and such a method that allows rapid detection of bubbles in bonding areas between a thinning wafer and a support.
  • a measuring device for controlling a connection zone between samples comprising a low coherence interferometer illuminated by a polychromatic light source with a measurement arm passing through said connection zone and a reference arm,
  • At least one optical detector and optical and / or mechanical conditioning means arranged to allow the acquisition of at least two interference measurements with different phase conditions between a measuring optical beam from the measuring arm and a reference optical beam from the reference arm;
  • calculating means arranged for calculating a contrast information of said interferences, and searching on the basis of said fault contrast information in said connection zone.
  • the polychromatic light source may include any type of light source whose emission spectral width is sufficiently wide to ensure a very short coherence length, for example of the order of a few microns to a few tens of microns.
  • This light source may comprise, for example, a thermal source (halogen, ...), a light emitting diode (LED), a super-electroluminescent diode (SLED), ...
  • the interferometer is said to be "low coherence" insofar as it is illuminated by a light source with a short coherence length.
  • connection zone It is arranged so that the light of the source transmitted in the measuring arm passes through the connection zone, and thus generates a beam of measurement whose optical path depends on the local optical properties of the bonding zone.
  • the optical path (or the optical length) of a beam corresponds to the geometric distance traveled multiplied by the refractive index of the medium traversed.
  • the device according to the invention may comprise a low coherence interferometer operating in transmission.
  • This interferometer can be for example Mach-Zehnder type, with a measuring arm in which the measuring beam passes through the bonding zone.
  • the device according to the invention may comprise a low coherence interferometer operating in reflection.
  • connection zone the light coming from the optical source and injected into the measuring arm passes through the connection zone, and undergoes partial reflection on an interface of this connection zone (for example the face of the wafer in contact with the adhesive). , which makes it possible to generate a measurement beam which crosses (in return-return) the zone of connection.
  • the interferometer can then be arranged, for example, in a Michelson configuration, with a separating element such as a splitter plate or a splitter cube, a reference arm terminated by a mirror, and a measuring arm terminated by the connection zone. .
  • the interferometer may also be arranged in a Linnik configuration. This configuration is similar to the Michelson configuration, with the addition of optics or lenses inserted into the measurement and reference arms.
  • the device according to the invention may comprise mechanical conditioning means arranged to perform at least one of the following functions:
  • the mechanical conditioning means may comprise, for example, mechanical translation and / or rotation means.
  • the device according to the invention may comprise two optical detectors inserted in two output arms of the interferometer so as to allow the realization of two interference measurements in phase opposition.
  • the device according to the invention may comprise an interferometer arranged to allow the generation of a measurement beam and a reference beam with substantially orthogonal polarizations.
  • It may comprise, for example, an interferometer with a polarizing beam splitter element (for example a polarization separator cube) and quarterwave delay plates inserted into the measurement and reference arms.
  • a polarizing beam splitter element for example a polarization separator cube
  • quarterwave delay plates inserted into the measurement and reference arms.
  • the device according to the invention can then comprise:
  • optical conditioning means in the form of a phase modulator inserted between the interferometer and an optical detector;
  • optical conditioning means in the form of delay plates arranged to allow the acquisition of a plurality of interference measurements with different phase conditions.
  • the device according to the invention may comprise one or more optical detectors with a plurality of measurement pixels, and optical imaging elements arranged so as to image the connection area according to at least one field of view. on said one or more optical detectors.
  • the optical detector or detectors may comprise in particular a matrix detector or an in-line detector, for example of the CCD, CMOS or InGaAs type.
  • the device according to the invention may then comprise a full-field interferometer capable of producing measurements corresponding to different points of the connection area simultaneously on a plurality of pixels of the optical detector (s).
  • a measurement method for controlling a connection zone between samples implementing a low coherence interferometer illuminated by a polychromatic light source with a measuring arm passing through said connection zone and an arm.
  • the method according to the invention may comprise a step of searching for defects of the shape of voids or bubbles.
  • the contrast of the interferences depends on the difference in optical intensity detected between a constructive interference condition (measurement and phase reference beams) and a destructive interference condition (measurement and reference beams in phase opposition). or in other words, the difference in intensity between the light and dark fringes of the interferogram.
  • the contrast of the interferences is maximum when the optical paths of the reference and measurement waves are substantially identical. It decreases rapidly when the differences in optical paths between the reference and measurement beams become comparable to or greater than the coherence length of the source, to tend towards zero.
  • the measurement of the contrast of the interferences is to a large extent independent of the reflectivity or the small phase variations of the measurement beam.
  • the measurement is carried out in reflection with a measurement beam resulting from a reflection on an interface of the connection zone, it is much less disturbed by the presence of patterns at this interface than the methods of the prior art based on measurements of distance or thickness.
  • the invention thus allows a simple and robust detection of the presence of defects.
  • it makes it possible to detect all types of defects that locally generate a significant variation in refractive index.
  • the method according to the invention generally requires the acquisition of fewer images or measurements than the methods based on a measurement of the thickness of the bonding zone. It can therefore be executed much faster.
  • the invention thus makes it possible to detect faults at a high rate. It also allows a complete analysis of a link area (for example on a complete wafer), in a minimum of time.
  • the method according to the invention may comprise a step of adjusting the interferometer so that the optical path difference between the arm of the measurement and the reference arm is less than the coherence length of the light source when at least one of the following conditions is satisfied:
  • the measuring optical beam passes through part of the faultless connection zone
  • the measuring optical beam passes through part of the connection zone with a predetermined type of defect (for example a bubble or a void).
  • a predetermined type of defect for example a bubble or a void.
  • the fringe contrast is maximum in the absence of defects, and degrades in the presence of bubbles or other significant defects.
  • the fringe contrast is minimal or zero in the absence of defects, and increases in the presence of bubbles.
  • This adjustment step can be repeated periodically, during the control of a sample, for example to compensate for slow variations in the length of the optical path of the measuring beam in the absence of defects, particularly if the thickness or position of the the connection area varies.
  • the method according to the invention may comprise a step of comparing a contrast information with a threshold or a range of contrast values.
  • the result of this comparison can be used to identify a presence or absence of a fault.
  • This threshold or range of values can be fixed or predefined.
  • This threshold or range of values can also be variable or adaptive. This may for example make it possible to locally adjust the fault detection criteria in the presence of slow variations in the length of the optical path of the measurement beam from one measurement to the other in the absence of defects. In this case, the defects appear as significant local variations in the contrast and can be detected by applying a threshold or local value range criterion.
  • the method according to the invention can comprise steps:
  • the method according to the invention may comprise a step of sequentially acquiring a plurality of interference measurements by varying at an optical detector the phase difference between the measurement beam. and the reference beam.
  • the method according to the invention may comprise a step of acquiring a plurality of interference measurements on a plurality of optical detectors with different phase shifts between the measurement beams and the reference beams. respectively incident on said optical detectors.
  • the method according to the invention can be implemented for the detection of defects in a bonding zone or bonding between samples of which at least one is in the form of a wafer.
  • FIG. 1 illustrates a first device embodiment according to the invention
  • FIG. 3 illustrates a second device embodiment according to the invention
  • FIG. 4 illustrates a third device embodiment according to the invention
  • FIG. 5 illustrates a fourth device embodiment according to the invention.
  • optical elements necessary for conditioning the optical beams are only partially represented.
