FR2936092A1

FR2936092A1 - Ion beam generating device for treating substrate in industrial application, has ion source surrounded by cold trap maintained at low temperature, where trap traps volatile chemical species by condensation, before species reach source

Info

Publication number: FR2936092A1
Application number: FR0856190A
Authority: FR
Inventors: Jacques Gierak; Ralf Jede
Original assignee: RAITH GmbH; Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 2008-09-15
Filing date: 2008-09-15
Publication date: 2010-03-19
Anticipated expiration: 2028-09-15
Also published as: FR2936092B1

Abstract

The device (2) has an ion source (18) surrounded by a cold trap (28) maintained at low temperature by circulation/accumulation of a cryogenic liquid (30) e.g. liquid nitrogen. The trap traps volatile chemical species (G) by condensation, before the species reach the source. The trap has a sheath (32) with open ends (34, 36) surrounding the source, and a coiled tubing (38) around the sheath. One of the ends serves as passage for an ion beam (4) produced by the source. Permanent magnets (M1, M2) of a magnetic filter generate magnetic field (B) at an opening (16) of an extracting electrode (12).

Description

Dispositif de génération d'un faisceau d'ions avec piège cryogénique La présente invention concerne un dispositif de génération d'un faisceau d'ions comportant une source d'ions. Un tel dispositif de génération d'un faisceau d'ions est connu du document WO 02/078036 A2. Comme il est connu par l'homme du métier, un dispositif de génération d'un faisceau d'ions comporte une source d'ions située à l'intérieur d'un dispositif d'optique électrostatique et d'une chambre de travail. On a constaté que l'utilisation du dispositif décrit dans le document WO 02/078036 A2 en combinaison avec des techniques d'injection de gaz réactifs ou précurseurs introduits au niveau de la chambre de travail réduit notablement la durée de vie de la source d'ions ainsi que la stabilité du processus émissif par réaction des traces résiduelles de gaz injectés avec le film de métal de la source d'ions maintenu en phase liquide. Cela est particulièrement sensible lorsque cette réaction s'opère au voisinage de la partie terminale de la source constituée d'une pointe et se manifeste généralement par des interruptions dans l'émission du faisceau d'ions et déplacement latéral du site émissif. En effet même une très faible proportion des molécules de gaz injectées dans la chambre de travail qui diffusent au voisinage de la source d'ions ont une très forte probabilité d'être ionisées puis ensuite d'être happées par la zone de très fort champ électrostatique régnant à l'apex de la pointe (1010 V/m). Le dépôt de ces molécules va modifier localement les propriétés physico-chimiques du film de métal liquide ou de la pointe support et donc perturber les propriétés d'émission initialement choisies. Ce dépôt de molécules peut constituer une source de pollution / contamination pour : (i) Le film de métal liquide par formation d'une barrière d'oxyde réfractaire interrompant la fonction d'apport du métal liquide basé sur un mécanisme de diffusion de surface ; (ii) La géométrie de la pointe support par croissance de structures parasites latérales capables d'activer un site émissif au détriment du site originel. Un but de l'invention est donc de rendre un dispositif de génération d'un faisceau d'ions compatible avec les techniques d'injection de gaz. The present invention relates to a device for generating an ion beam comprising an ion source. Such a device for generating an ion beam is known from WO 02/078036 A2. As known to those skilled in the art, an ion beam generating device includes an ion source located within an electrostatic optics device and a working chamber. It has been found that the use of the device described in WO 02/078036 A2 in combination with reactive gas injection techniques or precursor techniques introduced at the working chamber significantly reduces the service life of the source of ions as well as the stability of the emissive process by reaction of the residual traces of injected gas with the metal film of the ion source maintained in the liquid phase. This is particularly noticeable when this reaction occurs in the vicinity of the terminal portion of the point source and is generally manifested by interruptions in ion beam emission and lateral displacement of the emissive site. Indeed even a very small proportion of gas molecules injected into the working chamber that diffuse in the vicinity of the ion source have a very high probability of being ionized and then to be caught by the zone of very strong electrostatic field. prevailing at the apex of the tip (1010 V / m). The deposition of these molecules will modify locally the physico-chemical properties of the liquid metal film or the support tip and thus disturb the initially chosen emission properties. This deposit of molecules can be a source of pollution / contamination for: (i) the liquid metal film by forming a refractory oxide barrier interrupting the liquid metal delivery function based on a surface diffusion mechanism; (ii) The geometry of the support tip by growth of lateral parasitic structures capable of activating an emissive site at the expense of the original site. An object of the invention is therefore to make a device for generating an ion beam compatible with gas injection techniques.

