FR2843801A1 - Emission spectrometer solid sample composition determination having luminous discharge source creating surface atom/ion plasma and optical collection unit having mechanism limiting collection volume along common focus axis. - Google Patents

Emission spectrometer solid sample composition determination having luminous discharge source creating surface atom/ion plasma and optical collection unit having mechanism limiting collection volume along common focus axis. Download PDF

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FR2843801A1 FR0210418A FR0210418A FR2843801A1 FR 2843801 A1 FR2843801 A1 FR 2843801A1 FR 0210418 A FR0210418 A FR 0210418A FR 0210418 A FR0210418 A FR 0210418A FR 2843801 A1 FR2843801 A1 FR 2843801A1
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/66Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence
    • G01N21/67Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence using electric arcs or discharges

Abstract

The emission spectrometer has a luminous discharge source creating a plasma of atoms (4) and ions from the surface (5). An optical component (11) collects the luminous radiation. A mechanism measures the distance between the sample external layer (1a) and the exposed surface (6). There is a mechanism (18) limiting the plasma in a limited collection volume (19) on the optical axis of common focus.

Description

La présente invention concerne une méthode de spectrométrie et unThe present invention relates to a spectrometry method and a

spectromètre d'émission à source à décharge luminescente pour la détermination de la composition d'un  glow discharge source emission spectrometer for determining the composition of a

échantillon solide.solid sample.

La spectrométrie d'émission à source à décharge luminescente (" Glow discharge spectroscopy " - GDS) est une  Glow discharge spectroscopy (GDS) emission spectrometry is a

technique rapide et efficace pour l'étude d'échantillons solides.  fast and efficient technique for studying solid samples.

L'échantillon solide à analyser constitue " la cathode " d'un  The solid sample to be analyzed constitutes "the cathode" of a

système à décharge lumineuse et est soumis à un bombardement 10 ionique.  light discharge system and is subjected to ion bombardment.

Les éléments arrachés à l'échantillon solide par ce bombardement pénètrent alors dans le plasma dont le gaz support est typiquement de l'argon. Ils sont alors le siège d'excitations résultant de collisions avec des électrons hautement énergétiques 15 ou avec des atomes d'argon métastables. L'excitation de ces éléments entraîne l'émission de radiations détectables. Ces radiations émises sont alors collectées, dispersées puis analysées spectroscopiquement afin de déterminer de manière quantitative la  The elements torn from the solid sample by this bombardment then penetrate into the plasma, the support gas of which is typically argon. They are then the seat of excitations resulting from collisions with highly energetic electrons or with metastable argon atoms. The excitation of these elements results in the emission of detectable radiation. These emitted radiations are then collected, dispersed and then analyzed spectroscopically in order to quantitatively determine the

composition élémentaire de l'échantillon.  elementary composition of the sample.

Le cratère qui naît de l'érosion de la surface de l'échantillon solide sous l'exposition au plasma a une profondeur qui évolue dans le temps. Ces mesures dépendantes du temps peuvent donc être reliées à une analyse transverse (en profondeur) de la  The crater which arises from the erosion of the surface of the solid sample under exposure to plasma has a depth which changes over time. These time-dependent measurements can therefore be linked to a transverse (in-depth) analysis of the

composition chimique de l'échantillon solide.  chemical composition of the solid sample.

Néanmoins, la détermination des éléments chimiques contenus dans le matériel enlevé par le plasma présuppose pour que l'on puisse dresser une telle analyse transverse, une résolution spatiale suffisante pour sonder des couches homogènes en profondeur. L'obtention d'une telle résolution en profondeur passe 30 donc par l'optimisation des paramètres de décharge (puissance, pression partielle du gaz support, tension appliquée,...) et se traduit par l'apparition d'un cratère présentant une certaine  Nevertheless, the determination of the chemical elements contained in the material removed by the plasma presupposes that one can draw up such a transverse analysis, a sufficient spatial resolution to probe homogeneous layers in depth. Obtaining such a resolution in depth therefore requires optimizing the discharge parameters (power, partial pressure of the support gas, applied voltage, etc.) and results in the appearance of a crater having a some

planéité de surface.surface flatness.

Les performances des spectromètres d'émission à source à 35 décharge luminescente actuels autorisent l'étude de films minces dans des conditions proches de l'analyse couche par couche. Des résolutions en profondeur de l'ordre du nanomètre ont ainsi été récemment rapportées [SHIMIZU K. et al.; Surf. Interface. Anal. 31  The performance of current glow discharge source emission spectrometers allows the study of thin films under conditions close to layer-by-layer analysis. In depth resolutions of the order of a nanometer have been recently reported [SHIMIZU K. et al .; Surf. Interface. Anal. 31

(2001) 869-873).(2001) 869-873).

Cependant, si à de telles résolutions en profondeur, le cratère 1 formé présente une planéité parfaite au centre 2 de la zone érodée, les bords 3 du cratère sont davantage creusés (Figure 1). Ces différences de profondeur entre les bords 3 du cratère et la zone centrale 2 peuvent atteindre des rapports 10 proches de 3/2. Il en résulte que des éléments provenant de  However, if at such depth resolutions, the crater 1 formed has perfect flatness at the center 2 of the eroded area, the edges 3 of the crater are more hollowed out (Figure 1). These differences in depth between the edges 3 of the crater and the central zone 2 can reach ratios 10 close to 3/2. As a result, elements from

couches plus profondes que celle de la zone érodée au centre 2 contribuent aux radiations émises par le plasma. Ces éléments constituent donc une source de radiations indésirable et perturbatrice pour l'analyse spectroscopique des éléments de la 15 couche étudiée, i.e. de la zone érodée au centre 2.  layers deeper than that of the eroded zone in center 2 contribute to the radiation emitted by the plasma. These elements therefore constitute an undesirable and disturbing source of radiation for the spectroscopic analysis of the elements of the layer studied, i.e. from the eroded zone to the center 2.

L'objectif de la présente invention est de proposer un spectromètre d'émission à source à décharge luminescente et une méthode de mesure, simples dans leur conception et dans leur mode opératoire permettant la détermination de la composition d'un 20 échantillon solide en profondeur et en temps réel avec une grande résolution en profondeur tout en résolvant le problème de la  The objective of the present invention is to provide a glow discharge source emission spectrometer and a measurement method, simple in their design and in their operating mode allowing the determination of the composition of a solid sample in depth and in real time with great depth resolution while solving the problem of

contribution indésirable des éléments des bords du cratère.  undesirable contribution of elements from the edges of the crater.

A cet effet, I'invention concerne un spectromètre d'émission à source à décharge luminescente pour la mesure d'un échantillon 25 solide comportant: - des moyens pour créer un plasma d'atomes et d'ions arrachés à une surface exposée de l'échantillon à analyser, ledit plasma ayant une section D, - un premier composant optique collectant les radiations 30 lumineuses émises par les atomes et les ions du plasma, et définissant un axe optique de collecte avec la fente d'entrée d'un système optique d'analyse, - un deuxième composant optique placé à ladite fente d'entrée recevant les radiations lumineuses, - des moyens pour mesurer la distance entre la couche externe de la surface exposée de l'échantillon et une surface de référence, ladite couche externe présentant une partie érodée plane au centre, - une unité de contrôle contrôlant recevant l'analyse spectroscopique desdites radiations lumineuses et la mesure de distance, et produisant des signaux, et  To this end, the invention relates to a glow discharge source emission spectrometer for the measurement of a solid sample comprising: - means for creating a plasma of atoms and ions torn from an exposed surface of the sample to be analyzed, said plasma having a section D, a first optical component collecting the light radiation emitted by the atoms and ions of the plasma, and defining an optical collection axis with the entry slit of an optical system analysis, - a second optical component placed at said input slot receiving the light radiation, - means for measuring the distance between the outer layer of the exposed surface of the sample and a reference surface, said outer layer having a planar eroded part in the center, a control unit controlling receiving spectroscopic analysis of said light radiations and measuring distance, and producing signals, and

- une unité de traitement des signaux produits par l'unité de 10 contrôle.  a unit for processing the signals produced by the control unit.

Selon l'invention, le spectromètre d'émission à source à décharge luminescente comprend des moyens pour délimiter dans le plasma un volume de collection limité transversalement des radiations lumineuses émises par les atomes et les ions, lesdits 15 moyens étant placés sur l'axe optique de collecte à un foyer  According to the invention, the emission spectrometer with a glow discharge source comprises means for delimiting in the plasma a collection volume limited transversely of the light radiations emitted by atoms and ions, said means being placed on the optical axis. collection at a home

commun du premier et deuxième composants optiques.  common of the first and second optical components.

Dans différents modes de réalisation possibles, la présente  In different possible embodiments, the present

invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre et qui devront être 20 considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons  The invention also relates to the characteristics which will emerge during the following description and which should be considered in isolation or in all their combinations.

techniquement possibles: - le premier composant optique conjugue les moyens pour délimiter un volume de collection limité transversalement avec le plasma, - le premier composant optique conjugue les moyens pour délimiter un volume de collection limité transversalement et le plan contenant la surface de l'échantillon, et lesdits moyens conjuguent le premier et le deuxième composants optiques, - le premier et deuxième composants optiques sont des 30 lentilles, - le premier et deuxième composants optiques sont des miroirs, - les moyens pour délimiter un volume de collection limité transversalement ont un diamètre d qui est inférieur à la section D 35 du plasma, - les moyens pour délimiter un volume de collection limité transversalement comprennent un diaphragme de champ, - le diamètre du diaphragme est égal au diamètre de ladite partie plane au centre de la zone érodée, - les moyens pour mesurer la distance entre la couche externe de la surface exposée de l'échantillon et la surface de référence comprennent un interféromètre à laser, - lesdits moyens pour créer un plasma d'atomes et d'ions  technically possible: - the first optical component combines the means to delimit a collection volume limited transversely with the plasma, - the first optical component combines the means to delimit a collection volume limited transversely and the plane containing the surface of the sample, and said means combine the first and second optical components, - the first and second optical components are lenses, - the first and second optical components are mirrors, - the means for delimiting a collection volume limited transversely have a diameter d which is less than the section D 35 of the plasma, - the means for delimiting a collection volume limited transversely comprises a field diaphragm, - the diameter of the diaphragm is equal to the diameter of said flat part at the center of the eroded area, means for measuring the distance between the outer layer of the exposed surface of the sample on and the reference surface comprise a laser interferometer, - said means for creating a plasma of atoms and ions

comprennent une anode ayant une extrémité tubulaire et la surface 10 de référence est une zone plane de ladite anode.  comprise an anode having a tubular end and the reference surface 10 is a planar area of said anode.

