Brevet FR2594227A1 — publié le 19870814

PROCEDE DE DETERMINATION DE L'ORIENTATION D'UN CRISTAL La présente invention concerne un procédé pour déterminer l'orientation d'un cristal, et elle porte plus particulièrement sur un perfectionnement relatif à un pro- cédé qui utilise la spectroscopie par micro-sonde Raman avec sélectivité de polarisation. La détermination de l'orientation d'un cristal par micro-sonde Raman est décrite par exemple dans les documents suivants: Appl. Phys. Lett., vol. 44, 1984, pages 535-537 par J.B. Hopkins et col., et J. Appl. Phys., vol. 59, 1986, pages 1103-1110 par J.B. Hopkins et col. L'intensité de diffusion Raman I s'exprime par la formule suivante: I R (R e2 J dans laquelle e1 et e2 sont les vecteurs de polarisation respectifs de la lumière incidente et de la lumière diffu- sée, et Rj représente un tenseur de Raman. En considérant la figure 1, on voit une repré- sentation de principe, en perspective, qui illustre la relation géométrique entre les polarisations de la lumière incidente et de la lumière diffusée. La lumière incidente 1 est focalisée sur un échantillon 5 de silicium ou d'une substance analogue, et le cristal 5 émet la lumière diffu- sée par effet Raman, 3. Dans ce cas, la lumière incidente 1 présente une direction de polarisation 2 qui correspond à une rotation d'un angle de polarisation t 1 par rapport à une référence 0,' tandis que la lumière diffusée par effet Raman 3 présente une direction de polarisation 4 qui cor- respond à une rotation d'un angle de polarisation 12 par rapport à la même référence tO. La lumière diffusée 3 ayant cette direction de polarisation 4 est sélectionnée par un analyseur de polarisation, et l'intensité I de la lumière sélectionnée 3 est mesurée. Une série de mesures d'intensité représente la caractéristique de polarisation qui traduit l'orientation du cristal. On peut déterminer la relation géométrique entre le faisceau lumineux incident 1 et l'axe du cristal en identifiant un profil d'inten- sité mesuré de la lumière diffusée 3, relevé en fonction des angles de polarisation, avec celui déduit de la formule (1), pour une orientation cristalline connue. En considérant la figure 2, on voit un schéma synoptique d'un appareil prévu pour déterminer l'orienta- tion d'un cristal. Un faisceau laser 12 émis par une source laser 11 traverse un filtre spectroscopique 13 qui élimine la lumière naturelle. La direction de polarisation du faisceau filtré 12 est déterminée par un polariseur 14, et le faisceau 12 est ensuite élargi par un dispositif élar- gisseur de faisceau 15. Le faisceau élargi est dévié par un miroir semi-transparent 16 et il est focalisé par une len- tille 17 sur un échantillon 5 dont on doit déterminer l'orientation cristalline. Dans ces conditions, de la lumière ayant des énergies spectroscopiques différentes de celle du faisceau laser d'origine 12 est émise par l'échan- tillon 5 sous la forme de lumière diffusée par effet Raman. La lumière diffusée par effet Raman, est collectée par la lentille 17 et déviée par un miroir 20 vers un analyseur de polarisation 21 qui sélectionne la lumière ayant une direc- tion de polarisation prédéterminée. La lumière diffusée par effet Raman et sélectionnée est transmise par un dépolari- seur 22 et elle est focalisée par une lentille 23 sur une fente d'un spectromètre 24. Un photodétecteur 25 détecte des spectres séparés dans le spectromètre 24, et les données obtenues sont ensuite traitées par un ordinateur 26, pour déterminer ainsi l'orientation du cristal. Pendant l'accomplissement de mesures avec cet appareil, on fait varier systématiquement la direction de polarisation d'une seule lumière parmi la lumière incidente et la lumière diffusée, en faisant tourner de façon corres- pondante uniquement le polariseur 14 ou l'analyseur de polarisation 22, tandis que l'autre est fixe. L'analyse des données demande ainsi beaucoup de temps, et on ne peut pas déterminer l'orientation tridimensionnelle du cristal par une seule série de mesures. Compte tenu de l'art antérieur, l'invention a pour but principal de procurer un procédé qui réduise le temps nécessaire pour analyser les données et qui permette de déterminer l'orientation cristalline de façon tridimen- sionnelle par une seule série de mesures. Conformément à l'invention, un procédé de déter- mination de l'orientation d'un cristal par spectroscopie par micro-sonde Raman avec sélectivité de polarisation com- prend les opérations suivantes: on polarise au moyen d'un polariseur la lumière incidente qui est projetée sur le cristal; on sélectionne au moyen d'un analyseur de polari- sation la lumière ayant une direction de polarisation choi- sie, dans la lumière diffusée par effet Raman qui est émise par le cristal; on mesure l'intensité de la lumière sélec- tionnée; et on fait tourner en synchronisme à la fois le polariseur et l'analyseur de polarisation dans des circons- tances ordinaires, tandis qu'on ne fait tourner que le polariseur ou que l'analyseur de polarisation uniquement dans le cas ou l'intensité ne change pratiquement pas malgré la rotation synchrone conjointe du polariseur et de lJanaly- seur de polarisation. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La suite de la des- cription se réfère aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une représentation de principe en perspective qui illustre la relation géométrique entre les polarisations de la lumière incidente et de la lumière dif- fusée par effet Raman; La figure 2 est un schéma synoptique d'un appa- reil destiné à déterminer l'orientation d'un cristal; La figure 3 est une représentation de principe en perspective qui illustre la relation géométrique entre un faisceau lumineux et des axes cristallins ; La figure 4 est un graphique montrant la caracté- ristique de polarisation de la lumière diffusée par effet Raman dans les conditions dans lesquelles un faisceau inci- dent ayant un angle de polarisation fixe Y1 est parallèle à un axe et on ne fait varier que l'angle de polari- sation sélectionné W2 de la lumière diffusée; La figure 5 est un graphique similaire à celui de la figure 4, mais dans les conditions dans lesquelles on fait varier conjointement les angles de polarisation f1, Y2 de la lumière incidente et de la lumière diffusée; La figure 6 est un graphique similaire à celui de la figure 5, mais dans les conditions dans lesquelles le faisceau incident est parallèle à un axe ; La figure 7 est un graphique similaire à celui de la figure 6, mais dans les conditions dans lesquelles le faisceau incident est parallèle à un axe ; et La figure 8 est un graphique similaire à celui de la figure 7, mais dans les conditions dans lesquelles l'angle de polarisation t 1 du faisceau incident est fixé à une certaine valeur, et on ne fait varier que l'angle de polarisation t 2 de la lumière diffusée. On va maintenant décrire à titre d'exemple la détermination de l'orientation d'un cristal de silicium. En considérant la figure 3, on voit la relation géométrique entre un faisceau lumineux incident 1 ou un faisceau lumineux diffusé par effet Raman 3, et des axes cristallins . Pour la commodité de l'explication de la caractéristique de polarisation théorique-qui résulte de la formule (1), l'angle de polarisation t est défini de la manière représentée sur cette figure. Un caractère de réfé- rence 0 désigne un angle entre l'axe [100] et une ligne résultant de la projection de l'axe du faisceau 1 ou 3 sur le plan (001), tandis que la référence G désigne un angle entre l'axe [001] et l'axe du faisceau 1 ou 3. La référence e désigne le vecteur de polarisation qui est normal à l'axe du faisceau 1 ou 3, et l'angle de polarisation Y est défini comme étant l'angle du vecteur de polarisation e avec un plan qui contient l'axe [001] et les axes des faisceaux 1 ou 3. En d'autres termes, lorsqu'on connaît les angles 0, 0 et y, l'orientation du cristal est déterminée de façon tridimensionnelle par rapport à l'axe du faisceau 1 ou 3. En considérant la figure 4, on voit un graphique représentant des courbes caractéristiques de polarisation, avec le faisceau incident parallèle à un axe . Dans chacune de ces courbes, l'angle de polarisation (1 de la lumière incidente est fixé à une certaine valeur, tandis qu'on fait varier l'angle de polarisation q-2 de la lumière diffusée. Dans ce graphique, l'axe horizontal représente l'angle de polarisation Y 2 de la lumière diffusée et l'axe vertical représente l'intensité de la lumière diffusée. Comme on le voit, on obtient différentes courbes caracté- ristiques de polarisation en fonction des différents angles de polarisation fixes 41 du faisceau incident. Ainsi, du fait qu'on ne connaît pas l'angle de polarisation Y, du faisceau incident lorsqu'on va déterminer l'orientation d'un cristal inconnu, il est nécessaire d'identifier une courbe caractéristique de polarisation mesurée avec une cour- be appropriée parmi diverses courbes de polarisation théori- ques, en utilisant un ordinateur. En outre, lorsqu'on a approximativement déterminer avec précision les angles de polarisation 01' 02. En d'autres