EP0769202B1 - Liquid metal ion source - Google Patents

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EP0769202B1
EP0769202B1 EP95920933A EP95920933A EP0769202B1 EP 0769202 B1 EP0769202 B1 EP 0769202B1 EP 95920933 A EP95920933 A EP 95920933A EP 95920933 A EP95920933 A EP 95920933A EP 0769202 B1 EP0769202 B1 EP 0769202B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid metal
ion source
metal ion
source according
point
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP95920933A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0769202A1 (en
Inventor
Jacques Gierak
Gérard Jacques BEN ASSAYAG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP0769202A1 publication Critical patent/EP0769202A1/en
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Publication of EP0769202B1 publication Critical patent/EP0769202B1/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/20Ion sources; Ion guns using particle beam bombardment, e.g. ionisers
    • H01J27/22Metal ion sources
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/26Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field effect ion sources, thermionic ion sources

Definitions

  • the present invention relates to the field sources of liquid metal ions, in which ions are produced from a filler metal which covers a refractory metal tip.
  • the emissive zone is of the order of a few nm 2 for an emission current of approximately 2 ⁇ A.
  • This type of source has the advantages of on the one hand simplicity and on the other hand compactness since the graphite tip has a diameter about 0.8 mm, for a length of 2 mm.
  • WO 86/06210 describes another type of ion source, comprising a tip and an element heating in the form of a ribbon. A hole in the ribbon heater allows molten liquid to flow into tip direction.
  • the present invention seeks to resolve the problems mentioned above.
  • Its object is a source of metal ions liquid comprising a cylindrical rod made of a material conductor and refractory extended by a point in refractory material, intended to be covered with a liquid filler metal, characterized in that the assembly constituted by the cylindrical rod and the point passes through a tank made of a material conductive and refractory, the area where the rod is engaged in the reservoir ensuring electrical contact between the rod and the tank, and in that the tank is in contact with a conductive filament, the rod cylindrical, reservoir and conductive filament thus being connected in series from the electrical point of view.
  • Such a constitution for an ion source made of liquid metal helps limit energy intake necessary for optimal functioning of the source.
  • production of a heating only in a very localized area limited to the part of the cylindrical rod near the tip, at tank and tungsten filament.
  • the element more resistive of the circuit thus formed is the part cylindrical of the rod, which when crossed by a current of 5 amperes, by Joule effect, reached a temperature of 700 ° C near its end.
  • the power consumed is limited to less than 10 Watts.
  • the set is an assembly and a much less delicate positioning than in sources of liquid metal ions known in the art prior. Finally, the mechanical stability is clearly improved. The use of a tank allows by elsewhere to increase the supply of liquid metal and, therefore, the lifetime of the source.
  • the rod and the point form a single and same room
  • the stem and tip can be graphite.
  • the graphite tip is covered with a titanium film.
  • the tip is covered a metallic bonding layer of the same type as liquid metal intended for use with the source.
  • the bonding layer can not only cover the tip, but also part of the tank.
  • the liquid metal intended for covering the graphite tip is, for example, aluminum
  • a tip surface treatment improves its wettability by liquid aluminum.
  • the second has the advantage of allow a very homogeneous aluminum film to be obtained across the entire tip. Indeed, the processing of graphite tip surface by film deposition titanium does not allow wetting homogeneous tip with aluminum film: we actually obtains aluminum island formation at the surface of the graphite tip and it results that the function of bringing aluminum to the point is very disturbed. The emitted current is then unstable and very difficult to keep constant over long periods.
  • the second treatment promotes a share the contribution function of the metal to be ionized towards the apex of the point, and on the other hand allows to increase the quantity of filler metal stored.
  • the stream ion obtained during the production of aluminum ions is even more stable over time.
  • the cylindrical rod and the tip are mechanically adjusted with tight tolerances to inside the area planned for their passage in the tank.
  • This adjustment has the following advantage. While the source is operating, it is possible than hot spots, other than those located at near the tip, appear on the stem cylindrical, on the other side of the tank with respect to The point. So if there is some play between the cylindrical rod and the reservoir, the liquid metal there introduces and goes up towards these hot spots, starting which it can evaporate, which shortens the duration of source life. The adjustment, without any play of the rod inside the tank, helps to remedy this disadvantage.
  • Figure 2 illustrates a particular mode of production of a liquid metal ion source according to the present invention.
  • This source consists of a rod conductive comprising a cylindrical part 10 and a point, the latter itself being made up of a part or conical end 12 and part cylindrical 13.
  • the cylindrical part 10 is constituted of a conductive and refractory material.
  • the graphite is well suited for an application to a source of light metal ions, such as aluminum. But this does not exclude the employment of others materials, such as for example tungsten.
  • the stem, in its cylindrical part 10, can have, in the case graphite, a diameter of the order of a few tenths of a millimeter, for example 0.5 mm, and a length between 5 and 20 mm, for example 15 mm.
  • a single pencil type "HB" was used, which gave full satisfaction.
  • the end 12 of the tip is cut in cone shape, half angle at the top having a value between 48 and 50 °, for example 49 °, by mechanical polishing in two stages.
  • the tip is placed in rotation, inclined by about 49.5 °, and it is brought into contact with a plane that will machine the part conical.
  • the cone is outlined on an average roughness surface, around 30 ⁇ m.
  • the finishing is carried out on a surface of low roughness, for example a few microns.
  • the tip that is to say the set made up by the cylindrical part 13 and the conical end 12 has a total length of between 5 and 10 mm, the cylindrical part 13 having a length of a few mm (for example 3 mm).
  • the assembly forms a single piece.
  • the rod is introduced into a reservoir 14, two examples of which are illustrated more specifically in Figures 3a and 3b.
  • the reservoir designated by the references 14-1 and 14-2 has a shape having substantially a symmetry of revolution around an axis passing through the part 10.
  • an opening cylindrical 19, inside the tank allows the passage, but also the maintenance of the rod in a fixed position and contributes to the mechanical stability of all.
  • the tank 14-2 has a recessed part 18, in the form of chamfer. The purpose of this recess is to allow increase the liquid metal capacity of the tank.
  • An interior recess 17 makes it possible to reduce the volume of material used for the tank.
  • the tank is made up of a conductive and refractory material. If the rod 10 is made of graphite, just choose for example the graphite as material for the tank.
  • a particularly graphite form advantageous is vitreous carbon.
  • glassy carbon has a waterproof structure with closed pores.
  • the tip is made of carbon glassy, its longevity will be extended and the resistivity will be improved. Furthermore the tip alone can always be cut electrochemically.
  • Rod 10 being used as a conductor electric, there is, in principle, production of a heating in a very localized area, limited to the conical part 12, to the cylindrical part 13 and to the tank 14.
  • the temperature can reach a value greater than that of the temperature at the end of the rod, near the point 12, because in the vicinity of this point the presence of liquid metal helps to dissipate heat.
  • liquid metal can tend to spread thermally, along the stem, direction of hot spots, which results in gradually empty the tank and, therefore, decrease the autonomy of the source.
  • the reservoir 14 is electrically connected to a heating circuit.
  • This circuit can be constituted for example by a filament tungsten 16 wrapped around the base of the tank 14, on the side opposite to the point 12.
  • the ends of this filament are themselves connected to elements conductors 24, 26, such as for example plates tantalum.
  • the filament 16 is not in contact with the outer surface of the tank 14 but it's introduced into a groove cut into the surface of this tank. This limits the contact between the heating filament 16 and possible drops of liquid metal that could diffuse along the outer surface of the reservoir 14. Indeed, some liquid metals, especially aluminum, are extremely corrosive to metals.
  • the rod is held at its base by a clamp consisting of two jaws 28, 30 which has for on the one hand, to provide mechanical maintenance of the rod with maximum rigidity without weakening it, and secondly to ensure reliable electrical contact with the material of this rod, electrical contacts which allow the circulation of a current of approximately 6 A.
  • the heating circuit comprises the rod, with its cylindrical part 10 and its tip, the reservoir 14 and the filament 16. From the point of electrical view, all these elements are connected in series and the whole works under a tension floating supply of the order of a few volts.
  • the most resistive element of the circuit is the part cylindrical 10 of the rod, which, when it is crossed by a current of 5 A, reaches a temperature of 700 ° C by Joule effect.
