Méthodes de microscopie interférométrique 3D statiques et dynamiques pour la caractérisation de la technologie et du comportement des microsystèmes

Les microsystèmes électromécaniques (MEMS) reposent sur la génération ou/et la détection de déformations, de mouvement ou de vibrations de microstructures minces ayant des dimensions latérales dans la gamme du micron au millimètre. La caractérisation ex-situ de la technologie et du comportement (thermo)mécanique de ces MEMS nécessite des méthodes de mesure sans contact ayant une résolution latérale (sub)micronique et une résolution verticale (sub)nanométrique. Dans ce travail, nous avons développé, dans le cadre d'une collaboration avec la société Fogale nanotech, différentes méthodes de profilométrie et de vibrométrie interférométrique en lumière monochrome et blanche, continue ou stroboscopique, fondées sur la microscopie interférométrique. Ces méthodes permettent la mesure plein champ et 3D de la topographie de surface et des modes de vibrations hors plan et dans le plan de microstructures ainsi que la mesure de leur réponse transitoire, de leur cartographie de réflectivité spectrale et de la cartographie d'indice et d'épaisseur de films ou dispositifs transparents. Les performances et limitations de ces méthodes sont analysées et illustrées sur différentes surfaces micro-usinées, dispositifs micromécaniques et MEMS issus de laboratoires publics et industriels, français et étrangers.The microelectromechanical systems (MEMS) rely on the generation and/or detection of deformations, motions and vibrations of thin microstructures having lateral dimensions in the micrometer to millimeter range. Ex situ characterization of the technology and (thermo)mechanical behaviour of these MEMS needs non contact measurement methods having a (sub)micron lateral resolution and a (sub)nanometer vertical resolution. In this work we developped, within the frame of a collaboration with Fogale nanotech company, different interferometric profilometry and vibrometry techniques with continuous or stroboscopic, monochromatic and white light, illumination, based on interference microscopy. These methods allow full field and 3D measurements of the surface topography and of out-of-plane and in-plane vibration modes of microstructures as well as their transient response, their spectral reflectivity map and a mapping of thickness and refractive index of transparent films and devices. The performances and limitations of these methods are analyzed and illustrated on different micromachined surfaces, micromechanical devices and MEMS arising from public and industrial, french and foreign laboratories.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF