FR2496957A1 - Dispositif de mise en coincidence de l'axe d'une sonde de mesure avec une normale a la surface d'une piece a controler et application aux mesures d'epaisseurs de couches minces - Google Patents

Abstract

DISPOSITIF DE MISE EN COINCIDENCE DE L'AXE D'UNE SONDE DE MESURE AVEC UNE NORMALE A LA SURFACE D'UNE PIECE A CONTROLER ET APPLICATION AUX MESURES D'EPAISSEURS DE COUCHES MINCES. CE DISPOSITIF 5, FAISANT PARTIE AINSI QUE LA SONDE 4 D'UN APPAREIL DE MESURE COMPORTANT DES MOYENS DE POSITIONNEMENT DE LA PIECE 3, COMPREND: AU MOINS UN ORGANE 25 DE TRANSLATION DE LA SONDE PERMETTANT DE FAIRE VARIER SA DISTANCE A LA PIECE, DES MOYENS 53 DE PALPAGE SOLIDAIRES DE LA SONDE POUR CONTROLER LA MISE EN COINCIDENCE, DES MOYENS 43 DE ROTATION SELON UN AXE YY PERMETTANT DE DONNER A L'AXE A DE LA SONDE UNE DIRECTION VOISINE DE CELLE DE LADITE NORMALE N, ET DES MOYENS 44 D'OSCILLATION DE L'AXE A DE LA SONDE AUTOUR DE CETTE DIRECTION, DE FACON A ACHEVER LA MISE EN COINCIDENCE.

Description

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La présente invention, qui résulte de la

collaboration de Madame Marie-Louise ROLLAND du Com-

missariat à l'Energie Atomique et de Monsieur Claude CAVY du Cabinet CAVY, concerne un dispositif de mise en coïncidence de l'axe d'une sonde de mesure avec une normale à la surface d'une pièce à contrôler. Elle s'applique en particulier aux mesures d'épaisseurs de couches minces ou à la détermination de profils de

diffusion par rétrodiffusion d'électrons.

Les couches minces mentionnées ci-dessus, pouvant être notamment métalliques, sont par exemple déposées sur un substrat fait de matériaux Métalliques ou non: on peut par exemple chercher à mesurer l'épaisseur d'une couche mince de cuivre déposée sur

une résine. L'épaisseur de la (ou les) couche(s) min-

ce(s) déposée(s) sur ledit substrat peut bien entendu

être variable c'est-à-dire non uniforme.

Par ailleurs, la surface de la pièce à con-

trôler peut présenter diverses formes; ce peut être une surface admettant au moins un axe de révolution, telle qu'une surface sphérique: la présente invention s'applique plus particulièrement à la mesure de l'épaisseur de couches minces déposées à la surface d'une pièce hémisphérique ou de révolution, telle qu'une pièce présentant la forme d'un demi-ellipsoide

de révolution.

On connait par exemple des appareils de me-

sure d'épaisseurs de couches minces par rétrodiffusion d'électrons ou "rétrodiffusion a", comportant une sonde de mesure ou "tête de mesure" apte à émettre des électrons sur une pièce consistant en une ou plusieurs couches minces déposées sur un substrat. Les électrons

rétrodiffusés par ces couches minces sont ensuite dé-

tectés par des moyens de détection placés dans la son-

de et permettent de calculer un "taux de comptage" correspondant au nombre d'électrons rétrodiffusés et détectés par unité de temps. Ce taux de comptage est caractéristique de l'épaisseur des couches, la nature

chimique de celles-ci étant connue. L'épaisseur analy-

sée est une fonction croissante de l'énergie des élec-

trons utilisés et peut aller de quelques microns à

plusieurs centaines de microns.

On sait que les deux principales sources d'erreurs pouvant affecter la mesure d'épaisseurs de couches minces par "rétrodiffusion D" sont:

- le défaut de perpendicularité de la sonde par rap-

port à la pièce à contrôler portant la (ou les) cou-

che(s) étudiée(s) et

- l'éloignement de la sonde par rapport à cette pièce.

On constate en effet que l'erreur sur la me-

sure de l'épaisseur d'une couche augmente rapidement

avec ledit défaut de perpendicularité ou "écart angu-

laire" entre sonde et pièce. Par ailleurs la sensibi-

lité de l'appareil de mesure diminue au fur et à mesu-

re que la sonde est éloignée de la pièce. Les erreurs ainsi faites s'expliquent par la non détection de la

totalité des électrons rétrodiffusés par la zone ana-

lysée de la pièce à contrôler.