Ce but est atteint par un dispositif de génération d'un faisceau d'ions du type précité, caractérisé en ce que la source d'ions est entourée d'un piège cryogénique maintenu à basse température, ce piège cryogénique étant apte à piéger des espèces chimiques volatiles par condensation avant qu'elles ne puissent atteindre la source d'ions. En entourant la source d'ions d'un piége cryogénique on la protège de façon efficace contre l'effet des gaz injectés au niveau de l'échantillon. Les gaz sont ainsi neutralisés par le piège cryogénique et n'agissent plus sur la source d'ions. This object is achieved by a device for generating an ion beam of the aforementioned type, characterized in that the ion source is surrounded by a cryogenic trap maintained at low temperature, this cryogenic trap being able to trap species volatile chemicals by condensation before they can reach the ion source. By surrounding the ion source of a cryogenic trap it is effectively protected against the effect of the gases injected at the sample. The gases are thus neutralized by the cryogenic trap and no longer act on the ion source.

Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif de génération d'un faisceau d'ions comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - le piège cryogénique est maintenu à basse température par circulation ou accumulation d'un fluide cryogénique, le fluide cryogénique étant de préférence de l'azote liquide ; - le piège cryogénique est maintenu à une température inférieure à 100 K ; - le piège cryogénique comprend une gaine à deux extrémités ouvertes entourant la source d'ions ; - le piège cryogénique comprend un tube spiralé à fluide cryogénique enroulé autour de la gaine ; - l'une des extrémités ouvertes de la gaine sert au passage du faisceau d'ions produit par la source d'ions ; - la gaine est formée par une paroi de révolution, cette paroi comprenant une première section de forme cylindrique et une deuxième section de forme tronconique ; - une électrode d'extraction, le piège cryogénique entourant à la fois la source d'ions et l'électrode d'extraction ; - l'électrode d'extraction étant munie d'une ouverture permettant le passage du faisceau d'ions, le dispositif comprend en outre un moyen de génération d'un champ magnétique apte à générer un champ magnétique au niveau de l'ouverture de l'électrode d'extraction, le champ magnétique généré étant apte à dévier des particules chargées attirées par la source d'ions de manière à ce que ces particules chargées n'atteignent pas la source d'ions ; - le champ magnétique généré est apte à dévier les particules chargées de telle manière qu'elles rencontrent une paroi de l'électrode d'extraction au lieu d'atteindre, en traversant l'ouverture de l'électrode d'extraction, la source d'ions ; - le moyen de génération d'un champ magnétique est agencé au niveau de l'ouverture de l'électrode d'extraction ; - l'ouverture de l'électrode d'extraction est réalisée dans un renfoncement de l'électrode d'extraction, le moyen de génération d'un champ magnétique étant placé à l'intérieur de ce renfoncement, en bordure de ladite ouverture ; - le moyen de génération d'un champ magnétique comprend au moins un aimant permanent ; - le moyen de génération d'un champ magnétique est composé de deux aimants permanents placés en vis-à-vis ; - les deux aimants permanents définissent entre eux un entrefer de préférence ajustable d'environ 2 à environ 4 mm ; - le champ magnétique induit par les deux aimants permanents dans l'entrefer est de l'ordre de 0,1 à 1 Tesla. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés. According to particular embodiments, the device for generating an ion beam comprises one or more of the following characteristics, taken separately or in any technically possible combination: the cryogenic trap is kept at a low temperature by circulation or accumulation of a cryogenic fluid, the cryogenic fluid preferably being liquid nitrogen; the cryogenic trap is maintained at a temperature of less than 100 K; the cryogenic trap comprises a sheath with two open ends surrounding the ion source; the cryogenic trap comprises a spiral tube with a cryogenic fluid wound around the sheath; one of the open ends of the sheath serves to pass the ion beam produced by the ion source; the sheath is formed by a wall of revolution, this wall comprising a first section of cylindrical shape and a second section of frustoconical shape; an extraction electrode, the cryogenic trap surrounding both the ion source and the extraction electrode; - The extraction electrode being provided with an opening for the passage of the ion beam, the device further comprises a means for generating a magnetic field capable of generating a magnetic field at the opening of the ion beam. extraction electrode, the generated magnetic field being able to deflect charged particles attracted by the ion source so that these charged particles do not reach the ion source; the generated magnetic field is capable of deflecting the charged particles in such a way that they meet a wall of the extraction electrode instead of reaching, through the opening of the extraction electrode, the source of ions; the means for generating a magnetic field is arranged at the opening of the extraction electrode; the opening of the extraction electrode is carried out in a recess of the extraction electrode, the means for generating a magnetic field being placed inside this recess, at the edge of said opening; the means for generating a magnetic field comprises at least one permanent magnet; - The magnetic field generation means is composed of two permanent magnets placed vis-à-vis; the two permanent magnets define between them a preferably adjustable air gap of approximately 2 to approximately 4 mm; the magnetic field induced by the two permanent magnets in the gap is of the order of 0.1 to 1 Tesla. The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of example, and with reference to the accompanying drawings.

