Brevet FR2594228A1 — publié le 19870814

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR DETERMINER L'ORIENTATION D'UN CRISTAL La présente invention concerne un dispositif et un procédé pour déterminer l'orientation d'un cristal, et elle porte plus particulièrement sur un perfectiohnement relatif à un dispositif et un procédé qui utilisent 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 le document Appl. Phys. Lett., vol. 44, 1984, pages 535-537 par J.B. Hopkins et col. L'intensité de diffusion Raman I s'exprime par la formule suivante: I" -j ( Rie2... (1) I z(el Rj e22 È(1 2 J dans laquelle e1 et e2 sont les vecteurs de polarisation respectifs de la lumière incidente et de la lumière diffu- sée, et Rj désigne un tenseur de Raman. En considérant la figure 1, on voit une représen- tation 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 ayant une direction de polarisation 2 est focalisée sur un échantillon en silicium ou une substance analogue. L'intensité I de la lumière diffusée 3, ayant une composante de direction de polarisation 4,est mesurée par passage dans un analyseur de polarisation. Une série de mesures d'intensité représente la caractéristique de polarisation qui traduit l'orienta- tion du cristal. On peut déterminer la relation géométrique entre le faisceau lumineux incident 1 et les axes cristal- lins en identifiant un profil d'intensité mesuré de la lumière diffusée 3, relevé en fonction des angles de polari- sation, avec le profil obtenu par la formule (1), pour une orientation connue du cristal. En considérant la figure 2, on voit un schéma synoptique d'un dispositif de l'art antérieur pour la détermination de l'orientation d'un cristal. Un faisceau laser 12 émis par une source laser 11 traverse un filtre spectroscopique 13 qui élimine la lumière naturelle. Un polariseur 14 détermine la direction de polarisation du faisceau filtré 12, et le faisceau 12 est ensuite élargi dans un dispositif élargisseur de faisceau 15. Le faisceau élargi est dévié par un miroir semi-réfléchissant 16 et il est focalisé par une lentille 17 sur un échantillon 5 dont on doit déterminer l'orientation cristalline. Dans ces con- ditions, de la lumière ayant des énergies spectroscopiques différentes de celle du faisceau laser d'origine 12 est émise par l'échantillon 5, sous la forme de lumière diffusée par effet Raman. La lumière diffusée par effet Raman 19 est collectée par la lentille 17 et déviée par un miroir 20 vers un analyseur de polarisation 21 qui sélectionne la lumière ayant une direction de polarisation prédéterminée. La lumiè- re diffusée par effet Raman qui a été sélectionnée traverse un dépolariseur 21 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 ce dis- positif, on fait varier systématiquement la direction de polarisation d'un seul faisceau parmi le faisceau incident et le faisceau diffusé, en faisant tourner de façon corres- pondante seulement le polariseur 14 ou l'analyseur de pola- risation 21. L'analyse des données prend ainsi beaucoup de temps, et on ne peut pas déterminer l'orientation du cristal de manière tridimensionnelle par une seule série de mesures. Compte tenu de l'art antérieur, un but principal de l'invention est de procurer un dispositif et un procédé qui exigent moins de temps pour analyser les données et qui permettent de déterminer l'orientation d'un cristal de façon tridimensionnelle par une seule série de mesures. Selon un aspect de l'invention, un dispositif des- tiné à déterminer l'orientation d'un cristal comprend: une source lumineuse destinée à émettre un faisceau lumineux incident; un filtre spectroscopique à travers lequel on fait passer le faisceau; un polariseur destiné à polariser le faisceau; une lentille destinée à focaliser le faisceau sur un échantillon pour produire de la lumière diffusée par effet Raman; un analyseur de polarisation destiné à sélec- tionner la lumière ayant une direction de polarisation choi- sie dans la lumière diffusée; des moyens destinés à per- mettre des rotations synchrones du polariseur et de l'analy- seur de polarisation; un dépolariseur destiné à dépolariser la lumière diffusée; un spectromètre destiné à séparer en composantes spectrales la lumière diffusée; une lentille destinée à focaliser la lumière diffusée sur le spectromè- tre; un photodétecteur destiné à détecter les composantes spectrales et à obtenir des données; et un ordinateur des- tiné à traiter les données pour déterminer l'orientation du cristal. Selon un autre aspect de l'invention, un procédé pour déterminer l'orientation d'un cristal comprend les opéerations suivantes: on fait passer un faisceau de lumière incidente à travers un filtre spectroscopique; on polarise le faisceau à l'aide d'un polariseur; on focalise le faisceau sur un échantillon pour produire de la lumière dif- fusée par effet Raman; on sélectionne dans la lumière dif- fusée, à l'aide d'un analyseur de polarisation, la lumière ayant une direction de polarisation choisie; on synchronise des rotations du polariseur et de l'analyseur de polarisa- tion; on dépolarise la lumière sélectionnée; on sépare en composantes spectrales la lumière dépolarisée; on détecte les composantes spectrales et on obtient des données; et on traite les données au moyen d'un ordinateur pour déterminer l'orientation du cristal. L'invention sera mieux comprise