Brevet FR2893407A1 — publié le 20070518

Étalon de calibrage 5 10 La présente invention concerne un étalon de calibrage, en particulier pour le calibrage de dispositifs de mesure non destructive de l'épaisseur de couches minces, avec un plateau porteur dans un matériau de base et un étalon placé sur le plateau porteur qui présente l'épaisseur des couches à mesurer pour laquelle le dispositif doit être calibré. Lors de la mesure non destructive de l'épaisseur de couches minces par un procédé 1.5 d'induction magnétique ou un procédé à courants de Foucault, en fonction du matériau de base et/ou du revêtement, il est nécessaire de calibrer les dispositifs selon une norme pour la mesure respective. Grâce au calibrage, on relève une différence entre la valeur de consigne et la valeur réelle mesurée. Cette différence est alors corrigée, de telle sorte que l'appareil est calibré pour l'opération de mesure. 20 Le calibrage s'effectue de telle manière qu'une première valeur est d'abord relevée au moyen d'une sonde de mesure du dispositif de mesure sur un matériau de base. Une autre valeur est ensuite relevée sur un étalon, qui est placé sur le plateau porteur précédemment mesuré. La différence donne l'épaisseur de couche mesurée. L'étalon fixe la valeur de consigne à mesurer. Après plusieurs mesures, l'écart relevé entre les valeurs de consigne et 25 les valeurs réelles est déterminé et calibré. Les étalons de calibrage connus jusqu'ici se composent d'un plateau porteur en matériau de base à base d'acier et de fer pour le procédé de mesure d'épaisseur de coche par induction magnétique, et d'un matériau de base non ferromagnétique, par exemple de l'acier non magnétique, de l'aluminium et leurs alliages, pour la mesure d'épaisseur de couche par le procédé à courants de Foucault. Les surfaces 30 du plateau porteur sont de manière préférée polies. Sur le plateau porteur est placé ou collé un étalon, par exemple sous forme de feuille en matière plastique. Ces étalons de calibrage posent problème car des déformations peuvent apparaître dès la dépose ou le collage. Pour éviter ces inconvénients, il a été proposé par le DE 10 2205 028 652.6 d'appliquer l'étalon sur le plateau porteur en frottant, afin d'éviter les déformations. Dans un mode de réalisa- 35 tion préféré, l'étalon est ici une couche isolante, en particulier un matériau semi-conducteur. Cet étalon de calibrage a fait ses preuves dans la pratique. Partant de cet étalon de calibrage, l'objectif de la présente invention est d'améliorer la précision du calibrage afin d'obtenir une meilleure précision de mesure avec les dispositifs 2 de mesure ainsi calibrés. Cet objectif est atteint par l'étalon de calibrage selon la présente invention, dans lequel un dispositif de maintien placé sur le corps de base de l'étalon de calibrage reçoit au moins l'étalon de telle manière par rapport au corps de base que, lors de l'application d'une sonde de mesure du dispositif de mesure non destructive de couches minces sur l'étalon, sa position peut être modifiée sur au moins un degré de liberté. D'autres configurations et variantes avantageuses apparaîtront à la lecture de la description qui suit. Avec l'étalon variable en longueur au moins sur un degré de liberté lors de la mise en place d'une sonde de me-sure du dispositif de mesure de couches minces, il est possible d'obtenir une mise en place sans basculement de la sonde de mesure ou d'une calotte d'application avec un élément capteur associé à elle sur la sonde de mesure. Du fait de cet étalon variable depuis la position de repos pendant le relevé de plusieurs valeurs réelles pour le calibrage du dispositif, il est possible que la sonde de mesure soit toujours appliquée dans la même position, même lorsque la sonde de mesure est entièrement soulevée de l'étalon de calibrage, puis ré- appliquée. Du fait de l'étalon de longueur variable, une sorte d'agencement flottant de l'étalon sur le corps de base de l'étalon de calibrage est obtenu, de telle sorte que l'agencement sans basculement de la sonde de mesure devient possible et que l'apparition d'erreurs est ainsi considérablement réduite. D'après un mode de réalisation avantageux de l'invention, il est prévu que l'étalon soit positionné par le dispositif de maintien, par rapport au corps de base, d'une manière fixe en rotation autour d'un axe perpendiculaire à la surface de l'étalon. Il est ainsi possible, lors de la mise en place de la sonde de mesure en dehors d'un axe médian de l'étalon, d'obtenir un mouvement de déviation défini, en particulier flottant, sans rotation. L'orientation de l'étalon par rapport au corps de base reste conservée, si bien qu'on dispose de conditions de mesure identiques pour chaque mesure, donc pour relever les valeurs réelles. Du fait du montage immobile en rotation, une rotation supplémentaire de l'étalon pour faire basculer ou dévier l'étalon depuis la position de repos est empêchée, si bien que des conditions claires sont prévues lors du calibrage. