Contrôler in situ le dépôt et le traitement de matériaux à l’échelle de la monocouche

Mercredi, 4 Décembre, 2019

Grâce à un dispositif optique développé par nos ingénieurs de recherche du service TEAM, il est possible de mesurer en temps réel la courbure de la surface sur laquelle on dépose une couche mince de matériau. Un moyen de détecter les contraintes et défauts dans la couche, afin d'améliorer le procédé. La société Riber a signé une licence d'exploitation de cette technologie.

Déposer une couche mince de matériau sur une plaquette de semi-conducteur, par épitaxie par jets moléculaires1 par exemple, peut induire des contraintes dans la couche qui se transmettent dans la plaquette et provoquent finalement sa déformation. La mesure de cette déformation en temps réel, pendant le processus de dépôt, avec une très grande précision, permettrait de détecter la nature et la localisation des contraintes et des défauts dans la couche en cours de formation. Après avoir testé des instruments existants sur le marché, qui se sont révélés trop peu sensibles, des ingénieurs de recherche de notre service TEAM - Techniques et équipements appliqués aux micro et nanotechnologies, ont mis au point un dispositif optique innovant pour mesurer la courbure d'une surface réfléchissante.

« Notre dispositif est dix à cent fois plus sensibles et plus simple à mettre en œuvre », indiquent Alexandre Arnoult, ingénieur de recherche du service et Jonathan Colin, post-doctorant au moment de l’invention. Ces performances ont déjà convaincu la société Riber, fournisseur d’équipements pour l'industrie des semi-conducteurs, qui a signé une licence d'exploitation avec la SATT Toulouse Tech Transfer, opérateur régional de valorisation et de transfert de technologies de la recherche publique.

Les instruments existants pour mesurer la courbure d'une surface utilisent la déflexion d'un faisceau laser, mesurée par un capteur CCD2. Le dispositif inventé ici repose sur un principe différent : la surface est éclairée par une source de lumière blanche et le capteur perçoit l'image de la source à travers la surface. La mesure de la déformation de l'image permet de remonter à la déformation de la surface. Les performances de ce système breveté3 ont été comparées avec celles des instruments déjà sur le marché. Outre sa plus grande sensibilité, il a aussi pour avantages d'être peu sensible aux vibrations, de s'adapter à de nombreuses configurations et de produire des mesures reproductibles.

À terme, la mesure de la courbure de la surface devrait déboucher sur un pilotage en temps réel du processus d'épitaxie par jets moléculaires, dans le but d'éviter la formation de défauts dans les couches déposées. Des algorithmes d'apprentissage automatique (machine learning) seront mis en œuvre pour optimiser la croissance des matériaux.

Le nouveau dispositif, qui entre dans l'offre de Riber sous le nom d’EZ-Curve, sera interfacé avec son logiciel de pilotage de dépôt sous vide. De leur côté les chercheurs envisagent de créer une start-up pour valoriser leur innovation dans d'autres domaines d'application. Un accompagnement réalisé également par la SATT Toulouse Tech Transfer.

 

© Alexandre Arnoult

 

Retrouvez également l'article sur la lettre inovation du CNRS ; le site Electroniques

Contact : Alexandre Arnoult, ingénieur de recherche service TEAM ; Fabienne Peltier, communication Toulouse Tech Transfer


1 L'épitaxie par jets moléculaires (ou MBE pour Molecular beam epitaxy) est une technique consistant à envoyer un ou plusieurs jets moléculaires vers un substrat préalablement choisi pour réaliser le dépôt d'un matériau par couches d'atomes successives. L'épitaxie est une technique de croissance orientée, l'un par rapport à l'autre, de deux cristaux possédant un certain nombre d'éléments de symétrie communs dans leurs réseaux cristallins.

2 Un capteur CCD (Charge coupled device) est un dispositif à transfert de charges qui transforme les photons lumineux qu'il reçoit en paires électron-trou par effet photoélectrique dans le substrat semi-conducteur, puis collecte les électrons dans le puits de potentiel maintenu au niveau de chaque photosite. Le nombre d'électrons collectés est proportionnel à la quantité de lumière reçue.

3 Brevet WO 2018/215507 Al, « Procédé de mesure de la courbure d'une surface réfléchissante et dispositif optique associé », en propriété CNRS, déposé le 24 mai 2017