à la lecture d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La suite de la description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une représentation de principe en perspective qui illustre la relation entre les polarisations de la lumière incidente et de la lumière diffusée par effet Raman; La figure 2 est un schéma synoptique d'un disposi- tif de l'art antérieur pour déterminer l'orientation d'un cristal; La figure 3 est un schéma synoptique d'un disposi- tif conforme à un mode de réalisation de l'invention; et La figure 4 est un organigramme de la détermina- tion de l'orientation d'un cristal avec le dispositif de la figure 3. En considérant la figure 3, on voit un schéma synoptique d'un dispositif conforme à un mode de réalisation de l'invention. On notera qu'on utilise sur cette figure les mêmes caractères de référence que sur la figure 2 pour dési- gner des sous-ensembles correspondants. Ce dispositif est similaire à celui de la figure 2, mais il comporte un dispo- sitif de synchronisation 30 qui permet des rotations syn- chrones du polariseur 14 et de l'analyseur de polarisation 21. En considérant la figure 4, on voit un organigram- me de la détermination de l'orientation d'un cristal avec le dispositif de la figure 3. A l'étape S1, le dispositif est initialisé pour placer le polariseur 14 ainsi que l'analy- seur de polarisation 21 à l'angle de référence initial de leur rotation. A l'étape S2, on mesure l'intensité de la lumière diffusée par effet Raman. A l'étape S3, on contrôle le nombre de mesures pour déterminer s'il a atteint un nom- bre prédéterminé. Si le nombre de mesures effectué corres- pond au nombre prédéterminé, la série d'intensités mesurées est identifiée par la méthode des moindres carrés à la série obtenue par la formule (1) pour une orientation connue du cristal, ce qui correspond à l'étape S5. Si le nombre prédé- terminé de mesures n'ont pas encore été accomplies, le pola- riseur 14 et l'analyseur de polarisation 21 sont mis en rotation en synchronisme et en phase sur un angle prédéter- miné, comme l'indique l'étape S4. Ensuite, les étapes S2 et S3sont répétées. Pendant une série de mesures d'intensité, le polariseur 14 et l'analyseur de polarisation 21 tournent tous deux en synchronisme et en phase de 0 à 180 , avec des intervalles de 5-6 . En d'autres termes, la relation e1 = e2 est maintenue dans la formule (1) pendant la série de mesures. Ceci entraîne une diminution du nombre de para- mètres dans la formule (1). Par conséquent, le temps néces- saire pour identifier la série d'intensités mesurées à celle obtenue par la formule (1) devient plus court et, en outre, on peut déterminer l'orientation du cristal de façon tridimensionnelle par une seule série de mesures. Bien que dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, on maintienne la relation e1 = e2' il faut noter qu'on obtient un effet similaire si on maintient constant l'angle entre et e2 pendant la série de mesures. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au procédé et au dispositif décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour déterminer l'orientation d'un cristal, caractérisé en ce qu'il comprend: une source lumi- neuse (11) destinée à émettre un faisceau lumineux incident (12); un filtre spectroscopique (13) dans lequel on fait passer le faisceau (12); un polariseur (14) destiné à pola- riser le faisceau; une lentille (17) destinée à focaliser le faisceau sur un échantillon (5), pour produire de la lumière diffusée par effet Raman (19); un analyseur de pola- risation (21) destiné à sélectionner dans la lumière diffusée la lumière ayant une direction de polarisation choisie; des moyens (30) destinés à permettre des rotations synchrones du polariseur (14) et de l'analyseur de polarisation (21); un dépolariseur (22) destiné à dépolariser la lumière diffusée (19); un spectromètre (24) destiné à séparer en composantes spectrales la lumière diffusée; une lentille (23) destinée à focaliser sur le spectromètre (24) la lumière diffusée; un photodétecteur (25) destiné à détecter les composantes spectrales et à obtenir des données; et un ordinateur (26) destiné à traiter les données pour déterminer l'orientation du cristal. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que la source lumineuse est un laser (1) destiné à émettre un faisceau laser (12). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif élargisseur de faisceau (15) destiné à élargir le faisceau laser (12). 4. Procédé pour déterminer l'orientation d'un cristal, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: on fait passer un faisceau lumineux incident (12) à travers un filtre spectroscopique (13); on polarise le faisceau au moyen d'un polariseur (14); on focalise le faisceau sur un échantillon (5) pour produire de la lumière diffusée par effet Raman (19); on sélectionne à l'aide d'un analyseur de polarisation (21) la lumière ayant une direc- tion de polarisation choisie dans la lumière diffusée (19); on synchronise des rotations du polariseur (14) et de l'ana- lyseur de polarisation (21); on dépolarise la lumière sélectionnée; on sépare en composantes spectrales la lumiè- re dépolarisée; on détecte les composantes spectrales et on obtient des données; et on traite les données à l'aide d'un ordinateur (26) pour déterminer l'orientation du cristal.