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1 - PRINCIPE DE LA MESURE

2 - TECHNIQUES DE MESURE

3 - TRAITEMENT DU SIGNAL

4 - EXPLOITATION DES PARAMÈTRES ELLIPSOMÉTRIQUES

Article de référence | Réf : R6490 v1

Exploitation des paramètres ellipsométriques
Ellipsométrie - Théorie

Auteur(s) : Frank BERNOUX, Jean-Philippe PIEL, Bernard CASTELLON, Christophe DEFRANOUX, Jean-Hervé LECAT, Pierre BOHER, Jean-Louis STEHLÉ

Date de publication : 10 juin 2003

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RÉSUMÉ

L'ellipsométrie est une technique optique d'analyse de surface. Même si le principe de cette technique est connu depuis longtemps, son application n'a pu se développer que depuis l'apparition des micro-ordinateurs et de la commande électronique des moteurs, permettant l'automatisation, l'optimisation et l'exploitation des mesures. L'ellipsométrie a l'avantage d'être non destructive, avec une large gamme de mesure et des possibilités de contrôle in situ permettant la mesure d’épaisseur de couches pendant leur croissance en temps réel.

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Auteur(s)

INTRODUCTION

L’ellipsométrie est une technique optique d’analyse de surface fondée sur la mesure du changement de l’état de polarisation de la lumière après réflexion sur une surface plane.

L’utilisation croissante des traitements de surface (optique, technologie des semi-conducteurs, métallurgie) a contribué au développement de techniques optiques d’analyse de surface : interférométrie, réflectométrie et ellipsométrie.

Le principe de l’ellipsométrie, qui a été découvert il y a plus d’un siècle, a trouvé un essor récent grâce à l’utilisation des micro-ordinateurs et de la commande électronique de moteurs, permettant l’automatisation et l’optimisation des mesures, ainsi que leur exploitation de plus en plus complexe.

Les points forts de l’ellipsométrie sont : son caractère non destructif, sa large gamme de mesure (mesure d’épaisseur depuis une fraction de couche monoatomique jusqu’à quelques micromètres), sa possibilité de contrôle in situ permettant la mesure d’épaisseur de couches pendant leur croissance en temps réel.

Il faut distinguer l’ellipsométrie à une seule longueur d’onde, qui est l’outil le plus simple, mais ne permet l’identification que de deux paramètres, de l’ellipsométrie spectroscopique, qui effectue des mesures sur tout un spectre et permet d’interpréter des structures complexes : multicouche, rugosité d’interface, homogénéité, etc.

Nota :

L’article Ellipsométrie se compose de deux parties : la première [R 6 490], consacrée à la théorie, la seconde consacrée à l’instrumentation et aux applications.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-r6490


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4. Exploitation des paramètres ellipsométriques

4.1 Échantillon massif

Si l’on dispose d’un échantillon massif sans couche d’oxyde et sans rugosité de surface, la quantité :

ρ = tan Ψ exp (j Δ ) = r p /r s

ne dépend que de l’angle d’incidence et de l’indice des maté- riaux [1].

En reprenant l’expression de r p et r s du paragraphe 1 et en inversant la relation ci-dessus, on arrive à la relation :

avec :

N1
 : 
n 1 + jk 1 indice du substrat
N 0
 : 
indice du milieu dans lequel est faite la mesure (N0 = 1 dans le cas où la mesure est faite à l’air ou sous vide)
Φ0
 : 
angle d’incidence.

Cela permet, sans aucune hypothèse, de calculer l’indice complexe N 1 = n 1 + jk 1 d’un substrat, cas le plus simple à résoudre.

HAUT DE PAGE

4.2 Couche transparente

On se limite ici à une structure comportant une couche transparente sur un substrat opaque [1].

Le calcul des coefficients de réflexion s’effectue à l’aide d’un produit matriciel décrivant la propagation de la lumière dans une structure multicouche (cf. paragraphe ...

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