Inspection des défauts sur plaquettes SiC : quand un objectif zoom motorisé suffit, et quand il faut un objectif apochromatique avec autofocus laser

Réponse directe. Un défaut de 1 µm qui passe inaperçu sur une plaquette de SiC est généralement un problème de résolution optique, non de taille de pixel. En fin de course (7,5×), l'objectif zoom motorisé POMEAS PMS-LZL-12104-D1 (12,5X) atteint un échantillonnage de 0,46 µm/pixel, alors que la résolution optique déclarée dans sa fiche technique à ce même grandissement est de 3,05 µm (O.N. 0,11). L'échantillonnage n'est pas la résolution. Pour résoudre réellement 1 µm, il faut un objectif apochromatique — le PMS-MPO10 annonce 1 µm — et il faut alors compenser l'effondrement de la profondeur de champ de 50 µm à 3,5 µm, ce à quoi sert précisément l'autofocus laser (PMS-FocusX, cycle ≤ 0,4 s).

Ce qu'il faut inspecter sur une plaquette de SiC et ce que voit chaque modalité

Le rendement des dispositifs de puissance en carbure de silicium dépend largement de la maîtrise des défauts du substrat et de la couche épitaxiale. Les défauts du SiC se répartissent en deux familles :

• Défauts cristallins — dislocations dans le plan basal (BPD), dislocations vis (TSD), dislocations coin (TED), fautes d'empilement (SF), microtubes (micropipe), joints de grains
• Défauts de surface et épitaxiaux — rayures, particules, écaillage de bord, creux et bosses, défauts carrot, triangle, downfall, regroupement de marches (step bunching)

Aucune modalité optique ne couvre les deux familles. C'est pourquoi les équipements de contrôle final SiC en production exploitent en parallèle le fond clair, le fond noir et la photoluminescence (PL).

Fond clair — particules, rayures, contamination

Le fond clair utilise une illumination coaxiale (épiscopique) : la lumière descend par l'objectif et se réfléchit directement en retour. Une surface polie et plane renvoie une réflexion spéculaire intense et apparaît claire ; une rayure, une particule ou une tache rompt ce retour spéculaire et apparaît sombre. Sur SiC poli, l'illumination coaxiale n'est pas un confort : c'est le moyen courant de supprimer l'éblouissement spéculaire d'une surface à finition miroir.

Fond noir — particules submicroniques et rayures fines

En fond noir, l'illumination arrive sous un angle rasant très faible. La surface plane renvoie la réflexion hors de l'objectif et le fond reste noir ; seul un défaut présentant un relief renvoie de la lumière vers l'objectif et apparaît comme un point brillant sur fond noir. La sensibilité à la diffusion des particules submicroniques est nettement supérieure au fond clair, au prix d'un illuminateur rasant dédié, d'un signal très faible et d'exigences élevées en vibration et propreté.

Photoluminescence (PL) — défauts cristallins

La PL excite le SiC par un ultraviolet proche. Les zones défectueuses émettent à des longueurs d'onde et des intensités différentes du matériau sain, ce qui rend visibles les dislocations, les fautes d'empilement et les microtubes : des défauts que ni l'œil ni le fond clair ne peuvent voir. La méthode est normalisée en Chine sous GB/T 43493.3-2023 (critères d'identification non destructive des défauts des plaquettes homoépitaxiales de SiC pour dispositifs de puissance, partie 3 — méthode de détection par photoluminescence).

Limite de compétence, énoncée clairement. POMEAS fournit des composants optiques d'imagerie. La source d'excitation UV, le miroir dichroïque et les filtres d'émission qu'exige un canal PL ne sont pas des produits POMEAS, et la transmission de l'objectif dans la bande d'excitation à 275 nm doit être confirmée séparément. POMEAS ne fournit pas un équipement complet d'inspection de plaquettes SiC, ni d'algorithmes de classification des défauts.

