EP1346201A1 - Device for ellipsometric two-dimensional display of a sample, display method and ellipsometric measurement method with spatial resolution - Google Patents

Device for ellipsometric two-dimensional display of a sample, display method and ellipsometric measurement method with spatial resolution

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Publication number
EP1346201A1
EP1346201A1 EP01989637A EP01989637A EP1346201A1 EP 1346201 A1 EP1346201 A1 EP 1346201A1 EP 01989637 A EP01989637 A EP 01989637A EP 01989637 A EP01989637 A EP 01989637A EP 1346201 A1 EP1346201 A1 EP 1346201A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
sample
ellipsometric
layer
polarizer
dimensional display
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01989637A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Dominique Ausserre
Marie-Pierre Valignat
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Sorbonne Universite
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Pierre et Marie Curie Paris 6
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite Pierre et Marie Curie Paris 6 filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP1346201A1 publication Critical patent/EP1346201A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21Polarisation-affecting properties
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211Ellipsometry
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y35/00Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures

Definitions

  • the present invention relates to a device for two-dimensional ellipsometric display of a sample, a method of visualization and a method of ellipsometric measurement with spatial resolution. It is particularly well suited for viewing in ellipsometric contrast or in interference contrast.
  • a sample receiving and reflecting light generally changes its polarization.
  • r p and r s are the complex reflection coefficients of each of the polarizations on the substrate concerned which implicitly depend on x and y, ⁇ N ( ⁇ , NP) being the normalized flux reflected for an angle of incidence ⁇ , in non-polarized light.
  • the object of the invention is therefore a two-dimensional ellipsometric display of an object of very small thickness invisible under an optical microscope under known observation conditions compatible with the use of a commercial optical microscope. Despite this, according to the invention, it is possible both to visualize the object and to measure its thickness and its index under a microscope.
  • the object of study is deposited on a particular substrate, the association of the object of study and the substrate forming the observed set that we call - the sample -.
  • the substrate is designed in such a way that the object of study, although very thin, suffices by its presence to modify the appearance of the substrate, thus leading to the visualization of the object.
  • the substrate consists of a support covered with a stack of layers such that, on the one hand, the thickness e of the last layer satisfies the condition d 2 / of 2 [Ln
  • ] 0 and such that, on the other hand, the minimum of the quantity
  • the presence of the object is sufficient under these conditions to modify measurably under an optical microscope the parameters ⁇ and ⁇ of the substrate, so that the optical characteristics of the object can be extracted from the measurement of the parameters ⁇ and ⁇ of the sample.
  • the substrate is designed in such a way that the sensitivity of the parameters ⁇ and ⁇ of the sample to a small perturbation of its constituent parameters is very large for low angles of incidence, therefore very different from the Brewster angle, while the visualization and measurement methods proposed are moreover designed in such a way that the radial geometry of the microscope is become compatible with the use of these ellipsometric characteristics.
  • DIC differential interference microscope
  • the contrast of the object is optimized thanks to the adjustment of a compensator included in the DIC device.
  • This adjustment consists in extinguishing the interference between the two beams reflected by the non-interesting regions of the sample by adjusting their phase shift at the level of the device where they interfere, i.e. at the level of the analyzer, the quality of this extinction conditioning the quality of the visualization.
  • the condition of maximum sensitivity over the thickness e of the last layer of the stack in this observation mode is d 2 / of 2 [Ln
  • ] 0.
  • the proposed visualization method is therefore generally optimal for all observations under a microscope between crossed polarizer and analyzer, including when a DIC device is included in the microscope.
  • the invention therefore relates to a device for two-dimensional ellipsometric display of a sample, comprising an object, placed in an incident medium, observed between an analyzer and a polarizer crossed by reflection in convergent light, in which the ellipsometric parameters of the assembly formed by the object (4) and a substrate (8) on which it is placed, are used.
  • a device for two-dimensional ellipsometric display of a sample comprising an object, placed in an incident medium, observed between an analyzer and a polarizer crossed by reflection in convergent light, in which the ellipsometric parameters of the assembly formed by the object (4) and a substrate (8) on which it is placed, are used.
  • the substrate comprises a support and a stack of layers and that its ellipsometric properties are known
  • the ellipsometric properties of the substrate being such that the variations in the ellipsometric parameters of the sample due to the object are displayed with a contrast greater than the contrast produced in the absence of this substrate.
  • the sample is illuminated through a wide aperture objective such as a microscope objective,
  • the microscope is a differential interference contrast microscope
  • the microscope is a fluorescence microscope
  • This embodiment is the most effective for viewing or detecting objects of nanometric dimensions. It is then a question of visualizing without solving. It allows in particular the visualization of all isolated filiform objects, that is to say distant by an amount greater than the lateral resolution of the microscope, whose length is greater than one micron (polymers, microtubules, collagen, bacteria, DNA , AN, carbon nanotubes, nanowires, etc.).
  • the thickness e of the layer of the stack in contact with the object is such that the complex reflection coefficients r p and r s of the substrate satisfy the condition d 2 / of 2 [Ln
  • ] 0,
  • the optical properties of the substrate are such that the minimum value taken by the quantity
  • the device comprises a polychromatic light source
  • the device comprises a monochromatic light source
  • the support is made of silicon, More generally, the support is advantageously an absorbent medium, a metal or a semiconductor whose real part of the optical index is greater than 3.3.
  • the stack consists of a single layer, This layer is advantageously mineral, consisting of a mixture SiO / Si0 2 in suitable proportions.
  • the layer is a layer of silica
  • the thickness of the silica layer is of the order of 1025 ⁇ , the incident medium being air, the layer is a layer of magnesium fluoride,
  • the thickness of the layer of MgF 2 is of the order of 1055 ⁇ , the incident medium being air,
  • the layer is a layer of polymer
  • the layer is a layer of polymer, with an optical index approximately equal to 1.343, the incident medium being air,
  • the layer is a mineral layer, with an optical index approximately equal to 1.74, the incident medium being water,
  • the layer is a mineral layer, with an optical index approximately equal to 1.945, the incident medium being an oil with an optical index 1.5,
  • the layer is discontinuous and formed of silica pads and index 1.343, of the same height defining the thickness of the layer and of cross-sectional dimensions much less than a micrometer, the incident medium being air, - the layer is a mesoporous or nanoporous organic or mineral layer with an index approximately equal to 1.343, the incident medium being air,
  • the layer is a mineral airgel with an index approximately equal to 1.343, the incident medium being air, - the device comprises a microscope comprising an aperture diaphragm in the form of a longitudinal slot orientable around the axis of the microscope making it possible to restrict the light cone to a single plane of incidence in a chosen direction, the device comprises a microscope comprising an aperture diaphragm in the form of a ring limiting the lighting cone of the sample around an angle of incidence,
  • the object is a thin film and the stack comprises a beveled layer s whose thickness varies monotonously in one direction
  • This display method and device are compatible and advantageously superimposable on any scanning optical microscopy technique, on any invisible light optical technique (UV 0 or IR), on any spectroscopy technique, on any non-linear optical technique, any diffusion or diffraction technique, and all their combinations. They are in particular compatible with the fluorescence, micro-Raman, confocal microscopy, two-photon microscopy techniques, and all their combinations.
  • the implementation of the present invention with fluorescence microscopy is particularly advantageous. Indeed, the polarization of the light emitted by a fluorescent sample is often different from the polarization of the incident beam.
  • the fluorescent marker therefore introduces a depolarization of the light to which the device of the invention is particularly sensitive.
  • the extinction factor of the incident light specific to the device of the invention considerably reduces the noise accompanying the fluorescent signal.
  • this implementation of the present invention with fluorescence microscopy makes it possible to recognize, among identical fluorescent objects, those of them which depolarize light, which corresponds to a very particular environment for molecules.
  • the invention also relates to a measurement method in which:
  • the display device is cut parallel to the s direction X into two elements, - the thin film is deposited on one of these elements,
  • the two elements are placed between a crossed polarizer and an analyzer under a polarizing microscope lit in polychromatic light, so as to form fringes of colored interference on each of the elements,
  • the invention further relates to a device for viewing a sample as specified above, in which the substrate is the bottom of a Petri dish.
  • the invention further relates to a device for viewing a sample as specified above, in which the sample is a matrix multisensor, each pad or patch of the matrix possibly constituting the last layer of the stack.
  • This multisensor can be a biochip with bacteria, viruses, antigens, antibodies, proteins, DNA, RNA, or chromosomes, the device then constituting a parallel reading device.
  • the invention also relates to a method for ellipsometric measurement of a sample with spatial resolution under a polarizing microscope forming an image of the sample in which:
  • the sample is illuminated by a linearly polarized light beam through an aperture diaphragm, - the light reflected by the sample is analyzed by a polarizer-analyzer, characterized by the relative orientation ⁇ of its direction of polarization compared to that of the polarizer,
  • a modulation of the reflected intensity is ensured by the relative rotation of the polarization of the light beam and of the polarizer-analyzer.
  • the aperture diaphragm of the lighting beam is a ring centered on the axis of the beam delimiting a single angle of incidence
  • the average flux ⁇ M (x, y) reflected and its modulation amplitude ⁇ m (x, y) are measured simultaneously at each point of the image obtained from the sample
  • the orientation of the analyzer relative to the polarizer is fixed at a value different from ⁇ / 2 modulo ⁇
  • - the aperture diaphragm of the lighting beam is a slit orientable around the optical axis of the microscope superimposed on a ring delimiting a single angle of incidence
  • the intensity of the reflected beam is measured for at least two different non non-redundant orientations of the slit, - these intensity measurements are processed from the relation:
  • the aperture diaphragm of the lighting beam is a slit orientable around the optical axis of the microscope superimposed on a ring delimiting a single angle of incidence
  • the orientation of the analyzer relative to the polarizer is fixed at a value different from ⁇ / 2 modulo ⁇ ,
  • the invention also relates to a method for ellipsometric measurement of a sample with spatial resolution under a polarizing microscope forming an image of the sample, in which:
  • the sample is illuminated by a linearly polarized light beam through an aperture diaphragm
  • the light reflected by the sample is analyzed by a polarizer-analyzer, characterized by the relative orientation ⁇ of its direction of polarization with respect to that of the polarizer,
  • the aperture diaphragm of the lighting beam is a disc centered on the axis of this beam
  • the invention also relates to an ellipsometric measuring device under a microscope with lateral spatial resolution. According to this device:
  • are possibly effective parameters derived from means over all the angles of incidence present:
  • the aperture diaphragm is a hole or a ring
  • the image of the rear focal plane of the objective is formed in the focal plane of the eyepiece by a Bertrand lens
  • the aperture diaphragm is a hole or a ring
  • the image of the rear focal plane of the objective is formed in the focal plane of the eyepiece by a Bertrand lens
  • the image of the rear focal plane of the objective is formed in the focal plane of the eyepiece by a Bertrand lens
  • the camera is a tri-CCD color camera and the intensity measurement at each point is made and used for each of the colors.
  • the object studied is placed on a substrate.
  • the thickness e of the layer of the stack in contact with the object is such that the complex reflection coefficients r p and r s of the substrate satisfy the condition d 2 / of 2 [Ln
  • ] 0.
  • the object is placed on a substrate whose optical properties are such that the minimum value taken by the quantity jr p + r s
  • FIG. 4 is a diagram of the polarizing microscope used according to the invention.
  • FIG. 5 is a schematic representation of the device direct thickness measurement according to the invention
  • FIGS. 1 and 2 are a schematic representation of the display device of a multisensor implemented in certain embodiments of the invention. The description of the invention will be made using the notations of FIGS. 1 and 2, where p is the polarization vector of the light carried by a radius of angle of incidence ⁇ on the sample.
  • sample 1 denotes the assembly acting on the measurement.
  • This sample is separated from objective 2 by an incident medium 3, it comprises, in order starting from the incident medium, a study object 4 (the one that we seek to visualize), a stack 5 of layers whose upper layer 6 is the layer in contact with the sample, and a support 7.
  • the stack of layers and the support form the substrate 8.
  • FIGS. 4A and 4B are representations of devices usable according to the invention; similar elements are represented there with the same reference numerals.
  • a sample 1 assumed to be plane and isotropic is therefore placed under an optical microscope operating in reflection.
  • the microscope is provided with an objective 10 and a Kôhler type lighting, comprising at least two lenses 12 and 13 and an aperture diaphragm or pupil 11 conjugated by the lens 13 of the rear focal plane of the objective 10, represented by a dotted line in Figure 4A.
  • the polarizer P polarizes the light directed towards the sample by the semi-reflecting lamina 15.
  • the direction of the polarizer P serves as a reference.
  • the light returned by the object is subjected to an analyzer A.
  • FIG. 4B corresponds to the implementation of a differential interference contrast microscope (DIC), it comprises a polarizing element 16 which is either an ollaston biprism or a prism and a Nomarski compensator.
  • DIC differential interference contrast microscope
  • the angle of incidence of a ray is ⁇ .
  • the microscope is equipped with a linear polarizer and an analyzer located on either side of the sample on the light path.
  • the lighting is episcopic and monochromatic.
  • the analyzer is rotating and makes an angle ⁇ with the polarizer.
  • the reference flux is that which would be obtained on the same instrument adjusted in the same way in the absence of a polarizer and an analyzer with a hypothetical perfectly reflecting sample.
  • ⁇ N ( ⁇ , ⁇ ) cos 2 ⁇ (r p 2 +
  • the second member of the formula (El) is directly interpretable. It is made up of two terms: The first, cos ⁇ (
  • This reflectivity can be described as "inconsistent average reflectivity" because it would be obtained by ignoring the interferences between r p and r s , i.e. between the reflected parallel and perpendicular components, and by averaging over all possible azimuths ⁇ , i.e. over all possible orientations of the plane of incidence relative to the direction of the polarizer.
  • Equation (El) describes the interference between r p and r s .
  • Coherent reflectivity It translates the depolarization of the incident beam by the surface, which transforms the linear incident polarization into an elliptical polarization.
  • the contrast of the edge of the film is:
  • Our technique combines two extinction factors: i) the crossed or almost crossed polarizer and analyzer, ii) an anti-reflective substrate for this observation mode.
  • Equation (E3) highlights the dual nature of our extinction: the crossed polarizer and analyzer extinguish the first term of the second member, our antireflective substrate extinguishes the second. It can therefore be defined as an antireflective substrate for coherent reflectivity.
  • ⁇ e is the thickness of the film which can be assumed for the circumstance of optical index identical to that of the upper layer
  • dl / de is the derivative of the intensity reflected by the bare substrate with respect to the thickness e of the last layer of the stack.
  • e is therefore the thickness of this layer.
  • the fact of taking an identical index for the film and for the last dielectric layer is not compulsory, but it simplifies the explanation and shows that our method does not exploit the reflection between the film and the substrate. The film is therefore considered here as a simple fluctuation in thickness of the upper layer.
  • r p and r s for a solid covered with a single layer is conventional (ref. AZZAM for example):
  • ⁇ y and Ily represent respectively the sum and the product of r ⁇ ) and r ij (s) .
  • the sum ⁇ is a periodic function of the optical thickness
  • Equation (E3) highlights the advantage of using a fluorescence microscope: in the presence of a fluorescence signal, the depolarized component of this fluorescence is added to the right member of equation (E3) without altering the extinction of the other two terms. The signal to noise ratio is therefore increased. This can also be transposed to a Raman signal.
  • the invention also relates to an ellipsometric measurement method which can also operate without the need for a particular substrate being necessary:
  • the ellipsometric angles ⁇ and ⁇ are defined by:
  • Equation E3 shows that the reflected signal oscillates sinusoidally around the incoherent reflectivity with an amplitude
  • the second step requires breaking the radial symmetry of the lighting, which can be done in two ways: either by physically modifying the geometry of the aperture diaphragm, which must become a slit or a cross formed by two perpendicular slits, or an angular sector ⁇ (modulo ⁇ ) of opening strictly less than ⁇ / 4, the apex of which coincides with the optical axis or the association of two or four identical angular sectors regularly arranged around the axis optics of the microscope, capable, like the analyzer, of rotating around the optical axis of the microscope, either by analyzing the intensity distribution present in a conjugate plane of the aperture diaphragm situated on the path of the reflected light, the microscope being in Koehler lighting.
  • This solution also makes it possible, in the absence of the Bertrand lens, to carry out the first step of the analysis simultaneously on several regions of a heterogeneous sample, and therefore to determine by a parallel measurement the quantity (sin2 ⁇ cos ⁇ ) ( x, y).
  • the Bertrand lens it is however necessary to select a homogeneous region of the sample by the use of a field diaphragm or a confocal geometry. This solution therefore does not allow the complete parallel analysis of the different points of the sample.
  • the first solution on the other hand (diaphragm with rupture of radial symmetry), allows the total parallel analysis since one always keeps the image of the sample on the CCD camera.
  • this intensity is a periodic function of ⁇ of period ⁇ and also includes terms of period ⁇ / 2.
  • the relative orientation of the analyzer and the polarizer is fixed and: - if the slit has a uniform rotational movement around the optical axis at the frequency ⁇ , the intensity reflected by each point of the sample is modulated and this modulation allows different combinations of quantities to be extracted
  • the signal I is modulated with a period ⁇ (on ⁇ ) and the measurement of I for different values of ⁇ becomes more precise;
  • the measurement of I therefore makes it possible to determine the effective quantities and, in particular, the ellipsometric angles ⁇ eff and ⁇ eff , which can be compared with values calculated to deduce therefrom. properties of the object or sample, as is conventionally practiced with ellipsometric angles with single incidence.
  • the sensitivity of the measurement to the physical parameters of the sample becomes excellent again, comparable in fact to that of traditional measurements around the Brewster angle, while the signal used remains little sensitive to the angle of incidence.
  • the critical compositions of the substrates are defined by the existence of a solution to the equation
  • 0.
  • a critical substrate has a layer thickness close to a solution of this equation.
  • 0 necessarily corresponds to a minimum of
  • N 0 is the index of the ambient medium
  • N 3 is the index of the substrate support
  • N 2 is the index of the layer and e its thickness.