  • the fact using the rod as a heating element allows limit the power consumed to approximately less than 10 Watts.
  • the assembly rests on a base 32, crossed by 3 threaded rods 27-1, 27-2, 27-3.
  • the threaded rod central 27-2 is extended by the jaws 28, 30; the lateral rods 27-1 and 27-3 are extended by fixing jaws 29-1 and 29-2 of the plates 26 and 24. All these elements (jaws, threaded rods) make part of the electrical circuit.
  • the structure which has just been described confers very good overall mechanical stability, and especially at point 12. This stabilizes the emissive area, at the apex of the tip, and make the source compatible with use in fields techniques where the precision required is extremely high, for example in electrostatic optics.
  • the source described is fully compatible with machines or systems already existing on which metal ion sources prior art liquids are suitable.
  • FIG. 4 Another embodiment of the rod is shown in Figure 4.
  • the rod passes through a reservoir 15.
  • the latter is similar to that described above in connection with FIG. 3b, except for the cylindrical opening 33 which has a larger diameter in its upper part than in its lower part, thus defining a shoulder 34.
  • the stem is still made up of a part cylindrical 35. It is extended by a point which itself consists of a conical part 37, of a cylindrical part 39 and a rim 41.
  • the rod 35 is significantly larger in diameter than in the first embodiment of the rod.
  • the cylindrical part 39 and the end 37 of the point have, them, substantially the same dimensions as before.
  • the part cylindrical and the tip consist of two different materials.
  • the rod is made of a conductive material and refractory, for example graphite. As in the first embodiment, it can be achieved by example from a pencil lead. She is introduced over part of the depth of the cylindrical opening 33, so as to be in contact with the tip.
  • the tip is made of a material refractory such as boron nitride or alumina. It is introduced so that the rim 41 rests on the shoulder 34 and it is in contact with the end of the cylindrical part 35.
  • the tip 37 is cut with a half angle at vertex between 48 and 50 ° (worth for example 49 °) by mechanical polishing using an abrasive such as example a diamond wheel.
  • This second embodiment can also be used in combination with a form tank similar to that described in connection with FIG. 3a, provided that the cylindrical opening is adapted to corresponding way (cylinder opening more wider in its upper part than in its part lower). What was said in the first embodiment, on mechanical adjustment with tight tolerances apply as well to this second embodiment.
  • the operation of the source is the same; he there is always electrical contact between the rod 35 and the tank 15 and the current flows from the rod to the tank and heating filament. This current produces a heating of the point by Joule effect.
  • a surface treatment has been described in the article by Bell et al. already cited above.
  • This treatment consists in depositing an aqueous solution of titanium powder on the tip. After drying, the point is brought under vacuum to a temperature of approximately 1700 ° C to melt the titanium.
  • This treatment is compatible with the structure of the source according to the present invention, as described above.
  • a variant of this surface treatment consists of depositing the titanium film by spraying before bringing it under vacuum to a temperature about 1700 ° C to melt it.
  • this surface treatment a significantly improved homogeneity of the aluminum film by compared to the homogeneity obtained in the case where the surface is treated with the method described above. This allows to have a good contribution function towards the apex of the point, and therefore an ion current more stable over time.
  • a third method of processing surfaces usable in the context of this invention consists in irradiating with an ion beam the tip and the tank to receive the metal filler liquid.
  • the ion beam is an aluminum ion beam.
  • the irradiation is carried out in a vacuum enclosure.
  • the Figure 5 shows schematically the implementation of the irradiation process.
  • the source whose end must be irradiated is shown on the right of the figure, in vertical position, supported by a support 40, which can pivot about a vertical axis, and which can also be moved in translation along three perpendicular directions of space.
  • This source can either be a source identical to the one we are trying to achieve, and to which we have already applied a similar treatment, either a source such as that described in the prior art, by example in the article by Bell et al., already cited above.
  • An extraction electrode 44 allows to accelerate the ions formed by the source 42 in the form of a beam 48 which passes through a window 46 made in electrode 44. This window has a extraction diaphragm 47.
  • the emitting point is brought to a variable high voltage, about 10-12 kV.
  • the assembly constituted by the extraction electrode 44 and the source 42 can be oriented according to three perpendicular directions of space.
  • the ion beam 48 has a conical shape, such as shown in Figure 4, and it's on the central axis of this beam that is distributed the maximum of the current. It is therefore advantageous to position the source 42 of such so that the part to be irradiated from source 38 located approximately on the central axis of the beam of ions 48.
  • the ion dose received by the source 38 during the treatment corresponds approximately to a surface dose of 10 18 ions / cm 2 , that is to say to an irradiation with a current of 2 ⁇ A for 1 hour.
  • the acceleration voltage imposed on the aluminum ions formed from the source 42 can vary between a few kilovolts and 20 kilovolts; it can be worth for example around 12 kilovolts.
  • each of the two stages described above depends on the current used in each step. With a current of a few microamps, the first stage has a duration of about 20 minutes; for a current of approximately 50 ⁇ A, the second stage lasts approximately 40 minutes.
  • a implantation step for ions and aggregates metallic already deposited on the surface it is possible to add to these two steps a implantation step for ions and aggregates metallic already deposited on the surface to be treated in the first two steps.
  • the source 42 emits a current of a few microamps, so as to emit a beam mainly comprising single ions, and few of aggregates.
  • These ions are accelerated under a voltage maximum (around 20 kilovolts), so that "sink" the aggregates deposited during the second stage, in the superficial part of the area which has been processed in the previous steps.
  • a protective sheet 50 such than for example a sheet of aluminum foil. This can be important, in case the liquid metal with which the source is intended to be used, may exhibit corrosion effects on parts source metal. This is particularly the case for aluminum which, in the liquid state, can easily corrode the parts of the heating system of the tank and tip outside of these, in particular the tungsten filament 16 (see FIG. 2).
  • This third treatment applicable to a source having the structure according to the invention can also be applicable to any type of source of liquid metal ions, in particular to a source having the structure described in the article by Bell et al., And illustrated in FIG. 1.
  • the wettability of graphite is improved compared to the treatment proposed by Bell et al. in the aforementioned article, since the latter leads to the formation of aluminum islands on the surface of the graphite tip.
  • the invention has been described in the context of the production of a source of aluminum ions.
  • the choice of this element is not limiting and the same structure and the same surface treatment can be used for any source of ions of another nature, for example for a source of boron.
  • the surface treatment will then consist in irradiating the source with a beam of boron ions, first of B + ions then of B n + aggregates.
  • Boron is, moreover, a corrosive element in the liquid state, like aluminum, and it is therefore preferable to limit the surface treatment to the tip 12 of graphite and to the "front" part of the reservoir 14.
  • Source structure according to this invention can also be used for the production of ions from other elements, in particular non-corrosive elements in the liquid state.
  • the beam obtained can be more or less rich in metallic aggregates of variable size. In makes this selection depends on the voltage applied to The point. For this reason, the entire source is brought to a high voltage of around 11 kV, the additional HV power supply being connected to the base of rod 10 (via jaws 28, 30 in the representation of Figure 2).
  • the modulation of high voltage leads to modulation of the current emitted by the tip, this current modulating at turn the size distribution of the aggregates issued.
  • the potential difference between the tip and the extraction electrode modulates, the kinetic energy of the emitted ions or aggregates.
  • the principle then consists in using interaction between an ion beam very energetic, focused in a spot of less than 0.1 micron, and a sample.
  • Incident ions will locally spray the surface of the sample, at the spot corresponding to the impact area.
  • Figure 6 is a photograph of a copper grid taken using an electron microscope, in which the electron gun of the microscope has been replaced by the source of aluminum ions.
  • the ion acceleration voltage is 12.5 keV
  • the emission current is 16 ⁇ A.
  • the wires 60, 62, 64 of the grid have a thickness of approximately 25 ⁇ m. To make such a shot, the grid must be irradiated with a very stable beam of Al + ions for approximately 1 min 30 seconds. This photograph therefore shows the very good stability, over time, of the current and of the beam of the source according to the invention.
  • FIG. 7 is a photograph of an etching carried out on GaAs by a beam of Al + ions of 20 keV of energy (current i ⁇ 11 ⁇ A). In this photo, 1 cm represents 100 nm.