L'invention concerne également une méthode de spectrométrie pour la détermination de la composition d'un échantillon solide dans laquelle on forme un plasma d'atomes et d'ions arrachés à une zone exposée de l'échantillon. 15 Selon l'invention, (a) des moyens pour délimiter dans ledit plasma un volume limité transversalement de collection des radiations lumineuses émises par les atomes et les ions sont placés à un foyer commun d'un premier composant optique collectant lesdites 20 radiations émises et d'un deuxième composant optique placé à l'entrée d'un système optique d'analyse, ledit premier composant conjuguant lesdits moyens pour délimiter un  The invention also relates to a spectrometric method for determining the composition of a solid sample in which a plasma of atoms and ions torn from an exposed area of the sample is formed. According to the invention, (a) means for delimiting in said plasma a transversely limited volume of collection of light radiations emitted by atoms and ions are placed at a common focus of a first optical component collecting said emitted radiations and a second optical component placed at the input of an optical analysis system, said first component combining said means to delimit a

volume limité transversalement avec le plasma.  volume limited transversely with plasma.

(b) on analyse les radiations émises dans ledit volume de 25 collection avec ledit système optique d'analyse, (c) on mesure la distance entre la zone exposée et une surface de référence fixée pour déterminer la profondeur de la zone exposée,  (b) the radiation emitted in said collection volume is analyzed with said optical analysis system, (c) the distance between the exposed area and a fixed reference surface is measured to determine the depth of the exposed area,

(d) on réalise une corrélation entre l'analyse des radiations 30 émises et la profondeur mesurée.  (d) a correlation is made between the analysis of the radiation emitted and the depth measured.

Dans différents modes de réalisation possibles, la présente  In different possible embodiments, the present

invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons 35 techniquement possibles:  The invention also relates to the characteristics which will emerge during the following description and which should be considered in isolation or in all their technically possible combinations:

- les étapes (b), (c) et (d) sont réalisées en temps réel de manière continue ou périodique, - on procède avant la formation du plasma à une étape d'autocalibrage de la surface de référence fixée, -les moyens pour délimiter dans le plasma un volume limité transversalement de collection de radiations lumineuses comprennent un diaphragme de champ, - le premier et le deuxième composants optiques sont des lentilles, - le premier et le deuxième composants optiques sont des miroirs. L'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'un profil de 15 cratère obtenu dans un échantillon solide pour une résolution en profondeur optimum; - la figure 2 est une représentation schématique d'un spectromètre d'émission à source à décharge luminescente pour la mesure d'un échantillon, selon un premier mode de réalisation de 20 I'invention; - la figure 3 est une représentation schématique d'un spectromètre d'émission à source à décharge luminescente pour la mesure d'un échantillon, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. D'après la Figure 2, le spectromètre d'émission à source à décharge luminescente comporte des moyens pour créer un plasma 4 d'atomes et d'ions arrachés à une surface 5 exposée de l'échantillon 6 à analyser et un système optique d'analyse 7, les  steps (b), (c) and (d) are carried out in real time continuously or periodically, before proceeding with the formation of the plasma, a step of self-calibration of the fixed reference surface is carried out, the means for delimiting in the plasma a transversely limited volume of collection of light radiation comprises a field diaphragm, - the first and second optical components are lenses, - the first and second optical components are mirrors. The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a schematic representation of a crater profile obtained in a solid sample for optimum depth resolution; FIG. 2 is a schematic representation of a glow discharge source emission spectrometer for measuring a sample, according to a first embodiment of the invention; - Figure 3 is a schematic representation of a glow discharge source emission spectrometer for measuring a sample, according to a second embodiment of the invention. According to Figure 2, the emission spectrometer with glow discharge source comprises means for creating a plasma 4 of atoms and ions torn from an exposed surface 5 of the sample 6 to be analyzed and an optical system d analysis 7, the

deux étant contrôlés par une unité de contrôle 8.  two being controlled by a control unit 8.