  • the optimal thickness e is a linear function of ⁇ but is not not proportional to ⁇ .
  • 0.2.
  • the layers of indices 1.74 and 1.945 can be produced by numerous methods, such as PECVD deposits.
  • the layers of index 1.345 are more difficult to produce. They can be formed of a hydrogel, an airgel, a polymer, or be heterogeneous, for example formed of studs of constant thickness and very small dimensions. It can also be a solution in water, sugar, salt, polymer ...
  • a particularly advantageous visualization method of the optical thickness (Ni x ej) of a very thin film can be carried out with the substrate used in the invention in the following manner shown in FIG. 5.
  • a layer 21 of variable thickness in the form of a bevel is deposited on a support 20 (FIG. 5A, FIG. 5B).
  • This substrate 20 is then cut so as to obtain two identical elements 22, 23 (23 not shown is then identical to 22) (FIG. 5C).
  • these two elements are then observed under a microscope lit in white light with a disc-shaped pupil, after having positioned these two elements relative to each other, in their initial relative position, using a mark, notch or wedge 25.
  • Each pellet has a surface of a few square microns and often a molecular thickness.
  • the multisensor is used in the following way: it is brought into contact with the mixture that we want to analyze.
  • Each patch 31, 32 ... fixes the species which it can recognize when it is present in The mixture.
  • a fixed species creates an additional thickness, visible at the level of the stud, the position of the studs 31, 32 in the matrix informing us of the nature of the recognized species. This step is the step of reading the multisensor.
  • biochips include, for example DNA chips, antibody chips, bacteria chips, virus chips, chromosome chips, protein chips, etc.
  • each pad consists of a molecular layer of identical oligonucleotides capable of hybridizing with and only with their complementary strand.
  • the analyzed DNA is cut into strands of suitable length, amplified by the PCR technique, which means that each strand is replicated a large number of times, then put in solution in contact with the chip.
  • the recognized strands are fixed by the corresponding pads.
  • the pellets whose thickness is regular and known are taken as elements of the multilayer building, so that the support + multilayer + patch or spot assembly constitutes an optimized substrate of very high sensitivity. Under these conditions, the presence of additional strands after hybridization is easily detected by the change in intensity or color that it causes in the observation of the pellet by our visualization process.
  • the quantity of material present on a pellet can also be quantitatively evaluated by our measurement process.

Abstract

The invention concerns a device for ellipsometric two-dimensional display of a sample placed in an incident medium, observed between an analyser and a polarizer intersected by convergent light reflection, wherein the ellipsometric parameters of the assembly formed by the sample and a substrate whereon it is placed, are used. The substrate comprises a support and a stack of base layers and its ellipsometric properties are known. The ellipsometric properties of the substrate are such that variations of the sample ellipsometric parameters are displayed with contrast higher that the contrast produced in the absence of said substrate. The invention also concerns a display method and an ellipsometric measurement method with spatial resolution.

Description

DISPOSITIF DE VISUALISATION BIDIMENSIONNELLE ELLIPSOMETRIQUE D UN ECHANTILLON, PROCEDE DE VISUALISATION ET PROCEDE DE MESURE ELLIPSOMETRIQUE AVEC RESOLUTION SPATIALETWO-DIMENSIONAL ELLIPSOMETRIC VISUALIZATION DEVICE OF A SAMPLE, VISUALIZATION METHOD AND ELLIPSOMETRIC MEASUREMENT METHOD WITH SPATIAL RESOLUTION
5 La présente invention concerne un dispositif de visualisation bidimensionnelle ellipsométrique d'un échantillon, un procédé de visualisation et un procédé de mesure ellipsométrique avec résolution spatiale. Elle est particulièrement bien adaptée à une visualisation en contraste ellipsométrique ou en contraste interférentiel.The present invention relates to a device for two-dimensional ellipsometric display of a sample, a method of visualization and a method of ellipsometric measurement with spatial resolution. It is particularly well suited for viewing in ellipsometric contrast or in interference contrast.
10 Un échantillon recevant de la lumière et la réfléchissant en modifie généralement la polarisation.10 A sample receiving and reflecting light generally changes its polarization.
Il est possible d'utiliser cette propriété pour visualiser un échantillon ou pour le caractériser en mesurant ses paramètres ellipsométriques généralement désignés par ψ et Δ.It is possible to use this property to visualize a sample or to characterize it by measuring its ellipsometric parameters generally designated by ψ and Δ.
15 A ce sujet, on pourra, par exemple, se référer à l'ouvrage15 On this subject, one could, for example, refer to the work
Azzam et Bashara publié en 1979.Azzam and Bashara published in 1979.
Initialement, on a cherché à exploiter l'extinction du coefficient de Fresnel rp à l'angle de Brewster pour accéder à une mesure ellipsométrique précise des paramètres ψ et Δ (ellipsométrie) ou à uneInitially, we sought to exploit the extinction of the Fresnel coefficient r p at the Brewster angle to access a precise ellipsometric measurement of the parameters ψ and Δ (ellipsometry) or a
20 visualisation sensible de fi ms très minces, notamment a la surface de" l'eau (microscopie à angle de Brewster).20 sensitive display fi ms very thin, especially on the surface of "water (Brewster angle microscopy).
Par ailleurs, on a cherché à éclairer une zone d'un échantillon sous une incidence et un azimut uniques pour mesurer les paramètres ψ et Δ correspondant à cette zone.Furthermore, we sought to illuminate an area of a sample under a single incidence and azimuth to measure the parameters ψ and Δ corresponding to this area.
25 On s'intéresse dans le cadre de la présente invention à une exploitation simultanée des paramètres ψ et Δ pour un certain nombre de points d'un échantillon, définis chacun par leurs coordonnées x et y. C'est ce qui est appelé une visualisation ou une mesure bidimensionnelle ellipsométrique d'un échantillon.In the context of the present invention, we are interested in a simultaneous exploitation of the parameters ψ and Δ for a certain number of points of a sample, each defined by their x and y coordinates. This is called a two-dimensional ellipsometric visualization or measurement of a sample.
30 De plus, dans le cadre de la présente invention, on s'intéresse aux échantillons de petites dimensions observés, visualisés ou mesurés sous microscope optique en réflexion. Il peut s'agir de microscopie traditionnelle, de microscopie à contraste interférentiel différentiel ou de microscopie à fluorescence. Ce type d'observations microscopiques pose des contraintes particulières dans la mesure, d'une part, où les objectifs de microscopes ont une ouverture numérique importante qui crée des conditions d'observations significativement différentes des conditions usuelles des mesures ellipsométriques, dans lesquels les faisceaux tant d'éclairage que de mesure (ou faisceaux réfléchis) sont généralement des faisceaux collimatés de faible ouverture et, d'autre part, où les faisceaux d'éclairage sont le plus souvent distribués uniformément autour de l'incidence normale, c'est-à-dire dans une gamme d'angles d'incidence peu propice à l'ellipsométrie.In addition, in the context of the present invention, we are interested in samples of small dimensions observed, viewed or measured under an optical microscope in reflection. It can be traditional microscopy, differential interference contrast microscopy or fluorescence microscopy. This type of microscopic observations poses particular constraints in the measurement, on the one hand, where the objectives of microscopes have a significant numerical aperture which creates conditions of observations significantly different from the usual conditions of ellipsometric measurements, in which the beams so much lighting than measurement (or reflected beams) are generally collimated beams of small aperture and, on the other hand, where the lighting beams are most often distributed uniformly around the normal incidence, that is to say -to say in a range of angles of incidence not very favorable to ellipsometry.
Certes, des méthodes de visualisation basées sur l'utilisation d'un substrat antiréfléchissant ont été proposées antérieurement mais elles sont fondées sur la « réflectivité incohérente » du substrat. Les substrats proposés précédemment sont donc antiréfléchissants pour une lumière non polarisée ou pour une lumière polarisée avec une direction de polarisation constante par rapport au plan d'incidence, ce qui est incompatible avec l'utilisation d'un microscope. Le principe repose sur la minimisation du second membre de l'équation (E4).Admittedly, visualization methods based on the use of an antireflective substrate have been proposed previously, but they are based on the “incoherent reflectivity” of the substrate. The substrates proposed above are therefore antireflective for non-polarized light or for polarized light with a direction of polarization constant with respect to the plane of incidence, which is incompatible with the use of a microscope. The principle is based on the minimization of the second member of the equation (E4).
où rp et rs sont les coefficients complexes de réflexion de chacune des polarisations sur le substrat concerné qui dépendent implicitement de x et de y, ΦN(Θ,NP) étant le flux normalisé réfléchi pour un angle d'incidence θ, en lumière non polarisée.where r p and r s are the complex reflection coefficients of each of the polarizations on the substrate concerned which implicitly depend on x and y, Φ N (Θ, NP) being the normalized flux reflected for an angle of incidence θ, in non-polarized light.
Notons que l'extinction totale ne s'obtient que pour |rp| = |rs| = 0, qui est une condition extrêmement contraignante, puisque les valeurs des deux coefficients de Fresnel sont fixées. La condition d'extinction totale, |rp + rs| = 0, est beaucoup plus souple puisqu'elle se traduit seulement par une relation entre les deux coefficients de Fresnel,Note that total extinction is only obtained for | r p | = | r s | = 0, which is an extremely restrictive condition, since the values of the two Fresnel coefficients are fixed. The condition of total extinction, | r p + r s | = 0, is much more flexible since it only results in a relationship between the two Fresnel coefficients,
rP = -rs E6 Des substrats antiréfléchissants pour une lumière polarisée ont aussi été proposés pour augmenter les performances des ellipsomètres, mais l'ellipsométrie et la microscopie optique étaient jusqu'à présent jugées inconciliables. Le but de l'invention est donc une visualisation bidimensionnelle ellipsométrique d'un objet de très faible épaisseur invisible sous microscope optique dans des conditions d'observation connues compatibles avec l'utilisation d'un microscope optique commercial. Malgré cela, selon l'invention, il est possible à la fois de visualiser l'objet et de mesurer son épaisseur et son indice sous microscope.r P = -r s E6 Anti-reflective substrates for polarized light have also been proposed to increase the performance of ellipsometers, but ellipsometry and optical microscopy have so far been considered irreconcilable. The object of the invention is therefore a two-dimensional ellipsometric display of an object of very small thickness invisible under an optical microscope under known observation conditions compatible with the use of a commercial optical microscope. Despite this, according to the invention, it is possible both to visualize the object and to measure its thickness and its index under a microscope.
A cette fin, l'objet d'étude est déposé sur un substrat particulier, l'association de l'objet d'étude et du substrat formant l'ensemble observé que nous appelons - l'échantillon -. Le substrat est conçu de telle manière que l'objet d'étude, bien que très mince, suffise par sa présence à modifier l'aspect du substrat, conduisant ainsi à la visualisation de l'objet.To this end, the object of study is deposited on a particular substrate, the association of the object of study and the substrate forming the observed set that we call - the sample -. The substrate is designed in such a way that the object of study, although very thin, suffices by its presence to modify the appearance of the substrate, thus leading to the visualization of the object.
A cette fin, le substrat est constitué d'un support recouvert d'un empilement de couches tel que, d'une part, l'épaisseur e de la dernière couche vérifie la condition d2/de2[Ln|rp +rs|] = 0 et tel que, d'autre part, le minimum de la quantité |rp +rs| sur l'ensemble des valeurs de e soit aussi faible que possible.To this end, the substrate consists of a support covered with a stack of layers such that, on the one hand, the thickness e of the last layer satisfies the condition d 2 / of 2 [Ln | r p + r s |] = 0 and such that, on the other hand, the minimum of the quantity | r p + r s | over all the values of e is as low as possible.
De même, la présence de l'objet suffit dans ces conditions à modifier de façon mesurable sous microscope optique les paramètres ψ et Δ du substrat, si bien que les caractéristiques optiques de l'objet peuvent être extraites de la mesure des paramètres ψ et Δ de l'échantillon.Similarly, the presence of the object is sufficient under these conditions to modify measurably under an optical microscope the parameters ψ and Δ of the substrate, so that the optical characteristics of the object can be extracted from the measurement of the parameters ψ and Δ of the sample.
Ainsi, le substrat est conçu de telle manière que la sensibilité des paramètres ψ et Δ de l'échantillon à une petite perturbation de ses paramètres constitutifs soit très grande pour des angles d'incidence faibles, donc très différents de l'angle de Brewster, tandis que les méthodes de visualisation et de mesure proposées sont de plus conçues de telle manière que la géométrie radiale du microscope soit devenue compatible avec l'exploitation de ces caractéristiques ellipsométriques.Thus, the substrate is designed in such a way that the sensitivity of the parameters ψ and Δ of the sample to a small perturbation of its constituent parameters is very large for low angles of incidence, therefore very different from the Brewster angle, while the visualization and measurement methods proposed are moreover designed in such a way that the radial geometry of the microscope is become compatible with the use of these ellipsometric characteristics.
Dans un mode de réalisation préféré, mettant en œuvre un microscope interférentiel différentiel (DIC) (grâce à un dispositif inséré au voisinage du plan focal arrière de l'objectif, par exemple un dispositif de Nomarski ou un dispositif de Smith), le faisceau d'éclairage, polarisé linéairement selon l'azimut φ = 0, est décomposé par le dispositif DIC en deux faisceaux polarisés linéairement selon les directions φ = 45° et φ = -45° et décalés latéralement l'un par rapport à l'autre d'une petite quantité Δd, les deux plans d'onde associés à ces deux polarisations enregistrant à la réflexion sur l'échantillon des variations de phase dues à la présence ou aux inhomogénéités de l'objet, ces variations de phase se transformant en variations de couleur ou d'intensité après passage au retour du faisceau réfléchi dans le dispositif DIC, puis dans l'analyseur croisé avec le polariseur. Dans ce mode d'observation, le contraste de l'objet est optimisé grâce au réglage d'un compensateur inclus dans le dispositif DIC. Ce réglage consiste à éteindre l'interférence entre les deux faisceaux réfléchis par les régions non intéressantes de l'échantillon en réglant leur déphasage au niveau du dispositif où elles interfèrent, c'est-à-dire au niveau de l'analyseur, la qualité de cette extinction conditionnant la qualité de la visualisation. La condition mathématique de cette extinction est la même que précédemment, à savoir rp + rs = 0. La condition de sensibilité maximale sur l'épaisseur e de la dernière couche de l'empilement dans ce mode d'observation est d2/de2[Ln|rp +rs|] = 0.In a preferred embodiment, using a differential interference microscope (DIC) (by means of a device inserted in the vicinity of the rear focal plane of the objective, for example a Nomarski device or a Smith device), the beam d lighting, linearly polarized along the azimuth φ = 0, is decomposed by the DIC device into two beams linearly polarized in the directions φ = 45 ° and φ = -45 ° and offset laterally with respect to each other d '' a small quantity Δd, the two wave planes associated with these two polarizations registering at the reflection on the sample phase variations due to the presence or inhomogeneities of the object, these phase variations transforming into variations of color or intensity after passing the return beam reflected in the DIC device, then in the cross analyzer with the polarizer. In this observation mode, the contrast of the object is optimized thanks to the adjustment of a compensator included in the DIC device. This adjustment consists in extinguishing the interference between the two beams reflected by the non-interesting regions of the sample by adjusting their phase shift at the level of the device where they interfere, i.e. at the level of the analyzer, the quality of this extinction conditioning the quality of the visualization. The mathematical condition of this extinction is the same as previously, namely r p + r s = 0. The condition of maximum sensitivity over the thickness e of the last layer of the stack in this observation mode is d 2 / of 2 [Ln | r p + r s |] = 0.
Le procédé de visualisation proposé est donc globalement optimal pour toutes les observations sous microscope entre polariseur et analyseur croisés, y compris lorsqu'un dispositif DIC est inclus dans le microscope.The proposed visualization method is therefore generally optimal for all observations under a microscope between crossed polarizer and analyzer, including when a DIC device is included in the microscope.
L'invention concerne donc un dispositif de visualisation bidimensionnelle ellipsométrique d'un échantillon, comportant un objet, placé dans un milieu incident, observé entre un analyseur et un polariseur croisés par réflexion en lumière convergente, dans lequel les paramètres ellipsométriques de l'ensemble formé par l'objet (4) et un substrat (8) sur lequel il est placé, sont exploités. Selon l'invention :The invention therefore relates to a device for two-dimensional ellipsometric display of a sample, comprising an object, placed in an incident medium, observed between an analyzer and a polarizer crossed by reflection in convergent light, in which the ellipsometric parameters of the assembly formed by the object (4) and a substrate (8) on which it is placed, are used. According to the invention:
- le substrat comporte un support et un empilement de couches et que ses propriétés ellipsométriques sont connues,the substrate comprises a support and a stack of layers and that its ellipsometric properties are known,
- les propriétés ellipsométriques du substrat étant telles que les variations des paramètres ellipsométriques de l'échantillon dues à l'objet soient visualisées avec un contraste supérieur au contraste produit en l'absence de ce substrat. La présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront de la description qui va suivre et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles :- the ellipsometric properties of the substrate being such that the variations in the ellipsometric parameters of the sample due to the object are displayed with a contrast greater than the contrast produced in the absence of this substrate. The present invention also relates to the characteristics which will emerge from the description which follows and which should be considered in isolation or in all their technically possible combinations:
- l'échantillon est éclairé au travers d'un objectif à grande ouverture tel qu'un objectif de microscope,- the sample is illuminated through a wide aperture objective such as a microscope objective,
- le microscope est un microscope à contraste interférentiel différentiel,- the microscope is a differential interference contrast microscope,
- le microscope est un microscope de fluorescence,- the microscope is a fluorescence microscope,
Ce mode de réalisation est le plus efficace pour la visualisation ou la détection d'objets de dimensions nanométriques. Il s'agit alors de visualiser sans résoudre. Il permet en particulier la visualisation de tous les objets filiformes isolés, c'est-à-dire distants d'une quantité supérieure à la résolution latérale du microscope, dont la longueur est supérieure au micron (polymères, microtubules, collagène, bactéries, ADN, A N, nanotubes de carbone, nanofils, etc.).This embodiment is the most effective for viewing or detecting objects of nanometric dimensions. It is then a question of visualizing without solving. It allows in particular the visualization of all isolated filiform objects, that is to say distant by an amount greater than the lateral resolution of the microscope, whose length is greater than one micron (polymers, microtubules, collagen, bacteria, DNA , AN, carbon nanotubes, nanowires, etc.).
