Brevet FR2006648A1 — publié le 19700102

La présente invention concerne un nouveau procédé de "bombardement ionique permettant d'atteindre des résultats améliorés et qui n'ont jamais été obtenus jusqu'à présent, lors de la mise en oeuvre de procédés incluant une phase de bombardement d'une matière 5 au moyen de particules chargées. Jusqu'à présent, lorsque l'on effectuait un bombardement ionique soit pour une analyse spectro-ehimique par émission secondaire .'' d'ions soit pour d'autres buts tels que par exemple la fabrication de dispositifs électroniques à l'état solide par implantation d'ions, 10 on a sélectionné les ions utilisés pour le bombardement parmi ceux présentant une charge positive. On a obtenu des résultats très utiles en particulier dans le cas d'analyses spectro-chimiques de masse. Cependant il n'a pas été possible jusqu'à présent d'analyser des matière isolantes par ce procédé avec un degré raisonnable de fiabilité 0 X>es 15 surfaces des matières isolantes et faiblement conductrices présentent en effet la caractéristique de devenir chargées électriquement non seulement par suite des charges fournies par les ions venant les frappei mais encore par suite du départ d'électrons secondaires extraits da~ surfaces par les ions» Après un bombardement relativement bref9 les 20 surfaces de nombreux isolants se chargent à un point tel que le fais» ceau de bombardement est diffusé ou repoussé ou bien encore est affe&hé de manière néfaste si bien qu'il n'est même plus possible de détectai" alors l'émission d'ions secondaires» 'On a pensé antérieurement que l'on pourrait remédier à serfe 25 effet en déposant par évaporation une grille de matière conductrioo sur la surface destinée à être bombardée9 de telle façon que les charges apportées à la surface par les ions de bombardement et crées s®? cette.surface par le départ dès électrons secondaires puissent être. dissipées,en n'ayant à parcourir qu'une courte distance le long de la 30 surface isolante„ Une autre solution antérieure qui a été envisagée Consiste à placer une source d'électrons à proximité de la surface de l'échantillon soumis au bombardement et polarisée négativement pg-y rapport à cet échantillon de telle façon que les électrons provenait de ladite source soient attirés vers l'échantillon pour neutralise...:-35 la charge positive. Ces solutions se sont révélées être d'une utilisation très peu pratique dans la plupart des cas. En bref, suivant la présente invention, on a trouvé que l'on pouvait pratiquement remédier au problème précité et que l'on pouvait obtenir d'excellents résultats si l'on bombarde l'échantillon au moyen 69 12180 2 2006648 d'ions négatifs à la place des ions positifs utilisés antérieurement. La téhorie sur lquelle est basée l'invention, n'est pas bien comprise mais l'on pense qu'elle est probablement liée au phénomène connu suivant lequel toutes les matières libèrent des électrons 5 secondaires lorsqu'elles sont soumises à un bombardement ionicue. Dans le cas de matières qui sont isolantes du point de vue électrique, le 2-endement statistique en électrons secondaires est supérieur au nombre d'ions incidents lorsque les énergies des ions de bombardement sont comprises dans la gamme utilisée habituellement en microanalyse» 10 Les électrons dépassent largement en nombre la production des ions pulvérisés et l'effet de charge à la surface de la matière bombardée apparaît être déterminé principalement par les charges fournies par les ions incidents et les charges évacuées par les électrons secondaires. Les électrons secondaires paraissent avoir habituellement une 15 énergie relativement faible si bien que, lorsque la surface soumise au bombardement commence à se charger positivement par suite du départ d'électrons secondaires en plus grand nombre que les ions négatifs arrivant, des électrons secondaires en nombre suffisant sont attirés électrestâtiquement en arrière en direction de la surface afin d'établi! 20 une condition d'équilibre. Le faible potentiel positif au point d'impact des ions de bombardement n'a aucune importance comparativement à l'accélération impartie aux ions de bombardement qui est habituellement comprise dans la gamme allant d'environ 1.000 à 20.000 électrons volts. 