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif de maintien présente un élément de maintien souple élastiquement qui présente, en particulier sur son axe médian, une surface d'appui pour recevoir de manière centrale l'étalon ou le plateau porteur avec un étalon placé dessus. Avec cet élément de maintien, immédiatement lors de la mise en place d'une sonde de mesure sur l'étalon, une déviation au moins légère depuis la position de repos peut se faire, afin qu'une mesure sans basculement soit possible. En particulier lors du cati- brage d'un appareil de mesure portatif, l'utilisateur peut ainsi compenser des forces appliquées de façon variable, afin d'éviter les moindres détériorations de la surface de l'étalon et/ou de la calotte d'application. Suivant un mode de réalisation préféré, l'élément de maintien du dispositif de maintien 3 est réalisé en membrane en forme de disque. Une telle membrane en forme de disque est réalisée avec une épaisseur de paroi très mince, de telle sorte que cette membrane est souple élastiquement. Par exemple, la membrane peut être réalisée rigide dans un alliage cuivre-béryllium, en nickel, aluminium ou analogue. La membrane peut présenter de manière préférée des protubérances ou des renfoncements placés radialement à l'axe médian, qui déterminent la flexion ainsi que respectivement la force de flexion et la force de rappel. D'après un mode de réalisation alternatif du dispositif de maintien, il est prévu que l'élément de maintien soit conformé en disque ressort avec des estampages en forme de segment de cercle. Un tel disque ressort présente les mêmes propriétés qu'une membrane en forme de disque. De manière préférée, l'élément de maintien est fixé dans un renfoncement sur le corps de base. Ce renfoncement sert quasiment d'espace libre pour un mouvement de déviation de l'élément de maintien. De manière préférée, le renfoncement est réalisé avec un épaule-ment périphérique dans lequel l'élément de maintien s'appuie pour avoir une orientation et un positionnement simples. D'après un autre mode de réalisation préféré de l'invention, il est prévu que le dispositif de maintien comprenne au moins un élément d'amortissement ou à ressort qui s'appuie sur le fond du renfoncement et se met en prise sur une face inférieure de l'élément de main-tien. Un tel élément d'amortissement ou à ressort peut appliquer en plus une force de résis- 2() tance sur l'étalon pendant la mise en place d'une sonde de mesure. Lors de l'utilisation d'un tel élément d'amortissement ou à ressort, l'élément de maintien conformé en membrane en forme de disque ou en disque ressort peut être réalisé mou. Cela présente l'avantage qu'une déviation en douceur de l'étalon est possible, ce qui améliore la mesure des valeurs de me-sure et permet donc d'obtenir un calibrage plus précis. 2.5 Dans un mode de réalisation préféré, il est prévu que le plateau porteur soit prévu dans un logement du corps de base et que la surface du plateau porteur se trouve, dans une position de repos, dans le plan de la surface du corps de base. La surface du corps de base forme ainsi une surface d'appui sur laquelle un pôle auxiliaire d'un appareil de mesure portatif peut être appliqué afin de réaliser une première mesure sur le plateau porteur dans le 30 même plan. Dans le logement du corps de base est prévu également, de manière préférée, le renfoncement destiné à placer l'élément de maintien du dispositif de maintien. En outre. entre le logement du corps de base et le plateau porteur est réalisée de manière préférée une étroite fente périphérique. À travers l'étroite fente d'air périphérique, la surface du plateau porteur, variable au moins sur un degré de liberté depuis la position de 3.5 repos, et donc également la surface de mesure de l'étalon, agissent comme un matériau continu par rapport au corps de base voisin, si bien que les lignes radiales du champ de force peuvent être réalisées quasi continues, sans dégradation par rapport à une surface ininterrompue. De manière préférée, l'étalon de calibrage est réalisé avec plusieurs étalons ayant des épaisseurs de couche différentes, qui sont appliqués sur les plateaux porteurs. Les plateaux porteurs sont placés ici de