- l'épaisseur e de la couche de l'empilement en contact avec l'objet est telle que les coefficients de réflexion complexes rp et rs du substrat vérifient la condition d2/de2[Ln|rp +rs|] = 0,the thickness e of the layer of the stack in contact with the object is such that the complex reflection coefficients r p and r s of the substrate satisfy the condition d 2 / of 2 [Ln | r p + r s | ] = 0,
- les propriétés optiques du substrat sont telles que la valeur minimum prise par la quantité |rp + rs| sur l'ensemble des valeurs de e est aussi faible que possible,- the optical properties of the substrate are such that the minimum value taken by the quantity | r p + r s | over the set of values of e is as low as possible,
- le dispositif comporte une source lumineuse polychromatique, - le dispositif comporte une source lumineuse monochromatique, - le support est en silicium, De manière plus générale, le support est avantageusement un milieu absorbant, un métal ou un semi-conducteur dont la partie réelle de l'indice optique est supérieure à 3,3.the device comprises a polychromatic light source, the device comprises a monochromatic light source, the support is made of silicon, More generally, the support is advantageously an absorbent medium, a metal or a semiconductor whose real part of the optical index is greater than 3.3.
- l'empilement est constitué d'une couche unique, Cette couche est avantageusement minérale, constituée d'un mélange SiO/Si02 en proportions adaptées.- The stack consists of a single layer, This layer is advantageously mineral, consisting of a mixture SiO / Si0 2 in suitable proportions.
- la couche est une couche de silice,- the layer is a layer of silica,
- l'épaisseur de la couche de silice est de l'ordre de 1025 Â, le milieu incident étant de l'air, - la couche est une couche de fluorure de magnésium,the thickness of the silica layer is of the order of 1025 Å, the incident medium being air, the layer is a layer of magnesium fluoride,
- l'épaisseur de la couche de MgF2 est de l'ordre de 1055 Â, le milieu incident étant l'air,the thickness of the layer of MgF 2 is of the order of 1055 Å, the incident medium being air,
- la couche est une couche de polymère,- the layer is a layer of polymer,
- la couche est une couche de polymère, d'indice optique approximativement égal à 1,343, le milieu incident étant de l'air,the layer is a layer of polymer, with an optical index approximately equal to 1.343, the incident medium being air,
- la couche est une couche minérale, d'indice optique approximativement égal à 1,74, le milieu incident étant de l'eau,the layer is a mineral layer, with an optical index approximately equal to 1.74, the incident medium being water,
- la couche est une couche minérale, d'indice optique approximativement égal à 1,945, le milieu incident étant une huile d'indice optique 1,5,the layer is a mineral layer, with an optical index approximately equal to 1.945, the incident medium being an oil with an optical index 1.5,
- la couche est discontinue et formée de plots de silice et d'indice 1,343, de même hauteur définissant l'épaisseur de la couche et de dimensions en section très inférieures au micromètre, le milieu incident étant de l'air, - la couche est une couche organique ou minérale mésoporeuse ou nanoporeuse d'indice approximativement égal à 1,343, le milieu incident étant l'air,- the layer is discontinuous and formed of silica pads and index 1.343, of the same height defining the thickness of the layer and of cross-sectional dimensions much less than a micrometer, the incident medium being air, - the layer is a mesoporous or nanoporous organic or mineral layer with an index approximately equal to 1.343, the incident medium being air,
- la couche est un aérogel minéral d'indice approximativement égal à 1,343, le milieu incident étant l'air, - le dispositif comporte un microscope comportant un diaphragme d'ouverture en forme de fente longitudinale orientable autour de l'axe du microscope permettant de restreindre le cône d'éclairage à un seul plan d'incidence dans une direction choisie, - le dispositif comporte un microscope comportant un diaphragme d'ouverture en forme d'anneau limitant le cône d'éclairage de l'échantillon autour d'un angle d'incidence,- the layer is a mineral airgel with an index approximately equal to 1.343, the incident medium being air, - the device comprises a microscope comprising an aperture diaphragm in the form of a longitudinal slot orientable around the axis of the microscope making it possible to restrict the light cone to a single plane of incidence in a chosen direction, the device comprises a microscope comprising an aperture diaphragm in the form of a ring limiting the lighting cone of the sample around an angle of incidence,
- l'objet est un film mince et l'empilement comporte une couche s en biseau dont l'épaisseur varie de façon monotone dans une direction- the object is a thin film and the stack comprises a beveled layer s whose thickness varies monotonously in one direction
X le long de la surface.X along the surface.
Ce procédé et ce dispositif de visualisation sont compatibles et avantageusement superposables à toute technique de microscopie optique à balayage, à toute technique optique à lumière invisible (UV 0 ou IR), à toute technique de spectroscopie, à toute technique d'optique non linéaire, à toute technique de diffusion ou de diffraction, et à toutes leurs combinaisons. Ils sont en particulier compatibles avec les techniques de fluorescence, de micro-Raman, de microscopie confocale, de microscopie à deux photons, et à toutes 5 leurs combinaisons.This display method and device are compatible and advantageously superimposable on any scanning optical microscopy technique, on any invisible light optical technique (UV 0 or IR), on any spectroscopy technique, on any non-linear optical technique, any diffusion or diffraction technique, and all their combinations. They are in particular compatible with the fluorescence, micro-Raman, confocal microscopy, two-photon microscopy techniques, and all their combinations.
La mise en oeuvre de la présente invention avec la microscopie de fluorescence est particulièrement avantageuse. En effet, la polarisation de la lumière émise par un échantillon fluorescent est souvent différente de la polarisation du faisceau incident. Le 0 marqueur fluorescent introduit donc une dépolarisation de la lumière à laquelle le dispositif de l'invention est particulièrement sensible. De plus, le facteur d'extinction de la lumière incidente propre au dispositif de l'invention réduit considérablement le bruit accompagnant le signal fluorescent. 5 Enfin, cette mise en oeuvre de la présente invention avec la microscopie de fluorescence permet de reconnaître parmi des objets fluorescents identiques ceux d'entre eux qui dépolarisent la lumière, ce qui correspond à un environnement très particulier des molécules.The implementation of the present invention with fluorescence microscopy is particularly advantageous. Indeed, the polarization of the light emitted by a fluorescent sample is often different from the polarization of the incident beam. The fluorescent marker therefore introduces a depolarization of the light to which the device of the invention is particularly sensitive. In addition, the extinction factor of the incident light specific to the device of the invention considerably reduces the noise accompanying the fluorescent signal. Finally, this implementation of the present invention with fluorescence microscopy makes it possible to recognize, among identical fluorescent objects, those of them which depolarize light, which corresponds to a very particular environment for molecules.
Cette mise en oeuvre est particulièrement efficace pour 0 l'observation de surfaces immergées dans un milieu fluorescent. Elle est aussi très avantageuse pour la lecture du signal de fluorescence des biopuces, incluant l'observation des cinétiques d'hybridation. L'invention concerne aussi un procédé de mesure dans lequel :This implementation is particularly effective for the observation of surfaces immersed in a fluorescent medium. It is also very advantageous for reading the fluorescence signal of biochips, including the observation of hybridization kinetics. The invention also relates to a measurement method in which:
- on découpe le dispositif de visualisation parallèlement à la s direction X en deux éléments, - on dépose le film mince sur l'un de ces éléments,- the display device is cut parallel to the s direction X into two elements, - the thin film is deposited on one of these elements,
- on place les deux éléments entre un polariseur et un analyseur croisés sous un microscope polarisant éclairé en lumière polychromatique, de façon à former des franges d'interférences colorées sur chacun des éléments,the two elements are placed between a crossed polarizer and an analyzer under a polarizing microscope lit in polychromatic light, so as to form fringes of colored interference on each of the elements,
- on mesure le décalage des franges formées respectivement dans chacun des éléments pour en déduire les propriétés de la couche déposée sur l'un d'eux.- Measuring the offset of the fringes formed respectively in each of the elements to deduce the properties of the layer deposited on one of them.
L'invention concerne de plus un dispositif de visualisation d'un échantillon tel que précisé plus haut, dans lequel le substrat est le fond d'une boîte de Pétri.The invention further relates to a device for viewing a sample as specified above, in which the substrate is the bottom of a Petri dish.
L'invention concerne de plus un dispositif de visualisation d'un échantillon tel que précisé plus haut, dans lequel l'échantillon est un multicapteur matriciel, chaque plot ou pastille de la matrice pouvant constituer la dernière couche de l'empilement. Ce multicapteur peut être une biopuce à bactéries, à virus, à antigènes, à anticorps, à protéines, à ADN, à ARN, ou à chromosomes, le dispositif constituant alors un dispositif de lecture parallèle.The invention further relates to a device for viewing a sample as specified above, in which the sample is a matrix multisensor, each pad or patch of the matrix possibly constituting the last layer of the stack. This multisensor can be a biochip with bacteria, viruses, antigens, antibodies, proteins, DNA, RNA, or chromosomes, the device then constituting a parallel reading device.
L'invention concerne également un procédé de mesure ellipsométrique d'un échantillon avec résolution spatiale sous microscope polarisant formant une image de l'échantillon dans lequel :The invention also relates to a method for ellipsometric measurement of a sample with spatial resolution under a polarizing microscope forming an image of the sample in which:
- l'échantillon est éclairé par un faisceau d'éclairage polarisé linéairement au travers d'un diaphragme d'ouverture, - la lumière réfléchie par l'échantillon est analysée par un polariseur-analyseur, caractérisé par l'orientation relative φ de sa direction de polarisation par rapport à celle du polariseur,- the sample is illuminated by a linearly polarized light beam through an aperture diaphragm, - the light reflected by the sample is analyzed by a polarizer-analyzer, characterized by the relative orientation φ of its direction of polarization compared to that of the polarizer,
- une modulation de l'intensité réfléchie est assurée par la rotation relative de la polarisation de faisceau d'éclairage et du polariseur-analyseur.- A modulation of the reflected intensity is ensured by the relative rotation of the polarization of the light beam and of the polarizer-analyzer.
Selon ce procédé :According to this process:
- le diaphragme d'ouverture du faisceau d'éclairage est un anneau centré sur l'axe du faisceau délimitant un seul angle d'incidence, - on mesure, simultanément en chaque point de l'image obtenue de l'échantillon, le flux moyen φM(x,y) réfléchi et son amplitude de modulation φm(x,y),- the aperture diaphragm of the lighting beam is a ring centered on the axis of the beam delimiting a single angle of incidence, - the average flux φM (x, y) reflected and its modulation amplitude φ m (x, y) are measured simultaneously at each point of the image obtained from the sample,
- on traite les mesures φjyi y) et φm(x,y) pour en déduire simultanément en chaque point de l'échantillon deux combinaisons des paramètres ellipsométriques ψ(x,y) et Δ(x,y) et du coefficient de réflexion |rs|2(x,y) à partir des formules :- we treat the measurements φjyi y) and φ m (x, y) to deduce simultaneously at each point of the sample two combinations of the ellipsometric parameters ψ (x, y) and Δ (x, y) and the reflection coefficient | r s | 2 (x, y) from the formulas:
l ι ι 1 , ,l ι ι 1,,
-|rs|2(l + tan» = φM et -|rs|2(tan ψ - 2tanψcosΔ) = φm - | r s | 2 (l + tan ”= φ M and - | r s | 2 (tan ψ - 2tanψcosΔ) = φ m
- on traite les mesures φM(x,y) et φm(x,y) pour en déduire la combinaison sin(2ψ)cos des seuls paramètres ellipsométriques ψ(x,y) et Δ(x,y) à partir de la formule :- we treat the measures φM (x, y) and φ m (x, y) to deduce the combination sin (2ψ) cos of the only ellipsometric parameters ψ (x, y) and Δ (x, y) from the formula :
Eventuellement, dans une étape de mesure :Optionally, in a measurement step:
- l'orientation de l'analyseur par rapport au polariseur est fixée à une valeur différente de π/2 modulo π, - le diaphragme d'ouverture du faisceau d'éclairage est une fente orientable autour de l'axe optique du microscope superposée à un anneau délimitant un seul angle d'incidence,- the orientation of the analyzer relative to the polarizer is fixed at a value different from π / 2 modulo π, - the aperture diaphragm of the lighting beam is a slit orientable around the optical axis of the microscope superimposed on a ring delimiting a single angle of incidence,
- l'on mesure l'intensité du faisceau réfléchi pour au moins deux orientations φ différentes et non redondantes de la fente, - l'on traite ces mesures d'intensité à partir de la relation :- the intensity of the reflected beam is measured for at least two different non non-redundant orientations of the slit, - these intensity measurements are processed from the relation:
- on en déduit simultanément en chaque point de l'échantillon les valeurs des deux angles ellipsométriques ψ(x,y) et Δ(x,y) et celles des modules des coefficients de réflexion |rp| et |rs|.- the values of the two ellipsometric angles ψ (x, y) and Δ (x, y) and those of the modules of the reflection coefficients | r p | and | r s |.
