Brevet FR2680414A1 — publié le 19930219

i Ensemble d'observation et de mesures interférométriques simultanées par laser en particulier sur des structures à couches minces. La présente invention se rapporte à un ensemble d'observation et de mesures interféromètriques par laser, en particulier sur des structures à couches minces, par exemple des structures de semi- conducteurs tels que des circuits intégrés. On connaît un système de commande de gravure par plasma destiné plus particulièrement au diagnostic de plaques de circuits intégrés, suivant lequel les opérations de gravures sur les couches minces sont commandées par l'intermédiaire d'un système de détection interférométrique utilisant le faisceau d'un tube laser Une caméra vidéo permet par ailleurs de régler et de surveiller la position du spot produit par le faisceau laser sur la plaque de circuits intégrés. Le principal inconvénient de ce système connu consiste dans le fait que le tube laser et la caméra vidéo sont séparés, ce qui rend l'ensemble encombrant et difficile à loger sur un appareillage de gravure par plasma et surtout sur un appareillage de production de circuits intégrés, au-dessus duquel la place disponible est très restreinte De plus, ce système connu utilise un laser unique, ce qui est insuffisant pour certaines applications. La présente invention vise un ensemble permettant simultanément une observation et de mesures interférométriques par laser, qui soit plus compact que le système connu précité et qui puisse donc être utilisé également lorsque la place disponible sur les appareillages est très restreinte L'invention vise par ailleurs un ensemble d'observation et de mesures interférométriques par laser qui puisse utiliser plusieurs sources laser, soit de longueurs d'ondes différentes, soit de même longueur d'ondes, ces sources pouvant être utilisées simultanément ou en alternance. L'ensemble, conforme à l'invention, d'observation et de mesures interférométriques par laser, utilisable notamment sur des structures à couches minces, comprend une caméra vidéo et au moins un récepteur laser Selon l'invention, l'émetteur laser comprend une diode laser associée à la caméra de manière que son faisceau emprunte le chemin optique de la caméra. De préférence, le système d'éclairage de la zone observée par la caméra est également associé à la caméra et emprunte également le chemin optique de cette dernière. Du fait de la faible taille des diodes laser, l'ensemble conforme à l'invention peut comprendre plusieurs diodes laser associées à la caméra. Afin d'éviter un éblouissement du capteur de la caméra par le ou les faisceaux de la ou des diodes laser, la caméra comporte avantageusement un filtre en avant de son capteur. Les diodes laser du commerce peuvent présenter des puissances très différentes selon les longueurs d'ondes qu'elles émettent C'est la raison pour laquelle il est par ailleurs prévu, suivant l'invention, de placer un polariseur en avant du capteur de la caméra et de monter les diodes lasers de manière qu'elles soient réglables dans leur position angulaire autour de leur axe d'émission En effet, étant donné que les diodes laser émettent de la lumière polarisée, leur réglage angulaire permet, grâce à la présence du polariseur, d'équilibrer d'une manière simple les puissances différentes arrivant sur le capteur de la caméra, sans éblouissement de ce dernier. La caméra avec la ou les diode (s) laser incorporé (es) est avantageusement montée sur une table à déplacement X-Y à commande par moteurs pas-à-pas. Les diodes laser utilisées sur l'ensemble conforme à l'invention peuvent avoir des longeurs d'ondes identiques ou différentes Dans les deux cas elles peuvent travailler soit en alternance, (mode séquentiel), soit simultanément par modulation-démodulation, à des fréquences différentes. Les chemins optiques suivis par les faisceaux des diodes laser peuvent être identiques (analyse en un même point de l'échantillon). Cette configuration sera surtout avantageuse, dans le cas de longueurs d'ondes différentes Dans ce cas, le transport des faisceaux laser peut s'effectuer par l'intermédiaire de fibres optiques avec adjonction d'un multiplexeur en longueur dondes (système dispersif). Un réglage accessible de l'extérieur de l'instrument permet