La figure 1 est une vue de côté, partiellement en coupe, d'un dispositif de génération d'un faisceau d'ions selon un mode de réalisation de l'invention ; La figure 2 est une vue en coupe d'un détail de la figure 1, selon les flèches Il-II ; et La figure 3 est une vue frontale de l'ouverture d'émission du dispositif de la figure 1, selon la flèche III. La figure 1 illustre un dispositif de génération d'un faisceau d'ions, ce dispositif étant désigné par la référence 2. Ce dispositif 2 se situe à l'intérieur d'une chambre de travail 9 qui est maintenue sous vide. Le dispositif 2 comprend une source d'ions 18 qui est entourée d'une électrode d'extraction 12. La source d'ions 18 ainsi que l'électrode d'extraction 12 sont fixées sur un support 6. On voit également une embase 3 sur laquelle est montée le support 6. La source d'ions 18 comprend une tige conductrice 24 terminée par une pointe 11 ainsi qu'un filament conducteur 5 comportant des enroulements. Ces enroulements sont traversés par la pointe 11 de la tige 24. On dénommera extrémité inférieure l'extrémité 8 de la source d'ions 18 située à proximité du support 6. L'extrémité 10 de la source d'ions 18 à l'opposé de l'extrémité inférieure 8 sera dénommée extrémité supérieure . Cette extrémité supérieure 10 comprend la pointe 11 de la tige 24. L'électrode d'extraction 12 est pourvue d'une ouverture 16, appelée diaphragme d'extraction , et d'orifices tels que l'orifice 7, à travers lesquelles peuvent être pompés des gaz résiduels. L'ouverture 16 et lesdits trous sont réalisés dans une paroi 14 de l'électrode d'extraction 12. L'ouverture 16 se situe au milieu d'un renfoncement cylindrique 26 de l'électrode d'extraction 12. En fonctionnement, la source d'ions 18 émet des ions qui sont attirés par l'électrode d'extraction 12 afin de traverser l'ouverture 16. Les ions quittent le dispositif 2 sous forme de faisceau 4. Le faisceau d'ions 4 est alors, par des moyens non représentés, orienté et focalisé sur un substrat situé à l'intérieur de la chambre de travail 9 pour servir au traitement de ce substrat. Les caractéristiques du dispositif 2 qui viennent d'être décrites sont connues, et, pour plus de détails, il est fait référence au document WO 02/078036 A2. Par la suite, on s'intéressera aux nouveaux éléments objet de la présente invention. Figure 1 is a side view, partially in section, of an ion beam generation device according to one embodiment of the invention; Figure 2 is a sectional view of a detail of Figure 1, according to the arrows II-II; and FIG. 3 is a front view of the emission aperture of the device of FIG. 1 along arrow III. FIG. 1 illustrates a device for generating an ion beam, this device being designated by the reference 2. This device 2 is located inside a working chamber 9 which is kept under vacuum. The device 2 comprises an ion source 18 which is surrounded by an extraction electrode 12. The ion source 18 and the extraction electrode 12 are fixed on a support 6. There is also a base 3 The source of ions 18 comprises a conductive rod 24 terminated by a tip 11 and a conductive filament 5 having windings. These windings are crossed by the tip 11 of the rod 24. The bottom end 8 will be called the end of the ion source 18 located near the support 6. The end 10 of the ion source 18 on the opposite side from the lower end 8 will be called upper end. This upper end 10 comprises the tip 11 of the rod 24. The extraction electrode 12 is provided with an opening 16, called extraction diaphragm, and orifices such as the orifice 7, through which can be pumped residual gases. The opening 16 and said holes are made in a wall 14 of the extraction electrode 12. The opening 16 is in the middle of a cylindrical recess 26 of the extraction electrode 12. In operation, the source 18 ions emits ions which are attracted by the extraction electrode 12 to cross the opening 16. The ions leave the device 2 in the form of beam 4. The ion beam 4 is then, by means not shown, oriented and focused on a substrate located inside the working chamber 9 to serve the treatment of this substrate. The characteristics of the device 2 which have just been described are known, and for more details, reference is made to WO 02/078036 A2. Subsequently, we will focus on new elements object of the present invention.

