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WO2002006780A1 - Ellipsometre a haute resolution spatiale fonctionnant dans l'infrarouge - Google Patents

Ellipsometre a haute resolution spatiale fonctionnant dans l'infrarouge Download PDF

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WO2002006780A1
WO2002006780A1 PCT/FR2001/002072 FR0102072W WO0206780A1 WO 2002006780 A1 WO2002006780 A1 WO 2002006780A1 FR 0102072 W FR0102072 W FR 0102072W WO 0206780 A1 WO0206780 A1 WO 0206780A1
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WO
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sample
optical system
type
detector
focusing
Prior art date
Application number
PCT/FR2001/002072
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English (en)
Inventor
Jean-Louis Stehle
Pierre Boher
Michel Luttmann
Original Assignee
Societe De Production Et De Recherches Appliquees
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Publication date
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Priority to AU2001270701A priority patent/AU2001270701A1/en
Priority to EP01949572A priority patent/EP1301764A1/fr
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J4/00—Measuring polarisation of light
    • G01J4/04—Polarimeters using electric detection means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211—Ellipsometry

Definitions

  • the invention relates to the field of ellipsometry, and more particularly to ellipsometry operating in one infrared.
  • Ellipsometric measurements can be performed at a fixed wavelength (monochromatic ellipsometry), or at several wavelengths (spectroscopic ellipsometry).
  • infrared is generally better suited than visible to access the volume properties of layers and materials.
  • an infrared ellipsometer includes:
  • - a sample holder, intended to carry a sample of given thickness, and comprising a front face and a rear face; - a detector;
  • a first optical system mounted between the source and the sample holder, and comprising a polarizer and a focusing device, in order to illuminate the sample placed on the sample holder under oblique incidence by a beam of polarized light;
  • a second optical system mounted between the sample holder and the detector and comprising a focusing device and an analyzer, to collect the light returned by the sample.
  • the rear face of the sample can disturb the ellipsometry measurements by reflecting parasitic radiation which pollutes the detection and processing of the useful signal.
  • Another known solution consists in taking absorbent samples (that is to say non-transparent samples, such as heavily doped silicon), but this also limits the application of such a solution.
  • the aim of the present invention is to remedy these drawbacks and precisely proposes an ellipsometer with high spatial resolution operating in infrared in which parasitic reflections due to the rear face of the sample are overcome.
  • the present invention relates to an ellipsometer device of the type comprising:
  • sample holder intended to carry a transparent or semi-transparent sample of given thickness, and comprising a front face and a rear face;
  • a first optical system mounted between the source and the sample holder, and comprising a polarizer and a focusing device, in order to illuminate the sample placed on the sample holder, under oblique incidence by a beam of polarized light; and - a second optical system mounted between the sample holder and the detector and comprising a focusing device and an analyzer, to collect the light returned by the sample.
  • the ellipsometer device further comprises a blocking device, mounted on the reflection path in the focal plane of the focusing device of the second optical system, and capable of blocking parasitic radiation from the rear face of the sample and allow the useful radiation from the front face of the sample to pass to the detector, which makes it possible to obtain a separating power with respect to the front and rear faces of the sample.
  • a blocking device mounted on the reflection path in the focal plane of the focusing device of the second optical system, and capable of blocking parasitic radiation from the rear face of the sample and allow the useful radiation from the front face of the sample to pass to the detector, which makes it possible to obtain a separating power with respect to the front and rear faces of the sample.
  • the blocking device is of the slot type with adjustable dimension, knife with adjustable edge, or the like.
  • the ellipsometer device further comprises a widening device mounted on the illumination path and able to widen the illumination beam on the focusing device of the first system and widening the reflection beam on the focusing device of the second optical system.
  • the widening device is of the slit type with adjustable dimension, knife with adjustable edge, divergent lens, or the like.
  • the digital aperture of the focusing device of the first optical system is chosen to obtain a small beam of illumination on the sample.
  • the size of the illumination beam on the sample is less than 40 microns x 40 microns in the case of a light source of the laser type.
  • the focusing device of the first optical system as well as of the second optical system comprises at least at least one optical element belonging to the group formed by concave mirrors (for example elliptical, parabolic, spherical, etc.).
  • the digital aperture of the focusing device of the second optical system is chosen to separate the beams reflected by the front and rear faces of the sample.
