FR2760084A1 - Three dimensional measurement device for measuring thin-film structure - Google Patents

Three dimensional measurement device for measuring thin-film structure Download PDF

Info

Publication number
FR2760084A1
FR2760084A1 FR9702283A FR9702283A FR2760084A1 FR 2760084 A1 FR2760084 A1 FR 2760084A1 FR 9702283 A FR9702283 A FR 9702283A FR 9702283 A FR9702283 A FR 9702283A FR 2760084 A1 FR2760084 A1 FR 2760084A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
narrow
light beam
reflected
prism
polarizer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR9702283A
Other languages
French (fr)
Inventor
Jean Canteloup
Roland Kleim
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Horiba Jobin Yvon SAS
Original Assignee
Horiba Jobin Yvon SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Horiba Jobin Yvon SAS filed Critical Horiba Jobin Yvon SAS
Priority to FR9702283A priority Critical patent/FR2760084A1/en
Priority to FR9705672A priority patent/FR2760085B1/en
Priority to US08/915,672 priority patent/US5898500A/en
Priority to GB9718230A priority patent/GB2322697B/en
Priority to DE19807649A priority patent/DE19807649B4/en
Priority to JP04492298A priority patent/JP4083859B2/en
Publication of FR2760084A1 publication Critical patent/FR2760084A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917Plasma diagnostics
    • H01J37/32935Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
    • H01J37/32963End-point detection
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/013Devices or means for detecting lapping completion
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/22Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring depth
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J4/00Measuring polarisation of light
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/26Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions

Abstract

The device has a monitoring unit (4) which includes a compact casing enclosing a video camera (12), a wide beam illumination source (14), a narrow beam illumination source (20) and optical components. An operation and control unit (8) includes an optical connector and an electrical mounted on the casing of the monitoring unit in order to connect it, respectively via a fibre optic cable and an electrical cable to the operation and control unit and a table (5) mounted above the treatment chamber. The operation and control unit moves the monitoring unit horizontally along two axes (x,y) to choose a site and provides accurate positioning so that the two beams reflected by the surface layer follow neighbouring optical paths close to the optical axis of the video camera (12). A Wollaston prism (24) is arranged on the optical path of the narrow light beam to obtain two narrow and coherent polarised light beams (25,26) having different directions and orthogonal polarisations. The prism is arranged so that the narrow light beams reflected by the later pass through it. A polariser (27) is arranged on the optical axis of the prism so that the reflects narrow light beam passes through it after its return travel through the prism. The polariser is mounted so that it can rotate with respect to the prism and a detection cell (28).

Description

Dispositif et procédé de mesures tridimensionnelles et d'observation in situ d'une couche superficielle déposée sur un empilement de couches minces.Device and method for three-dimensional measurements and in situ observation of a surface layer deposited on a stack of thin layers.

La présente invention concerne un dispositif et un procédé pour effectuer des mesures géométriques tridimensionnelles, in situ, d'une couche superficielle d'une structure à couches minces dans une chambre sous vide, et aussi pour mesurer l'évolution de ladite structure lors d'un procédé de gravure ou de dépôt. The present invention relates to a device and a method for carrying out three-dimensional geometric measurements, in situ, of a surface layer of a thin film structure in a vacuum chamber, and also for measuring the evolution of said structure during an engraving or deposition process.

Parmi les applications de l'invention, on peut citer le contrôle in situ et en temps réel de la fabrication de couches semi-conductrices à gravure profonde dans le silicium, par exemple pour la fabrication de microsystèmes électriques ou pour l'amincissement de micromembranes destinées à la fabrication de microcapteurs. Among the applications of the invention, mention may be made of in situ and real-time control of the manufacture of semiconductor layers with deep etching in silicon, for example for the manufacture of electrical microsystems or for the thinning of micromembranes intended the manufacture of microsensors.

On connaît par la demande de brevet français n" 2 680 414 (SOFIE) un ensemble compact d'observations et de mesures interférométriques simultanées par laser permettant d'effectuer des mesures interférométriques in situ sur un empilement de couches minces placées dans une chambre sous vide. L'ensemble comprend une caméra d'observation dont les objectifs sont traversés, d'une part, par un faisceau d'éclairage et, d'autre part, par un ou deux faisceaux laser de mesures interférométriques. French patent application No. 2 680 414 (SOFIE) discloses a compact set of observations and simultaneous interferometric measurements by laser enabling interferometric measurements to be carried out in situ on a stack of thin layers placed in a vacuum chamber. The assembly includes an observation camera, the objectives of which are crossed, on the one hand, by a light beam and, on the other hand, by one or two laser beams for interferometric measurements.

Grâce à cette technique, on peut notamment positionner le faisceau laser sur la couche à étudier et mesurer la vitesse de croissance ou de décroissance de l'épaisseur de la couche superficielle de la structure à couches mincies. Toutefois, le faisceau lumineux monochromatique d'éclairage et le faisceau laser de mesure ne présentent pas exactement la même longueur d'onde, ce qui crée un problème d'achromatisme rendant la mise au point simultanée pour les deux faisceaux lumineux possible seulement si les objectifs sont achromatiques. De plus, cette technique ne permet pas une mesure absolue de l'épaisseur de la couche superficielle dans la zone observée, car elle est basée sur une mesure différentielle interférométrique qui se répète à modulo une période voisine de 2n; X étant la longueur d'observation et n l'indice de réfraction de la couche superficielle. Thanks to this technique, it is possible in particular to position the laser beam on the layer to be studied and to measure the rate of growth or decrease of the thickness of the surface layer of the structure with thin layers. However, the monochromatic lighting light beam and the measurement laser beam do not have exactly the same wavelength, which creates a problem of chromaticity making simultaneous focusing for the two light beams possible only if the objectives are achromatic. In addition, this technique does not allow an absolute measurement of the thickness of the surface layer in the observed area, because it is based on an interferometric differential measurement which is repeated modulo a period close to 2n; X being the observation length and n the refractive index of the surface layer.

On connaît également par la demande de brevet français n 2 718 231 (SOFIE) un procédé de surveillance de l'épaisseur d'une zone localisée de la couche superficielle d'une structure à couches minces capable de mesurer l'épaisseur absolue de la couche superficielle dans une zone spécifique d'analyse en effectuant une analyse spectrale par un spectrographe d'un faisceau lumineux en provenance d'un faisceau de lumière blanche réfléchi par l'empilement de couches minces. Cette technique est efficace mais elle permet seulement de connaître l'épaisseur de la couche et sa vitesse de variation sur une zone localisée pour des profondeurs de quelques dizaines de microns au maximum. Also known from French patent application No. 2,718,231 (SOFIE) is a method for monitoring the thickness of a localized area of the surface layer of a thin-layer structure capable of measuring the absolute thickness of the layer. surface in a specific analysis area by performing a spectral analysis by a spectrograph of a light beam from a beam of white light reflected by the stack of thin layers. This technique is effective but it only makes it possible to know the thickness of the layer and its speed of variation over a localized area for depths of a few tens of microns at most.

La présente invention a pour objet de proposer une technique perfectionnée capable de réaliser les mesures effectuées selon les techniques antérieures, mais également adaptée à des motifs de grande épaisseur ou profondeur pour des applications de micromécanique. En effet, lorsque les couches sont épaisses ou lorsque les motifs sont profonds, l'intensité de la lumière à mesurer devient très faible et les techniques classiques ne sont plus adaptées. The object of the present invention is to propose an improved technique capable of carrying out the measurements carried out according to the prior techniques, but also adapted to patterns of great thickness or depth for micromechanical applications. In fact, when the layers are thick or when the patterns are deep, the intensity of the light to be measured becomes very low and conventional techniques are no longer suitable.