Landscapes

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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Description

Domaine techniqueTechnical area

La présente invention se rapporte au domaine des sources d'ions à métal liquide, dans lesquelles des ions sont produits à partir d'un métal d'apport qui recouvre une pointe en métal réfractaire.The present invention relates to the field sources of liquid metal ions, in which ions are produced from a filler metal which covers a refractory metal tip.

En appliquant un champ électrique intense, sous vide, entre cette pointe et une électrode d'extraction, il y a émission d'ions suivant un mécanisme d'évaporation de champ. Cette émission est localisée à l'apex de la pointe. La taille de la zone émissive est de l'ordre de quelques nm2 pour un courant d'émission d'environ 2 µA.By applying an intense electric field, under vacuum, between this tip and an extraction electrode, there is emission of ions according to a field evaporation mechanism. This emission is located at the apex of the point. The size of the emissive zone is of the order of a few nm 2 for an emission current of approximately 2 μA.

Ces sources sont utilisées dans les machines à faisceaux d'ions focalisés qui occupent une part de plus en plus importante dans les techniques de fabrication microélectronique.These sources are used in machines focused ion beams which occupy a part of more and more important in the techniques of microelectronic manufacturing.

Actuellement, ces machines utilisent presque exclusivement des sources d'ions à métal liquide gallium. L'utilisation d'ions plus légers est intéressante, car elle permet de diminuer la taille des sondes ioniques. Ceci permet d'augmenter la résolution des machines existantes, par simple changement de la source. En outre, pour des applications d'implantation, un élément léger est intéressant car il pénètre plus profondément dans la matière qu'un élément lourd, à énergie égale.Currently, these machines use almost exclusively liquid metal ion sources gallium. The use of lighter ions is interesting because it makes it possible to reduce the size of ion probes. This increases the resolution existing machines, by simply changing the source. In addition, for layout applications, a light element is interesting because it penetrates more deep in the material that a heavy element, to equal energy.

Etat de la techniqueState of the art

L'article de Bell et al. paru dans "Journal of applied physics", vol. 53, n°7, Juillet 1982, pp. 4602 à 4605 décrit une source d'ions aluminium constituée d'une pointe en graphite fixée sur un filament de chauffage en tungstène. La pointe de graphite est traitée en surface par dépôt d'un film de titane. En effet, le graphite est relativement résistant aux attaques de l'aluminium liquide, mais il est difficile de le mouiller avec un tel liquide. L'utilisation du film de titane permet de résoudre ce problème. La source présente la forme illustrée sur la figure 1, où la référence 2 désigne la pointe de graphite, qui présente à sa base une partie cylindrique. Un filament de chauffage 4, en tungstène, traverse cette partie cylindrique. Le chauffage de la pointe 2 est obtenu par la chaleur dégagée par effet Joule dans le filament.The article by Bell et al. published in "Journal of applied physics ", vol. 53, n ° 7, July 1982, pp. 4602 at 4605 describes a source of aluminum ions consisting a graphite point fixed on a filament of tungsten heating. The tip of graphite is surface treated by depositing a titanium film. In graphite is relatively resistant to attacks from liquid aluminum but it's difficult to wet it with such a liquid. The use of titanium film solves this problem. The source has the form illustrated in Figure 1, where reference 2 designates the graphite tip, which has a cylindrical part at its base. A filament heater 4, made of tungsten, passes through this part cylindrical. The heating of tip 2 is obtained by the heat released by the Joule effect in the filament.

Ce type de source présente les avantages d'une part de la simplicité, et d'autre part de la compacité puisque la pointe de graphite présente un diamètre d'environ 0,8 mm, pour une longueur de 2 mm.This type of source has the advantages of on the one hand simplicity and on the other hand compactness since the graphite tip has a diameter about 0.8 mm, for a length of 2 mm.

Néanmoins, on y observe un certain nombre d'inconvénients. Tout d'abord, l'assemblage et le positionnement de la pointe en graphite sur un filament dont le diamètre est inférieur à 0,2 mm sont très délicats, voire aléatoires. L'ensemble manque de stabilité mécanique, ce qui entraíne des dérives thermiques incompatibles avec des applications dans le domaine de la microélectronique. D'autre part, le chauffage de la zone émissive est mal maítrisé. Or, plus la puissance thermique utilisée par la source est importante, plus les dérives thermiques dues au rayonnement sur l'environnement sont élevées. Ceci, en conséquence, peut modifier le centrage mécanique de la pointe émissive par rapport à une cible ou par rapport à une électrode d'extraction. Ce centrage influence la direction de l'émission des ions et est inaccessible durant le fonctionnement. Sa variation conduit donc à une perte de précision ; dans le cadre d'une utilisation dans le domaine de la microélectronique, la résolution des structures gravées obtenues avec une telle source s'en trouve considérablement affectée. Un autre problème est celui de la durée de vie limitée de la source. En effet, la réserve de métal liquide d'apport est faible, et n'est pas utilisable en totalité.However, there are a number of disadvantages. First, the assembly and positioning of the graphite tip on a filament whose diameter is less than 0.2 mm are very delicate, even random. The set lacks mechanical stability, which causes drifts thermal incompatible with applications in the microelectronics. On the other hand, the heating of the emissive zone is poorly controlled. Gold, the higher the thermal power used by the source important, plus the thermal drifts due to radiation to the environment are high. This, in consequence, can modify the mechanical centering of the emissive point relative to a target or relative to an extraction electrode. This centering influences the direction of ion emission and is inaccessible during operation. Its variation therefore leads to loss of precision; as part of a use in the field of microelectronics, resolution of the etched structures obtained with a such a source is considerably affected. A another problem is that of the limited lifespan of source. Indeed, the reserve of liquid metal input is low, and cannot be used in whole.

Le document WO 86/06210 décrit un autre type de source d'ions, comportant une pointe et un élément chauffant en forme de ruban. Un trou dans le ruban chauffant permet à un liquide fondu de couler en direction de la pointe.WO 86/06210 describes another type of ion source, comprising a tip and an element heating in the form of a ribbon. A hole in the ribbon heater allows molten liquid to flow into tip direction.

Exposé de l'inventionStatement of the invention

La présente invention cherche à résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus.The present invention seeks to resolve the problems mentioned above.

Elle a pour objet une source d'ions à métal liquide comprenant une tige cylindrique en un matériau conducteur et réfractaire prolongé par une pointe en matériau réfractaire, destinée à être recouverte d'un métal d'apport liquide, caractérisée en ce que l'ensemble constitué par la tige cylindrique et la pointe traverse un réservoir constitué d'un matériau conducteur et réfractaire, la zone où la tige est engagée dans le réservoir assurant un contact électrique entre la tige et le réservoir, et en ce que le réservoir est en contact avec un filament conducteur, la tige cylindrique, le réservoir et le filament conducteur étant ainsi reliés en série du point de vue électrique.Its object is a source of metal ions liquid comprising a cylindrical rod made of a material conductor and refractory extended by a point in refractory material, intended to be covered with a liquid filler metal, characterized in that the assembly constituted by the cylindrical rod and the point passes through a tank made of a material conductive and refractory, the area where the rod is engaged in the reservoir ensuring electrical contact between the rod and the tank, and in that the tank is in contact with a conductive filament, the rod cylindrical, reservoir and conductive filament thus being connected in series from the electrical point of view.