Le dispositif 2 a la particularité de comprendre un piège cryogénique 28. Ce piège 28 comprend une gaine 32 entourant la source d'ions 18, ainsi que l'électrode d'extraction 12. La gaine 32 présente une section S1 de forme cylindrique et une section S2 de forme tronconique. La paroi de révolution 40 de la gaine 32 forme écran autour de la source d'ions 18. The device 2 has the particularity of comprising a cryogenic trap 28. This trap 28 comprises a sheath 32 surrounding the ion source 18, as well as the extraction electrode 12. The sheath 32 has a cylindrical section S1 and a S2 section of frustoconical shape. The revolution wall 40 of the sheath 32 forms a screen around the ion source 18.

La gaine 32 dispose de deux extrémités ouvertes 34 et 36. L'extrémité ouverte 34 permet l'insertion de la source d'ions 18 et de l'électrode d'extraction 12 à l'intérieur de la gaine 32. L'extrémité ouverte 36 permet le passage du faisceau d'ions 4 généré par la source d'ions 18. Le piège cryogénique 28 comprend en outre un tube spiralé 38 enroulé autour de la gaine 32. Ce tube 38 permet la circulation ou l'accumulation d'un fluide cryogénique 30, de préférence de l'azote liquide. Le piège cryogénique 28 a été rajouté au dispositif 2 afin de le rendre compatible avec les techniques d'injection de gaz fréquemment utilisées dans des applications industrielles de dispositifs de génération d'ions. Ces techniques d'injection consistent à introduire des gaz réactifs ou précurseurs dans la chambre de travail 9 afin de diversifier ou d'améliorer et d'accélérer le traitement des substrats par le faisceau d'ions 4. The sheath 32 has two open ends 34 and 36. The open end 34 allows the insertion of the ion source 18 and the extraction electrode 12 inside the sheath 32. The open end 36 allows the passage of the ion beam 4 generated by the ion source 18. The cryogenic trap 28 further comprises a spiral tube 38 wound around the sheath 32. This tube 38 allows the circulation or accumulation of a cryogenic fluid 30, preferably liquid nitrogen. The cryogenic trap 28 has been added to the device 2 to make it compatible with the gas injection techniques frequently used in industrial applications of ion generation devices. These injection techniques consist in introducing reactive or precursor gases into the working chamber 9 in order to diversify or improve and accelerate the treatment of the substrates by the ion beam 4.

Une première de ces techniques est déployée lorsque le faisceau d'ions 4 est utilisé pour graver le substrat. On introduit des gaz réactifs dans la chambre de travail 9 qui réagissent avec les atomes du substrat pulvérisés par le faisceau 4 en formant des composés volatils. Ce procédé améliore la vitesse de gravure car il neutralise et évacue les déblais issus de la gravure. A first of these techniques is deployed when the ion beam 4 is used to etch the substrate. Reactive gases are introduced into the working chamber 9 which react with the atoms of the substrate sprayed by the beam 4 to form volatile compounds. This method improves the etching speed because it neutralizes and evacuates the cuttings resulting from the etching.

