Brevet FR2510254A1 — publié le 19830128

La présente invention a pour objet un procé- dé et un dispositif de mesure de température utilisant un réseau de diffraction Elle trouve une application notamment dans la mesure de température de matériaux plongés dans un milieu ionisé. Mesurer la température d'un substrat semi- conducteur en cours de traitement (par implantation ionique, dépôt de couches, recuit, etc) est un pro- blème difficile du fait des propriétés particulières du milieu dans lequel plonge ce substrat Tout contact mécanique ou électrique doit être en particulier pros- crit Or la température de la surface d'un tel substrat est un paramètre de fabrication primordial, qui doit être contrôlé en permanence et avec soin. Jusqu'à ce jour, aucun moyen satisfaisant n'a été proposé pour assurer ce contrôle dans de telles conditions L'invention remédie à cette carence en proposant un procédé et un dispositif qui permet- tent la mesure mde la température d'un matériau sans contact mécanique avec celui-ci A cette fin, l'inven- tion préconise l'utilisation de moyens optiques et, plus particulièrement, d'un réseau de diffraction Les conditions dans lesquelles un faisceau lumineux est diffracté par un réseau dépendent en effet du pas de celuici Si le réseau est porté à la température à mesurer, le pas est fonction de cette température et les conditions de diffraction deviennent ellesmêmes dépendantes de cette température La mesure de la po- sition du faisceau diffracté donne donc accès à la température à mesurer. De façon précise, l'invention a-donc pour objet un procédé de mesure de température, qui est caractérisé en ce qu'on porte un réseau de diffraction à la température à mesurer, on dirige sur ce réseau un faisceau lumineux monochromatique susceptible -d'y être diffracté et on mesure la position angulaire du faisceau diffracté, laquelle est fonction de ladite température. L'invention a également pour objet un dispo- sitif de mesure de température, mettant en oeuvre le procédé qui vient être défini et qui est caractérisé en ce qu'il comprend un réseau de diffraction porté à la température à mesurer, une source de faisceau lumi- neux monochromatique, ce faisceau étant dirigé sur le réseau et un moyen de-mesure de la position angulaire du faisceau diffracté. Les caractéristiques de l'invention appa- raltront mieux après la description qui suit, d'exem- ples de réalisation donnés à titre explicatif et nul- lement limitatif Cette description se réfère à des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma de principe d'un disposi- tif contorme l'invention, la figure 2 illustre une variante à deux réseaux travaillant en transmission, la figure 3 illustre une variante à réseau de mesure travaillant en réflexion et à réseau de référence travaillant en transmission, la figure 4 illustre une variante à deux réseaux travaillant en réflexion. L'installation illustrée sur la figure 1 comprend un substrat 10 portépar une sole 12 disposée dans une enceinte de traitement sous vide 14 Les moyens de traitement ne sont pas représentés; il s'agit de creusets pour les dépôts sous vide, de moyens d'implantation ionique etc Selon l'invention, pour mesurer la tempéra- ture de la surface du substrat 10, on dispose sur ce substrat un réseau de diffraction 20, -on éclaire ce , réseau par un faisceau 21 de rayonnement monochroma- tique provenant d'une source 22, on recueille le fais- ceau 23 diffracté et on mesure la positon angulaire de ce faisceau par un moyen optique 24 Les deux fais- ceaux incident 21 et diffracté 23 traversent l'encein- te 14 par une fenêtre transparente 25. Naturellement, il est possible de graver di- rectement le réseau de diffraction 20 sur le substrat ,-si le matériau constituant celui-ci s'y prête Ce peut être le cas, par exemple, des substrats en sili- cium. La détermination de la température du réseau à partir de la position angulaire du faisceau diffrac- té peut se faire soit par le calcul, si l'on connaît le coefficient de dilatation du matériau constituant le réseau et le pas de celui-ci à une température don- née, soit