Les moyens pour créer un plasma 4 d'atomes et d'ions comprennent un joint isolant 9 en céramique recevant une anode ayant une extrémité typiquement tubulaire 10, appelée par la suite " anode tubulaire ". D'autres formes d'extrémité d'anodes sont également possibles par exemple, ovodes. L'anode 10 définit une 35 chambre plasma juste au-dessus de l'échantillon 6 à analyser dont ledit joint isolant 9 est le support. L'échantillon solide constitue alors la cathode des moyens pour créer un plasma 4 d'atomes et d'ions. La partie supérieure de l'anode tubulaire 10 est fermée par un premier composant optique 11. Ce composant optique 11 placé 5 entre les moyens pour créer un plasma 4 d'atomes et d'ions et le système optique d'analyse 7 collecte les radiations lumineuses émises par les atomes et les ions du plasma 4. Il définit un axe optique de collecte 12 avec la fente d'entrée dudit système optique d'analyse 7. Un deuxième composant optique 13 est placé à ladite 10 fente d'entrée et reçoit les radiations lumineuses collectées par le  The means for creating a plasma 4 of atoms and ions comprise an insulating ceramic joint 9 receiving an anode having a typically tubular end 10, hereinafter called "tubular anode". Other end forms of anodes are also possible, for example, ovodes. The anode 10 defines a plasma chamber just above the sample 6 to be analyzed, of which said insulating joint 9 is the support. The solid sample then constitutes the cathode of the means for creating a plasma 4 of atoms and ions. The upper part of the tubular anode 10 is closed by a first optical component 11. This optical component 11 placed 5 between the means for creating a plasma 4 of atoms and ions and the optical analysis system 7 collects the radiation. light emitted by the atoms and ions of the plasma 4. It defines an optical collection axis 12 with the entry slit of said optical analysis system 7. A second optical component 13 is placed at said entry slit and receives light radiation collected by the

premier composant optique 11.first optical component 11.

Typiquement, les atomes de l'échantillon 6 à analyser sont arrachés par le plasma 4 crée. Ces atomes pénètrent dans le plasma 4 et sont alors le siège de collisions avec des électrons 15 hautement énergétiques ou avec des atomes d'argon (Ar)  Typically, the atoms of the sample 6 to be analyzed are torn off by the plasma 4 created. These atoms enter plasma 4 and are then the site of collisions with highly energetic electrons or with argon (Ar) atoms.

métastables. Suite à ces collisions, les atomes de l'échantillon sont excités et ils se désexcitent par émission optique, produisant ainsi une luminescence, i.e. l'émission de photons de longueurs d'onde données. L'intensité de ces radiations lumineuses est mesurée par 20 le système optique d'analyse 7.  metastable. Following these collisions, the atoms of the sample are excited and they de-excite by optical emission, thus producing luminescence, i.e. the emission of photons of given wavelengths. The intensity of these light radiations is measured by the optical analysis system 7.

Les premier et deuxième composants optiques (11, 13) sont, par exemple, des lentilles ou des miroirs. Dans un mode de réalisation (Figure 3), un premier miroir 11 placé à 45 face au plasma reçoit les radiations lumineuses émises par les atomes et 25 les ions du plasma 4 et les envoie sur un deuxième miroir 13 qui  The first and second optical components (11, 13) are, for example, lenses or mirrors. In one embodiment (FIG. 3), a first mirror 11 placed at 45 opposite the plasma receives the light radiation emitted by the atoms and the ions of the plasma 4 and sends them on a second mirror 13 which

focalise ledites radiations sur la fente d'entrée d'un système optique d'analyse 7. Dans la suite de la description, nous ne considérerons que des lentilles mais on comprend que le spectromètre de l'invention est inchangé si on remplace les 30 lentilles par des miroirs.  focuses said radiation on the entry slit of an optical analysis system 7. In the following description, we will only consider lenses but we understand that the spectrometer of the invention is unchanged if we replace the 30 lenses by mirrors.

L'érosion de la surface 5 de l'échantillon 6 sous l'effet du plasma 4 donne naissance à un cratère 1 dans ledit échantillon. La profondeur de ce cratère 1 s'accroît avec le temps d'érosion, i.e. avec le temps d'exposition de la surface au plasma 4. Des moyens 35 permettent donc de mesurer la distance entre la couche externe la de la surface exposée de l'échantillon 6 et une surface de  The erosion of the surface 5 of the sample 6 under the effect of the plasma 4 gives rise to a crater 1 in the said sample. The depth of this crater 1 increases with the time of erosion, ie with the time of exposure of the surface to the plasma 4. Means 35 therefore make it possible to measure the distance between the outer layer la of the exposed surface of l sample 6 and an area of

référence 14.reference 14.

La profondeur du cratère 1 est mesurée dans un mode de  The depth of crater 1 is measured in a mode of

réalisation préféré, en temps réel, en utilisant un interféromètre à 5 laser. Cet interféromètre produit deux faisceaux laser 15, 16 à partir d'une source unique. Un premier faisceau laser 16 est envoyé directement sur la surface du cratère 1, i.e. sur la couche externe la de la surface exposée de l'échantillon et le second faisceau laser 15 (le faisceau de référence) est envoyé sur une 10 surface de référence déterminée 14.  preferred embodiment, in real time, using a laser interferometer. This interferometer produces two laser beams 15, 16 from a single source. A first laser beam 16 is sent directly to the surface of the crater 1, ie to the outer layer la of the exposed surface of the sample and the second laser beam 15 (the reference beam) is sent to a determined reference surface 14.

Les faisceaux laser réfléchis par ces surfaces sont alors recombinés pour former un diagramme d'interférence qui est utilisé pour mesurer la distance séparant la couche externe de ladite  The laser beams reflected by these surfaces are then recombined to form an interference diagram which is used to measure the distance separating the outer layer from said

surface exposée la et la surface de référence 14.  exposed surface 1a and reference surface 14.