  • the ellipsometer device further comprises a device for selecting the angle of incidence, mounted on the reflection path downstream of the blocking device according to the direction of propagation of the light, and able to select, for measurements by the detector, only the radiation reflected by the sample under oblique incidence within a predetermined angle of incidence range.
  • the selector device is of the slit type with adjustable dimension, knife with adjustable edge, or the like.
  • the light source is of the laser type, operating at terahertz frequencies, or a source with silicon carbide, filament, plasma, or the like.
  • the polarizer of the first optical system is of the grid type, with or without a rotary compensator, mounting with several polarizers with grids or the like.
  • the analyzer of the second optical system is of the grid polarizer type, with or without a rotary compensator, mounting with two grid polarizers or the like.
  • the detector is of the Mercury-Cadmium and / or Tellurium cell type, liquid nitrogen or the like.
  • sample holder is of the movable XYZ and / or rotating table type, suspended sample holder or the like.
  • FIG. 1 is a general diagram of an ellipsometer operating in the infrared according to the invention.
  • FIG. 2 shows the separating power of the blocking device according to the invention depending on its position relative to the light beams.
  • a light source S provides radiation in the infrared spectrum.
  • the source S is of the silicon carbide type at 1200 ° K. Its spectral range is from 1.44 to 18 microns.
  • the light source is of the laser type operating at terahertz, filament, plasma or similar frequencies.
  • the illumination system includes a Michelson-type interferometer mounted after the source and before the polarizer to scan the spectral range of the device.
  • a PE sample holder is intended to carry an ECH sample of given thickness, and comprising a front face FAV and a rear face FAR.
  • the sample is for example a silicon substrate with a thickness of the order of 400 to 700 microns.
  • the sample holder can be a mobile table in XYZ and / or mobile in rotation.
  • the sample holder can also be a suspended sample holder.
  • a first optical system comprising a polarizer P and a focusing device Ml. This first optical system makes it possible to illuminate the ECH sample placed on the PE sample holder, under oblique incidence by a beam of polarized light.
  • a widening device FI is mounted on the illumination path. It can be placed upstream or downstream of the polarizer depending on the direction of light propagation. This widening device widens the illumination beam on the mirror M1.
  • the widening device F1 is of the slot type with adjustable dimension, knife with adjustable edge, divergent lens, or the like.
  • the digital aperture of the mirror M1 is chosen to obtain a small illumination beam on the sample.
  • the size of the illumination beam on the sample is less than 40 microns x 40 microns in the context of a laser source.
  • the mirror M1 which constitutes the focusing device of the first optical system is an elliptical mirror.
  • this element M1 can be a parabolic, spherical mirror, a lens or even a dioptric, catadioptric or similar optic.
  • the polarizer P is of the grid polarizer type with or without a rotary compensator. As a variant, this polarizer may comprise an assembly with two grid polarizers or the like.
  • a second optical system is mounted between the sample holder PE and a detector D. This second optical system comprises a focusing device M2 and an analyzer A to collect the light returned by the sample.
  • the digital aperture of the focusing device M2 of the second optical system is chosen to separate the beams reflected by the front faces FAV and rear FAR of the sample.
  • the focusing device of the second optical system M2 comprises an optical element belonging to the group formed by concave mirrors (elliptical, parabolic or spherical), lenses and dioptric or catadioptric optics and the like.
  • the effective digital aperture of the focusing device M2 of the second optical system is of the order of 2.5 °.
  • the analyzer A of the optical system is of the grid polarizer type with or without a rotary compensator, mounting with two grid polarizers or the like. This analyzer A is placed on the reflection path downstream from the second mirror M2.
  • Detector D is of the Mercury-Cadmium-Tellurium cell type, liquid nitrogen or the like.
  • the detector is compatible with infrared operation.
  • the mirror M3 can be of the same type as that of the mirror M2.
  • a device for selecting the angle of incidence F3 is coupled to the mirror M3.
  • This selector device F3 makes it possible to select, for the measurements by the detector D, only the radiation reflected by the sample under oblique incidence within a predetermined incidence angle range.
  • the selector device F3 is of the slit type with adjustable dimension, knife with adjustable edge or the like.
  • a blocking device F2 mounted on the reflection path in the focal plane of the focusing device M2 of the second optical system.
  • This blocking device F2 is capable of blocking parasitic radiation RP from the rear face FAR of the sample and letting the useful radiation RU pass from the front face FAV of the sample to the detector D.