La présente invention a pour but de réduire les sources d'erreurs mentionnées ci-dessus, et en premier lieu la première, dans le cadre plus général

de la mise en coïncidence de l'axe d'une sonde de me-

sure avec une normale à la surface d'une pièce à con-

trôler. Elle a pour objet un dispositif de mise en coïncidence de l'axe d'une sonde de mesure avec une

normale à la surface d'une pièce à contrôler, ce dis-

positif faisant partie, ainsi que ladite sonde, d'un appareil de mesure comportant également: - des moyens de support et de positionnement de ladite pièce et - des moyens de support de ladite sonde, étant caractérisé en ce qu'il comprend: - au moins un organe de translation de ladite sonde,

permettant de faire varier sa distance à ladite piè-

ce, - des moyens de palpage solidaires de ladite sonde pour contr8ler ladite mise en coïncidence, - des moyens de rotation permettant de donner audit axe de la sonde une direction voisine de celle de ladite normale, et

- des moyens d'oscillation dudit axe de là sonde au-

tour de cette direction, de façon à achever ladite

mise en coïncidence.

Par axe d'une sonde de mesure, on entend la direction selon laquelle est faite la mesure. Ainsi, dans le cas de mesures d'épaisseurs de couches minces par rétrodiffusion 9, cette expression désigne-t-elle la direction préférentielle d'émission des électrons par la sonde, (également direction préférentielle de

rétrodiffusion des électrons).

La présente invention présente donc l'avan-

tage important de permettre un meilleur positionnement

de la sonde par rapport à la pièce à contrôler, notam-

ment dans le cas de mesures d'épaisseurs de couches minces par rétrodiffusion 5, mesures dans lesquelles

on cherche à récupérer un maximum d'électrons rétro-

diffusés par la zone étudiée de la (ou des) couche(s)

mince(s).

La présente invention présente également l'intérêt de permettre ladite mise en coïncidence sans qu'il y ait contact entre pièce à contrôler et sonde de mesure. Après cette mise en coïncidence, il est

possible, grâce audit organe de translation de la son-

de, de mettre cette sonde en contact avec la pièce: dans le cas de mesures d'épaisseurs de couches minces par rétrodiffusion f, les électrons rétrodiffusés sont d'autant mieux récupérés par la sonde pour être détectés. La présente invention est plus particulièrement utile pour les pièces à contrôler admettant un axe de révolution

car, par exemple dans le domaine des mesures d'épais-

seurs de couches minces par rétrodiffusion 5, les ap-

pareils connus dans l'état de la technique et permet-

tant de réaliser de telles mesures ne sont générale-

ment pas prévus pour étudier de telles pièces.

Selon une caractéristique particulière du

dispositif objet de l'invention, ce dispositif com-

prend en outre d'autres organes de translation selon deux directions orthogonales pour réaliser ladite mise

en coïncidence.

De préférence, lesdits moyens de palpage

comportent au moins trois buses calibrées, rendues so-

lidaires de ladite sonde et aptes à envoyer chacune un jet d'un même fluide sur ladite surface au voisinage de ladite normale, ladite mise en coïncidence étant contrôlée par comparaison des pressions du fluide à la sortie des buses, ces pressions étant égales lorsque

ladite mise en coïncidence est réalisée.

Selon une autre caractéristique particuliè-

re de l'invention, l'extrémité de la sonde et ladite pièce étant aptes à conduire l'électricité, des moyens électriques reliant ladite extrémité à cette pièce

sont prévus pour vérifier un contact entre elles.

Dans un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, lesdits moyens de

support et de positionnement de ladite pièce compor-

tant:

- des moyens d'appui rendus solidaires d'organes per-

mettant leur rotation et leur translation selon un me-

me axe, et

- des moyens de maintien rendus solidaires desdits or-

ganes permettant la rotation desdits moyens d'appui, lesdits moyens de rotation permettent cette rotation

autour d'un autre axe perpendiculaire audit même axe.

Par ailleurs, lesdits moyens de support de la sonde peuvent consister en une potence portant le dispositif selon l'invention qui porte lui-même la

sonde.

Selon une caractéristique particulière, le dispositif selon l'invention s'applique aux mesures d'épaisseurs de couches minces par rétiodiffusion d'électrons, ladite pièce comportant alors au moins

une couche mince. Dans ce cas, la sonde peut compor-

ter - une source d'émission d'électrons, - un collimateur muni d'une ouverture par laquelle les électrons sont envoyés sur ladite couche mince, et - des moyens de détection des électrons rétrodiffusés par cette couche mince, fournissant des informations

qui, traitées par des moyens électroniques, permet-

tent de déterminer l'épaisseur de cette couche.

La source d'électrons peut être rendue soli-

daire du collimateur par soudage. Elle est de préfé-

rence rapportée à l'extrémité d'une tige fixée sur une

barrette qui est soudée à l'intérieur du collimateur.