  • Figs. 1 to Fig. 5 illustrate different embodiments of device according to the invention which implement a low coherence interferometer operating in reflection.
  • This interferometer is arranged to perform measurements in a bonding zone 18 filled with adhesive and located between a wafer 17 to thin and a support 16. The measurement is carried out through the support 16.
  • the wafer 17 is already processed and its surface facing the connection zone 18 may be metallized and / or comprise engraved or deposited structures.
  • the interferometer is illuminated by a wide-spectrum source 10.
  • this source is a halogen source which has a broad spectrum in the near infrared, capable of traversing silicon layers.
  • the light of the source 10 is directed towards a separator plate 13 which constitutes the heart of the interferometer.
  • This separator blade 13 separates the light from the source into a reference beam 20 which travels a reference arm of the interferometer, and a measurement beam 21 which travels a measuring arm of this interferometer.
  • the reference beam 20 is reflected by a reference mirror 14.
  • the measurement beam 21 is directed towards the connection zone 18. It passes through it to be reflected on the surface of the wafer 17.
  • the reference and measuring beams 20 are then directed to a detector 11 which makes it possible to measure the interference.
  • the detector 11 is an InGaAs-type linear detector, which makes it possible to obtain a high sensitivity in the infrared and high acquisition rates.
  • the detector 11 is a matrix detector, preferably of the CMOS type.
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • the device also comprises imaging elements (lenses, lenses, insulators, etc.) which make it possible to illuminate the connection zone 18 according to a measurement field, and to image this measurement field on the detector 11. These elements imaging images are shown schematically in the form of lenses 12.
  • the reference mirror 14 is mounted on mechanical translation elements 15 which make it possible to move it in order to vary the difference in optical paths between the measurement beams 21 and reference beams 20.
  • these mechanical translation elements 15 comprise a Piezoelectric actuator that allows precise and fast movements.
  • the reference mirror 14 comprises a part movable in rotation about an axis of rotation substantially parallel to the axis of the reference beam 20.
  • This rotating part has a profile that modulates the optical path length of the reference beam 20 during its rotation.
  • Fig. 2 illustrates the measurement principle of the invention.
  • the measuring beam 21a illustrates a measurement situation in a "normal" zone, without defects, of the connection zone 18: it crosses this connection zone 18 through a homogeneous thickness of adhesive before being reflected on the surface of the wafer 17.
  • the measuring beam 21b illustrates a measurement situation in an area of the bonding zone 18 with a bonding defect: it passes through this bonding zone 18 through a gas bubble 19 before being reflected on the surface of the bonding zone 18. wafer 17.
  • the interferometer is balanced so that the length of the optical path of the reference beam 20 is substantially equal to the length of the measuring beam 21 in the situation where it results from a reflection on the surface of the wafer 17 through the connecting zone 18 with a normal thickness of glue.
  • This situation corresponds to that of the measuring beam 21a of FIG. 2.
  • This measuring method is implemented in computing means 25 of computer type, microcontroller, ... which are arranged so as to control the acquisition of the measurements. and perform other operations necessary for the operation of the device.
  • the interferometer is balanced to achieve the condition of optical path equality in a predefined measurement condition (for example the "normal" measurement situation 21a).
  • the reference mirror 14 is moved in successive steps to acquire with the optical detector 10 interference images in the field of view with different OPD optical path difference (or phase shift) conditions.
  • interference images must be acquired so as to allow the interferogram 23 to be sampled under conditions which make it possible to deduce therefrom a contrast (or amplitude) information.
  • phase-shift reconstruction technique is preferably used. generating movements of the reference mirror 14 adapted. For example, we can acquire three images 120 degrees out of phase.
  • a contrast image is then calculated in which each point is representative of the variation of intensity at this point between the different interference images.
  • the intensity of the contrast image can vary continuously.
  • adaptive thresholding or detection of local variations can be applied to locate the defects.
  • FIG. 1 has the disadvantage of requiring the acquisition of several successive images, which can be expensive in time.
  • the method according to the invention even in this mode of implementation, therefore remains much faster and more robust than the methods of the prior art which require measuring the thickness variations of the connection zone 18. in this case, it would be necessary to sample the entire interferogram 23 between the planes 23a and 23b, and thus to acquire many more images.
  • the interferometer is illuminated by a broad-spectrum source 10, of halogen type.
  • the light of the source 10 is directed towards a separator plate 13 which constitutes the heart of the interferometer.
  • the separator plate 13 separates the light from the source into a reference beam 20 which travels a reference arm of the interferometer, and a measurement beam 21 which travels a measurement arm of this interferometer.
  • the reference beam 20 is reflected by a reference mirror 14.
  • the measuring beam 21 is directed towards the connection zone 18. It passes through it to be reflected on the surface of the wafer 17.
  • the reference and measuring beams 21 are then recombined by the separator plate 13 of the interferometer to generate two pairs of reference and measuring beams 21 emerging respectively on the two faces of this separating plate 13.
  • a first pair of reference and measurement beams 20 is directed to a first optical detector 30.
  • the second pair of reference and measuring beams 21 is directed (at least partially) towards a second optical detector 32 by means of a detection divider plate 31 inserted between the separator plate 13 of the interferometer and the optical source 10. .
  • the device also comprises imaging elements (lenses, lenses, insulators, etc.) that make it possible to illuminate the connection zone 18 according to a measurement field, and to image this measurement field on the first detector 30 and the second optical detector 32.
  • imaging elements are shown schematically in the form of lenses 12.
  • This embodiment allows the simultaneous acquisition of two anti-phase interference images on the first optical detector 30 and the second optical detector 32, respectively. This result is achieved by the fact that the separator blade of the interferometer 13 introduces (like most couplers) a phase shift of -90 degrees on the beams reflected with respect to transmitted beams.
  • the two optical detectors 30, 32 obtain images whose difference in intensity is representative of this contrast.
  • first and second linear optical sensors 30, 32 of the InGaAs type are implemented. Indeed, such detectors have a sufficient sensitivity in the infrared to allow for example measurement rates of the order of 20 000 lines per second, which allows to measure the surface of a wafer 300 mm in minutes.
  • the interferometer is balanced to achieve the optical path equality condition in a predefined measurement condition (for example the "normal" measurement situation 21a).
  • measurement lines are acquired simultaneously with the first optical detector 30 and the second optical detector 32.
  • the wafer is moved relative to the interferometer between the acquisitions to enable acquisition of measurements on a surface. This displacement can be continuous, at constant speed.
  • a contrast image is then calculated, for example by performing a ratio of the difference of the interference images and their sum.
  • This embodiment provides better contrast measurements than that of FIG. 3, while maintaining a high measurement rate.
  • the interferometer is in the form of a circulator: It comprises a separator element 41 in the form of a polarization separator cube 41;
  • the light coming from the source 10 (with a broad spectrum, of the halogen type as previously) is polarized at 45 degrees from the axes of the separator cube 41 by an input polarizer 40;
  • quarter-wave delay blades 42 are inserted into the measurement and reference arms of the interferometer, with their axis placed at 45 degrees from the polarization of the incident light;
  • the measuring beams 21 and reference beams 20 emerge on one side of the separator cube 41 with crossed polarizations.
  • the interferometer is preferably in a Linnik configuration, with imaging optics 12 inserted into the measurement and reference arms, to minimize divergence of the beams as the polarizing elements pass.
  • the detection is performed by an electrooptic modulator 43, a polarizer 44 and an optical detector 45 in the form of a linear camera, preferably InGaAs.