  • Such a blocking device F2 makes it possible to obtain a separating power with respect to the front and rear faces FAV and FAR of the sample.
  • the blocking device F2 is of the slot type with adjustable dimension, knife with adjustable edge or the like.
  • the selector device F3 is advantageously positioned in front of the mirror M3 because if it were placed in front of the mirror M2, the diffractions due to the selector device F3 would be such as to degrade the separating power of the blocking device according to the invention.
  • an optical fiber is placed between the source S and the first optical system P.
  • another optical fiber is placed between the second optical system M3 and the detector D.
  • FIG. 2 represents curves of intensity C1 and of derivative of intensity C2 of the beam as a function of the position of the knife F2 relative to the normal of the beam.
  • Curves C1 and C2 show the effective separation of the beams due to the front face and to the rear face of the sample.
  • the Applicant has observed that by using an ellipsometer according to the diagram as described with reference to FIG. 1, the ellipsometer has a separating power with respect to the front and rear faces of the sample, the value of which is entirely satisfactory for carrying out infrared ellipsometry measurements on semiconductor materials such as silicon.
  • the separating power is of the order of 400 microns with a light source of wavelength of the order of 12 microns, a silicon substrate with a thickness of the order of 500 microns, a mirror Ml d effective digital opening of 2.5 °, a mirror M2 of effective digital opening of the order of 2.5 °, and an image of the slit F1 of the order of 300 microns.
  • the implementation of the invention here depends on the size of the spot, the quality of the optics, the thickness of the silicon substrate and the angle of incidence.
  • the separating power of the blocking device is of the order of 600 microns, with a mirror M2 with a magnification factor of 4.21.

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Abstract

L'ellipsomètre comprend une source (S) fournissant au moins un rayonnement infrarouge, un porte-échantillon (PE), un détecteur (D), un premier système optique monté entre la source (S) et le porte-échantillon (PE), afin d'illuminer un échantillon placé sur le porte-échantillon, sous incidence oblique par un faisceau de lumière polarisée et un second système optique monté entre le porte-échantillon (PE) et le détecteur (D) pour recuellir la lumière renvoyée par l'échantillon. L'ellipsomètre comprend en outre un dispositif bloqueur (F2), monté sur le trajet de réflexion dans le plan focal du dispositif de focalisation (M2) du second système optique, et apte à bloquer les rayonnements parasites (RP) issus dela face arrière (FAR) de l'échantillon et laisser passer les rayonnements utiles (RU) issus de la face avant (FAV) de l'échantillon vers le détecteur (D), ce qui permet d'obtenir un pouvoir séparateur à l'égard des faces avant et arrière de l'échantillon.

Description

Ellipsoπtètre à haute résolution spatiale fonctionnant dans l'infrarouge
L'invention se rapporte au domaine de l'ellipsométrie, et plus particulièrement à l'ellipsométrie fonctionnant dans 1' infrarouge .
Elle trouve une application générale dans tout domaine dans lequel l'ellipsométrie est utilisée, et plus particulièrement en micro-électronique, dans la caractérisation optique d'un échantillon, dans le contrôle optique d'un traitement de surface, ou dans l'étude de la croissance de couches minces, par exemple de matériaux semi-conducteurs, et de leurs interfaces. Elle trouve aussi une application dans le nettoyage, polissage et préparation de surfaces, notamment.
Les mesures ellipsométriques peuvent être réalisées à une longueur d'onde fixe (ellipsométrie monochromatique), ou à plusieurs longueurs d'ondes (ellipsométrie spectroscopique) .
Selon le domaine de longueur d'onde de la source : ultraviolet, visible, proche infrarouge, infrarouge, etc, il est possible d'accéder à des propriétés différentes des couches, des matériaux ou d'explorer des matériaux différents.
En pratique, l'infrarouge est généralement mieux adapté que le visible pour accéder aux propriétés volumiques des couches et des matériaux.
