Brevet FR2253253A1 — publié le 19750627

La présente invention a pour objet un dispositif comportant un porte-échantillon rotatif, inclinable et refroidi, utilisable sous vide ou sous atmosphère controlée. Elle a également pour objet l'application d'un tel dispositif aux appareils mettant en oeuvre un faisceau de particules chargées et principalement aux appareils d'érosion ionique. Un échantillon soumis à un bombardem#t ionique risque de s'échauffer et,s'il comporte des éléments susceptibles de se détériorer sous l'effet de la température, il est nécessaire de le refroidir. Comme cet échantillon est porté par une platine, il faut donc prévoir une bonne liaison thermique entre les deux et un refroidissement efficace de la surface extérieure de la platine qui porte l'échantillon. De plus, lors du bombardement ionique, l'expérience montre que l'état de surface de ltéchantillon érodé dépend de l'inclinaison de ce dernier par rapport à la direction du faisceau d'ions. Donc, pour obtenir une surface présentant un taux de défauts minimal, il faut pouvoir orienter 11 échantillon et par conséquent la platine qui le porte.Enfin, pour assurer une attaque uniforme sur toute la surface de l'échantillon, il est pratiquement indispensable que ce dernier tourne autour de son axe, donc que la platine soit entraînée en rotation, Ces trois fonctions, à savoir : l'inclinaison, la rotation, et le refroidissement du porte-échantillon doivent être assurés sous vide, ce qui complique considérablement le problème. la présente invention a pour but de résoudre ces difficultés et concerne un dispositif comportant un porte-échantillon réalisant toutes ces conditions. Elle a plus particulièrement pour objet un tel dispositif utilisable sous vide ou sous atmosphère contrôlez caractérisé en ce qu'il comporte : un caisson étanche comprenant un couvercle traversé par un passage rotatif, étanche, et refroidi dont une extrémité est entraînée en rotation au moyen d'un système dlentraSnement contenu à l'intérieur de ce caisson et dont autre extrémité, située à l'extérieur du caisson porte une platine solidaire à la fois des moyens d'entrainement et de refroidissement dudit passage ; un arbre orientable relié à des moyens assurant le pivotement de la platine autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de rotation de cette dernière. L'invention concerne également les appareils équipés d'un dispositif conforme à l'invention. L'invention sera mieux comprise à l'aide des explications qui vont suivre et des figures jointes parmi lesquelles la figure i illustre schématiquement les trois fonctions que doit réaliser le dispositif conforme à l'invention la figure 2 représente un tel dispositif la figure 3 est une vue de la figure 2 selon AA la figure 4 représente un détail agrandi de la figure 3 la figure 5 représente l'application d'un dispositif conforme à l'invention à un système d'érosion ionique la figure 6 représente schématiquement un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. Sur la figure 1 sont représentées les trois fonctions que doit pouvoir accomplir un dispositif porte-échantillon très schématiquement représenté sur cette figure par un cylindre 1 ayant une surface externe 2 destinée à recevoir l'échantillon non représenté, Cette surface 2 peut être, comme le montre le pointillé 22, située dans un plan normal à une direction donnée, par exemple à la direction dkn faisceau de particules chargées 3. Sialis selon l'invention, elle doit pouvoir être inclinée pour faire avec ce plan normal un angle d'incidence (a) réglable. Ce mouvement d'inclinaison est schématisé par la flèche 4. La surface 2 doit également pouvoir tourner autour dd son axe oy et ceci quelle que soit la valeur de son inclinaison, c'est-à-dire quelle que soit la valeur de (a) comme le montre la flèche 5.Enfin, elle doit etre refroidie par exemple au moyen d'une circulation de fluide dont l'entrée 6 et la sortie 7 sont schématisées sur la figure 1. ta figure 2 illustre un exemple de réalisation d'un dispositif porte-échantillon selon l'invention. Celui-ci comporte essentiellement une platine 20 destinée à porter au moins un échantillon à traiter (non représenté sur la figure). La platine 20 est rendue solidaire d'un passage étancho 21 rotatif, refroidi, d'un type couramment commercialisé. Ce passage 21 comporte entre autre deux cylindres concentriques 24 et 25 tels qu'un fluide de refroidissement puisse être amené à l'intérieur de l'un des cylindres, 24 par exemple, par un orifice 230 vers la platine et évacué dans l'espace situé entre le premier cylindre 24 et le cylindre extérieur 25 vers la sortie 240. Le mouvement de circulation de ce fluide est schématisé