de déplacer l'une des diodes laser par rapport à l'autre, de manière que les points analysés sur la surface soient décalés spatialement Cette configuration est avantageuse dans les deux cas, longueurs d'ondes identiques ou différentes. Dans toutes ces configurations, la mesure des intensités lumineuses des faisceaux de retour s'effectue par un capteur photosensible ou par la caméra elle-même. En se référant aux dessins schématiques annexés, on va décrire ci- après plus en détail un mode de réalisation illustratif et non limitatif d'un ensemble conforme à l'invention; sur les dessins: la figure 1 représente le schéma d'un ensemble conforme à l'invention sur une chambre de traitement, avec les moyens de visualisation et de commande associés la figure 2 est une vue en perspective à plus grande échelle de l'ensemble monté sur une table à déplacement X-Y; la figure 3 est une coupe schématique de l'ensemble de la figure 2; Selon la figure 1, une chambre de traitement 1 fermée, dans laquelle est disposé un échantillon 2 à traiter, par exemple une plaque de circuits intégrés en cours de fabrication ou en cours de gravure, comporte dans sa paroi supérieure une fenêtre 3 en silice Sur le dessus de la chambre 1, une unité 4 d'observation et de mesure est montée par l'intermédiaire d'une table 5 à déplacement X-Y L'unité 4 est reliée par une fibre optique 6 et par un câble 7 à une unité 8 d'exploitation (interférométrie) et de commande à laquelle sont associés, d'une part, un clavier 9 et d'autre part un écran de visualisation 10. Sur la figure 2, on retrouve l'unité 4 d'observation et de mesure avec sa table 5 à déplacement en X-Y dont on reconnaît les deux moteurs de commande 11 et 12, de préférence des moteurs électriques pas-à-pas. On reconnaît par ailleurs sur la figure 2 un raccord 13 pour la fibre optique 6, ainsi qu'un raccord 14 pour le câble 7. Tel qu'illustrée par la figure 3, l'unité 4 contient, dans un boîtier , une caméra vidéo 16 dont l'objectif 17 réglable peut être de préférence un objectif du type autofocus La caméra 16 comprend, de façon connue en soi, un capteur 18 du type formé d'une matrice de cellules, en particulier de cellules à transfert de charge (CCD). Le capteur 18 est relié d'une manière non représentée au, connecteur 14 pour le câble 7. A l'intérieur du boîtier 15 se trouve, en outre, une source d'éclairage 19 dont la lumière est projetée, à travers un filtre 20 et une lentille 21, sur un miroir semi-transparent 22 intercalé dans le trajet optique entre l'objectif 17 et le capteur 18 de la caméra de telle manière qu'il emprunte le chemin optique de la caméra. Le boîtier 15, referme, par ailleurs, deux diodes laser 23 et 24 dont les faisceaux sont projetés, par deux miroirs semi-réfléchissants et 26 et une lentille 27, sur un autre miroir semi-réfléchissant 28 intercalé dans le trajet optique entre l'objectif 17 et le capteur 18 de la caméra 16, de manière que lesdits faisceaux laser empruntent également le chemin optique de la caméra 16. Par conséquent, l'unité 4 renferme dans un même boîtier 15 de faible volume une caméra 16 avec son système d'éclairage 19, pour observer, sur l'unité de visualisation 10 de la figure 1, une zone prédéterminée de l'échantillon 2, ainsi que deux unités laser 23,24 pour projeter chacune un faisceau laser en un point de la zone observée, le faisceau laser renvoyé par l'échantillon 2 et transmis par la fibre optique 7 à l'unité 8 étant traité ici en vue de son exploitation interférométrique, connue en soi, le résultat de cette exploitation étant également visualisé sur l'unité de visualisation 10. Les deux diodes 23,24 peuvent émettre, soit à la même longueur d'ondes, soit à des longueurs d'ondes différentes Dans le cas de deux diodes émettant à des longueurs d'ondes différentes, les différences de puissance des deux diodes pourraient provoquer un éblouissement du capteur 18 de la caméra 16 C'est la raison pour laquelle, pour égaliser les puissances laser reçues par le capteur 18 à partir des deux diodes qui émettent de la lumière polarisée, le capteur 18 est précédé d'un polariseur 29 Ainsi, par le réglage de la position angulaire de chacune des deux diodes 23,24 autour de son axe d'émission, il est possible de faire en sorte, grâce au polariseur 29, que le