  • the electro-optical modulator 43 is arranged so that its neutral axes are aligned with the respective polarizations of the measurement beams 21 and reference 20 which pass through it. It thus makes it possible to introduce a phase shift between the measurement beams 21 and the reference beams 20, as a function of the applied voltage.
  • the polarizer 44 makes it possible to recombine and interfere with the measurement beams 21 and reference beams 20 at the level of the optical detector 45. It is oriented at 45 degrees with respect to the polarizations of the measurement beams 21 and reference beams 20.
  • the interferometer is balanced to achieve the optical path equality condition in a predefined measurement condition (for example the "normal" measurement situation 21a).
  • These acquisitions can be made at rates of several kilohertz, because they are limited only by the bandwidth of the electro-optical modulator (and the rate of the optical detector if any).
  • phase stepping phase shift interferogram
  • the interferometer is in the form of a circulator as described in connection with the embodiment of FIG. 4.
  • the measurement beams 21 and reference beams 20 emerge from one side of the separator cube 41 of the interferometer with crossed polarizations.
  • the detection is carried out by three sets constituted respectively:
  • a non-polarizing detection separator blade 50 for taking off part of the measuring and reference beams 20;
  • a delay blade 51 whose axes are aligned with the polarizations of the measurement beams 21 and 20;
  • an optical detector 53 in the form of a linear camera, preferably InGaAs;
  • a polarizer 52 placed in front of the optical detector 53, and after the detection delay blade 51 if appropriate.
  • This polarizer 52 is oriented at 45 degrees with respect to the polarizations of the measuring beams 21 and reference 20, so as to recombine them and interfere with them on the optical detector 53.
  • two delay blades 51 of third-wave type one of which is oriented with its fast axis parallel to the polarization of the reference beam 20, and the other with its fast axis perpendicular to the polarization of the reference beam 20.
  • interference measurements Ii, I 2 , I3 are obtained phase-shifted by -120 degrees, 0, + 120 degrees respectively.
  • the interferometer is balanced to achieve the optical path equality condition in a predefined measurement condition (for example the "normal" measurement situation 21a).

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de mesure pour contrôler une zone de liaison (18) entre des échantillons (16, 17), comprenant (i) un interféromètre à faible cohérence illuminé par une source de lumière polychromatique avec un bras de mesure traversant ladite zone de liaison (18) et un bras de référence, (ii) au moins un détecteur optique (10) et des moyens de conditionnement optiques et/ou mécaniques (15) agencés pour permettre l'acquisition d'au moins deux mesures d'interférences avec des conditions de phase différentes entre un faisceau optique de mesure (21) issu du bras de mesure et un faisceau optique de référence (20) issu du bras de référence; et (iii) des moyens de calcul (25) agencés pour calculer une information de contraste desdites interférences, et rechercher sur la base de ladite information de contraste des défauts (19) dans ladite zone de liaison (18).

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE POUR DETECTER DES DEFAUTS DANS DES ZONES DE LIAISON ENTRE DES ECHANTILLONS TELS QUE DES WAFERS
Domaine technique
La présente invention concerne un dispositif et un procédé pour détecter des défauts dans des zones de liaison entre des échantillons. Elle concerne en particulier un dispositif et un procédé pour détecter des vides ou des bulles dans des zones de liaison entre des échantillons de la forme de wafers.
Le domaine de l'invention est plus particulièrement mais de manière non limitative celui du contrôle de zones de liaison en microélectronique, MEMs ou optique intégrée.
Etat de la technique antérieure
Lors de la mise en œuvre de certains procédés d'intégration tridimensionnelle de circuits intégrés, notamment par empilage, il est nécessaire d'amincir des wafers en réalisant des opérations de meulage ou de polissage. Pour réaliser ces opérations, le wafer à amincir est fixé temporairement par collage sur un support rigide tel qu'un wafer plus épais. Cela permet de garantir la rigidité du wafer à amincir, pour pouvoir réduire son épaisseur de manière uniforme. De manière habituelle, le wafer est collé selon sa face qui comprend déjà des structures, pour être aminci par sa face arrière.
Il arrive que des bulles de gaz ou des vides se forment dans la zone de liaison constituée par la couche de colle permettant de réaliser l'assemblage. Le gaz étant compressible, le wafer à amincir se déforme en regard des bulles lors du passage de la meuleuse et son épaisseur finale se trouve plus élevée à ces endroits. La perte d'homogénéité de d'épaisseur obtenue compromet le reste du procédé de fabrication. Cet effet est particulièrement gênant avec des bulles dont le diamètre est supérieur à quelques dizaines des microns.
Il est donc nécessaire de pouvoir repérer la présence de bulles après l'assemblage ou le collage du wafer sur le support et avant l'opération de meulage. En outre, ce contrôle doit être effectué de manière rapide, par exemple en moins de 10 minutes pour la totalité de la surface. La microscopie acoustique et la tomographie X sont efficaces pour détecter ce type de défauts. Toutefois, leur mise en œuvre est délicate : les temps d'acquisition sont longs, et le wafer doit être trempé dans un bain pour la microscopie acoustique.
Dans la mesure où le support est très souvent poli, en silicium ou en verre, et donc transparent aux longueurs d'ondes optiques dans le proche infrarouge, le recours à une mesure optique au travers de ce support est envisageable.
On connaît par exemple le document US 2012/0320380 qui décrit un dispositif de type OCT avec une double configuration permettant de mesurer les distance jusqu'aux interfaces d'une zone de liaison, ou directement l'épaisseur de cette zone, et ceci afin de détecter les défauts. Ce système ne permet toutefois que des mesures ponctuelles, donc lentes.
On connaît également le document US 2014/0333936 qui décrit un interféromètre optique à champ plein qui permet de mesurer l'épaisseur d'une zone de liaison selon un champ de vue.
Les systèmes de détection optique connus ont toutefois l'inconvénient de détecter ou de « voir » également toutes les structures présentes à la surface du wafer à amincir. Il est difficile dans ces conditions de distinguer les bulles ou les vides de ces structures, ce qui dégrade d'autant la fiabilité et les performances des algorithmes de détection automatique de bulles mis en œuvre.
De manière plus générale, ce problème de détection de bulles ou de vides se pose pour tous type de liaison. Ainsi, les bulles recherchées peuvent se situer dans une épaisseur de colle, d'oxyde, ou bien être une poche de gaz entre deux tranches ou deux wafers directement fusionnés.
De même, ce problème de détection de bulles ou de vides peut se poser pour tous type de liaison entre des échantillons qui ne sont pas des wafers, dans d'autres contextes que la microélectronique.
La présente invention a pour objet de proposer un dispositif et un procédé qui permet une détection rapide et robuste de défauts tels que des bulles ou des vides dans une zone de liaison entre des échantillons dont au moins l'un est sensiblement transparent à des longueurs d'ondes optiques. La présente invention a également pour objet de proposer un tel dispositif et un tel procédé qui ne soit pas perturbé par la présence de reliefs ou de motifs dans la zone de liaison.
La présente invention a également pour objet de proposer un tel dispositif et un tel procédé qui permette une détection rapide de défauts sur une surface étendue.
La présente invention a également pour objet de proposer un tel dispositif et un tel procédé qui permette une détection rapide de bulles dans des zones de collage entre un wafer à amincir et un support.