La technique d'injection s'utilise aussi pour déposer des substances sur le substrat. A cet effet, on introduit des gaz précurseurs dans la chambre de travail 9 dont les molécules sont dissociées par l'action du faisceau d'ions 4. Les composés non volatils de cette réaction forment alors un dépôt solide adhérant à la surface du substrat. The injection technique is also used to deposit substances on the substrate. For this purpose, precursor gases are introduced into the working chamber 9, the molecules of which are dissociated by the action of the ion beam 4. The non-volatile compounds of this reaction then form a solid deposit adhering to the surface of the substrate.

Dans le contexte d'un dispositif de génération de faisceau d'ions, ces techniques d'injection présentent un inconvénient majeur. En effet, les gaz injectés dans la chambre de travail 9 ont des effets extrêmement néfastes sur la source d'ions 18. A cause d'un gradient de pression favorable, ces gaz s'acheminent vers la source 18 et la déstabilisent. Ainsi, Il devient impossible de maintenir la stabilité de l'émission d'ions sur des périodes de plusieurs heures. Le piège cryogénique 28 permet de résoudre ce problème en protégeant la source d'ions 18 des vapeurs de gaz injecté. Il devient alors possible d'appliquer les techniques d'injection de gaz au dispositif 2 de génération de faisceau d'ions. Le piège cryogénique 28 fonctionne de la manière suivante. On fait circuler de l'azote liquide 30 à l'intérieur du tube 38 afin de refroidir la paroi 40 de la gaine 32 à une température en dessous de 100 K. La gaine 32 ainsi refroidie constitue un piège pour les vapeurs de gaz injecté G, qui sont représentées à la figure 1 par des flèches ondulées. Ces espèces volatiles G sont arrêtées sur leur trajet vers la source d'ions 18 par la paroi 40 qui forme barrage. Une fois arrêtées par la paroi 40, les espèces G se refroidissent rapidement et perdent donc une grande partie de leur énergie cinétique. Les espèces G se condensent sur la paroi 40 et se trouvent réellement piégées . Par manque d'énergie, elles restent collées au piège cryogénique 28 et ne peuvent donc plus atteindre la source d'ions 18. In the context of an ion beam generation device, these injection techniques have a major disadvantage. Indeed, the gases injected into the working chamber 9 have extremely detrimental effects on the ion source 18. Because of a favorable pressure gradient, these gases move towards the source 18 and destabilize it. Thus, it becomes impossible to maintain the stability of the ion emission over periods of several hours. The cryogenic trap 28 solves this problem by protecting the ion source 18 from the gas vapor injected. It then becomes possible to apply the gas injection techniques to the ion beam generation device 2. The cryogenic trap 28 operates as follows. Liquid nitrogen 30 is circulated inside the tube 38 in order to cool the wall 40 of the sheath 32 to a temperature below 100 K. The sheath 32 thus cooled constitutes a trap for the injected gas vapors G , which are shown in Figure 1 by wavy arrows. These volatile species G are stopped on their way to the ion source 18 by the wall 40 which forms a dam. Once stopped by the wall 40, the species G cool rapidly and thus lose a large part of their kinetic energy. The species G condense on the wall 40 and are actually trapped. For lack of energy, they remain stuck to the cryogenic trap 28 and can therefore no longer reach the source of ions 18.

Une deuxième nouveauté du dispositif 2 est l'ajout d'un filtre magnétique M1, M2. Ce filtre magnétique comprend deux aimants permanents M1 et M2 qui sont disposés en vis-à-vis à l'intérieur du renfoncement 26 de l'électrode d'extraction 12. A second novelty of the device 2 is the addition of a magnetic filter M1, M2. This magnetic filter comprises two permanent magnets M1 and M2 which are arranged vis-à-vis inside the recess 26 of the extraction electrode 12.

