WO2018219785A1 - Procede et systeme pour reconstituer une information de couleur d'un echantillon mesure par profilometrie optique en lumiere blanche, et applications de ce procede - Google Patents

Procede et systeme pour reconstituer une information de couleur d'un echantillon mesure par profilometrie optique en lumiere blanche, et applications de ce procede Download PDF

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WO2018219785A1
WO2018219785A1 PCT/EP2018/063705 EP2018063705W WO2018219785A1 WO 2018219785 A1 WO2018219785 A1 WO 2018219785A1 EP 2018063705 W EP2018063705 W EP 2018063705W WO 2018219785 A1 WO2018219785 A1 WO 2018219785A1
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sample
optical
color
color information
spectral density
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PCT/EP2018/063705
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Jean-François BOULANGER
Sylvain PETITGRAND
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Unity Semiconductor
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    • G01B9/02—Interferometers
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    • G01B9/02083—Interferometers characterised by particular signal processing and presentation
    • G01B9/02084—Processing in the Fourier or frequency domain when not imaged in the frequency domain

Definitions

  • the present invention is directed to the exploitation of full-field interferometric signals for reconstructing color information of a sample measured by optical profilometry in white light.
  • gray level interferograms are produced, but it would be very useful to have color information, especially when the objects examined are semiconductor topographies.
  • a real-color interferometric profilometry method is already known, in particular from document US 2014/0226150 Surface Topography Interferometer with Surface Colors. This document discloses a VSI optical profilometry system for superimposing the color information on the topography, by adding several colored light sources.
  • the measurement mode is as follows: after a displacement of a piezoelectric device, the profilometry system acquires four images, an image in white light and three images with color illumination. The first image is used for the measurement in profilometry itself according to the conventional method VSI ("Vertical Scanning Interferometry" for “vertical scanning interferometry”), the other three used to extract the color information.
  • VSI Vertical Scanning Interferometry
  • the object of the present invention is to provide a method for reconstituting a color information which is simpler than the aforementioned existing methods and which in particular does not require the use of multiple color lights or the use of sensors. of color.
  • This object is achieved with a method for reconstructing color information of a sample measured by white light optical profilometry, comprising acquiring interferograms at a plurality of measurement points on said sample, which method further comprising, for at least minus one measuring point:
  • white light optical profilometry refers to a well-known optical technique for obtaining a surface topography of an object. It is based on an interferometer illuminated by a broad-spectrum optical source, and whose arms respectively comprise the surface of the object and a reference surface. By varying an optical path, an interferogram can be acquired for each measurement point or pixel of an imaging sensor or camera, the analysis of which provides the altitude at the measurement point. Intensity or imaging sensors that produce grayscale interferogram measurements can be used.
  • the method according to the invention makes it possible to reconstitute a color information with a conventional white (or polychromatic) optical profilometer and an intensity sensor or a monochromatic camera.
  • the optical spectral density may correspond to the module of the Fourier transform of the interferogram, or be representative of this module.
  • the optical spectral density calculation may include a Fourier transform calculation of the interferogram.
  • the color information can be generated from the spectral reflectance values for a plurality of wavelengths corresponding to wavelengths of a coding system. colors, for example computer.
  • This color coding system can be of RGB type (for Red, Green,
  • the color information can be generated from a projection of the spectral reflectance on a color space.
  • the color space can be one of the following standard color spaces: CIE XYZ, CIE RGB.
  • the color information can be generated to simulate the response of a particular color sensor, or a human eye.
  • the method of the invention may further comprise a step of determining an optical reference spectral density used for determining the spectral reflectance.
  • the method according to the invention can comprise:
  • a reference optical spectral density calculation representative of the module of the Fourier transform of said at least one reference interferogram.
  • the method according to the invention may comprise a step of calculating a reference optical spectral density corresponding to an average of optical spectral densities calculated for a plurality of measuring points of the sample. .
  • the average optical spectral density may be a weighted average as a function of a quality factor of interferograms.
  • This weighted average may include weighting factors determined using the fringe contrast of the interferogram.
  • This technique is of great interest, for example when it comes to providing a reconstitution of color information for substrates or semiconductor topographies in a context of high production rate. For example, it is possible to omit additional calibration steps.
  • the method according to the invention may comprise a step of displaying and / or identifying defects of the sample by exploiting the color information.
  • the method according to the invention may comprise a segmentation step of an image made by exploiting the color information.
  • the method according to the invention may comprise a step of segmentation and / or identification of materials by exploiting the color information.
  • the method according to the invention can be implemented with a sample of the semiconductor substrate type.
  • a semiconductor substrate may be or include, for example, a wafer, a piece of wafer, alone or on a carrier ("carrier”, “Frame”), with or without elements engraved or deposited, or an assembly of semiconductor substrates with elements connection ("Fan Out", “RDL” technologies, etc.) ⁇
  • carrier carrier
  • Frame flip-flop
  • RDL read-only memory
  • This functionality is achieved without adding steps in the acquisition, to maintain optimal acquisition speeds, which is a major asset for applications in the semiconductor.
