Ellipsométrie SPECTROSCOPIQUE ACHETER tournant est donnée par la figure 4. La polarisation linéaire générée par le polariseur est transformée en polarisation elliptique par la lame compensatrice. Cette lame en rotation à une fréquence de quelques hertz produit un signal modulé à la fréquence de rotation. L’ analyse de Fourier de ce signal permet d’ extraire les valeurs de tan Ψ et de tan Δ de l’ échantillon. Les points forts de ce type d’ ellipsomètre sont la simplicité de la technologie, la précision de la mesure des angles Ψ et Δ et le fait de pouvoir utiliser des détecteurs multicanaux de type CCD. Les points faibles sont essentiellement liés à l’ existence de pièces mécaniques mobiles, la difficulté d’ obtenir des compensateurs à large gamme spectrale( 190 nm – 2500 nm) et à leur calibration difficile en fonction de la longueur d’ onde.
Ellipsomètre à modulation de phase Le schéma optique d’ un ellipsomètre à modulation de phase reprend les mêmes éléments que celui d’ un ellipsomètre à compensateur tournant dans lequel on a remplacé le compensateur tournant par un modulateur photo-élastique( Figure 5). Un modulateur photo-élastique( souvent abrégé en PEM pour Photo-Elastic Modulator) est un dispositif optique utilisé pour moduler l ' état de polarisation de la lumière grâce à l ' effet photo-élastique. L ' effet photoélastique est la propriété de certains matériaux de modifier d’ une façon réversible leur indice de réfraction sous l ' effet d ' une
Figure 3. Schéma synoptique d’ un ellipsomètre à polariseur tournant.
contrainte mécanique. Ce changement d’ indice engendre un déphasage différent selon la direction de la polarisation. En pratique, cette contrainte est appliquée sous forme d ' une vibration acoustique à haute fréquence( généralement de l ' ordre de quelques dizaines à centaines de kHz). Comme la contrainte appliquée est périodique, la biréfringence induite dans le barreau variera aussi dans le temps sous la forme δ( t) = a sin ω 0 t. Dans cette configuration le signal détecté est constitué d’ un niveau continu et de composantes modulée à la fréquence ω 0 et 2ω 0. L’ amplitude de ces composantes, fonction des angles Ψ et Δ dépend de l’ orientation des axes du modulateur par rapport à ceux de l’ échantillon. Lorsque le PEM est
Figure 4. Schéma synoptique d’ un ellipsomètre à compensateur tournant. aligné avec les axes de l’ échantillon, les quantités mesurées sont sin 2Ψ Sin Δ, et Sin 2Ψ cos Δ, et dans le cas où les axes du PEM font un angle de 45 0 avec ceux de l’ échantillon, les quantités mesurées sont sin 2Ψ sin Δ et cos 2Ψ. Comme pour les ellipsomètres à compensateur tournant, dans un ellipsomètre à modulation de phase, aucune caractéristique particulière n’ est requise au niveau de la polarisation de la source et du système de détection. Le point fort de ce type d’ instruments est l’ absence de pièces mécaniques mobiles qui peuvent générer des variations d’ angle d’ incidence et son large domaine spectral( du lointain UV au proche IR) grâce à des méthodes de calibration simple du modulateur. En revanche, en raison de la fréquence élevée de la modulation de phase, il n’ est pas possible d’ utiliser un système de détection basée sur des détecteurs multicanaux( barrette de photodiodes ou CCD).
Ellipsomètre à modulation par des cristaux liquides Un ellipsomètre basé sur des cristaux liquides( LC-Ellipsometer) est une forme moderne et versatile d’ ellipsomètre sans pièces mécaniques mobiles, dans lequel les modulations d’ état de polarisation sont réalisées par des modulateurs de cristaux liquides( LC). Cette technologie est particulièrement utile pour la spectroscopie rapide et pour l’ imagerie. Les modulateurs à cristaux liquides( LC) agissent comme des lames à retards variables commandées électroniquement. En modifiant la tension appliquée, on ajuste
Photoniques 133 I www. photoniques. com 45