D'une façon générale, un ellipsomètre fonctionnant à l'infrarouge comprend :
- une source de radiations lumineuses fournissant au moins un rayonnement infrarouge ;
- un porte-échantillon, destiné à porter un échantillon d'épaisseur donné, et comprenant une face avant et une face arrière ; - un détecteur ;
- un premier système optique monté entre la source et le porte-échantillon, et comprenant un polariseur et un disposi- tif de focalisation, afin d'illuminer l'échantillon placé sur le porte-échantillon sous incidence oblique par un faisceau de lumière polarisée ; et
- un second système optique monté entre le porte-échantillon et le détecteur et comprenant un dispositif de focalisation et un analyseur, pour recueillir la lumière renvoyée par l'échantillon.
En raison des exigences très sévères requises dans la fabrication des semi-conducteurs, on a besoin d'une ellipsométrie présentant une haute résolution spatiale, et la meilleure justesse de mesure possible.
Or, avec un échantillon transparent ou semi-transparent d'épaisseur donnée, tel que le silicium, la face arrière de l'échantillon peut perturber les mesures d'ellipsométrie en réfléchissant des rayonnements parasites qui polluent la détection et le traitement du signal utile.
Cette pollution est difficile à traiter car le coefficient de réflexion de la face arrière d'un substrat de silicium n'est pas toujours connu. Le coefficient d'absorption k du substrat n'est pas non plus toujours connu. Des phénomènes d'interférences peuvent aussi naître avec cette face arrière. De même, des phénomènes de diffusion et/ou de diffraction en infrarouge peuvent également advenir sur cette face arrière. De plus la face arrière peut être non parallèle par rapport à la face avant, ce qui peut engendrer des calculs supplémentaires et inutiles puisque seule la mesure de la face avant est pertinente pour l'utilisateur.
Des solutions connues existent pour éliminer les effets néfastes engendrés par la face arrière de l'échantillon, notamment l'utilisation de moyens mécaniques tels que des moyens de dépolissage de la face arrière qui rendent négligeables les réflexions spéculaires issues de la face arrière. Mais ces moyens mécaniques sont destructifs.
Lorsque l'échantillon présente une épaisseur relativement grande, il est possible de séparer les rayonnements issus de la face avant les rayonnements issus de la face arrière. Toutefois , une telle solution ne peut se produire que pour des échantillons de grande épaisseur, ce qui limite son application.
Une autre solution connue consiste à prendre des échantillons absorbants (c'est-à-dire non transparents, tels que le silicium fortement dopé), mais cela limite également l'appli- cation d'une telle solution.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et propose justement un ellipsomètre à haute résolution spatiale fonctionnant en infrarouge dans lequel on s'affranchit des réflexions parasites dues à la face arrière de l'échantillon.
La présente invention porte sur un dispositif ellipsomètre du type comprenant :
- une source de radiations lumineuses fournissant au moins un rayonnement à infrarouge ;
- un porte-échantillon, destiné à porter un échantillon transparent ou semi-transparent d'épaisseur donnée, et comprenant une face avant et une face arrière ;
- un détecteur ;
- un premier système optique monté entre la source et le porte-échantillon, et comprenant un polariseur et un dispositif de focalisation, afin d'illuminer l'échantillon placé sur le porte-échantillon, sous incidence oblique par un faisceau de lumière polarisée ; et - un second système optique monté entre le porte-échantillon et le détecteur et comprenant un dispositif de focalisation et un analyseur, pour recueillir la lumière renvoyée par l'échantillon.
Selon une définition générale de l'invention, le dispositif ellipsomètre comprend en outre un dispositif bloqueur, monté sur le trajet de réflexion dans le plan focal du dispositif de focalisation du second système optique, et apte à bloquer les rayonnements parasites issus de la face arrière de l'échantillon et laisser passer les rayonnements utiles issus de la face avant de l'échantillon vers le détecteur, ce qui permet d'obtenir un pouvoir séparateur à l'égard des faces avant et arrière de l'échantillon.
Par exemple, le dispositif bloqueur est du type fente à dimension ajustable, couteau à bord ajustable, ou analogue.
Selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif ellipsomètre selon l'invention comprend en outre un dispositif élargisseur monté sur le trajet d'illumination et apte à élargir le faisceau d'illumination sur le dispositif de focalisation du premier système et à élargir le faisceau de réflexion sur le dispositif de focalisation du second système optique.
Par exemple, le dispositif élargisseur est du type fente à dimension ajustable, couteau à bord ajustable, lentille divergente, ou analogue.
De préférence, l'ouverture numérique du dispositif de focalisation du premier système optique est choisie pour obtenir un faisceau d'illumination de petite taille sur l'échantillon. Par exemple la taille du faisceau d'illumina- tion sur l'échantillon est inférieure à 40 microns x 40 microns dans le cas d'une source lumineuse de type laser.