25 Ainsi, les effets néfastes précités qui sont dus à l'accumu lation d'une charge électrostatique sur la surface de 1'échantillons sont éliminés dans une grande mesure grâce à l'utilisation _d.es ions négatifs. Cette technique s'est révélée être très utile pour le-fonctionnement d'une microseconde ionique du type décrit dans la 30 demanda de brevet américain N° 494°388 déposée le 11 Octobre \S&j* .On panse également que cette technique sa révélera très bénéfique ■ - dans d'autres applications, en_particulier en ce qui concerne 1'implantation d'ions» Par exemple un degré d'intérêt croissant se. manifeste d'une manière évidente, dans l'industrie po.ur l'utilisation des 35 procédés d'implantation d'ions en vue de la fabrication de dispositifs électroniques à .l'état solide» On peut se reporter par exemple à l'article " Ion Umplants Forge Tailor-Ife.de Junctions " de Thomas Maguire dans.-la revue " Electronics " du 19 Avril 1963» page 26» . L'utilisation d'ions, chargés négativement, suivant l'invention, doit faciliter l'obtention de concentrations plus élevées des ions j^la.ntg^.^ 69 12180 3 2006648 dans des régions définies d'une manière plus précise par rapport au procédé d'implantation par bombardement au moyen d'ions positifs, le procédé suivant l'invention peut se révéler également intéressant pour la production 'de revêtements isolants par pulvérisation. 5 On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention en référence' au dessin annexé sur lequel : - la figure 1 est un diagramme illustrant le rendement de la production d'ions secondaires Al à partir d'un échantillon en alumi- 10 nium, en réponse à un bombardement au moyen d'ions oxygène positifs. - la figure 2 est un diagramme, à une échelle identique, du rendement de la production d'ions Al+ à partir d'un échantillon en alumine, en réponse à un bombardement au moyen d'ions oxygène chargés négativement. 15 - La figure 3 est un schéma synoptique d'un appareil suivant l'invention. Pour autant qu'il soit connu à ce jour, un ion incident produit, dans une matière, le même effet quelle que soit sa charge, en ce qui concerne la pulvérisation de matière à partir de l'échan-20 tillon et l'émission d'électrons secondaires. L'ion incident est simplement un boulet submicroscopique délivrant une énergie qui est fonction de sa vitesse et de sa masse. Cet ion apparaît déchargé électriquement tandis qu'il s'approche de la surface ou rencontre cette dernière. La polarité de la charge portée par les ions incidents 25 apparaît donc être sans importance pour le bombardement d'échantillons conducteurs de. l'électricité. Que les ions soient négatifs ou positifs, les résultats de* 3a.pulvérisation sont pratiquement identiques pour des courants de faisceaux et des énergies de particules similaires» On peut choisir des ions positifs ou des ions négatifs 30 en se basant sur d'autres considérations, telles que les caractéristiques de la source d'ions. Toutefois, lorsque des échantillons isolants- électriquement doivent être bombardés, les charges portées par les ions incidents et déposées sur les surfaces des échantillons sont piégées à cet endroit et le choix d'ions ayant une charge appropriée 35 devient une question capitale. La figure 1 représente la variation de la production d'ions aluminium positifs secondaires de poids atomique 27 pulvérisés à : partir d'un échantillon en aluminium en réponse à un bombardement au moye,n d'un faisceau d'ions 0+ (oxygène naissant de poids atomique 16) 69 12180 4 2006648 dans une microsonde ionique du type décrit dans la demande de brevet américain précitée„ On peut voir que quelques secondes après le début du bombardement, le débit en ions pulvérisés atteint une valeur relativement élevée et stable. 