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Center of MicroNanoTechnology CMi

SOPRA GES 5E

Ellipsomètre Spectroscopique

Table des matières

  1. Introduction
  2. Principe Physique
  3. Capacité de l’équipement
  4. Caractéristiques techniques
  5. Informations

Schema GES-5E
SOPRA GES-5E

I. Introduction Haut CMI

L'ellipsomètre spectroscopique est utilisé pour mesurer les épaisseurs et les indices de réfraction de couches minces transparentes ou absorbantes optiquement.

L'ellipsomètre permet d'étudier les propriétés de couches diélectriques et semi-conductrices, comme le dioxyde de silicium, le nitrure de silicium, le polysilicium et le silicium amorphe, mais aussi des films métalliques variés, et des couches organiques comme le carbone et les résines photosensibles.

Sopra GES-5E
Sopra GES-5E

II. Principe Physique Haut CMI

Le principe de mesure de l'ellipsomètre est une technique optique qui utilise les propriétés de l’interaction de la lumière polarisée avec les surfaces pour déterminer des indices de réfraction et épaisseurs de l’ordre de quelques Å à plusieurs µm, pour les films transparents.

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Schéma de principe de l'ellipsométrie

Lorsque la lumière, polarisée de façon rectiligne, entre en interaction avec une surface selon un certain angle d’incidence, elle peut être exprimée à travers ses composantes parallèles (s-) et perpendiculaires (p-). Après réflexion sur la surface, ces composantes changent : lors de leur recombinaison les composantes s- et p- résulteront en un faisceau polarisé elliptiquement.

L'ellipsométrie utilise ce phénomène afin de donner une estimation de l’épaisseur d’une région de transition entre la surface et l’air en mesurant le rapport entre Rp et Rs, les coefficients de réflexion des composantes p- et s- de la lumière polarisée.

L’équation fondamentale de l'ellipsométrie relie ces paramètres à un rapport d’amplitude de réflexion complexe :

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où Ψ et Δ sont en rapport avec l’épaisseur et l’indice de réfraction du film.

L’ellipsomètre ne mesure pas directement l’indice de réfraction (n) ou l’épaisseur (t) de la couche intéressée. Un algorithme doit être utilisé pour trouver une solution pour n et t qui est consistante avec les valeurs Ψ et Δ mesurées. L’ellipsomètre est capable de mesurer Ψ et Δ pour beaucoup de structures complexes.

A une longueur d'onde donnée, le graphique de Ψ en fonction de Δ résulte en une courbe périodique[1] pour chaque valeur de l’indice de réfraction (si le matériau est transparent avec k=0).

La taille et la position des courbes dépendent des constants optiques, de la nature du substrat, et de l’angle d’incidence. Donc, pour un indice de réfraction donné, chaque set Ψ/Δ représente une certaine épaisseur “périodique”. Ce qui veut dire que pour un indice de réfraction donné, l’épaisseur suit sa courbe ellipsométrique spécifique et périodique.

La mesure dans une gamme spectrale permet de lever l'ambiguïté inhérente à une seule longueur d'onde et de déterminer sans équivoque l'épaisseur du film.

[1] Pour les couches absorbantes où k≠0 les graphiques correspondants ne sont plus périodiques mais en forme de spirales (les valeurs d’épaisseurs correspondantes ne se répétant plus avec une période constante)

III. Capacité de l’équipement Haut CMI

IV. Caractéristiques techniques Haut CMI

Schema GES-5E
Description du SOPRA GES-5E

Source UV (Ultra Violet) – VIS (visible) – NIR (proche infra rouge) Bras Polariseur et Analyseur Goniomètre motorisé Spectrographe rapide UV-Visible 190 – 990nm Extension Spectrographe rapide NIR 900 – 1700nm Spectromètre Haute Résolution UV-Visible 190nm – 900nm Extension spectrale mode Haute résolution NIR3 750 – 2000nm Taille de Spot

Avantage des microspots
Avantage des microspots

Compensatrice optique Table X-Y-Z Photométrie

V. Informations Haut CMI

Bibliographie :