Exposé de l'invention
Cet objectif est atteint avec un dispositif de mesure pour contrôler une zone de liaison entre des échantillons, comprenant un interféromètre à faible cohérence illuminé par une source de lumière polychromatique avec un bras de mesure traversant ladite zone de liaison et un bras de référence,
Lequel dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
- au moins un détecteur optique et des moyens de conditionnement optiques et/ou mécaniques agencés pour permettre l'acquisition d'au moins deux mesures d'interférences avec des conditions de phase différentes entre un faisceau optique de mesure issu du bras de mesure et un faisceau optique de référence issu du bras de référence ; et
- des moyens de calcul agencés pour calculer une information de contraste desdites interférences, et rechercher sur la base de ladite information de contraste des défauts dans ladite zone de liaison.
La source de lumière polychromatique peut comprendre tout type de source de lumière dont la largeur spectrale d'émission est suffisamment large pour garantir une longueur de cohérence très courte, par exemple de l'ordre de quelques microns à quelques dizaines de microns. Cette source de lumière peut comprendre, par exemple, une source thermique (halogène, ...), une diode électroluminescente (LED), une diode super-électroluminescente (SLED), ...
L'interféromètre est dit « à faible cohérence » dans la mesure où il est illuminé par une source de lumière à faible longueur de cohérence.
Il est agencé de sorte que la lumière de la source transmise dans le bras de mesure traverse la zone de liaison, et génère ainsi un faisceau de mesure dont le trajet optique dépend des propriétés optiques locales de la zone de liaison.
On rappelle que le trajet optique (ou la longueur optique) d'un faisceau correspond à la distance géométrique parcourue multipliée par l'indice de réfraction du milieu traversé.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre un interféromètre à faible cohérence fonctionnant en transmission.
Cet interféromètre peut être par exemple de type Mach-Zehnder, avec un bras de mesure dans lequel le faisceau de mesure traverse la zone de liaison.
Suivant des modes de réalisation préférentiels, le dispositif selon l'invention peut comprendre un interféromètre à faible cohérence fonctionnant en réflexion.
Dans ce cas, la lumière issue de la source optique et injectée dans le bras de mesure traverse la zone de liaison, et subit une réflexion partielle sur une interface de cette zone de liaison (par exemple la face du wafer en contact avec la colle), ce qui permet de générer un faisceau de mesure qui traverse (en aller-retour) la zone de liaison.
L'interféromètre peut être alors agencé par exemple selon une configuration de Michelson, avec un élément séparateur tel qu'une lame séparatrice ou un cube séparateur, un bras de référence terminé par un miroir, et un bras de mesure terminé par la zone de liaison.
L'interféromètre peut également être agencé selon une configuration de Linnik. Cette configuration est similaire à la configuration de Michelson, avec en plus des optiques ou des objectifs insérés dans les bras de mesure et de référence.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre des moyens de conditionnement mécaniques agencés de sorte à réaliser au moins l'une des fonctions suivantes :
- faire varier la différence de trajet optique entre le bras de mesure et le bras de référence de l'interféromètre ;
- déplacer l'interféromètre relativement à la zone de liaison de sorte à faire varier le trajet optique dans le bras de mesure ; - générer un déplacement le long de l'axe du faisceau optique de référence d'un élément réfléchissant de sorte à faire varier le trajet optique dans le bras de référence ;
Les moyens de conditionnement mécanique peuvent comprendre, par exemple, des moyens de translation et/ou de rotation mécaniques.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre deux détecteurs optiques insérés dans deux bras de sortie de l'interféromètre de sorte à permettre la réalisation de deux mesures d'interférences en opposition de phase.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre un interféromètre agencé de sorte à permettre la génération d'un faisceau de mesure et d'un faisceau de référence avec des polarisations sensiblement orthogonales.
Il peut comprendre par exemple un interféromètre avec un élément séparateur de faisceaux polarisant (par exemple un cube séparateur de polarisations) et des lames à retard quart d'onde insérées dans les bras de mesure et de référence.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre alors :
- un moyen de conditionnement optique sous la forme d'un modulateur de phase inséré entre l'interféromètre et un détecteur optique ;
- une pluralité de détecteurs optiques, et des moyens de conditionnent optiques sous la forme de lames à retard agencées de sorte à permettre l'acquisition d'une pluralité de mesures d'interférences avec des conditions de phase différentes.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre un ou des détecteurs optiques avec une pluralité de pixels de mesure, et des éléments optiques d'imagerie agencés de sorte à imager selon au moins un champ de vue la zone de liaison sur ledit ou lesdits détecteurs optiques.
Le ou les détecteurs optiques peut comprendre notamment un détecteur matriciel ou en ligne, par exemple de type CCD, CMOS ou InGaAs.
Le dispositif selon l'invention peut alors comprendre un interféromètre à plein champ apte à produire des mesures correspondant à différents points de la zone de liaison simultanément sur une pluralité de pixels du ou des détecteurs optiques.
Suivant un autre aspect, il est proposé un procédé de mesure pour contrôler une zone de liaison entre des échantillons, mettant en œuvre un interféromètre à faible cohérence illuminé par une source de lumière polychromatique avec un bras de mesure traversant ladite zone de liaison et un bras de référence,
lequel procédé comprenant des étapes :
- d'acquisition d'au moins deux mesures d'interférences avec des conditions de phase différentes entre un faisceau optique de mesure issu du bras de mesure et un faisceau optique de référence issu du bras de référence
- de calcul d'une information de contraste desdites interférences ; et
- de recherche, sur la base de ladite information de contraste, de défauts dans ladite zone de liaison.
Suivant un mode de mise en œuvre préférentiel, le procédé selon l'invention peut comprendre une étape de recherche de défauts de la forme de vides ou de bulles.
Le contraste des interférences dépend de la différence d'intensité optique détectée entre une condition d'interférence constructive (faisceaux de mesure et de référence en phase) et une condition d'interférence destructive (faisceaux de mesure et de référence en opposition de phase), ou en d'autres termes de la différence d'intensité entre les franges claires et sombres de l'interférogramme.
Dans un interféromètre à faible cohérence (ou illuminé par une source à faible longueur de cohérence), le contraste des interférences est maximal lorsque les trajets optiques des ondes de référence et de mesure sont sensiblement identiques. Il diminue rapidement lorsque les différences de trajets optiques entre les faisceaux de référence et de mesure deviennent comparables ou supérieurs à la longueur de cohérence de la source, pour tendre vers zéro.
Des défauts tels que des bulles induisent des différences de trajet optique dans la zone de liaison, du fait de la différence d'indice de réfraction : - la longueur optique Ln d'une zone de liaison d'épaisseur E remplie de colle d'indice n est Ln = nE ;
- la longueur optique Lv d'une zone de liaison d'épaisseur E sans colle (avec un vide ou une bulle donc) est Lv = E ;
Ainsi, la présence d'une bulle induit une variation de longueur optique de la zone de liaison égale à dl_ = Lv-Ln = (l-n)E.
Si la mesure d'effectué en réflexion, la variation de longueur optique « vue » par le faisceau de mesure est doublée : dl_ = 2(l-n)E.
Ainsi, selon l'invention, en utilisant une source de lumière dont la longueur de cohérence est suffisamment courte, et en ajustant la longueur des bras de mesure et de référence de l'interféromètre de manière adéquate, on peut détecter à partir d'une mesure de contraste des interférences la présence d'un défaut qui induit une différence de trajet optique dl_ dans le bras de mesure.