  • a system for reconstituting a color information of a sample comprising a white light optical profilometer arranged to produce, in a plurality measurement points of said sample, a plurality of interferograms, which system further comprises means arranged to: calculate, for at least one measurement point, an optical spectral density of the interferogram,
  • Figure 1 illustrates a schematic diagram of optical profilometer implemented according to the invention
  • Figure 2 illustrates a flowchart of the method according to the invention
  • Figure 3 illustrates (a) an example of input data representing a surface of a sample, (b) an interferogram obtained from an optical profilometer, and (c) a color reconstitution image (RGB) on the sample from a set of interferograms;
  • FIG. 4 illustrates (a) an interferogram made on a silicon sample and (b) a calculation of the Fourier transform module on this interferogram;
  • Figure 5 shows profiles according to the CIE XYZ standard color space
  • variants of the invention comprising only a selection of characteristics described or illustrated subsequently isolated from the other characteristics described or illustrated (even if this selection is isolated within a sentence including these other features), if this selection of features is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the art.
  • This selection comprises at least one preferably functional characteristic without structural details, and / or with only a part of the structural details if this part alone is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the art. earlier.
  • This profilometric system or optical profilometer 100 comprises an interferometric device 13 which may be Michelson, Mirau or other type.
  • this interferometric device 13 is illustrated in the form of an interferometric lens 13 of the Mirau type with a lens or an imaging optic 14, a semi-reflecting separating plate 15 and a reference mirror 16.
  • the optical profilometer 100 also comprises a lighting system 10 which emits light with a broad spectrum and which may for example include a LED (for "Light Emitting Diode") or a halogen lamp, and an imaging sensor or a monochromatic camera 11 with, for example, a matrix imaging sensor of the CCD or CMOS type.
  • the optical profilometer 100 also comprises a scanning device 18 actuated for example by a piezoelectric actuator which makes it possible to relatively vary the optical paths in the two arms of the interferometer, between the separating plate 15 and, respectively, the surface of the sample 17 and the reference mirror 16.
  • the optical profilometer finally comprises a image processing system 19 arranged to implement the reconstitution method according to the invention.
  • the method according to the invention comprises a step 21 of acquiring a plurality of images of the gray level sample for a plurality of positions of the scanning device 18.
  • FIG. 3 (a) illustrates an example of such an image of the sample, derived from the grayscale camera sensor for a position of the scanning device 18.
  • an interferometric or interferogram signal as shown in Figure 3 (b) can be obtained depending on the positions of the scanner.
  • interferograms can of course be used according to methods known to those skilled in the art in an optional step of 3D profile reconstruction 25 to determine an altitude profile of the surface of the sample 17. For this it is possible for example to analyze the phase of the interferograms and / or to determine a maximum amplitude of the envelope.
  • these interferograms are used to produce a two-dimensional color image of the sample.
  • An example of such an image is shown in Figure 3 (c). This image is however presented in grayscale because of the technical constraints of presentation of patent documents.
  • the black values 2 in the color image FIG. 3 (c) correspond to the non-measuring points, that is to say the points where the contrast of the interferograms is not sufficient to reconstitute a reliable color information.
  • An interferometric signal in white light can be broken down into a collection of interferometric signals in monochromatic illumination. These signals are in phase at the point of coherence, that is to say at the top of the envelope of the interferogram in white light.
  • the interferometric signal in white light can therefore be interpreted as the superposition of interferometric signals in monochromatic illumination at the wavelengths of the visible spectrum. It is thus possible to access this information depending on the wavelength ⁇ (or the wavenumber k by Fourier transform).
  • Jz (k) jT (k).
  • p (k), T representing the transmittance of the splitter plate 15 and p the spectral reflectance of the sample 17.
  • the reference effective reflectivity, denoted R includes the reflectance of the reference mirror 16 and the transmittance of the splitter blade 15 h represents the height of the sample and y is a phase shift term of the light wave at reflection on the sample and through the measurement system.
  • the interferometric white light signal can be interpreted as the superposition of interferometric signals (sinusoidal signals) in monochromatic light over the entire visible spectrum.
  • the amplitude of these sinusoids is proportional to V (k) ⁇ R (k) Z (k).
  • the calculation of the Fourier transform gives access to this information.
  • the method according to the invention therefore comprises a step 22 of calculating the Fourier transform module of the interferogram, which makes it possible to obtain a measurement of the density Optical spectral of the light reflected by the sample.
  • Figure 4 (a) illustrates an interferogram acquired on a silicon sample whose reflectance varies little as a function of the wavelength in the visible.
  • Figure 4 (b) illustrates the module of the Fourier transform of this interferogram. It distinguishes the shape of the spectrum of the light source. In this case, it is a white LED.
