Brevet FR2227626A1 — publié le 19741122

La présente invention a pour objet un procédé de pompage d'une enceinte à transport de faisceauxde particules, enceinte où le vide est amélioré par l'utilisation d'une propriété du même faisceau de particules. On sait que le transport des faisceaux de particules, tout comme certaines des utilisations desdits faisceaux, telles l'abrasion par faisceau d'ions, la spectrométrie de masse ou la séparation d'ions nécessitent des volumes à l'intérieur desquels rèane un vide suffisant: la pression résiduelle des gaz doit être suffisamment basse pour que le libre parcours moyen des particules du faisceau soit grand devant les dimensions de l'enceinte, ceci afin que le rendement du transport du faisceau soit élevé; dans certaines applications, il faut de plus éviter la présence de corps gazeux parasites, tels que les vapeurs d'huile ou les vapeurs d'eau, car ces vapeurs diffusent, de l'enceinte de transport vers l'enceinte d'utilisation et perturbent les mesures faites sur le faisceau commé c'est le cas dans l'analyse spectrographique. I1 est donc utile de disposer d'un moyen efficace pour diminuer, non seulement la pression partielle des différents gaz dans une enceinte, mais encore, et préférentiellement, la pression partielle des corps nocifs tels que les vapeurs organiques. Dans l'art antérieur, la solution dite classique consiste à associer à 1 1enceinte de transport un système de pompage indépendant tel qu'un groupe primaire-secondaire à diffusion, un groupe de pompage cryogénique ou bien une pompe ionique. Les deux dernières solutions offrent l'avantage d'une bonne efficacité mais sont d'un coût relativement élevé Le groupe consistant en un circuit de pompage primaire suivi d'un circuit secondaire à diffusion, d'un prix de revient plus faible, ne permet généralement pas d'obtenir de bons vides. La présente invention a précisément pour objet un procédé de pompage d'une enceinte à transport de faisceaux de particules, caractérisé en ce que l'on ahaisse la pression des gaz dans l'enceinte en envoyant au moins une partie du faisceau de particules traversant ladite enceinte sur un écran fait d'un corps de type "getter", ce qui a pour effet de pulvériser et d'activer les atomes dudit "getter" lesquels se combinent aux molécules de gaz résiduels de l'enceinte pour les fixer sur les parois de ladite enceinte. Les particules constituant le faisceau sont préférentiel neutres lement, soit des ions, soit des molécules/provenant par exemple de la neutralisation d'un faisceau d'ion neutralisé. Les corps constituant l'écran qui présente l'effet "getter" et sur lequel on envoie le faisceau de particules sont choisis parmi les métaux alcalins, le phosphore, le zirconium le titane, l'aluminium, le fer ou sont formés d'une--combinaison ou d'un alliage indnant l'un au moins desdits éléments. Le terme "getter" est un terme provenant de la littérature anglo-saxonne: il désigne un matériau qui, lorsqu'il est introduit dans certaines conditions à l'intérieur d'une enceinte à vide, absorbe les gaz résiduels qui y sont contenus. L'élimination des gaz résiduels, effectuée par le matériau "getter", se fait suivant de nombreux mécanismes dépendant de la nature du "getter", du gaz dans l'enceinte et des conditions extérieures; ou bien le gaz est absorbé dans le "getter" ou bien il se combine chimiquement avec lui. Quoi qu'il en soit, le "getter" emprisonne le gaz résiduel et l'élimine. Les matériaux "getter" tels que le phosphore, le zirconium ou le titane n'ont une efficacité notable que lorsqu'ils sont chauffés. Dans le cas d'utilisation le plus probant et le plus fréquemment rencontré, celui du titane, on chauffe le titane -qui se dépose sur les parois de l'enceinte à pomper: le titane est alors à l'état actif et peut se combiner chimiquement aux molécules de gaz résiduels avec plus d'efficacité que lorsqu'il est froid. I1 est aussi possible au lieu de chauffer le titane par un moyen classique, de le pulvériser dans l'enceinte par un bombardement de particules chargées et accélérées.Par cette dernière méthode, on améliore selon l'invention les conditions de vide existant dans une enceinte à transport de faisceaux de particules en envoyant le faisceau de particules sur une cible en titane ou en tout autre matériau "getter" afin que le matériau soit pulvérisé, déposé sur les parois où il fixe les molécules de gaz de l'enceinte par absorption, absorption ou voie chimique. Dans de fréquentes utilisations des faisceaux neutres ou chargés, la totalite du faisceau n'est pas utilisée, comme par exempie dans les nombreuses applications où le faisceau est diaphragmé par une pluralité de trous le long de son parcours. Il