Suivant un aspect particulièrement avantageux de l'invention, la mesure du contraste des interférences est dans une large mesure indépendant de la réflectivité ou et des faibles variations de phase du faisceau de mesure. Ainsi, par exemple, si la mesure est effectuée en réflexion avec un faisceau de mesure issu d'une réflexion sur une interface de la zone de liaison, elle est beaucoup moins perturbée par la présence de motifs à cette interface que les méthodes de l'art antérieur basées sur des mesures de distance ou d'épaisseur.
L'invention permet ainsi une détection simple et robuste de la présence de défauts. En outre elle permet de détecter tous types de défauts qui engendrent localement une variation d'indice de réfraction significative.
Suivant un autre aspect particulièrement avantageux, le procédé selon l'invention nécessite en général l'acquisition de moins d'images ou de mesures que les procédés basés sur une mesure de l'épaisseur de la zone de liaison . Il peut donc être exécuté de manière beaucoup plus rapide.
L'invention permet ainsi une détection de défauts à grande cadence. Elle permet également une analyse complète d'une zone de liaison (par exemple sur un wafer complet), dans un minimum de temps.
Le procédé selon l'invention peut comprendre une étape de réglage de l'interféromètre de sorte que la différence de trajet optique entre le bras de mesure et le bras de référence soit inférieure à la longueur de cohérence de la source de lumière lorsqu'au moins l'une des conditions suivantes est satisfaite :
- le faisceau optique de mesure traverse une partie de la zone de liaison sans défaut ;
- le faisceau optique de mesure traverse une partie de la zone de liaison avec un défaut de nature prédéterminée (par exemple une bulle ou un vide).
Dans le premier cas, le contraste de frange est maximal en l'absence de défauts, et se dégrade en présence de bulles ou d'autres défauts significatifs.
Dans le second cas, le contraste de franges est minimal ou nul en l'absence de défauts, et augmente en présence de bulles.
Cette étape de réglage peut être répétée périodiquement, lors du contrôle d'un échantillon, par exemple pour compenser des variations lentes de longueur du trajet optique du faisceau de mesure en l'absence de défauts, en particulier si l'épaisseur ou la position de la zone de liaison varie.
Suivant des modes de mise en œuvre, le procédé selon l'invention peut comprendre une étape de comparaison d'une information de contraste avec un seuil ou une plage de valeurs de contraste.
Le résultat de cette comparaison peut être utilisé pour identifier une présence ou une absence de défaut.
Ce seuil ou cette plage de valeurs peuvent être fixes ou prédéfinis.
Ce seuil ou cette plage de valeurs peuvent également être variables ou adaptatifs. Cela peut permettre par exemple d'ajuster localement les critères de détection de défauts en présence de variations lentes de longueur du trajet optique du faisceau de mesure d'une mesure à l'autre en l'absence de défauts. Dans ce cas, les défauts apparaissent comme des variations locales importantes du contraste et ils peuvent être détectés en appliquant un critère de seuil ou de plage de valeur local .
Suivant des modes de mise en œuvre, le procédé selon l'invention peut comprendre des étapes :
- d'acquisition d'une pluralité de mesure de contraste ; et
- de détection de variations locales du contraste dans ladite pluralité de mesure de contraste, afin de détecter les défauts. Suivant des modes de mise en œuvre, le procédé selon l'invention peut comprendre une étape d'acquisition séquentielle d'une pluralité de mesures d'interférences en faisant varier au niveau d'un détecteur optique la différence de phase entre le faisceau de mesure et le faisceau de référence.
Suivant des modes de mise en œuvre, le procédé selon l'invention peut comprendre une étape d'acquisition d'une pluralité de mesures d'interférences sur une pluralité de détecteurs optiques avec des déphasages différents entre les faisceaux de mesure et les faisceaux de référence respectivement incidents sur lesdits détecteurs optiques.
Ces acquisitions peuvent être simultanées.
Suivant des modes de mise en œuvre, le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre pour la recherche de défauts dans une zone de liaison ou de collage entre des échantillons dont au moins l'un est de la forme d'un wafer.
Description des figures et modes de réalisation
D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :
- la figure 1 illustre un premier mode de réalisation de dispositif selon l'invention,
- la figure 2 illustre le principe de la mesure,
- la figure 3 illustre un second mode de réalisation de dispositif selon l'invention,
- la figure 4 illustre un troisième mode de réalisation de dispositif selon l'invention,
- la figure 5 illustre un quatrième mode de réalisation de dispositif selon l'invention.
Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur.
En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
Pour des raisons de clarté, seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention sont représentés sur les figures. Les autres éléments dont la mise en œuvre est classique et ne pose pas de problèmes particuliers à l'homme du métier sont en en général omis ou présentés sous une forme purement schématique.
En particulier, les éléments optiques nécessaires au conditionnement des faisceaux optiques (lentilles, lames de compensation, ...) ne sont représentés que partiellement.
De même, les éléments mécaniques nécessaires au maintien des échantillons (support de wafer, éventuellement support à aspiration ou à vide) ne sont pas représentés.
Il est bien entendu que les éléments communs aux différents modes de réalisation présentés ne sont pas systématiquement décrits pour chacun d'entre eux, pour des raisons de concision.
Les Fig . 1 à Fig. 5 illustrent différents modes de réalisation de dispositif selon l'invention qui mettent en œuvre un interféromètre à faible cohérence fonctionnant en réflexion.
Cet interféromètre est agencé pour effectuer des mesures dans une zone de liaison 18 remplie de colle et localisée entre un wafer 17 à amincir et un support 16. La mesure s'effectue au travers du support 16.
En pratique, le wafer 17 est déjà processé et sa surface en regard de la zone de liaison 18 peut être métallisée et/ou comporter des structures gravées ou déposées.
Dans les modes de réalisation présentés en relation avec les Fig . 1 à
Fig. 5, l'interféromètre est illuminé par une source 10 à spectre large. De préférence, cette source est une source halogène qui présente un spectre étendu dans le proche infrarouge, capable de traverser des couches de silicium.
En référence à la Fig. 1, on va maintenant décrire en détail un premier mode de réalisation de l'invention.
La lumière de la source 10 est dirigée vers une lame séparatrice 13 qui constitue le cœur de l'interféromètre.
Cette lame séparatrice 13 sépare la lumière de la source en un faisceau de référence 20 qui parcours un bras de référence de l'interféromètre, et un faisceau de mesure 21 qui parcours un bras de mesure de cet interféromètre.
Le faisceau de référence 20 est réfléchi par un miroir de référence 14. Le faisceau de mesure 21 est dirigé vers la zone de liaison 18. Il la traverse pour être réfléchi sur la surface du wafer 17.
Les faisceaux de référence 20 et de mesure 21 sont ensuite dirigés vers un détecteur 11 qui permet d'en mesurer les interférences.
Suivant un mode de réalisation préférentiel, le détecteur 11 est un détecteur linéaire de type InGaAs, qui permet d'obtenir une sensibilité élevée dans l'infrarouge et des cadences d'acquisition élevées.
Suivant un autre mode de réalisation, le détecteur 11 est un détecteur matriciel, de préférence de type CMOS. Un tel détecteur a l'avantage d'être moins onéreux, tout en permettant des cadences d'acquisition acceptables.