Ledit collimateur peut être fait d'un allia-

ge à base d'éléments de numéros atomiques inférieurs ou égaux à celui de l'aluminium pour diminuer le bruit de fond dans les moyens de détection. Enfin, ces moyens de détection peuvent consister en un compteur

de Geiger et M ller.

D'autres caractéristiques et avantages du dispositif objet de l'invention apparaîtront mieux à

la lecture de la description qui suit de plusieurs

exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier d'un appareil de mesure

d'épaisseurs de couches minces par rétrodiffu-

sion À, ledit appareil comportant un dispositif con-

forme à l'invention et la couche à analyser présen-

tant une surface concave hémisphérique; - la figure 2 est une vue de dessus schématique d'une partie d'une réalisation particulière des moyens de maintien de la pièce représentée sur la figure 1; - la- figure 3 est une vue de dessus schématique de l'appareil de mesure représenté sur la figure 1;

- la figure 4 est une vue schématique de la sonde uti-

lisée dans l'appareil représenté sur la figure 1 et d'un dispositif conforme à l'invention, dont cette sonde est rendue solidaire;

- les figures 5a et 5b représentent la mise en coinci-

dence de l'axe de la sonde de la figure 1 avec une normale à la surface de la couche à analyser; - la figure 6 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier d'un appareil de mesure d'épaisseurs de couches minces par rétrodiffusion f, ledit appareil comportant un dispositif conforme à l'invention et la couche à analyser présentant une surface concave admettant un axe de révolution; et - la figure 7 est une vue schématique d'un mode de

réalisation particulier du dispositif selon l'in-

vention, comportant des moyens aptes à faire varier

la distance sonde-couche de façon discontinue.

Sur la figure 1, on a représenté schémati-

quement un mode de réalisation particulier d'un appa-

reil de mesure d'épaisseurs de couches minces par ré-

trodiffusion y.

Une couche mince 1, apte à conduire l'élec-

tricité (par exemple métallique),dont l'épaisseur (non nécessairement uniforme) est à déterminer, est déposée sur la face interne 2 d'une pièce creuse 3 à contrôler de forme hémisphérique, jouant ainsi le rôle

de substrat pour ladite couche 1.

Une sonde 4, dont la constitution sera ex-

pliquée lors de la description de la figure 4, permet

de faire cette mesure. Elle est solidaire d'un dispo-

sitif 5 conforme à l'invention représenté de façon plus détaillée à la figure 4 et porté par une potence

6 constituant ainsi les moyens de support de la son-

de 4. Le dispositif 5 selon l'invention permet

(comme on le verra lors de la description de la figure

4) la mise en coïncidence de l'axe A (figure 4) de la sonde 4 avec une normale N à la surface de la couche 1,

devenue la face interne 2 de la pièce creuse 3.

La potence 6 est constituée d'une colonne 7

verticale et d'un bras support 8 horizontal rendu mé-

caniquement solidaire de la colonne 7 par des moyens de blocage 9. Une pièce 10 coudée à angle droit vers le bas et portant le dispositif 5 selon l'invention est rendue solidaire du bras support 8 par queue d'aronde, comme on le verra mieux sur la figure 3, et prolonge ce bras 8. La potence 6 est portée par un bloc support 11. Par ailleurs, le bras support 8 est automatiquement effaçable au point haut de la potence 6 par pression d'air comprimé, à l'aide d'un vérin 12 et au moyen d'un ergot 13 déplaçable dans une rampe creuse de dégagement 14, ce qui permet d'éclipser la

sonde 4 et de mettre en place la pièce creuse 3.

Les moyens 15 de support et de positionne-

ment de cette pièce creuse 3 consistent en: - des moyens 16 d'appui, ayant par exemple la forme

d'un cône de révolution et ainsi appelés par la sui-

te "cône d'appui", et

- des moyens 17 de maintien dont la nature et le fonc-

tionnement seront expliqués lors de la description

de la figure 2.

Un plateau tournant 18 horizontal est porté par le bloc support 11 et porte lui-même une table élévatrice 19 sur laquelle est fixé le cône d'appui

16. Ce dernier est creux et disposé de façon à présen-

ter un axe de révolution vertical et une face interne

tournée vers le haut.

Les moyens 17 de maintien sont rendus soli-

daires du plateau tournant 18 par au moins un pied vertical 21, trois par exemple. Le cône d'appui 16 et le plateau tournant 18 sont montés de façon que l'axe

de révolution de ce cône d'appui 16 et l'axe de rota-

tion de ce plateau tournant 18 soient confondus en un

même axe X'X.

Le dispositif 5 selon l'invention, monté sur

-la pièce coudée 10, est prévu pour permettre à la son-

de 4 de décrire des arcs de cercles verticaux ayant un même axe Y'Y horizontal (perpendiculaire au plan de la figure 1) et un centre O situé sur l'axe X'X; (O est

la trace de l'axe Y'Y dans le plan de la figure 1).