Egalement, elle a pour objet un procédé de préparation d'un échantillon à l'aide d'une telle source. Une telle constitution pour une source d'ions en métal liquide permet de limiter l'apport d'énergie nécessaire pour un fonctionnement optimal de la source. Il n'y a en effet, production d'un échauffement que dans une zone très localisée, limitée à la partie de la tige cylindrique au voisinage de la pointe, au réservoir et au filament de tungstène. L'élément le plus résistif du circuit ainsi constitué est la partie cylindrique de la tige, qui, lorsqu'elle est traversée par un courant de 5 ampères, par effet Joule, atteint une température de 700°C au voisinage de son extrémité. De plus, la puissance consommée est limitée à moins de 10 Watts.Also, it relates to a process for preparing a sample using such a source. Such a constitution for an ion source made of liquid metal helps limit energy intake necessary for optimal functioning of the source. There is indeed, production of a heating only in a very localized area, limited to the part of the cylindrical rod near the tip, at tank and tungsten filament. The element more resistive of the circuit thus formed is the part cylindrical of the rod, which when crossed by a current of 5 amperes, by Joule effect, reached a temperature of 700 ° C near its end. In addition, the power consumed is limited to less than 10 Watts.

L'ensemble est d'un assemblage et d'un positionnement beaucoup moins délicats que dans les sources d'ions à métal liquide connues de l'art antérieur. Enfin, la stabilité mécanique est nettement améliorée. L'utilisation d'un réservoir permet par ailleurs d'accroítre la réserve de métal liquide et, donc, la durée de vie de la source.The set is an assembly and a much less delicate positioning than in sources of liquid metal ions known in the art prior. Finally, the mechanical stability is clearly improved. The use of a tank allows by elsewhere to increase the supply of liquid metal and, therefore, the lifetime of the source.

Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, la tige et la pointe forment une seule et même pièceAccording to a particular embodiment of the invention, the rod and the point form a single and same room

Par exemple, la tige et la pointe peuvent être en graphite.For example, the stem and tip can be graphite.

Selon un mode de réalisation encore plus particulier, la pointe en graphite est recouverte d'un film de titane.According to an even more embodiment particular, the graphite tip is covered with a titanium film.

Selon une variante, la pointe est recouverte d'une couche d'accrochage métallique de même nature que le métal liquide destiné à être utilisé avec la source.Alternatively, the tip is covered a metallic bonding layer of the same type as liquid metal intended for use with the source.

La couche d'accrochage peut non seulement recouvrir la pointe, mais également une partie du réservoir.The bonding layer can not only cover the tip, but also part of the tank.

Dans le cas où le métal liquide destiné à recouvrir la pointe en graphite est, par exemple, de l'aluminium, un traitement de surface de la pointe permet d'améliorer la mouillabilité de celle-ci par l'aluminium liquide. Des deux traitements de surface exposés ci-dessus, le second présente l'avantage de permettre d'obtenir un film d'aluminium très homogène sur l'ensemble de la pointe. En effet, le traitement de la surface de la pointe en graphite par dépôt d'un film de titane ne permet pas de réaliser un mouillage homogène de la pointe avec un film d'aluminium : on obtient, en fait, une formation d'ílots d'aluminium à la surface de la pointe de graphite et il en résulte que la fonction d'apport de l'aluminium vers la pointe est très perturbée. Le courant émis est alors instable et très difficile à garder constant sur de longues périodes.In the case where the liquid metal intended for covering the graphite tip is, for example, aluminum, a tip surface treatment improves its wettability by liquid aluminum. Two surface treatments set out above, the second has the advantage of allow a very homogeneous aluminum film to be obtained across the entire tip. Indeed, the processing of graphite tip surface by film deposition titanium does not allow wetting homogeneous tip with aluminum film: we actually obtains aluminum island formation at the surface of the graphite tip and it results that the function of bringing aluminum to the point is very disturbed. The emitted current is then unstable and very difficult to keep constant over long periods.

Par contre, le second traitement favorise d'une part la fonction d'apport du métal à ioniser vers l'apex de la pointe, et d'autre part permet d'augmenter la quantité de métal d'apport stocké. Le courant ionique obtenu lors de la production d'ions aluminium en est d'autant plus stable dans le temps.On the other hand, the second treatment promotes a share the contribution function of the metal to be ionized towards the apex of the point, and on the other hand allows to increase the quantity of filler metal stored. The stream ion obtained during the production of aluminum ions is even more stable over time.

Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, la tige cylindrique et la pointe sont ajustées mécaniquement avec des tolérances serrées à l'intérieur de la zone prévue pour leur passage dans le réservoir.According to another particular embodiment of the invention, the cylindrical rod and the tip are mechanically adjusted with tight tolerances to inside the area planned for their passage in the tank.

Cet ajustement présente l'avantage suivant. Lors du fonctionnement de la source, il est possible que des points chauds, autres que ceux situés au voisinage de la pointe, apparaissent sur la tige cylindrique, de l'autre côté du réservoir par rapport à la pointe. Alors, s'il existe un certain jeu entre la tige cylindrique et le réservoir, le métal liquide s'y introduit et remonte vers ces points chauds, à partir desquels il peut s'évaporer, ce qui diminue la durée de vie de la source. L'ajustement, sans aucun jeu de la tige à l'intérieur du réservoir, permet de remédier à cet inconvénient.This adjustment has the following advantage. While the source is operating, it is possible than hot spots, other than those located at near the tip, appear on the stem cylindrical, on the other side of the tank with respect to The point. So if there is some play between the cylindrical rod and the reservoir, the liquid metal there introduces and goes up towards these hot spots, starting which it can evaporate, which shortens the duration of source life. The adjustment, without any play of the rod inside the tank, helps to remedy this disadvantage.

D'autres aspects complémentaires de l'invention apparaissent dans les revendications dépendantes. Other complementary aspects of the invention appear in the dependent claims.

Présentation des figuresPresentation of the figures

De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront mieux à la lumière de la description qui va suivre. Cette description porte sur les exemples de réalisation, donnés à titre explicatif et non limitatif, en se référant à des dessins annexés sur lesquels :

  • la figure 1, déjà décrite, représente une source d'ions à métal liquide selon l'art antérieur,
  • la figure 2 représente une source d'ions à métal liquide selon la présente invention,
  • les figures 3a et 3b représentent deux exemples de réservoir utilisé dans une source d'ions à métal liquide selon la présente invention,
  • la figure 4 représente un mode de réalisation d'une tige pour une source selon l'invention,
  • la figure 5 représente le dispositif de traitement pour préparer une source d'ions à métal liquide selon la présente invention,
  • les figures 6 et 7 donnent des exemples de résultats obtenus avec une source d'ions selon la présente invention.
In any case, the characteristics and advantages of the invention will appear better in the light of the description which follows. This description relates to the exemplary embodiments, given by way of explanation and without limitation, with reference to the appended drawings in which:
  • FIG. 1, already described, represents a source of liquid metal ions according to the prior art,
  • FIG. 2 represents a source of liquid metal ions according to the present invention,
  • FIGS. 3a and 3b represent two examples of a reservoir used in a source of liquid metal ions according to the present invention,
  • FIG. 4 represents an embodiment of a rod for a source according to the invention,
  • FIG. 5 represents the treatment device for preparing a source of liquid metal ions according to the present invention,
  • Figures 6 and 7 give examples of results obtained with an ion source according to the present invention.