termes, il est difficile de déterminer avec pré- cision l'orientation du cristal dans la direction normale à l'axe du faisceau. En considérant la figure 5, on voit un graphique similaire à celui de la figure 4, mais dans les conditions dans lesquelles on fait varier conjointement les angles de polarisation Yl' Y 2 de la lumière incidente et de la lumière diffusée. Dans ces conditions, on n'obtient qu'une seule courbe. En effet, du fait que 1 = '2' le nombre de paramètres pour l'analyse de l'orientation est diminué d'une unité. Par conséquent, on peut aisément déterminer les deux angles de polarisation yl') 2 en identifiant une courbe mesurée à celle obtenue par la formule (1). Ceci signifie qu'on peut aisément déterminer l'orientation du cristal dans la direction normale à l'axe du faisceau. En considérant la figure 6, on voit un graphique similaire à celui de la figure 5, mais dans les conditions dans lesquelles le faisceau incident est parallèle à une direction . Dans ce cas également, on peut aisément déterminer l'orientation du cristal de façon tridimension- nelle en faisant varier conjointement les deux angles de polarisation y l' 2' En considérant la figure 7, on voit un graphique similaire à celui de la figure 6, mais dans les conditions dans lesquelles le faisceau incident est parallèle à une direction . Dans ces conditions, l'intensité diffusée I est constante, malgré la variation conjointe des deux angles de polarisation '1,' t2' Par conséquent, on ne peut absolument pas déterminer les angles de polarisation 1'1 2 en identifiant une courbe mesurée à la courbe théorique. Cependant, dans un tel cas, on peut faire varier l'intensité diffusée en faisant varier seulement l'un des angles de polarisation q 1' y 2' avec l'autre fixe. En considérant la figure 8, on voit un graphique similaire à celui de la figure 7, mais dans les conditions dans lesquelles on ne fait varier que l'angle de polarisa- tion >2 de la lumière diffusée, tandis que l'angle de pola- risation Y1 du faisceau incident est fixé à une certaine valeur. Comme on le voit sur ce graphique, l'intensité dif- fusée varie conformément à la variation de l'angle de pola- risation Y2. Par conséquent, d'une manière similaire à celle décrite en relation avec la figure 4, on peut détermi- ner les angles de polarisation Y1' t 2 en identifiant une courbe mesurée à une courbe appropriée parmi diverses cour- bes théoriques. On peut ainsi déterminer l'orientation du cristal même dans la direction normale au faisceau lumineux, et on peut donc la déterminer de façon tridimensionnelle. Comme décrit dans le mode de réalisation préféré ci-dessus, on fait varier conjointement les deux angles de polarisation 1' > 2 dans des circonstances ordinaires, et on ne fait varier qu'un seul des angles t 1' y 2 que dans le cas dans lequel l'intensité diffusée ne change pratiquement pas malgré la variation conjointe des deux angles 1' 2' On notera cependant qu'on peut faire varier un seul des angles de polarisation P1' t 2 dans des circonstances ordi- naires, et qu'on peut faire varier les deux angles t 1' y 2 dans le seul cas o l'intensité diffusée ne change pas mal- gré la variation de l'un ou l'autre des angles 1, 1' 2' bien que ceci augmente le nombre de paramètres pour l'analy- se d'orientation. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au procédé décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Un procédé pour déterminer l'orientation d'un cristal par spectroscopie par micro-sonde Raman avec sélec- tivité de polarisation, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: on polarise à l'aide d'un polariseur (14) la lumière incidente qui est projetée sur le cristal (5); on sélectionne à l'aide d'un analyseur de polarisation (21) la lumière ayant une direction de polarisation choisie, dans l lumière diffusée par effet Raman (19) qui est émise par le cristal (5); on mesure l'intensité de la lumière sélectionnée; et on fait tourner en synchronisme le polari- seur (14) et l'analyseur de polarisation (21) dans des cir- constances ordinaires, tandis qu'on ne fait tourner que le polariseur (14) ou que l'analyseur de polarisation (21) dans le seul cas o l'intensité ne change pas notablement malgré la rotation synchrone de l'analyseur (14) et de l'analyseur de polarisation (21). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lumière incidente qui est projetée sur le cris- tal (5) consiste en un faisceau laser (12). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que le cristal (5) consiste en silicium ou en germanium.