La pièce 3 étant placée, face interne 2 vers

le haut, sur le cône d'appui 16, des premiers et se-

conds moyens de réglage 22 et 23 permettent à la table élévatrice 19, et donc à cette pièce 3, de s'élever selon l'axe X'X jusqu'à ce que cette pièce 3 soit mise en place, son centre tendant alors à coïncider avec le point O, dans les moyens 17 de maintien prévus pour venir exercer sur elle des forces telles qu'elle ait, une fois mise en place, son axe de révolution confondu

avec l'axe X'X.

Les premiers moyens de réglage 22 permettent à la pièce 3 une approche définie et vérifiable par des moyens de lecture optique 24; les seconds moyens de réglage 23 permettent un positionnement final de la pièce 3 par friction.

Un organe de translation tel qu'une vis mi-

crométrique 25, faisant partie du dispositif 5 selon l'invention, permet d'approcher la sonde 4 contre la

pièce 3. Cette sonde 4 permet de déterminer l'épais-

seur de la couche 1 en tous les points de cette couche situés sur un même méridien ou un même parallèle de

celle-ci, ces points pouvant être atteints par rota-

tion du plateau tournant 18 et/ou par rotation de la

sonde 4 autour de l'axe Y'Y.

Un câble blindé 26 relie la sonde 4 à des moyens électroniques 27, dont le rôle sera expliqué

lors de la description de la figure 4. Enfin, des

moyens 28 de contrôle de ladite mise en coïncidence

sont prévus et seront précisés lors de la description

de la même figure 4.

Sur la figure 2, on a représenté schémati-

quement en vue de dessus, une partie d'un mode de réa-

lisation particulier des moyens 17 de maintien de la

pièce 3 mentionnés ci-dessus.

Ces moyens 17 de maintien comprennent une couronne 29, dite "couronnesupport", solidaire des trois pieds verticaux 21. Le diamètre intérieur de

cette couronne-support 29 est choisi pour être supé-

rieur au diamètre extérieur de la pièce 3 à contrôler, de façon que cette dernière une fois en place, soit entourée par ladite couronne support 29. Une couronne de commande 30, munie d'au moins une poignée 31, est

concentrique à la couronne-support 29 et mobile en ro-

tation autour de cette dernière. Des moyens élastiques

de rappel 32 relient ces deux couronnes 29 et 30.

Trois bras 33 (dont un seul est visible sur la figure

-2) sont disposés en triangle équilatéral sur la cou-

ronne-support 29 et articulés sur celle-ci en des axes 33a. Des plaques 34, solidaires de cette couronne-support 29, maintiennent-chaque bras 33 au voisinage de celle-ci. Chaque bras 33 porte à la partie inférieure 35 d'une première extrémité libre 35a un pion 36 mobile dans une rampe de guidage 37 pratiquée dans la couronne de commande 30. La seconde extrémité libre 38 d'un bras 33 "déborde" vers l'intérieur de la couronne- support 29 et porte à sa partie inférieure 39 un doigt 40 vertical.

En position normale, les secondes extrémi-

tés libres 38 empêchent la mise en place d'une pièce 3 à contrôler. Par déplacement de la poignée 31, les doigts 40 s'écartent et la pièce 3 peut être mise en place. Par relâchement de la poignée 31, les doigts 40 tendent à reprendre leur position initiale et viennent serrer la pièce 3 dont le bord supérieur 41 vient en butée d'une part contre les doigts 40, d'autre part

contre la partie inférieure 39 de chaque seconde ex-

trémité libre 38 des bras 33. La pièce 3 est alors maintenue en position dans les moyens 17 de maintien,

axe de révolution vertical (figure 1).

Bien entendu, lesdits moyens 17 de maintien

que l'on vient de décrire permettent d'une façon géné-

rale la mise en place de toute pièce dont la surface admet un axe de révolution, la position des doigts 40 étant adaptée suivant des règles connues à la forme de

la pièce, de manière à la maintenir.

Sur la figure 3, on a représenté schémati-

quement en vue de dessus, l'appareil de mesure de la

figure 1. La pièce 3, sur laquelle est déposée la cou-

che 1 dont on veut mesurer l'épaisseur, est mise en

place, notamment grâce aux moyens de maintien 17.

Le dispositif 5 selon l'invention est rendu

solidaire de la pièce coudée 10, elle-même rendue so-

lidaire du bras support 8 de la potence 6 par un mon-

tage rapide à queue d'aronde 42. Ce dispositif 5 (qui

sera détaillé lors de la description de la figure 4)

comprend des moyens 43 de rotation, des moyens 44 d'oscillation et au moins un organe 25 de translation dont la sonde 4 de mesure est rendue solidaire. Le montage rapide à queue d'aronde 42 permet de changer de sonde 4 de mesure suivant les dimensions des pièces 3 à contrôler (c'està-dire le diamètre de la plus grande section perpendiculaire à l'axe de révolution

de pièces qui en admettent un).