Eventuellement, dans une étape complémentaire : - l'analyseur est fixé dans une orientation non perpendiculaire au polariseur, par exemple φ = 0,Optionally, in a complementary step: - the analyzer is fixed in an orientation not perpendicular to the polarizer, for example φ = 0,
- le diaphragme d'ouverture du faisceau d'éclairage est une fente orientable autour de l'axe optique du microscope superposée à un anneau délimitant un seul angle d'incidence,the aperture diaphragm of the lighting beam is a slit orientable around the optical axis of the microscope superimposed on a ring delimiting a single angle of incidence,
- l'on mesure l'intensité réfléchie pour les deux orientations φ = 0 et φ = π/2 de la fente,- the reflected intensity is measured for the two orientations φ = 0 and φ = π / 2 of the slit,
- l'on traite ces mesures d'intensité pour obtenir tanψ en prenant la racine carrée de leur rapport selon les trois formules :- these intensity measurements are processed to obtain tanψ by taking the square root of their ratio according to the three formulas:
I=A; cos ,2 φ pour φ = 0 modulo πI = A; cos, 2 φ for φ = 0 modulo π
ππ
I ≈ AflrJ sin2 φ pour φ = — modulo π 2I ≈ AflrJ sin 2 φ for φ = - modulo π 2
Eventuellement, dans une étape de mesure :Optionally, in a measurement step:
- l'orientation de l'analyseur par rapport au polariseur est fixée à une valeur différente de π/2 modulo π,the orientation of the analyzer relative to the polarizer is fixed at a value different from π / 2 modulo π,
- une modulation de l'intensité réfléchie est assurée par la rotation du diaphragme D autour de l'axe optique,- a modulation of the reflected intensity is ensured by the rotation of the diaphragm D around the optical axis,
- l'on mesure simultanément en chaque point de l'échantillon le flux moyen φM(x3y) réfléchi et son amplitude de modulation φm(x>y),- the average flux φ M (x 3 y) reflected and its modulation amplitude φm (x > y) are simultaneously measured at each point of the sample,
- l'on traite les mesures φM( 3y) et φm(x5y) pour en déduire les deux angles ellipsométriques ψ(x,y) et Δ(x,y) et les modules |rp| et |rs| des coefficients de réflexion à partir de la relation :- we treat the measures φM ( 3 y) and φ m (x 5 y) to deduce the two ellipsometric angles ψ (x, y) and Δ (x, y) and the modules | r p | and | r s | reflection coefficients from the relationship:
Eventuellement, dans une étape complémentaire : - l'orientation de l'analyseur par rapport au polariseur est fixée à φ = 0,Optionally, in a complementary step: - the orientation of the analyzer relative to the polarizer is fixed at φ = 0,
- une modulation de l'intensité réfléchie est assurée par la rotation du diaphragme D autour de l'axe optique, - l'on mesure simultanément en chaque point de l'échantillon le flux moyen φM(x.y) réfléchi et son amplitude de modulation φm(x,y),- a modulation of the reflected intensity is ensured by the rotation of the diaphragm D around the optical axis, - the average flux φ M (x . y) reflected and its amplitude are simultaneously measured at each point of the sample modulation φ m (x, y),
- l'on traite les mesures φM( 5y) et φm(x,y) pour en déduire les deux angles ellipsométriques ψ(x,y) et Δ(x,y) et les modules |rp| et |rs| des coefficients de réflexion à partir de la relation :- we treat the measures φ M ( 5 y) and φ m (x, y) to deduce the two ellipsometric angles ψ (x, y) and Δ (x, y) and the modules | r p | and | r s | reflection coefficients from the relationship:
++
L'invention concerne également un procédé de mesure ellipsométrique d'un échantillon avec résolution spatiale sous microscope polarisant formant une image de l'échantillon, dans lequel :The invention also relates to a method for ellipsometric measurement of a sample with spatial resolution under a polarizing microscope forming an image of the sample, in which:
- l'échantillon est éclairé par un faisceau d'éclairage polarisé linéairement au travers d'un diaphragme d'ouverture,- the sample is illuminated by a linearly polarized light beam through an aperture diaphragm,
- la lumière réfléchie par l'échantillon est analysée par un polariseur-analyseur, caractérisé par l'orientation relative φ de sa direction de polarisation par rapport à celle du polariseur,the light reflected by the sample is analyzed by a polarizer-analyzer, characterized by the relative orientation φ of its direction of polarization with respect to that of the polarizer,
- une modulation de l'intensité réfléchie est assurée par la rotation relative de la polarisation de faisceau d'éclairage et du polariseur-analyseur, Selon ce procédé :- a modulation of the reflected intensity is ensured by the relative rotation of the polarization of the light beam and of the polarizer-analyzer, according to this method:
- le diaphragme d'ouverture du faisceau d'éclairage est un disque centré sur l'axe de ce faisceau,- the aperture diaphragm of the lighting beam is a disc centered on the axis of this beam,
- l'on mesure, simultanément en chaque point de l'image obtenue de l'échantillon, le flux moyen φM( >y) réfléchi et son amplitude de modulation φm(x,y),- the average flux φ M ( > y) reflected and its modulation amplitude φ m (x, y) are measured simultaneously at each point of the image obtained from the sample,
- l'on traite les mesures φM( ,y) et φm(x5y) pour en déduire simultanément en chaque point de l'échantillon deux combinaisons des paramètres ellipsométriques effectifs ψef(x,y) et Δefï(x,y) et du coefficient de réflexion effectif |rs e 2(x.y) à partir des formules :- we treat the measures φ M (, y) and φ m (x 5 y) to deduce simultaneously at each point of the sample two combinations effective ellipsometric parameters ψ ef (x, y) and Δ efï (x, y) and the effective reflection coefficient | r se 2 (x . y) from the formulas:
I l I 1 1 II l I 1 1 I
- rs 2(1 + tan2ψeff ) = φM et - rs 2(tan2ψeff - 2tanψcosΔeff ) = φ m- r s 2 (1 + tan 2 ψ eff ) = φ M and - r s 2 (tan 2 ψ eff - 2tanψcosΔ eff ) = φ m
- l'on traite les mesures φ ( ,y) et φm y) pour en déduire la combinaison sin(2ψ)cos des seuls paramètres ellipsométriques effectifs ψeff(x5y) et Δeff(x,y) à partir de la formule :- we treat the measurements φ (, y) and φ m y) to deduce the combination sin (2ψ) cos of the only effective ellipsometric parameters ψ eff (x 5 y) and Δ eff (x, y) from the formula :
sin2ψeff cosΔeff = 1 - Φmsin2ψ eff cosΔ eff = 1 - Φm
Φ MΦ M
L'invention concerne également un dispositif de mesure ellipsométrique sous microscope avec résolution spatiale latérale. Selon ce dispositif :The invention also relates to an ellipsometric measuring device under a microscope with lateral spatial resolution. According to this device:
- il ne comporte qu'un seul polariseur situé entre le miroir d'éclairage et l'échantillon de part ou d'autre de l'objectif,- it has only one polarizer located between the lighting mirror and the sample on either side of the objective,
- il comporte une fente tournante dans le plan de son diaphragme d'ouverture, éventuellement superposée à un diaphragme en anneau permettant d'extraire les paramètres ellipsométriques de l'échantillon à l'aide d'au moins trois mesures pour trois orientations différentes de la fente et de la formule :- It has a rotating slit in the plane of its aperture diaphragm, possibly superimposed on a ring diaphragm allowing the ellipsometric parameters of the sample to be extracted using at least three measurements for three different orientations of the slit and formula:
2L |2 sin 2φ2L | 2 sin 2φ
I ≈ Af i fc rs tan2 ψ cos4 φ + sin4 φ - tan ψ cos ΔI ≈ Af i fc rs tan 2 ψ cos 4 φ + sin 4 φ - tan ψ cos Δ
appliquée à ces trois mesures, dans laquelle les paramètres rs, ψ etapplied to these three measurements, in which the parameters r s , ψ and
Δ sont éventuellement des paramètres effectifs issus de moyennes sur tous les angles d'incidence présents :Δ are possibly effective parameters derived from means over all the angles of incidence present:
Selon ce dispositif : According to this device:
- le polariseur et l'analyseur ont une orientation relative fixée,- the polarizer and the analyzer have a fixed relative orientation,
- le diaphragme d'ouverture est un trou ou un anneau,- the aperture diaphragm is a hole or a ring,
- l'image du plan focal arrière de l'objectif est formée dans le plan focal objet de l'oculaire par une lentille de Bertrand,- the image of the rear focal plane of the objective is formed in the focal plane of the eyepiece by a Bertrand lens,
- une caméra CCD est placée dans ce plan,- a CCD camera is placed in this plane,
- la mesure de l'intensité obtenue en chaque point de la caméra CCD est exploitée grâce à la formule générale :- the intensity measurement obtained at each point of the CCD camera is used using the general formula:
afin d'obtenir directement la totalité des paramètres ellipsométriques de l'échantillon. Selon ce dispositif :in order to directly obtain all the ellipsometric parameters of the sample. According to this device:
- une modulation de l'intensité réfléchie est obtenue par une rotation relative de l'analyseur et du polariseur,- a modulation of the reflected intensity is obtained by a relative rotation of the analyzer and the polarizer,
- le diaphragme d'ouverture est un trou ou un anneau,- the aperture diaphragm is a hole or a ring,
- l'image du plan focal arrière de l'objectif est formée dans le plan focal objet de l'oculaire par une lentille de Bertrand,- the image of the rear focal plane of the objective is formed in the focal plane of the eyepiece by a Bertrand lens,
- une caméra CCD ou éventuellement tri-CCD est placée dans ce plan,- a CCD or possibly tri-CCD camera is placed in this plane,
- la mesure de l'intensité obtenue en chaque point de la caméra CCD ou en éventuellement en chaque point et pour chaque composante de couleur de la caméra tri-CCD est exploitée grâce à la formule générale :- the measurement of the intensity obtained at each point of the CCD camera or possibly at each point and for each color component of the tri-CCD camera is used using the general formula:
φ) +φ) +
afin d'obtenir directement la totalité des paramètres ellipsométriques de l'échantillon. Selon ce dispositif :in order to directly obtain all the ellipsometric parameters of the sample. According to this device:
- l'image du plan focal arrière de l'objectif est formée dans le plan focal objet de l'oculaire par une lentille de Bertrand,- the image of the rear focal plane of the objective is formed in the focal plane of the eyepiece by a Bertrand lens,
- une caméra CCD est placée dans ce plan, - la mesure de l'intensité obtenue en chaque point de la caméra- a CCD camera is placed in this plane, - the measurement of the intensity obtained at each point of the camera
CCD est exploitée grâce à la formule générale :CCD is operated using the general formula:
afin d'obtenir directement la totalité des paramètres ellipsométriques de l'échantillon.in order to directly obtain all the ellipsometric parameters of the sample.
La caméra est une caméra couleur tri-CCD et que la mesure de l'intensité en chaque point est faite et exploitée pour chacune des couleurs. Avantageusement, l'objet étudié est placé sur un substrat.The camera is a tri-CCD color camera and the intensity measurement at each point is made and used for each of the colors. Advantageously, the object studied is placed on a substrate.
L'épaisseur e de la couche de l'empilement en contact avec l'objet est telle que les coefficients de réflexion complexes rp et rs du substrat vérifient la condition d2/de2[Ln|rp +rs|] = 0.The thickness e of the layer of the stack in contact with the object is such that the complex reflection coefficients r p and r s of the substrate satisfy the condition d 2 / of 2 [Ln | r p + r s |] = 0.
De préférence, l'objet est placé sur un substrat dont les propriétés optiques sont telles que la valeur minimum prise par la quantité jrp + rs| sur l'ensemble des valeurs de e est aussi faible que possible.Preferably, the object is placed on a substrate whose optical properties are such that the minimum value taken by the quantity jr p + r s | over all the values of e is as low as possible.
Un mode de réalisation de l'invention sera décrit plus précisément par référence aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 et 2 définissent les paramètres de polarisation de la lumière p et s par rapport au vecteur de propagation k et les paramètres d'orientation en incidence et en azimut θ et φ des rayons dans le système optique ;An embodiment of the invention will be described more precisely with reference to the accompanying drawings in which: - Figures 1 and 2 define the polarization parameters of the light p and s with respect to the propagation vector k and the orientation parameters in incidence and azimuth θ and φ of the rays in the optical system;
- la figure 3 représente l'échantillon par rapport à l'objectif du microscope ;- Figure 3 shows the sample relative to the objective of the microscope;
- la figure 4 est un schéma du microscope polarisant mis en œuvre selon l'invention ;- Figure 4 is a diagram of the polarizing microscope used according to the invention;
- la figure 5 est une représentation schématique du dispositif de mesure directe d'épaisseur selon l'invention- Figure 5 is a schematic representation of the device direct thickness measurement according to the invention
- les figures 6A et 6B sont une représentation schématique du dispositif de visualisation de l'un multicapteur mis en œuvre dans certains modes de réalisation de l'invention. La description de l'invention sera faite en utilisant les notations des figures 1 et 2, où p est le vecteur polarisation de la lumière portée par un rayon d'angle d'incidence θ sur l'échantillon.- Figures 6A and 6B are a schematic representation of the display device of a multisensor implemented in certain embodiments of the invention. The description of the invention will be made using the notations of FIGS. 1 and 2, where p is the polarization vector of the light carried by a radius of angle of incidence θ on the sample.
Par ailleurs, on désigne par - échantillon 1 - l'ensemble agissant sur la mesure. Cet échantillon est séparé de l'objectif 2 par un milieu incident 3, il comporte, dans l'ordre en partant du milieu incident, un objet d'étude 4 (celui que l'on cherche à visualiser), un empilement 5 de couches dont la couche supérieure 6 est la couche en contact avec l'échantillon, et un support 7. L'empilement de couches et le support forment le substrat 8. Les figures 4A et 4B sont des représentations de dispositifs utilisables selon l'invention ; les éléments analogues y sont représentés avec les mêmes références numériques.Furthermore, the term “sample 1” denotes the assembly acting on the measurement. This sample is separated from objective 2 by an incident medium 3, it comprises, in order starting from the incident medium, a study object 4 (the one that we seek to visualize), a stack 5 of layers whose upper layer 6 is the layer in contact with the sample, and a support 7. The stack of layers and the support form the substrate 8. FIGS. 4A and 4B are representations of devices usable according to the invention; similar elements are represented there with the same reference numerals.
Un échantillon 1 supposé plan et isotrope est donc placé sous un microscope optique fonctionnant en réflexion. Le microscope est muni d'un objectif 10 et d'un éclairage de type Kôhler, comportant au moins deux lentilles 12 et 13 et un diaphragme d'ouverture ou pupille 11 conjugué par la lentille 13 du plan focal arrière de l'objectif 10, représenté par une ligne pointillée sur la figure 4A. Le polariseur P polarise la lumière dirigée vers l'échantillon par la lamé semi- réfléchissante 15. La direction du polariseur P sert de référence. La lumière renvoyée par l'objet est soumise à un analyseur A.A sample 1 assumed to be plane and isotropic is therefore placed under an optical microscope operating in reflection. The microscope is provided with an objective 10 and a Kôhler type lighting, comprising at least two lenses 12 and 13 and an aperture diaphragm or pupil 11 conjugated by the lens 13 of the rear focal plane of the objective 10, represented by a dotted line in Figure 4A. The polarizer P polarizes the light directed towards the sample by the semi-reflecting lamina 15. The direction of the polarizer P serves as a reference. The light returned by the object is subjected to an analyzer A.
La figure 4B correspond à la mise en œuvre d'un microscope à contraste différentiel interférentiel (DIC), il comporte un élément polarisant 16 qui est soit un biprisme de ollaston, soit un prisme et un compensateur de Nomarski.FIG. 4B corresponds to the implementation of a differential interference contrast microscope (DIC), it comprises a polarizing element 16 which is either an ollaston biprism or a prism and a Nomarski compensator.
Comme il est connu par ailleurs, il est également possible de remplacer les polarisations linéaires par des polarisations circulaires.As is known elsewhere, it is also possible to replace the linear polarizations with circular polarizations.
Alors, à la place des polariseurs et analyseurs croisés, on trouvera le miroir semi-transparent, un premier polariseur, une lame quart d'onde (λ/4), l'objectif, l'échantillon puis en retour à nouveau l'objectif, la lame λ/4, le polariseur mentionné plus haut et le miroir semi-transparent.So, instead of crossed polarizers and analyzers, we will find the semi-transparent mirror, a first polarizer, a quarter wave plate (λ / 4), the objective, the sample and then back again the objective, the λ / 4 plate, the polarizer mentioned above and the semi-transparent mirror.
Dans le cas du microscope à contraste différentiel interférentiel, on trouvera alors le miroir semi-transparent, un polariseur, l'élément polarisant, une lame λ/4, l'objectif, l'échantillon puis en retour à niveau l'objectif, la lame λ/4, l'élément polarisant, le polariseur mentionné plus haut et le miroir semi-réfléchissant.In the case of the differential interference contrast microscope, we will then find the semi-transparent mirror, a polarizer, the polarizing element, a λ / 4 plate, the objective, the sample and then back to level the objective, the λ / 4 plate, the polarizing element, the polarizer mentioned above and the semi-reflecting mirror.
L'angle d'incidence d'un rayon est θ. Le microscope est muni d'un polariseur linéaire et d'un analyseur situés de part et d'autre de l'échantillon sur le trajet de la lumière. L'éclairage est episcopique et monochromatique. L'analyseur est tournant et fait un angle φ avec le polariseur. On mesure le flux réfléchi normalisé ΦN comme le rapport du flux réfléchi et d'un flux de référence. Le flux de référence est celui qu'on obtiendrait sur le même instrument réglé de la même manière en l'absence de polariseur et d'analyseur avec un hypothétique échantillon parfaitement réfléchissant. L'échantillon parfaitement réfléchissant est défini par ses coefficients complexes de Fresnel pour les polarisations parallèle (p) et perpendiculaire (s) comme rp = rs = 1. Pour un angle φ quelconque :The angle of incidence of a ray is θ. The microscope is equipped with a linear polarizer and an analyzer located on either side of the sample on the light path. The lighting is episcopic and monochromatic. The analyzer is rotating and makes an angle φ with the polarizer. We measure the normalized reflected flux Φ N as the ratio of the reflected flux and a reference flux. The reference flux is that which would be obtained on the same instrument adjusted in the same way in the absence of a polarizer and an analyzer with a hypothetical perfectly reflecting sample. The perfectly reflecting sample is defined by its complex Fresnel coefficients for the parallel (p) and perpendicular (s) polarizations as r p = r s = 1. For any angle::
cos2φcos2φ
ΦN(θ,φ) = cos2φ(rp 2 + |rs|2)- rp +rs ElΦ N (θ, φ) = cos 2 φ (r p 2 + | r s | 2 ) - r p + r s El
Dans le cas particulier où le polariseur et l'analyseur sont croisés (φ = π/2), cette formule se réduit a :In the particular case where the polarizer and the analyzer are crossed (φ = π / 2), this formula is reduced to:
Le second membre de la formule (El) est directement interprétable. Il est constitué de deux termes : Le premier, cos φ(|rp|2 + |rs|2), est le produit d'un coefficient d'extinction et d'un coefficient de réflexion en intensité que nous appellerons une réflectivité. Cette réflectivité peut être qualifiée de "réflectivité moyenne incohérente" car on l'obtiendrait en ignorant les interférences entre rp et rs, c'est-à-dire entre les composantes réfléchies parallèle et perpendiculaire, et en moyennant sur tous les azimuts φ possibles, c'est-à-dire sur toutes les orientations possibles du plan d'incidence par rapport à la direction du polariseur. Réduite à son premier terme, l'équation (El) donnerait donc la réflexion obtenue en intervertissant l'ordre de l'échantillon et de l'analyseur sur le trajet de la lumière, la surface ne jouant ici que le rôle d'un élément absorbant. Ce premier terme disparaît totalement lorsque φ = π/2 : entre polariseur et analyseur croisés, et en l'absence d'éléments (dé)polarisants, rien ne passe.The second member of the formula (El) is directly interpretable. It is made up of two terms: The first, cos φ (| r p | 2 + | r s | 2 ), is the product of an extinction coefficient and a reflection coefficient in intensity which we will call a reflectivity . This reflectivity can be described as "inconsistent average reflectivity" because it would be obtained by ignoring the interferences between r p and r s , i.e. between the reflected parallel and perpendicular components, and by averaging over all possible azimuths φ, i.e. over all possible orientations of the plane of incidence relative to the direction of the polarizer. Reduced to its first term, equation (El) would therefore give the reflection obtained by inverting the order of the sample and the analyzer on the light path, the surface playing here only the role of an element. absorbent. This first term disappears completely when φ = π / 2: between crossed polarizer and analyzer, and in the absence of (de) polarizing elements, nothing happens.
Le second terme de l'équation (El) décrit l'interférence entre rp et rs. Nous l'appelons "réflectivité cohérente". Il traduit la dépolarisation du faisceau incident par la surface, qui transforme la polarisation incidente linéaire en une polarisation elliptique. Cette ellipticité est différente pour chaque azimut, c'est-à-dire pour chaque plan d'incidence défini par son angle φ avec la direction du polariseur, et ce second terme décrit la réflectivité moyenne qui en résulte pour la géométrie conique de l'éclairage. Il disparaît pour φ = π/4, où les contributions de tous les azimuts se compensent, et aussi pour rp= -rs. II diminue la réflectivité totale entre polariseur et analyseur parallèles et l'augmente quand ils sont croisés.The second term of equation (El) describes the interference between r p and r s . We call it "coherent reflectivity". It translates the depolarization of the incident beam by the surface, which transforms the linear incident polarization into an elliptical polarization. This ellipticity is different for each azimuth, that is to say for each plane of incidence defined by its angle φ with the direction of the polarizer, and this second term describes the average reflectivity which results therefrom for the conical geometry of the lighting. It disappears for φ = π / 4, where the contributions of all the azimuths compensate each other, and also for r p = -r s . It decreases the total reflectivity between parallel polarizer and analyzer and increases it when they are crossed.