En référence à la figure 3, ces deux aimants M1 et M2 définissent entre eux un entrefer D. Cet entrefer D est de préférence ajustable entre environ 2 et 4 mm. Les deux aimants M1 et M2 induisent dans l'entrefer D un champ magnétique B, dont la valeur est de préférence de l'ordre de 0,1 à 1 Tesla. Le champ magnétique B est représenté aux figures 1 à 3 par des lignes de champ fléchées. With reference to FIG. 3, these two magnets M1 and M2 define between them an air gap D. This air gap D is preferably adjustable between approximately 2 and 4 mm. The two magnets M1 and M2 induce in the gap D a magnetic field B, the value of which is preferably of the order of 0.1 to 1 Tesla. The magnetic field B is shown in FIGS. 1 to 3 by arrow field lines.

La figure 2 est une vue en coupe de la pointe de l'électrode d'extraction 12, selon la ligne II-II de la figure 1. La figure 2 représente donc une vue perpendiculaire à celle représentée par la figure 1. A la figure 2, on distingue le champ magnétique B dont les lignes de champ sont perpendiculaires au plan du dessin. On distingue aussi la pointe 11 de la tige conductrice 24 qui émet le faisceau d'ions 4. Les aimants M1 et M2 ne sont pas visibles à la figure 2 puisqu'ils se situent respectivement à l'arrière et à l'avant du plan du dessin. Le filtre magnétique M1, M2 a été rajouté au dispositif 2 afin d'empêcher les électrons secondaires 20 (cf. les figures 1 et 2) d'atteindre la source d'ions 18. Ces électrons secondaires 20 sont crées par l'impact d'ions du faisceau d'ions 4 sur les parois de l'environnement du dispositif 2. Ils sont attirés par le champ électrique local de forte intensité existant autour de la pointe 11. En absence du champ magnétique B, les électrons secondaires 20 pénètrent à l'intérieur de l'électrode d'extraction 12 par l'ouverture 16 et contaminent la source d'ions 18. Grâce au champ magnétique B au niveau de l'ouverture 16, les électrons secondaires 20 sont déviés de leur trajectoire, tel qu'on peut le voir à la figure 2, et sont interceptés par la paroi 14 de l'électrode d'extraction 12. Les électrons secondaires 20 sont ainsi neutralisés. Il convient de noter que le filtre magnétique selon l'invention peut aussi prendre d'autres formes que celle qui vient d'être décrite. En effet, pour atteindre le but recherché, il suffit d'un moyen quelconque, du moment qu'il soit apte à générer un champ magnétique adapté pour empêcher les électrons secondaires d'atteindre la source d'ions 18. FIG. 2 is a sectional view of the tip of the extraction electrode 12, along the line II-II of FIG. 1. FIG. 2 thus represents a view perpendicular to that represented by FIG. 2, we distinguish the magnetic field B whose field lines are perpendicular to the plane of the drawing. Note also the tip 11 of the conductive rod 24 which emits the ion beam 4. The magnets M1 and M2 are not visible in Figure 2 since they are located respectively at the rear and the front of the plane drawing. The magnetic filter M1, M2 has been added to the device 2 in order to prevent the secondary electrons 20 (see FIGS. 1 and 2) from reaching the source of ions 18. These secondary electrons 20 are created by the impact of ions of the ion beam 4 on the walls of the environment of the device 2. They are attracted by the local electric field of high intensity existing around the tip 11. In the absence of the magnetic field B, the secondary electrons 20 penetrate to the inside of the extraction electrode 12 through the opening 16 and contaminate the ion source 18. Thanks to the magnetic field B at the opening 16, the secondary electrons 20 are deviated from their trajectory, such that it can be seen in FIG. 2, and are intercepted by the wall 14 of the extraction electrode 12. The secondary electrons 20 are thus neutralized. It should be noted that the magnetic filter according to the invention can also take other forms than the one just described. Indeed, to achieve the desired goal, it suffices by any means, as long as it is able to generate a magnetic field adapted to prevent secondary electrons from reaching the source of ions 18.