Le dispositif comprend également des éléments d'imagerie (lentilles, objectifs, isolateurs ...) qui permettent d'illuminer la zone de liaison 18 selon un champ de mesure, et d'imager ce champ de mesure sur le détecteur 11. Ces éléments d'imagerie sont représentés schématiquement sous la forme de lentilles 12.
Le miroir de référence 14 est monté sur des éléments mécaniques de translation 15 qui permettent de le déplacer afin de faire varier la différence de trajets optiques entre les faisceaux de mesure 21 et de référence 20. De préférence, ces éléments mécaniques de translation 15 comprennent un actuateur piézoélectrique qui permet d'effectuer des déplacements précis et rapides.
Suivant une variante de ce mode de réalisation, le miroir de référence 14 comprend une pièce mobile en rotation autour d'un axe de rotation sensiblement parallèle à l'axe du faisceau de référence 20. Cette pièce en rotation présente un profil qui permet de moduler la longueur du trajet optique du faisceau de référence 20 au cours de sa rotation.
La Fig . 2 illustre le principe de mesure de l'invention .
Le faisceau de mesure 21a illustre une situation de mesure dans une zone « normale », sans défaut, de la zone de liaison 18 : il traverse cette zone de liaison 18 au travers d'une épaisseur homogène de colle avant d'être réfléchi sur la surface du wafer 17.
Le faisceau de mesure 21b illustre une situation de mesure dans une zone de la zone de liaison 18 avec un défaut de collage : il traverse cette zone de liaison 18 au travers d'une bulle de gaz 19 avant d'être réfléchi sur la surface du wafer 17.
Comme expliqué précédemment, la présence de la bulle 19 génère une différence de trajet optique du faisceau de mesure dl_ = 2(l-n)E, où E est l'épaisseur de la zone de liaison et n l'indice de réfraction de la colle.
Dans le mode de réalisation présenté, l'interféromètre est équilibré de sorte que la longueur du trajet optique du faisceau de référence 20 est sensiblement égale à la longueur du faisceau de mesure 21 dans la situation où celui-ci est issu d'une réflexion sur la surface du wafer 17 au travers de la zone de liaison 18 avec une épaisseur normale de colle. Cette situation correspond à celle du faisceau de mesure 21a de la Fig. 2. Dans ce cas, la différence de trajet optique OPD entre le faisceau de mesure 21a et le faisceau de référence 20 est nulle (OPD=0) et le contraste des interférences entre ces deux faisceaux pour de petites variations autour de cette position est maximal. En effet, comme illustré sur le Fig . 2, on se déplace autour de la position 23a dans l'interférogramme 23 de la source.
Lorsque le faisceau de mesure traverse une bulle (faisceau 21b), il apparaît une différence de trajet optique OPD entre le faisceau de mesure 21a et le faisceau de référence 20 égale à dl_ (OPD=dl_). Si cette différence de trajet optique OPD est au moins comparable à la longueur de cohérence de la source 10, le contraste des interférences 23 entre ces deux faisceaux devient faible ou nul. Cette situation est illustrée par la position 23b dans l'interférogramme 23 de la source. Avec le réglage de l'interféromètre décrit précédemment, on obtient donc une image de contraste dans laquelle les bulles apparaissent avec des niveaux de contraste faibles et les zones normales apparaissent avec des niveaux de contraste élevées.
Alternativement, l'interféromètre peut être équilibré de sorte que la condition OPD = 0 soit réalisée lorsque le faisceau de mesure 21 traverse une bulle (situation du faisceau 21b). On obtient alors une image de contraste dans laquelle les bulles apparaissent avec des niveaux de contraste élevées et les zones normales apparaissent avec des niveaux de contraste faibles.
A titre d'exemple non limitatif, en mettant en œuvre un détecteur optique 11 de type CMOS et une source de lumière 10 halogène filtrée pour laisser passer les longueurs d'onde supérieures à 1075 nm on obtient une longueur de cohérence de l'ordre de 8 pm. On peut ainsi détecter une bulle dans une épaisseur de colle de l'ordre de 10 pm.
On va maintenant décrire un procédé de mesure qui met en œuvre le dispositif décrit à la Fig. 1.
Ce procédé de mesure, ainsi que ceux mis en œuvre en relation avec les autres modes de réalisation décrits, est implémenté dans des moyens de calcul 25 de type ordinateur, microcontrôleur, ... qui sont agencés de sorte à contrôler l'acquisition des mesures et réaliser les autres opérations nécessaires au fonctionnement du dispositif.
Dans un premier temps, l'interféromètre est équilibré pour réaliser la condition d'égalité de chemins optique dans une condition de mesure prédéfinie (par exemple la situation de mesure « normale » 21a).
Pour effectuer une mesure, le miroir de référence 14 est déplacé par pas successifs pour acquérir avec le détecteur optique 10 des images d'interférences dans le champ de vue avec des conditions de différence de trajet optique OPD (ou de déphasage) différentes.
Ces images d'interférences doivent être acquises de sorte à permettre un échantillonnage de l'interférogramme 23 dans des conditions qui permettent d'en déduire une information de contraste (ou d'amplitude).
Pour cela, on met de préférence en œuvre une technique de reconstruction par décalage de phase (« phase stepping » en Anglais), en générant des déplacements du miroir de référence 14 adaptés. On peut par exemple acquérir 3 images déphasées de 120 degrés.
On calcule ensuite une image de contraste dont chaque point est représentatif de la variation d'intensité en ce point entre les différentes images d'interférences.
Sur la base de l'image de contraste, on peut alors détecter les défauts qui apparaissent comme des zones significativement différentes (plus claires ou plus sombres selon le réglage de l'interféromètre) des zones « normales ». Pour cela on peut par exemple appliquer un seuillage.
Dans le cas où le wafer 17 n'est pas totalement plan, l'intensité de l'image de contraste peut varier continûment. Dans ce cas, on peut appliquer un seuillage adaptatif ou une détection de variations locales pour localiser les défauts.
Le mode de réalisation de la Fig . 1 présente l'inconvénient de nécessiter l'acquisition de plusieurs images successives, ce qui peut être coûteux en temps.
Toutefois, il faut noter qu'il suffit d'acquérir quelques images (au moins deux) sur une période de l'interférogramme 23 pour obtenir l'information nécessaire, qui se limite au contraste.
Le procédé selon l'invention, même dans ce mode de mise en œuvre, reste donc beaucoup plus rapide et robuste que les procédés de l'art antérieur qui nécessitent de mesurer les variations d'épaisseur de la zone de liaison 18. En effet, dans ce cas, il serait nécessaire d'échantillonner la totalité de l'interférogramme 23 entre les plans 23a et 23b, et donc d'acquérir beaucoup plus d'images.
En référence à la Fig . 3, on va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation de dispositif selon l'invention.
Comme dans le mode de réalisation de la Fig. 1, l'interféromètre est illuminé par une source 10 à spectre large, de type halogène.
La lumière de la source 10 est dirigée vers une lame séparatrice 13 qui constitue le cœur de l'interféromètre.
La lame séparatrice 13 sépare la lumière de la source en un faisceau de référence 20 qui parcours un bras de référence de l'interféromètre, et un faisceau de mesure 21 qui parcours un bras de mesure de cet interféromètre. Le faisceau de référence 20 est réfléchi par un miroir de référence 14.
Le faisceau de mesure 21 est dirigé vers la zone de liaison 18. Il la traverse pour être réfléchi sur la surface du wafer 17.