Sur la- figure 4, on a représenté schémati-

quement la sonde 4 de la figure 1 ainsi qu'un disposi-

tif 5 conforme à l'invention, dont la sonde 4 est ren-

due solidaire.

La sonde 4 de mesure comporte: - une source 45 d'émission d'électrons,

- un collimateur 46 muni à son extrémité 47 (consti-

tuant également l'extrémité de la sonde 4) d'une ou-

verture 47a par laquelle les électrons sont envoyés sur la couche mince 1, et également par laquelle les électrons rétrodiffusés par cette couche mince 1 sont partiellement récupérés et

- des moyens 48 de détection de ces électrons rétro-

diffuséset récupérés, fournissant des informations

qui sont fonction de l'épaisseur de cette couche 1.

Des moyens 27 électroniques, de type connu dans l'état de la technique, sont reliés par un câble

blindé 26 aux moyens 48 de détection et traitent les-

dites informations pour les convertir en taux de comp-

tage caractéristique de l'épaisseur de la couche 1,

pour un matériau donné constituant celle-ci.

L'ouverture 47a dont est muni le collimateur 46 délimite la zone analysée de la couche mince 1. Ce collimateur 46 est en un matériau apte à réduire le

bruit de fond dans les moyens 48 de détection. Ce ma-

tériau peut être un alliage à base d'éléments légers

tels que l'aluminium. Les moyens 48 de détection con-

sistent par exemple en un compteur de Geiger et M l- ler. Le collimateur 46 est maintenu à l'aide d'une épingle de maintien 46a métallique, sur un corps de sonde 49, de forme par exemple cylindrique, contenant

lesdits moyens 48 de détection.

La source 45 d'électrons est rapportée à l'extrémité d'une tige 50 fixée sur une barrette 51 qui est soudée à l'intérieur du collimateur 46. Bien entendu, la barrette 51 pourrait être rendue solidaire du collimateur 46 par d'autres moyens équivalents au

soudage mais le fait de souder la barrette 51 à l'in-

térieur du collimateur 46 apporte un faible encombre-

ment, une mise en place simple et rapide du collima-

teur 46 et une bonne reproductibilité des mesures ef-

fectuées.

La source 45 d'électrons peut être consti-

tuée d'éléments radioactifs tels que le prométheum 147, le thallium 204, le strontium 90 ou le ruthénium 106, qui émettent tous uniquement des électrons par désintégration. La profondeur de pénétration de ces électrons dans la matière dépend de leur énergie et donc de l'émetteur radioactif employé. Par exemple, dans un matériau tel que l'or et pour les éléments 147Pm, 204Tl et 90Sr, émettant des électrons dont les énergies maximales valent respectivement 220, 760 et

2284 KeV, les profondeurs de pénétration correspon-

dantes sont respectivement égales à 7, 29 et 100 lim.

On constate bien sur cet exemple que l'épaisseur de matière analysée est une fonction croissante de

l'énergie des électrons.

Par ailleurs pour déterminer des épais-

seurs, il est nécessaire d'effectuer un étalonnage préalable de la sonde 4, par exemple avec des feuilles

métalliques, d'épaisseur calibrée et planes.

On peut définir, comme on l'a déjà indiqué, un axe A pour la sonde 4: c'est l'axe selon lequel est faite la mesure. Dans le cas présent, il s'agit de la direction préférentielle d'émission des électrons par la sonde, (également direction préférentielle de rétrodiffusion des électrons). Par exemple, pour un collimateur 46 ayant la forme d'un cône de révolution, la tige 50, à l'extrémité de laquelle est rapportée la source 45 d'électrons, étant disposée selon l'axe de révolution du cône, cet axe constitue ledit axe A de

la sonde.

Le dispositif 5 selon l'invention permet de positionner correctement la sonde 4 par rapport à la

couche 1 dont on veut mesurer l'épaisseur en diffé-

rents points. Ce dispositif 5 permet plus précisément de mettre l'axe A de la sonde 4 en coïncidence avec

une normale N à la surface 2 de la couche 1.

Le dispositif 5 selon l'invention com-

prend: - des moyens 43 de rotation par rapport à l'axe Y'Y, - des moyens 44 d'oscillation dudit axe A de la sonde 4, - au moins un organe 25 de translation de la sonde 4, et - des moyens 53 de palpage solidaires de ladite sonde

* 4, pour contrôler ladite mise en coincidence.