capteur 18 reçoive la même puissance de chacune des deux diodes 23,24, de sorte que l'image captée par la caméra 16 et reproduite sur l'unité de visualisation 10 ne se trouve pas perturbée par les spots produits par les rayons laser sur la zone observée, donc visibles sur l'image. reproduite sur l'unité de visualisation 10. Les deux diodes laser 23,24 peuvent par ailleurs servir non seulement à des mesures interférométriques, par exemple pour déterminer des épaisseurs de couches de l'échantillon 2, la vitesse de croissance (déposition) ou de décroissance (gravure) de couches, la profondeur de trous, etc, mais également par exemple à la recherche de défauts, au contrôle de reproductibilité, à la recherche de contours, éventuellement à la reconnaissance de formes, ainsi qu'au positionnement automatique de l'unité 4 par l'intermédiaire de la table à déplacement X-Y. Bien entendu, le mode de réalisation illustré et décrit n'a été donné qu'à titre d'exemple indicatif et non limitatif et de nombreuses modifications et variantes sont possibles dans le cadre de l'invention. En particulier, il serait possible, selon les cas, de munir l'unité 4, soit d'une seule diode seulement, soit éventuellement de plus de deux diodes En cas d'utilisation d'au moins deux diodes (quelles que soient leur longueur d'ondes), ces dernières peuvent travailler soit en alternance soit simultanément par modulation-démodulation à des fréquences différentes. Au lieu de faire en sorte, comme représenté, que les faisceaux des deux diodes laser soient alignées et produisent donc des spots au même endroit, il serait également possible de désaligner les deux diodes de manière que les faisceaux des deux diodes tombent en deux points différents sur l'échantillon 2. En outre, il est possible de prévoir, derrière chacun des miroirs semiréfléchissants 22,25, 26,28, un piège à lumière connu en soi, tel que représenté schématiquement en 30 et 31 derrière les miroirs 22 et 28. La caméra, composée pour sa surface sensible, de diodes élémentaires au silicium, permet en outre d'utiliser des longueurs d'ondes invisibles (proche infra-rouge), avantageuses dans le contrôle de certains matériaux. REVENDICATIONS 1 Ensemble d'observation et de mesures interférométriques par. laser, notamment sur des structures à couches minces, comprenant une caméra vidéo et au moins un émetteur laser, caractérisé par le fait que l'émetteur laser comprend une diode laser ( 23,24) associée à la caméra de manière que son faisceau laser emprunte le chemin optique de la caméra. 2 Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le système ( 19) d'éclairage de la zone à observer par la caméra est associé à la caméra et emprunte le chemin optique de cette dernière. 3 Ensemble suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend plusieurs diodes laser ( 23,24) associées à la caméra. 4 Ensemble suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la caméra ( 16) comporte, en avant de son capteur ( 18), un filtre ( 29) évitant l'éblouissement du capteur par le ou les rayons de la o des diodes laser ( 23,24). Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la caméra ( 16) comporte un polariseur ( 29) en avant de son capteur ( 18) et que la ou les diodes ( 23,24) est (sont) réglable (s) en rotation autour de leurs axes d'émission. 6 Ensemble suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'unité ( 4) comprenant la caméra ( 16), son système d'éclairage ( 19) et la ou les diodes laser ( 23,24) est montée sur une table ( 5) à déplacement en X-Y à commande par moteurs pas-à-pas ( 11,12). 7 Ensemble suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que les diodes laser ( 23,24) émettent à la même longueur d'ondes. 8 Ensemble suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que les diodes laser ( 23,24) émettent à des longueurs d'ondes différentes. 9 Ensemble suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que le transport des faisceaux laser s'effectue par l'intermédiaire de fibres optiques avec adjonction d'un multiplexeur en longueur dondes. Ensemble suivant l'une quelconque des renvendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure des intensités lumineuses. des faisceaux de retour s'effectue par un capteur photosensible ou par la caméra elle-même.