par les flèches 22 et 26.Il est assuré au niveau de la platine grâce a' un système de cloison 27 percée de trous 28 guidant le fluide. En léchant la surface extérieure 200 de cette platine 20, il entraine les calories. Si l'échantillon est solidaire thermiquement de cette platine, il sera lui-même refroidi. Un arbre orientable 30 dont l'axe est perpendiculaire à l'axe de rotation ou de la platine permet grtce à des moyens de pivotement non représentés sur la figure 2, drincliner la platine comme cela sera explicité ultérieurement. Le passage rotatif 21 est en trataé en rotation autour de son axe oy au moyen d'un système d'entrainement, tel qu'un jeu de pignons 400 accouplé à un moteur 401. Comme ce mouvement doit être essuré,soit sous vide,soit sous atmosphère contrôlée ce moteur 401 est positionné à l'intérieur d'un caisson étanche 402 fermé par un couvercle 403 muni dlarrivées étanches 404 de fluide et de courant.Ce couvercle 403 est traversé par le passage étanche 21 muni d'un système de joints 23. Le caisson 402 est refroidi au moyen d'un serpentin 405 dans lequel circule un fluide de refroidissement. te gaz, le plus souvent de l'air, emprisonné dans le caisson 402 assure un échange thermique entre le moteur 401 et la paroi refroidie du caisson 402. Be figure 3 est une vue de la figure 2 selon AA. Il s'agit d'une vue simplifiée où seuls les contours extérieurs des différents éléments ont été schématisés. Un premier moyen d'accrochage, un étrier 82, pour exemple solidaire du caisson 402 porte l'arbre 30 orientable autour de son axe ZZ1 grecs à des moyens de pivotement 80 et 81 comportant éventuellement des moyens de réglage et de blocage dont un mode de réalisation sera décrit ci-dessous selon le détail B de la figure 3. L'axe ZZ1 est de préférence situé dans le même plan que la surface extérieure 200 de la platine 20. Un second moyen d'accrochage, un étrier 79 par e#xemple, est solidaire des moyens de pivotement 80 et 81 et sert à l'adaptation du dispositif conforme à l'invention, à l'intérieur d'un appareil d'utilisation. Un exemple de réalisation des moyens de pivotement 80 et 81 est illustré sur la figure 4 qui correspond au détail B de la figure 3. L'arbre 30 est introduit dans les mors d'une pince 100. Celle-ci étant desserrée, la molette 83, en tant que moyen de réglage, permet de faire tourner autour de son axe l'arbre 30 qui entraine dans son mouvement le porte-échantillon jusqu'à ce que l'inclinaison de ce dernier corresponde à l'angle d'incidence (a) recherché. Un écrou de serrage 101 assure le blocage de l'ensemble dans la position choisie. La figure 5 illustre schématiquement le fonctionnement du dispositif porte-échantillon selon l'invention. L'ensemble des moyens de mise en rotation et de refroidissement de la platine contenus dans le caisson d'une port, et des moyens de pivotement de la platine d'autre part, est mis en place à l'intérieur d'une enceinte étanche appelée "enceinte à vide" dans la suite de la description mais dans laquelle peut également être maintenue une atmosphère contrôlée comprenant une chambre 72 fermée de manière étanche par une plaque-support 77 qui, entre autre, supporte une source de particules chargées 70, d'ions par exemple, fournissant un faisceau 71, à travers un cache 700. Ce faisceau est dirigé vers une cible 73 portée par la platine 20. Cette cible 73 est par exemple constituée par un échantillon 74 à éroder, collé soit directement sur la platine 20, soit sur un substrat 75 lui-même solidaire de la surface extérieure 200 de la platine 20. Des moyens de pompage non repré#sentés et seulement illustrés par la flèche 76, sont reliés à la chambre 72. La plaquesupport 77 comporte également des traversées étanches 78 pour amener les fluides et le courant. C'est à cette plaque-support 77 qu'est accroché l'étrier 79. Dans ces conditions, l'ensemble constitué par le caisson et les moyens de pivotement se trouve contenu à l'intérieur de l'enceinte à vide 600 constituée par la chambre 72 fermée par la plaque-support 77.Tous les branchements (fluide et courant) nécessaires au bon fonctionnement des moyens contenus dans le caisson sont réalisés à l'intérieur de la chambre 72 et du caisson 402 au moyen de tubes souples non représentés sur la figure. La platine étant préalablement inclinée selon l'incidence désirée comme le montre la flèche 90, grâce aux moyens de pivotement décrits précédemment, l'enceinte 600 est mise sous vide et durant toute l'opération de bombardement de la cible 73 par le faisceau 71, la platine est entratnéeen rotation et refroidie. Le caisson 402 étant étanche, il est possible obtenir le fonctionnement du porte-échantillon selon l'invention, dans une