L'invention a également pour objet de fournir un dispositif et un procédé capables d'effectuer une mesure instantanée de la différence de niveau entre une surface choisie comme origine et le motif gravé ou déposé. The object of the invention is also to provide a device and a method capable of making an instantaneous measurement of the level difference between a surface chosen as the origin and the engraved or deposited pattern.

Le dispositif, selon l'invention, est destiné à la mesure tridimensionnelle et à l'observation in situ et en temps réel d'une couche superficielle d'une structure à couches minces en cours de traitement dans une chambre sous vide équipée d'une fenêtre sur une paroi. Le dispositif comprend une unité de surveillance qui comporte un boîtier compact enfermant une caméra vidéo, une source d'éclairage à faisceau large, une source d'éclairage à faisceau étroit et des composants optiques, une unité d'exploitation et de commande comportant un connecteur optique et un connecteur électrique montés sur le boîtier de l'unité de surveillance pour la relier via respectivement un câble de fibres optiques et un câble électrique, à l'unité d'exploitation et de commande, et une table montée au-dessus de la chambre de traitement pour assurer, d'une part, le déplacement horizontal de l'unité de surveillance suivant deux axes afin de choisir un site et, d'autre part, le positionnement précis pour que les deux faisceaux incidents et les deux faisceaux réfléchis par la couche superficielle empruntent des chemins optiques voisins proches de l'axe optique de la caméra vidéo. Le dispositif comprend un prisme de
Wollaston disposé sur le chemin optique du faisceau lumineux étroit pour obtenir en sortie dudit prisme de Wollaston deux faisceaux lumineux polarisés étroits, cohérents, de directions différentes décalées d'un angle a et de polarisations orthogonales, le prisme de
Wollaston étant disposé de façon à être traversé par les faisceaux lumineux étroits réfléchis par la couche, un polariseur disposé sur l'axe optique du prisme de Wollaston de façon à être traversé par le faisceau lumineux étroit réfléchi après son passage en retour dans ledit prisme de Wollaston, ledit polariseur étant monté rotatif par rapport audit prisme de Wollaston, et une cellule de détection.
The device according to the invention is intended for three-dimensional measurement and for in situ and real-time observation of a surface layer of a structure with thin layers during treatment in a vacuum chamber equipped with a window on a wall. The device comprises a monitoring unit which comprises a compact housing enclosing a video camera, a wide-beam lighting source, a narrow-beam lighting source and optical components, an operating and control unit comprising a connector optic and an electrical connector mounted on the housing of the monitoring unit to connect it via respectively an optical fiber cable and an electrical cable, to the operating and control unit, and a table mounted above the processing chamber to ensure, on the one hand, the horizontal displacement of the monitoring unit along two axes in order to choose a site and, on the other hand, the precise positioning so that the two incident beams and the two beams reflected by the surface layer follows neighboring optical paths close to the optical axis of the video camera. The device includes a prism of
Wollaston arranged on the optical path of the narrow light beam to obtain, at the output of said Wollaston prism, two narrow, coherent polarized light beams, of different directions offset by an angle a and of orthogonal polarizations, the prism of
Wollaston being arranged so as to be crossed by the narrow light beams reflected by the layer, a polarizer arranged on the optical axis of the Wollaston prism so as to be crossed by the narrow light beam reflected after it passes back through said prism of Wollaston, said polarizer being rotatably mounted with respect to said Wollaston prism, and a detection cell.

On dispose ainsi de deux faisceaux lumineux étroits, l'un, par exemple, dirigé vers une portion de la couche superficielle non traitée et l'autre, par exemple, dirigé vers une portion de la couche superficielle en cours de traitement. La rotation du polariseur autour de son axe optique permet de sélectionner l'un ou l'autre des faisceaux réfléchis polarisés ou une combinaison des deux et d'effectuer une analyse permettant de connaître la différence de niveau entre les deux portions de la couche superficielle. There are thus two narrow light beams, one, for example, directed towards a portion of the untreated surface layer and the other, for example, directed towards a portion of the surface layer being treated. The rotation of the polarizer around its optical axis makes it possible to select one or the other of the polarized reflected beams or a combination of the two and to carry out an analysis making it possible to know the difference in level between the two portions of the surface layer.

Dans un mode de réalisation de l'invention, le prisme de
Wollaston est mobile en translation et est monté sur un bâti rotatif supportant également le polariseur, de façon que la rotation du prisme de Wollaston entraîne celle du polariseur, ce dernier étant monté sur un support rotatif par rapport audit bâti. La rotation du bâti du prisme de Wollaston permet la rotation des deux zones spécifiques de la couche superficielle éclairées par les deux faisceaux lumineux étroits autour de l'axe optique à l'intérieur du site éclairé par le faisceau lumineux large.
In one embodiment of the invention, the prism of
Wollaston is movable in translation and is mounted on a rotary frame also supporting the polarizer, so that the rotation of the Wollaston prism causes that of the polarizer, the latter being mounted on a rotary support with respect to said frame. The rotation of the frame of the Wollaston prism allows the rotation of the two specific zones of the surface layer illuminated by the two narrow light beams around the optical axis inside the site illuminated by the wide light beam.

Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend un faisceau laser pour générer le faisceau lumineux étroit, plus particulièrement pour la mesure de motifs très profonds. In one embodiment of the invention, the device comprises a laser beam for generating the narrow light beam, more particularly for the measurement of very deep patterns.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend une source blanche pour générer le faisceau lumineux étroit. In another embodiment of the invention, the device comprises a white source for generating the narrow light beam.

Avantageusement, le prisme de Wollaston est prévu avec une séparation angulaire a des deux faisceaux comprise entre 10 et 100 minutes d'angle. Advantageously, the Wollaston prism is provided with an angular separation of the two beams between 10 and 100 minutes of angle.

Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend un diaphragme disposé entre le polariseur et la cellule de détection, le trou dudit diaphragme étant de diamètre correspondant à celui du faisceau lumineux étroit réfléchi. Le diaphragme sert ainsi de filtre spatial en réduisant la lumière située hors de la trajectoire du faisceau lumineux étroit réfléchi. A titre de variante, le diaphragme peut être remplacé par un ensemble comprenant deux diaphragmes et une lentille intermédiaire, placé devant la cellule de détection. In one embodiment of the invention, the device comprises a diaphragm disposed between the polarizer and the detection cell, the hole of said diaphragm being of diameter corresponding to that of the reflected narrow light beam. The diaphragm thus serves as a spatial filter by reducing the light located outside the path of the reflected narrow light beam. Alternatively, the diaphragm can be replaced by an assembly comprising two diaphragms and an intermediate lens, placed in front of the detection cell.

Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend un filtre interférentiel disposé devant la cellule de détection, la bande passante du filtre correspondant à la longueur d'onde du faisceau lumineux étroit réfléchi. On effectue ainsi un filtrage fréquentiel avantageux lorsqu'on utilise un faisceau laser. In one embodiment of the invention, the device comprises an interference filter disposed in front of the detection cell, the bandwidth of the filter corresponding to the wavelength of the reflected narrow light beam. Advantageous frequency filtering is thus carried out when a laser beam is used.

Le procédé, selon l'invention, est destiné à la mesure et à l'observation in situ et en temps réel d'une couche superficielle d'une structure à couches minces placée dans une chambre sous vide équipée d'une fenêtre sur une paroi. The method according to the invention is intended for the measurement and observation in situ and in real time of a surface layer of a thin film structure placed in a vacuum chamber equipped with a window on a wall. .