La technique de visualisation, objet de la présente invention, exploite directement ce second terme. Nous choisissons φ = π/2, et le second terme de l'équation (El) reste le seul présent. L'extinction ou, dans une version plus élaborée, la quasi extinction de la réflectivité incohérente est l'un des fondements de l'invention. Ce que nous appelons "réflectivité cohérente" peut encore s'appeler "réflectivité ellipsométrique" puisqu'elle résulte des ellipticités (fonctions de l'azimut φ) de la polarisation réfléchie. Une expression équivalente à (El) est :The visualization technique, object of the present invention, directly exploits this second term. We choose φ = π / 2, and the second term of the equation (El) remains the only present. The extinction or, in a more elaborate version, the quasi extinction of the incoherent reflectivity is one of the foundations of the invention. What we call "coherent reflectivity" can also be called "ellipsometric reflectivity" since it results from the ellipticities (functions of the azimuth φ) of the reflected polarization. An expression equivalent to (El) is:
cos2φcos2φ
ΦN (θ,φ) = -(rp 2 + |rs|2) + r - E3Φ N (θ, φ) = - (r p 2 + | r s | 2 ) + r - E3
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Cette expression permet de comparer le signal obtenu en présence d'éléments polarisants au signal obtenu en l'absence d'éléments polarisants, c'est-à-dire en lumière non polarisée, qui est donné par le premier terme seul. On le notera :This expression makes it possible to compare the signal obtained in presence of polarizing elements to the signal obtained in the absence of polarizing elements, that is to say in non-polarized light, which is given by the first term alone. It will be noted:
ΦN5NP) = ^(|rp|2 + |rs|2) E4Φ N5 NP) = ^ (| r p | 2 + | r s | 2 ) E4
En présence des polariseurs, nous avons encore expérimentalement accès à cette quantité en imposant φ = π/4, comme le montre l'équation E3. Pour la visualisation du bord d'un objet d'étude 4 ayant la forme d'un film mince posé sur la surface, nous exploitons les intensités recueillies en observant le film et la surface nue qui sont notées IF et Is. Elles sont proportionnelles aux flux normalisés correspondants.In the presence of the polarizers, we still have experimental access to this quantity by imposing φ = π / 4, as shown in equation E3. For the visualization of the edge of a study object 4 having the form of a thin film placed on the surface, we use the intensities collected by observing the film and the bare surface which are denoted I F and I s . They are proportional to the corresponding standardized flows.
Le contraste du bord du film est :The contrast of the edge of the film is:
Pour bien visualiser le film, il faut maximiser C et donc rendre le rapport IF/IS maximal (Is - 0, pour tendre vers un contraste de 1) ou minimal (IF - 0, pour tendre vers un contraste de -1). Il faut donc éteindre soit la surface, soit le film. Ainsi, une méthode sensible repose d'une part sur une bonne extinction, et d'autre part sur une extinction sélective.To properly visualize the film, you must maximize C and therefore make the ratio I F / I S maximum (I s - 0, to tend towards a contrast of 1) or minimum (I F - 0, to tend towards a contrast of - 1). So either turn off the surface or the film. Thus, a sensitive method is based on the one hand on a good extinction, and on the other hand on a selective extinction.
Notre technique conjugue deux facteurs d'extinction : i) le polariseur et l'analyseur croisés ou presque croisés, ii) un substrat anti-réfléchissant pour ce mode d'observation.Our technique combines two extinction factors: i) the crossed or almost crossed polarizer and analyzer, ii) an anti-reflective substrate for this observation mode.
L'équation (E3) met en relief la nature double de notre extinction : le polariseur et l'analyseur croisés éteignent le premier terme du second membre, notre substrat antiréfléchissant éteint le second. On peut donc le définir comme un substrat antiréfléchissant pour la réflectivité cohérente. C'est le second fondement de notre technique de visualisation. Mais une bonne extinction ne suffit pas pour une visualisation sensible. Il faut éteindre IF ou Is mais pas les deux en même temps. Comme le film que nous visualisons est très mince, comme donc ses paramètres physiques perturbent peu ceux de la surface nue, cela signifie que l'extinction doit être critique. En d'autres termes, l'extinction doit être perdue pour une toute petite modification de la surface. Ce caractère critique de la qualité anti-réfléchissante de notre substrat est le troisième fondement de notre technique de visualisation. Les performances d'une méthode de visualisation peuvent être quantifiées par le contraste obtenu lorsque le film observé devient extrêmement mince. Dans ce cas, IF et Is deviennent voisins et dl = IF - Is s'apparente à un élément différentiel.Equation (E3) highlights the dual nature of our extinction: the crossed polarizer and analyzer extinguish the first term of the second member, our antireflective substrate extinguishes the second. It can therefore be defined as an antireflective substrate for coherent reflectivity. This is the second foundation of our visualization technique. But a good extinction is not enough for a sensitive visualization. You must turn off I F or I s but not both at the same time. As the film we are viewing is very thin, and therefore its physical parameters do not disturb those of the bare surface, this means that the extinction must be critical. In other words, the extinction must be lost for a very small modification of the surface. This critical nature of the anti-reflective quality of our substrate is the third foundation of our visualization technique. The performance of a visualization method can be quantified by the contrast obtained when the film observed becomes extremely thin. In this case, I F and I s become neighbors and dl = I F - I s is similar to a differential element.
C peut alors s'écrire :C can then be written:
où Δe est l'épaisseur du film qu'on peut supposer pour la circonstance d'indice optique identique à celui de la couche supérieure, et où dl/de est la dérivée de l'intensité réfléchie par le substrat nu par rapport à l'épaisseur e de la dernière couche de l'empilement. Dans le cas où le substrat est composé d'un support solide recouvert d'une seule couche diélectrique, e est donc l'épaisseur de cette couche. Le fait de prendre un indice identique pour le film et pour la dernière couche diélectrique n'est pas obligatoire, mais il simplifie l'explication et montre que notre méthode n'exploite pas la réflexion entre le film et le substrat. Le film est donc considéré ici comme une simple fluctuation d'épaisseur de la couche supérieure.where Δe is the thickness of the film which can be assumed for the circumstance of optical index identical to that of the upper layer, and where dl / de is the derivative of the intensity reflected by the bare substrate with respect to the thickness e of the last layer of the stack. In the case where the substrate is composed of a solid support covered with a single dielectric layer, e is therefore the thickness of this layer. The fact of taking an identical index for the film and for the last dielectric layer is not compulsory, but it simplifies the explanation and shows that our method does not exploit the reflection between the film and the substrate. The film is therefore considered here as a simple fluctuation in thickness of the upper layer.
Nous définissons la sensibilité de notre technique en Angstrôms"1 comme le rapport de C sur Δe :We define the sensitivity of our technique in Angstroms "1 as the ratio of C to Δe:
L'expression de rp et rs pour un solide recouvert d'une seule couche est classique (réf. AZZAM par exemple) : The expression of r p and r s for a solid covered with a single layer is conventional (ref. AZZAM for example):
(k) " T 1 + +r r~01(k) xr r12(k)e ^ (k) " T 1 + + r r ~ 01 (k) x r r 12 (k) e ^
avec k = soit s, soit p, selon la polarisation considérée etwith k = either s or p, depending on the polarization considered and
N e avec βL = 2π — — cosθl 5 l'indice 1 faisant référence à la couche, λ l'indice 2 au support et l'indice 0 au milieu incident. Cette équation nous permet d'écrire :N e with β L = 2π - - cosθ l 5 the index 1 referring to the layer, λ the index 2 to the support and the index 0 to the incident medium. This equation allows us to write:
σ σ
où σy et Ily représentent respectivement la somme et le produit de r^) et rij(s). La somme σ est une fonction périodique de l'épaisseur optiquewhere σy and Ily represent respectively the sum and the product of r ^ ) and r ij (s) . The sum σ is a periodic function of the optical thickness
Nie de période λ/2. Son module |σ| présente en général deux minima et deux maxima par période. Il en est de même pour Ln|σ|. La fonction |σ| étant de plus une fonction bornée, elle reste très régulière et sa dérivée par rapport à e n'est jamais très importante. Par contre, la fonction Ln|σ| diverge lorsque |σ| tend vers zéro et la sensibilité donnée par l'équation E7 devient très importante en valeur absolue de part et d'autre du minimum lorsque l'extinction devient totale. Le contraste est toujours négatif à gauche d'un minimum et positif à droite. C'est pourquoi nous désignons aussi la condition d'obtention d'un minimum par "condition d' inversion de contraste" .Nie of period λ / 2. Its module | σ | generally presents two minima and two maxima per period. It is the same for Ln | σ |. The function | σ | being moreover a bounded function, it remains very regular and its derivative with respect to e is never very important. On the other hand, the function Ln | σ | diverges when | σ | tends towards zero and the sensitivity given by equation E7 becomes very important in absolute value on either side of the minimum when the extinction becomes total. The contrast is always negative to the left of a minimum and positive to the right. This is why we also designate the condition for obtaining a minimum by "contrast inversion condition".
En résumé, les inversions rapides de contraste correspondent donc aux minima de |rp + rs| par rapport à e, et les inversions très rapides de contraste sont obtenues quand ce minimum de |rp + rs| tend vers 0. L'équation (E3) met en relief l'intérêt de l'utilisation d'un microscope de fluorescence : en présence d'un signal de fluorescence, la composante dépolarisée de cette fluorescence s'ajoute au membre de droite de l'équation (E3) sans altérer l'extinction des deux autres termes. Le rapport signal sur bruit est donc augmenté. Cela est aussi transposable à un signal Raman. L'invention concerne aussi un procédé de mesure ellipsométrique pouvant également fonctionner sans que le recours à un substrat particulier ne soit nécessaire :In summary, the rapid contrast inversions therefore correspond to the minima of | r p + r s | with respect to e, and the very rapid inversions of contrast are obtained when this minimum of | r p + r s | tends towards 0. Equation (E3) highlights the advantage of using a fluorescence microscope: in the presence of a fluorescence signal, the depolarized component of this fluorescence is added to the right member of equation (E3) without altering the extinction of the other two terms. The signal to noise ratio is therefore increased. This can also be transposed to a Raman signal. The invention also relates to an ellipsometric measurement method which can also operate without the need for a particular substrate being necessary:
Les angles ellipsométriques ψ et Δ sont définis par :The ellipsometric angles ψ and Δ are defined by:
i- = tanΨe E10 rsi- = tanΨe E10 r s
Deux équations choisies arbitrairement parmi les quatre suivantes suffisent à établir les correspondances qui seront utiles entre réflectivités et paramètres ellipsométriques :Two equations chosen arbitrarily from the following four are sufficient to establish the correspondences which will be useful between reflectivities and ellipsometric parameters:
[rP|2 + |rs|2 = |rs|2(l + tan» El 1[r P | 2 + | r s | 2 = | r s | 2 (l + tan »El 1
|rp + rs|2 = |rs|2(l + tan2ψ + 2 tan ψ cos Δ) El 2| r p + r s | 2 = | r s | 2 (l + tan 2 ψ + 2 tan ψ cos Δ) El 2
|rp - rs|2 = |rs|2(l + tan2ψ - 2 tan ψ cos Δ) El 3| r p - r s | 2 = | r s | 2 (l + tan 2 ψ - 2 tan ψ cos Δ) El 3
IL p r s * + r p *r„ S = 2| |r s I|2 tan Ψ cos Δ E 14IL prs * + rp * r „S = 2 | | rs I | 2 tan Ψ cos Δ E 14
La première de ces équations montre que le paramètre ellipsométrique ψ est accessible par la mesure de la réflectivité incohérente. Chacune des trois autres montre que la détermination du second paramètre ellipsométrique, Δ, nécessite de plus la mesure de la réflectivité cohérente (ou d'une combinaison des deux réflectivités). C'est donc en accédant au signal de réflectivité cohérente que nous pouvons déterminer ψ et Δ.The first of these equations shows that the ellipsometric parameter ψ is accessible by measuring the incoherent reflectivity. Each of the other three shows that the determination of the second ellipsometric parameter, Δ, also requires the measurement of the coherent reflectivity (or of a combination of the two reflectivities). It is therefore by accessing the coherent reflectivity signal that we can determine ψ and Δ.
La mesure s'effectue en deux étapes : i) La première est basée sur la rotation de l'analyseur. L'image de l'échantillon est analysée par une caméra CCD ou tout autre détecteur bidimensionnel. L'équation E3 montre que le signal réfléchi oscille sinusoïdalement autour de la réflectivité incohérente avec une amplitude |rp - rs|2 et une période π sur l'angle φ. Différentes procédures, nécessitant au minimum deux mesures, permettent d'obtenir deux combinaisons des trois paramètres |rs|2, tanψ, et cosΔ, par exemple |rs|2(l + tan2ψ) et 2|rs|2 tanψcosΔ. Cela permet déjà de déterminer la combinaison sin2ψcosΔ des seuls paramètres ellipsométriques, mais ne suffit pas pour déterminer séparément Δ et ψ. ii) La seconde étape nécessite la rupture de la symétrie radiale de l'éclairage, ce qui peut s'effectuer de deux façons : soit en modifiant physiquement la géométrie du diaphragme d'ouverture, qui doit devenir une fente ou une croix formée de deux fentes perpendiculaires, ou un secteur angulaire δφ (modulo π) d'ouverture strictement inférieure à π/4, dont le sommet est confondu avec l'axe optique ou l'association de deux ou quatre secteurs angulaires identiques régulièrement disposés autour de l'axe optique du microscope, capable comme l'analyseur de tourner autour de l'axe optique du microscope, soit en analysant la distribution d'intensité présente dans un plan conjugué du diaphragme d'ouverture situé sur le trajet de la lumière réfléchie, le microscope étant en éclairage Koehler. Le microscope étant muni d'une caméra CCD pour recevoir l'image de l'échantillon, cette analyse peut s'effectuer très simplement en interposant une lentille de Bertrand entre l'objectif et la pupille de la caméra. Il s'agit donc d'une mesure conoscopique. L'intérêt de cette solution, facile à mettre en œuvre, est que l'angle d'incidence θ et l'azimut φ sont, dans le plan conjugué, deux paramètres géographiquement séparables et que l'on peut donc accéder à la totalité de la fonction ΦN(θ,φ,λ), λ désignant la longueur d'onde de l'éclairage. On peut ainsi ajuster la gamme des angles d'ouverture conservés, explorer l'azimut, ou filtrer l'éclairage par des moyens numériques. Cette solution permet aussi, en l'absence de la lentille de Bertrand, d'effectuer la première étape de l'analyse simultanément sur plusieurs régions d'un échantillon hétérogène, et donc de déterminer par une mesure parallèle la quantité (sin2ψ cosΔ)(x,y). Pour une analyse complète avec la lentille de Bertrand, il faut cependant sélectionner une région homogène de l'échantillon par l'utilisation d'un diaphragme de champ ou d'une géométrie confocale. Cette solution ne permet donc pas l'analyse parallèle complète des différents points de l'échantillon. La première solution par contre (diaphragme à rupture de symétrie radiale), permet l'analyse parallèle totale puisqu'on garde toujours l'image de l'échantillon sur la caméra CCD.The measurement is carried out in two stages: i) The first is based on the rotation of the analyzer. The image of the sample is analyzed by a CCD camera or any other two-dimensional detector. Equation E3 shows that the reflected signal oscillates sinusoidally around the incoherent reflectivity with an amplitude | r p - r s | 2 and a period π on the angle φ. Different procedures, requiring at least two measurements, make it possible to obtain two combinations of the three parameters | r s | 2 , tanψ, and cosΔ, for example | r s | 2 (l + tan 2 ψ) and 2 | r s | 2 tanψcosΔ. This already makes it possible to determine the combination sin2ψcosΔ of the only ellipsometric parameters, but is not sufficient to determine Δ and ψ separately. ii) The second step requires breaking the radial symmetry of the lighting, which can be done in two ways: either by physically modifying the geometry of the aperture diaphragm, which must become a slit or a cross formed by two perpendicular slits, or an angular sector δφ (modulo π) of opening strictly less than π / 4, the apex of which coincides with the optical axis or the association of two or four identical angular sectors regularly arranged around the axis optics of the microscope, capable, like the analyzer, of rotating around the optical axis of the microscope, either by analyzing the intensity distribution present in a conjugate plane of the aperture diaphragm situated on the path of the reflected light, the microscope being in Koehler lighting. The microscope being equipped with a CCD camera to receive the image of the sample, this analysis can be carried out very simply by interposing a Bertrand lens between the objective and the pupil of the camera. It is therefore a conoscopic measurement. The advantage of this solution, which is easy to implement, is that the angle of incidence θ and the azimuth φ are, in the conjugate plane, two geographically separable parameters and that we can therefore access all of the function Φ N (θ, φ, λ), λ designating the wavelength of the lighting. We can thus adjust the range of opening angles kept, explore the azimuth, or filter the lighting by digital means. This solution also makes it possible, in the absence of the Bertrand lens, to carry out the first step of the analysis simultaneously on several regions of a heterogeneous sample, and therefore to determine by a parallel measurement the quantity (sin2ψ cosΔ) ( x, y). For a complete analysis with the Bertrand lens, it is however necessary to select a homogeneous region of the sample by the use of a field diaphragm or a confocal geometry. This solution therefore does not allow the complete parallel analysis of the different points of the sample. The first solution on the other hand (diaphragm with rupture of radial symmetry), allows the total parallel analysis since one always keeps the image of the sample on the CCD camera.
L'intensité réfléchie I lorsqu'un secteur angulaire δφ très petit sélectionne un azimut φ particulier sur le cône d'éclairage, fourni par l'équivalent des équations El à E4 est maintenant :The reflected intensity I when a very small angular sector sélection selects a particular azimuth φ on the lighting cone, provided by the equivalent of equations El to E4 is now:
D'une façon générale, cette intensité est une fonction périodique de φ de période π et comporte aussi des termes de période π/2.Generally, this intensity is a periodic function of φ of period π and also includes terms of period π / 2.