D'où viennent les 0,5 µm/pixel

Il n'y a qu'une formule :

échantillonnage dans l'espace objet (µm/pixel) = pas de pixel de la caméra (µm) ÷ grandissement optique

Avec une caméra 2/3″ de 5 MP (2448 × 2048, pixel de 3,45 µm) sur l'objectif zoom POMEAS PMS-LZL-12104-D1 (12,5X, 0,58×–7,5×) :

Calcul inverse : pour atteindre 0,5 µm/pixel, il faut 3,45 ÷ 0,5 ≈ 6,9×. Cette valeur tombe dans la plage 0,58×–7,5× : l'affirmation « un objectif zoom peut atteindre 0,5 µm/pixel » est donc vraie au niveau de l'échantillonnage.

Le problème apparaît dans la section suivante.

Peut-on réellement détecter un défaut de 1 µm ? L'échantillonnage n'est pas la résolution

C'est la section qui porte tout l'article.

La fiche technique du PMS-LZL-12104-D1 détaille les performances optiques par grandissement. Alignées, la contradiction est évidente :

Au cran 7,5× :

• l'échantillonnage est de 0,46 µm/pixel — un défaut de 1 µm couvre environ 2,2 pixels, ce qui paraît suffisant ;
• mais la résolution optique est de 3,05 µm (O.N. 0,11), trois fois plus grossière que le défaut.

Un défaut de 1 µm est déjà étalé par la diffraction en une tache d'environ 3 µm avant d'atteindre le capteur ; son contraste s'effondre et il ne peut pas être détecté de façon fiable. Augmenter le nombre de pixels ne récupère pas une information que l'optique a déjà perdue.

Détecter de façon fiable un défaut de 1 µm exige deux conditions simultanées :

1. Résolution optique ≤ taille du défaut — donc un objectif d'ouverture numérique suffisante
2. Assez de pixels sur le défaut — en pratique 3 ou plus

Objectif zoom ou grandissement fixe avec autofocus laser : comment choisir

Répartition des rôles en une phrase : l'objectif zoom trouve et révise ; le grandissement fixe avec autofocus laser décide si le défaut de 1 µm passe ou non. Ce sont des maillons d'une même chaîne, non des solutions interchangeables.

L'effondrement de la profondeur de champ : pourquoi l'autofocus laser devient obligatoire

Le passage du zoom à l'objectif à fort grandissement se manifeste presque entièrement dans la profondeur de champ :

Zoom 12,5X à 7,5×   Profondeur de champ 50 µm
PMS-MPO10           Profondeur de champ 3,5 µm
PMS-MPO20           Profondeur de champ 1,6 µm
PMS-MPO50           Profondeur de champ 0,9 µm

Une profondeur de champ submicronique signifie que le gauchissement de la plaquette, l'erreur de positionnement de la table et la vibration normale du sol suffisent, chacun isolément, à mettre l'image hors focus. À ce stade, ce n'est plus la résolution mais la capacité à tenir le focus qui décide si le contrôle fonctionne.

Système de microscopie à autofocus laser POMEAS PMS-FocusX :

Un second avantage pratique : le suivi de surface en temps réel pendant le balayage. Cela compte pour les échantillons de SiC ayant subi une attaque sélective des défauts et présentant donc un relief réel — une application où la focalisation laser est généralement préférée à l'autofocus par contraste d'image.

Ce que POMEAS fournit et ce qu'il ne fournit pas

Fourni (références catalogue, spécifications publiées) :

Non fourni (indiqué explicitement) :

• ❌ Un équipement complet d'inspection de plaquettes SiC : POMEAS fournit des composants optiques, pas le système fini
• ❌ Modules de photoluminescence (source d'excitation UV, miroir dichroïque, filtres d'émission)
• ❌ Algorithmes de classification des défauts et étalons de calibration dimensionnelle
• ⚠️ Module fond noir spécifique aux plaquettes : aucune référence catalogue ; confirmation d'ingénierie requise

Preuve réelle de projet : équipement de rectification pour semi-conducteurs

Disons-le d'emblée : POMEAS n'a pas de cas publié d'inspection de plaquettes SiC. La preuve disponible dans le secteur des semi-conducteurs est ce projet.