Exposé détaillé de modes de réalisation de l'inventionDetailed description of embodiments of the invention

La figure 2 illustre un mode particulier de réalisation d'une source d'ions à métal liquide selon la présente invention.Figure 2 illustrates a particular mode of production of a liquid metal ion source according to the present invention.

Cette source est constituée d'une tige conductrice comportant une partie cylindrique 10 et une pointe, cette dernière étant elle-même constituée d'une partie ou extrémité conique 12 et d'une partie cylindrique 13. La partie cylindrique 10 est constituée d'un matériau conducteur et réfractaire. En général, le graphite convient bien dans le cadre d'une application à une source d'ions d'un métal léger, tel que l'aluminium. Mais ceci n'exclut pas l'emploi d'autres matériaux, tels que par exemple le tungstène. La tige, dans sa partie cylindrique 10, peut avoir, dans le cas du graphite, un diamètre de l'ordre de quelques dixièmes de millimètre, par exemple 0,5 mm, et une longueur comprise entre 5 et 20 mm, par exemple 15 mm. En fait, dans divers exemples de réalisation, une simple mine de crayon de type "HB" a été utilisée, qui a donné entière satisfaction.This source consists of a rod conductive comprising a cylindrical part 10 and a point, the latter itself being made up of a part or conical end 12 and part cylindrical 13. The cylindrical part 10 is constituted of a conductive and refractory material. In general, the graphite is well suited for an application to a source of light metal ions, such as aluminum. But this does not exclude the employment of others materials, such as for example tungsten. The stem, in its cylindrical part 10, can have, in the case graphite, a diameter of the order of a few tenths of a millimeter, for example 0.5 mm, and a length between 5 and 20 mm, for example 15 mm. In fact, in various exemplary embodiments, a single pencil type "HB" was used, which gave full satisfaction.

L'extrémité 12 de la pointe est taillée en forme de cône, de demi-angle au sommet ayant une valeur comprise entre 48 et 50°, par exemple 49°, par polissage mécanique en deux étapes. La pointe est placée en rotation, inclinée de 49,5° environ, et elle est amenée au contact d'un plan qui va usiner la partie conique. Dans une première étape, le cône est ébauché sur une surface de rugosité moyenne, d'environ 30 µm. Dans un deuxième temps, la finition est réalisée sur une surface de faible rugosité, par exemple de quelques microns.The end 12 of the tip is cut in cone shape, half angle at the top having a value between 48 and 50 °, for example 49 °, by mechanical polishing in two stages. The tip is placed in rotation, inclined by about 49.5 °, and it is brought into contact with a plane that will machine the part conical. In a first step, the cone is outlined on an average roughness surface, around 30 µm. In a second step, the finishing is carried out on a surface of low roughness, for example a few microns.

Ainsi, on obtient, de manière reproductible, un rayon de courbure à l'apex de la pointe de l'ordre de la dizaine de micromètres.Thus, a reproducible result is obtained radius of curvature at the apex of the tip in the order of ten micrometers.

La pointe, c'est-à-dire l'ensemble constitué par la partie cylindrique 13 et l'extrémité conique 12 a une longueur totale comprise entre 5 et 10 mm, la partie cylindrique 13 ayant une longueur de quelques mm (par exemple 3 mm).The tip, that is to say the set made up by the cylindrical part 13 and the conical end 12 has a total length of between 5 and 10 mm, the cylindrical part 13 having a length of a few mm (for example 3 mm).

Afin d'éviter, en cours de fonctionnement de la source, une rupture du film de métal liquide sur l'arête à la base du cône, là ou commence la partie cylindrique 13, il peut être intéressant de chanfreiner la zone de raccord 11 entre la partie cylindrique 13 et l'extrémité conique 12. In order to avoid, during operation of the source, a rupture of the liquid metal film on the edge at the base of the cone, where the game begins cylindrical 13, it can be interesting to chamfer the connection zone 11 between the cylindrical part 13 and the conical end 12.

Si la pointe est constituée du même matériau que la partie cylindrique 10 de la tige, l'ensemble forme une seule et même pièce.If the tip is made of the same material that the cylindrical part 10 of the rod, the assembly forms a single piece.

La tige est introduite dans un réservoir 14, dont deux exemples de réalisation sont illustrés plus précisément sur les figures 3a et 3b. Sur chacune de ces figures, le réservoir désigné par les références 14-1 et 14-2, présente une forme ayant sensiblement une symétrie de révolution autour d'un axe passant par la partie 10. Dans les deux exemples, une ouverture cylindrique 19, à l'intérieur du réservoir, permet le passage, mais aussi le maintien de la tige dans une position fixe et contribue à la stabilité mécanique de l'ensemble. Sur l'exemple de la figure 3b, le réservoir 14-2 possède une partie 18 évidée, en forme de chanfrein. Cet évidement a pour fonction de permettre d'augmenter la capacité, en métal liquide, du réservoir. Un évidement intérieur 17 permet de diminuer le volume de matière utilisée pour le réservoir.The rod is introduced into a reservoir 14, two examples of which are illustrated more specifically in Figures 3a and 3b. On each of these figures, the reservoir designated by the references 14-1 and 14-2, has a shape having substantially a symmetry of revolution around an axis passing through the part 10. In the two examples, an opening cylindrical 19, inside the tank, allows the passage, but also the maintenance of the rod in a fixed position and contributes to the mechanical stability of all. In the example of Figure 3b, the tank 14-2 has a recessed part 18, in the form of chamfer. The purpose of this recess is to allow increase the liquid metal capacity of the tank. An interior recess 17 makes it possible to reduce the volume of material used for the tank.

Dans tous les cas, le réservoir est constitué d'un matériau conducteur et réfractaire. Si la tige 10 est en graphite, il suffira de choisir par exemple le graphite comme matériau pour le réservoir.In all cases, the tank is made up of a conductive and refractory material. If the rod 10 is made of graphite, just choose for example the graphite as material for the tank.

Une forme de graphite particulièrement avantageuse est le carbone vitreux. Au contraire du graphite polycristallin, qui présente des micropores et des microfissures, le carbone vitreux possède une structure imperméable à pores fermés.A particularly graphite form advantageous is vitreous carbon. Unlike the polycrystalline graphite, which has micropores and microcracks, glassy carbon has a waterproof structure with closed pores.

Or, un vieillissement de la source, à long terme, a été observé. Il se manifeste par l'apparition d'une poudre de graphite à la surface du métal liquide d'apport, en particulier dans le cas de l'aluminium.Now, an aging of the source, long term, has been observed. It is manifested by the appearance graphite powder on the surface of the liquid metal filler, in particular in the case of aluminum.

Les grains de cette poudre sont, semble-t-il, arrachés par les contraintes et l'action chimique de l'aluminium fondu, qui s'insinue dans les micropores et les microfissures du graphite polycristallin, pourtant spécifiquement élaboré pour des applications réfractaires.The grains of this powder are, it seems, torn away by the constraints and the chemical action of molten aluminum, which creeps into the micropores and the microcracks of polycrystalline graphite, however specifically developed for applications refractory.

Des tests menés avec une pointe et un réservoir en carbone vitreux ont permis de constater :

  • l'absence de particules de carbone à la surface du film de métal liquide (aluminium, notamment), ce qui laisse penser que la longévité de la source sera augmentée,
  • une résistivité de l'ensemble pointe-réservoir nettement plus importante, ce qui permet de diminuer la valeur du courant de chauffage par un facteur 2. Ce courant est donc réduit à environ 2 Ampères.
Tests conducted with a tip and a glassy carbon tank have shown:
  • the absence of carbon particles on the surface of the liquid metal film (aluminum, in particular), which suggests that the longevity of the source will be increased,
  • a significantly higher resistivity of the tip-tank assembly, which makes it possible to reduce the value of the heating current by a factor of 2. This current is therefore reduced to approximately 2 amperes.

