La mesure d’épaisseur des matériaux consiste à déterminer, de façon précise et souvent non destructive, la distance qui sépare les deux faces d’un composant. Elle permet de vérifier la conformité géométrique, de contrôler l’usure, la corrosion ou les défauts internes, et d’assurer la qualité et la sécurité des pièces. Selon le contexte, elle peut être réalisée par contact (pied à coulisse, micromètre) ou par des méthodes sans contact comme l’ultrason, les rayons X, l’optique ou les techniques électromagnétiques.
Principe interférométrique appliqué à la mesure d’épaisseur de films minces transparents
A l’aide d’une source lumière blanche identique à celle utilisée avec le principe confocal chromatique mais avec une sonde différente, il devient possible avec la même configuration standard du spectromètre de mesurer des films minces. Quand la lumière est focalisée sur un film mince (entre 2μm et 250μm), il se crée une figure d’interférences spectrales. En prenant le traitement mathématique (FFT) du signal réfléchi, il est possible de déterminer des épaisseurs multiples jusqu’à la vitesse de 66 kHz. Cette technique de mesure peut être appliquée à des matériaux humides ou secs pour la mesure d’épaisseur de film ou de fluide ou encore de gaps d’air.
Ce qu’il faut retenir
- Sources Halogen, Xenon et LED disponibles
- Matériaux transparents ou translucides
- Epaisseur mesurable de 2 μm à 250 μm
- Vitesse de mesure jusqu’à 66kHz
- Excellente résolution latérale
- CHRocodile S, 2S, SE, 2 SE, E, LR et M4
La Mesure d’Epaisseur Matériaux Transparents
A l’intérieur d’un contrôleur, une source de lumière blanche est injectée dans une fibre optique. La lumière est conduite via cette fibre optique jusqu’à une sonde optique, qui focalise les différentes longueurs d’ondes à des distances variables le long de l’axe optique, créant ainsi un spectre lumineux continu.
Lorsqu’un objet transparent monocouche est placé dans ce spectre continu, deux longueurs d’onde sont parfaitement focalisées sur la surface supérieure et inférieure de l’objet comme le montre le schéma ci-contre. Ces deux longueurs d’onde sont réfléchies en retour puis analysées par un spectrographe.
L’écart de position des pics mesurés (différence d’altitude) détermine l’épaisseur de l’objet. En connaissance de ses propriétés optiques (indice de réfraction), la valeur obtenue est une mesure d’épaisseur absolue. Grâce à l’analyse simultanée des deux surfaces la mesure est insensible aux vibrations mécaniques. Dans le cas d’un objet transparent multicouche, il est possible de cibler la couche à mesurer parmi plusieurs. En raison de l’utilisation d’une source de lumière blanche, l’échantillon doit être transparent dans le domaine du visible comme le verre ou certain plastiques.
En combinant les deux mesures de distances avec la valeur d’épaisseur, il est possible de suivre plusieurs paramètres simultanément comme la topographie de surface, excentricité, faux-rond, rugosité ou forme.
Ce qu’il faut retenir
- Sources Halogène, Xenon et LED disponibles
- Epaisseur mesurable de quelques μm à 37mm
- Indépendant de la couleur et de la température
- Vitesse de mesure jusqu’à 66kHz
- Facile à intégrer en ligne de production ou avec d’autres capteurs
- Systèmes multicanaux disponibles
- CHRocodile S, 2 S, SE, 2 SE, E, LR, M4
Principe interférométrique appliqué à la mesure d’épaisseur de matériaux transparents à l’infrarouge
Des matériaux opaques visuellement comme certains plastiques ou le silicium peuvent être mesurés en utilisant une source et un photo-détecteur infrarouge. La figure d’interférences spectrale du faisceau lumineux réfléchi par deux (ou plusieurs) surfaces est utilisée pour déterminer une épaisseur. Dans le cas de dépôts multicouches, les épaisseurs de chaque couche ainsi que l’épaisseur totale peuvent être déterminées. La sonde optique ne contient ni électronique ni pièces en mouvement, ce qui lui confère une grande robustesse pour les applications en ligne de production ou encore dans les environnements sévères.
Ce qu’il faut retenir
- Plusieurs sources SLD disponibles
- Epaisseur mesurable de 4 μm à 15 mm
- Indépendant de la couleur et de la température
- Vitesse de mesure jusqu’à 70kHz
- Capteurs dédiés pour les wafers rugueux, dopés et ultrafin.
- Facile à intégrer en ligne de production ou avec d’autres capteurs
- Excellente résolution latérale
- Systèmes multicanaux disponibles
- CHRocodile IT, DW, LR et TW
Mesure d’épaisseur en vis-à-vis de matériaux non transparents
Le principe confocal chromatique très polyvalent peut être utilisé pour mesurer la distance sur presque tous les types de surfaces. En disposant deux sondes en vis-à-vis autour de l’échantillon et en synchronisant ces deux mesures, il est possible de mesurer l’épaisseur des matériaux qui sont totalement opaques, comme les métaux ou les wafers opaques.