La surface de référence 14 est avantageusement une zone plane de l'anode tubulaire 10 servant à créer un plasma 4 d'atomes  The reference surface 14 is advantageously a flat area of the tubular anode 10 used to create a plasma 4 of atoms

et d'ions.and ions.

La détermination de ladite distance peut être réalisée en temps réel au moyen d'une unité de traitement 17. Cette unité de 20 traitement 17 reçoit les signaux produits par l'unité de contrôle 8 qui gère le spectromètre d'émission à source à décharge luminescente et l'interféromètre à laser. L'unité de traitement 17  The determination of said distance can be carried out in real time by means of a processing unit 17. This processing unit 17 receives the signals produced by the control unit 8 which manages the emission spectrometer with glow discharge source and the laser interferometer. The processing unit 17

est dans un mode de réalisation préféré un ordinateur.  is in a preferred embodiment a computer.

L'analyse de l'échantillon est conduite après optimisation de 25 la résolution en profondeur de sorte que ladite couche externe la présente une partie érodée parfaitement plane au centre 2 et avec le temps d'exposition des bords 3 qui se creusent davantage  The analysis of the sample is carried out after optimization of the depth resolution so that the said outer layer presents it with an eroded part which is perfectly flat at the center 2 and with the exposure time of the edges 3 which widen further.

(Figure 1).(Figure 1).

Comme expliqué plus haut, les éléments contenus dans le 30 matériel prélevé par le plasma 4 proviennent donc schématiquement de deux régions différentes de l'échantillon. Des premiers éléments sont issus des bords 3 du cratère 1 alors que  As explained above, the elements contained in the material sampled by the plasma 4 therefore schematically come from two different regions of the sample. The first elements come from the edges 3 of the crater 1 while

des seconds éléments sont issus de la partie centrale plane 2.  second elements come from the flat central part 2.

Les premiers éléments proviennent de couches de 35 I'échantillon 6 plus profondes que celles des seconds éléments. Il en résulte que ces premiers éléments vont émettre des radiations qui vont venir perturber la mesure de la composition chimique élémentaire de la couche étudiée, i.e. celle constituant la partie  The first elements come from layers of the sample 6 deeper than those of the second elements. It follows that these first elements will emit radiation which will disturb the measurement of the elementary chemical composition of the layer studied, i.e. that constituting the part

plane au centre 2.hovers in the center 2.

Néanmoins, ces premiers éléments se trouvent  However, these first elements are found

majoritairement à la périphérie du plasma 4 d'atomes et d'ions. Le but de l'invention est donc de recueillir essentiellement les radiations émises à l'intérieur du plasma 4 afin de collecter préférentiellement des informations provenant de la partie plane au 10 centre 2 du cratère 1.  mainly at the periphery of the plasma 4 of atoms and ions. The object of the invention is therefore to collect essentially the radiation emitted inside the plasma 4 in order to preferentially collect information originating from the plane part at the center 2 of the crater 1.

Selon l'invention, le spectromètre d'émission à source à  According to the invention, the emission spectrometer with source at

décharge luminescente comporte donc des moyens 18 pour délimiter dans le plasma 4 un volume de collection 19 limité transversalement des radiations lumineuses émises par les atomes 15 et les ions.  glow discharge therefore comprises means 18 for delimiting in the plasma 4 a collection volume 19 limited transversely of the light radiations emitted by the atoms 15 and the ions.

On entend par " volume de collection limité  By "limited collection volume"

transversalement ", le volume défini dans le plasma par lesdits moyens 18 et qui est limité, dans son extension spatiale, de part et d'autre d'un axe principal dudit plasma 4, i.e. transversalement à 20 cet axe.  transversely ", the volume defined in the plasma by said means 18 and which is limited, in its spatial extension, on either side of a main axis of said plasma 4, i.e. transversely to this axis.

Ces moyens sont placés sur l'axe optique de collecte 12 à un  These means are placed on the optical collection axis 12 at a

foyer commun de la première 11 et deuxième lentilles 13 optiques.  common focus of the first 11 and second optical lenses 13.

La première lentille 11 conjugue lesdits moyens 18 pour délimiter un volume de collection avec le plasma 4. Avantageusement, ces 25 moyens 18 permettent de définir un volume de collection 19 limité  The first lens 11 combines said means 18 to define a collection volume with the plasma 4. Advantageously, these means 18 make it possible to define a limited collection volume 19

transversalement à l'intérieur du plasma 4 qui ne contienne pas les atomes et les ions situés à la périphérie dudit plasma 4. Les moyens 18 pour délimiter un volume de collection ont donc un diamètre d qui est inférieur à la section D du plasma, avec D égale 30 à la section de l'anode tubulaire 10.  transversely inside the plasma 4 which does not contain the atoms and ions located at the periphery of said plasma 4. The means 18 for delimiting a collection volume therefore have a diameter d which is less than the section D of the plasma, with D equals 30 to the section of the tubular anode 10.