Par exemple, le dispositif de focalisation du premier système optique ainsi que du second système optique comprennent au moins un élément optique appartenant au groupe formé par les miroirs concaves (par exemple elliptiques, paraboliques, sphériques, etc).
L'ouverture numérique du dispositif de focalisation du second système optique est choisie pour séparer les faisceaux réfléchis par les faces avant et arrière de l'échantillon.
Selon un second mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif ellipsomètre selon l'invention comprend en outre un dispositif sélectionneur d'angle d'incidence, monté sur le trajet de réflexion en aval du dispositif bloqueur selon le sens de propagation de la lumière, et apte à sélectionner, pour les mesures par le détecteur, seulement le rayonnement réfléchi par l'échantillon sous incidence oblique dans une plage d'angle d'incidence prédéterminée.
De préférence, le dispositif sélectionneur est du type fente à dimension ajustable, couteau à bord ajustable, ou analogue.
En pratique, la source lumineuse est de type laser, fonctionnant à des fréquences terahertz, ou une source au carbure de silicium, filament, plasma, ou analogue.
Avantageusement, le polariseur du premier système optique est du type à grille, avec ou sans compensateur tournant, montage à plusieurs polariseurs à grilles ou analogue.
De même, l'analyseur du second système optique est du type polariseur à grille, avec ou sans compensateur tournant, montage à deux polariseurs a grilles ou analogue.
Par exemple, le détecteur est du type cellule Mercure-Cadmium et/ou Tellure, nitrogène liquide ou analogue.
En pratique, le porte-échantillon est du type table mobile en XYZ et/ou en rotation, porte-échantillon suspendu ou analogue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée ci- après et des dessins dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma général d'un ellipsomètre fonctionnant à l' infrarouge selon l' invention ; et
- la figure 2 représente le pouvoir séparateur du dispositif bloqueur selon l'invention en fonction de sa position par rapport aux faisceaux lumineux.
En référence à la figure 1, une source lumineuse S fournit un rayonnement dans le spectre de l'infrarouge.
Par exemple, la source S est du type au carbure de silicium à 1200°K. Sa gamme spectrale est de 1,44 à 18 microns.
En variante, la source lumineuse est du type laser fonctionnant à des fréquences terahertz, source à filament, plasma ou analogue.
En ellipsométrie spectroscopique, le système d'illumination inclus un interféromètre de type Michelson monté après la source et avant le polariseur pour balayer la gamme spectrale de l'appareil.
Un porte-échantillon PE est destiné à porter un échantillon ECH d'épaisseur donnée, et comprenant une face avant FAV et une face arrière FAR.
L'échantillon est par exemple un substrat de silicium d'une épaisseur de l'ordre de 400 à 700 microns.
Le porte-échantillon peut être une table mobile en XYZ et/ou mobile en rotation.
Le porte-échantillon peut également être un porte-échantillon suspendu. Entre la source S et le porte-échantillon PE, il est prévu un premier système optique comprenant un polariseur P et un dispositif de focalisation Ml. Ce premier système optique permet d'illuminer l'échantillon ECH placé sur le porte- échantillon PE, sous incidence oblique par un faisceau de lumière polarisée.
Avantageusement, un dispositif élargisseur FI est monté sur le trajet d'illumination. Il peut être placé en amont ou en aval du polariseur selon le sens de la propagation de la lumière. Ce dispositif élargisseur élargit le faisceau d'illumination sur le miroir Ml.
En pratique, le dispositif élargisseur Fl est du type fente à dimension ajustable, couteau à bord ajustable, lentille divergente, ou analogue.
En pratique, l'ouverture numérique du miroir Ml est choisi pour obtenir un faisceau d'illumination de petite taille sur l'échantillon.
Par exemple, la taille du faisceau d'illumination sur l'échantillon est inférieure à 40 microns x 40 microns dans le cadre d'une source laser.
En pratique, le miroir Ml qui constitue le dispositif de focalisation du premier système optique est un miroir elliptique.
En variante, cet élément Ml peut être un miroir parabolique, sphérique, une lentille ou bien encore une optique dioptri- que, catadioptrique ou analogue.