5 L'utilisation d'ions oxygène à la place d'ions inertes chimiquement utilisés le plus couramment, tels que les ions argon , est • décrite dans la demande de brevet américain déposée sous le N0 678.840 le 30 Octobre 1967. La figure 2 est un diagramme, tracé à la même échelle que tO le diagramme de la figure 1, montrant l'émission d'ions secondaires Al+ à partir d'un échantillon d'alumine (A120j) relativement puie sous 1*effet d'un bombardement par un faisceau d'ions 0~ dans le même instrument. Dans les deux cas le courant du faisceau d'ions est d'envi-—q ron 3^:10 ampères, le potentiel d'accélération est d'environ 8 kV 15 et le faisceau d'ions est défocalisé de manière à couvrir une surface 2 comprise entre environ 20 et 50 . On peut voir que l'émission d'ions aluminium à partir de l'alumine présente une caractéristique très semblable à celle obtenue dans le cas de l'aluminium métallique. Le débit d'ions pulvérisés 20 s'élève rapidement jusqu'à environ la même valeur relativement élevée et stable. Le choix d'ions négatifs pour constituer le faisceau primaire permet de remédier avec succès auxproblèmes rencontrés jusqu'à présent et qui sont dus à la création d'une charge électrique sur la. surface de l'isolant. 25 Les ions négatifs peuvent être produits de toute manière désirée. On sait par exemple qu'en disposant d'une manière appropriée une source d'ions du type connu sous le nom de " duoplasmatron des ions négatifs peuvent être extraits de cette source en nombre relativement important. La présente invention ne porte pas sur les ions 50 négatifs en eux-mêmes ou sur les moyens destinés à les produire» Elle concerne essentiellement le principe constituant à utiliser des. ions négatifs pour bombarder des matières diverses et en particulier pour bombarder des matières isolantes électriquement, quel que 69 12180 5 2006648 ions pulvérisés. Les électrons secondaires sont éjectés à partir de la surface bombardée à des vitesses relativement faibles et il est bon de prévoir une électrode collectrice 10 (figure 3) très proche de la 5 surface afin d'éviter l'accumulation d'une charge négative trop importante sur la surface. Des électrodes convenant à cet effet sont normalement présentes dans tous les appareils de bombardement ionique équipés pour 1'analyœspectro-métrique de masse d'ions secondaires9 et les appareils de ce type n'exigent pas habituellement de modifiea™ 10 tions particulières pour recueillir les électrons secondaires. Dans d'autres types d'appareils de bombardement ionique, il peut être désirable d'ajouter une simple électrode, polarisée positivement, •espacée d'une distance d'environ 2,5 cm de l'échantillon devant être bombardé. L'intervalle et la valeur de la polarisation ne sont pas 15 critiques. Il est du reste bien entendu que le.mode de réalisation de l'invention qui a été décrit ci-dessus, en référence au dessin annexé, a été donné à titre purement indicatif et nullement limitatif et que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans que l'on s'ecari 20 pour cela du cadre de la présente invention. 69 12180 6 2006648 - REVENDICATIONS - 1. - Un procédé de "bombardement d'une,matière au moyen d'ions caractérisé en ce que l'on bombarde ladite matière au moyen d'ions chargés négativement. 2. - Un procédé suivant la revendication 1 caractérisé en 5 ce que l'on bombarde, au moyen d'ions chargés négativement, un échantillon destiné à être soumis à.' une analyse spectro-chimique, afin d'amener des particules de l'échantillon à être éjectées sous la forme d'ions, et on effectue uie analyse spectro-métrique de masse des ions éjectés à partir de la matière. 10 3. - Un procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'on bombarde l'échantillon au moyen d'ions chargés négative-™ aient de manière à implanter dans l'échantillon des particules de dimensions atomiques. 4. - Un procédé suivant l'une des revendications 1 à 3 15 caractérisé en ce que la matière soumise au bombardement est une matière isolante électriquement, 5. - Un procédé suivant l'une des revendications 1 à 4 dans lequel les ions chargés négativement sont des ions oxygène. 6. - Un appareil de bombardement ionique caractérisé en es 20 qu'il comprend des moyens pour produire un faisceau d'ions négatifs électriquement et des. moyens pour accélérer les ions dans le faisceau et pour les focaliser sur une cible sélectionnée® 7» - Un appareil de bombardement ionique suivant la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comprend ime source d'ions, des 25 moyens pour accélérer les ions chargés négativement en les écartant de cette sour.ce et des moyens de focalisation pour focaliser les ions accélérés par les moyens précités, afin dé produire une image ionique de ladite source. BAD ORIGINE