Le procédé consiste
- à envoyer un faisceau lumineux large d'éclairage sur un site de la structure à observer, un premier faisceau lumineux étroit d'éclairage sur une première zone spécifique de la structure à observer et un deuxième faisceau lumineux étroit d'éclairage sur une deuxième zone spécifique de la structure à observer, les faisceaux empruntant des chemins optiques voisins proches de l'axe optique d'une caméra vidéo et traversant la fenêtre de la chambre de traitement pour atteindre le site, les premier et deuxième faisceaux lumineux étroits étant cohérents entre eux et leurs directions étant décalées d'un angle a, lesdits premier et deuxième faisceaux lumineux étroits étant générés par une source lumineuse unique;
- à envoyer le faisceau lumineux réfléchi par le site de la structure à couches minces vers un capteur matriciel d'une caméra vidéo à champ large et les deux faisceaux lumineux réfléchis par les deux zones spécifiques et empruntant le chemin optique commun vers un moyen capable de les combiner optiquement, les faisceaux lumineux réfléchis combinés interfèrant à la sortie d'un polariseur suivi d'une cellule de détection en vue de la mesure de la différence de niveau entre les deux zones spécifiques.
The process consists
- sending a wide light beam of illumination to a site of the structure to be observed, a first narrow light beam of illumination over a first specific area of the structure to be observed and a second narrow light beam of illumination over a second zone specific to the structure to be observed, the beams taking adjacent optical paths close to the optical axis of a video camera and passing through the window of the processing chamber to reach the site, the first and second narrow light beams being coherent with one another and their directions being offset by an angle a, said first and second narrow light beams being generated by a single light source;
- to send the light beam reflected by the site of the thin-film structure to a matrix sensor of a wide-field video camera and the two light beams reflected by the two specific areas and taking the common optical path towards a means capable of optically combine them, the combined reflected light beams interfering with the output of a polarizer followed by a detection cell for the purpose of measuring the level difference between the two specific zones.

On peut envoyer un faisceau lumineux étroit obtenu à partir d'une source unique vers un prisme de Wollaston pour obtenir les premier et deuxième faisceaux lumineux étroits incidents et on peut envoyer les deux faisceaux lumineux étroits réfléchis vers le prisme de Wollaston pour les combiner sur un axe optique unique tout en maintenant l'orthogonalité de leurs polarisations respectives, le polariseur étant mobile en rotation d'un angle d'au moins 90" de façon à pouvoir sélectionner le premier faisceau lumineux étroit réfléchi dans une seule polarisation, le deuxième faisceau lumineux étroit réfléchi dans une seule polarisation décalée de 90" par rapport à la polarisation du premier faisceau et la combinaison des deux faisceaux étroits lumineux réfléchis dans une position angulaire décalée de l'ordre de 45" par rapport à la première. We can send a narrow light beam obtained from a single source to a Wollaston prism to obtain the first and second incident narrow light beams and we can send the two narrow light beams reflected to the Wollaston prism to combine them on a single optical axis while maintaining the orthogonality of their respective polarizations, the polarizer being movable in rotation by an angle of at least 90 "so as to be able to select the first narrow light beam reflected in a single polarization, the second light beam narrow beam reflected in a single polarization offset by 90 "with respect to the polarization of the first beam and the combination of the two narrow light beams reflected in an angular position offset by the order of 45" with respect to the first.

Avantageusement, on peut ajuster la distance entre les deux zones spécifiques par translation du prisme de Wollaston et on les déplace en rotation par rotation du prisme de Wollaston et du polariseur. Advantageously, the distance between the two specific zones can be adjusted by translation of the Wollaston prism and they are moved in rotation by rotation of the Wollaston prism and of the polarizer.

Le prisme de Wollaston appartient à la catégorie des séparateurs d'états de polarisation. Les faisceaux émergents sont déviés de part et d'autre de la direction moyenne du rayon incident, mais ces déviations ne sont pas rigoureusement symétriques. The Wollaston prism belongs to the category of polarization state separators. The emerging beams are deflected on either side of the mean direction of the incident ray, but these deviations are not strictly symmetrical.

Par exemple, si on choisit un prisme de Wollaston de séparation angulaire a égale à 30 minutes d'angle, on obtient à une distance de 20 cm de la structure des zones spécifiques décalées d'environ 450 microns. Le déplacement en translation du prisme de Wollaston dans la caméra permet d'ajuster cet écart. La rotation du prisme de
Wollaston permet de déplacer les deux zones spécifiques. On peut ainsi choisir aisément une zone spécifique sur une portion de la couche superficielle recouverte par un masque et donc épargnée par le traitement et l'autre zone spécifique dans une portion en cours de gravure. On peut bien entendu effectuer une pluralité de mesures sur différentes portions du site en cours de gravure. Le site peut être changé au moyen de la table à déplacement horizontal.
For example, if one chooses a Wollaston prism of angular separation equal to 30 minutes of angle, one obtains at a distance of 20 cm from the structure specific zones offset by about 450 microns. The displacement in translation of the Wollaston prism in the camera makes it possible to adjust this difference. The rotation of the prism of
Wollaston allows you to move the two specific areas. One can thus easily choose a specific zone on a portion of the surface layer covered by a mask and therefore spared by the treatment and the other specific zone in a portion being etched. It is of course possible to carry out a plurality of measurements on different portions of the site during etching. The site can be changed using the horizontal displacement table.

Si l'on dispose une zone spécifique sur un bord entre une portion en cours de gravure et une portion recouverte par le masque, il se produira un phénomène de diffraction que l'on pourra observer sur la caméra de surveillance, ce qui permettra de déplacer légèrement la zone spécifique afin d'éviter ce phénomène. Le masque qui recouvre une partie de la structure à couches minces est transparent aux longueurs d'ondes utilisées avec une sélectivité par rapport à la structure elle-même de l'ordre de 50. Lorsque la sélectivité entre le matériau gravé et le masque est supérieure à 10, la gravure du masque n'affecte pas la précision des mesures. La caméra sert à la fois à reconnaître le positionnement des faisceaux et à effectuer des mesures géométriques grâce à la digitalisation qu'elle effectue. Par ailleurs, le procédé de gravure peut avoir tendance à élargir les portions non recouvertes par le masque par attaque des bords de celui-ci ou bien à creuser une portion masquée au bord d'une portion en cours de gravure par attaque sous le masque. De telles évolutions sont observées, en temps réel, au moyen du traitement d'images et de l'interférométrie car elles se traduisent par un changement des contrastes au cours du temps. Deux images successives de l'échantillon peuvent être comparées pour faire ressortir cet éventuel changement de contrastes. If there is a specific area on an edge between a portion being etched and a portion covered by the mask, there will be a diffraction phenomenon that can be observed on the surveillance camera, which will allow moving slightly the specific area to avoid this phenomenon. The mask which covers part of the structure with thin layers is transparent to the wavelengths used with a selectivity with respect to the structure itself of the order of 50. When the selectivity between the etched material and the mask is greater at 10, the etching of the mask does not affect the accuracy of the measurements. The camera is used both to recognize the positioning of the beams and to perform geometric measurements thanks to the digitalization it performs. Furthermore, the etching process may tend to widen the portions not covered by the mask by attacking the edges of the mask or else to dig a masked portion at the edge of a portion being etched by attack under the mask. Such changes are observed, in real time, by means of image processing and interferometry because they result in a change in contrasts over time. Two successive images of the sample can be compared to highlight this possible change in contrasts.

On vérifie la stabilité du masque, en temps réel, dans le plan horizontal selon les axes X, Y et en profondeur. On obtient donc des informations tridimensionnelles sur l'évolution des motifs de l'échantillon.The stability of the mask is checked, in real time, in the horizontal plane along the X, Y and depth axes. We therefore obtain three-dimensional information on the evolution of the patterns in the sample.

L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels
la figure 1 est un schéma explicatif de l'appareillage utilisé pour le procédé de l'invention;
la figure 2 est un schéma explicatif du dispositif de l'invention;
la figure 3 est une vue en coupe de la structure à couches minces surveillée selon la technique de l'invention; et
la figure 4 est une vue de dessus correspondant à la figure 3.
The invention will be better understood on studying the detailed description of an embodiment taken by way of nonlimiting example and illustrated by the appended drawings, in which
Figure 1 is an explanatory diagram of the apparatus used for the method of the invention;
Figure 2 is an explanatory diagram of the device of the invention;
Figure 3 is a sectional view of the thin film structure monitored according to the technique of the invention; and
FIG. 4 is a top view corresponding to FIG. 3.

