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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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Lire l’articleAuteur(s)
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Frank BERNOUX : Docteur en Optoélectronique
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Jean-Philippe PIEL : Docteur en Physique du solide
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Bernard CASTELLON : Ingénieur INPG
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Christophe DEFRANOUX : Responsable du Laboratoire de caractérisation optique de SOPRA
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Jean-Hervé LECAT : Ingénieur ESO
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Pierre BOHER : Ingénieur ECP - Docteur en Physique du Solide
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Jean-Louis STEHLÉ : Directeur technique SOPRA
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.
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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Exploitation des paramètres ellipsométriques
En anglais
3. Traitement du signal
3.1 Transformée de Fourier et échantillonnage
Considérons un signal de la forme :
ω étant la pulsation de rotation de l’élément tournant.
Le signal attaque un convertisseur analogique-numérique qui lit N valeurs de I (t ) (figure 5). Ces N valeurs permettent le calcul de I 0 , α, β [5] :
avec :
- Δt :
-
![]()
(T période).
(T période).
Les N valeurs d’échantillonnage ne sont utilisées ici que pour la détermination de la composante continue et des harmoniques en 2 ω . Les harmoniques supérieures, dues à des phénomènes parasites, peuvent aussi être identifiées dans la mesure où la fréquence d’échantillonnage est assez élevée, ce qui permet de caractériser les défauts d’alignement du montage optique.
La valeur de la fréquence d’échantillonnage doit être supérieure à 4ν = 4ω / 2π, 2ν étant la fréquence observée du signal. En pratique, il est utile de choisir une valeur plus élevée afin de pouvoir caractériser un défaut d’alignement, de polarisation, ou de non-linéarité du détecteur. La valeur de la fréquence d’échantillonnage sera donc le double de la fréquence maximale observée.
La précision de mesure d’une harmonique dépend par ailleurs de la finesse spectrale Δf et donc de l’intervalle de temps T0...
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