Le polariseur P est du type polariseur à grille avec ou sans compensateur tournant. En variante, ce polariseur peut comprendre un montage à deux polariseurs à grilles ou analogue. Un second système optique est monté entre le porte-échantillon PE et un détecteur D. Ce second système optique comprend un dispositif de focalisation M2 et un analyseur A pour recueillir la lumière renvoyée par l'échantillon.
L'ouverture numérique du dispositif de focalisation M2 du second système optique est choisie pour séparer les faisceaux réfléchis par les faces avant FAV et arrière FAR de l'échantillon.
Le dispositif de focalisation du second système optique M2 comprend un élément optique appartenant au groupe formé par les miroirs concaves (elliptiques, paraboliques ou sphéri- ques), les lentilles et les optiques dioptriques ou catadiop- triques et analogues.
Par exemple, l'ouverture numérique effective du dispositif de focalisation M2 du second système optique est de l'ordre de 2,5°.
L'analyseur A du système optique est du type polariseur à grille avec ou sans compensateur tournant, montage à deux polariseurs à grilles ou analogue. Cet analyseur A est disposé sur le trajet de réflexion en aval du second miroir M2.
Le détecteur D est du type cellule Mercure-Cadmium-Tellure, nitrogène liquide ou analogue. Le détecteur est compatible avec le fonctionnement en infrarouge.
Entre le miroir M2 et le détecteur D, il est avantageusement prévu un autre miroir M3 propre à focaliser le faisceau de réflexion sur le détecteur. Le miroir M3 peut être du même type que celui du miroir M2.
Avantageusement, un dispositif sélectionneur d'angle d'incidence F3 est couplé au miroir M3. Ce dispositif sélectionneur F3 permet de sélectionner, pour les mesures par le détecteur D, seulement le rayonnement réfléchi par l'échantillon sous incidence oblique dans une plage d'angle d'incidence prédéterminée .
Par exemple, le dispositif sélectionneur F3 est du type fente à dimension ajustable, couteau à bord ajustable ou analogue.
Selon l'invention, il est prévu un dispositif bloqueur F2, monté sur le trajet de réflexion dans le plan focal du dispositif de focalisation M2 du second système optique. Ce dispositif bloqueur F2 est propre à bloquer les rayonnements parasites RP issus de la face arrière FAR de l'échantillon et laisser passer les rayonnements utiles RU issus de la face avant FAV de l'échantillon vers le détecteur D.
Un tel dispositif bloqueur F2 permet d'obtenir un pouvoir séparateur à l'égard des faces avant et arrière FAV et FAR de l'échantillon.
Avantageusement, le dispositif bloqueur F2 est du type fente à dimension ajustable, couteau à bord ajustable ou analogue.
Le dispositif sélectionneur F3 est avantageusement positionné devant le miroir M3 car s'il était placé devant le miroir M2, les diffractions dues au dispositif sélectionneur F3 seraient telles qu'elles dégradraient le pouvoir séparateur du dispositif bloqueur selon l'invention.
Dans un mode préféré de l'invention, une fibre optique est disposée entre la source S et le premier système optique P. De même une autre fibre optique est disposée entre le second système optique M3 et le détecteur D.
La figure 2 représente des courbes d'intensité Cl et de dérivé d'intensité C2 du faisceau en fonction de la position du couteau F2 par rapport à la normale du faisceau.
Les courbes Cl et C2 mettent en évidence la séparation effective des faisceaux dus à la face avant et à la face arrière de l'échantillon. La Demanderesse a observé qu'en utilisant un ellipsomètre suivant le schéma tel que décrit en référence à la figure 1 , l'ellipsomètre possède un pouvoir séparateur à l'égard des faces avant et arrière de l'échantillon dont la valeur est tout à fait satisfaisante pour mener des mesures d'ellipsométrie en infrarouge sur des matériaux semi-conducteurs tels que le silicium.
Par exemple, le pouvoir séparateur est de l'ordre de 400 microns avec une source lumineuse de longueur d'onde de l'ordre de 12 microns, un substrat de silicium d'épaisseur de l'ordre de 500 microns, un miroir Ml d'ouverture numérique effective de 2,5°, un miroir M2 d'ouverture numérique effective de l'ordre de 2,5°, et une image de la fente Fl de l'ordre de 300 microns.