Les moyens 43 de rotation permettent de fai-

re tourner la sonde 4 pour donner audit axe A de cette

sonde 4 une direction voisine de celle de ladite nor-

male N. Ils sont solidaires de la potence 6 (figures 1

et 3) par l'intermédiaire de la pièce coudée 10 (figu-

res 1 et 3) et comportent des moyens de repérage 52 permettant de connaître l'angle dont on a fait tourner

la sonde 4 pour la positionner.

Les moyens 44 d'oscillation, de type connu dans l'état de la technique, solidaires des moyens 43 de rotation, permettent de déplacer ledit axe A de la sonde 4 autour de ladite direction voisine de celle de

la normale N de façon à achever ladite mise en coinci-

dence. Pour ce faire, ils comportent deux commandes 54 et 55 permettant une rotation spatiale (par exemple de

) de l'axe A de la sonde 4 autour d'un point P appar-

tenant à cet axe A et aux moyens 44 d'oscillation.

L'organe 25 de translation consiste par exemple en une vis micrométrique solidaire des moyens 44 d'oscillation et permettant une translation de la

sonde 4 selon ledit axe A-de celle-ci.

Les moyens 53 de palpage comprennent une pièce en forme de couronne 56 entourant le collimateur 46, rendue solidaire de la sonde 4 et dans laquelle

sont pratiquées trois buses 57 calibrées qui débou-

chent du côté de l'ouverture 47a du collimateur 46 et

qui sont disposées en triangle équilatéral sur un cer-

cle C (figure 5a) dont le plan est perpendiculaire à

l'axe A de la sonde 4 et qui est centré sur cet axe.

Chacune de ces buses 57 est reliée par un conduit 58 à un compresseur 59 (figure 1) apte à envoyer un fluide tel que l'azote, sous pression déterminée (3 bars par exemple), dans les buses 57. Des moyens de contrôle 28 de pression (figure 1) tels que trois comparateurs électroniques connus dans l'état de la technique et munis d'échelles linéaires 60 de lecture de pression (figure 1), permettent de comparer les pressions dudit

fluide à la sortie des buses 57.

La pièce 3 à contrôler étant mise en place comme on l'a expliqué à propos des figures 1 et 2, on

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fait tourner la sonde 4 autour de l'axe Y'Y à l'aide des moyens 43 de rotation et si nécessaire on fait également tourner le plateau tournant 18 (figure 1), pour donner audit axe A de la sonde 4 une direction voisine de la normale N à la surface 2 de la couche 1. En d'autres termes, on positionne la sonde de façon que la source 45 d'électrons soit en regard d'un point Ml de ladite surface 2 (position Pl des figures 5a et b) , point en lequel on désire mesurer l'épaisseur de la couche 1. On agit sur la vis micrométrique 25 pour

placer la sonde à environ 200 ou 300 lim de la surfa-

ce 2. L'axe A de la sonde vient couper ladite surface 2 en ce point Ml et ne coïncide généralement pas avec la normale Nl en ce point à la surface 2. Les trois buses 57 envoient chacune un jet dudit fluide sur la surface 2 et les pressions indiquées sur les trois échelles linéaires 60 sont donc en général différentes car les buses 57 se trouvent alors à des distances différentes de la surface 2 (position Pl de la figure

5b).

On agit alors sur lesdits moyens 44 d'oscil-

lation à l'aide des commandes 54 et 55 pour faire os-

ciller l'axe A de la sonde 4 autour du point P jusqu'à ce que les pressions indiquées sur les trois échelles linéaires 60 soient identiques: les pressions dudit fluide à la sortie des buses 57 sont alors égales, ce

qui signifie que les buses 57 se trouvent à des dis-

tances égales de la surface 2 de la couche 1 (position P2 de la figure 5b) . Ladite mise en coïncidence est alors réalisée et l'axe A de la sonde 4 est confondu avec la normale N en un point M de la surface 2, ce point M étant voisin du point Ml initial (position P2

des figures 5a et 5b).

L'arrivée dudit fluide est alors coupée et l'on approche la sonde 4 (figure 4) de la couche 1 à l'aide de la vis micrométrique 25, jusqu'à ce que l'extrémité 47 de cette sonde 4 soit au contact de la surface 2 de la couche 1. Des moyens 61 électriques, comportant par exemple un générateur de courant 62, une lampe 63 et un interrupteur 64 placés en série, relient électriquement la couche mince 1 conductrice

de l'électricité à l'épingle 46a métallique qui main-

tient le collimateur 46, par exemple en aluminium, sur

le corps 49 de la sonde. Ainsi la lampe 63 s'allume-t-

elle dès qu'il y a contact entre l'extrémité 47 de la sonde 4 et la couche mince 1, ce qui permet de véri-

fier le contact sans abîmer la couche mince 1. Bien entendu, il suffit, pour que cette vérification puisse -êetre faite, que seule l'extrémité 47 de la sonde 4 conduise l'électricité et soit reliée électriquement à

la couche mince 1 par lesdits moyens 61 électriques.