manière préférée en une série juxtaposée, séparés par une fente étroite. Cette largeur de fente est, de manière préférée, prévue également entre le plateau porteur et le corps de base, de telle sorte que règnent des conditions identiques. Ainsi, un étalon de calibrage pour plusieurs épaisseurs de couche peut être réalisé au moyen d'un corps de base, les mêmes conditions étant obtenues pour toutes les épaisseurs de couche. De manière préférée, un étalon de calibrage ayant plusieurs épaisseurs de couche étalon différentes est construit de telle manière que le plateau porteur qui reçoit l'étalon de IO plus grande épaisseur est placé au centre du corps de base et que les autres plateaux porteurs portant chacun un étalon sont placés, pour une épaisseur décroissante de l'étalon, à une distance croissante de l'étalon de plus grande épaisseur. Cela permet de garantir que, pour relever la plus forte épaisseur de l'étalon, on dispose d'un champ de force radial important, afin de permettre un relevé précis de la valeur réelle. 15 L'étalon de calibrage selon la présente invention peut être réalisé en ce qu'on appelle un standard de précision, qui permet une application sans basculement de la sonde de me-sure d'un dispositif de mesure non destructive de l'épaisseur de couches minces sur l'étalon, si bien qu'on a toujours des conditions identiques lors de l'application d'une sonde de me-sure sur l'étalon. 20 L'invention, ainsi que d'autres modes de réalisation et variantes avantageuses de celle-ci, vont être décrits et expliqués en détail dans ce qui suit à l'aide des exemples représentés sur les dessins. Les caractéristiques figurant dans la description et les dessins peuvent s'appliquer selon la présente invention séparément ou à plusieurs, dans n'importe quelle combinaison. Sont représentés : 25 Figure 1 : une vue de dessus schématique d'un étalon de calibrage selon la présente invention ; Figure 2 : une vue schématique en coupe le long de la ligne I-I de la figure 2 de l'étalon de calibrage selon la présente invention ; Figure 3 : une vue schématique lors du calibrage d'un appareil de mesure portatif des-30 tiné à mesurer l'épaisseur de couches minces ; Figure 4 : une vue partielle agrandie de la vue en coupe de la figure 2. Sur la figure 1 est représentée une vue de dessus schématique d'un étalon de calibrage 1 1 selon la présente invention. La figure 2 montre une vue en coupe schématique le long de la ligne I-1 de la figure 1 . L'étalon de calibrage 1 1 comprend un corps de base 12 qui 35 présente un logement 14 pour au moins un plateau porteur 16, sur lequel est appliqué un étalon 17 ayant une épaisseur définie. L'étalon 17 présente une face supérieure et une face inférieure, qui sont polies de manière plane et parallèle, en particulier polies brillant. L'étalon 17 est fixé par frottement sur une surface 18 de mesure du plateau porteur 16, qui est poli de la même manière que l'étalon 17. Sous l'effet des forces de Coulomb, il se produit un soudage à froid entre l'étalon 17 et le plateau porteur 16. De plus, dans la zone de transition respectivement la zone de bord de l'étalon 17 avec la surface 18 de mesure du plateau porteur 16, un congé creux peut être 5 formé pour protéger cette zone de bord de la corrosion. Ce congé creux n'a donc qu'un effet d'étanchéité. L'étalon 17 peut être fourni dans des épaisseurs de couche pouvant atteindre 1000 m. D'après une configuration préférée, l'étalon 17 est fabriqué comme une couche isolante, en particulier dans un matériau semi-conducteur, par exemple du silicium ou du germanium. Dans le logement 14 du corps de base 12 sont prévus des renfoncements 21. À ces renfoncements 21 sont associés des dispositifs de maintien 22 qui portent à chaque fois le plateau porteur 16. Le dispositif de maintien 22 se compose d'un élément de maintien 24 souple élastique, qui s'étend sur le renfoncement 21 et s'appuie sur un épaulement 26 délimitant le renfoncement 21. Cet épaulement 26 sert au bon positionnement de l'élément de 1.5 maintien 24. Par exemple, l'élément de maintien 24 est conformé en membrane en forme de disque. Cette membrane en forme de disque présente sur son axe médian une surface d'appui 28 qui est prévue pour recevoir un raccord 29 qui porte le plateau porteur 16. En face du raccord 29 sur la face inférieure de l'élément de maintien 24 est prévu de manière préférée un élément 34 d'amortissement ou à ressort qui s'appuie contre le fond 32 du 20 renfoncement 21. Cet élément 34 d'amortissement ou à ressort peut être conformé en ressort en spirale, en élément élastique de type caoutchouc ou analogue. L'élément