Brevet FR2817080A1 — publié le 20020524

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un élément électrostatique pour diriger un faisceau de particules chargées et, en particulier, elle cherche à faciliter le procédé de fabrication et l'obtention d'un produit perfectionné. Divers instruments sont connus qui sont basés sur l'interaction de particules chargées émises par un échantillon pour obtenir des caractéristiques de l'échantillon. Des exemples de tels instruments sont un microscope électronique et un microscope à faisceau d'ions focalisé. Pour faciliter la description de la présente invention, celle-ci sera expliquée en rapport avec un microscope électronique à balayage ("SEM"). Cependant, il faudrait comprendre que l'invention n'est pas limitée à un tel microscope électronique à balayage et peut être appliqué par l'homme de l'art à d'autres instruments et machines qui requièrent un faisceau focalisé de particules chargées. Un microscope électronique à balayage fonctionne en produisant un faisceau électronique à balayage primaire qui heurte un échantillon, dont une surface est visualisée. Par conséquent, des électrons secondaires et rétrodiffusés sont émis par la surface de l'échantillon et sont collectés par un détecteur qui est agencé à proximité de la surface de l'échantillon. Le détecteur produit un signal de l'émission d'électrons recueillis de la surface d'échantillon lorsqu'elle est exposée au faisceau électronique. Le signal du détecteur est utilisé pour afficher une image de la surface sur un écran vidéo. Sur son chemin entre la source d'électrons et l'échantillon, le faisceau est dévié par divers éléments électromagnétiques et électrostatiques qui sont utilisés, par exemple, pour aligner, focaliser et pour amener le faisceau à balayer, et pour corriger sa forme. Tous les éléments qui dévient le faisceau d'un chemin vers un autre, pour quelque raison que ce soit, sont désignés dans le présent document comme éléments de direction. La présente invention se rapporte particulièrement à un élément de direction du type électrostatique. Des éléments de direction électrostatiques de l'art antérieur possèdent un corps cylindrique réalisé en un matériau qui doit être un isolant électrique et non magnétique. Le corps présente un perçage central. Pour un élément à huit pôles généralement utilisé, huit petites pièces polaires métalliques sont insérées individuellement dans le perçage et sont fixées en place. Cette approche présente plusieurs inconvénients. Le procédé entier requiert beaucoup de travail et de temps parce que tous les huit pièces polaires sont fabriquées comme parties séparées, et celles-ci doivent être fixées individuellement au corps. De même, dans cette approche il est très difficile d'obtenir un alignement précis des petites pièces polaires les unes relativement aux autres et par rapport au corps. Une erreur de position de n'importe quelle pièce polaire entraînera des aberrations dans le champ électrostatique créé par l'élément et des imprécisions qui en résultent pour la direction du faisceau électronique. Etant donné que les pièces polaires doivent être espacées d'une manière équidistante les unes des autres, une légère erreur de position lors de la mise en place d'une des pièces polaires relativement au corps se répercutera lors de l'alignement des pièces polaires suivantes avec la pièce polaire incorrectement alignée. Ainsi, à cause de l'espace restreint disponible dans le perçage, il peut ne pas être possible d'insérer la pièce polaire finale en un alignement précis relativement aux autres pièces polaires. En fait, il peut tout simplement être impossible d'insérer la pièce polaire finale. De plus, étant donné que le métal utilisé pour les pièces polaires, comme le cuivre, est sujet à l'oxydation, les pièces polaires doivent être recouvertes d'un revêtement non-magnétique, comme le rhodium. Cependant, en raison de la forme non linéaire requise des fentes entre les pièces polaires adjacentes, il est difficile de revêtir complètement les pièces polaires à la portion d'extrémité profonde des fentes. La présente invention a pour objet la réalisation d'un procédé perfectionné pour fabriquer un élément de direction électrostatique pour un faisceau de particules chargées ; la fabrication d'un élément de direction électrostatique pour un faisceau de particules chargées nécessitant moins de travail et d'une grande précision ; la fabrication d'un élément de direction électrostatique pour un faisceau de particules chargées sans avoir à revêtir les éléments polaires pour empêcher l'oxydation et la fabrication d'un élément de direction électrostatique pour un faisceau de particules chargées qui est rugueux et robuste pour qu'il ne soit pas sujet à un défaut d'alignement pendant la manutention. Cet objet est atteint conformément à la présente invention par un procédé de fabrication d'un élément électrostatique pour diriger un faisceau de particules chargées, qui comprend les étapes consistant à réaliser un corps cylindrique, non conducteur avec un perçage à travers celui-ci, à réaliser un noyau cylindrique conducteur ayant un perçage à travers celui-ci et dimensionné pour s'adapter dans le perçage dudit corps ; à fixer le noyau dans le perçage dudit corps et à couper des fentes s'étendant longitudinalement