Lorsque la couche mince 1 n'est pas conductrice de l'électricité on peut réaliser ledit contact (on n'a plus besoin desdits moyens 61 électriques) mais l'on

risque d'abîmer la couche mince 1.

Sur la figure 6, on a représenté schémati-

quement un mode de réalisation particulier d'un appa-

reil de mesure d'épaisseurs de couches minces par ré-

trodiffusion 5 peu différent de celui représenté sur la figure 1. Il permet de mesurer des épaisseurs de

couches minces déposées sur des pièces n'ayant pas né-

cessairement une forme sphérique mais présentant de manière plus générale un axe de révolution, telles que la pièce 3 creuse, présentant un axe de révolution et

sur la face interne 2 de laquelle est déposée une cou-

che mince 1 conductrice de l'électricité. Le bord 41 de cette pièce 3 épouse la forme d'un cercle contenu dans un plan perpendiculaire à l'axe de révolution de

la pièce 3.

Dans ces conditions, les moyens 15 de sup-

port et de positionnement de la pièce creuse 3 peuvent

être identiques à ceux, précédemment décrits, de l'ap-

pareil de mesure de la figure 1. Lorsque la pièce creuse 3 est en place, sa face interne 2 étant tournée vers le haut, l'axe du plateau tournant 18, l'axe de

révolution desdits moyens 16 d'appui et l'axe de révo-

lution de la pièce creuse 3 sont confondus en un même

axe X'X.

Le dispositif 5 de mise en coïncidence selon

l'invention, que comporte l'appareil de mesure repré-

senté à la figure 6, comprend les mêmes moyens que

ceux qui ont été indiqués dans la description de la

figure 4: moyens 43 de rotation, moyens 44 d'oscilla-

tion, moyens 53 de palpage, solidaires de ladite sonde 4, pour contrôler ladite mise en coïncidence, organe de translation de la sonde 4 (figure 4) . On utilise également les moyens 61 électriques (figure 4) pour

vérifier le contact entre la sonde 4 et la couche min-

ce 1.

Néanmoins, si un dispositif 5 selon l'inven-

tion, tel que décrit précédemment, est suffisant pour contrôler une couche mince 1 déposée sur une pièce creuse 3 de forme sphérique (figure 1), et donc de courbure constante, il ne l'est plus pour contrôler

une pièce dont la courbure varie, ce qui est générale-

ment le cas des pièces de révolution telles que la

pièce creuse 3 représentée sur la figure 6. En d'au-

tres termes, un tel dispositif ne suffit plus pour mettre en coïncidence l'axe A (figure 4) de la sonde 4

avec une normale N à la surface d'une pièce non sphé-

rique mais présentant un axe de révolution.

Pour pouvoir réaliser dans ce cas ladite mi-

- se en coicidence, il suffit alors de modifier le dis-

positif 5 selon l'invention représenté sur la figure 1

en lui ajoutant d'autres organes de translation hori-

zontale 22a et verticale 22b (figure 6) de type connu

dans l'état de la technique et permettant, en coopéra-

tion avec les moyens 43 de rotation, 44 d'oscillation, 53 de palpage et l'organe 25 de translation précédem- ment décrits (figure 4), de déplacer le centre O de

rotation de la sonde 4 pour amener cette sonde 4 au voi-

sinage d'un point étudié de la couche mince 1 et orienter cette sonde selon la normale en ce point à la surface 2 de la couche 1 ou plus exactement, comme on

l'a vu plus haut, mettre en coïncidence l'axe A (f igu-

re 4) de la sonde 4 avec la normale N en un point situé

au voisinage du précédent.

Les deux organes de translation 22a et 22b sont par exemple rendus solidaires de la pièce coudée (figure 1),- l'organe de translation 22b portant alors lesdits moyens 43 de rotation (figure 4). Bien

entendu, ils pourraient être placés ailleurs.

Bien entendu, l'appareil de mesure repré-

senté à la figure 6 permet également de contrôler non seulement des pièces de révolution (concaves, convexes ou plus généralement courbes) mais encore des pièces

non rigoureusement de révolution présentant des irré-

gularités de courbure telles que des parties planes ou

des parties 'renflées".