  • the method according to the invention therefore comprises a normalization step 23 of the Fourier transform module
  • the principle of normalization from a reference signal consists in performing an acquisition on a known reference sample covered or made of a homogeneous material (eg a Si plate) and calculating the Fourier transform module. on this reference sample at each point of the image, which provides a reference optical spectral density:
  • the values p (k) are calculated only in the spectral band of the illumination, for nonzero optical reference spectral density values.
  • This approach requires calibrating the system on a known reference sample (or even periodically recalibrating the system) and the quality of the result greatly depends on the regularity of movement of the scanning device 18 along its course and the stability of the system. lighting from one acquisition to another.
  • the reference optical spectral density PRRef (k)ette may be a global or average value calculated over the entire area of the reference sample.
  • the reference optical spectral density ⁇ PRef (k) ⁇ may be a distinct value for each measurement point or pixel (x, y) of the camera, so as to take into account possible inhomogeneities of the system imaging.
  • the measured quantity is not the absolute spectral reflectance p (k) but a normalized spectral reference with respect to the mean spectral reflectance p (k) / p (k).
  • the estimated color is therefore rather qualitative and can be influenced by the composition of the sample.
  • the reference optical spectral density can be determined as follows:
  • weighting coefficients ⁇ ⁇ , ⁇ can be determined for example by using the contrast of the fringes of the interferogram.
  • the method according to the invention then comprises a step 24 of generating a color information of the sample, by exploiting the spectral reflectance p (k) or the previously determined normalized spectral reflectance.
  • This step allows the generation of a color image that can be processed by a computer system such as a conventional color image, and / or displayed for example on a computer screen and / or printed.
  • spectral reflectance values p (k) can be extracted directly, if necessary by interpolation, at particular wave numbers or wavelengths.
  • the wavelengths chosen may correspond in particular to the wavelengths of the red, green and blue colors used in the display devices and other known systems (camera, computer, etc.) for the representation of the color (RGB). .
  • the spectral reflectance values p (k) can also be integrated or projected onto color profiles, such as profiles of the CIE XYZ color space standard (ISO 11664-3: 2012) shown in Figure 5.
  • the color image obtained with the method of the invention can therefore be similar to a color image obtained with a microscopy device with a color sensor, but with particularities and advantages:
  • both pieces of information can be combined to produce a 3D color profile.
  • the two-dimensional image (2D) in color and the 3D profile can also be used separately or in combination, for example to perform a segmentation or identification of defects using color and altitude information.

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Abstract

Procédé pour reconstituer une information de couleur d'un échantillon mesuré par profilométrie optique en lumière blanche, comprenant une acquisition (21) d'interférogrammes en une pluralité de points ou pixels dudit échantillon, ce procédé comprenant en outre, pour au moins un point de mesure: - un calcul (22) de densité spectrale optique de l'interférogramme, - à partir de cette densité spectrale optique, une détermination d'une réflectance spectrale, - un traitement (24) de ladite réflectance spectrale pour générer une information de couleur dudit échantillon (17).

Description

« Procédé et système pour reconstituer une information de couleur d'un échantillon mesuré par profilométrie optique en lumière blanche, et applications de ce procédé »
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention vise à l'exploitation des signaux interférométriques plein champ pour reconstituer une information de couleur d'un échantillon mesuré par profilométrie optique en lumière blanche.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
En profilométrie optique en lumière blanche, on produit des interférogrammes en niveau de gris, mais il serait bien utile de disposer d'informations de couleur, notamment lorsque les objets examinés sont des topographies de semiconducteur.
On connaît déjà un procédé de profilométrie interférométrique en couleur réelle, notamment par le document US 2014/0226150 « Surface Topography Interferometer with Surface Colors ». Ce document divulgue un système de profilométrie optique VSI permettant de superposer l'information couleur sur la topographie, en ajoutant plusieurs sources lumineuses colorées.
Le mode de mesure est le suivant : après un déplacement d'un dispositif piézoélectrique, le système de profilométrie acquiert quatre images, une image en lumière blanche puis trois images avec des éclairages de couleur. La première image sert à la mesure en profilométrie elle-même selon le procédé conventionnel VSI (« Vertical Scanning Interferometry » pour « interférométrie à balayage vertical »), les trois autres servant à extraire l'information couleur.
Il existe également un procédé de profilométrie par focus scan en couleur réelle telle que divulgué par le document US2008/0291532 « 3-D optical microscope », qui permet d'extraire le profil 3D de l'échantillon et sa couleur. Dans ce procédé, on projette séquentiellement une grille sur l'échantillon avec un éclairage uniforme et on acquiert deux images à chaque étape selon l'un ou l'autre des modes d'éclairage. L'utilisation d'un capteur couleur permet de collecter l'information de couleur de l'échantillon.
