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A. CORNET et J.-P. DEVILLE
4.3.4. Domaines d’utilisation de I’ellipsometrie
L’ellipsométrie est une méthode non destructive qui peut être pratiquée in situ.
Une de ses grandes qualités est son excellente résolution temporelle. Un autre
avantage réside dans la possibilité d’étudier des couches dans de larges
domaines d’épaisseur : du nanomètre à plusieurs centaines de nanomètres de
façon continue. Dans les cas les plus favorables la sensibilité est de l’ordre du
1 / 100e de monocouche.
Linconvénient majeur réside dans les difficultés d‘interprétation des trajectoires dans le plan (tgY, COSA). Chaque interface traversée par la lumière joue un
rôle dans la modification de l’état de polarisation : il ne faudra pas en oublier
dans la modélisation et il faudra bien connaître leur composition chimique
puisque chaque composé a ses propres propriétés optiques, lesquelles peuvent
être mal connues. Par ailleurs, pour pouvoir faire de l’ellipsométrie, il convient
d’avoir une surface très réfléchissante ou transparente. Ceci induit évidemment
quelques limitations pour l’ingénierie des surfaces qui s’applique souvent à des
échantillons très rugueux. On a vu cependant que la rugosité pouvait être prise
en compte en ellipsométrie spectroscopique. Enfin, étudier u n échantillon
immergé dans u n milieu liquide est possible mais il faut tenir compte des deux
interfaces air -liquide et liquide-solide dans la modélisation de l’état de la polarisation.
L’ellipsométrie a donc deux grands domaines d’application :
l’étude des semi-conducteurs et l’élaboration de microstructures et de dispositifs. Les surfaces des substrats (Si, GaAs ...) sont très planes, bien réfléchissantes, faciles à préparer dans des états standards de propreté. Les propriétés optiques de ces composés sont connues depuis des années. On pourra
donc faire le suivi in situ de tous les processus intervenant lors de la croissance (dépôts métalliques, oxydations.. .] ;
l’étude des réactions chimiques en surface avec notamment les processus
de corrosion. C’est u n domaine très prometteur bien que les difficultés
d’interprétation soient souvent considérables en raison du manque de
connaissances sur les propriétés optiques des phases et des interfaces mises
en jeu.
Un autre domaine d’application est l’étude des systèmes en multicouches. La
figure 5.54 montre la trajectoire dans le plan (tgY, COSA) obtenue en alternant
des couches de tungstène et de silicium pour obtenir un miroir a rayons X mous.
Les épaisseurs des diverses couches peuvent être contrôlées très exactement
en asservissant les caches mobiles des sources d’évaporation du tungstène et du
silicium à la réponse ellipsométrique préalablement modélisée. On trouvera dans
cet article (Réf.(20)) plusieurs autres exemples de l’utilisation de l’ellipsométrie.
(20) Houdy P., Kinetic ellipsometry applied to soft X-ray multilayer growth control, Rev.
PhYs. A@ 23 (1988) 1653-1659.
A. CORNET et J.-P. DEVILLE
4.3.4. Domaines d’utilisation de I’ellipsometrie
L’ellipsométrie est une méthode non destructive qui peut être pratiquée in situ.
Une de ses grandes qualités est son excellente résolution temporelle. Un autre
avantage réside dans la possibilité d’étudier des couches dans de larges
domaines d’épaisseur : du nanomètre à plusieurs centaines de nanomètres de
façon continue. Dans les cas les plus favorables la sensibilité est de l’ordre du
1 / 100e de monocouche.
Linconvénient majeur réside dans les difficultés d‘interprétation des trajectoires dans le plan (tgY, COSA). Chaque interface traversée par la lumière joue un
rôle dans la modification de l’état de polarisation : il ne faudra pas en oublier
dans la modélisation et il faudra bien connaître leur composition chimique
puisque chaque composé a ses propres propriétés optiques, lesquelles peuvent
être mal connues. Par ailleurs, pour pouvoir faire de l’ellipsométrie, il convient
d’avoir une surface très réfléchissante ou transparente. Ceci induit évidemment
quelques limitations pour l’ingénierie des surfaces qui s’applique souvent à des
échantillons très rugueux. On a vu cependant que la rugosité pouvait être prise
en compte en ellipsométrie spectroscopique. Enfin, étudier u n échantillon
immergé dans u n milieu liquide est possible mais il faut tenir compte des deux
interfaces air -liquide et liquide-solide dans la modélisation de l’état de la polarisation.
L’ellipsométrie a donc deux grands domaines d’application :
l’étude des semi-conducteurs et l’élaboration de microstructures et de dispositifs. Les surfaces des substrats (Si, GaAs ...) sont très planes, bien réfléchissantes, faciles à préparer dans des états standards de propreté. Les propriétés optiques de ces composés sont connues depuis des années. On pourra
donc faire le suivi in situ de tous les processus intervenant lors de la croissance (dépôts métalliques, oxydations.. .] ;
l’étude des réactions chimiques en surface avec notamment les processus
de corrosion. C’est u n domaine très prometteur bien que les difficultés
d’interprétation soient souvent considérables en raison du manque de
connaissances sur les propriétés optiques des phases et des interfaces mises
en jeu.
Un autre domaine d’application est l’étude des systèmes en multicouches. La
figure 5.54 montre la trajectoire dans le plan (tgY, COSA) obtenue en alternant
des couches de tungstène et de silicium pour obtenir un miroir a rayons X mous.
Les épaisseurs des diverses couches peuvent être contrôlées très exactement
en asservissant les caches mobiles des sources d’évaporation du tungstène et du
silicium à la réponse ellipsométrique préalablement modélisée. On trouvera dans
cet article (Réf.(20)) plusieurs autres exemples de l’utilisation de l’ellipsométrie.
(20) Houdy P., Kinetic ellipsometry applied to soft X-ray multilayer growth control, Rev.
PhYs. A@ 23 (1988) 1653-1659.