complètement à travers le noyau afin de créer des pièces polaires qui sont électriquement isolées les unes des autres. Avantageusement, le noyau peut être fixé dans le perçage du corps par brasage, et le corps peut être réalisé en alumine. D'une manière appropriée, l'étape consistant à couper des fentes peut être exécutée avec une machine d'usinage par étincelage. Selon une réalisation de l'invention, l'étape de coupe comprend, après l'achèvement de la coupe avec la machine d'usinage par étincelage, la coupe de l'extrémité de chacune des fentes pour couper chacune des fentes complètement à travers le noyau. D'une manière appropriée, le noyau peut être en métal. Selon une réalisation de l'invention, le noyau métallique peut être en platine. Selon encore une réalisation de l'invention, le perçage sera percé dans le noyau après que le noyau a été fixé au corps pour que le perçage dans le noyau soit concentrique avec la périphérie extérieure du corps. Selon encore une réalisation de l'invention, l'étape consistant à aléser davantage le perçage dans le noyau après que celui-ci a été fixé au corps permet de réaliser le perçage en une dimension de perçage prédéterminée. Selon encore une réalisation de l'invention, le perçage dans le corps présente des rainures s'étendant longitudinalement dont le nombre correspond au nombre des fentes. Enfin, selon encore une réalisation de l'invention, les rainures sont alignées avec les extrémités des fentes, respectivement, et l'étape de coupe comprend, après l'achèvement de la coupe avec la machine d'usinage par étincelage, la coupe de l'extrémité de chacune desdites fentes pour couper chacune des fentes complètement à travers le noyau en vue de la communication avec les rainures. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective du corps d'un élément de direction électrostatique en accord avec la présente invention ; - la figure 2 est une vue en perspective du noyau utilisé pour former les pièces polaires d'un élément de direction électrostatique en accord avec la présente invention ; - la figure 3 est une vue de dessus d'un élément de direction électrostatique assemblé en accord avec la présente invention ; et - la figure 4 est une vue de dessous en perspective de l'élément de direction électrostatique de la figure 3. La figure 1 représente un corps 1 avec une bosse 3 et une bride 5. Le corps 1 peut être diminué à l'extrémité 2 en fonction de la nécessité d'un joint à ajustement serré avec d'autres composants dans l'appareil particulier dans lequel il est installé. Un perçage central 7 s'étend complètement à travers le corps 1. Des trous 9 dans la bride sont utilisés à des fins de montage. La paroi du perçage 7 présente des rainures 10 s'étendant axialement ménagées dans celle-ci qui s'étendent sur toutes les longueurs combinées du corps, pour des raisons qui seront expliquées en détail cidessous. Le matériau formant le corps 1 est sélectionné en fonction de plusieurs exigences. En particulier, le matériau doit être un matériau isolant électriquement, non magnétique, facile à usiner à des tolérances étroites et structurellement sain. Etant donné que le procédé de fabrication implique un brasage, comme expliqué cidessous, le matériau doit pouvoir résister à des températures élevées et doit être thermiquement stable. Un matériau préféré qui satisfait ces critères est l'alumine qui est un matériau facilement disponible. Le corps 1 peut être fabriqué à partir d'un tube cylindrique en alumine qui est usiné aux dimensions requises de l'élément de direction électrostatique particulier. La figure 2 représente un noyau cylindrique 11 dimensionné pour s'adapter dans le perçage 7 du corps 1. Le noyau 11 a un diamètre extérieur qui est dimensionné relativement au perçage 7 pour permettre le brasage du noyau au corps 1. Un perçage 13 est ménagé dans le noyau 11. Le perçage 13 est sous-dimensionné pour permettre l'usinage après que l'étape de brasage a été complétée. Le noyau 11 a au moins la même longueur que le corps 1, ce qui dépend des caractéristiques opérationnelles recherchées de l'élément de direction électrostatique particulier. Le noyau 11 est réalisé de préférence en platine qui est un métal non oxydant et qui n'a donc pas besoin d'être revêtu pour empêcher une oxydation, à la différence des éléments de direction de l'art antérieur décrit ci-dessus. Le perçage 7 du corps 1 est revêtu préalablement d'un fondant d'alliage de brasage, et ensuite le noyau 11 est inséré dans le perçage 7. Les deux composants sont ensuite brasés l'un à l'autre dans un four à vide. Après que le noyau 11 a été brasé en position dans le corps 1, la surface supérieure 6 de la bride 5 est usinée pour atteindre une platitude de telle sorte que le corps 1 est à niveau avec le noyau 11. Une étape de perçage est ensuite effectuée pour dimensionner correctement le perçage 13 du noyau 11 et pour l'amener à être concentrique avec la périphérie du corps 1. Sans cette étape, il est possible que des variations se produisent par rapport à la concentricité étant donné qu'il y a un certain déplacement entre le noyau 11 et le perçage 7 pendant l'étape de brasage. Etant donné que l'ensemble est positionné dans la colonne par sa bride de montage, cette variation dans la concentricité produirait également une certaine non-uniformité