En outre, il faut mentionner la possibilité de tailler électrochimiquement l'extrémité de la pointe en carbone vitreux pour adapter la valeur de seuil de l'émission ionique à un appareil spécifique.In addition, the possibility of electrochemically trim the tip of the tip glassy carbon to adapt the threshold value of ion emission to a specific device.

Il est possible de ne travailler qu'avec la pointe ou le réservoir en carbone vitreux.It is possible to work only with the tip or the glassy carbon tank.

Si seul le réservoir est en carbone vitreux, on constate encore qu'il n'y a plus de corrosion du réservoir. La résistivité est moins bonne que dans le cas précédent mais meilleure que si le réservoir est en graphite "normal".If only the tank is made of glassy carbon, we still notes that there is no more corrosion of the tank. The resistivity is less good than in the previous case but better than if the tank is in "normal" graphite.

De même, si seule la pointe est en carbone vitreux, sa longévité sera allongée et la résistivité sera améliorée. En outre la pointe seule peut toujours être taillée électrochimiquement.Similarly, if only the tip is made of carbon glassy, its longevity will be extended and the resistivity will be improved. Furthermore the tip alone can always be cut electrochemically.

La tige 10 étant utilisée comme conducteur électrique, il y a, en principe, production d'un échauffement dans une zone très localisée, limitée à la partie conique 12, à la partie cylindrique 13 et au réservoir 14. Cependant, on ne peut parfois éviter la formation de "points chauds" sur la partie cylindrique 10, et à proximité de la base du réservoir 14, par exemple en un point tel que le point A représenté sur la figure 2. En un tel point chaud, la température peut atteindre une valeur supérieure à celle de la température à l'extrémité de la tige, au voisinage de la pointe 12, du fait qu'au voisinage de cette pointe la présence de métal liquide contribue à dissiper de la chaleur. Or, le métal liquide peut avoir tendance à diffuser thermiquement, le long de la tige, en direction des points chauds, ce qui a pour conséquence de vider peu à peu le réservoir et, donc, de diminuer l'autonomie de la source. Pour ces raisons, il peut être intéressant d'ajuster mécaniquement la partie cylindrique 10 de la tige avec des tolérances serrées, sans aucun jeu, à l'intérieur de l'ouverture cylindrique 19 (voir figures 3a et 3b) prévue pour le passage de la tige à l'intérieur du réservoir 14. Par conséquent, le métal liquide ne peut pas s'échapper le long de la tige. Par ailleurs, ceci renforce la tenue mécanique de l'ensemble. A titre indicatif, un réservoir a été réalisé avec un diamètre d'environ 5 mm, pour une hauteur de 2 mm environ. Le cylindre 19 est usiné au diamètre nominal de la tige 10 et celle-ci y est ensuite introduite à force, à la main. Ceci suffit pour assurer l'ajustage serré requis.Rod 10 being used as a conductor electric, there is, in principle, production of a heating in a very localized area, limited to the conical part 12, to the cylindrical part 13 and to the tank 14. However, we cannot sometimes avoid the formation of "hot spots" on the cylindrical part 10, and near the base of the reservoir 14, by example at a point such as point A represented on Figure 2. At such a hot spot, the temperature can reach a value greater than that of the temperature at the end of the rod, near the point 12, because in the vicinity of this point the presence of liquid metal helps to dissipate heat. However, liquid metal can tend to spread thermally, along the stem, direction of hot spots, which results in gradually empty the tank and, therefore, decrease the autonomy of the source. For these reasons, it may be interesting to mechanically adjust the part cylindrical 10 of the rod with tight tolerances, without any play, inside the opening cylindrical 19 (see Figures 3a and 3b) provided for the passage of the rod inside the reservoir 14. By therefore, the liquid metal cannot escape the along the stem. In addition, this strengthens the holding mechanics of the assembly. As an indication, a tank was made with a diameter of about 5 mm, for a height of approximately 2 mm. The cylinder 19 is machined to the nominal diameter of the rod 10 and the latter It is then forced into it by hand. This sufficient to provide the required tight fit.

Comme illustré sur la figure 2, le réservoir 14 est relié électriquement à un circuit de chauffage. Ce circuit peut être constitué par exemple par un filament de tungstène 16 enroulé autour de la base du réservoir 14, du côté opposé à la pointe 12. Les extrémités de ce filament sont elles-mêmes reliées à des éléments conducteurs 24, 26, tels que par exemple des plaques de tantale. Selon une variante, non représentée sur les figures, le filament 16 n'est pas en contact avec la surface extérieure du réservoir 14, mais il est introduit dans une gorge taillée dans la surface de ce réservoir. Ceci permet de limiter le contact entre le filament de chauffage 16 et d'éventuelles gouttes de métal liquide qui pourraient diffuser le long de la surface extérieure du réservoir 14. En effet, certains métaux liquides, et notamment l'aluminium, sont extrêmement corrosifs vis-à-vis des métaux.As illustrated in FIG. 2, the reservoir 14 is electrically connected to a heating circuit. This circuit can be constituted for example by a filament tungsten 16 wrapped around the base of the tank 14, on the side opposite to the point 12. The ends of this filament are themselves connected to elements conductors 24, 26, such as for example plates tantalum. According to a variant, not shown on the Figures, the filament 16 is not in contact with the outer surface of the tank 14 but it's introduced into a groove cut into the surface of this tank. This limits the contact between the heating filament 16 and possible drops of liquid metal that could diffuse along the outer surface of the reservoir 14. Indeed, some liquid metals, especially aluminum, are extremely corrosive to metals.

La tige est maintenue à sa base par une pince constituée de deux mâchoires 28, 30 qui a pour fonction, d'une part d'assurer un maintien mécanique de la tige avec une rigidité maximum sans la fragiliser, et d'autre part d'assurer un contact électrique fiable avec le matériau de cette tige, contacts électriques qui permettent la circulation d'un courant d'environ 6 A.The rod is held at its base by a clamp consisting of two jaws 28, 30 which has for on the one hand, to provide mechanical maintenance of the rod with maximum rigidity without weakening it, and secondly to ensure reliable electrical contact with the material of this rod, electrical contacts which allow the circulation of a current of approximately 6 A.

Ainsi constitué, le circuit de chauffage comprend la tige, avec sa partie cylindrique 10 et sa pointe, le réservoir 14 et le filament 16. Du point de vue électrique, tous ces éléments sont reliés en série et l'ensemble fonctionne sous une tension d'alimentation flottante de l'ordre de quelques Volts. L'élément le plus résistif du circuit est la partie cylindrique 10 de la tige, qui, lorsqu'elle est traversée par un courant de 5 A, atteint une température de 700°C par effet Joule. En outre, le fait d'utiliser la tige comme élément chauffant, permet de limiter la puissance consommée à environ moins de 10 Watts.Thus constituted, the heating circuit comprises the rod, with its cylindrical part 10 and its tip, the reservoir 14 and the filament 16. From the point of electrical view, all these elements are connected in series and the whole works under a tension floating supply of the order of a few volts. The most resistive element of the circuit is the part cylindrical 10 of the rod, which, when it is crossed by a current of 5 A, reaches a temperature of 700 ° C by Joule effect. Furthermore, the fact using the rod as a heating element, allows limit the power consumed to approximately less than 10 Watts.