Les faisceaux de référence 20 et de mesure 21 sont alors recombinés par la lame séparatrice 13 de l'interféromètre pour générer deux couples de faisceaux de référence 20 et de mesure 21 émergeant respectivement selon les deux faces de cette lame séparatrice 13.
Comme dans le mode de réalisation de la Fig. 1, un premier couple de faisceaux de référence 20 et de mesure 21 est dirigé vers un premier détecteur optique 30.
Le second couple de faisceaux de référence 20 et de mesure 21 est dirigé (au moins partiellement) vers un second détecteur optique 32 au moyen d'une lame séparatrice de détection 31 insérée entre la lame séparatrice 13 de l'interféromètre et la source optique 10.
Comme précédemment, le dispositif comprend également des éléments d'imagerie (lentilles, objectifs, isolateurs ...) qui permettent d'illuminer la zone de liaison 18 selon un champ de mesure, et d'imager ce champ de mesure sur le premier détecteur optique 30 et le second détecteur optique 32. Ces éléments d'imagerie sont représentés schématiquement sous la forme de lentilles 12.
Ce mode de réalisation permet l'acquisition simultanée de deux images d'interférences en opposition de phase sur le premier détecteur optique 30 et le second détecteur optique 32, respectivement. Ce résultat est obtenu grâce au fait que la lame séparatrice de l'interféromètre 13 introduit (comme la plupart les coupleurs) un déphasage de -90 degrés sur les faisceaux réfléchis par rapport aux faisceaux transmis.
Ainsi, dans ce mode de réalisation, il n'est plus nécessaire de déplacer un élément de l'interféromètre pour obtenir une mesure de contraste des interférences. On obtient à chaque instant sur les deux détecteurs optiques 30, 32 des images dont la différence d'intensité est représentative de ce contraste.
Ce mode de réalisation a l'avantage de permettre une mesure beaucoup plus rapide. Suivant un mode de mise en œuvre préférentiel, on met en œuvre des premiers et seconds détecteurs optiques 30, 32 linéaires de type InGaAs. En effet de tels détecteurs présentent une sensibilité suffisante dans l'infrarouge pour permettre par exemple des cadences de mesures de l'ordre de 20 000 lignes par seconde, ce qui permet de mesurer la surface d'un wafer 300 mm en quelques minutes.
Bien entendu, d'autres types de détecteurs, linéaires, matriciel, CMOS, ... peuvent également être mis en œuvre dans ce mode de réalisation.
On va maintenant décrire un procédé de mesure qui met en œuvre le dispositif décrit à la Fig . 3.
Dans un premier temps, comme précédemment, l'interféromètre est équilibré pour réaliser la condition d'égalité de chemins optique dans une condition de mesure prédéfinie (par exemple la situation de mesure « normale » 21a).
Pour effectuer des mesures, des lignes de mesures sont acquises simultanément avec le premier détecteur optique 30 et le second détecteur optiques 32. Le wafer est déplacé relativement à l'interféromètre entre les acquisitions pour permettre l'acquisition de mesures sur une surface. Ce déplacement peut être continu, à vitesse constante.
On obtient ainsi deux images d'interférences en opposition de phase.
On calcule ensuite une image de contraste, par exemple en effectuant un ratio de la différence des images d'interférences et de leur somme.
Sur la base de cette image de contraste, on peut alors détecter les défauts comme décrit précédemment en relation avec les Fig . 1 et Fig . 2.
En référence à la Fig . 4, on va maintenant décrire un troisième mode de réalisation de dispositif selon l'invention.
Ce mode de réalisation permet d'obtenir de meilleures mesures de contraste que celui de la Fig. 3, tout en conservant une cadence de mesure élevée.
En effet, l'utilisation de seulement deux images peut mener dans de rares cas à de mauvaises mesures de contrastes, si le déphasage entre les faisceaux de mesure 21 et de référence 22 est exactement de 180 degrés.
Dans ce mode de réalisation, l'interféromètre est réalisé sous la forme d'un circulateur : - Il comprend un élément séparateur 41 sous la forme d'un cube séparateur de polarisation 41 ;
- la lumière issue de la source 10 (à spectre large, de type halogène comme précédemment) est polarisée à 45 degrés des axes du cube séparateur 41 par un polarisateur d'entrée 40 ;
- des lames à retard quart d'onde 42 sont insérées dans les bras de mesure et de référence de l'interféromètre, avec leur axe placé à 45 degrés de la polarisation de la lumière incidente ;
Ainsi, les faisceaux de mesure 21 et de référence 20 émergent d'un seul côté du cube séparateur 41 avec des polarisations croisées.
L'interféromètre est de préférence dans une configuration de Linnik, avec des optiques d'imagerie 12 insérées dans les bras de mesure et de référence, afin de minimiser la divergence des faisceaux au passage des éléments polarisants.
La détection est réalisée par un modulateur électrooptique 43, un polariseur 44 et un détecteur optique 45 sous la forme d'une caméra linéaire, de préférence InGaAs.
Le modulateur électrooptique 43 est agencé de sorte que ses axes neutres sont alignés avec les polarisations respectives des faisceaux de mesure 21 et de référence 20 qui le traversent. Il permet ainsi d'introduire un déphasage entre les faisceaux de mesure 21 et de référence 20, en fonction de la tension appliquée.
Le polariseur 44 permet de recombiner et de faire interférer les faisceaux de mesure 21 et de référence 20 au niveau du détecteur optique 45. Il est orienté à 45 degrés par rapport aux polarisations des faisceaux de mesure 21 et de référence 20.
On va maintenant décrire un procédé de mesure qui met en œuvre le dispositif décrit à la Fig. 4.
Dans un premier temps, comme précédemment, l'interféromètre est équilibré pour réaliser la condition d'égalité de chemins optique dans une condition de mesure prédéfinie (par exemple la situation de mesure « normale » 21a).
Pour effectuer des mesures, on acquiert séquentiellement, pour chaque point de la zone de liaison 18, plusieurs images d'interférences avec le détecteur optique 45, en faisant varier le déphasage entre les faisceaux de mesure 21 et de référence 20 avec le modulateur électrooptique 43. Ces acquisitions peuvent être effectuées à des cadences de plusieurs kilohertz, car elles ne sont limitées que par la bande passante du modulateur électrooptique (et la cadence du détecteur optique le cas échéant).
En choisissant en conséquence le déphasage introduit, on peut mettre en œuvre tout type de technique de reconstruction d'interférogramme par décalage de phase (« phase stepping » en Anglais) connue et ainsi en déduire une image de contraste.
On peut par exemple acquérir 3 images déphasées de 120 degrés.
Sur la base de cette image de contraste, on peut alors détecter les défauts comme décrit précédemment en relation avec les Fig . 1 et Fig . 2.
En référence à la Fig. 5, on va maintenant décrire un quatrième mode de réalisation de dispositif selon l'invention.
Dans ce mode de réalisation, l'interféromètre est réalisé sous la forme d'un circulateur comme cela est décrit en relation avec le mode de réalisation de la Fig. 4.
Ainsi, comme précédemment, les faisceaux de mesure 21 et de référence 20 émergent d'un seul côté du cube séparateur 41 de l'interféromètre avec des polarisations croisées.