Si l'orientation relative de l'analyseur et du polariseur est fixe et : - si la fente est animée d'un mouvement de rotation uniforme autour de l'axe optique à la fréquence ω, l'intensité réfléchie par chaque point de l'échantillon est modulée et cette modulation permet d'extraire différentes combinaisons des quantités | rs | , ψ et Δ recherchés. Pour cela, plusieurs techniques peuvent être mises en œuvre, notamment des techniques de type photométriques exploitant des moyennes d'intensité dans le temps et des amplitudes d'extremum ou des techniques de détection synchrone permettant de comparer les amplitudes et les phases des composantes de l'intensité réfléchie à 2ω et à 4ω ; - si l'orientation de la fente est réglable manuellement, on peut mesurer les intensités recueillies pour plusieurs orientations de la fente, deux au moins, et déduire de la formule générale ci-dessus les valeurs de différentes combinaisons des paramètres | rs | , ψ et Δ, ce qui permet de déterminer complètement les valeurs de ces paramètres ;If the relative orientation of the analyzer and the polarizer is fixed and: - if the slit has a uniform rotational movement around the optical axis at the frequency ω, the intensity reflected by each point of the sample is modulated and this modulation allows different combinations of quantities to be extracted | r s | , ψ and Δ sought. For this, several techniques can be implemented, in particular photometric type techniques using time intensity averages and extremum amplitudes or synchronous detection techniques making it possible to compare the amplitudes and phases of the components of l 'intensity reflected at 2ω and 4ω; - if the orientation of the slit is manually adjustable, we can measure the intensities collected for several orientations of the slit, at least two, and deduce from the general formula above the values of different combinations of the parameters | r s | , ψ and Δ, this which allows the values of these parameters to be determined completely;
- si l'analyseur est animé d'un mouvement de rotation uniforme autour de l'axe optique, le signal I est modulé avec un période π (sur φ) et la mesure de I pour différentes valeur de φ devient plus précise ;- if the analyzer is driven by a uniform rotational movement around the optical axis, the signal I is modulated with a period π (on φ) and the measurement of I for different values of φ becomes more precise;
- si enfin l'analyseur et la fente sont tous deux animés d'une rotation uniforme, à des fréquences différentes, la fonction I(φ, φ) peut être entièrement reconnue et les paramètres | rs | , ψ et Δ peuvent être déterminés avec une très grande précision par une procédure classique d'ajustement numérique à trois paramètres.- if finally the analyzer and the slit are both animated with a uniform rotation, at different frequencies, the function I (φ, φ) can be fully recognized and the parameters | r s | , ψ and Δ can be determined with great precision by a conventional numerical adjustment procedure with three parameters.
Dans le cas particulier le plus simple où l'angle φ est fixé et où la mesure de I est effectuée pour les deux orientations φ = 0 (modulo π) et φ = π/2 (modulo π) de la fente, on obtient respectivement :In the simplest particular case where the angle φ is fixed and where the measurement of I is carried out for the two orientations φ = 0 (modulo π) and φ = π / 2 (modulo π) of the slit, we obtain respectively :
ΦN(θ,φ,φ = 0) = l/2|rp|2cos2φ et ΦN(θ,φ,cp = π/2) = l/2|rs| cos2φΦ N (θ, φ, φ = 0) = l / 2 | r p | 2 cos 2 φ and Φ N (θ, φ, cp = π / 2) = l / 2 | r s | cos 2 φ
Il suffit donc de prendre la racine du rapport de ces deux intensités pour obtenir la quantité tan ψ. Cette mesure combinée aux deux précédentes permet donc de déterminer complètement |rs|2, ψ, et Δ, et donc aussi |rp|2.It therefore suffices to take the root of the ratio of these two intensities to obtain the quantity tan ψ. This measurement combined with the previous two therefore makes it possible to completely determine | r s | 2 , ψ, and Δ, and therefore also | r p | 2 .
Il faut noter que la détermination des seuls paramètres ψ et Δ peut s'obtenir en utilisant uniquement des rapports d'intensités mesurées, et ne nécessite donc pas l'utilisation d'un substrat de référence.It should be noted that the determination of the only parameters ψ and Δ can be obtained by using only measured intensity ratios, and therefore does not require the use of a reference substrate.
Un cas particulier intéressant est celui où Φ=0 qui correspond à un polariseur et un analyseur parallèles et qui peut donc se réduire à celui d'un seul polariseur disposé entre le miroir d'éclairage et l'objectif ou même entre l'objectif et l'échantillon. L'intensité réfléchie s'écrit dans ce cas :An interesting particular case is that where Φ = 0 which corresponds to a parallel polarizer and analyzer and which can therefore be reduced to that of a single polarizer placed between the lighting mirror and the objective or even between the objective and the sample. The reflected intensity is written in this case:
I = A? i M cos4 φ + |rs| sin4 φ tanψcosΔ j Cela montre qu'avec un diaphragme tournant constitué d'une fente, d'une croix constituée de deux fentes perpendiculaires se croisant sur leur axe, d'un secteur angulaire dont le sommet est posé sur l'axe optique du microscope et d'amplitude azimutale inférieure à 45 degrés, ou de l'association de deux ou quatre secteurs angulaires du même type régulièrement disposés autour de l'axe optique, lequel diaphragme est éventuellement superposé à un anneau pour délimiter un seul angle d'incidence, il suffit d'effectuer trois mesures d'intensité réfléchie avec trois orientations différentes et non redondantes du diaphragme pour en déduire la totalité des paramètres ellipsométriques de l'échantillon. Par exemple, dans le cas où le diaphragme est une fente ou un secteur angulaire très petit repéré par son orientation φ, l'intensité réfléchie en chaque point de l'image de l'échantillon devient :I = A? i M cos 4 φ + | r s | sin 4 φ tanψcosΔ j This shows that with a rotating diaphragm made up of a slit, a cross made up of two perpendicular slits crossing on their axis, of an angular sector whose apex is posed on the optical axis of the microscope and of amplitude azimuth less than 45 degrees, or the association of two or four angular sectors of the same type regularly arranged around the optical axis, which diaphragm is possibly superimposed on a ring to delimit a single angle of incidence, it suffices to perform three reflected intensity measurements with three different non-redundant orientations of the diaphragm to deduce all of the ellipsometric parameters of the sample. For example, in the case where the diaphragm is a slit or a very small angular sector identified by its orientation φ, the intensity reflected at each point of the image of the sample becomes:
! ≡ I(φ = 0) = A2 rp = A2|rs|2(l + tan2 ψ) pour φ ≈O! ≡ I (φ = 0) = A 2 r p = A 2 | r s | 2 (l + tan 2 ψ) for φ ≈O
12 I( = ^) = ? |rs |2 pour φ = π/21 2 I (= ^) =? | r s | 2 for φ = π / 2
13 ≡ I(φ = — ) = 2 A, |rs | tan ψ cos Δ pour φ = π/41 3 ≡ I (φ = -) = 2 A, | r s | tan ψ cos Δ for φ = π / 4
II suffit donc de calculer le rapport — pour en déduire tan ψ ,So it suffices to calculate the ratio - to deduce tan ψ,
puis le rapport déduire cosΔ . then the report deduce cosΔ.
Cet exemple illustre :This example illustrates:
- comment la mesure de trois intensités avec trois orientations différentes de la fente permet de déterminer la totalité des paramètres ellipsométriques en utilisant seulement des rapports d'intensité, donc sans calibration annexe ;- how the measurement of three intensities with three different orientations of the slit makes it possible to determine the totality of the ellipsometric parameters by using only intensity ratios, therefore without additional calibration;
- comment une modulation de l'intensité réfléchie qui inclut ces trois mesures mais aussi d'autres permet d'obtenir les mêmes informations avec une précision accrue ; - comment on peut réaliser un ellipsomètre sous microscope optique ou sous loupe binoculaire en utilisant un seul polariseur et une fente tournante.- how a modulation of the reflected intensity which includes these three measurements but also others makes it possible to obtain the same information with increased precision; - how you can make an ellipsometer under an optical microscope or under a binocular magnifier using a single polarizer and a rotating slot.
Dans l'exposé de la méthode de mesure, nous avons utilisé des équations valables pour un seul angle d'incidence θ. Comme |rs|2, ψ, et Δ dépendent de θ, nous pouvons : soit accéder à ces quantités pour un angle θ unique en utilisant un diaphragme d'ouverture annulaire, soit accéder à des quantités moyennées sur une gamme d'angles d'incidence [θmin, θmax], avec le plus souvent 0. Les mêmes formules s'appliquent à des quantités effectives, affectées ci-dessous d'un indice « eff » définies à partir de moyennes sur θ. Il convient alors de poser :In the presentation of the measurement method, we used equations valid for a single angle of incidence θ. Like | r s | 2 , ψ, and Δ depend on θ, we can: either access these quantities for a single angle θ using an annular aperture diaphragm, or access quantities averaged over a range of angles of incidence [θ m i n , θ max ], with most often 0. The same formulas apply to effective quantities, assigned below an “eff” index defined from means on θ. It is therefore advisable to ask:
ef ef
s leff =<l's leff = <the
cosΔeff cosΔ eff
pour écrire l'intensité réfléchie commeto write the reflected intensity as
La mesure de I permet donc de déterminer les quantités effectives et, en particulier, les angles ellipsométriques ψeff et Δeff, qui peuvent être comparées à des valeurs calculées pour en déduire les propriétés de l'objet ou de l'échantillon, comme il est pratiqué classiquement avec les angles ellipsométriques à incidence unique.The measurement of I therefore makes it possible to determine the effective quantities and, in particular, the ellipsometric angles ψ eff and Δ eff , which can be compared with values calculated to deduce therefrom. properties of the object or sample, as is conventionally practiced with ellipsometric angles with single incidence.
En fait, l'intérêt de la méthode est surtout de pouvoir effectuer des mesures ellipsométriques sous microscope afin de combiner mesure ellipsométrique et imagerie. On doit donc considérer que la géométrie naturelle de l'éclairage est un cône de lumière autour de la normale. Or, les paramètres ellipsométriques varient peu pour des incidences faibles. C'est d'ailleurs pourquoi l'ellipsométrie n'est une technique sensible qu'à des angles d'incidence élevés. La contrepartie dans notre procédé est que la moyenne qui s'effectue sur le cône d'éclairage brouille peu le signal exploitable. En l'absence de substrat optimisé, l'inconvénient de la mesure ellipsométrique sous microscope est que sa sensibilité est mauvaise. Mais en présence des substrats optimisés tels que nous les proposons, la sensibilité de la mesure aux paramètres physiques de l'échantillon redevient excellente, comparable en fait à celle des mesures traditionnelles autour de l'angle de Brewster, alors que le signal exploité reste peu sensible à l'angle d'incidence. Cela tient au fait qu'entre polariseur et analyseur croisés, l'extinction de la réflectivité cohérente est toujours totale en incidence normale, si bien que seules les incidences non nulles participent à la construction du signal que nous exploitons. Avec les conditions d'une bonne extinction pour des incidences non nulles, l'extinction est bonne sur l'ensemble des incidences du cône d'éclairage. II est possible d'optimiser l'épaisseur de la dernière couche pour des matériaux quelconques.In fact, the interest of the method is above all to be able to perform ellipsometric measurements under a microscope in order to combine ellipsometric measurement and imaging. We must therefore consider that the natural geometry of the lighting is a cone of light around the normal. However, the ellipsometric parameters vary little for low incidences. This is also why ellipsometry is only a sensitive technique at high angles of incidence. The counterpart in our process is that the average which is carried out on the cone of lighting scrambles little the exploitable signal. In the absence of an optimized substrate, the drawback of ellipsometric measurement under a microscope is that its sensitivity is poor. But in the presence of the optimized substrates as we propose them, the sensitivity of the measurement to the physical parameters of the sample becomes excellent again, comparable in fact to that of traditional measurements around the Brewster angle, while the signal used remains little sensitive to the angle of incidence. This is due to the fact that between crossed polarizer and analyzer, the extinction of the coherent reflectivity is always total in normal incidence, so that only the non-zero incidences participate in the construction of the signal which we exploit. With the conditions of a good extinction for non-zero incidences, the extinction is good on all the incidences of the lighting cone. It is possible to optimize the thickness of the last layer for any material.
En effet, nous avons vu que la fonction |σ(e)| = |rp + rs| possède toujours des minima plus ou moins prononcés, qui correspondent aux conditions d'inversion de contraste. Le contraste est donc nul pour ces valeurs particulières de e. Etant aussi périodique et continu, il atteint un minimum à gauche de ces valeurs et un maximum à droite. Il est donc toujours possible de choisir l'épaisseur e de façon à ce qu'un de ces extrema soit atteint. Quelle que soit la nature du substrat, on peut donc optimiser l'épaisseur de la couche diélectrique en calculant jσ(e)|. Cela devient particulièrement intéressant lorsqu'on s'approche des conditions critiques.Indeed, we have seen that the function | σ (e) | = | r p + r s | always has more or less pronounced minima, which correspond to the contrast inversion conditions. The contrast is therefore zero for these particular values of e. Being also periodic and continuous, it reaches a minimum on the left of these values and a maximum on the right. It is therefore always possible to choose the thickness e so that one of these extrema is reached. Whatever the nature of the substrate, it is therefore possible to optimize the thickness of the dielectric layer by calculating jσ (e) |. It becomes particularly interesting when you approach critical conditions.
Les compositions critiques des substrats sont définies par l'existence d'une solution à l'équation |σ(e)| = 0. Un substrat critique possède une épaisseur de couche proche d'une solution de cette équation. Une solution de l'équation |σ(e)| = 0 correspond nécessairement à un minimum de |σ(e)|. C'est donc une épaisseur d'inversion du contraste. La plus petite de ces valeurs, ec, joue bien sûr un rôle particulier. Les autres épaisseurs d'inversion de contraste sont alors données par ec,k = ec + KNιλ/2. D'après l'équation E9, l'équation dont nous discutons est :The critical compositions of the substrates are defined by the existence of a solution to the equation | σ (e) | = 0. A critical substrate has a layer thickness close to a solution of this equation. A solution of the equation | σ (e) | = 0 necessarily corresponds to a minimum of | σ (e) |. It is therefore a thickness of inversion of the contrast. The smallest of these values, e c , of course plays a special role. The other thicknesses of contrast inversion are then given by e c , k = e c + KNιλ / 2. From E9, the equation we are discussing is:
σ0ι + σ12(l + π0ι)e-2jβl + σ0ιll12e-4jβl = 0σ 0 ι + σ 12 (l + π 0 ι) e- 2jβl + σ 0 ιll 12 e- 4jβl = 0
E15E15
Dans le cas d'un empilement réduit à une seule couche, les valeurs ec de e sont les solutions de l'équation El 5 tirée de E9 :In the case of a stack reduced to a single layer, the values e c of e are the solutions of the equation El 5 taken from E9:
σ0ι + σι2(l + π0ι)z + σ0ιπ12z2 = 0 E16σ 0 ι + σι 2 (l + π 0 ι) z + σ 0 ιπ 12 z 2 = 0 E16
Elle possède deux solutions complexes zl et z2 qui sont fonctions des indices du milieu incident, de la couche, de l'indice complexe du substrat, et de l'angle d'incidence Θ0 (ou de façon équivalente de l'angle réfracté dans la couche, θl). Les conditions critiques sont atteintes lorsque le module d'une de ces deux solutions est égal à 1. Ce problème est assez simple à explorer numériquement. Analytiquement, il est possible de développer chacun des termes jusqu'à l'ordre 4 en θl car chacun ne dépend que faiblement de l'angle à proximité de la normale. On peut ainsi trouver des solutions "à la main". En pratique, les deux milieux extrêmes sont souvent imposés et c'est l'indice et l'épaisseur de la couche qu'il faut déterminer. On trace donc le contraste en fonction de l'épaisseur pour quelques indices arbitraires et on constate une variation monotone du contraste. Il suffit donc de progresser dans la direction où les choses s'améliorent jusqu'à ce qu'elles commencent à se dégrader. A partir de là, on continue l'exploration autour de la meilleure valeur en affinant les variations de l'indice. On peut aussi se servir des nombreux résultats publiés dans la littérature pour une couche unique en termes de ψ et Δ. Les situations recherchées correspondent simultanément à :It has two complex solutions zl and z2 which are functions of the indices of the incident medium, of the layer, of the complex index of the substrate, and of the angle of incidence Θ0 (or in an equivalent manner of the angle refracted in the layer, θl). Critical conditions are reached when the modulus of one of these two solutions is equal to 1. This problem is fairly simple to explore numerically. Analytically, it is possible to develop each of the terms up to order 4 in θl because each depends only slightly on the angle close to the normal. We can thus find solutions "by hand". In practice, the two extreme media are often imposed and it is the index and the thickness of the layer that must be determined. We therefore draw the contrast as a function of the thickness for some arbitrary indices and we note a monotonic variation of the contrast. So you just have to move in the direction where things are improving until they start to get worse. From there, we continue the exploration around the best value in refining changes in the index. We can also use the numerous results published in the literature for a single layer in terms of ψ and Δ. The situations sought correspond simultaneously to:
tanψ = 1 et Δ = π E17tanψ = 1 and Δ = π E17
Les solutions que nous avons trouvées numériquement sont assez bien approchées par la formule empirique :The solutions that we have found numerically are fairly well approximated by the empirical formula:
On obtient des résultats particulièrement intéressants en réalisant un substrat silicium recouvert d'une couche unique répondant aux paramètres suivants, l'éclairage étant préféré monochromatique de longueur d'onde λ = 540 nm et l'angle d'ouverture du cône d'éclairage étant supposé de 30 degrés :Particularly interesting results are obtained by producing a silicon substrate covered with a single layer meeting the following parameters, the lighting being preferred monochromatic of wavelength λ = 540 nm and the opening angle of the lighting cone being assumed 30 degrees:
où N0 est l'indice du milieu ambiant, N3 est l'indice du support du substrat, N2 est l'indice de la couche et e son épaisseur.where N 0 is the index of the ambient medium, N 3 is the index of the substrate support, N 2 is the index of the layer and e its thickness.
L'épaisseur optimale e est une fonction linéaire de λ mais n'est pas proportionnable à λ. Pour des observations dans l'air, = 0,2. δλThe optimal thickness e is a linear function of λ but is not not proportional to λ. For observations in air, = 0.2. δλ
Les couches d'indices 1,74 et 1,945 peuvent être fabriquées par de nombreuses méthodes, telles que les dépôts PECVD. Les couches d'indice 1,345 sont plus difficiles à réaliser. Elles peuvent être formées d'un hydrogel, d'un aérogel, d'un polymère, ou être hétérogènes, par exemple formées de plots d'épaisseur constante et de très petites dimensions. Il peut encore s'agir d'une solution dans l'eau, de sucre, de sel, de polymère...The layers of indices 1.74 and 1.945 can be produced by numerous methods, such as PECVD deposits. The layers of index 1.345 are more difficult to produce. They can be formed of a hydrogel, an airgel, a polymer, or be heterogeneous, for example formed of studs of constant thickness and very small dimensions. It can also be a solution in water, sugar, salt, polymer ...
