A PRACTICAL HIGH RESOLUTION PROFILOMETRY :

METHODS AND MEASURES

PROFILOMETRIE A HAUTE RESOLUTION : METHODES ET MESURES

M. Chikh-Bled1*, F. Benkhenafou1, M. Nait-Abdelaziz2

1Université Abou-Bakr Belkaid - Département de physique – Faculté des Sciences – BP 119 -13000 Tlemcen, Algérie

2U. R. A, CNRS 8107 , Ecole Polytechnique de Lille, 59655 France

* Corresponding author. E-mail: m_chikhbled@yahoo.fr

Received : 29 March 2004; revised version accepted : 12 September 2004

Abstract

The measurement have been made on an hybrid profilometer functioning in monochromatic light, double wavelength, and white light. It essentially comprises a microscope into which an interferometer of Mirau, a matrix camera CCD, as well as a microcomputer are included. Three techniques of interferometry integrated in the same device will be proposed:

The first is based on interferential microscopy with phase shift (Phase Shifting Interferometry). It has the advantages of speed acquisition and good vertical resolution as long as the defects of surface do not exceed a few microns in continuous profile.

In order to solve the problem of the phase ambiguity, a second technique was implemented. It consists in using two different wavelengths operating in the same interferometer.

The third method based on White Light Interferometry (WLI) is advantageous relating to vertical range. Indeed, we measure profils in which the height can reach several tens of microns. Neverthless this method presents the disadvantage of being slower than the preceding ones because of the high number of images to be processed.

We presents in this article the performances of the systems in terms of lateral resolution, vertical resolution, precision, vertical range, and speed acquisition.

In order to validate this study, a comparative study was carried out between PSI, WLI, and AFM.

Keywords : Optical Interferometry; Interference Microscopy; Phase Stepping Interferometry; White Light Interferometry; Confocal Microscopy.

Résumé

Les mesures de profils 3D ont été réalisés sur un profilomètre hybride fonctionnant en lumière monochromatique, double longueur d’onde, et en lumière blanche. Il comprend essentiellement un microscope métallographique, auquel on a intégré un interféromètre de Mirau, une caméra CCD matricielle, ainsi qu’un micro-ordinateur. Trois techniques d’interférométrie intégrées dans le même dispositif seront proposées :

La première basée sur la microscopie interférentielle à décalage de phase (Phase Shifting Interferometry) a les avantages de rapidité d’acquisition et de haute résolution verticale tant que les écarts de surface ne dépassent pas entre deux points de mesure, c’est à dire soit sur la phase.

Afin de lever l’ambiguïté sur la phase, une deuxième technique a été mise en œuvre. Elle consiste à utiliser deux longueurs d’onde voisines l’une de l’autre et opérant dans le même interféromètre.

La troisième méthode faisant appel à l’interférométrie en lumière blanche (White Light Interferometry) est avantageuse du point de vue de la dynamique verticale puisqu’on peut mesurer des motifs dont la hauteur peut aller jusqu’à plusieurs dizaines de microns. Néanmoins cette méthode présente l’inconvénient d’être moins rapide que les précédentes à cause du nombre élevé d’images à traiter.

On présente dans cet article les performances du système en termes de résolutions latérale et longitudinale, précision, gamme de mesure, et de rapidité.

Afin de valider cette étude, une étude comparative a été établie entre PSM, WLI, d’une part et par microscopie à forces atomiques AFM d’autre part.

Mots clés : Profilométrie optique; Microscopie interférentielle; Interférométrie à décalage de phase ; Interférométrie en lumière blanche ; Microscopie confocale.

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