de maintien 24 conformé en membrane en forme de disque présente, entre une section d'appui sur l'épaulement 26 et une surface d'appui 28, des protubérances et/ou renfoncements 33. En fonction de l'épaisseur de la membrane, du matériau de la membrane, ainsi que des 25 configurations des protubérances ou renfoncements 33, la force de ressort de la membrane et également la course du ressort peuvent être fixées. L'élément de maintien 24 est de manière préférée tenu sur l'épaulement 26 par un collage ou un brasage. L'agencement décrit ci-dessus d'un étalon 17 sur le plateau porteur 16, qui est reçu par le dispositif de maintien 22 par rapport au corps de base 12, peut former un étalon de cali- 30 brage 1 1 qui se compose donc seulement d'un étalon 17. En variante, plusieurs étalons 17 peuvent également être placés les uns à côté des autres, comme il ressort de l'exemple de réalisation des figures I et 2. Le plateau porteur 16 est par exemple réalisé avec une sur-face de base carrée. Cela présente l'avantage qu'une fente régulière est possible entre le plateau porteur 16 et le corps de base 12, ainsi qu'entre les plateaux porteurs 16 voisins. 3.5 Avec l'agencement selon la présente invention de l'étalon 17 ou du plateau porteur 16 avec l'étalon 17 prévu dessus par rapport au corps de base 12, il est possible de placer l'étalon 17 de manière immobile en rotation par rapport au corps de base 12, mais de façon mobile de manière souple sur son axe longitudinal médian ou le long de la normale à la surface de l'étalon 17, ainsi que de le tenir par une membrane en forme de disque dans une déviation flottante d'une manière immobile en rotation par rapport au logement 14. Cela garantit en même temps que, lors du basculement depuis une position de repos, il ne se produit pas de coincement avec une section de paroi voisine du corps de base 12 ou du pla- teau porteur 16. Dans le même temps, on a pour effet que la fente d'air 36 ne provoque pas d'interruption des lignes radiales de force d'un élément capteur de la sonde de mesure, ce qui augmente la précision de la mesure. À côté du plateau porteur 16 est formée une surface d'appui 37 sur le corps de base 12, qui se trouve de manière préférée dans le même plan par rapport à la surface d'appui ou bien à la surface de mesure 18 du plateau porteur 16. Une telle surface d'appui 37 est conformée en pôle auxiliaire, pour y placer des appareils de mesure portatifs et placer en-suite une sonde de mesure sur l'étalon 17 par un mouvement de bascule de l'appareil de mesure portatif. Sur la figure 3 est représenté un tel exemple de réalisation. Un appareil de mesure por- tatif 41 est placé avec un pied 42 d'appui sur une surface 37 d'appui. Il se produit ensuite un mouvement de bascule, de telle sorte qu'une sonde 43 de mesure est rapprochée de l'étalon 17. Dans l'exemple de réalisation, une calotte d'application 44 de la sonde 43 de mesure est placée à l'extérieur d'un axe médian de l'étalon 17. Cela entraîne une modification de la position de l'étalon 17 depuis la position de repos. Du fait du placement flottant de l'étalon 17 à l'aide du dispositif de maintien 22 par rapport au corps 12 de base, il est possible qu'une application excentrée soit compensée par un mouvement de déviation de l'étalon 17, si bien que l'étalon 17 est orienté dans une position dépourvue de basculement par rapport à la sonde 43 de mesure. L'erreur de mesure due au basculement peut donc être éliminée par l'agencement flottant de l'étalon 17. Du fait du placement immobile en rotation de l'éta- lon 17 avec le dispositif de maintien 22 par rapport au corps de base, une déviation définie de l'étalon 17 est garantie. Sur la figure 4 est représentée une vue agrandie d'un étalon de calibrage 11 selon la figure 2. La vue de gauche montre le plateau porteur 16 dans une position de repos. La vue de droite montre le plateau porteur 16 dans une position de déviation maximale, qui est li-mitée respectivement par le logement 14 et la fente 36 entre le plateau porteur 16 et le logement 14. En variante, le dispositif de maintien 22 peut également être conformé pour limiter le mouvement de déviation. De tels étalons de calibrage 1 1 peuvent également être utilisés pour des sondes de me-sure à main, qui sont reliées par une ligne de signal à un dispositif de mesure non destruc- tive de l'épaisseur de couches minces. De même, les étalons de calibrage 1 l sont prévus pour des dispositifs de mesure qui sont tenus mobiles en haut et en bas sur un trépied, par exemple. Un mode de réalisation alternatif d'un étalon de calibrage 1 l représenté