La demanderesse a mis au point un ensemble très compact d'observations et de mesures interférométriques simultanées par laser, en particulier sur des structures à couches minces, technique exposée en détail dans les demandes de brevets français n" 2 680 414 et nO 2 718 231 auxquelles le lecteur est invité à se reporter pour plus de détails sur l'appareillage et le fonctionnement de base du dispositif. The applicant has developed a very compact set of observations and simultaneous interferometric measurements by laser, in particular on thin-film structures, a technique described in detail in French patent applications Nos. 2,680,414 and Nos. 2,718,231 to which the reader is invited to refer for more details on the apparatus and basic operation of the device.

Comme montré sur la figure 1, une chambre de traitement sous vide enferme un échantillon 2 à traiter, par exemple une plaque de silicium en cours de gravure sous plasma pour obtenir une membrane, et comporte, dans sa paroi supérieure, une fenêtre 3 en silice. Une unité de surveillance 4 est montée au-dessus de la chambre de traitement 1 sur une table 5 à déplacement horizontal X-Y. L'unité de surveillance 4 est reliée par une fibre optique 6 et un câble électrique 7 à une unité 8 d'exploitation et de commande à laquelle sont associés un clavier de commande 9 et un écran de visualisation 10. L'unité 8 est reliée à deux moteurs électriques pas à pas (non représentés) pour commander le déplacement horizontal de l'unité de surveillance 4 sur la table 5. As shown in FIG. 1, a vacuum treatment chamber encloses a sample 2 to be treated, for example a silicon wafer being etched under plasma to obtain a membrane, and has, in its upper wall, a silica window 3 . A monitoring unit 4 is mounted above the treatment chamber 1 on a table 5 with horizontal displacement X-Y. The monitoring unit 4 is connected by an optical fiber 6 and an electric cable 7 to an operating and control unit 8 to which are associated a control keyboard 9 and a display screen 10. The unit 8 is connected with two electric stepping motors (not shown) for controlling the horizontal movement of the monitoring unit 4 on the table 5.

Comme on le voit plus en détail sur la figure 2, l'unité de surveillance 4 présente un boîtier 1 1 qui enferme une caméra vidéo 12 dont l'objectif 13 réglable peut être du type autofocus, une source d'éclairage à faisceau large 14 et un certain nombre de lames optiques pour assurer le guidage des faisceaux lumineux selon les chemins optiques prédéterminés. La caméra vidéo 12 comprend un capteur 15 de préférence constitué d'une pluralité de cellules à transfert de charge (CCD) disposées en une matrice. Le capteur 15 est relié d'une manière non représentée à un connecteur électrique 16 pour le câble électrique 7 en vue de fournir un signal vidéo numérique à l'unité 8 d'exploitation et de commande pour être visualisé sur l'écran 10, le connecteur électrique 16 étant monté sur le boîtier 11. As seen in more detail in Figure 2, the monitoring unit 4 has a housing 1 1 which encloses a video camera 12 whose adjustable lens 13 can be of the autofocus type, a wide beam light source 14 and a number of optical plates for guiding the light beams along the predetermined optical paths. The video camera 12 comprises a sensor 15 preferably made up of a plurality of charge transfer cells (CCD) arranged in a matrix. The sensor 15 is connected in a manner not shown to an electrical connector 16 for the electrical cable 7 in order to supply a digital video signal to the operating and control unit 8 to be displayed on the screen 10, the electrical connector 16 being mounted on the housing 11.

Le boîtier 11 comporte un compartiment intérieur 1 la dans lequel se trouve la source d'éclairage 14 qui émet dans un spectre présentant de préférence un recouvrement au moins partiel avec le spectre de lumière visible. Pour simplifier la description suivante, on parlera de la lumière blanche émise par la source d'éclairage 14. Le compartiment intérieur lla présente une fenêtre pourvue d'une lentille optique 17 qui oriente le faisceau lumineux d'éclairage vers une lame semi-transparente 18 disposée entre l'objectif 13 et le capteur 15 de la caméra 12, de façon que le faisceau lumineux d'éclairage emprunte le chemin optique de la caméra, c'est-à-dire l'axe optique 13a de l'objectif 13. Un premier piège à lumière 19 sous forme d'une lame est placé derrière la lame semi-transparente 18 en vue d'absorber la partie du faisceau lumineux d'éclairage ayant traversé la lame semitransparente 18 et de réduire ainsi les perturbations optiques dans l'unité de surveillance 4. The housing 11 includes an interior compartment 1 la in which is located the light source 14 which emits in a spectrum preferably having at least partial overlap with the visible light spectrum. To simplify the following description, we will speak of the white light emitted by the lighting source 14. The interior compartment 11a has a window provided with an optical lens 17 which directs the light beam of illumination towards a semi-transparent plate 18 disposed between the objective 13 and the sensor 15 of the camera 12, so that the lighting light beam takes the optical path of the camera, that is to say the optical axis 13a of the objective 13. A first light trap 19 in the form of a strip is placed behind the semi-transparent strip 18 in order to absorb the part of the light beam having passed through the semi-transparent strip 18 and thus reduce the optical disturbances in the monitoring unit 4.

La source de rayons laser 20 comporte une diode laser et émet un faisceau étroit projeté par l'intermédiaire d'une lame semi-transparente 21 sur une autre lame semi-transparente 22 intercalée dans le trajet optique entre l'objectif 13 et le capteur 15 de la caméra 12, de manière que le faisceau laser emprunte également le chemin optique de la caméra 12 qui est confondu avec l'axe optique 13a de l'objectif 13. Un autre piège à lumière 23 sous forme d'une lame est disposé derrière la lame semi-transparente 22. The laser beam source 20 comprises a laser diode and emits a narrow beam projected via a semi-transparent plate 21 onto another semi-transparent plate 22 interposed in the optical path between the objective 13 and the sensor 15 of the camera 12, so that the laser beam also follows the optical path of the camera 12 which coincides with the optical axis 13a of the lens 13. Another light trap 23 in the form of a blade is disposed behind the semi-transparent blade 22.

A titre de variante, on peut prévoir de remplacer la source laser 20 par une source de lumière blanche au moyen d'un arc Xénon qui peut être disposé à l'extérieur du boîtier 1 1 et relié à celui-ci par l'intermédiaire d'une fibre optique, non représentée. As a variant, provision can be made to replace the laser source 20 by a white light source by means of a Xenon arc which can be placed outside the housing 1 1 and connected to the latter by means of 'an optical fiber, not shown.

Sur le trajet du faisceau laser émis par la source 20, entre la lame semi-transparente 21 et la lame semi-transparente 22, est disposé un prisme de Wollaston 24 qui a pour effet de diviser le faisceau issu de la source laser 20 en deux faisceaux étroits 25 et 26 présentant une séparation angulaire de 30 minutes d'angle et dont les états de polarisation sont rectilignes et orthogonaux entre eux. On dispose ainsi de deux faisceaux laser cohérents. Pour des raisons de compréhension, le décalage angulaire des faisceaux 25 et 26 a été volontairement exagéré sur la figure 2. Les polarisations rectilignes sont conservées lors du trajet, à condition que les directions de polarisation rectiligne à la sortie du Wollaston soient bien respectivement parallèle et perpendiculaire au plan d'incidence sur la lame 22, sinon chacun des faisceaux prend une polarisation elliptique. On the path of the laser beam emitted by the source 20, between the semi-transparent plate 21 and the semi-transparent plate 22, is disposed a Wollaston prism 24 which has the effect of dividing the beam coming from the laser source 20 in two narrow beams 25 and 26 having an angular separation of 30 minutes of angle and whose polarization states are rectilinear and orthogonal to each other. There are thus two coherent laser beams. For reasons of understanding, the angular offset of the beams 25 and 26 has been deliberately exaggerated in FIG. 2. The rectilinear polarizations are preserved during the journey, provided that the directions of rectilinear polarization at the exit of the Wollaston are indeed respectively parallel and perpendicular to the plane of incidence on the blade 22, otherwise each of the beams takes an elliptical polarization.