L'ensemble repose sur une embase 32, traversée par 3 tiges filetées 27-1, 27-2, 27-3. La tige filetée centrale 27-2 se prolonge par les mâchoires 28, 30 ; les tiges latérales 27-1 et 27-3 se prolongent par des mâchoires de fixation 29-1 et 29-2 des plaques 26 et 24. Tous ces éléments (mâchoires, tiges filetées) font partie du circuit électrique.The assembly rests on a base 32, crossed by 3 threaded rods 27-1, 27-2, 27-3. The threaded rod central 27-2 is extended by the jaws 28, 30; the lateral rods 27-1 and 27-3 are extended by fixing jaws 29-1 and 29-2 of the plates 26 and 24. All these elements (jaws, threaded rods) make part of the electrical circuit.

La structure qui vient d'être décrite confère une très bonne stabilité mécanique à l'ensemble, et notamment à la pointe 12. Ceci permet de stabiliser la zone émissive, à l'apex de la pointe, et de rendre la source compatible avec l'utilisation dans des domaines techniques où la précision nécessaire est extrêmement élevée, par exemple en optique électrostatique. En outre, du point de vue encombrement, la source décrite est totalement compatible avec les machines ou systèmes déjà existants sur lesquels les sources d'ions à métal liquide de l'art antérieur sont adaptées.The structure which has just been described confers very good overall mechanical stability, and especially at point 12. This stabilizes the emissive area, at the apex of the tip, and make the source compatible with use in fields techniques where the precision required is extremely high, for example in electrostatic optics. In besides, from a congestion point of view, the source described is fully compatible with machines or systems already existing on which metal ion sources prior art liquids are suitable.

Un autre mode de réalisation de la tige est représenté sur la figure 4. Sur cette figure, la tige traverse un réservoir 15. Ce dernier est similaire à celui décrit ci-dessus en liaison avec la figure 3b, sauf pour l'ouverture cylindrique 33 qui présente un diamètre plus large dans sa partie supérieure que dans sa partie inférieure, définissant ainsi un épaulement 34.Another embodiment of the rod is shown in Figure 4. In this figure, the rod passes through a reservoir 15. The latter is similar to that described above in connection with FIG. 3b, except for the cylindrical opening 33 which has a larger diameter in its upper part than in its lower part, thus defining a shoulder 34.

La tige est encore constituée d'une partie cylindrique 35. Elle est prolongée par une pointe qui est elle-même constituée d'une partie conique 37, d'une partie cylindrique 39 et d'un rebord 41. La tige 35 est de diamètre sensiblement plus large que dans le premier mode de réalisation de la tige. La partie cylindrique 39 et l'extrémité 37 de la pointe ont, elles, sensiblement les mêmes dimensions que précédemment.The stem is still made up of a part cylindrical 35. It is extended by a point which itself consists of a conical part 37, of a cylindrical part 39 and a rim 41. The rod 35 is significantly larger in diameter than in the first embodiment of the rod. The cylindrical part 39 and the end 37 of the point have, them, substantially the same dimensions as before.

Dans ce mode de réalisation, la partie cylindrique et la pointe sont constituées de deux matériaux différents.In this embodiment, the part cylindrical and the tip consist of two different materials.

La tige est constituée d'un matériau conducteur et réfractaire, par exemple du graphite. Comme dans le premier mode de réalisation, on pourra la réaliser par exemple à partir d'une mine de crayon. Elle est introduite sur une partie de la profondeur de l'ouverture cylindrique 33, de façon à être en contact avec la pointe.The rod is made of a conductive material and refractory, for example graphite. As in the first embodiment, it can be achieved by example from a pencil lead. She is introduced over part of the depth of the cylindrical opening 33, so as to be in contact with the tip.

La pointe est constituée d'un matériau réfractaire tel que le nitrure de bore ou l'alumine. Elle est introduite de façon à ce que le rebord 41 repose sur l'épaulement 34 et elle est en contact avec l'extrémité de la partie cylindrique 35.The tip is made of a material refractory such as boron nitride or alumina. It is introduced so that the rim 41 rests on the shoulder 34 and it is in contact with the end of the cylindrical part 35.

La pointe 37 est taillée avec un demi-angle au sommet compris entre 48 et 50° (valant par exemple 49°) par polissage mécanique à l'aide d'un abrasif comme par exemple une meule en diamant.The tip 37 is cut with a half angle at vertex between 48 and 50 ° (worth for example 49 °) by mechanical polishing using an abrasive such as example a diamond wheel.

Ce deuxième mode de réalisation peut aussi être utilisé en combinaison avec un réservoir de forme semblable à celui décrit en liaison avec la figure 3a, à condition que l'ouverture cylindrique soit adaptée de manière correspondante (ouverture du cylindre plus large dans sa partie supérieure que dans sa partie inférieure). Ce qui a été dit dans le cadre du premier mode de réalisation, sur l'ajustement mécanique avec des tolérances serrées s'applique aussi bien à ce deuxième mode de réalisation.This second embodiment can also be used in combination with a form tank similar to that described in connection with FIG. 3a, provided that the cylindrical opening is adapted to corresponding way (cylinder opening more wider in its upper part than in its part lower). What was said in the first embodiment, on mechanical adjustment with tight tolerances apply as well to this second embodiment.

Le fonctionnement de la source est le même ; il y a toujours contact électrique entre la tige 35 et le réservoir 15 et le courant circule de la tige au réservoir et au filament chauffant. Ce courant produit un échauffement de la pointe par effet Joule.The operation of the source is the same; he there is always electrical contact between the rod 35 and the tank 15 and the current flows from the rod to the tank and heating filament. This current produces a heating of the point by Joule effect.

Quelle que soit la forme de la tige, et afin d'améliorer la mouillabilité de la pointe 12 et du réservoir par le métal liquide d'apport, il est intéressant de réaliser un traitement de surface de cette pointe et du réservoir. Au préalable, les surfaces à traiter peuvent d'abord avoir été nettoyées dans un bain de trichloréthylène bouillant, puis dégazées par chauffage sous vide à une température d'environ 1000°C.Whatever the shape of the stem, and so to improve the wettability of the tip 12 and of the tank by the liquid metal filler it is interesting to carry out a surface treatment of this tip and tank. Beforehand, surfaces to be treated may first have been cleaned in a boiling trichlorethylene bath, then degassed by vacuum heating to a temperature about 1000 ° C.

Un traitement de surface a été décrit dans l'article de Bell et al. déjà cité ci-dessus. Ce traitement consiste à déposer une solution aqueuse de poudre de titane sur la pointe. Après séchage, la pointe est portée sous vide à une température d'environ 1700°C pour faire fondre le titane. Ce traitement est compatible avec la structure de la source selon la présente invention, telle que décrite ci-dessus.A surface treatment has been described in the article by Bell et al. already cited above. This treatment consists in depositing an aqueous solution of titanium powder on the tip. After drying, the point is brought under vacuum to a temperature of approximately 1700 ° C to melt the titanium. This treatment is compatible with the structure of the source according to the present invention, as described above.

Une variante de ce traitement de surface consiste à déposer le film de titane par pulvérisation avant de le porter sous vide à une température d'environ 1700°C pour le faire fondre. Dans le cas de l'utilisation de la source avec de l'aluminium liquide, il a été constaté, avec ce traitement de surface, une homogénéité nettement améliorée du film d'aluminium par rapport à l'homogénéité obtenue dans le cas où la surface est traitée avec le procédé décrit ci-dessus. Ceci permet d'avoir une bonne fonction d'apport vers l'apex de la pointe, et donc un courant ionique plus stable dans le temps.A variant of this surface treatment consists of depositing the titanium film by spraying before bringing it under vacuum to a temperature about 1700 ° C to melt it. In the case of the use of the source with liquid aluminum, it was found, with this surface treatment, a significantly improved homogeneity of the aluminum film by compared to the homogeneity obtained in the case where the surface is treated with the method described above. This allows to have a good contribution function towards the apex of the point, and therefore an ion current more stable over time.