En pratique, la mise en oeuvre de l'invention dépend ici de la taille du spot, de la qualité des optiques, de l'épaisseur du substrat de silicium et de l'angle d'incidence. Par exemple, avec un angle d'incidence de 70°, le pouvoir séparateur de dispositif bloqueur est de l'ordre de 600 microns, avec un miroir M2 d'un facteur de grossissement de 4,21.

Claims

Revendications
1. Dispositif ellipsomètre du type comprenant:
- une source (S) de radiations lumineuses fournissant au moins un rayonnement infrarouge;
- un porte-échantillon (PE), destiné à porter un échantillon transparent ou semi-transparent(ECH) d'épaisseur donnée, et comprenant une face avant et une face arrière (FAV et FAR),
- un détecteur (D),
- un premier système optique monté entre la source (S) et le porte-échantillon (PE), et comprenant un polariseur (P) et un dispositif de focalisation (Ml), afin d'illuminer l'échantillon placé sur le porte-échantillon, sous incidence oblique par un faisceau de lumière polarisée,
- un second système optique monté entre le porte-échantillon (PE) et le détecteur (D) et comprenant un dispositif de focalisation (M2) et un analyseur (A), pour recueillir la lumière renvoyée par l'échantillon,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif bloqueur (F2), monté sur le trajet de réflexion dans le plan focal du dispositif de focalisation (M2) du second système optique, et apte à bloquer les rayonnements parasites (RP) issus de la face arrière (FAR) de l'échantillon et laisser passer les rayonnements utiles (RU) issus de la face avant (FAV) de l'échantillon vers le détecteur (D), ce qui permet d'obtenir un pouvoir séparateur à l'égard des faces avant et arrière de l'échantillon.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif sélectionneur (M3, F3) d'angle d'incidence, monté sur le trajet de réflexion en aval du dispositif bloqueur selon le sens de propagation de la lumière, et apte à sélectionner, pour les mesures du détecteur, seulement le rayonnement réfléchi par l'échantillon sous incidence oblique dans une plage d'angles d'incidence prédéterminée.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif sélectionneur (M3, F3) est du type fente à dimensions ajustables, couteau à bord ajustable, ou analogue.
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif bloqueur (F2) est du type fente à dimensions ajustables, couteau à bord ajustable, ou analogue.
5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif élargisseur (FI) monté sur le trajet d'illumination, et apte à élargir le faisceau d'illumination sur le dispositif de focalisation (Ml) du premier système et à élargir le faisceau de réflexion sur le dispositif de focalisation (M2) du second système optique.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif élargisseur (Fl) est du type fente à dimensions ajustables, couteau à bord ajustable, lentille divergente, ou analogue.
7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture numérique du dispositif de focalisation (Ml) du premier système optique est choisie pour obtenir un faisceau d'illumination de petite taille sur l'échantillon.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la taille du faisceau d'illumination sur l'échantillon est inférieure à 40 microns x 40 microns.
9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de focalisation (Ml) du premier système optique comprend au moins un élément optique appartenant au groupe formé par les miroirs concaves, miroirs sphériques, lentilles, optiques dioptriques ou catadioptriques, et analogues.
10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture numérique du dispositif de focalisation (M2) du second système optique est choisie pour séparer les faisceaux réfléchis par les faces avant et arrière de l'échantillon.
11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de focalisation (M2) du second système optique comprend au moins un élément optique appartenant au groupe formé par les miroirs concaves, lentilles, optiques dioptriques ou catadioptriques, et analogues.
12. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'ouverture numérique effective du dispositif de focali- sation (M2) du second système optique est de l'ordre 2,5°.
13. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source lumineuse (S) est du type laser, terahertz, globar, filament, plasma, ou analogue.
14. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polariseur (P) du premier système optique est du type polariseur à grille, avec ou sans compensateur tournant, montage à deux polariseurs à grille, ou analogue.
15. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'analyseur (A) du second système optique est du type polariseur à grille, avec ou sans compensateur tournant, montage à deux polariseurs à grille, ou analogue.
16. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur (D) est du type MCT ou analogue.
17. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le porte échantillon (PE) est du type table mobile en XYZ et/ou en rotation, porte-échantillon suspendu, ou analogue.
18. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une fibre optique entre la source (S) et le premier système optique.
19. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une fibre optique entre le second système optique et le détecteur (D).
20. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échantillon (ECH) est du type substrat en matériau semi-conducteur tel que du silicium.'
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