Brevet FR2503351A1 — publié le 19821008

la présente invention concerne un perfectionne- ment pour un dispositif de mesure d'épaisseur de couche mince au moyen d'un rayonnement X de fluorescence, et elle vise en particulier à minimiser la variation de l'in- tensité détectée en fonction de la distance entre un dé- tecteur et un échantillon. De façon générale, un dispositif de mesure d'épaisseur de couche mince au moyen d'un rayonnement X de fluorescence, représenté sur la figure 1, comporte une source de rayonnement 1 qui est constituée par exemple par un tube à rayons X destiné à générer un rayonnement X d'excitation "X", un obturateur 2 destiné à commander le passage du rayonnement d'excitation "X", un collimateur 3 destiné à focaliser le rayonnement X d'excitation "X", une table porte-échantillon 4, un échantillon "S" à partir duquel un rayonnement X de fluorescence "R" est rayonné sous l'effet de l'application du rayonnement d'excitation "X", l'échantillon "S" étant placé sur la table de support 4, et un détecteur 5 destiné à recevoir le rayonnement X de fluorescence "R". Le détecteur 5 peut 9tre par exemple un compteur proportionnel et il est conçu de façon à me- surer l'épaisseur d'une couche mince de l'échantillon "S". Naturellement, le signal de sortie du détecteur est appliqué à un circuitde calcul (non représenté) et le résultat du calcul est présenté par un dispositif ap- propriée Cependant, avec la configuration décrite ci-des- sus, du fait que la taille de l'échantillon "S" n'est pas constante, cet échantillon charge nécessairement de posi- tion vers le haut ou vers le bas, comme le montre la figu- re 1. Par conséquent, l'intensité du rayonnement X de fluorescence que détecte le détecteur 5 varie de façon in- versement proportionnelle au carré de la distance entre le détecteur 5 et l'échantillon "S", du fait que la dis- 355 tance entre le détecteur 5 et l'échantillon "S" varie à cause du changement de position vers le haut ou vers le bas. Simultanément, langle d'incidence e du rayonnement X de fluorescence par rapport au détecteur 5 varie. Dans ce cas, du fait que le détecteur 5 comporte une ouverture a pour recevoir un rayonnement X, la sensibilité de dé- tection du rayonnement X varie de la manière représentée sur les figures 2 (a), 2 (b)0 Le détecteur 5 a une sensi- bilité de détection du rayonnement X élevée lorsque l'échan- tillon est positionné vers le bas, comme il est représenté sur la figure 2 (a), ce qui fait que l'angle d'incidence e1 est élevé, car la région Z1 qui reçoit un rayonnement X de fluorescence "R1" à partir de l'échantillon Si est alors grande. Lorsque l'échantillon "S2" est positionné vers le haut, comme il est représenté sur la figure 2 (b), ce qui fait que l'angle d'incidence G2 est faible, la ré- gion Z2 qui reçoit un rayonnement X de fluorescence "R " 2 2 devient plus petite, et la sensibilité de détection du détecteur 5 est alors faible. Du fait que la région destinée à recevoir le rayonnement X à travers l'ouverture du détecteur 7 varie en fonction de l'angle d'incidence G, et du fait que la sensibilité est approximativement proportionnelle à l'aire de cette région, la relation entre l'intensité du rayon- nement X détecté et la position de l'échantillon "S" dans la direction verticale, c'est-à-dire la distance verticale de l'échantillon "S" par rapport au détecteur 5, est celle qui est représentée sur la figure 3. Ainsi, lorsque l'échan- tillon est positionné vers le haut (la distance entre l'échantillon "S" et le détecteur 5 est la plus faible), la sensibilité de la détection est diminuée, du fait que l'intensité du rayonnement X augmente conformément à la loi en carré, tandis que l'angle d'incidence "e"est faible. D'autre part, lorsque l'échantillon est positionné plus bas, du fait que la variation de l'intensité du rayonnement X est compen.séepar la variation de la position relative du détecteur 5, on obtient la caractéristique représentée par la courbe ayant une valeur maximale locale "Xp"0 Si l'échantillon "S" se trouve a la position qui correspond à la valeur maximale locale "Xp" de la courbe d'intensité du rayonnement X détecté, il est évident que la variation de l'intensité de la détection par rapport à la variation de la distance verticale devient minimale. Cependant, du fait que le dispositif classique ne comporte aucun moyen de réglage, il est impossible de minimiser la variation du rayonnement X détecté. L'invention vise à faire disparaître les incon- vénients mentionnés ci-dessus et elle a pour but de réali- ser un dispositif de mesure d'épaisseur de couche mince utilisant un rayonnement X de fluorescence dans lequel on fait varier la direction de l'ouverture dirigée vers un échantillon, par la rotation du détecteur. Il est possible d'effectuer le réglage de telle manière que la position fixée pour l'échantillon coïncide avec la valeur maximale locale de l'intensité du rayonnement X détecté, et que la plage de variation de l'intensité du rayonnement X détecté en fonction de la variation verticale de la position de l'échantillon soit minimale. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique en vue de côté d'un dispositif de mesure d'épaisseur de couche mince du type auquel se rapporte l'invention, Les figures 2 (a), 2 (b) illustrent la variation de la sensibilité d'un détecteur de la figure 1, et la figure 2 (a) correspond au cas dans lequel un échantillon est à la position inférieure, tandis que la figure 2 (b) correspond au cas dans lequel l'échantillon est à la posi- tion supérieure, La figure 3 représente une courbe caractéristique de la détection montrant la sensibLité au rayonnement X en fonction de la distance par rapport à l'échantillon, la figure 4 est une vue en perspective du détec- teur de l'invention, et La figure 5 est un graphique montrant la varia- tion de la position du maximum sous l'effet de la rotation du détecteur. La figure 4 représente un mode de réalisation préféré d'un détecteur conforme à l'invention, dans lequel une ouverture 5a, destinée à recevoir le rayonnement X, est définie dans une partie de la région périphérique d'un détecteur cylindrique 5, et un préamplificateur 6 est intégré à une extrémité du détecteur. Lorsque le dé- tecteur 5 et le préamplificateur 6 sont fixés au bâti d'un dispositif de mesure-d'épaisseur de couche mince (non re- présenté), si on fait tourner le préamplificateur 6, en utilisant ce dernier comme levier, le détecteur 5 tourne également en m9me temps et on peut régler la direction de l'ouverture 5a par rapport à l'échantillon. Dans ce cas, si on fait tourner le préamplifica- teur dans la direction indiquée par la flèche A de la fi- gure 4, le détecteur 5 tourne dans la direction de la flè- che B, ce qui fait que la position de l'ouverture 5a passe de la position 5a à la position 5a' sur la figure 5. Du fait du mouvement de l'ouverture 5a, la variation de la région du détecteur 5 dans laquelle pénètre le rayonnement X correspond au passage de Za à Za', sous l'effet du mou- vement vertical de l'échantillon S. Ainsi, lorsqu'on dé- place l'échantillon dans la direction verticale entre S. et S2. si on fait tourner l'ouverture 5a de façon à la placer de la manière indiquée en 5a', la variation de la région qui reçoit le rayonnement X est augmentée, du fait qu'elle passe de Za à Za'. Simultanément, une autre ouver- ture 5b vient également en 5b'. Cependant, comme le montre la figure, la différence de variation qui résulte du dépla- cement vertical de l'échantillon est très faible, ce qui fait qu'on peut négliger cette différence0 Par conséquent, lorsqu'on fait tourner le détec- teur 5 dans la direction indiquée par la flèche B, la va- riation de la région du détecteur dans laquelle pénètre le rayonnement X, sous l'effet du mouvement vertical de l'échantillon, correspond au passage de Za à Zat, ce qui fait que le dégré d'annulation (proportionnel à la valeur de Za et Za') de l'augmentation de l'intensité du rayonne- ment X qui résulte du changement de position de l'échan- tillon, de Si à S2, devient élevé. Il en résulte que la courbe qui représente l'intensité du rayonnement X détecté passe de la courbe tracée en trait continu à la courbe tracée en pointillés, et la valeur maximale locale passe de Xp à Xp', ce qui correspond à une position inférieure de l'échantillon S (distance plus élevée). Bien entendu, lorsqu'on fait tourner le détec- teur 5 dans la direction opposée à la flèche de la figure 4, le maximum local se déplace au contraire vers la gauche sur l'axe de distance de la figure 3. Par conséquent, dans le cas o le détecteur 5 est monté sur le bâti de l'appareil (non représenté)e lors- qu'on fait tourner correctement ce détecteur pour obtenir des données en tenant compte de la variation de la hauteur de l'échantillon S, il est possible de le régler de telle manière que l'intensité du rayonnement X détecté ait une valeur maximale à la position en hauteur fixée pour l'échantillon S. Comme décrit ci-dessus et conformément à l'inven- tion, du fait que le dispositif est conçu de façon à per- mettre de régler la distance entre le détecteur et l'échan- tillon (la position de l'échantillon) de telle manière que l'intensité du rayonnement X de fluorescence qui est dé- tecté prenne une valeur maximale, on peut compenser l'écart de la position du porte-échantillon du dispositif de mesure d'épaisseur.de couche mince, c'est-à-dire l'écart de la position de l'échantillon par rapport à sa position nomina- le. Il en résulte qu'on obtient un dispositif de mesure d'épaisseur de couche mince utilisant un rayonnement X de fluorescence qui est capable de réduire au minimum la variation de l'intensité du rayonnement X détecté. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATION Dispositif de mesure d'épaisseur de couche mince par un rayonnement X de fluorescence, comprenant une source de rayonnement destinée à générer un rayonne- ment X; un échantillon à partir duquel un rayonnement X de fluorescence est rayonné sous l'effet de l'application du rayonnement X de la source; et un détecteur ayant une ouverture destinée à recevoir le rayonnement X de fluores- cence, caractérisé en ce que ce détecteur est conçu de fa- çon qu'il soit possible de le régler en le faisant tourner de telle manière que la position de l'échantillon coïncide avec un point auquel la variation de l'intensité détectée du rayonnement X de fluorescence est minimale.