par étalonnage préalable. Dans une variante particulière, on donne à la mesure un caractère différentiel en utilisant un- réseau additionnel dont la tempétature est maintenue à une valeur déterminée (éventuellement réglable) et dont le pas est proche de celui du réseau de mesure. Dans cette variante différentielle on utilise à la sortie du réseau de mesure, non plus un mais deux faisceaux diffractés, dont les ordres sont opposés (respectivement + N et N o N est un entier supé- rieur ou égal à 1) et on dispose le réseau additionnel sur le trajet de ces deux faisceaux Parmi les fais- ceaux diffractés par le réseau additionnel les fais- ceaux d'ordre -n et N présentent la particularité d'être parallèles si les deux réseaux sont identiques. En effet pour ces trajets particuliers, les déviations dues à la diffraction sur les deux réseaux sont égales et de signes contraires Si le réseau de mesure voit son pas varier du fait d'une modification de sa 251-0254 température propre, les deux faisceaux de sortie du dispositif cessent d'être parallèles et leur écart an- gulaire est une indication de l'écart de température entre les deux réseaux. Cette variante différentielle est illustrée par les figures 2 à 4 o le réseau additionnel porte la référence 30 Sur la figure 2, les deux réseaux travaillent en transmission Sur la figure 3, le ré- seau de mesure 20 travaille en réflexion et le réseau 30 de référence en transmission Sur la figure 4, les deux réseaux travaillent en réflexion grâce à une lame séparatrice 32. Sur ces figures, on ai supposé qu'on travail- le avec des ordres de diffraction N = 1 Le réseau 20 donne alors naissance à deux faisceaux notés 23 + et 23- Le faisceau 23 tombe sur le réseau de référence- et donne naissance à deux faisceaux diffractés dont seul le faisceau d'ordre -1 est utilisé Il est noté ( 23 +)- De même;, le faisceau 23 donne naissance à deux faisceaux diffractés après le réseau 30, dont seul celui d'ordre + 1 est utilisé, soit ( 23)+ Les faisceaux ( 23) et ( 23) sont parallèles si les deux réseaux sont dans des conditions identiques pour les raisons indiquées plus haut Dans le cas contraire, la mesure de leur écart angulaire donne accès à la tempé- rature du réseau de mesure. Dans la pratique, la source 22 peut être un laser, par exemple un laser à gaz à hélium-néon fonc- tionnànt à 6328 A Le moyen de mesure 24-peut être un télescope e Les réseaux peuvent être des réseaux d'am- plitude ou des réseaux de phase - REVENDICATIONS 1 Procédé de mesure de température, carac- térisé en ce qu'on porte un réseau de diffraction ( 20) à la température à mesurer, on dirige sur ce réseau un faisceau lumineux monochromatique ( 21) susceptible d'y être diffracté et on mesure la position angulaire du faisceau diffracté ( 23) qui est fonction de ladite température. 2 Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'on dispose le réseau sur la surface d'un objet ( 10) dont on veut déterminer la température de surface. 3 Dispositif de mesure de température, met- tant en oeuvre le procédé de la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il comprend un réseau de diffrac- tion ( 20) porté à la température à mesurer, une source ( 22) de faisceau lumineux monochromatique ( 21), ce faisceau étant dirigé sur le réseau ( 20) et un moyen ( 24) de mesure de la position angulaire du faisceau diffracté ( 23). 4 Dispositif selon la revendication 3, ca- ractérisé en ce qu'il comprend un réseau de diffrac- tion additionnel ( 30) placé sur le trajet de deux faisceaux ( 23 +, 23-) diffractés par le premier réseau ( 20) correspondant à des ordres opposés +n et -n (o n est un entier supérieur ou égal à 1), les deux réseaux ayant des pas voisins, le réseau additionnel étant porté à une température de référence, le moyen de me- sure ( 24) étant disposé de manière à recevoir deux faisceaux diffractés ( 23), ( 23)+ par le réseau ad- ditionnel ( 30) d'ordres opposés respectivement -n et +n, ce moyen ( 24) étant apte à mesurer l'écart angu- laire entre ces deux faisceaux ( 23 +, ( 23)+. 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