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RÉSUMÉ
Cet article présente les applications concrètes de l'ellipsométrie, technique optique d'analyse de surface. Il détaille un ellipsomètre à polariseur tournant, et présente quelques développements et extensions récents de cette technique. Les domaines d’application de l’ellipsométrie sont ensuite présentés, puis un comparatif avec d’autres techniques d’analyse de surface est dressé.
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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
Lprès avoir étudié dans l’article les principes de l’ellipsométrie et les techniques d’acquisition et de traitement du signal, nous allons dans cette partie décrire plus en détail l’instrumentation, dans le cas d’un ellipsomètre à polariseur tournant, et présenter quelques développements et extensions récents de cette technique telle que décrite dans le premier article. Nous dressons un panorama rapide des domaines d’application de l’ellipsométrie et terminons par un comparatif avec d’autres techniques d’analyse de surface.
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4. Comparaison avec d’autres techniques
De nombreuses techniques d’analyse de surface sont disponibles commercialement. Nous donnons ici des exemples de différentes applications et, pour chaque application, les techniques les plus couramment utilisées (le tableau 1 donne les performances de ces méthodes).
4.1 Caractérisation d’état de surface
Les techniques considérées ici ne donnent pas d’information en profondeur dans le matériau, mais permettent de visualiser à des échelles différentes l’aspect de surface d’un échantillon [22].
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Mesure par stylet
La pointe d’un stylet est en contact avec la surface et, en se déplaçant horizontalement, suit les variations de niveau de celle-ci. Le stylet est solidaire d’une ferrite située entre deux bobines et son déplacement génère un courant qui permet de mesurer celui-ci (figure 4 a ). Si, au cours de la croissance d’une couche, l’opérateur a pris soin de placer un cache sur une partie de l’échantillon, le stylet peut mesurer l’épaisseur de la couche déposée (figure 4 b ).
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Mesure par interférométrie
Un laser est focalisé sur la surface à l’aide d’un objectif de microscope, une partie du faisceau est déviée sur un miroir (figure 5). Après recombinaison du faisceau, il apparaît des interférences permettant de mesurer la phase de l’onde [23] et d’en déduire la planéité et la topologie de surface de l’échantillon étudié.
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Microscopie à effet tunnel
Nota :se reporter à l’article [48] dans les Techniques de l’Ingénieur.
On maintient une micropointe à une distance de 1 à 2 nm d’une surface (conductrice ou semi-conductrice) pour permettre le passage d’électrons par effet tunnel entre la pointe et la surface à visualiser. La pointe est fixée sur une céramique piézoélectrique. On cherche à maintenir le courant tunnel stable en gardant constante la distance pointe-surface. Balayer la surface par la pointe revient à reconstruire la topographie de la surface. La résolution horizontale atteinte est de l’ordre de 1 nm et la résolution...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - AZZAM (R.M.A.), BASHARA (N.M.) - Ellipsometry and polarized light. - North Holland (1977).
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(2) - ASPNES (D.E.), STUDNA (A.A.) - High precision scanning ellipsometer. - Applied Optics vol. 14, no 1, janv. 1975.
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(3) - ERMAN (M.) - Ellipsométrie spectroscopique du proche IR au proche UV. - Thèse de 3e cycle. Université d’Orsay, mars 1982.
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(4) - DREVILLON (B.), PERRIN (J.), MARBOT (R.), VIOLET (A.), DARBY (J.L.) - A fast polarization modulated ellipsometer. - Rev. Scientific Instr. 53 (7), juill. 1982.
-
(5) - ASPNES (D.E.) - The analysis of optical spectra by Fourier methods. - Surface Science 135, p. 284-306 (1983).
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(6) - COURDILE (H.), STEERS (M.), THEETEN (J.B.) - * - Brevet d’invention no 8020838, sept. 1980.
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