non recherchée dans l'espacement des pièces polaires de l'axe du faisceau. L'ensemble brasé formé par le noyau 11 et le corps 1 est placé dans une machine d'usinage par étincelage ("EDM"). Il s'agit d'un type de machine bien connu pour couper le métal. La machine d'usinage par étincelage est utilisée pour couper des fentes non linéaires 17 à travers le noyau 11 afin de créer huit pièces polaires 19, comme représenté sur les figures 3 et 4. La forme non linéaire des fentes 17 est requise pour empêcher l'exposition du faisceau de particules chargées à une surface isolante sur le corps 1 qui peut se charger statiquement parce que cela créerait un champ électrique non recherché qui pourrait nuire au faisceau. La machine d'usinage par étincelage est apte à former des fentes 17 avec la précision requise. Ainsi, la présente invention remplace la manipulation individuelle laborieuse de huit pièces polaires par une manipulation bien plus simple d'un noyau. De même, l'inconvénient d'avoir à positionner et à fixer d'une manière précise huit pièces polaires individuellement est surmonté par une seule étape de positionnement réalisant la mise en place du noyau 11 dans le corps 1 et la formation automatique précise des pièces polaires en découpant les fentes 17 avec une machine d'usinage par étincelage. Il est essentiel que les pièces polaires soient complètement isolées les unes des autres par des fentes 17 qui passent entièrement à travers le noyau 11. Cependant, en raison du mode de fonctionnement d'une machine d'usinage par étincelage, un reste mince du noyau peut subsister entre les pièces polaires à l'extrémité des fentes où elles se terminent, adjacentes au corps 1. Pour éviter toute éventualité que les pièces polaires restent en contact les unes avec les autres après l'achèvement des fentes 17 par la machine d'usinage par étincelage, une étape de post-meulage est exécutée avec une machine de rectification appropriée, bien connue. La réalisation des rainures 10 dans le corps 1, comme représenté sur la figure 1, contribue à cette étape de post-meulage. Sans les rainures 10, le noyau 11 et le corps 1 seraient en contact. La ligne de jonction entre ces deux matériaux de résistances différentes amènerait la machine de meulage à ne pas couper selon une ligne droite. L'outil s'engagerait dans le matériau plus mou (platine) et l'outil serait cassé. Bien qu'un mode de réalisation préféré de la présente invention ait été décrit en détail ci-dessus, diverses modifications viendront facilement à l'esprit de l'homme de l'art. Toutes ces variations sont destinées à tomber dans l'étendue de la présente invention, telle que définie par les revendications suivantes. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un élément électrostatique pour la direction d'un faisceau de particules chargées, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : réaliser un corps cylindrique, non conducteur (1) ayant un perçage (7) à travers celui-ci ; réaliser un noyau cylindrique conducteur (11) ayant un perçage (13) à travers celui-ci et dimensionné pour s'adapter dans le perçage (7) dudit corps (1) ; fixer ledit noyau (11) dans le perçage (7) dudit corps (1) ; et couper des fentes (17) s'étendant longitudinalement complètement à travers ledit noyau (11) pour créer des pièces polaires (19) qui sont isolées électriquement les unes des autres. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit noyau (11) est fixé dans le perçage dudit corps par brasage. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps (1) est réalisé en alumine. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape consistant à couper les fentes est exécutée avec une machine d'usinage par étincelage. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite étape de coupe, après l'achèvement de la coupe avec la machine d'usinage par étincelage, comprend en outre la coupe de l'extrémité de chacune desdites fentes (17) pour couper chacune desdites fentes complètement à travers ledit noyau (11). 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit noyau est en métal. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit noyau métallique est en platine. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en outre par l'étape consistant à réaliser ledit perçage dans le noyau (11) après que le noyau a été fixé audit corps (1) pour amener le perçage dans le noyau à ce qu'il soit concentrique avec la périphérie extérieure dudit corps. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape consistant à percer davantage ledit perçage dans le noyau après que le noyau a été fixé audit corps (1), réalise le perçage en une dimension de perçage prédéterminée. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit perçage (7) dans le corps (1) présente des rainures (10) s'étendant longitudinalement dont le nombre correspond au nombre desdites fentes (17). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdites rainures (10) sont alignées avec les extrémités desdites fentes (17), respectivement, et que ladite étape de coupe comprend, après l'achèvement de la coupe avec la machine d'usinage par étincelage, en outre la coupe de l'extrémité de chacune desdites fentes pour couper chacune desdites fentes (17) complètement à travers ledit noyau (11) pour qu'elles communiquent avec lesdites rainures.