Pour réaliser le positionnement de la sonde de mesure, on peut avoir besoin de rapprocher ou d'éloigner cette sonde de la pièce à contrôler dans

des limites que la plage de déplacement de la vis mi-

crcmétrique 25 (fig.7), dont la capacité est limitée, ne per-

met pas. On peut alors ajouter aux dispositifs selon l'invention représentés aux figures 1 et 6 des moyens permettant une translation discontinue de la sonde 4, de même direction que celle (continue) obtenue avec la vis micrométrique 25; pour ce faire, on munit par exemple les moyens 44 d'oscillation d'une pluralité de trous 22c (figures 4 et 7) permettant d'emboîter ces moyens 44 d'oscillation sur des pions 22d solidaires des moyens 43 de rotation, trous 22c et pions 22d étant prévus pour que ladite translation discontinue puisse être effectuée sans perdre la direction visée

par la sonde lorsqu'on réalise ladite mise en coïnci-

dence. Le dispositif objet de l'invention permet de réaliser un positionnement correct de ladite sonde sur

une pièce à contrôler, notamment lorsque cette derniè-

re présente une courbure qui diffère d'un point à

l'autre de sa surface. Ce dispositif pourrait être au-

tomatisé de façon connue, en particulier pour permet-

tre des mesures de grande précision en contrôle non destructif de pièces exigeant une grande rigueur dans

leur fabrication.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de mise en coincidence de l'axe (A) d'une sonde (4) de mesure avec une normale (N) à la surface (2) d'une pièce (3) à contrôler, ce dispositif faisant partie, ainsi que ladite sonde (4), d'un appareil de mesure comportant également: - des moyens (15) de support et de positionnement de ladite pièce (3) et - des moyens (6) de support de ladite sonde (4), étant caractérisé en ce qu'il comprend: - au moins un organe (25) de translation de ladite sonde (4), permettant de faire varier sa distance à ladite pièce (3),

- des moyens (53) de palpage solidaires de ladite son-

de (4) pour contrôler ladite mise en coïncidence,

- des moyens (43) de rotation permettant de donner au-

dit axe (A) de la sonde (4) une direction voisine de

celle de ladite normale (N), et -

- des moyens (44) d'oscillation dudit axe (A) de la sonde (4) autour de cette direction, de façon à

achever ladite mise en coincidence.

2. Dispositif selon la revendication 1, ca-

ractérisé en ce qu'il comprend en outre d'autres orga-

nes (22a, 22b) de translation selon deux directions

orthogonales, pour réaliser ladite mise en colnciden-

ce.

3. Dispositif selon l'une quelconque des re-

vendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens (53) de palpage comportent au moins trois buses (57) calibrées, rendues solidaires de ladite sonde (4) et aptes à envoyer chacune un jet d'un même fluide sur ladite surface (2) au voisinage de ladite normale (N),

ladite mise en coincidence étant contrôlée par compa-

raison des pressions du fluide à la sortie des buses (57), ces pressions étant égales lorsque ladite mise

en coïncidence est réalisée.

4. Dispositif selon l'une quelconque des re-

vendications 1 à 3, caractérisé en ce que, l'extrémité (47) de la sonde (4) et ladite pièce (3) étant aptes à conduire l'électricité, des moyens (61) électriques reliant ladite extrémité (47) à cette pièce (3) sont

prévus pour vérifier un contact entre elles.

5. Dispositif selon l'une quelconque des re-

vendications 1 à 4, caractérisé en ce que, lesdits moyens (15) de support et de positionnement de ladite pièce (3) comportant: - des moyens (16) d'appui rendus solidaires d'organes

(18, 19) permettant leur rotation et leur transla-

tion selon un même axe (XIX), et

- des moyens (17) de maintien rendus solidaires des-

dits organes (18) permettant la rotation desdits moyens (16) d'appui,

lesdits moyens (43) de rotation permettent cette rota-

tion autour d'un autre axe (Y'Y) perpendiculaire audit

même axe (X'X).

6. Dispositif selon l'une quelconque des re-

vendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est porté

par une potence constituant lesdits moyens (6) de sup-

port de ladite sonde (4).

7. Dispositif selon l'une quelconque des re-

vendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est auto-

matisé.

8. Application du dispositif selon l'une

quelconque des revendications 1 à 7 aux mesures

d'épaisseurs de couches minces par rétrodiffusion d'électrons, ladite pièce (3) comportant au moins une couche mince (1) et ladite sonde (4) comportant: - une source (45) d'émission d'électrons, - un collimateur (46) muni d'une ouverture (47a) par

- laquelle les électrons sont envoyés sur ladite cou-

che mince (1), et

- des moyens (48) de détection des électrons rétrodif-

fusés par cette couche mince (1), fournissant des

informations qui, traitées par des moyens (27) élec-

troniques, permettent de déterminer l'épaisseur de

cette couche (1).

9. Application selon la revendication 8, ca-

ractérisée en ce que la source (45) d'électrons est

rendue solidaire dudit collimateur (46) par soudage.

10. Application selon l'une quelconque des

revendications 8 et 9, caractérisée en ce' que ledit

collimateur (46) est fait d'un alliage à base d'élé-

ments de numéros atomiques inférieurs ou égaux à celui

de l'aluminium.