Le but de la présente invention est de disposer d'un procédé de reconstitution d'une information de couleur qui soit plus simple que les procédés existants précités et qui notamment ne nécessite pas l'emploi de plusieurs éclairages de couleur ni l'utilisation de capteurs de couleur. EXPOSE DE L'INVENTION
Cet objectif est atteint avec un procédé pour reconstituer une information de couleur d'un échantillon mesuré par profilométrie optique en lumière blanche, comprenant une acquisition d'interférogrammes en une pluralité de points de mesure sur ledit échantillon, lequel procédé comprenant en outre, pour au moins un point de mesure :
un calcul de densité spectrale optique de l'interférogramme,
à partir de cette densité spectrale optique, une détermination d'une réflectance spectrale, et
- un traitement de ladite réflectance spectrale pour générer une information de couleur dudit échantillon.
Le terme « profilométrie optique en lumière blanche » désigne une technique optique bien connue permettant d'obtenir une topographie de surface d'un objet. Elle est basée sur un interféromètre illuminé par une source optique à spectre large, et dont les bras comportent respectivement la surface de l'objet et une surface de référence. En faisant varier un trajet optique on peut acquérir pour chaque point de mesure ou pixel d'un capteur d'imagerie ou d'une caméra un interférogramme dont l'analyse fournit l'altitude au point de mesure. On peut utiliser des capteurs d'intensité ou d'imagerie qui produisent des mesures d'interférogramme en niveaux de gris.
Ainsi, le procédé selon l'invention permet de reconstituer une information de couleur avec un profilomètre optique en lumière blanche (ou polychromatique) conventionnel et un capteur d'intensité ou une caméra monochromatique.
La densité spectrale optique (de puissance ou d'intensité) peut correspondre au module de la transformée de Fourier de l'interférogramme, ou être représentative de ce module.
Ainsi, le calcul de densité spectrale optique peut comprendre un calcul de transformée de Fourier de l'interférogramme.
Dans un mode de mise en œuvre du procédé de l'invention, l'information de couleur peut être générée à partir des valeurs de réflectance spectrale pour une pluralité de longueurs d'ondes correspondant à des longueurs d'onde d'un système de codage de couleurs, par exemple informatique.
Ce système de codage de couleurs peut être de type RVB (pour Rouge, Vert,
Bleu).
Dans un autre mode de mise en œuvre du procédé de l'invention, l'information de couleur peut être générée à partir d'une projection de la réflectance spectrale sur un espace colorimétrique.
L'espace colorimétrique peut notamment correspondre à l'un des espaces de couleur normalisés suivants : CIE XYZ, CIE RGB. L'information de couleur peut notamment être générée de sorte à simuler la réponse d'un capteur de couleur particulier, ou d'un œil humain.
Le procédé de l'invention peut comprendre en outre une étape de détermination d'une densité spectrale optique de référence utilisée pour la détermination de la réflectance spectrale.
Suivant des modes de mise en œuvre, le procédé selon l'invention peut comprendre :
une acquisition d'au moins un interférogramme de référence sur un échantillon de référence de réflectance spectrale connue,
- un calcul de densité spectrale optique de référence représentative du module de la transformée de Fourier dudit au moins un interférogramme de référence.
Suivant d'autres modes de mise en œuvre, le procédé selon l'invention peut comprendre une étape de calcul d'une densité spectrale optique de référence correspondant à une moyenne de densités spectrales optiques calculées pour une pluralité de points de mesure de l'échantillon.
La moyenne de densités spectrales optiques peut être une moyenne pondérée en fonction d'un facteur de qualité des interférogrammes.
Cette moyenne pondérée peut comprendre des facteurs de pondération déterminés en utilisant le contraste des franges de l'interférogramme.
Cette technique, dite d'auto-normalisation, prend tout son intérêt par exemple lorsqu'il s'agit de fournir une reconstitution d'information de couleur pour des substrats ou des topographies de semiconducteur dans un contexte de cadence de production élevée. On peut ainsi par exemple s'affranchir d'étapes de calibrations supplémentaires.
Suivant des modes de mise en œuvre, le procédé selon l'invention peut comprendre une étape de visualisation et/ou d'identification de défauts de l'échantillon en exploitant les informations de couleur.
Suivant des modes de mise en œuvre, le procédé selon l'invention peut comprendre une étape de segmentation d'une image réalisée en exploitant les informations de couleur.
Suivant des modes de mise en œuvre, le procédé selon l'invention peut comprendre une étape de segmentation et/ou d'identification de matériaux en exploitant les informations de couleur.
Suivant des modes de mise en œuvre, le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre avec un échantillon de type substrat semiconducteur.
Un substrat semiconducteur peut être ou comprendre par exemple un wafer, un morceau de wafer, seul ou sur un support (« carrier », « Frame »), avec ou sans éléments gravés ou déposés, ou encore un assemblage de substrats semiconducteur avec des éléments de connexion (technologies « Fan Out », « RDL », ...)■ Il est important de noter qu'avec le procédé de reconstitution d'information de couleur selon l'invention, on ne cherche pas nécessairement à avoir des couleurs réelles ou fidèles comme dans le document US2014/0226150, mais qu'il s'agit avant tout d'identifier des zones de réflectivité spectrale différente, ou de textures différentes pour localiser des défauts 2D (taches), ou des matériaux différents en vue d'une segmentation de l'image.
