Topographies de surfaces et microscopies

Responsable : Jérémy BARTRINGER, Contact

 

Les principales techniques de topographies de surfaces et microscopies disponibles au laboratoire sont :

• la profilométrie
• la microscopie à force atomique (AFM)
• la microscopie optique
• l'ellipsométrie
• la microscopie optique à sonde de faible cohérence

Les quatre premières sont brièvement décrites ci-dessous tandis que la dernière, entièrement développée au sein de l'équipe IPP puisque faisant l'objet d'un thème de recherche, est détaillée par ailleurs.

Une activité de services à l’intention d’autres laboratoires ou d’industriels est assurée dans la mesure du possible. La liste des utilisations possibles étant non exhaustive, il est recommandé de nous contacter pour toute application, même non mentionnée, du moment qu'il y a compatibilité avec les caractéristiques techniques des équipements. Les demandes peuvent simplement être adressées par courriel.

Profilométrie

Les profilomètres sont utilisés pour étudier la surface de matériaux.

Profilomètre Dektak 150

Il s'agit d'un profilomètre à stylet, encore appelé profilomètre à contact. Le stylet, une pointe de diamant, se déplace sur la surface de l'échantillon à analyser et la variation de sa hauteur est enregistrée.

Caractéristiques techniques Marque Veeco, modèle Dektak 150 Gamme verticale de mesures : jusqu'à 1 mm Résolution verticale : 1 nm Gamme horizontale de mesures : jusqu'à 150 mm de côté Résolution horizontale : 1 µm Principales utilisations rugosité des surfaces hauteur et largeur de marches contraintes ...

Profilomètre ZYGO

La profilométrie utilise les propriétés ondulatoires de lumière pour comparer la différence de chemins optiques entre un faisceau de lumière arrivant sur la surface de l’échantillon et un faisceau de lumière de référence. Les différences de chemins optiques sont dues aux variations d’hauteurs à la surface de l’échantillon et se traduisent par des franges d’interférences.

Caractéristiques techniques Marque ZYGO, modèle NewView 7200 Caméra digitale B&W (640x480 pixels) Objectifs Mirau : 10x et 50x Résolution axiale : < 0.1 nm Précision : <0.75 % sur 150 µm de course Acquisition rapide Utilisations et applications Topographie en 3D des surfaces Mesure de la rugosité Topographie d’un wafer lors des étapes de fabrication Topographie des systèmes micro-électroniques (MEMS) Mesure de rugosité d’angles prononcés Topographie de films métalliques Analyse de gravure de silicium sur des wafers Analyse de marques de polissage ...

Objectifs Ouverture Numérique Résolution latérale (µm) Champ XY max (µm x µm) 10x 0.3 0.95 700x530 50x 0.55 0.52 140x110

Microscopie à force atomique

La microscopie à force atomique (AFM pour « Atomic Force Microscopy ») permet d'étudier la surface des matériaux à l’échelle du nanomètre. Son principe repose sur la mesure des forces atomiques exercées entre une pointe métallique et la surface d’un échantillon. La pointe repose sur un bras de levier qui entraine son mouvement lors des interactions. Ces mouvements sont ensuite enregistrés et traités pour former une image en 3D de la surface. Le système AFM peut être utilisé en mode contact, résonnant, tapping et non-contact.

Il est également possible de mesurer des grandeurs électriques telles que :

• des densité de charge, en mode EFM (pour « Electrostatic Force Microscopy »)
• des capacitances, en mode SCM (pour « Scanning Capacitance Microscopy »)
• des résistances, en mode SRI (pour « Spreading Resistance Imaging »)

AFM Park

Caractéristiques techniques Marque Park, modèle XE-70 Mode non-contact, tapping Enceinte anti-acoustique fermée Champ XY : de 3x3 µm² à 30x30 µm² Dynamique Z : 7 µm Résolution latérale : de 12 nm à 117 nm Utilisations et applications Mesure de la rugosité des surfaces Topographie de surface Analyse de contours accentués Analyse de gravure de film de polymère Observation de tranche

AFM NT-MDT

Caractéristiques techniques Marque NT-MDT, modèle Smena Mode contact Gamme verticale de mesures : jusqu'à 2,5 µm Résolution verticale : 1 Å Gamme horizontale de mesures : jusqu'à 50 µm de côté Résolution horizontale : 2-3 nm

Microscopie Optique

Microscope photonique modulaire

Le microscope photonique est utilisé pour l’observation d’échantillons en lumière blanche. L’échantillon peut être observé en transmission ou en réflexion. Le microscope est équipé de deux caméras :

• Sony XCD-V50 (Digital Interface B&W)
• Zeiss AxioCam ICc3 (Camera CCD Couleur)

Caractéristiques techniques Marque ZEISS, modèle Axio Scope A.1 Eclairement Halogène de 100W (possibilité de modifier la source) Objectifs 5x, 10x, 20x et 50x Filtres spectrales Contrôle de la polarisation (éclairage et mesure) Mesure en champ clair et en champ sombre Calibration pour la mesure dimensionnelle en 2D Utilisations Observations Mesure en 2D

Ellipsométrie

L'ellipsomètre utilisé est un ellipsomètre spectrocopique à modulation de phase qui permet de faire des mesures en fonction de la longueur d'onde. Un faisceau lumineux polarisé est dirigé sur l'échantillon à analyser. La variation de la polarisation après réflexion sur l'échantillon est mesurée en fonction de la longueur d'onde avec une certaine fréquence de modulation. Il est ainsi possible de déterminer les parties réelle et imaginaire de la fonction diélectrique de l'échantillon et d'en déduire des propriétés optiques et structurelles.

Caractéristiques techniques Marque Horiba Jobin Yvon, modèle Uvisel Source lumineuse : lampe au xénon de 75 W Fréquence de modulation : 50 kHz Gamme spectrale : 210-880 nm Principales utilisations mesure de l'épaisseur de couches minces détermination des indices optiques (n,k) étude de la composition de films minces (par exemple, présence de nanocristaux) ...