Une méthode de visualisation particulièrement intéressante de l'épaisseur optique (Ni x ej) d'un film très mince peut être réalisée avec le substrat mis en œuvre dans l'invention de la manière suivante représentée sur la figure 5.A particularly advantageous visualization method of the optical thickness (Ni x ej) of a very thin film can be carried out with the substrate used in the invention in the following manner shown in FIG. 5.
On réalise sur un support 20, un dépôt d'une couche 21 d'épaisseur variable en forme de biseau (figure 5 A, figure 5B).A layer 21 of variable thickness in the form of a bevel is deposited on a support 20 (FIG. 5A, FIG. 5B).
On découpe ensuite ce substrat 20 de façon à en obtenir deux éléments identiques 22, 23 (23 non représenté est alors identique à 22) (figure 5C).This substrate 20 is then cut so as to obtain two identical elements 22, 23 (23 not shown is then identical to 22) (FIG. 5C).
On recouvre ensuite l'un de ces éléments du film 24 mince à étudier (figure 5C).One of these elements is then covered with the thin film 24 to be studied (FIG. 5C).
Puis on observe alors ces deux éléments sous microscope éclairés en lumière blanche avec une pupille en forme de disque, après avoir positionné ces deux éléments l'un par rapport à l'autre, dans leur position relative initiale, à l'aide d'un repère, d'une encoche ou d'une cale 25.Then these two elements are then observed under a microscope lit in white light with a disc-shaped pupil, after having positioned these two elements relative to each other, in their initial relative position, using a mark, notch or wedge 25.
On observe alors des franges 26, 27 en lumière blanche, respectivement sur chacun de ces éléments et leur décalage relatif M permet la mesure des propriétés de la couche déposée sur l'un de ces éléments.Fringes 26, 27 are then observed in white light, respectively on each of these elements and their relative offset M allows the properties of the layer deposited on one of these elements to be measured.
L'invention est particulièrement adaptée à la visualisation d'éléments contenus dans des multicapteurs. Un multicapteur chimique ou biologique (= biopuce) est constitué d'un support 30 sur lequel sont déposées des pastilles 31 (= spots) formées chacune d'une couche différente capable de fixer sélectivement chacune une espèce différente à reconnaître au sein d'un mélange liquide (biopuce) ou gazeux (nez artificiel), et formant entre elles une matrice d'éléments ordonnés le long de la surface. Chaque pastille a une surface de quelques microns carrés et souvent une épaisseur d'ordre moléculaire.The invention is particularly suitable for viewing elements contained in multisensors. A chemical or biological multisensor (= biochip) consists of a support 30 on which are deposited pellets 31 (= spots) each formed from a different layer capable of selectively fixing each a different species to be recognized within a mixture liquid (biochip) or gaseous (artificial nose), and forming between them a matrix of ordered elements along the surface. Each pellet has a surface of a few square microns and often a molecular thickness.
Le multicapteur est utilisé de la façon suivante : il est mis en contact avec le mélange que l'on veut analyser. Chaque pastille 31, 32... fixe l'espèce qu'elle sait reconnaître quand elle est présente dans le mélange. In situ ou après rinçage, on regarde alors quels plots 32 se sont chargés et quels plots 31 sont restés vides pour connaître la composition du mélange. Une espèce fixée crée une surépaisseur, visualisable au niveau du plot, la position des plots 31, 32 dans la matrice nous renseignant sur la nature de l'espèce reconnue. Cette étape est l'étape de lecture du multicapteur.The multisensor is used in the following way: it is brought into contact with the mixture that we want to analyze. Each patch 31, 32 ... fixes the species which it can recognize when it is present in The mixture. In situ or after rinsing, we then look at which pads 32 have loaded and which pads 31 have remained empty to know the composition of the mixture. A fixed species creates an additional thickness, visible at the level of the stud, the position of the studs 31, 32 in the matrix informing us of the nature of the recognized species. This step is the step of reading the multisensor.
Notre méthode de microscopie est suffisamment sensible pour faire la différence entre un plot vide et le même plot chargé, dans beaucoup de types de multicapteurs. Elle fournit donc une méthode de lecture simple, directe et parallèle pour l'ensemble des multicapteurs.Our microscopy method is sensitive enough to tell the difference between an empty pad and the same charged pad, in many types of multisensors. It therefore provides a simple, direct and parallel reading method for all multisensors.
Dans un exemple préféré, nous décrivons sa mise en œuvre sur un type particulier de multicapteurs : les biopuces. Ils comprennent par exemple les puces à ADN, les puces à anticorps, les puces à bactéries, les puces à virus, les puces à chromosomes, les puces à protéines, etc.In a preferred example, we describe its implementation on a particular type of multisensor: biochips. They include, for example DNA chips, antibody chips, bacteria chips, virus chips, chromosome chips, protein chips, etc.
Dans l'exemple des puces à ADN, chaque plot est constitué d'une couche moléculaire d'oligonucléotides identiques capables de s'hybrider avec et seulement avec leur brin complémentaire. L'ADN analysé est découpé en brins de longueur convenable, amplifiés par la technique PCR, ce qui signifie que chaque brin est répliqué un grand nombre de fois, puis mis en solution au contact de la puce. Les brins reconnus sont fixés par les pastilles correspondantes.In the example of DNA chips, each pad consists of a molecular layer of identical oligonucleotides capable of hybridizing with and only with their complementary strand. The analyzed DNA is cut into strands of suitable length, amplified by the PCR technique, which means that each strand is replicated a large number of times, then put in solution in contact with the chip. The recognized strands are fixed by the corresponding pads.
Notre méthode permet de reconnaître les pastilles chargées. A cette fin, les pastilles dont l'épaisseur est régulière et connue, sont prises comme éléments de l'édifice multicouche, de telle sorte que l'ensemble support + multicouche + pastille ou spot constitue un substrat optimisé de très grande sensibilité. Dans ces conditions, la présence de brins supplémentaires après hybridation est aisément détectée par le changement d'intensité ou de couleur qu'elle entraîne dans l'observation de la pastille par notre procédé de visualisation. La quantité de matière présente sur une pastille peut aussi être quantitativement évaluée par notre procédé de mesure. Our method makes it possible to recognize loaded tablets. To this end, the pellets whose thickness is regular and known, are taken as elements of the multilayer building, so that the support + multilayer + patch or spot assembly constitutes an optimized substrate of very high sensitivity. Under these conditions, the presence of additional strands after hybridization is easily detected by the change in intensity or color that it causes in the observation of the pellet by our visualization process. The quantity of material present on a pellet can also be quantitatively evaluated by our measurement process.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de visualisation bidimensionnelle ellipsométrique d'un échantillon, comportant un objet, placé dans un milieu incident, observé entre un analyseur et un polariseur croisés par réflexion en s lumière convergente, dans lequel les paramètres ellipsométriques de l'ensemble formé par l'objet (4) et un substrat (8) sur lequel il est placé, sont exploités, caractérisé en ce que :1. Device for two-dimensional ellipsometric display of a sample, comprising an object, placed in an incident medium, observed between an analyzer and a polarizer crossed by reflection in convergent light, in which the ellipsometric parameters of the assembly formed by the object (4) and a substrate (8) on which it is placed, are used, characterized in that:
- le substrat comporte un support et un empilement de couches et que ses propriétés ellipsométriques sont connues, 0 - les propriétés ellipsométriques du substrat étant telles que les variations des paramètres ellipsométriques de l'échantillon dues à l'objet soient visualisées avec un contraste supérieur au contraste produit en l'absence de ce substrat.- the substrate comprises a support and a stack of layers and that its ellipsometric properties are known, 0 - the ellipsometric properties of the substrate being such that the variations of the ellipsometric parameters of the sample due to the object are displayed with a contrast greater than the contrast produced in the absence of this substrate.
2. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon 5 selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échantillon est éclairé au travers d'un objectif à grande ouverture tel qu'un objectif de microscope.2. Device for two-dimensional display of a sample 5 according to claim 1, characterized in that the sample is illuminated through a wide aperture objective such as a microscope objective.
3. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon selon la revendication 2, caractérisé en ce que le microscope est un 0 microscope à contraste interférentiel différentiel.3. Device for two-dimensional display of a sample according to claim 2, characterized in that the microscope is a 0 microscope with differential interference contrast.
4. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon selon la revendication 2, caractérisé en ce que le microscope est un microscope de fluorescence.4. Device for two-dimensional display of a sample according to claim 2, characterized in that the microscope is a fluorescence microscope.
5. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon 5 selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'épaisseur e de la couche de l'empilement en contact avec l'objet est telle que les coefficients de réflexion complexes rp et rs du substrat vérifient la condition d2/de2[Ln[rp +rs|] = 0.5. device for two-dimensional display of a sample 5 according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the thickness e of the layer of the stack in contact with the object is such that the reflection coefficients complexes r p and r s of the substrate satisfy the condition d 2 / of 2 [Ln [r p + r s |] = 0.
6. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon 0 selon la revendication 5, caractérisé en ce que les propriétés optiques du substrat sont telles que la valeur minimum prise par la quantité |rp + rs| sur l'ensemble des valeurs de e est aussi faible que possible.6. Device for two-dimensional display of a sample 0 according to claim 5, characterized in that the optical properties of the substrate are such that the minimum value taken by the quantity | r p + r s | over all the values of e is as low as possible.
7. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte 5 une source lumineuse polychromatique. 7. Two-dimensional display device of a sample according to one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a polychromatic light source.
8. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une source lumineuse monochromatique.8. Device for two-dimensional display of a sample according to one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a monochromatic light source.
9. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon s selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le support est en silicium.9. Device for two-dimensional display of a sample according to one of claims 1 to 8, characterized in that the support is made of silicon.
10. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'empilement est constitué d'une couche unique. o10. Device for two-dimensional display of a sample according to one of claims 1 to 9, characterized in that the stack consists of a single layer. o
11. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche est une couche de silice.11. Two-dimensional display device of a sample according to claim 10, characterized in that the layer is a layer of silica.
12. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'épaisseur 5 de la couche de silice est de l'ordre de 1025 Â, le milieu incident étant de l'air.12. Two-dimensional display device for a sample according to claim 10, characterized in that the thickness 5 of the silica layer is of the order of 1025 Å, the incident medium being air.
13. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche est une couche de fluorure de magnésium. 013. Device for two-dimensional display of a sample according to claim 10, characterized in that the layer is a layer of magnesium fluoride. 0
14. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche est une couche de polymère.14. A device for two-dimensional display of a sample according to claim 10, characterized in that the layer is a layer of polymer.
15. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche 5 est une couche de polymère, d'indice optique approximativement égal à 1,343, le milieu incident étant de l'air.15. Device for two-dimensional display of a sample according to claim 10, characterized in that the layer 5 is a polymer layer, with an optical index approximately equal to 1.343, the incident medium being air.
16. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche est une couche minérale, d'indice optique approximativement égal à 0 1 ,74, le milieu incident étant de l'eau.16. A device for two-dimensional display of a sample according to claim 10, characterized in that the layer is a mineral layer, with an optical index approximately equal to 0.74, the incident medium being water.
17. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche est une couche minérale, d'indice optique approximativement égal à 1,945, le milieu incident étant une huile d'indice optique 1,5. 17. Device for two-dimensional display of a sample according to claim 10, characterized in that the layer is a mineral layer, with an optical index approximately equal to 1.945, the incident medium being an oil with an optical index 1.5.
18. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon selon la revendication 10, caractérisé en ce que. la couche est discontinue et formée de plots de silice et d'indice 1,343, de même hauteur définissant l'épaisseur de la couche et de dimensions en section très inférieures au micromètre, le milieu incident étant de l'air.18. Device for two-dimensional display of a sample according to claim 10, characterized in that. the layer is discontinuous and formed of silica studs and of index 1.343, of the same height defining the thickness of the layer and of cross-sectional dimensions much less than a micrometer, the incident medium being air.
19. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche est une couche organique ou minérale mésoporeuse ou nanoporeuse d'indice approximativement égal à 1,343, le milieu incident étant l'air.19. Two-dimensional display device of a sample according to claim 10, characterized in that the layer is an organic or mineral mesoporous or nanoporous layer with an index approximately equal to 1.343, the incident medium being air.
20. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche est un aérogel minéral d'indice approximativement égal à 1,343, le milieu incident étant 1 ' air . 20. Two-dimensional display device for a sample according to claim 10, characterized in that the layer is a mineral airgel with an index approximately equal to 1.343, the incident medium being air.
21. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon selon l'une des revendications 2 à 20, caractérisé en ce qu'il comporte un microscope comportant un diaphragme d'ouverture en forme de fente longitudinale orientable autour de l'axe du microscope permettant de restreindre le cône d'éclairage à un seul plan d'incidence dans une direction choisie.21. A device for two-dimensional viewing of a sample according to one of claims 2 to 20, characterized in that it comprises a microscope comprising an aperture diaphragm in the form of a longitudinal slot orientable around the axis of the microscope making it possible to restrict the light cone to a single plane of incidence in a chosen direction.
22. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce qu'il comporte un microscope comportant un diaphragme d'ouverture en forme d'anneau limitant le cône d'éclairage de l'échantillon autour d'un angle d'incidence.22. Device for two-dimensional display of a sample according to one of claims 1 to 19, characterized in that it comprises a microscope comprising an aperture diaphragm in the form of a ring limiting the lighting cone of the sample around an angle of incidence.
23. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'objet est un film mince et l'empilement comporte une couche en biseau dont l'épaisseur varie de façon monotone dans une direction X le long de la surface.23. A device for two-dimensional display of a sample according to claim 1, characterized in that the object is a thin film and the stack comprises a bevelled layer whose thickness varies monotonously in a direction X along the surface.
24. Procédé de mesure à l'aide du dispositif de la revendication 23, caractérisé en ce que :24. Measuring method using the device of claim 23, characterized in that:
- l'on découpe le dispositif de visualisation parallèlement à la direction X en deux éléments, - l'on dépose le film mince sur l'un de ces éléments, - l'on place les deux éléments entre un polariseur et un analyseur croisés sous un microscope polarisant éclairé en lumière polychromatique, de façon à former des franges d'interférences colorées sur chacun des éléments, - l'on mesure le décalage des franges formées respectivement dans chacun des éléments pour en déduire les propriétés de la couche déposée sur l'un d'eux.- the display device is cut parallel to the direction X into two elements, - the thin film is deposited on one of these elements, - the two elements are placed between a crossed polarizer and an analyzer under a polarizing microscope lit in polychromatic light, so as to form fringes of colored interference on each of the elements, - the offset of the fringes formed is measured respectively in each of the elements to deduce the properties of the layer deposited on one of them.
25. Dispositif de visualisation bidimensionnelle d'un échantillon selon l'une quelconque des revendications 1 à 23, caractérisé en ce que le substrat est le fond d'une boîte de Pétri.25. A device for two-dimensional display of a sample according to any one of claims 1 to 23, characterized in that the substrate is the bottom of a Petri dish.
26. Dispositif de visualisation bidimensionnelle . d'un échantillon selon l'une quelconque des revendications 1 à 23, caractérisé en ce que l'échantillon est un multicapteur matriciel.26. Two-dimensional display device . of a sample according to any one of claims 1 to 23, characterized in that the sample is a matrix multisensor.
27. Dispositif de lecture parallèle d'un multicapteur matriciel selon la revendication 26, caractérisé en ce que chaque plot ou pastille de la matrice constitue la dernière couche de l'empilement.27. Device for parallel reading of a matrix multi-sensor according to claim 26, characterized in that each pad or patch of the matrix constitutes the last layer of the stack.
28. Dispositif de lecture parallèle d'un multicapteur matriciel selon la revendication 26, caractérisé en ce que le multicapteur est une biopuce à bactéries, à virus, à antigènes, à anticorps, à protéines, à ADN, à ARN, à chromosomes.28. Device for parallel reading of a matrix multisensor according to claim 26, characterized in that the multisensor is a biochip with bacteria, viruses, antigens, antibodies, proteins, DNA, RNA, chromosomes.