Ainsi, le boîtier compact 11 de l'unité de surveillance 4 enferme la caméra vidéo 12 avec la source d'éclairage 14 et la source de rayons laser 20 pour émettre un faisceau lumineux composé du faisceau lumineux d'éclairage émis par la source d'éclairage 14 et des faisceaux laser étroits 25 et 26 émis par la source de rayons laser 20 et séparés par le prisme de Wollaston 24 selon un chemin optique passant par l'objectif 13 de la caméra 12. Le faisceau lumineux combiné est envoyé par l'unité de surveillance 4 à travers l'objectif 13 et la fenêtre 3 de la chambre de traitement 1 pour arriver sur l'échantillon 2 en structure à couches minces (figure 1). Thus, the compact housing 11 of the surveillance unit 4 encloses the video camera 12 with the light source 14 and the laser beam source 20 to emit a light beam composed of the light light beam emitted by the light source. lighting 14 and narrow laser beams 25 and 26 emitted by the source of laser rays 20 and separated by the Wollaston prism 24 according to an optical path passing through the lens 13 of the camera 12. The combined light beam is sent by the monitoring unit 4 through the objective 13 and the window 3 of the treatment chamber 1 to arrive at the sample 2 in a thin-film structure (FIG. 1).

Le faisceau lumineux réfléchi par l'échantillon 2 traverse l'objectif 13 pour pénétrer à l'intérieur du boîtier 11 de l'unité de surveillance 4. La lame semi-transparente 22 sépare le faisceau lumineux réfléchi en deux parties. Une partie transmise qui, après avoir traversé les lames semi-transparentes 22 et 18, arrive au capteur 15 de la caméra 12. Une partie réfléchie par la lame 22 traverse le prisme de Wollaston 24, ce qui provoque la combinaison des deux faisceaux laser étroits réfléchis en un seul. Le faisceau laser réfléchi unique à la sortie du prisme de Wollaston 24 traverse un polariseur 27 pour atteindre une cellule de détection 28 reliée par une fibre optique 6 à l'unité d'exploitation 8. The light beam reflected by the sample 2 passes through the objective 13 to penetrate inside the housing 11 of the monitoring unit 4. The semi-transparent blade 22 separates the reflected light beam into two parts. A transmitted part which, after having passed through the semi-transparent plates 22 and 18, arrives at the sensor 15 of the camera 12. A part reflected by the plate 22 passes through the Wollaston prism 24, which causes the combination of the two narrow laser beams reflect in one. The single reflected laser beam at the outlet of the Wollaston prism 24 crosses a polarizer 27 to reach a detection cell 28 connected by an optical fiber 6 to the operating unit 8.

Le faisceau réfléchi orienté vers le capteur 15 de la caméra 12 correspond au spectre du faisceau lumineux d'éclairage avec deux faisceaux laser réfléchis de haute intensité. Afin d'éviter l'éblouissement du capteur 15 et donc de la caméra vidéo 12 par l'effet des faisceaux laser réfléchis, on dispose un filtre 29 dans le trajet optique de la caméra 12 juste devant le capteur 15. The reflected beam directed towards the sensor 15 of the camera 12 corresponds to the spectrum of the lighting light beam with two high intensity reflected laser beams. In order to avoid dazzling of the sensor 15 and therefore of the video camera 12 by the effect of the reflected laser beams, there is a filter 29 in the optical path of the camera 12 just in front of the sensor 15.

Le filtre optique 29 est transparent pour une longueur d'onde caractéristique et opaque pour les autres longueurs d'ondes afin de ne laisser passer qu'une lumière quasiment monochromatique vers le capteur 15 de la caméra 12. Ainsi, chaque cellule CCD du capteur 15 se comporte individuellement comme un interféromètre représentant un pixel du plan image de la caméra 12. La caméra vidéo 12 se comporte ainsi comme une pluralité d'interféromètres montés en matrice et fournit ainsi un signal vidéo que l'on visualise sur l'écran 10 et qui correspond à une cartographie monochromatique représentant la surface du site éclairé de l'échantillon 2. De préférence, on choisit la longueur d'onde caractéristique du filtre optique 29 suffisamment voisine de la longueur d'onde des faisceaux laser réfléchis de façon à visualiser également sur l'écran 10, les deux spots laser à l'intérieur de la zone localisée éclairée sans que ces derniers n'éblouissent la caméra vidéo 12. The optical filter 29 is transparent for a characteristic wavelength and opaque for the other wavelengths so as to allow only an almost monochromatic light to pass to the sensor 15 of the camera 12. Thus, each CCD cell of the sensor 15 behaves individually as an interferometer representing a pixel of the image plane of the camera 12. The video camera 12 thus behaves like a plurality of interferometers mounted in a matrix and thus provides a video signal which can be viewed on the screen 10 and which corresponds to a monochromatic mapping representing the surface of the illuminated site of the sample 2. Preferably, the characteristic wavelength of the optical filter 29 is chosen which is sufficiently close to the wavelength of the reflected laser beams so as to also display on the screen 10, the two laser spots inside the localized illuminated area without the latter dazzling the emptied camera o 12.

L'interférence des faisceaux est possible grâce au polariseur 27, sur l'axe de transmission duquel se projettent les vecteurs champ électrique des deux faisceaux. On obtient ainsi à la sortie, des vibrations colinéaires et déphasées qui peuvent interférer, contrairement aux champs électriques avant le polariseur qui sont orthogonaux et donc incapables d'interférer, même si les rayons correspondants sont rigoureusement confondus. The interference of the beams is possible thanks to the polarizer 27, on the transmission axis from which the electric field vectors of the two beams project. One thus obtains at the output, collinear and phase-shifted vibrations which can interfere, unlike the electric fields before the polarizer which are orthogonal and therefore incapable of interfering, even if the corresponding rays are strictly combined.

Le polariseur 27 se présente sous la forme d'un film qui comporte des particules dichroïques qui absorbent la lumière selon une première direction du champ électromagnétique et la laisse passer selon une deuxième direction orthogonale à la première. Comme les polarisations des faisceaux laser réfléchis ne sont pas modifiées par leur passage dans le prisme de Wollaston 24, la rotation du polariseur 27 permet, dans une première position angulaire, de sélectionner l'un des faisceaux laser réfléchis, dans une deuxième position décalée de 90" par rapport à la première, de sélectionner le second faisceau laser réfléchi, et dans une troisième position décalée de l'ordre de 45" par rapport à la première, d'analyser les deux faisceaux laser réfléchis et notamment leurs interférences. La cellule de détection 28 peut être de différents types, et notamment un spectrographe. The polarizer 27 is in the form of a film which comprises dichroic particles which absorb light in a first direction of the electromagnetic field and lets it pass in a second direction orthogonal to the first. As the polarizations of the reflected laser beams are not modified by their passage through the Wollaston prism 24, the rotation of the polarizer 27 makes it possible, in a first angular position, to select one of the reflected laser beams, in a second position offset by 90 "with respect to the first, to select the second reflected laser beam, and in a third position offset by about 45" from the first, to analyze the two reflected laser beams and in particular their interference. The detection cell 28 can be of different types, and in particular a spectrograph.

