Enfin un procédé rapide et précis pour le contrôle des matériaux multicouches

Le 01/02/2007 à 0:00  

Le système OptiGauge proposé par l'Américain Lumetrics permet de mesurer l'épaisseur des différentes couches des matériaux multicouches. La méthode, qui s'applique aux matériaux transparents dans l'infrarouge, est simple, précise et assez rapide pour être utilisée en production, pour des contrôles en ligne.
Pour contrôler les matériaux multicouches, ce ne sont pas les méthodes qui manquent. Outre les techniques destructives (basées sur une analyse microscopique d'une coupe de l'échantillon), il existe un certain nombre de procédés non destructifs nécessitant un contact avec la pièce (c'est le cas par exemple du contrôle par ultrasons), ou sans contact (c'est le cas notamment des méthodes radiométriques). Mais quelle que soit la méthode utilisée, il est toujours nécessaire de faire des compromis… Les méthodes radiométriques (telles que la fluorescence X) permettent de déterminer avec précision l'épaisseur des différentes couches constituant le matériau, mais ce sont des méthodes de laboratoire relativement coûteuses et réservées à des contrôles par prélèvement. Les systèmes de contrôle par ultrasons, quant à eux, sont des outils portables relativement simples à mettre en œuvre, mais ils sont peu précis (la résolution ne descend “qu'à” 0,1 µm), et peu adaptés aux couches de faible épaisseur (moins d'une dizaine de micromètres).
Le système OptiGauge de la société américaine Lumetrics (représentée en France par IBS Precision Engineering) ne présente pas ces limitations. « C'est à notre connaissance le seul système permettant d'analyser des matériaux multicouches aussi bien en laboratoire qu'en production, lors de contrôles en ligne », commente Gilles Gaubert, directeur commercial France d'IBS Precision Engineering. Le système fait appel à un principe interférométrique. La lumière incidente provient d'une diode laser émettant dans l'infrarouge. A chaque couche traversée, une partie de la lumière incidente est réfléchie vers un capteur. Le module de contrôle associé génère alors des franges d'interférences à partir des différents faisceaux réfléchis. L'analyse de ces franges permet de déterminer les différences de trajets optiques entre les faisceaux, et donc l'épaisseur des différentes couches rencontrées…
Grâce à ce principe, l'OptiGauge se distingue par sa précision (0,1 µm) et sa résolution (0,03 µm). De plus, il n'est pas limité dans le nombre de couches analysées. Il suffit que l'étendue de mesure “totale” reste comprise entre 12 µm et 12 mm.
Autre particularité du système, sa modularité. Le module de contrôle accepte jusqu'à 8 capteurs (pour contrôler simultanément jusqu'à 8 échantillons). Ces derniers peuvent être placés à plusieurs centaines de mètres les uns des autres grâce à un raccordement par fibres optiques. Ils sont donc facilement intégrables sur une ligne de production. Enfin, la mesure est très ponctuelle. Grâce à un diamètre de spot d'à peine 20 µm, il est possible d'analyser aussi bien des matériaux multicouches plats que des pièces de formes courbes. Et comme qui peut le plus peut le moins, le système peut aussi être utilisé pour mesurer “simplement” l'épaisseur d'un matériau monocouche ou celle d'un revêtement.
Seule restriction, l'OptiGauge ne fonctionne qu'avec des matériaux transparents dans l'infrarouge. Mais le champ d'applications reste malgré tout relativement vaste. Le système permet notamment de contrôler des tranches de silicium (wafers) dans l'industrie des semi-conducteurs, des films de protection ou d'emballage, des composants optiques, des produits ophtalmologiques (lentilles de contact souples ou rigides), des adhésifs ou encore toutes sortes de produits en verre (flacons pharmaceutiques, verrerie de laboratoire, etc.).
L'appareil a été présenté pour la première fois en France lors du colloque du club CMOI (Contrôle et Mesures Optiques pour l'Industrie) à Mulhouse en novembre dernier. Son prix s'élève à 60 000 euros.

Caractéristiques
· Étendue de mesure: 12 µm-12 mm
· Longueur d'onde : 1 310 nm
· Précision : ± 0,1 µm
· Résolution : 0,03 µm
· Dimensions du module de contrôle : 457x432x140 mm
· Masse : 6,35 kg

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