Le dispositif de génération d'un faisceau d'ions selon l'invention présente en particulier les avantages suivants : - un fonctionnement plus stable de la source d'ions à faible courant d'émission (< 3 pA) grâce à l'élimination du courant d'électrons secondaires venant frapper la pointe émettrice ; - une augmentation de la durée de vie de la source ; - une meilleure pureté du faisceau d'ions émis par une protection accrue de la source ; et - l'obtention d'un effet de pompage plus efficace dans la région de la source d'ions permettant de maintenir la source en émission dans un vide poussé (10 ù 8 mbar) et ainsi de gommer l'influence des fluctuations de vide liées aux chargements et déchargements des échantillons qui pourront ainsi être multipliés à volonté sans endommager la source d'ions pouvant être laissée en fonctionnement. The device for generating an ion beam according to the invention has, in particular, the following advantages: a more stable operation of the ion source with a low emission current (<3 pA) by eliminating the current of secondary electrons striking the emitting tip; - an increase in the life of the source; - better purity of the ion beam emitted by increased protection of the source; and obtaining a more efficient pumping effect in the region of the ion source making it possible to keep the source emitted in a high vacuum (10 to 8 mbar) and thus to eliminate the influence of vacuum fluctuations. related to the loading and unloading of samples that can be multiplied at will without damaging the ion source that can be left in operation.

En résumé ce dispositif permet de préserver l'intégrité de la source d'ions et par voie de conséquence d'espacer le nombre et la fréquence (i) des opérations de décontamination généralement effectuées par un chauffage de la source lesquelles nécessitent d'interrompre l'utilisation, impliquent un nouveau réglage de l'instrument et induisent une perte par évaporation du métal liquide et (ii) de remplacements des sources arrivées en fin de vie. L'invention permet d'améliorer la productivité du dispositif, l'utilisateur pouvant conserver les réglages opératoires (centrage optique de la source d'ions par rapport au système d'optique électrostatique, focalisation et correction de l'astigmatisme résiduel du faisceau) pendant des durées considérablement augmentées. In summary, this device makes it possible to preserve the integrity of the ion source and consequently to space the number and the frequency (i) of the decontamination operations generally carried out by heating the source, which necessitates interrupting the ion source. use, imply a new adjustment of the instrument and induce a loss by evaporation of the liquid metal and (ii) replacements of the sources arrived at the end of life. The invention makes it possible to improve the productivity of the device, the user being able to maintain the operating adjustments (optical centering of the ion source with respect to the electrostatic optics system, focusing and correcting the residual astigmatism of the beam) during durations considerably increased.

Claims

REVENDICATIONS1.- Dispositif (2) de génération d'un faisceau d'ions (4) comportant une source d'ions (18), caractérisé en ce que la source d'ions est entourée d'un piège cryogénique (28) maintenu à basse température, ce piège cryogénique étant apte à piéger des espèces chimiques volatiles (G) par condensation avant qu'elles ne puissent atteindre la source d'ions. CLAIMS1.- A device (2) for generating an ion beam (4) comprising an ion source (18), characterized in that the ion source is surrounded by a cryogenic trap (28) maintained at low temperature, this cryogenic trap being able to trap volatile chemical species (G) by condensation before they can reach the ion source.

2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le piège cryogénique (28) est maintenu à basse température par circulation ou accumulation d'un fluide cryogénique (30), le fluide cryogénique étant de préférence de l'azote liquide. 2. Device according to claim 1, wherein the cryogenic trap (28) is maintained at low temperature by circulation or accumulation of a cryogenic fluid (30), the cryogenic fluid is preferably liquid nitrogen.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le piège cryogénique est maintenu à une température inférieure à 100 K. 3. Device according to claim 1 or 2, wherein the cryogenic trap is maintained at a temperature below 100 K.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 15 dans lequel le piège cryogénique comprend une gaine (32) à deux extrémités ouvertes (34, 36) entourant la source d'ions (18). Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the cryogenic trap comprises a sheath (32) with two open ends (34, 36) surrounding the ion source (18).

5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le piège cryogénique comprend un tube spiralé (38) à fluide cryogénique (30) enroulé autour de la gaine 20 (32). 5. Device according to claim 4, wherein the cryogenic trap comprises a coiled tube (38) cryogenic fluid (30) wound around the sheath 20 (32).