Les moyens 18 pour délimiter un volume de collection comprennent par exemple un diaphragme de champ. Dans un mode de réalisation préféré, la première lentille optique 11 conjugue les moyens 18 pour délimiter un volume de collection et le plan 35 contenant la surface de l'échantillon 6, et lesdits moyens conjuguent la première 11 et la deuxième 13 lentilles optiques. Le diamètre du diaphragme est alors avantageusement pris égal au diamètre de ladite partie plane au centre 2 de la zone érodée. En diaphragmant directement la partie centrale 2 de la zone érodée et 5 donc la couche dont on cherche à analyser la composition élémentaire, la contribution des radiations émises par les éléments  The means 18 for delimiting a collection volume comprise for example a field diaphragm. In a preferred embodiment, the first optical lens 11 combines the means 18 for defining a collection volume and the plane 35 containing the surface of the sample 6, and said means combines the first 11 and the second 13 optical lenses. The diameter of the diaphragm is then advantageously taken equal to the diameter of said flat part at the center 2 of the eroded area. By directly diaphragming the central part 2 of the eroded zone and therefore the layer whose elemental composition we are trying to analyze, the contribution of the radiations emitted by the elements

provenant des bords du cratère est très sensiblement amoindrie.  coming from the edges of the crater is very noticeably lessened.

L'invention concerne également une méthode de spectrométrie pour la détermination de la composition d'un 10 échantillon solide 6 dans laquelle on forme un plasma 4 d'atomes et d'ions arrachés à une zone exposée de l'échantillon 6. Le plasma 4 est crée dans une chambre à plasma formée par une anode ayant une extrémité typiquement tubulaire 10 portée par un  The invention also relates to a spectrometric method for determining the composition of a solid sample 6 in which a plasma 4 of atoms and ions torn from an exposed area of the sample 6 is formed. The plasma 4 is created in a plasma chamber formed by an anode having a typically tubular end 10 carried by a

joint isolant 9 en céramique.insulating seal 9 in ceramic.

Selon l'invention, des moyens 18 pour délimiter dans le  According to the invention, means 18 for delimiting in the

plasma un volume de collection 19 limité transversalement des radiations lumineuses émises par les atomes et les ions sont placés à un foyer commun d'une première lentille optique 11 collectant lesdites radiations émises et d'une deuxième lentille 20 optique 13 placée à l'entrée d'un système optique d'analyse 7.  plasma a collection volume 19 limited transversely of the light radiations emitted by the atoms and the ions are placed at a common focus of a first optical lens 11 collecting said emitted radiations and of a second optical lens 20 placed at the entrance of '' an optical analysis system 7.

Ladite première lentille 11 conjugue lesdits moyens 18 pour délimiter un volume limité transversalement avec le plasma 4 ou avec le plan contenant la surface 5 de l'échantillon 6. Dans ce dernier mode de réalisation, le diamètre du diaphragme est 25 avantageusement pris égal au diamètre de ladite partie plane au  Said first lens 11 combines said means 18 to delimit a volume limited transversely with the plasma 4 or with the plane containing the surface 5 of the sample 6. In this latter embodiment, the diameter of the diaphragm is advantageously taken equal to the diameter from said flat part to

centre 2 de la zone érodée.center 2 of the eroded area.

On collecte les radiations émises dans ledit volume de collection 19 et on les analyse avec ledit système optique 7 d'analyse. Afin de réaliser un profil de la composition chimique de 30 I'échantillon solide en fonction de la profondeur, on mesure la distance entre la zone exposée la au plasma 4 et une surface de référence déterminée 14. La surface de référence 14 est avantageusement une zone plane de l'anode tubulaire 10 servant à créer le plasma d'atomes et d'ions. De manière additionnelle cette zone plate 14 est située sur l'anode 10 hors d'atteinte du plasma 4  The radiation emitted in said collection volume 19 is collected and analyzed with said optical analysis system 7. In order to produce a profile of the chemical composition of the solid sample as a function of the depth, the distance between the zone exposed to the plasma 4 and a determined reference surface 14 is measured. The reference surface 14 is advantageously a zone plane of the tubular anode 10 used to create the plasma of atoms and ions. Additionally, this flat area 14 is located on the anode 10 out of reach of the plasma 4

et ne peut donc être affectée par celui-ci.  and therefore cannot be affected by it.

La profondeur du cratère 1 est mesurée dans un mode de réalisation préféré, en temps réel, en utilisant un interféromètre à 5 laser. Cette détermination de la profondeur du cratère 1 peut être réalisée de manière continue ou périodique. On réalise enfin une corrélation entre l'analyse des radiations émises et la profondeur mesurée au moyen d'une unité de traitement 17 qui par exemple  The depth of crater 1 is measured in a preferred embodiment, in real time, using a laser interferometer. This determination of the depth of the crater 1 can be carried out continuously or periodically. Finally, a correlation is made between the analysis of the radiation emitted and the depth measured by means of a processing unit 17 which, for example

est un ordinateur.is a computer.