29. Procédé de mesure ellipsométrique d'un échantillon avec résolution spatiale sous microscope polarisant formant une image de l'échantillon, dans lequel :29. Process for ellipsometric measurement of a sample with spatial resolution under a polarizing microscope forming an image of the sample, in which:
- l'échantillon est éclairé par un faisceau d'éclairage polarisé linéairement au travers d'un diaphragme d'ouverture,- the sample is illuminated by a linearly polarized light beam through an aperture diaphragm,
- la lumière réfléchie par l'échantillon est analysée par un polariseur-analyseur, caractérisé par l'orientation relative φ de sa direction de polarisation par rapport à celle du polariseur,the light reflected by the sample is analyzed by a polarizer-analyzer, characterized by the relative orientation φ of its direction of polarization with respect to that of the polarizer,
- une modulation de l'intensité réfléchie est assurée par la rotation relative de la polarisation de faisceau d'éclairage et du polariseur-analyseur, caractérisé en ce que :a modulation of the reflected intensity is ensured by the relative rotation of the polarization of the light beam and of the polarizer-analyzer, characterized in that:
- le diaphragme d'ouverture du faisceau d'éclairage est un anneau centré sur l'axe du faisceau délimitant un seul angle d'incidence, - l'on mesure, simultanément en chaque point de l'image obtenue de l'échantillon, le flux moyen φM(x5y) réfléchi et son amplitude de modulation φm(x,y),- the aperture diaphragm of the lighting beam is a ring centered on the axis of the beam delimiting a single angle of incidence, - the average flux φ M (x 5 y) reflected and its modulation amplitude φ m (x, y) are measured simultaneously at each point of the image obtained from the sample,
- l'on traite les mesures φM(x,y) et φm(x,y) pour en déduire simultanément en chaque point de l'échantillon deux combinaisons des paramètres ellipsométriques ψ(x,y) et Δ(x,y) et du coefficient de réflexion |rs|2(x,y) à partir des formules :- we treat the measurements φ M (x, y) and φ m (x, y) to deduce simultaneously at each point of the sample two combinations of the ellipsometric parameters ψ (x, y) and Δ (x, y ) and the reflection coefficient | r s | 2 (x, y) from the formulas:
1 1 | ι1 1 | ι
— |rs|2(l + tan2ψ) = φM et — |rs|2(tan2ψ - 2tanψcosΔ) = φm - | r s | 2 (l + tan 2 ψ) = φ M and - | r s | 2 (tan 2 ψ - 2tanψcosΔ) = φ m
- l'on traite les mesures φivr(x5y) et φm(x,y) pour en déduire la combinaison sin(2ψ)cos des seuls paramètres ellipsométriques ψ(x,y) et Δ(x,y) à partir de la formule :- we treat the measures φi v r (x 5 y) and φ m (x, y) to deduce the combination sin (2ψ) cos of the only ellipsometric parameters ψ (x, y) and Δ (x, y) from the formula:
φm = φM (l - sin(2ψ)cosΔ)φ m = φ M (l - sin (2ψ) cosΔ)
30. Procédé de mesure ellipsométrique d'un échantillon avec résolution spatiale sous microscope polarisant formant une image de l'échantillon, dans lequel : - l'échantillon est éclairé par un faisceau d'éclairage polarisé linéairement au travers d'un diaphragme d'ouverture,30. A method of ellipsometric measurement of a sample with spatial resolution under a polarizing microscope forming an image of the sample, in which: - the sample is illuminated by a beam of light linearly polarized through an aperture diaphragm ,
- la lumière réfléchie par l'échantillon est analysée par un polariseur-analyseur, caractérisé par l'orientation relative φ de sa direction de polarisation par rapport à celle du polariseur, - une modulation de l'intensité réfléchie est assurée par la rotation relative de la polarisation de faisceau d'éclairage et du polariseur-analyseur, caractérisé en ce que, dans une étape de mesure :- the light reflected by the sample is analyzed by a polarizer-analyzer, characterized by the relative orientation φ of its direction of polarization with respect to that of the polarizer, - modulation of the reflected intensity is ensured by the relative rotation of the polarization of the light beam and of the polarizer-analyzer, characterized in that, in a measurement step:
- l'orientation de l'analyseur par rapport au polariseur est fixée à une valeur différente de π/2 modulo π,the orientation of the analyzer relative to the polarizer is fixed at a value different from π / 2 modulo π,
- le diaphragme d'ouverture du faisceau d'éclairage est une fente orientable autour de l'axe optique du microscope superposée à un anneau délimitant un seul angle d'incidence, - l'on mesure l'intensité du faisceau réfléchi pour au moins deux orientations φ différentes et non redondantes de la fente,the aperture diaphragm of the lighting beam is a slit orientable around the optical axis of the microscope superimposed on a ring delimiting a single angle of incidence, the intensity of the reflected beam is measured for at least two different non non-redundant orientations of the slit,
- l'on traite ces mesures d'intensité à partir de la relation :- we treat these intensity measurements from the relation:
- l'on en déduit simultanément en chaque point de l'échantillon les valeurs des deux angles ellipsométriques ψ(x,y) et Δ(x,y) et celles des modules des coefficients de réflexion |rp| et |rs|. - the values of the two ellipsometric angles ψ (x, y) and Δ (x, y) and those of the modules of the reflection coefficients | r p | and | r s |.
31. Procédé de mesure ellipsométrique d'un échantillon avec résolution spatiale sous microscope polarisant selon la revendication 30, caractérisé en ce que, dans une étape complémentaire :31. A method of ellipsometric measurement of a sample with spatial resolution under a polarizing microscope according to claim 30, characterized in that, in a complementary step:
- l'analyseur est fixé dans une orientation non perpendiculaire au polariseur, par exemple φ = 0, - le diaphragme d'ouverture du faisceau d'éclairage est une fente orientable autour de l'axe optique du microscope superposée à un anneau délimitant un seul angle d'incidence,- the analyzer is fixed in an orientation not perpendicular to the polarizer, for example φ = 0, - the aperture diaphragm of the lighting beam is a slit orientable around the optical axis of the microscope superimposed on a ring delimiting a single angle of incidence,
- l'on mesure l'intensité réfléchie pour les deux orientations φ = 0 et φ = π/2 de la fente, - l'on traite ces mesures d'intensité pour obtenir tanψ en prenant la racine carrée de leur rapport selon les trois formules :- we measure the intensity reflected for the two orientations φ = 0 and φ = π / 2 of the slit, - we process these intensity measurements to obtain tanψ by taking the square root of their ratio according to the three formulas:
I = A2 cos φ pour φ = 0 modulo πI = A 2 cos φ for φ = 0 modulo π
τ A 21 \ • 2 ι π τ A 21 \ • 2 ι π
I = A, rs sur φ pour φ = — modulo πI = A, r s on φ for φ = - modulo π
tanψ = tanψ =
32. Procédé de mesure ellipsométrique d'un échantillon avec résolution spatiale sous microscope polarisant formant une image de l'échantillon, dans lequel :32. Process for ellipsometric measurement of a sample with spatial resolution under a polarizing microscope forming an image of the sample, in which:
- l'échantillon est éclairé par un faisceau d'éclairage polarisé linéairement au travers d'un diaphragme d'ouverture,- the sample is illuminated by a linearly polarized light beam through an aperture diaphragm,
- la lumière réfléchie par l'échantillon est analysée par un polariseur-analyseur, caractérisé par l'orientation relative φ de sa direction de polarisation par rapport à celle du polariseur,the light reflected by the sample is analyzed by a polarizer-analyzer, characterized by the relative orientation φ of its direction of polarization with respect to that of the polarizer,
- une modulation de l'intensité réfléchie est assurée par la rotation relative de la polarisation de faisceau d'éclairage et du polariseur-analyseur, caractérisé en ce que, dans une étape de mesure :a modulation of the reflected intensity is ensured by the relative rotation of the polarization of the light beam and of the polarizer-analyzer, characterized in that, in a measurement step:
- l'orientation de l'analyseur par rapport au polariseur est fixée à une valeur différente de π/2 modulo π, - une modulation de l'intensité réfléchie est assurée par la rotation du diaphragme D autour de l'axe optique,the orientation of the analyzer relative to the polarizer is fixed at a value different from π / 2 modulo π, - modulation of the reflected intensity is ensured by the rotation of the diaphragm D around the optical axis,
- l'on mesure simultanément en chaque point de l'échantillon le flux moyen φM(x,y) réfléchi et son amplitude de modulation φm(x,y)5 - the average flux φ M (x, y) reflected and its modulation amplitude φ m (x, y) 5 are simultaneously measured at each point in the sample
- l'on traite les mesures φM(x,y) et φm(x,y) pour en déduire les deux angles ellipsométriques ψ(x,y) et Δ(x,y) et les modules |rp| et |rs| des coefficients de réflexion à partir de la relation :- we treat the measures φ M (x, y) and φ m (x, y) to deduce the two ellipsometric angles ψ (x, y) and Δ (x, y) and the modules | r p | and | r s | reflection coefficients from the relationship:
I I
33. Procédé de mesure ellipsométrique d'un échantillon avec résolution spatiale sous microscope polarisant selon la revendication 31, caractérisé en ce que, dans une étape complémentaire :33. A method of ellipsometric measurement of a sample with spatial resolution under a polarizing microscope according to claim 31, characterized in that, in a complementary step:
- l'orientation de l'analyseur par rapport au polariseur est fixée à φ = 0, - une modulation de l'intensité réfléchie est assurée par la rotation du diaphragme D autour de l'axe optique,the orientation of the analyzer with respect to the polarizer is fixed at φ = 0, a modulation of the reflected intensity is ensured by the rotation of the diaphragm D around the optical axis,
- l'on mesure simultanément en chaque point de l'échantillon le flux moyen φM(x,y) réfléchi et son amplitude de modulation φm(x,y)5 - l'on traite les mesures φ]yt(x3y) et φm(x,y) pour en déduire les deux angles ellipsométriques ψ(x,y) et Δ(x,y) et les modules |rp| et |rB| des coefficients de réflexion à partir de la relation :- the average flux φ M (x, y) reflected and its modulation amplitude φ m (x, y) 5 are simultaneously measured at each point in the sample - we treat the measures φ] y t (x 3 y) and φ m (x, y) to deduce the two ellipsometric angles ψ (x, y) and Δ (x, y) and the modules | r p | and | r B | reflection coefficients from the relationship:
34. Procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications 30 à 32, caractérisé en ce que la mesure de la revendication 29 y est associée. 0 35. Procédé de mesure ellipsométrique d'un échantillon avec résolution spatiale sous microscope polarisant formant une image de l'échantillon, dans lequel :34. Measuring method according to any one of claims 30 to 32, characterized in that the measurement of claim 29 is associated therewith. 0 35. Process for ellipsometric measurement of a sample with spatial resolution under a polarizing microscope forming an image of the sample, in which:
- l'échantillon est éclairé par un faisceau d'éclairage polarisé linéairement au travers d'un diaphragme d'ouverture, 5 - la lumière réfléchie par l'échantillon est analysée par un polariseur-analyseur, caractérisé par l'orientation relative φ de sa direction de polarisation par rapport à celle du polariseur,- the sample is illuminated by a linearly polarized light beam through an aperture diaphragm, 5 - the light reflected by the sample is analyzed by a polarizer-analyzer, characterized by the relative orientation φ of its direction of polarization with respect to that of the polarizer,
- une modulation de l'intensité réfléchie est assurée par la rotation relative de la polarisation de faisceau d'éclairage et du 0 polariseur-analyseur, caractérisé en ce que :a modulation of the reflected intensity is ensured by the relative rotation of the polarization of the light beam and of the 0 polarizer-analyzer, characterized in that:
- le diaphragme d'ouverture du faisceau d'éclairage est un disque centré sur l'axe de ce faisceau,- the aperture diaphragm of the lighting beam is a disc centered on the axis of this beam,
- l'on mesure, simultanément en chaque point de l'image 5 obtenue de l'échantillon, le flux moyen φM(x,y) réfléchi et son amplitude de modulation φm(x,y),- the average flux φM (x, y) reflected and its modulation amplitude φ m (x, y) are measured simultaneously at each point of the image 5 obtained from the sample;
- l'on traite les mesures φM(x,y) et φm(x,y) pour en déduire simultanément en chaque point de l'échantillon deux combinaisons des paramètres ellipsométriques effectifs ψeff(x,y) et Δefï(x,y) et du o coefficient de réflexion effectif |rs eff. 2(x.y) à partir des formules :- we treat the measurements φM (x, y) and φ m (x, y) to deduce simultaneously at each point of the sample two combinations of the effective ellipsometric parameters ψ e ff (x, y) and Δ efï ( x, y) and o coefficient of effective reflection | r is ff. 2 (xy) from the formulas:
-|rs|2(l + tan2ψefr) = φM et -|rs|2(tan2ψeff - 2tanψcosΔeff) = φm - l'on traite les mesures ^M(x,y) et φm(x,y) pour en déduire la combinaison sin(2ψ)cos des seuls paramètres ellipsométriques effectifs ψeff(x3y) et Δeff(x,y) à partir de la formule :- | r s | 2 (l + tan 2 ψ efr ) = φ M and - | r s | 2 (tan 2 ψ eff - 2tanψcosΔ eff ) = φ m - we treat the measurements ^ M (x, y) and φ m (x, y) to deduce the combination sin (2ψ) cos from the only effective ellipsometric parameters ψ eff (x 3 y) and Δ eff (x, y) from the formula:
sin2ψeff cosΔeff = 1 - Φmsin2ψ eff cosΔ eff = 1 - Φm
Φ MΦ M
36. Dispositif de mesure ellipsométrique sous microscope avec résolution spatiale latérale, caractérisé en ce que :36. Device for ellipsometric measurement under a microscope with lateral spatial resolution, characterized in that:
- il ne comporte qu'un seul polariseur situé entre le miroir d'éclairage et l'échantillon de part ou d'autre de l'objectif,- it has only one polarizer located between the lighting mirror and the sample on either side of the objective,
- il comporte une fente tournante dans le plan de son diaphragme d'ouverture, éventuellement superposée à un diaphragme en anneau permettant d'extraire les paramètres ellipsométriques de l'échantillon à l'aide d'au moins trois mesures pour trois orientations différentes de la fente et de la formule :- It has a rotating slit in the plane of its aperture diaphragm, possibly superimposed on a ring diaphragm allowing the ellipsometric parameters of the sample to be extracted using at least three measurements for three different orientations of the slit and formula:
appliquée à ces trois mesures, dans laquelle les paramètres rs, ψ et Δ sont éventuellement des paramètres effectifs issus de moyennes sur tous les angles d'incidence présents :applied to these three measurements, in which the parameters r s , ψ and Δ are possibly effective parameters obtained from means over all the angles of incidence present:
e e
leff Aleff A
tanψeff = leff s leff cosΔeff tanψ eff = leff s leff cosΔ eff
37. Dispositif de mesure ellipsométrique sous microscope, caractérisé en ce que : 5 - le polariseur et l'analyseur ont une orientation relative fixée,37. Ellipsometric measuring device under a microscope, characterized in that: 5 - the polarizer and the analyzer have a fixed relative orientation,
- le diaphragme d'ouverture est un trou ou un anneau,- the aperture diaphragm is a hole or a ring,
- l'image du plan focal arrière de l'objectif est formée dans le plan focal objet de l'oculaire par une lentille de Bertrand,- the image of the rear focal plane of the objective is formed in the focal plane of the eyepiece by a Bertrand lens,
- une caméra CCD est placée dans ce plan, 0 - la mesure de l'intensité obtenue en chaque point de la caméra- a CCD camera is placed in this plane, 0 - the measurement of the intensity obtained at each point of the camera
CCD est exploitée grâce à la formule générale :CCD is operated using the general formula:
5 afin d'obtenir directement la totalité des paramètres ellipsométriques de l'échantillon.5 in order to directly obtain all of the ellipsometric parameters of the sample.
38. Dispositif de mesure ellipsométrique sous microscope selon la revendication 37, caractérisé en ce que :38. Device for ellipsometric measurement under a microscope according to claim 37, characterized in that:
- une modulation de l'intensité réfléchie est obtenue par une o rotation relative de l'analyseur et du polariseur,- a modulation of the reflected intensity is obtained by a relative rotation of the analyzer and the polarizer,
- le diaphragme d'ouverture est un trou ou un anneau,- the aperture diaphragm is a hole or a ring,
- l'image du plan focal arrière de l'objectif est formée dans le plan focal objet de l'oculaire par une lentille de Bertrand,- the image of the rear focal plane of the objective is formed in the focal plane of the eyepiece by a Bertrand lens,
- une caméra CCD ou éventuellement tri-CCD est placée dans 5 ce plan,- a CCD or possibly tri-CCD camera is placed in this plane,
- la mesure de l'intensité obtenue en chaque point de la caméra CCD ou en éventuellement en chaque point et pour chaque composante de couleur de la caméra tri-CCD est exploitée grâce à la formule générale : 0 -l-- the measurement of the intensity obtained at each point of the CCD camera or possibly at each point and for each color component of the tri-CCD camera is used using the general formula: 0 -l-
afin d'obtenir directement la totalité des paramètres ellipsométriques de l'échantillon. in order to directly obtain all the ellipsometric parameters of the sample.
39. Dispositif de mesure ellipsométrique sous microscope selon la revendication 36, caractérisé en ce que :39. Device for ellipsometric measurement under a microscope according to claim 36, characterized in that:
- l'image du plan focal arrière de l'objectif est formée dans le plan focal objet de l'oculaire par une lentille de Bertrand,- the image of the rear focal plane of the objective is formed in the focal plane of the eyepiece by a Bertrand lens,
- une caméra CCD est placée dans ce plan, - la mesure de l'intensité obtenue en chaque point de la caméra- a CCD camera is placed in this plane, - the measurement of the intensity obtained at each point of the camera
CCD est exploitée grâce à la formule générale :CCD is operated using the general formula:
afin d'obtenir directement la totalité des paramètres ellipsométriques de l'échantillon.in order to directly obtain all the ellipsometric parameters of the sample.
40. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 37 à 39, caractérisé en ce que la caméra est une caméra couleur tri-CCD et que la mesure de l'intensité en chaque point est faite et exploitée pour chacune des couleurs.40. Device according to any one of claims 37 to 39, characterized in that the camera is a tri-CCD color camera and that the measurement of the intensity at each point is made and used for each of the colors.
41. Procédé de mesure ellipsométrique d'un échantillon avec résolution spatiale sous microscope polarisant selon les revendications 29 à 35, l'objet étudié étant placé sur un substrat comportant un objet, caractérisé en ce que l'épaisseur e de la couche de l'empilement en contact avec l'objet est telle que les coefficients de réflexion complexes rp et rs du substrat vérifient la condition d2/de2[Ln|rp +rs|] = 0.41. A method of ellipsometric measurement of a sample with spatial resolution under a polarizing microscope according to claims 29 to 35, the object studied being placed on a substrate comprising an object, characterized in that the thickness e of the layer of the stack in contact with the object is such that the complex reflection coefficients r p and r s of the substrate satisfy the condition d 2 / of 2 [Ln | r p + r s |] = 0.
42. Procédé de mesure ellipsométrique d'un échantillon avec résolution spatiale sous microscope polarisant selon l'une quelconque des revendications 29 à 35, caractérisé en ce que l'objet est placé sur un substrat dont les propriétés optiques sont telles que la valeur minimum prise par la quantité |rp + rs| sur l'ensemble des valeurs de e est aussi faible que possible. 42. A method of ellipsometric measurement of a sample with spatial resolution under a polarizing microscope according to any one of claims 29 to 35, characterized in that the object is placed on a substrate whose optical properties are such that the value minimum taken by the quantity | r p + r s | over all the values of e is as low as possible.
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