Ellipsométrie SPECTROSCOPIQUE ACHETER échantillon. La valeur de ces angles dépend des propriétés du matériau, de son épaisseur, et de la structure de l’ échantillon. Pour extraire des informations physiques utiles( comme l’ épaisseur d’ un film mince ou son indice de réfraction), on doit interpréter les données brutes( Ψ, Δ) à l’ aide d’ un modèle optique. Le traitement commence par des hypothèses physiques sur la structure de l’ échantillon. On construit un modèle en définissant le type de substrat et le nombre de couches déposées. Pour chaque couche, on définit son épaisseur, ses propriétés optiques et sa nature( homogène, mélange, anisotropie). Ce modèle va générer des valeurs théoriques( Ψ th, Δ th) que l’ on va comparer aux valeurs expérimentales( Ψ exp, Δ exp). En modifiant les paramètres du modèle théorique, on cherchera à minimiser l’ écart quadratique moyen donné par l’ équation ci-dessous où Γ Ψ et Γ Δ représentent les erreurs de mesure estimées:
χ 2 = min∑ [ n( ψ th – ψ exp) 2
i— +( ∆ th – ∆ exp) 2
i
— i = 1 Γ Ψ, i Γ ∆, i
]
Couches homogènes Dans le cas d’ un empilement de couches homogènes où les indices des matériaux utilisés sont connus( base de données fournie par les fabricants d’ ellipsomètres), les paramètres à ajuster sont essentiellement les épaisseurs des couches. Une estimation approximative de ces épaisseurs permettra une convergence
Figure 7. Schéma synoptique d’ un polarimètre de Stokes basé sur l’ utilisation d’ un prisme Jobin Yvon.
rapide de la procédure d’ ajustement. Dans le cas contraire, les outils avancés fournis par certains fournisseurs d’ ellipsomètres permettent de retrouver les valeurs finales mais demanderont plus de temps de calculs pour converger. Dans le cas d’ un empilement de couches avec des indices optiques inconnus, on utilise des lois de dispersion pour décrire les variations des indices de réfraction n( λ) et k( λ) de ces couches. En fonction du type de matériau à analyser, semi-conducteurs, transparents, métalliques, il existe des lois spécifiques qui décrivent le mieux ces variations d’ indice. Ces lois contiennent des paramètres qui viennent s’ ajouter aux épaisseurs à ajuster.
Couches inhomogènes Dans le cas de couches inhomogènes, la théorie des milieux effectifs( TME), ou Effective Medium Theory( EMT) en anglais, est une approche utilisée en physique, en science des matériaux et en électromagnétisme. La théorie des milieux effectifs( TME) est un ensemble de méthodes permettant de modéliser les propriétés physiques d’ un matériau composite— c’ est-à-dire un matériau constitué de plusieurs phases différentes( par exemple, des inclusions dans une matrice)
— comme s’ il s’ agissait d’ un matériau homogène fictif. Cette approche est très utilisée en ellipsométrie pour décrire la rugosité de surface( mélange de matériau et de vide), les matériaux polycristallins( mélange de phase cristalline, phase amorphe et vide) et dans l’ analyse des interfaces entre deux couches( mélange des deux matériaux). Les théories souvent utilisées, sont celles établi par Maxwell-Garnett( approprié pour des inclusions dispersées à faible fraction volumique dans une matrice continue) et celle de Bruggeman,( approprié pour des mélange sans phase dominante, fortes fractions volumiques des différentes phases).
Application de l’ ellipsométrie Grace au développement d’ instruments de plus en plus performants couplés à des logiciels de traitement de données de plus en plus puissants, l’ ellipsométrie spectroscopique trouve ses applications dans plusieurs domaines.
Semiconducteurs L’ industrie des semiconducteurs a été la première à adopter l’ ellipsométrie pour le contrôle non destructif, rapide et précis des épaisseurs et des propriétés optiques et physiques des matériaux et couches utilisées dans les dispositifs microélectroniques. Dans cette industrie, les ellipsomètres sont souvent installés dans des plateformes de chargement automatique de plaquettes de silicium et sont utilisés pour contrôler les différentes étapes de production( dépôts, lithographie, gravure et polissage) des transistors MOSFET et des circuits intégrés avancés. Les matériaux analysés sont souvent des oxydes, des nitrures, des résines photosensibles et des matériaux low-k et high-k qui sont utilisés pour augmenter la capacité du diélectrique sans réduire l’ épaisseur physique des couches, de réduire les fuites de courant et d’ améliorer le contrôle des grille dans les transistors.
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