Devant le polariseur 27, on peut prévoir de monter un diaphragme 30 dont le trou est de diamètre correspondant à celui des faisceaux laser réfléchis, de façon à limiter la détection par la cellule de détection 28 de la lumière en provenance de la source 14. On peut aussi prévoir un filtre interférentiel, non représenté, disposé entre le polariseur 27 et la cellule de détection 28 afin d'éviter une action du filtre sur la polarisation et dont la bande passante correspond à la longueur d'onde de la source 20 de façon à réduire la lumière d'autres couleurs provenant également de façon incidente ou réfléchie, de la source 14. On améliore ainsi le rapport signal sur bruit de la cellule de détection 28, notamment lorsqu'on utilise un arc Xénon riche dans le domaine des bleus alors que la source 14 est riche dans le domaine des rouges et que l'on effectue une analyse dans ce dernier domaine. In front of the polarizer 27, provision may be made to mount a diaphragm 30 the hole of which has a diameter corresponding to that of the reflected laser beams, so as to limit the detection by the detection cell 28 of the light coming from the source 14. On may also provide an interference filter, not shown, disposed between the polarizer 27 and the detection cell 28 in order to avoid an action of the filter on the polarization and whose bandwidth corresponds to the wavelength of the source 20 so to reduce the light of other colors also coming incidentally or reflected from the source 14. This improves the signal to noise ratio of the detection cell 28, in particular when using a rich Xenon arc in the blue domain while the source 14 is rich in the red domain and an analysis is carried out in the latter domain.

Les figures 3 et 4 montrent schématiquement les images représentatives du procédé de l'invention. L'échantillon à traiter 2 est une structure à couches minces servant à la fabrication par gravure de membranes. L'échantillon 2 comprend un substrat 31 en silicium dont certaines parties sont protégées par un masque 32. La zone 31a du substrat 31 non protégé par le masque 32, est attaquée par un procédé plasma, connu en soi, jusqu'à une épaisseur prédéterminée. Figures 3 and 4 schematically show the representative images of the method of the invention. The sample to be treated 2 is a structure with thin layers used for the fabrication by etching of membranes. The sample 2 comprises a silicon substrate 31 of which certain parts are protected by a mask 32. The area 31a of the substrate 31 not protected by the mask 32 is attacked by a plasma process, known per se, to a predetermined thickness .

Le faisceau lumineux incident émis par l'unité de surveillance 4 éclaire un site 2a de la surface supérieure de l'échantillon 2. Le site 2a est délimité par le faisceau lumineux d'éclairage en lumière blanche 33. Le premier faisceau laser 25 atteint l'échantillon 2 sur une zone protégée par le masque 32. Comme le masque 32 est transparent à la lumière, le faisceau laser 25 se réfléchit sur la surface du substrat 31 disposé sous le masque 32. Le second faisceau laser 26 se réfléchit sur la zone 31 a du substrat 31 en cours de gravure. Sur l'écran de l'unité de surveillance 4, on visualise la position des faisceaux laser 25 et 26 et on peut ainsi les déplacer pour que l'un se réfléchisse sur une zone protégée par le masque 32 et que l'autre se réfléchisse sur une tranchée en cours de gravure dans le substrat 31. The incident light beam emitted by the monitoring unit 4 illuminates a site 2a of the upper surface of the sample 2. The site 2a is delimited by the white light lighting beam 33. The first laser beam 25 reaches 1 sample 2 on an area protected by the mask 32. As the mask 32 is transparent to light, the laser beam 25 is reflected on the surface of the substrate 31 disposed under the mask 32. The second laser beam 26 is reflected on the area 31a of substrate 31 during etching. On the screen of the monitoring unit 4, the position of the laser beams 25 and 26 is visualized and can thus be moved so that one is reflected on an area protected by the mask 32 and the other is reflected. on a trench being etched in the substrate 31.

Le déplacement des faisceaux laser 25 et 26 par rapport à l'échantillon 2 s'effectue, d'une part, grâce au déplacement de la table 5 dans un plan horizontal et, d'autre part, grâce au mouvement du prisme de Wollaston 24. Le prisme de Wollaston 24 est mobile en translation le long de son axe optique, ce qui permet d'ajuster l'écartement entre les faisceaux laser 25 et 26 sur l'échantillon 2. Le prisme de Wollaston 24 est monté sur un bâti rotatif, non représenté, ce qui permet de déplacer les faisceaux laser 25 et 26 par rotation autour de leur axe d'origine 34. Le polariseur 27 est également monté sur le bâti rotatif du prisme de Wollaston 24. La rotation du prisme de
Wollaston 24 entraîne celle du polariseur 27 de façon qu'un déplacement des faisceaux laser 25 et 26 ne modifie pas le réglage du polariseur 27. Le polariseur 27 est monté sur un support, non représenté, rotatif par rapport au bâti du prisme de Wollaston 24. On effectue ainsi le réglage du polariseur 27 indépendamment du prisme de Wollaston 24.
The movement of the laser beams 25 and 26 relative to the sample 2 is carried out, on the one hand, thanks to the movement of the table 5 in a horizontal plane and, on the other hand, thanks to the movement of the Wollaston prism 24 The Wollaston 24 prism is movable in translation along its optical axis, which makes it possible to adjust the spacing between the laser beams 25 and 26 on the sample 2. The Wollaston 24 prism is mounted on a rotating frame , not shown, which makes it possible to move the laser beams 25 and 26 by rotation about their original axis 34. The polarizer 27 is also mounted on the rotating frame of the Wollaston prism 24. The rotation of the prism of
Wollaston 24 causes that of the polarizer 27 so that a displacement of the laser beams 25 and 26 does not modify the setting of the polarizer 27. The polarizer 27 is mounted on a support, not shown, rotatable relative to the frame of the prism of Wollaston 24 The polarizer 27 is thus adjusted independently of the Wollaston prism 24.

En raison de la différence des longueurs des trajets effectués par les deux faisceaux laser réfléchis dûe à la profondeur de gravure de la zone exposée 31 a du substrat 31 de l'échantillon 2, l'intensité des deux faisceaux laser réfléchis, après leur passage dans le prisme de
Wollaston 24, n'est pas absolument égale, ce qui diminue le contraste des franges d'interférence. Lorsque l'on veut étudier les interférences entre les deux faisceaux laser réfléchis, on règle alors le polariseur 27 à un angle qui peut être très légèrement différent de 45" de façon à équilibrer en intensité les composantes en provenance respectivement des deux faisceaux laser réfléchis. La différence d'intensité des faisceaux laser réfléchis peut être aussi due, en partie, à la réflexion sur la lame 22 lors de laquelle la polarisation parallèle au plan d'incidence sur la lame 22 est favorisée.
Due to the difference in the lengths of the paths taken by the two reflected laser beams due to the etching depth of the exposed area 31a of the substrate 31 of sample 2, the intensity of the two reflected laser beams, after passing through the prism of
Wollaston 24, is not absolutely equal, which decreases the contrast of the interference fringes. When it is desired to study the interference between the two reflected laser beams, the polarizer 27 is then adjusted at an angle which can be very slightly different from 45 "so as to balance in intensity the components originating respectively from the two reflected laser beams. The difference in intensity of the reflected laser beams can also be due, in part, to the reflection on the plate 22 during which the polarization parallel to the plane of incidence on the plate 22 is favored.

Le déphasage entre les faisceaux provient d'une part de la réflexion sur l'échantillon 2, c'est le déphasage utile qui permet de mesurer une épaisseur de couche ou une profondeur de gravure, mais d'autre part, de la réflexion et de la transmission à travers les lames 21 et 22 et le prisme de Wollaston 24, surtout si ce dernier n'est pas bien centré. En lumière monochromatique (laser), on peut effectuer un calibrage en dirigeant les deux faisceaux sur une surface unique de l'échantillon 2. The phase shift between the beams comes on the one hand from the reflection on sample 2, it is the useful phase shift which makes it possible to measure a layer thickness or an etching depth, but on the other hand, from the reflection and the transmission through the blades 21 and 22 and the prism of Wollaston 24, especially if the latter is not well centered. In monochromatic light (laser), a calibration can be carried out by directing the two beams on a single surface of the sample 2.