Pour un fabricant d'équipements de rectification pour semi-conducteurs, POMEAS a configuré un système devant satisfaire trois exigences simultanées : repérage en champ large, révision locale à fort grandissement et observation à l'intérieur d'un alésage étroit :

Références mécaniques clés : DT de l'objectif 77,8 ± 2 mm, YWD 57 ± 2 mm, XWD 20 ± 2 mm, distance de l'éclairage annulaire à la cible environ 10 ± 5 mm. Au poste d'alésage interne existait une différence de hauteur de ±1 mm, traitée par une stratégie à trois niveaux : la couvrir par la profondeur de champ lorsque c'est possible, enregistrer une position de focus distincte par poste, et si aucune des deux ne suffit, ajouter une mise au point motorisée, un axe Z ou un autofocus.

Ce que ce cas prouve : observation multi-grandissement, chemins optiques repliés pour espaces restreints et compensation des écarts de hauteur sur équipement semi-conducteur — POMEAS les a réellement livrés. Ce qu'il ne prouve pas : la détection de défauts de 1 µm sur plaquettes SiC. C'est une autre affirmation et, sans données d'essai, elle n'est pas avancée.

Six questions auxquelles seul un essai sur échantillon peut répondre

Aucune ne se règle en consultant une fiche technique :

1. Si les défauts de 1 µm sont détectables de façon fiable sur votre plaquette précise — cela dépend du type de défaut, de la rugosité et de la réflectivité, pas d'un seul chiffre de résolution
2. La transmission du substrat SiC — le matériau semi-isolant peut être semi-transparent ; la recette d'illumination coaxiale, annulaire ou transmise doit être vérifiée expérimentalement
3. Si le fond noir est nécessaire — si la cible est les particules submicroniques, le fond clair peut ne jamais les voir ; il faut d'abord préparer un échantillon de comparaison de modalités
4. Le canal PL — hors catalogue POMEAS ; à valider conjointement avec le fournisseur du module PL, en confirmant la transmission UV de l'objectif
5. Profondeur de champ face au gauchissement — si le gauchissement dépasse la profondeur de champ de l'objectif, l'autofocus laser est obligatoire, pas optionnel
6. Le temps de cycle — zoom + changement de tourelle + mise au point + exposition doivent être chronométrés sur la table réelle

Sept informations à préparer avant de demander un devis

1. Famille de défauts à capturer (particules/rayures de surface contre dislocations/fautes d'empilement/microtubes)
2. Plus petite taille de défaut à détecter (µm)
3. Taille de la plaquette (4/6/8 pouces) et zone à inspecter
4. Distance de travail disponible et encombrement de montage
5. Modèle de caméra existant, format de capteur et pas de pixel
6. Temps de cycle disponible par plaquette ou par poste
7. Si des canaux fond clair, fond noir ou PL sont requis

Questions fréquentes

Prêt à définir une configuration ?

Envoyez-nous la famille de défauts, la plus petite taille à détecter, la taille de plaquette, la distance de travail et le temps de cycle : l'équipe d'ingénierie POMEAS répondra selon la liste des sept points ci-dessus. Dès qu'il est question de détection à 1 µm ou d'un canal PL, nous dirons clairement qu'un essai sur échantillon est nécessaire plutôt que d'annoncer un chiffre.

Pour aller plus loin :

• Objectifs zoom de vision industrielle pour l'inspection électronique et semi-conducteurs

Toutes les valeurs produit proviennent des fiches techniques POMEAS et des pages produit de pomeas-vision.com ; les valeurs dérivées sont accompagnées de leur formule ; la taxonomie des défauts du SiC suit les méthodes publiées du secteur et la norme GB/T 43493.3-2023. Dernière mise à jour : 2026-11-03.