est alors simple de constituer des écrans "getter" avec les différents diaphragmes et de pulvériser ainsi du titane "frais" sur les parois de l'enceinte ou d'un collecteur. Selon une variante de l'invention, on interrompt temporairement le faisceau par un écran "getter"; en asservissant la durée de l'interruption par l'écran à l'indication d'un manomètre, on réalise une régulation automatique de la pression dans l'enceinte où s'effectue le transport du faisceau de particules. Les résultats de l'étude ont montré que dans le cas d'un "getter" à titane les faisceaux de particules plus particulièrement efficaces pour obtenir un bon vide, sont des faisceaux de particules de masse atomique supérieure 4 et d'énergie supérieure à 200eV. D'autre part, un grand angle d'incidence du faisceau sur les plaques ou écrans en titane, augmente l'efficacité du système. Dans le cas où le faisceau est formé de particules chargées électriquement, une variante de l'invention consiste à dévier temporairement le faisceau sur l'écran "getter" par un système électrostatique ou électromagnétique afin de bombarder ledit écran par le faisceau de particules,-et à asservir la durée de la déflexion à l'indication d'un manomètre afin de réaliser une régulation automatique de la pression dans l'enceinte. Pour combiner les effets de "aetter" et l'immobilisation des molécules de gaz sur une paroi froide, on effectue dans une variante de l'invention la collection des atomes du corps "getter" pulvérisé sur une surface refroidie à basse température. Ce refroidissement peut être fait grâce à une circulation d'eau ou de gaz froid circulant à l'extérieur des parois de l'enceinte. L'invention s'applique à tout dispositif transportant un faisceau de particules de basse ou de moyenne énergie, dispositif où une partie du flux de particules bombarde un obstacle; c'est tout naturellement le cas quand il est nécessaire d'interposer sur le trajet du faisceau de particules des ouvertures destinées à "découper" le faisceau. Une application du procédé selon l'invention est caractérisée en ce que le faisceau est diaphraamé par un écran à effet "getter" comportant un ou plusieurs passages afin de faire une implantation ionique simple ou collective sur une cible dans un vide amélioré. Dans une autre application du procédé de l'invention, le faisceau de particules est le faisceau d'un séparateur d'ions où seules les particules ne correspondant pas au rapport charge/masse correct sont interceptées par un écran "getter" afin d'améliorer le vide dans la cavité et d'éliminer les impuretés nuisibles, dans le cas d'une séparation ionique comme dans le cas de la spectrographie de masse qui lui est similaire. De toutes façons, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles on a représenté: - sur la fig. 1, un schéma de réalisation du procédé de l'invention, - sur la fig. 2, un schéma d'un séparateur isotopique, perfectionne par une cible en matériau "getter". Comme on l'a déjà indiqué, le procédé consiste à interposer sur le trajet du faisceau de particules un écran de matériau "getter" qui, pulvérisé et activé se combine aux molécules du gaz de l'enceinte pour abaisser la pression des gaz à l'intérieur de ladite enceinte. On a représenté sur la Fig. 1, un schéma de réalisation du procédé dans lequel un faisceau d'ions est créé à partir d'une source 2 pour donner le faisceau 4, lequel est accéléré par un système de grilles 6 pour donner un faisceau principal de moyenne énergie 8. Ce faisceau est diaphragmé par un diaphragme de titane en 10 refroidi par une circulation d'eau 12, et le titane pulvérisé indique par les flèches 9 est recueilli par un collecteur en 13. Le diaphragme de titane est percé de trous divisant le faisceau principal en plusieurs sous-faisceaux 16 qui sont envoyés sur la cible en 18. Alors que les pressions partielles avant le fonctionnement du canon à ions sont de 10 - torr, l'impact du faisceau ionique sur le diaphragme de titane améliore le vide dans l'enceinte par diminution des pressions partielles des gaz tels que l'oxygène, l'azote, la vapeur d'eau, le gaz carbonique ou les vapeurs d'huile, l'amélioration étant fonction du temps de fonctionnement. On peut atteindre facilement quelques centièmes de la pression initiale (soit la pression avant bombardement du diaphragme de titane). Dans le cas de l'utilisation de l'invention pour l'implantation ionique, la structure de l'appareil d'implantation ionique collective est particulièrement bien adaptée à la technique, puisqu'on a une multitude de diaphragmes séparant le faisceau principal en de nombreux sous-faisceaux. Mais même dans l'implantation ionique individuelle on a souvent besoin de diaphragmer le