enceinte où règne une pression déterminée d'un gaz quelconque. Les applications d'un tel dispositif sont nombreuses car, comme cela a été démontré précédemment, la mise en rotation et le refroidissement de la platine sont possibles pour n'importe quelle valeur de l'inclinaison de celle-ci par rapport au faisceau. De plus, la source d'ions est solidaire de la plaque-support 77, et de la platine par l'intermédiaire des étriers et des moyens de pivotement ce qui assure un positionnement précis de l'un #oe rapport àI####quine r'sque pas autre modifié durant le fonctionnement de l'appareil. Dans l'exemple décrit précédemment, l'axe de la platine et l'axe de l'échantillon correspondant à celui du faisceau 71 sont confondus. Cette disposition permet de traiter un seul échantillon à la fois. Comme le montre la figure 6, mi on prévoit une platine 20 dont l'axe de rotation est excentré par rapport au faisceau 71 on peut, dans ces conditions, disposer sur cette platine un certain nombre de cibles 73, 733, etc ... Le passage rotatif 21, en tournant autour de son axe, fait défiler devant le faisceau 71, successivement, chacune de ces cibles. Si le moteur d'entrainement en rotation de la platine est un moteur pas à pas, il permet de traiter complètement un à un chacun des échantillons portés par la cible. Dans tous les cas, il est alors possible de traiter sans être obligé de refaire le vide à l'intérieur de l'enceinte 600 un grand nombre d'échantillons et ainsi d'augmenter la capacité de production. En donnant au faisceau d'ions une configuration géométrique particulière à l'aide d'un cache et en associant ce faisceau ainsi formé avec le porte-échantillon décrit, il est possible d'obtenir à partir d'une surface plane un profil de révolution de la forme choisie. REVEmDIGB"PIO#TS ---- 1 Dispositif comportant un porte-échantillon rotatif, inclinable et refroidi utilisable dans une enceinte étanche, caractérise en ce qu'il comprend un caisson étanche comprenant : un couvercle traversé par un passage ayant une première et une seconde extrémité respectivement situées de part et d'autre dudit couvercle, ladite première extrémité étant reliée à des moyens d'entrat- nement dudit passage autour de son axe de rotation, lesdits moyens d'entratnement étant situés à l'intérièur dudit caisson, ladite seconde extrémité étant solidaire d'une platine destinéé à porter au moins un éèhantillon ; des moyens de refroidissement de ladite platine ; des premiers moyens d'accrochage solidairesdudit caisson, supportant un arbre orientable relié à des moyens de pivotement assurant l'inclinaison de ladite platine par l'intermédiaire dudit arbre autour d'un axe de pivotement perpendiculaire audit axe de rotation ; des seconds moyens d'accrochege solidaires desdits moyens de pivotement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de pivotement comportent des moyens de réglage et des moyens de blocage dudit arbre orientable. 3. Dispositif selon l'une des revendications I et 2, caractérisé en ce que ledit axe de pivotement est dans le plan contenant la surface extérieure de ladite platine portant ledit échantillon. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit axe de rotation et l'axe dudit échantillon sont confondus. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2 et 3, carac térisé en ce que ledit axe de rotation et l'axe dudit échantillon sont décalés l'un par rapport à l'autre. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens d'entratnement sont constitués par un moteur électrique accouplé audit passage par un jeu de pignons. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit moteur fonctionne pas à pas. 8. Appareil du type comportant un#e enceinte reliée à des moyens agissant sur la pression régnant à l'intérieur de ladite enceinte, ladite enceinte étant fermée de manière étanche au moyen d'une plaque-support, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon l'une des revendications précédentes placé à l'intérieur de ladite enceinte et maintenu en place au moyen desdits seconds moyens d'accrochage rendus solidaires à la fois de ladite enceinte et desdits moyens de pivotement. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que une source de particules chargées est positionnée sur ladite plaquesupport, fournissant, en fonctionnement, à travers un cache soli daire de ladite plaque-support, un faisceau desdites particules dirigée à l'intérieur de# ladite enceinte vers au moins une cible posée sur ladite platine. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdites particules sont des ions, ladite enceinte est une enceinte à vide et ladite cible un échantillon capable d'être érodé sous l'action dudit faisceau.