Il existe quatre types courants d'ellipsomètres : l'ellipsomètre à compensateur rotatif, l'ellipsomètre à analyseur rotatif, l'ellipsomètre à modulation de phase et l'ellipsomètre à modulation de phase par cristaux liquides. Chacun se distingue par la méthode d'introduction d'un déphasage connu. Par exemple, dans un ellipsomètre à compensateur rotatif, le déphasage est introduit par l'ajout d'un compensateur rotatif juste avant l'échantillon, tandis que dans un ellipsomètre à modulation de phase, il est introduit par un modulateur photoélastique placé après l'échantillon. HORIBA est spécialisée dans les ellipsomètres à modulation de phase et les ellipsomètres à modulation de phase par cristaux liquides.
HORIBA fabrique des ellipsométries à modulation de phase.
HORIBA fabrique des ellipsomètres à modulation de phase. Actuellement, nous proposons deux instruments de balayage intégrant un modulateur photoélastique, l'UVISEL PLUS et l'UVISEL 2, ainsi que deux instruments à capteur CCD intégrant une modulation à cristaux liquides, l'Auto-SE et le Smart-SE. Les instruments UVISEL PLUS et UVISEL 2 sont conçus pour offrir une résolution spectrale, une précision et une sensibilité optimales ; tandis que les Smart-SE et Auto-SE sont conçus pour des mesures rapides, simples et à haut débit.
L'ellipsométrie à modulation de phase offre une excellente précision sur le paramètre ellipsométrique Δ, ce qui lui confère une grande sensibilité aux films ultraminces sur substrats transparents. De plus, grâce à l'utilisation d'éléments fixes, elle est insensible au bruit mécanique, ce qui produit un signal précis et stable. L'ellipsométrie à modulation de phase peut couvrir une large gamme spectrale de 190 à 2100 nm, avec une fréquence de modulation de polarisation élevée de 50 000 Hz, contre quelques dizaines de Hz pour d'autres systèmes à éléments rotatifs.
Ce taux de modulation plus élevé permet des mesures rapides avec un rapport signal/bruit inégalé. De plus, un ellipsomètre à modulation de phase permet de mesurer ψ et Δ sur toute leur plage (ψ de 0° à 90° et Δ de 0° à 360°).
Les ellipsomètres laser mesurent ψ et Δ à une seule longueur d'onde, ce qui signifie qu'ils ne peuvent déterminer que deux propriétés, comme l'épaisseur d'une couche transparente et son indice de réfraction à la longueur d'onde du laser. Si la couche est semi-transparente, l'absorption ne peut être déterminée. Un ellipsomètre, en revanche, mesure ψ et Δ à chaque longueur d'onde, ce qui permet d'obtenir une épaisseur et des propriétés optiques précises sur une plage spectrale donnée.
Un ellipsomètre laser ne permet pas non plus de déterminer l'épaisseur des films d'un empilement multicouche, contrairement à l'ellipsométrie spectroscopique qui s'y prête bien. Un autre problème de l'ellipsométrie laser est que ψ et Δ à une même longueur d'onde peuvent représenter plusieurs épaisseurs ; il est donc difficile de déterminer laquelle est correcte.
Le système de vision permet à l'utilisateur de voir précisément où le spot touche l'échantillon, pour des mesures précises. Notre système d'imagerie breveté, utilisé sur les modèles Auto SE, Smart SE et UVISEL 2, offre une visualisation claire sur pratiquement toutes les surfaces. Le microspot réduit la taille du faisceau lumineux incident afin de mesurer les petits détails sur les échantillons à motifs. Utilisé conjointement, le système de vision permet à l'utilisateur de voir précisément où le microspot est placé sur l'échantillon à motifs, pour des mesures précises.
Avec le microspot, vous pouvez mesurer avec précision de petites zones à motifs de votre échantillon de film mince sans chevaucher d'autres zones de l'échantillon.
Les microspots sont très utiles pour les échantillons à motifs ou hétérogènes pouvant contenir de petites zones de matériaux différents. Grâce au microspot, vous pouvez mesurer avec précision de petites zones à motifs de votre échantillon de couche mince sans chevauchement avec d'autres zones de l'échantillon.
Vous obtenez jusqu'à 8 tailles de spot sélectionnables par ordinateur sur nos ellipsomètres. Il n'y a pas de fibres ou d'optiques que l'opérateur doit changer manuellement, et aucun alignement ou recalibrage n'est nécessaire.
Cela dépend de l'instrument. Actuellement, le plus petit microspot disponible sur l'Auto-SE est de 25 μm x 60 μm. Le plus petit microspot de l'UVISEL PLUS est de 50 μm et celui de l'UVISEL 2 est de 35 μm, tous deux à incidence normale.
En général, vous devez utiliser la plus grande taille de spot possible pour la structure mesurée afin de maximiser l'intensité lumineuse et d'augmenter le signal.
Un système CCD collecte toutes les longueurs d'onde simultanément, tandis qu'un système monochromateur/PMT est un système à balayage qui collecte séquentiellement une longueur d'onde à la fois. Les systèmes CCD acquièrent les données rapidement, mais les systèmes monochromateur/PMT fournissent des mesures avec une précision, une sensibilité et une résolution spectrale nettement supérieures. Un système CCD introduira davantage de bruit dans la mesure, car le gain est défini pour toutes les longueurs d'onde. En revanche, le système monochromateur ajuste le gain pour chaque longueur d'onde individuellement, maximisant ainsi le signal et réduisant le bruit.
Principe de la modulation de phase
Le modulateur photoélastique (PEM) est une barre de SiO2 présentant un comportement isotrope en l'absence de contrainte. Une fois la contrainte appliquée, via un transducteur piézoélectrique, la barre devient biréfringente. Cela signifie que les propriétés optiques de la barre diffèrent selon les directions, ou que la lumière se propage plus vite le long d'un axe que de l'autre. Cette différence de vitesses de phase induit une modulation.
Le système UVISEL ne possède aucun composant optique mobile, ce qui garantit des mesures précises et stables. Il offre également une excellente précision sur le delta, une vitesse d'acquisition très rapide (> 100 ms/point), une excellente répétabilité, un taux de modulation de polarisation élevé pour un rapport signal/bruit inégalé, et permet de mesurer ψ et Δ sur toute leur plage.
Étant donné que le système UVISEL est un système de balayage, il fournit des données à haute résolution par rapport aux systèmes basés sur CCD, mais la mesure globale (en fonction de la plage de longueurs d'onde et des incréments) peut prendre plus de temps que pour un système basé sur CCD.
Les systèmes Auto-SE/Smart-SE ne comportent aucun composant mobile, ce qui assure un signal stable et offre des mesures très rapides sur toute la gamme spectrale. Ils sont également fournis avec un composant supplémentaire du logiciel DeltaPsi 2, doté d'une interface utilisateur graphique (GUI) très intuitive. Ce composant logiciel facilite et accélère la mesure d'échantillons de routine et peut s'avérer très utile pour les besoins d'assurance qualité/contrôle qualité.