faisceau d'ions à envoyer sur le substrat et le procédé de l'invention est utilisable. Sur la Fig. 2, on a représenté l'application de l'invention à un séparateur d'isotopes ou à un spectrograthe de masse. Une source 20 émet un faisceau d'ions de charge et de masse variable, lequel faisceau est séparé dans un champ magnétique B en plusieurs faisceaux 22 pour donner en 24 le faisceau utilisable, soit pour le bombardement d'une cible 26, soit pour un emmagasinage. Les sous-faisceaux non sélectionnés, qui ne correspondent pas au bon rapport charve/masse, tels que 28, sont collectés sur un écran de titane incliné par rapport au faisceau, lequel titane est pulvérisé en de multiples faisceaux 32 pour être recueillis sur un collecteur 34. Dans la réalisation du dispositif avec un canon à ions, utilisé pour abraser des cibles destinées par exemple à être analysées, l'intensité totale du faisceau d'ions d'argon est de 50 à 100 m A, l'énergie des ions de 1 à 2 keV et le diamètre du faisceau à la sortie de la arille 10 cm. Le faisceau est réduit par des diaphragmes en titane refroidi par circulation d'eau à des diamètres pouvant varier de 1 à 30 mm. La présente invention peut être utilisee dans les systèmes d'abrasion, de micro-gravures par faisceaux d'ions, dans lesquels un vide propre est nécessaire pour un fonctionnement correct. De même l'invention est applicable à tous les systèmes de nettoyage superficiel utilisant un faisceau d'ions, puisque la propreté, améliorée par le dispositif de l'invention, est leur but. REVENDICATIONS 1. Procédé de pompage d'une enceinte à transport de faisceaux de particules, caractérisé en ce que l'on abaisse la pression des gaz dans ltencei te en envoyant au moins une partie du faisceau de particules traversant ladite enceinte, sur un écran fait d'un corps de type "getter", ce qui a pour effet de pulvériser et d'activer les atomes dudit "getter", lesquels se combinent aux molécules de gaz résiduels de l'enceinte pour les fixer sur les parois de ladite enceinte. 2. Procédé de pompage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les matériaux constituant l'écran de type "getter" sur lequel on envoie le faisceau de particules sont formés à partir d'un élément au moins choisi dans le groupe constitué par les metaux alcalins, le phosphore, le zirconium le titane ,l 'aluminium et le fer. 3. Procédé de pompage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on envoie le faisceau de particules, pendant un certain intervalle de temps seulement sur l'écran du "getter; 4. Procédé de pompage et de régulation de la pression d'une enceinte selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on interrompt temporairement le faisceau par un écran "getter", et qu'on asservit la durée de l'interruption par 1 'écran à l'indication d'un manomètre afin de réaliser une régulation automatique de la pression dans l'enceinte. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le faisceau de particules est tel que chaque particule a une masse supérieure à 4 et une énergie supérieure à 200eV. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on dévie temporairement le faisceau sur l'écran "getter", ledit faisceau étant formé de particules chargées électriquement, par un système électrostatique ou électromagnétique afin de bombarder l'écran "aetter"par le faisceau de particules et qu'on asservit la durée de la déflection à l'indication d'un manomètre, afin de réaliser une régulation automatique de la pression dans l'enceinte. 7. Procédé selon-l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on refroidit une au moins des parois constituant l'écran et l'enceinte par la circulation d'un fluide à basse température. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on fait passer une partie du faisceau de particules à travers un diaphragme fait d'un matériau "getter" au moins. 9. Application du procédé selon la revendication 8, caractérisée en ce que le faisceau est diaphragmé par un écran "getter" comportant un ou plusieurs passages afin de faire une implantation ionique sur une cible dans un vide amélioré. 10. Application du procédé selon la revendication 8, caractérisée en ce que le faisceau est le faisceau d'un séparateur d'ions où seules les particules ne correspondant pas au rapport charge/massecorrect sont interceptées par un écran "getter" afin d'améliorer le vide dans la cavité et éliminer les impuretés nuisibles à l'analyse. 11. Application du procédé selon la revendication 8, caracterisée en ce que le faisceau/ gstiné a réaliser des caractérisée en ce que le à réaliser des microrsinages ou aravures par faisceau d'ions et en ce que la partie non utilisée du faisceau est interceptée par un écran getter.