Comme l'anode 10 peut varier, la distance initiale séparant la surface de référence 14 de la surface 5 de l'échantillon non traitée n'est pas déterminée dans le temps une fois pour toutes. On procède donc avant la formation du plasma 4 à une étape d'autocalibrage de la surface de référence 14. Cette étape est 15 effectuée lorsque l'échantillon est mise en place sur le joint isolant 9 en céramique. On réalise alors un diagramme de diffraction pour un cratère de profondeur nulle, i.e. un échantillon non encore exposé à un plasma. En utilisant un logiciel type tel que quantum pour opérer le spectromètre 7, on peut profiter du temps 20 nécessaire à la purge de la chambre à décharge (typiquement de  As the anode 10 can vary, the initial distance separating the reference surface 14 from the surface 5 of the untreated sample is not determined over time once and for all. Before the formation of the plasma 4, a self-calibration step of the reference surface 14 is therefore carried out. This step is carried out when the sample is placed on the insulating seal 9 made of ceramic. A diffraction diagram is then produced for a crater of zero depth, i.e. a sample not yet exposed to a plasma. By using standard software such as quantum to operate the spectrometer 7, one can take advantage of the time required to purge the discharge chamber (typically of

à 60 s) pour effectuer cette mesure.  60 s) to perform this measurement.

Claims (16)