Un cube à polarisation ou un second prisme de Wollaston peut être disposé sur le chemin optique du faisceau réfléchi après son passage en retour dans le prisme de Wollaston 24 pour séparer spatialement les faisceaux selon leur polarisation, mesurer séparément leurs amplitudes
Rx et Ry et calculer leur rapport. Un cube à polarisation permet une séparation spatiale d'un angle de 90". Un prisme de Wollaston réalisé en calcite permet une séparation spatiale d'un angle de plusieurs degrés.
A polarization cube or a second Wollaston prism can be placed on the optical path of the reflected beam after passing back through the Wollaston prism 24 to spatially separate the beams according to their polarization, measure their amplitudes separately
Rx and Ry and calculate their ratio. A polarized cube allows a spatial separation of an angle of 90 ". A Wollaston prism made of calcite allows a spatial separation of an angle of several degrees.

On obtient ainsi des informations relatives à la modification d'états de surface de l'échantillon. This gives information relating to the modification of the surface states of the sample.

Grâce à l'invention, on peut surveiller des opérations de gravure profonde de couches semi-conductrices avec deux faisceaux laser cohérents en raison de leur provenance d'une source unique. On effectue ainsi une mesure précise de la profondeur de gravure. Avant le début de la gravure, on peut observer plusieurs motifs de l'échantillon en se positionnant successivement sur chacun d'entre eux pour en déduire une modélisation de l'échantillon intéressante pour un processus de gravure industrielle en grandes séries.  Thanks to the invention, it is possible to monitor deep etching operations of semiconductor layers with two coherent laser beams due to their origin from a single source. An accurate measurement of the etching depth is thus carried out. Before the start of the etching, several patterns of the sample can be observed by positioning themselves successively on each of them to deduce an interesting model of the sample for an industrial etching process in large series.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesures tridimensionnelles et d'observation in situ et en temps réel d'une couche superficielle d'une structure à couches minces en cours de traitement dans une chambre sous vide (1) équipée d'une fenêtre sur une paroi comprenant une unité de surveillance (4) qui comporte un boîtier compact enfermant une caméra vidéo (12), une source d'éclairage à faisceau large (14), une source d'éclairage à faisceau étroit (20) et des composants optiques, une unité d'exploitation et de commande (8) comportant un connecteur optique et un connecteur électrique montés sur le boîtier de l'unité de surveillance pour la relier via respectivement un câble de fibres optiques et un câble électrique, à l'unité d'exploitation et de commande, et une table (5) montée au-dessus de la chambre de traitement pour assurer, d'une part, le déplacement horizontal de l'unité de surveillance suivant deux axes (X, Y) afin de choisir un site et, d'autre part, le positionnement précis pour que les deux faisceaux incidents et les deux faisceaux réfléchis par la couche superficielle empruntent des chemins optiques voisins proches de l'axe optique de la caméra vidéo, caractérisé par le fait qu'il comprend un prisme de 1. Device for three-dimensional measurements and observation in situ and in real time of a surface layer of a thin-film structure during treatment in a vacuum chamber (1) equipped with a window on a wall comprising a surveillance unit (4) which comprises a compact housing enclosing a video camera (12), a wide beam light source (14), a narrow beam light source (20) and optical components, a light unit operation and control (8) comprising an optical connector and an electrical connector mounted on the housing of the monitoring unit to connect it via respectively an optical fiber cable and an electrical cable, to the operating and control, and a table (5) mounted above the treatment chamber to ensure, on the one hand, the horizontal movement of the monitoring unit along two axes (X, Y) in order to choose a site and, d on the other hand, the pre positioning cis so that the two incident beams and the two beams reflected by the surface layer take adjacent optical paths close to the optical axis of the video camera, characterized in that it comprises a prism of Wollaston (24) disposé sur le chemin optique du faisceau lumineux étroit pour obtenir en sortie dudit prisme de Wollaston deux faisceaux lumineux polarisés étroits, cohérents, (25, 26) de directions différentes décalées d'un angle a et de polarisations orthogonales, le prisme de Wollaston étant disposé de façon à être traversé par les faisceaux lumineux étroits réfléchis par la couche, un polariseur (27) disposé sur l'axe optique du prisme de Wollaston de façon à être traversé par le faisceau lumineux étroit réfléchi après son passage en retour dans ledit prisme de Wollaston, ledit polariseur étant monté rotatif par rapport audit prisme de Wollaston, et une cellule de détection (28).Wollaston (24) arranged on the optical path of the narrow light beam to obtain, at the output of said Wollaston prism, two narrow, coherent polarized light beams (25, 26) of different directions offset by an angle a and orthogonal polarizations, the prism of Wollaston being arranged so as to be crossed by the narrow light beams reflected by the layer, a polarizer (27) disposed on the optical axis of the Wollaston prism so as to be crossed by the narrow light beam reflected after it passes back in said Wollaston prism, said polarizer being rotatably mounted relative to said Wollaston prism, and a detection cell (28). 2. Dispositif selon la revendication l, caractérisé par le fait que le prisme de Wollaston est mobile en translation et est monté sur un bâti rotatif supportant également le polariseur de façon que la rotation du prisme de Wollaston entraîne celle du polariseur, ce dernier étant monté sur un support rotatif par rapport audit bâti. 2. Device according to claim l, characterized in that the Wollaston prism is movable in translation and is mounted on a rotary frame also supporting the polarizer so that the rotation of the Wollaston prism causes that of the polarizer, the latter being mounted on a support rotatable relative to said frame. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un faisceau laser pour générer le faisceau lumineux étroit. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a laser beam for generating the narrow light beam. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend une source blanche pour générer le faisceau lumineux étroit. 4. Device according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a white source for generating the narrow light beam. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un diaphragme (29) disposé entre le prisme de Wollaston et le polariseur, dont le trou est de diamètre correspondant à celui du faisceau lumineux étroit réfléchi. 5. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a diaphragm (29) disposed between the Wollaston prism and the polarizer, the hole of which has a diameter corresponding to that of the narrow reflected light beam. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comprend un ensemble pourvu de deux diaphragmes et d'une lentille intermédiaire, placé devant la cellule de détection. 6. Device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises an assembly provided with two diaphragms and an intermediate lens, placed in front of the detection cell. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un filtre interférentiel disposé entre le polariseur et la cellule de détection, la bande passante du filtre correspondant à la fréquence du faisceau lumineux étroit réfléchi. 7. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises an interference filter disposed between the polarizer and the detection cell, the pass band of the filter corresponding to the frequency of the reflected narrow light beam. 8. Procédé de mesure et d'observation in situ et en temps réel d'une couche superficielle d'une structure à couches minces placée dans une chambre sous vide équipée d'une fenêtre sur une paroi, caractérisé en ce qu'il consiste à 8. Method for in situ measurement and observation in real time of a surface layer of a thin-film structure placed in a vacuum chamber equipped with a window on a wall, characterized in that it consists of - envoyer un faisceau lumineux large d'éclairage sur un site de la structure à observer, un premier faisceau lumineux étroit d'éclairage sur une première zone spécifique de la structure à observer et un deuxième faisceau lumineux étroit d'éclairage sur une deuxième zone spécifique de la structure à observer, les faisceaux empruntant des chemins optiques voisins proches de l'axe optique d'une caméra vidéo et traversant la fenêtre de la chambre de traitement pour atteindre le site, les premier et deuxième faisceaux lumineux étroits étant cohérents entre eux et leurs directions étant décalées d'un angle a, lesdits premier et deuxième faisceaux lumineux étroits étant générés par une source lumineuse unique,  - send a wide light beam of illumination to a site of the structure to be observed, a first narrow light beam of lighting over a first specific area of the structure to be observed and a second narrow light beam of lighting over a second specific area of the structure to be observed, the beams taking adjacent optical paths close to the optical axis of a video camera and crossing the window of the processing chamber to reach the site, the first and second narrow light beams being coherent with each other and their directions being offset by an angle a, said first and second narrow light beams being generated by a single light source, - envoyer le faisceau lumineux réfléchi par le site de la structure à couches minces vers un capteur matriciel d'une caméra vidéo à champ large et les deux faisceaux lumineux réfléchis par les deux zones spécifiques et empruntant le chemin optique commun vers un moyen capable de les combiner optiquement, les faisceaux lumineux réfléchis combinés interfèrant à la sortie d'un polariseur suivi d'une cellule de détection en vue de la mesure de la différence de niveau entre les deux zones spécifiques. - send the light beam reflected by the site of the thin-film structure to a matrix sensor of a wide field video camera and the two light beams reflected by the two specific zones and taking the common optical path towards a means capable of optically combine, the combined reflected light beams interfering with the output of a polarizer followed by a detection cell for the purpose of measuring the level difference between the two specific zones. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'on envoie un faisceau lumineux étroit obtenu à partir d'une source unique vers un prisme de Wollaston pour obtenir les premier et deuxième faisceaux lumineux étroits incidents et qu'on envoie les deux faisceaux lumineux étroits réfléchis vers le prisme de Wollaston pour les combiner sur un axe optique unique tout en maintenant l'orthogonalité de leurs polarisations respectives, le polariseur étant mobile en rotation d'un angle d'au moins 90" de façon à pouvoir sélectionner le premier faisceau lumineux étroit réfléchi dans une seule polarisation, le deuxième faisceau lumineux étroit réfléchi dans une seule polarisation décalée de 90" par rapport à la polarisation du premier faisceau et la combinaison des deux faisceaux étroits lumineux réfléchis dans une position angulaire décalée de l'ordre de 45" par rapport à la première. 9. Method according to claim 8, characterized in that a narrow light beam obtained from a single source is sent to a Wollaston prism to obtain the first and second incident narrow light beams and that the two narrow light beams reflected towards the Wollaston prism to combine them on a single optical axis while maintaining the orthogonality of their respective polarizations, the polarizer being movable in rotation by an angle of at least 90 "so as to be able to select the first narrow light beam reflected in a single polarization, the second narrow light beam reflected in a single polarization offset by 90 "from the polarization of the first beam and the combination of the two narrow light beams reflected in an angular position offset by order of 45 "compared to the first. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'on ajuste la distance entre les deux zones spécifiques par translation du prisme de Wollaston et on les déplace en rotation par rotation du prisme de Wollaston et du polariseur.  10. Method according to claim 9, characterized in that the distance between the two specific zones is adjusted by translation of the Wollaston prism and they are moved in rotation by rotation of the Wollaston prism and the polarizer.
FR9702283A 1997-02-26 1997-02-26 Three dimensional measurement device for measuring thin-film structure Pending FR2760084A1 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9702283A FR2760084A1 (en) 1997-02-26 1997-02-26 Three dimensional measurement device for measuring thin-film structure
FR9705672A FR2760085B1 (en) 1997-02-26 1997-05-07 DEVICE AND METHOD FOR THREE-DIMENSIONAL MEASUREMENTS AND IN-SITU OBSERVATION OF A SURFACE LAYER DEPOSITED ON A STACK OF THIN LAYERS
US08/915,672 US5898500A (en) 1997-02-26 1997-08-21 Device and method for three-dimensional measurements and observation in situ of a surface layer deposited on a thin-film stack
GB9718230A GB2322697B (en) 1997-02-26 1997-08-28 Measurement and observation of a deposited surface layer
DE19807649A DE19807649B4 (en) 1997-02-26 1998-02-23 Device and method for the three-dimensional measurement and observation of thin layers
JP04492298A JP4083859B2 (en) 1997-02-26 1998-02-26 Apparatus and method for in-situ measurement and observation of a surface layer deposited on a thin film stack

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9702283A FR2760084A1 (en) 1997-02-26 1997-02-26 Three dimensional measurement device for measuring thin-film structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR2760084A1 true FR2760084A1 (en) 1998-08-28

Family

ID=9504194

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR9702283A Pending FR2760084A1 (en) 1997-02-26 1997-02-26 Three dimensional measurement device for measuring thin-film structure

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR2760084A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2760085A1 (en) DEVICE AND METHOD FOR THREE-DIMENSIONAL MEASUREMENTS AND IN SITU OBSERVATION OF A SURFACE LAYER DEPOSITED ON A STACK OF THIN LAYERS
EP1953580B1 (en) Confocal optical scanning device
EP0985902B1 (en) Interferometric device for picking up optical subsurface reflexion and/or transmission characteristics of an object
FR2718231A1 (en) Appts. for measurement of thin film thickness in real time
EP0030899B1 (en) Optical aligning system for two patterns provided with grid-type aligning marks, especially for direct photorepeating on silicon
EP1332397B1 (en) Microscope for diffracting objects
EP1301763A2 (en) Compact spectroscopic ellipsometer
WO2009080998A2 (en) High-resolution surface plasmon microscope with heterodyne interferometry in radial polarization mode
FR2896871A1 (en) MEASURING DEVICE FOR OPTICALLY MEASURING AN OBJECT.
EP4042098A1 (en) Device and method for imaging and interferometry measurements
FR2748562A1 (en) METHOD AND DEVICE WITH TWO OBSERVATION CAMERAS FOR THREE-DIMENSIONAL MEASUREMENTS OF A COMPLEX STRUCTURE
EP0237415B1 (en) Device for spectroscopic ellipsometry using optical fibres
EP0502752B1 (en) Spectroscopic apparatus
FR2737560A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR QUANTIFYING IN SITU, BY REFLECTOMETRY, THE MORPHOLOGY OF A LOCALIZED AREA DURING THE ENGRAVING OF THE SURFACE LAYER OF A THIN-LAYER STRUCTURE
FR2760084A1 (en) Three dimensional measurement device for measuring thin-film structure
EP1409763B1 (en) Method and device for depositing thin films
FR2891904A1 (en) Silicon nitride surface layer thickness measuring method for sample, involves measuring phase difference between two light beams traversing layer and reflecting on substrates, and utilizing processing unit for finding layer thickness
FR2765971A1 (en) Variable spectral transmission optical filter for spectroscopic analysis
FR2895516A1 (en) Object or sample e.g. macroscopic object, analyzing/observing method for e.g. optics application, involves adjusting retardation of retarder and orientation of analyzer for minimizing/canceling part of wave filtered by retarder and analyzer
WO2003002989A1 (en) Microscope for coherent optical tomography
FR2792065A1 (en) Observation apparatus for semiconductors during manufacturing of PCBs has microscopes, plate and manoeuvre panel allowing corresponding displacement of specimens and microscopes
FR2821935A1 (en) Microscope for diffracting objects, comprises light source, condenser, light beam not focussed on observed object, mirrors, microscope objective and attenuating and phase modifying filters
FR2820830A1 (en) Microscope for diffracting objects, comprises light source, condenser, light beam not focussed on observed object, mirrors, microscope objective and attenuating and phase modifying filters
FR2822552A1 (en) Microscope for diffracting objects, comprises light source, condenser, light beam not focussed on observed object, mirrors, microscope objective and attenuating and phase modifying filters
FR2816413A1 (en) Microscope for observing diffracting objects, comprises laser beam guided by mobile mirrors through the object, filter and half and third wave plates giving phase displacement detected by camera