6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, dans lequel l'une (36) des extrémités ouvertes de la gaine (32) sert au passage du faisceau d'ions (4) produit par la source d'ions. 6. Device according to claim 4 or 5, wherein one (36) of the open ends of the sheath (32) serves for the passage of the ion beam (4) produced by the ion source.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel la gaine est formé par une paroi de révolution (40), cette paroi comprenant une première section (S1) de forme cylindrique et une deuxième section (S2) de forme tronconique. 25 30 7. Device according to any one of claims 4 to 6, wherein the sheath is formed by a wall of revolution (40), this wall comprising a first section (S1) of cylindrical shape and a second section (S2) of shape truncated. 25 30

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, le dispositif comprenant en outre une électrode d'extraction (12), le piège cryogénique entourant à la fois la source d'ions et l'électrode d'extraction. 8. Device according to any one of the preceding claims, the device further comprising an extraction electrode (12), the cryogenic trap surrounding both the ion source and the extraction electrode.

9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel, l'électrode d'extraction (12) étant munie d'une ouverture (16) permettant le passage du faisceau d'ions (4), le dispositif comprend en outre un moyen (M1, M2) de génération d'un champ magnétique (B) apte à générer un champ magnétique (B) au niveau de l'ouverture (16) de l'électrode d'extraction (12), le champ magnétique (B) généré étant apte à dévier des particules chargées (20) attirées par la source d'ions de manière à ce que ces particules chargées n'atteignent pas la source d'ions. 9. Device according to claim 8, wherein, the extraction electrode (12) being provided with an opening (16) for the passage of the ion beam (4), the device further comprises means (M1 , M2) for generating a magnetic field (B) capable of generating a magnetic field (B) at the opening (16) of the extraction electrode (12), the magnetic field (B) generated being capable of deflecting charged particles (20) attracted by the ion source such that these charged particles do not reach the ion source.

10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel le champ magnétique (B) généré est apte à dévier les particules chargées (20) de telle manière qu'elles rencontrent une paroi (14) de l'électrode d'extraction au lieu d'atteindre, en traversant l'ouverture (16) de l'électrode d'extraction, la source d'ions (18). 10. Device according to claim 9, wherein the magnetic field (B) generated is able to deflect the charged particles (20) such that they meet a wall (14) of the extraction electrode instead of reaching, through the opening (16) of the extraction electrode, the ion source (18).

11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, dans lequel le moyen (Ml, M2) de génération d'un champ magnétique est agencé au niveau de l'ouverture (16) de l'électrode d'extraction. 11. Device according to claim 9 or 10, wherein the means (Ml, M2) for generating a magnetic field is arranged at the opening (16) of the extraction electrode.

12. Dispositif selon la revendication 11, dans lequel l'ouverture (16) de l'électrode d'extraction est réalisée dans un renfoncement (26) de l'électrode d'extraction, le moyen (Ml, M2) de génération d'un champ magnétique étant placé à l'intérieur de ce renfoncement, en bordure de ladite ouverture (16). 12. Device according to claim 11, wherein the opening (16) of the extraction electrode is made in a recess (26) of the extraction electrode, the means (Ml, M2) for generating a magnetic field being placed inside this recess, at the edge of said opening (16).

13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, dans lequel le moyen de génération d'un champ magnétique comprend au moins un aimant permanent (Ml, M2). 13. Device according to any one of claims 9 to 12, wherein the means for generating a magnetic field comprises at least one permanent magnet (Ml, M2).

14. Dispositif selon la revendication 13, dans lequel le moyen de génération d'un champ magnétique est composé de deux aimants permanents (M1, M2) placés en vis-à-vis. 14. Device according to claim 13, wherein the means for generating a magnetic field is composed of two permanent magnets (M1, M2) placed vis-à-vis.

15. Dispositif selon la revendication 14, dans lequel les deux aimants permanents (M1, M2) définissent entre eux un entrefer (D) de préférence ajustable d'environ 2 à environ 4 mm. 15. Device according to claim 14, wherein the two permanent magnets (M1, M2) define between them a gap (D) preferably adjustable from about 2 to about 4 mm.

16. Dispositif selon la revendication 15, dans lequel le champ magnétique (B) induit par les deux aimants permanents (Ml, M2) dans l'entrefer (D) est de l'ordre de 0,1 à 1 Tesla. 16. Device according to claim 15, wherein the magnetic field (B) induced by the two permanent magnets (Ml, M2) in the gap (D) is of the order of 0.1 to 1 Tesla.