REVENDICATIONS 1. Spectromètre d'émission à source à décharge luminescente pour la mesure d'un échantillon solide comportant: - des moyens pour créer un plasma (4) d'atomes et d'ions arrachés à une surface (5) exposée de l'échantillon (6) à analyser, ledit plasma (4) ayant une section D, - un premier composant optique (11) collectant les radiations lumineuses émises par les atomes et les ions du plasma (4), 10 et définissant un axe optique (12) de collecte avec la fente d'entrée d'un système optique d'analyse (7), - un deuxième composant optique (13) placé à ladite fente d'entrée recevant les radiations lumineuses, - des moyens pour mesurer la distance entre la couche externe 15 (la) de la surface exposée de l'échantillon (6) et une surface de référence (14), ladite couche externe (la) présentant une partie érodée plane au centre, - une unité de contrôle (8) contrôlant recevant l'analyse spectroscopique desdites radiations lumineuses et la mesure 20 de distance, et produisant des signaux, - une unité de traitement (17) des signaux produits par l'unité de contrôle (8), caractérisé en ce que le spectromètre d'émission comprend des moyens (18) pour 25 délimiter dans le plasma (4) un volume de collection (19) limité transversalement des radiations lumineuses émises par les atomes et les ions, lesdits moyens (18) étant placés sur l'axe optique (12) de collecte à un foyer commun du premier  1. Emission spectrometer with glow discharge source for measuring a solid sample comprising: - means for creating a plasma (4) of atoms and ions torn from an exposed surface (5) of the sample (6) to be analyzed, said plasma (4) having a section D, - a first optical component (11) collecting the light radiation emitted by the atoms and ions of the plasma (4), 10 and defining an optical axis (12) collecting with the entry slit of an optical analysis system (7), - a second optical component (13) placed at said entry slit receiving the light radiation, - means for measuring the distance between the layer external 15 (la) of the exposed surface of the sample (6) and a reference surface (14), said external layer (la) having a plane eroded part in the center, - a control unit (8) controlling receiving spectroscopic analysis of said light radiations and distance measurement, and produced isolating signals, a processing unit (17) for the signals produced by the control unit (8), characterized in that the emission spectrometer comprises means (18) for delimiting in the plasma (4) a collection volume (19) limited transversely of the light radiations emitted by atoms and ions, said means (18) being placed on the optical axis (12) for collection at a common focus of the first (11) et deuxième (13) composants optiques.  (11) and second (13) optical components. 2. Spectromètre d'émission selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier composant (11) optique conjugue les moyens (18) pour délimiter un volume de collection limité  2. Emission spectrometer according to claim 1, characterized in that the first optical component (11) combines the means (18) to delimit a limited collection volume transversalement avec le plasma (4).  transversely with the plasma (4). 3. Spectromètre d'émission selon la revendication 1, 35 caractérisé en ce que le premier composant optique (11) conjugue les moyens (18) pour délimiter un volume de collection limité transversalement et le plan contenant la surface (5) de l'échantillon (6), et lesdits moyens conjuguent le premier (11) et le deuxième  3. Emission spectrometer according to claim 1, characterized in that the first optical component (11) combines the means (18) for delimiting a collection volume limited transversely and the plane containing the surface (5) of the sample (6), and said means combine the first (11) and the second (13) composants optiques.(13) optical components. 4. Spectromètre d'émission selon l'une quelconque des  4. Emission spectrometer according to any one of revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier (11) et le  Claims 1 to 3, characterized in that the first (11) and the deuxième (13) composants optiques sont des lentilles.  second (13) optical components are lenses. 5. Spectromètre d'émission selon l'une quelconque des  5. Emission spectrometer according to any one of revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier (11) et le 10 deuxième (13) composants optiques sont des miroirs.  Claims 1 to 3, characterized in that the first (11) and the second (13) optical components are mirrors. 6. Spectromètre d'émission selon l'une quelconque des  6. Emission spectrometer according to any one of revendications I à 5, caractérisé en ce que les moyens (18) pour délimiter un volume de collection (19) limité transversalement ont  Claims I to 5, characterized in that the means (18) for delimiting a collection volume (19) limited transversely have un diamètre d qui est inférieur à la section D du plasma (4).  a diameter d which is less than the section D of the plasma (4). 7. Spectromètre d'émission selon l'une quelconque des  7. Emission spectrometer according to any one of revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens (18) pour délimiter un volume de collection (19) comprennent un diaphragme  Claims 1 to 6, characterized in that the means (18) for delimiting a collection volume (19) comprise a diaphragm de champ.field. 8. Spectromètre d'émission selon les revendications 3 à 5 et 20 7, caractérisé en ce que le diamètre du diaphragme est égal au  8. Emission spectrometer according to claims 3 to 5 and 20 7, characterized in that the diameter of the diaphragm is equal to diamètre de ladite partie plane au centre de la zone érodée.  diameter of said flat part at the center of the eroded area. 9. Spectromètre d'émission selon l'une quelconque des  9. Emission spectrometer according to any one of revendications I à 8, caractérisé en ce que les moyens pour mesurer la distance entre la couche externe (la) de la surface 25 exposée de l'échantillon (6) et la surface de référence (14)  Claims I to 8, characterized in that the means for measuring the distance between the external layer (la) of the exposed surface of the sample (6) and the reference surface (14) comprennent un interféromètre à laser.  include a laser interferometer. 10. Spectromètre d'émission selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens (18) pour créer un plasma d'atomes et d'ions comprennent une anode ayant une extrémité 30 tubulaire (10) et la surface de référence (14) est une zone plane de  10. Emission spectrometer according to claim 9, characterized in that said means (18) for creating a plasma of atoms and ions comprises an anode having a tubular end (10) and the reference surface (14) is a flat area of ladite anode.said anode. 11. Méthode de spectrométrie pour la détermination de la composition d'un échantillon solide dans laquelle on forme un plasma (4) d'atomes et d'ions arrachés à une zone exposée de 35 l'échantillon (6), caractérisée en ce que, (a) des moyens (18) pour délimiter dans ledit plasma (4) un volume de collection (19) limité transversalement des radiations lumineuses émises par les atomes et les ions 5 sont placés à un foyer commun d'un premier composant  11. Spectrometric method for determining the composition of a solid sample in which a plasma (4) of atoms and ions torn from an exposed area of the sample (6) is formed, characterized in that , (a) means (18) for delimiting in said plasma (4) a collection volume (19) limited transversely of the light radiations emitted by the atoms and the ions 5 are placed at a common focus of a first component optique (11) collectant lesdites radiations émises et d'un deuxième composant optique (13) placé à l'entrée d'un système optique d'analyse (7) , ledit premier composant (11) optique conjuguant lesdits moyens (18) pour délimiter 10 un volume limité transversalement avec le plasma (4).  optical (11) collecting said emitted radiation and a second optical component (13) placed at the entrance of an optical analysis system (7), said first optical component (11) combining said means (18) to delimit 10 a volume limited transversely with the plasma (4). (b) on analyse les radiations émises dans ledit volume (19) de collection avec ledit système optique d'analyse (7), (c) on mesure la distance entre la zone exposée (la) et une surface de référence (14) fixée pour déterminer la 15 profondeur de la zone exposée, (d) on réalise une corrélation entre I'analyse des radiations  (b) the radiation emitted in said collection volume (19) is analyzed with said optical analysis system (7), (c) the distance between the exposed area (la) and a fixed reference surface (14) is measured to determine the depth of the exposed area, (d) a correlation is made between the radiation analysis émises et la profondeur mesurée.emitted and the depth measured. 12. Méthode selon la revendication 11 caractérisée en ce que  12. Method according to claim 11 characterized in that les étapes (b), (c) et (d) sont réalisées en temps réel de manière 20 continue ou périodique.  steps (b), (c) and (d) are carried out in real time continuously or periodically. 13. Méthode selon les revendications 11 ou 12, caractérisée  13. Method according to claims 11 or 12, characterized en ce qu'on procède avant la formation du plasma (4) à une étape  in that one proceeds before the formation of the plasma (4) to a stage d'autocalibrage de la surface de référence (14) fixée.  autocalibration of the fixed reference surface (14). 14. Méthode selon l'une quelconque des revendications 11 à 25 13, caractérisée en ce que les moyens (18) pour délimiter dans le  14. Method according to any one of claims 11 to 25 13, characterized in that the means (18) for delimiting in the plasma un volume limité transversalement de collection de  plasma a transversely limited volume of collection of radiations lumineuses comprennent un diaphragme de champ.  light radiation includes a field diaphragm. 15. Méthode selon l'une quelconque des revendications 11 à  15. Method according to any one of claims 11 to 14, caractérisée en ce que le premier (11) et le deuxième (13) 30 composants optiques sont des lentilles.  14, characterized in that the first (11) and the second (13) optical components are lenses. 16. Méthode selon l'une quelconque des revendications 11 à  16. Method according to any one of claims 11 to 14, caractérisée en ce que le premier (11) et le deuxième (13)  14, characterized in that the first (11) and the second (13) composants optiques sont des miroirs.  optical components are mirrors.
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