ellipsométrie

L ellipsométrie est une technique optique utilisée pour caractériser les films minces et les interfaces en mesurant l état de polarisation de la lumière réfléchie par un échantillon. Elle est sensible à l épaisseur des couches et à leurs constantes optiques, et peut permettre de déterminer simultanément l épaisseur et les indices de réfraction (ou leur dispersion) d un ou plusieurs étages. C est une méthode non destructive et non-invasive adaptée à des films allant de quelques angströms à plusieurs centaines de nanomètres.

Principe et données mesurées. Un faisceau de lumière polarise est réfléchi par l échantillon. Le rapport complexe des réflectances pour les états polarisations p et s, rho = rp/rs, est mesuré sous différentes incidences et longueurs d onde: rho = tan(psi) e^{i delta}, où psi est le rapport d amplitude et delta la différence de phase entre les composantes p et s. L analyse des variations de psi et delta avec l angle et la longueur d onde, à l aide de modèles optiques (Fresnel) pour des stacks multicouches, permet d extraitre l épaisseur et les constantes optiques des couches.

Équipement et modes opérationnels. L installation comprend une source lumineuse, un générateur de polarisation, un échantillon, un analyseur de polarisation et un détecteur. Des configurations classiques comme l ellipsométrie null ou rotationnelle et des variantes spectroscopiques (ellipsométrie spectroscopique, SE) existent. L approche multicouche et l utilisation de dispersion permettent d étudier des interfaces complexes et des rugosités.

Applications. L ellipsométrie est largement utilisée en métrologie de semi-conducteurs, pour les revêtements diélectriques, les couches polymères et les interfaces biologiques. Elle sert au contrôle d épaisseur, à la détermination de l indice optique et à l évaluation de la rugosité ou des interfaces multi-couches.