La détection est réalisée par trois ensembles constitués respectivement :
- pour au moins pour deux d'entre eux, d'une lame séparatrice de détection 50 non polarisante pour prélever une partie des faisceaux de mesure 21 et de référence 20 ;
- pour au moins deux d'entre eux, d'une lame à retard 51 dont les axes sont alignés avec les polarisations des faisceaux de mesure 21 et de référence 20 ;
- d'un détecteur optique 53 sous la forme d'une caméra linéaire, de préférence InGaAs ;
- d'un polariseur 52 placé devant le détecteur optique 53, et après la lame à retard de détection 51 le cas échéant. Ce polariseur 52 est orienté à 45 degrés par rapport aux polarisations des faisceaux de mesure 21 et de référence 20, de sorte à les recombiner et les faire interférer sur le détecteur optique 53.
De préférence, on met en œuvre deux lames à retard 51 de type tiers d'onde, dont l'une est orientée avec son axe rapide parallèle à la polarisation du faisceau de référence 20, et l'autre avec son axe rapide perpendiculaire à la polarisation du faisceau de référence 20.
Ainsi, on obtient simultanément sur les trois détecteurs optiques 53 des mesures d'interférences Ii, I2, I3 déphasées respectivement de -120 degrés, 0, + 120 degrés.
Après égalisation radiométrique des trois mesures, on peut calculer le contraste C en chaque point avec la relation suivante :
C = [(2 i! - (I2 + I3)2)/3)2 + (I2 - I3)2 ]1/2
On va maintenant décrire un procédé de mesure qui met en œuvre le dispositif décrit à la Fig. 5.
Dans un premier temps, comme précédemment, l'interféromètre est équilibré pour réaliser la condition d'égalité de chemins optique dans une condition de mesure prédéfinie (par exemple la situation de mesure « normale » 21a).
Pour effectuer des mesures, on effectue des acquisitions en ligne simultanément avec les trois détecteurs optiques 53. Pour imager une surface, le wafer est déplacé relativement à l'interféromètre entre les acquisitions. Ce déplacement peut être continu, à vitesse constante.
On obtient ainsi trois images d'interférences à partir desquelles on peut calculer une image de contraste C comme décrit précédemment.
Sur la base de cette image de contraste, on peut alors détecter les défauts comme décrit précédemment en relation avec les Fig . 1 et Fig . 2.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de mesure pour contrôler une zone de liaison (18) entre des échantillons (16, 17), comprenant un interféromètre à faible cohérence illuminé par une source de lumière polychromatique avec un bras de mesure traversant ladite zone de liaison (18) et un bras de référence,
lequel dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
- au moins un détecteur optique (10, 30, 32, 45, 53) et des moyens de conditionnement optiques (31, 43, 44, 51, 52) et/ou mécaniques (15) agencés pour permettre l'acquisition d'au moins deux mesures d'interférences avec des conditions de phase différentes entre un faisceau optique de mesure (21) issu du bras de mesure et un faisceau optique de référence (20) issu du bras de référence ; et
- des moyens de calcul (25) agencés pour calculer une information de contraste desdites interférences, et rechercher sur la base de ladite information de contraste des défauts (19) dans ladite zone de liaison (18).
2. Le dispositif de la revendication 1, qui comprend un interféromètre à faible cohérence fonctionnant en réflexion.
3. Le dispositif de l'une des revendications 1 ou 2, qui comprend des moyens de conditionnement mécaniques (15) agencés de sorte à réaliser au moins l'une des fonctions suivantes :
- faire varier la différence de trajet optique entre le bras de mesure et le bras de référence de l'interféromètre ;
- déplacer l'interféromètre relativement à la zone de liaison (18) de sorte à faire varier le trajet optique dans le bras de mesure ;
- générer un déplacement le long de l'axe du faisceau optique de référence d'un élément réfléchissant (14) de sorte à faire varier le trajet optique dans le bras de référence ;
4. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend deux détecteurs optiques (30, 32) insérés dans deux bras de sortie de l'interféromètre de sorte à permettre la réalisation de deux mesures d'interférences en opposition de phase.
5. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend un interféromètre agencé de sorte à permettre la génération d'un faisceau de mesure (21) et d'un faisceau de référence (20) avec des polarisations sensiblement orthogonales.
6. Le dispositif de la revendication 5, qui comprend un moyen de conditionnement optique sous la forme d'un modulateur de phase (43) inséré entre l'interféromètre et un détecteur optique (45).
7. Le dispositif de la revendication 5, qui comprend une pluralité de détecteurs optiques (53), et des moyens de conditionnent optiques sous la forme de lames à retard (51) agencées de sorte à permettre l'acquisition d'une pluralité de mesures d'interférences avec des conditions de phase différentes.
8. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend un ou des détecteurs optiques (10, 30, 32, 45, 53) avec une pluralité de pixels de mesure, et des éléments optiques d'imagerie (12) agencés de sorte à imager selon au moins un champ de vue la zone de liaison (18) sur ledit ou lesdits détecteurs optiques (10, 30, 32, 45, 53).
9. Procédé de mesure pour contrôler une zone de liaison (18) entre des échantillons (16, 17), mettant en œuvre un interféromètre à faible cohérence illuminé par une source de lumière polychromatique (10) et comprenant un bras de mesure avec ladite zone de liaison et un bras de référence,
caractérisé en ce qu'il comprend des étapes :
- d'acquisition d'au moins deux mesures d'interférences avec des conditions de phase différentes entre un faisceau optique de mesure (21) issu du bras de mesure et un faisceau optique de référence (20) issu du bras de référence ;
- de calcul d'une information de contraste desdites interférences ; et - de recherche, sur la base de ladite information de contraste, de défauts (19) dans ladite zone de liaison (18).
10. Le procédé de la revendication 9, qui comprend une étape de recherche de défauts (19) de la forme de vides ou de bulles.
11. Le procédé de l'une des revendications 9 ou 10, qui comprend une étape de réglage de l'interféromètre de sorte que la différence de trajet optique entre le bras de mesure et le bras de référence soit inférieure à la longueur de cohérence de la source de lumière lorsqu'au moins l'une des conditions suivantes est satisfaite :
- le faisceau optique de mesure (21a) traverse une partie de la zone de liaison (18) sans défaut ;
- le faisceau optique de mesure (21b) traverse une partie de la zone de liaison (18) avec un défaut (19) de nature prédéterminée.
12. Le procédé de l'une des revendications 9 à 11, qui comprend une étape de comparaison d'une information de contraste avec un seuil ou une plage de valeurs de contraste.
13. Le procédé de l'une des revendications 9 à 12, qui comprend des étapes :
- d'acquisition d'une pluralité de mesure de contraste ; et
- de détection de variations locales du contraste dans ladite pluralité de mesure de contraste.
14. Le procédé de l'une des revendications 9 à 13, qui comprend une étape d'acquisition séquentielle d'une pluralité de mesures d'interférences en faisant varier au niveau d'un détecteur optique la différence de phase entre le faisceau de mesure (21) et le faisceau de référence (20).
15. Le procédé de l'une des revendications 9 à 14, qui comprend une étape d'acquisition d'une pluralité de mesures d'interférences sur une pluralité de détecteurs optiques (30, 32, 53) avec des déphasages différents entre les faisceaux de mesure (21) et les faisceaux de référence (20) respectivement incidents sur lesdits détecteurs optiques (30, 32, 53).
16. Le procédé de l'une des revendications 9 à 15, qui est mis en œuvre pour la recherche de défauts (19) dans une zone de liaison (18) ou de collage entre des échantillons (16, 17) dont au moins l'un est de la forme d'un wafer.
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