CHAPITRE 5 - MÉTHODES D’ANALYSE DE L’INGÉNIEUR DES SURFACES
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est très longue‘3’ : 3 heures pour 1 cm2. Sur les appareils commerciaux, la force
sur le stylet est réglable entre 0.01 mN et 1 mN : on dispose d’une étendue de
mesure verticale de l’ordre de 300 pm à 4 mm (résolution de 1 à 2 nm), l’étendue
de mesure horizontale peut atteindre 200 à 400 mm.
2.1.3. Méthodes optiques
Focalisation dynamique
La figure 5.7 montre un dispositif dont le principe dérive de celui mis en œuvre
pour le pilotage de la tête d u n lecteur de disques compacts. On utilise un dispositif optique comprenant deux lentilles ; la lentille frontale est mobile pour permettre la focalisation de la lumière d’un laser à semi-conducteurs sur la surface
à analyser (spot d’un pm). Le déplacement de cette lentille est obtenu à l’aide
d’un << moteur B constitué par une bobine et u n aimant. Le faisceau laser réfléchi
par la surface est renvoyé sur une photodiode à deux quadrants par l’intermédiaire d’un séparateur de faisceau. Selon les diodes éclairées, une boucle de
régulation refocalise le faisceau en agissant sur le moteur. L a position de la lentille est mesurée par un autre dispositif opto-électronique et correspond à 1’« altitude >> de la surface. Les Caractéristiques des composants optiques permettent
d’obtenir une résolution de quelques nm sur une plage de 100 pm. La camera
CCD est utilisée pour repérer la plage analysée. Pour obtenir une image 3D, on
balaye la surface en X et Y en la déplaçant devant l’objectif à l’aide d’une table
motorisée.
Les performances de ces appareils sont essentiellement tributaires de la qualité du système de mesure de déplacement de la lentille.
Microscopie confocale
Sur la figure 5.8 (à gauche) on voit qu’un très petit diaphragme (pinhole) placé a u
foyer d’une lentille arrête tous les rayons provenant d’objets ne se trouvant pas
dans le plan de mise a u point.
On peut appliquer ce principe à la réalisation d’un microscope ne pouvant
observer que les objets situés dans ce plan de mise a u point : microscope confocal. En déplaçant ce plan on obtient une information sur la rugosité de la surface, couche par couche.
Sur la partie droite de la figure, on a un exemple de mise en œuvre. La source
de lumière est un laser, le détecteur est un photomultiplicateur précédé de filtres,
permettant de sélectionner une seule longueur d’onde de travail pour le laser.
Pour faire varier la mise a u point, on peut utiliser un moteur semblable à celui de
la figure 5.7 ou u n moteur piézo (déplacement de la lentille ou déplacement
( 3 ) Blouet J., Cretigny J.F. et Flamand L., Microgéométrie et Rugosimétrie dans Méthodes
usuelles de caractérisation des surfaces, D. David et R. Caplain, Eds. (Eyrolles, 19881,
pp. 270-289.
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est très longue‘3’ : 3 heures pour 1 cm2. Sur les appareils commerciaux, la force
sur le stylet est réglable entre 0.01 mN et 1 mN : on dispose d’une étendue de
mesure verticale de l’ordre de 300 pm à 4 mm (résolution de 1 à 2 nm), l’étendue
de mesure horizontale peut atteindre 200 à 400 mm.
2.1.3. Méthodes optiques
Focalisation dynamique
La figure 5.7 montre un dispositif dont le principe dérive de celui mis en œuvre
pour le pilotage de la tête d u n lecteur de disques compacts. On utilise un dispositif optique comprenant deux lentilles ; la lentille frontale est mobile pour permettre la focalisation de la lumière d’un laser à semi-conducteurs sur la surface
à analyser (spot d’un pm). Le déplacement de cette lentille est obtenu à l’aide
d’un << moteur B constitué par une bobine et u n aimant. Le faisceau laser réfléchi
par la surface est renvoyé sur une photodiode à deux quadrants par l’intermédiaire d’un séparateur de faisceau. Selon les diodes éclairées, une boucle de
régulation refocalise le faisceau en agissant sur le moteur. L a position de la lentille est mesurée par un autre dispositif opto-électronique et correspond à 1’« altitude >> de la surface. Les Caractéristiques des composants optiques permettent
d’obtenir une résolution de quelques nm sur une plage de 100 pm. La camera
CCD est utilisée pour repérer la plage analysée. Pour obtenir une image 3D, on
balaye la surface en X et Y en la déplaçant devant l’objectif à l’aide d’une table
motorisée.
Les performances de ces appareils sont essentiellement tributaires de la qualité du système de mesure de déplacement de la lentille.
Microscopie confocale
Sur la figure 5.8 (à gauche) on voit qu’un très petit diaphragme (pinhole) placé a u
foyer d’une lentille arrête tous les rayons provenant d’objets ne se trouvant pas
dans le plan de mise a u point.
On peut appliquer ce principe à la réalisation d’un microscope ne pouvant
observer que les objets situés dans ce plan de mise a u point : microscope confocal. En déplaçant ce plan on obtient une information sur la rugosité de la surface, couche par couche.
Sur la partie droite de la figure, on a un exemple de mise en œuvre. La source
de lumière est un laser, le détecteur est un photomultiplicateur précédé de filtres,
permettant de sélectionner une seule longueur d’onde de travail pour le laser.
Pour faire varier la mise a u point, on peut utiliser un moteur semblable à celui de
la figure 5.7 ou u n moteur piézo (déplacement de la lentille ou déplacement
( 3 ) Blouet J., Cretigny J.F. et Flamand L., Microgéométrie et Rugosimétrie dans Méthodes
usuelles de caractérisation des surfaces, D. David et R. Caplain, Eds. (Eyrolles, 19881,
pp. 270-289.