Topographie et épaisseur des couches minces
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2.3.3 Ellipsométrie
Cette méthode optique applique la variation de la polarisation de la lumière
suite à une réflexion sur un échantillon à explorer. Le nom ellipsométrie vient du
fait qu’après réflexion de la lumière sur la surface d’un substrat non transparent, la
lumière, ou plutôt son vecteur électrique est polarisé elliptiquement. La méthode
peut être utilisée in situ, c’est-à-dire à l’air ou dans un milieu défini (par ex. une
solution électrolytique). L’ellipsométrie détermine les indices optiques n c = n – ik
d’une surface ou d’une couche mince. La figure 2.8 montre les coefficients de
réflexion de Fresnel r 1 et r 2 aux interfaces I 1 et I 2 d’un substrat couvert d’une couche F dans un milieu M (par ex. l’air).
Deux paramètres sont mesurés: la variation de l’amplitude Ψ et de la phase ∆
du vecteur champ électrique E, sachant que E est lié au vecteur de la propagation de
la lumière k et au vecteur champ magnétique M. A l’aide de logiciels, les systèmes
multicouches peuvent être analysés d’une façon non destructive. La méthode est
très utilisée pour le contrôle de qualité des «wafers» de silicium, la fabrication des
couches minces des circuits intégrés, le contrôle d’épaisseur des couches minces,
soit nitrurées, oxydées ou métalliques. La variation de la longueur d’onde λ permet
d’utiliser l’ellipsométrie comme une spectroscopie pour l’analyse de surface et des
couches minces avec des substrats bien connus et très lisses.
On utilise les équations de Snell pour les deux interfaces (milieu incident/
couche et couche/substrat) avec n c = n – ik pour la couche (F) et le substrat (M). Avec
l’indice du milieu incident n 0 , on obtient les relations de Snell aux deux interfaces:
E
E ''
n 0
r 1
θ
z
n cf
θ cf
E'
E''
θ cf
r 2
θ cm
n cm
I 1
I 2
M
F
S
Fig. 2.8 Coefficients de réflexion de Fresnel r 1 et r 2 aux interfaces I 1 et I 2 d’un substrat couvert d’une
couche F d’une épaisseur z dans un milieu M (par ex. l’air). θ est l’angle d’incidence et les angles de
réfraction du film et du substrat S sont respectivement θ cf et θ cm . Les indices optiques n o , n cf et n cm
du milieu M de la couche F et du substrat S sont indiqués également (d’après [2.2]).
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2.3.3 Ellipsométrie
Cette méthode optique applique la variation de la polarisation de la lumière
suite à une réflexion sur un échantillon à explorer. Le nom ellipsométrie vient du
fait qu’après réflexion de la lumière sur la surface d’un substrat non transparent, la
lumière, ou plutôt son vecteur électrique est polarisé elliptiquement. La méthode
peut être utilisée in situ, c’est-à-dire à l’air ou dans un milieu défini (par ex. une
solution électrolytique). L’ellipsométrie détermine les indices optiques n c = n – ik
d’une surface ou d’une couche mince. La figure 2.8 montre les coefficients de
réflexion de Fresnel r 1 et r 2 aux interfaces I 1 et I 2 d’un substrat couvert d’une couche F dans un milieu M (par ex. l’air).
Deux paramètres sont mesurés: la variation de l’amplitude Ψ et de la phase ∆
du vecteur champ électrique E, sachant que E est lié au vecteur de la propagation de
la lumière k et au vecteur champ magnétique M. A l’aide de logiciels, les systèmes
multicouches peuvent être analysés d’une façon non destructive. La méthode est
très utilisée pour le contrôle de qualité des «wafers» de silicium, la fabrication des
couches minces des circuits intégrés, le contrôle d’épaisseur des couches minces,
soit nitrurées, oxydées ou métalliques. La variation de la longueur d’onde λ permet
d’utiliser l’ellipsométrie comme une spectroscopie pour l’analyse de surface et des
couches minces avec des substrats bien connus et très lisses.
On utilise les équations de Snell pour les deux interfaces (milieu incident/
couche et couche/substrat) avec n c = n – ik pour la couche (F) et le substrat (M). Avec
l’indice du milieu incident n 0 , on obtient les relations de Snell aux deux interfaces:
E
E ''
n 0
r 1
θ
z
n cf
θ cf
E'
E''
θ cf
r 2
θ cm
n cm
I 1
I 2
M
F
S
Fig. 2.8 Coefficients de réflexion de Fresnel r 1 et r 2 aux interfaces I 1 et I 2 d’un substrat couvert d’une
couche F d’une épaisseur z dans un milieu M (par ex. l’air). θ est l’angle d’incidence et les angles de
réfraction du film et du substrat S sont respectivement θ cf et θ cm . Les indices optiques n o , n cf et n cm
du milieu M de la couche F et du substrat S sont indiqués également (d’après [2.2]).