Cette fonctionnalité est obtenue sans rajouter d'étapes dans l'acquisition, pour garder des vitesses d'acquisition optimales, ce qui est un atout majeur pour des applications dans le semiconducteur.
En plus de l'intérêt de représenter une information couleur de l'échantillon en plus de l'information 3D (superposition de la couleur de l'échantillon sur le profil 3D obtenu par profilométrie), la reconstitution de la couleur permet différentes applications telles que :
une visualisation d'effets non perceptibles sur la topographie (tache, corrosion, usure, ...)
une possibilité de segmenter des matériaux dans un champ caméra à partir de leur couleur, en illustrant par exemple une délimitation de régions recouvertes par un type de matériau dans le champ caméra)
une identification des matériaux présents sur l'échantillon.
Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un système pour reconstituer une information de couleur d'un échantillon, mettant en œuvre le procédé selon l'invention, et comprenant un profilomètre optique en lumière blanche agencé pour produire, en une pluralité de points de mesure dudit échantillon, une pluralité d'interférogrammes, lequel système comprenant en outre des moyens agencés pour : calculer, pour au moins un point de mesure, une densité spectrale optique de l'interférogramme,
déterminer, à partir de cette densité spectrale optique, une réflectance spectrale, et
- traiter ladite réflectance spectrale, de façon à générer une information de couleur dudit échantillon.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre de modes de mise en œuvre du procédé selon l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
la Figure 1 illustre un schéma de principe de profilomètre optique mis en œuvre selon l'invention ; la Figure 2 illustre un organigramme du procédé selon l'invention ;
la Figure 3 illustre (a) un exemple de données d'entrée représentant une surface d'un échantillon, (b) un interférogramme obtenu à partir d'un profilomètre optique, et (c) une image de reconstitution de la couleur (RGB) sur l'échantillon à partir d'un ensemble d'interférogrammes ;
la Figure 4 illustre (a) un interférogramme réalisé sur un échantillon de silicium et (b) un calcul du module de la transformée de Fourier sur cet interférogramme ; et
la Figure 5 représente des profils selon l'espace de couleurs normalisé CIE XYZ ;
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION
Ces modes de mise en œuvre n'étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites ou illustrées par la suite isolées des autres caractéristiques décrites ou illustrées (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, et/ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou à différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.
En référence à la figure 1, on va décrire un exemple de système profilométrique ou profilomètre optique mis en œuvre selon l'invention.
Ce système profilométrique ou profilomètre optique 100 comprend un dispositif interférométrique 13 qui peut être de type Michelson, Mirau ou autre. Dans le mode de réalisation présenté, ce dispositif interférométrique 13 est illustré sous la forme d'un objectif interférométrique 13 de type Mirau avec une lentille ou une optique d'imagerie 14, une lame séparatrice 15 semi-réfléchissante et un miroir de référence 16. Le profilomètre optique 100 comprend également un système d'éclairage 10 qui émet une lumière avec un spectre large et qui peut inclure par exemple une diode électroluminescente LED (pour « Light Emitting Diode ») ou une lampe halogène, et un capteur d'imagerie ou une caméra 11 monochromatique avec par exemple un capteur d'imagerie matriciel de type CCD ou CMOS. Le profilomètre optique 100 comprend également un dispositif de balayage 18 actionné par exemple par un actuateur piézoélectrique qui permet de faire varier relativement les trajets optiques dans les deux bras de l'interféromètre, entre la lame séparatrice 15 et, respectivement, la surface de l'échantillon 17 et le miroir de référence 16. Le profilomètre optique comprend enfin un système de traitement d'image 19 agencé pour mettre en œuvre le procédé de reconstitution selon l'invention.
En référence à la Figure 2, on va maintenant décrire un exemple pratique de reconstitution d'informations de couleur pour un échantillon mesuré au moyen d'un système profilométrique 100 selon l'invention.
Le procédé selon l'invention comprend une étape d'acquisition 21 d'une pluralité d'images de l'échantillon en niveau de gris pour une pluralité de positions du dispositif de balayage 18. La Figure 3(a) illustre un exemple d'une telle image de l'échantillon, issue du capteur caméra en niveau de gris pour une position du dispositif de balayage 18. Pour chaque pixel de la pile d'images ainsi acquises, tel que par exemple au point blanc 1 sur cette image Figure 3(a), on peut obtenir un signal interférométrique ou interférogramme tel qu'illustré à la Figure 3(b) en fonction des positions du dispositif de balayage.