sur la figure 1 peut résider dans le fait que l'un des plateaux porteurs 16 est inséré dans le logement 14 du corps de base 12 sans étalon 17 placé dessus. Ce plateau porteur 16 comprend une surface 18 de mesure qui sert de surface de référence et est orientée de manière identique aux autres surfaces 18 de mesure des autres plateaux porteurs 16. Un tel plateau porteur 16 sans étalon 17 est placé de manière préférée dans la partie de bord du logement 14. Le plateau porteur 16 sans étalon 17 correspond de manière préférée à la taille des autres plateaux porteurs 16 prévus dans le logement. En variante, un plateau porteur 16 de plus petite sur-face peut également être prévu, mais qui est placé flottant de la même manière que les autres plateaux porteurs 16. Toutes les caractéristiques ci-dessus sont importantes pour l'invention et peuvent être combinées à volonté. REVENDICATIONS 1. Étalon de calibrage, en particulier pour le calibrage de dispositifs de mesure non destructive de l'épaisseur de couches minces, avec un plateau porteur (16) dans un matériau de base et un étalon (17) placé sur le plateau porteur (16) qui présente l'épaisseur de la couche pour laquelle le dispositif doit être calibré, caractérisé en ce qu'un dispositif de maintien (22) placé sur le corps de base (12) de l'étalon de calibrage (Il) reçoit au moins l'étalon (17) de telle manière par rapport au corps de base (12) que, lors de l'application d'une sonde de mesure du dispositif de mesure non destructive de couches minces sur l'éta- Ion (17), sa position peut être modifiée sur au moins un degré de liberté. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étalon (17) est positionné par le dispositif de maintien (22) d'une manière fixe en rotation autour d'un axe perpendiculaire à la surface de l'étalon (17). 3. Étalon de calibrage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de maintien (22) présente au moins un élément de maintien souple élastiquement (24) qui présente, en particulier sur son axe médian, une surface d'appui (28) pour recevoir de manière centrale l'étalon (17) ou le plateau porteur (16) avec l'étalon (17) placé dessus. 4. Étalon de calibrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de maintien (22) comprend un élément de maintien (24) qui est conformé en membrane en forme de disque. 5. Étalon de calibrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de maintien (22) présente un élément de maintien (24) qui est conformé en disque ressort avec des estampages en forme de segment de cercle. 6. Étalon de calibrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caracté-25 risé en ce que le dispositif de maintien (22) est placé entre l'étalon (17) et le corps de base (12). 7. Étalon de calibrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de maintien (24) du dispositif de maintien (22) est associé à un renfoncement (21) dans le corps de base (12). 30 8. Étalon de calibrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de maintien (22) comprend au moins un élément (31) d'amortissement ou à ressort qui s'appuie sur le fond (32) du renfoncement (31) et se met en prise sur une face inférieure de l'élément de maintien (24). 9. Étalon de calibrage selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément (31) 35 d'amortissement ou à ressort est placé sur l'axe médian de l'élément de maintien (24). 10. Étalon de calibrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisé en ce que le plateau porteur (16) est prévu dans un logement (14) du corps de base (12) et la surface du plateau porteur (16) se trouve, dans une position de repos de l'étalon(17), dans le plan de la surface (37) du corps de base (12). 11. Étalon de calibrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'entre le logement (14) du corps de base (12) et le plateau porteur (16) est réalisée de manière préférée une étroite fente périphérique (36). 12. Étalon de calibrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que plusieurs plateaux porteurs (16) ayant chacun un étalon (17) sont prévus les uns à côté des autres dans le corps de base (12) et une étroite fente (36) est formée entre les plateaux porteurs (16) associés les un aux autres. 13. Étalon de calibrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisé en ce que, dans le cas de plusieurs étalons (17) placés sur un corps de base (12) chacun sur un plateau porteur (16), l'étalon (17) de plus grande épaisseur est placé au centre du logement (14) du corps de base (12) et les autres étalons (17) sont disposés par épaisseur décroissante par rapport à l'étalon (17) de plus grande épaisseur.15