Topographie et épaisseur des couches minces
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Un compensateur de phase C qui est une lame λ/4 rotative introduit un changement
de phase entre les deux composantes du vecteur E de la lumière p et s. De cette
manière, la lumière incidente est polarisée elliptiquement. L’interaction entre la
radiation primaire et l’échantillon provoque de nouveau un changement de phase et
d’amplitude. Pour les détecter, on place un analyseur proche de la surface pour
déterminer l’influence de l’échantillon. Cet analyseur détermine le plan de polarisation de la même façon que le polariseur. On mesure donc deux paramètres (∆, ψ)
pour une longueur d’onde et on détermine deux constantes optiques (n, k). L’épaisseur est calculée soit par itération numérique soit directement par la variation de la
longueur d’onde selon l’équation (2.12). Le faisceau de lumière ou le laser est focalisé sur une aire de quelques micromètres. Une carte de distribution des constantes
optiques ou des mesures de composition est réalisée par balayage de la surface.
La résolution de l’épaisseur est déterminée par la résolution angulaire des
moteurs pas-à-pas ou des cellules de Faraday. La sensibilité est déterminée par la
précision des indices optiques de la couche et du substrat. L’avantage de l’ellipsométrie qui ne nécessite pas un système de vide est la haute sensibilité pour la
mesure de l’épaisseur (≥ 0,2 nm) des couches minces pourvu que la rugosité de
l’échantillon R a soit inférieure à 10 nm et que l’homogénéité des couches soit suffisamment bonne pour l’application des constantes optiques n et k du matériau analysé.
2.4 EXEMPLES DE MESURES DE RUGOSITÉ
La figure 2.10 donne un exemple d’une mesure bidimensionnelle d’une surface
de champ de bosses mesurée avec un rugosimètre à laser sur une surface de 1 mm 2 .
Ce champ a été obtenu par un bombardement avec petites sphères métalliques.
Le système d’acquisition permet d’illustrer la rugosité de toute la surface, mais
aussi sur des tracés choisis par l’utilisateur comme illustré aux figures 2.11(a) et (b)
pour les positions y = 0 mm et y = 0,58 mm.
lin
ell
lin
S
P
C
E
A
D
Φ
Fig. 2.9 Schéma d’un ellipsomètre: source de lumière S avec variation de la longueur d’onde ou
laser L, polariseur P, compensateur de phase (lame λ/4) C, angle d’incidence Φ, échantillon E, analyseur A et détecteur D. La polarisation est soit linéaire (lin) soit elliptique (ell) (d’après [2.1]).
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Un compensateur de phase C qui est une lame λ/4 rotative introduit un changement
de phase entre les deux composantes du vecteur E de la lumière p et s. De cette
manière, la lumière incidente est polarisée elliptiquement. L’interaction entre la
radiation primaire et l’échantillon provoque de nouveau un changement de phase et
d’amplitude. Pour les détecter, on place un analyseur proche de la surface pour
déterminer l’influence de l’échantillon. Cet analyseur détermine le plan de polarisation de la même façon que le polariseur. On mesure donc deux paramètres (∆, ψ)
pour une longueur d’onde et on détermine deux constantes optiques (n, k). L’épaisseur est calculée soit par itération numérique soit directement par la variation de la
longueur d’onde selon l’équation (2.12). Le faisceau de lumière ou le laser est focalisé sur une aire de quelques micromètres. Une carte de distribution des constantes
optiques ou des mesures de composition est réalisée par balayage de la surface.
La résolution de l’épaisseur est déterminée par la résolution angulaire des
moteurs pas-à-pas ou des cellules de Faraday. La sensibilité est déterminée par la
précision des indices optiques de la couche et du substrat. L’avantage de l’ellipsométrie qui ne nécessite pas un système de vide est la haute sensibilité pour la
mesure de l’épaisseur (≥ 0,2 nm) des couches minces pourvu que la rugosité de
l’échantillon R a soit inférieure à 10 nm et que l’homogénéité des couches soit suffisamment bonne pour l’application des constantes optiques n et k du matériau analysé.
2.4 EXEMPLES DE MESURES DE RUGOSITÉ
La figure 2.10 donne un exemple d’une mesure bidimensionnelle d’une surface
de champ de bosses mesurée avec un rugosimètre à laser sur une surface de 1 mm 2 .
Ce champ a été obtenu par un bombardement avec petites sphères métalliques.
Le système d’acquisition permet d’illustrer la rugosité de toute la surface, mais
aussi sur des tracés choisis par l’utilisateur comme illustré aux figures 2.11(a) et (b)
pour les positions y = 0 mm et y = 0,58 mm.
lin
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S
P
C
E
A
D
Φ
Fig. 2.9 Schéma d’un ellipsomètre: source de lumière S avec variation de la longueur d’onde ou
laser L, polariseur P, compensateur de phase (lame λ/4) C, angle d’incidence Φ, échantillon E, analyseur A et détecteur D. La polarisation est soit linéaire (lin) soit elliptique (ell) (d’après [2.1]).