Ces interférogrammes peuvent bien entendu être exploités selon des méthodes connues de l'homme du métier dans une étape optionnelle de reconstitution de profil 3D 25 pour déterminer un profil d'altitude de la surface de l'échantillon 17. Pour cela il est par exemple possible d'analyser la phase des interférogrammes et/ou déterminer un maximum d'amplitude de l'enveloppe.
Selon l'invention, ces interférogrammes sont exploités pour produire une image bidimensionnelle en couleur de l'échantillon. Un exemple d'une telle image est illustrée à la Figure 3(c). Cette image est toutefois présentée en niveaux de gris à cause des contraintes technique de présentation des documents de brevet.
Les valeurs noires 2 dans l'image de couleur Figure 3(c) correspondent aux points non mesurant c'est-à-dire les points où le contraste des interférogrammes n'est pas suffisant pour reconstituer une information de couleur fiable.
Un signal interférométrique en lumière blanche (ou polychromatique) peut être décomposé en une collection de signaux interférométriques en éclairage monochromatique. Ces signaux sont en phase au niveau du point de cohérence, c'est- à-dire au sommet de l'enveloppe de l'interférogramme en lumière blanche. Cette décomposition du signal interférométrique se fait en fonction du nombre d'onde k, avec k=2H/À, λ étant la longueur d'onde.
Le signal interférométrique en lumière blanche peut donc être interprété comme la superposition de signaux interférométriques en éclairage monochromatique aux longueurs d'onde du spectre visible. Il est ainsi possible d'accéder à cette information dépendant de la longueur d'onde λ (ou du nombre d'onde k par transformée de Fourier).
Si on néglige les contributions liées à l'angle d'incidence (approximation paraxiale), le signal interférentiel à un pixel donné peut être modélisé par l'équation suivante : ξ) = g(k^) V(k)dk
Avec I, l'intensité lumineuse mesurée sur le pixel donné au pas ξ, k le nombre d'onde (k=2H/À), V(k) la distribution du spectre de la source lumineuse et g(k, ξ) pouvant s'écrire comme : g(k, ξ) = R(k) + Z(k) + 2^ R(k). Z(k). cos[fe(h - ξ) + y(k)] où Z correspond à la réflectance effective de l'échantillon 17. Ce terme inclut la réflectance spectrale de l'échantillon au pixel donné et la transmittance de la lame séparatrice 15 (ou du cube séparateur).
Il est donc possible d'écrire Jz(k) = jT(k). p(k), T représentant la transmittance de la lame séparatrice 15 et p la réflectance spectrale de l'échantillon 17. La réflectivité effective de référence, notée R, inclut la réflectance du miroir de référence 16 et la transmittance de la lame séparatrice 15. h représente la hauteur de l'échantillon et y est un terme de déphasage de l'onde lumineuse à la réflexion sur l'échantillon et à travers le système de mesure.
Pour plus de clarté dans les notations, on ne mentionne pas jusqu'ici et dans tout le reste du document la dépendance de la localisation (x,y) dans l'image (ou dans le plan conjugué par le système optique d'imagerie de l'échantillon) des termes V, R, Z, h et γ. Celle-ci n'est cependant pas négligée.
Comme précisé plus haut, on peut interpréter le signal interférométrique en lumière blanche comme la superposition de signaux interférométriques (signaux sinusoïdaux) en lumière monochromatique sur tout le spectre visible. L'amplitude de ces sinusoïdes est proportionnelle à V(k)^R(k)Z(k) . Le calcul de la transformée de Fourier permet d'accéder à cette information.
En référence aux Figure 4(a) et Figure 4(b), le procédé selon l'invention comprend donc une étape 22 de calcul du module de la transformée de Fourier de l'interférogramme, qui permet d'obtenir une mesure de la densité spectrale optique de la lumière réfléchie par l'échantillon. La Figure 4(a) illustre un interférogramme acquis sur un échantillon de silicium dont la réflectance varie peu en fonction de la longueur d'onde dans le visible. La Figure 4(b) illustre le module de la transformée de Fourier de cet interférogramme. On y distingue la forme du spectre de la source lumineuse. Dans ce cas, il s'agit d'une diode LED blanche.
Si on omet le terme en k=0, l'expression du module de la transformée de Fourier P(k) de l'interférogramme, correspondant à la densité spectrale optique, est :
Figure imgf000008_0001
et donc |P(fe) | « V(k). ^R(k). T(k). p(k)
La variable d'intérêt dans cette équation étant la réflectance spectrale p(k), il est donc nécessaire de normaliser la densité spectrale optique | P(k) | .
Le procédé selon l'invention comprend donc une étape de normalisation 23 du module de la transformée de Fourier | P(k) | de l'interférogramme (ou de la densité spectrale optique) pour en déduire une réflectance spectrale en tout point (x,y).
On peut envisager plusieurs stratégies, notamment :
une normalisation à partir d'un signal de référence,
une auto-normalisation.
