Qu’est-ce qu’un ellipsomètre ?
Les ellipsomètres sont des instruments sans contact et non destructifs permettant de mesurer l’épaisseur des couches minces et les constantes optiques des matériaux à l’aide des propriétés optiques.
En japonais, ils sont appelés analyseurs de polarisation elliptique. La constante optique d’un objet est quantifiée en projetant la lumière d’une source lumineuse à un angle oblique sur l’objet, en recevant la lumière réfléchie par un capteur et en mesurant le changement de polarisation.
Bien que l’on parle généralement d’ellipsomètres, le terme correct est ellipsomètre spectroscopique. Les mesures ne peuvent pas être effectuées sur des films opaques qui ne transmettent pas la lumière ou sur des surfaces rugueuses qui ne réfléchissent pas suffisamment la lumière.
Utilisations des ellipsomètres
Les ellipsomètres servent principalement à mesurer les constantes optiques et, sur cette base, l’épaisseur des films. Comme ils mesurent la polarisation réfléchie, ils ne peuvent pas mesurer des objets très épais (moins de 1 mm).
Cependant, certains instruments ont une résolution de 0,01 nm pour les films minces, ils sont donc souvent utilisés pour mesurer l’épaisseur des films minces avec une grande précision. Ils peuvent être utilisés pour mesurer les couches minces après dépôt dans le processus de fabrication des semi-conducteurs, divers revêtements, les propriétés optiques des films optiques tels que les lentilles, ainsi que la cristallinité, la composition et l’anisotropie optique des matériaux composant les films.
Selon l’instrument, il est également possible de mesurer les propriétés optiques des liquides.
Principe des ellipsomètres
La lumière projetée sous un angle par une source lumineuse est projetée sur l’objet (film) à mesurer, et la lumière réfléchie est reçue par un capteur de réception de lumière qui mesure le changement de polarisation. La lumière du côté de la projection étant connue, la différence entre la lumière réfléchie et la lumière reçue est mesurée pour chaque longueur d’onde et une analyse d’ajustement est effectuée.
Il existe deux principaux types de sources lumineuses pour ellipsomètres : les sources lumineuses laser à longueur d’onde unique et les sources lumineuses spectroscopiques à lampe au xénon. La première ne peut effectuer que des mesures limitées car elle ne fonctionne qu’à une seule longueur d’onde, mais son avantage est qu’elle est peu coûteuse.
La seconde permet des mesures plus détaillées, telles que l’analyse des films multicouches et la mesure des limites entre les films (interfaces), mais elle présente des inconvénients tels que l’étalonnage de la source lumineuse et des coûts d’équipement plus élevés. Dans les mesures par ellipsomètres, l’état de l’objet mesuré est important. Un autocollimateur est prévu pour mesurer si l’objet est installé horizontalement.
L’angle d’incidence de la source lumineuse est également très important. C’est pourquoi les données de l’autocollimateur sont comparées à l’angle de la source lumineuse (valeur fixe) et utilisées pour l’analyse.
Choisir un ellipsomètre
1. La bonne gamme de longueurs d’onde pour l’objectif de la mesure
Les ellipsomètres mesurent différentes propriétés en fonction de la longueur d’onde de la lumière. Il est important de choisir un ellipsomètre avec la gamme de longueurs d’onde appropriée en fonction des propriétés et de l’objectif du matériau à mesurer.
La plupart des ellipsomètres couvrent la gamme de longueurs d’onde allant de la lumière visible commune à la lumière infrarouge proche. Toutefois, certaines applications peuvent nécessiter une gamme de longueurs d’onde plus large.
2. Précision et sensibilité de la mesure
La précision et la sensibilité de mesure des ellipsomètres sont des facteurs importants. Le choix d’un ellipsomètre à haute précision et sensibilité permettra une mesure plus précise des propriétés optiques et de l’épaisseur des couches minces. Des mesures très précises sont particulièrement nécessaires dans des domaines tels que la recherche et le contrôle des processus de fabrication.
3. Automatisation et facilité d’utilisation
Vérifiez si l’ellipsomètre est facile à utiliser et automatisé. S’il est automatisé, de nombreuses mesures peuvent être effectuées rapidement, ce qui permet une collecte efficace des données. Choisissez également un ellipsomètre doté d’une interface et d’un logiciel faciles à utiliser pour garantir un fonctionnement sans heurts.
4. Adaptation à la taille et à la forme de l’échantillon
Il est important de choisir un appareil de mesure adapté à la taille et à la forme de l’échantillon à mesurer. En général, il s’agit de sélectionner des ellipsomètres capables de traiter des échantillons de grande taille et des échantillons de forme particulière. Ceux sans contact capables d’effectuer des mesures non destructives doivent être considérés comme une option.