Le principe de la normalisation à partir d'un signal de référence consiste à réaliser une acquisition sur un échantillon de référence connu recouvert ou constitué d'un matériau homogène (ex : une plaque de Si) et de calculer le module de la transformée de Fourier sur cet échantillon de référence en chaque point de l'image, ce qui fournit une densité spectrale optique de référence :
Figure imgf000009_0001
Etant donné que la composition de l'échantillon de référence est connue et homogène, les valeurs théoriques de la réflectance spectrale de cet échantillon pnef(k) sont homogènes, c'est-à-dire sans dépendance spatiale, et sont connues a priori. Il est ensuite possible de déterminer, en chaque pixel de l'image, les valeurs p(k) en calculant le ratio entre la densité spectrale optique et la densité spectrale optique de référence. On en déduit :
Figure imgf000009_0002
Bien entendu, les valeurs p(k) ne sont calculées que dans la bande spectrale de l'éclairage, pour des valeurs de densité spectrale optique de référence non nulles.
Cette approche nécessite de calibrer le système sur un échantillon de référence connu (voire de recalibrer périodiquement le système) et la qualité du résultat dépend grandement de la régularité de déplacement du dispositif de balayage 18 le long de sa course et de la stabilité de l'éclairage d'une acquisition à l'autre.
Suivant une variante, la densité spectrale optique de référence \ PRef(k) \ peut être une valeur globale ou moyenne calculée sur toute la surface de l'échantillon de référence. Suivant une autre variante, la densité spectrale optiq ue de référence \ PRef(k) \ peut être une valeur distincte pour chaque point de mesure ou pixel (x,y) de la caméra, de sorte à prendre en compte des possibles inhomogénéités du système d'imagerie.
Dans la stratégie d'auto-normalisation, on pose comme approximation que la plupart des grandeurs ne sont pas dépendantes de leur position sur l'image (éclairage homogène, pas de variation spatiale des propriétés du miroir de référence 16 et de la lame séparatrice 15). Seules les valeurs de la réflectance spectrale p(k) sont considérées comme pouvant varier selon la localisation sur l'image en fonction des motifs de l'échantillon . On calcule le module moyen de la transformée de Fourier sur l'image :
Figure imgf000010_0001
Avec (x,y) étant les coordonnées dans l'image. On obtient ainsi l'expression de la densité spectrale optique de référence :
|P(fe)| <* V(k). ^R(k). T(k). p~(k) avec p(fe) = (jj∑x,y Vp(fe)) étant la réflectance spectrale moyenne sur toute la surface.
On réalise alors le ratio en chaque pixel du module de la transformée de Fourier sur le spectre moyen (ou de la densité spectrale optique sur la densité spectrale optique de référence), ce qui conduit à l'expression de la réflectance spectrale :
Figure imgf000010_0002
Cette approche de normalisation a pour avantage de ne pas nécessiter d'étape de calibration au préalable. Elle est également plus robuste à des effets de perturbations extérieures que la normalisation basée sur un échantillon de référence exposée précédemment. En effet, dans la mesure où ils sont issus de la même séquence d'acquisition, les signaux de mesure et de référence subissent les mêmes effets de distorsion selon les longueurs d'onde (vibrations, non linéarité de déplacement du piézoélectriq ue, variation de la source, ...)■
Par contre, à moins de disposer d'une connaissance a priori de la réflectance spectrale moyenne p(fe), la grandeur mesurée n'est pas la réflectance spectrale absolue p(k) mais une référence spectrale normalisée par rapport à la réflectance spectrale moyenne p(k)/p(k) . La couleur estimée est donc plutôt qualitative et peut être influencée par le composition de l'échantillon .
Il peut être intéressant de calculer la densité spectrale optique de référence en utilisant une moyenne pondérée pour améliorer sa robustesse par rapport à des pixels aberrants (fausses détections, points sur matériaux peu réfléchissants). Dans ce cas, la densité spectrale optique de référence peut se déterminer comme suit :
|-^| = 1∑x,y Ù>x y \P(k) \
Avec les coefficients de pondération ωχ,γ. Ces coefficients de pondération peuvent être déterminés par exemple en utilisant le contraste des franges de l'interférogramme.
Le procédé selon l'invention comprend ensuite une étape 24 de génération d'une information de couleur de l'échantillon, en exploitant la réflectance spectrale p(k) ou la réflectance spectrale normalisée préalablement déterminée. Cette étape permet la génération d'une image en couleur qui peut être traitée par un système informatique comme une image en couleur classique, et/ou affichée par exemple sur un écran d'ordinateur et/ou imprimée.
Pour cela, on peut extraire directement plusieurs valeurs de réflectance spectrale p(k), au besoin par interpolation, à des nombres d'onde ou longueurs d'ondes particulières. Les longueurs d'onde choisies peuvent correspondre notamment aux longueurs d'onde des couleurs rouge, vert et bleu utilisées dans les dispositifs d'affichage et autres systèmes connus (caméra, ordinateur, ...) pour la représentation de la couleur (RGB).
On peut également intégrer ou projeter les valeurs de réflectance spectrale p(k) sur des profils colorimétriques, tels que les profils de la norme d'espace de couleur CIE XYZ (ISO 11664-3 : 2012) représentés sur la Figure 5.
L'utilisation d'une projection sur des profils colorimétriques a notamment pour avantages de permettre de :
gagner en robustesse de mesure, alors que l'utilisation de longueurs d'onde particulières peut être impactée par exemple par des phénomènes vibratoires sur les longueurs d'onde sélectionnées ;
simuler la réponse d'un capteur couleur si on choisit comme profil d'intégration les profils des filtres couleur de ce capteur ou de simuler la réponse de l'oeil humain.
L'image couleur obtenue avec le procédé de l'invention peut donc être similaire à une image couleur obtenue avec un dispositif de microscopie avec un capteur couleur, avec toutefois comme particularités et avantages :
d'avoir une profondeur de champ théoriquement infinie, puisqu'elle dépend de la course du dispositif de balayage 18 et non plus de la profondeur de champ de l'optique d'imagerie 14 ;
de présenter une résolution spatiale dans le plan améliorée et surtout exploitant pleinement la résolution spatiale du capteur d'imagerie monochromatique 11, du fait qu'elle n'est pas affectée par les problèmes d'interpolation spatiale dus aux matrices de filtres de couleurs juxtaposés qui composent les capteurs couleurs classiques (filtres de Bayer, ...)■ Le procédé et le dispositif de l'invention peuvent être bien entendu être mis en œuvre pour produire :
uniquement une image bidimentionnelle (2D) en couleurs ; une image bidimentionnelle (2D) en couleurs et un profil 3D ou d'altitude de la surface de l'échantillon. Dans ce cas, les deux informations peuvent être combinées pour produire un profil 3D en couleurs.
L'image bidimentionnelle (2D) en couleurs et le profil 3D peuvent également être exploitées séparément ou en combinaison, par exemple pour réaliser une segmentation ou une identification de défauts en utilisant des informations de couleur et d'altitude.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
Procédé pour reconstituer une information de couleur d'un échantillon (17) mesuré par profilométrie optique en lumière blanche, comprenant une acquisition (21) d'interférogrammes en une pluralité de points de mesure sur ledit échantillon (17), caractérisé en ce qu'il comprend en outre, pour au moins un point de mesure :
- un calcul (22) de densité spectrale optique de l'interférogramme,
- à partir de cette densité spectrale optique, une détermination d'une réflectance spectrale, et
- un traitement (24) de ladite réflectance spectrale pour générer une information de couleur dudit échantillon (17).
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calcul de densité spectrale optique (22) comprend un calcul de transformée de Fourier de l'interférogramme.
Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'information de couleur est générée à partir des valeurs de réflectance spectrale pour une pluralité de longueurs d'onde correspondant à des longueurs d'onde d'un système de codage de couleurs.
Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système de codage de couleur est de type RVB (pour Rouge, Vert, Bleu).
5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'information de couleur est générée à partir d'une projection de la réflectance spectrale sur un espace colorimétrique.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'espace colorimétrique correspond à l'un des espaces de couleur normalisés suivants : CIE XYZ, CIE RGB.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de détermination d'une densité spectrale optique de référence utilisée pour la détermination de la réflectance spectrale. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une acquisition d'au moins un interférogramme de référence sur un échantillon
(17) de référence de réflectance spectrale connue,
- un calcul de densité spectrale optique de référence représentative du module de la transformée de Fourier dudit au moins un interférogramme de référence.
9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de calcul d'une densité spectrale optique de référence correspondant à une moyenne de densités spectrales optiques calculées pour une pluralité de points de mesure de l'échantillon (17).
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la moyenne de densités spectrales optiques est une moyenne pondérée en fonction d'un facteur de qualité des interférogrammes.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la moyenne pondérée comprend des facteurs de pondération déterminés en utilisant le contraste des franges de l'interférogramme. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de visualisation et/ou d'identification de défauts de l'échantillon (17) en exploitant les informations de couleur.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de segmentation d'une image réalisée en exploitant les informations de couleur.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de segmentation et/ou d'identification de matériaux en exploitant les informations de couleur.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre avec un échantillon (17) de type substrat semiconducteur. 16. Système pour reconstituer une information de couleur d'un échantillon (17) mettant en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, et comprenant un profilomètre optique (100) en lumière blanche agencé pour produire, en une pluralité de points de mesure dudit échantillon (17), une pluralité d'interférogrammes, lequel système étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (19) agencés pour :
- calculer, pour au moins un point de mesure, une densité spectrale optique de l'interférogramme,
- déterminer, à partir de cette densité spectrale optique, une réflectance spectrale, et - traiter ladite réflectance spectrale, de façon à générer une information de couleur dudit échantillon (17).
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