Un troisième procédé de traitement des surfaces, utilisable dans le cadre de la présente invention, consiste à irradier avec un faisceau d'ions la pointe et le réservoir devant recevoir le métal liquide d'apport. Dans le cas où la source est destinée à être utilisée avec de l'aluminium liquide, le faisceau d'ions est un faisceau d'ions aluminium. L'irradiation est réalisée dans une enceinte à vide. La figure 5 représente schématiquement la mise en oeuvre du procédé d'irradiation. La source dont l'extrémité doit être irradiée est représentée sur la droite de la figure, en position verticale, soutenue par un support 40, qui peut pivoter autour d'un axe vertical, et qui peut également être déplacé en translation le long de trois directions perpendiculaires de l'espace. Afin de réaliser l'irradiation voulue de l'extrémité de la source 38, il faut disposer d'une autre source d'ions 42. Cette source peut être soit une source identique à celle que l'on cherche à réaliser, et à laquelle on a déjà appliqué un traitement similaire, soit une source telle que celle décrite dans l'art antérieur, par exemple dans l'article de Bell et al., déjà cité ci-dessus. Une électrode d'extraction 44, permet d'accélérer les ions formés par la source 42 sous forme d'un faisceau 48 qui traverse une fenêtre 46 pratiquée dans l'électrode 44. Cette fenêtre comporte un diaphragme d'extraction 47. Afin de régler le courant d'extraction de la source 42, la pointe émettrice est portée à une haute tension variable, d'environ 10-12 kV. L'ensemble constitué par l'électrode d'extraction 44 et la source 42 peut être orienté suivant trois directions perpendiculaires de l'espace. En général, le faisceau d'ions 48 a une forme conique, telle que représentée sur la figure 4, et c'est sur l'axe central de ce faisceau que se répartit le maximum du courant. On a donc intérêt à positionner la source 42 de telle façon que la partie à irradier de la source 38 se trouve approximativement sur l'axe central du faisceau d'ions 48.A third method of processing surfaces, usable in the context of this invention consists in irradiating with an ion beam the tip and the tank to receive the metal filler liquid. In case the source is intended to be used with liquid aluminum, the ion beam is an aluminum ion beam. The irradiation is carried out in a vacuum enclosure. The Figure 5 shows schematically the implementation of the irradiation process. The source whose end must be irradiated is shown on the right of the figure, in vertical position, supported by a support 40, which can pivot about a vertical axis, and which can also be moved in translation along three perpendicular directions of space. In order to achieve the desired irradiation of the end of the source 38, you need another source of ions 42. This source can either be a source identical to the one we are trying to achieve, and to which we have already applied a similar treatment, either a source such as that described in the prior art, by example in the article by Bell et al., already cited above. An extraction electrode 44 allows to accelerate the ions formed by the source 42 in the form of a beam 48 which passes through a window 46 made in electrode 44. This window has a extraction diaphragm 47. In order to adjust the current source 42, the emitting point is brought to a variable high voltage, about 10-12 kV. The assembly constituted by the extraction electrode 44 and the source 42 can be oriented according to three perpendicular directions of space. In general, the ion beam 48 has a conical shape, such as shown in Figure 4, and it's on the central axis of this beam that is distributed the maximum of the current. It is therefore advantageous to position the source 42 of such so that the part to be irradiated from source 38 located approximately on the central axis of the beam of ions 48.

La dose d'ions reçue par la source 38 lors du traitement correspond environ à une dose surfacique de 1018ions/cm2, c'est-à-dire à une irradiation avec un courant de 2 µA pendant 1 heure. La tension d'accélération imposée aux ions aluminium formés à partir de la source 42 peut varier entre quelques kilovolts et 20 kilovolts ; elle peut valoir par exemple environ 12 kilovolts.The ion dose received by the source 38 during the treatment corresponds approximately to a surface dose of 10 18 ions / cm 2 , that is to say to an irradiation with a current of 2 μA for 1 hour. The acceleration voltage imposed on the aluminum ions formed from the source 42 can vary between a few kilovolts and 20 kilovolts; it can be worth for example around 12 kilovolts.

Le traitement de surface est fait principalement en deux étapes :

  • 1. une étape de décapage, pendant laquelle la source 42 émet un courant de quelques microampères, entre 5 et 10 µA, que l'on règle en ajustant la haute tension à laquelle est portée la pointe émettrice de la source 42. En fait, la valeur limite supérieure de ce courant doit être choisie de telle façon que dans la première étape, on ait essentiellement émission d'ions simples Al+, et pratiquement pas d'émission d'agrégats Al+ n. Avec une tension d'accélération entre la pointe émettrice et l'électrode d'extraction 44, d'environ une dizaine de kilovolts, les ions aluminium Al+ vont :
    • décaper les surfaces de la source 38 qui sont exposées sur leur trajet (la pointe 52 et l'extrémité du réservoir 54),
    • former une couche sur la surface décapée, qui servira de couche d'accrochage pour les agrégats qui seront déposés au cours de la deuxième étape,
  • 2. dans une seconde étape, on fait émettre à la source un courant plus élevé, suffisant pour former un faisceau d'agrégats métalliques, de type Aln + dans le cas de l'aluminium. En général, un courant d'une valeur supérieure à 50 µA est suffisant pour former des agrégats. Ces agrégats vont se déposer sur la couche d'ions métalliques déposée dans la première étape sur la surface traitée et qui joue le rôle de couche d'accrochage. Cette couche d'agrégats métalliques forme elle-même une couche d'accrochage pour le métal liquide qui doit être ensuite déposé à l'extrémité de la source.
  • The surface treatment is mainly done in two stages:
  • 1. a stripping step, during which the source 42 emits a current of a few microamps, between 5 and 10 μA, which is adjusted by adjusting the high voltage to which the emitter tip of the source 42 is brought. In fact, the upper limit value of this current must be chosen in such a way that in the first step, there is essentially emission of single ions Al + , and practically no emission of aggregates Al + n . With an acceleration voltage between the emitting tip and the extraction electrode 44, of about ten kilovolts, the aluminum ions Al + will:
    • pickling the surfaces of the source 38 which are exposed on their path (the tip 52 and the end of the reservoir 54),
    • form a layer on the pickled surface, which will serve as a bonding layer for the aggregates which will be deposited during the second step,
  • 2. in a second step, a higher current is emitted at the source, sufficient to form a bundle of metallic aggregates, of Al n + type in the case of aluminum. In general, a current with a value greater than 50 µA is sufficient to form aggregates. These aggregates will deposit on the layer of metal ions deposited in the first step on the treated surface and which acts as a bonding layer. This layer of metallic aggregates itself forms a bonding layer for the liquid metal which must then be deposited at the end of the source.
  • La durée de chacune des deux étapes décrites ci-dessus dépend du courant utilisé dans chaque étape. Avec un courant de quelques microampères, la première étape a une durée d'environ 20 minutes ; pour un courant d'environ 50µA, la seconde étape dure environ 40 minutes.The duration of each of the two stages described above depends on the current used in each step. With a current of a few microamps, the first stage has a duration of about 20 minutes; for a current of approximately 50µA, the second stage lasts approximately 40 minutes.

    Il est possible d'ajouter à ces deux étapes une étape d'implantation des ions et des agrégats métalliques déjà déposés sur la surface à traiter dans les deux premières étapes. Au cours de cette étape d'implantation, la source 42 émet un courant de quelques microampères, de façon à émettre un faisceau comportant principalement des ions simples, et peu d'agrégats. Ces ions sont accélérés sous une tension maximum (de l'ordre de 20 kilovolts), de façon à "enfoncer" les agrégats déposés au cours de la deuxième étape, dans la partie superficielle de la zone qui a été traitée au cours des étapes précédentes.It is possible to add to these two steps a implantation step for ions and aggregates metallic already deposited on the surface to be treated in the first two steps. During this stage source, the source 42 emits a current of a few microamps, so as to emit a beam mainly comprising single ions, and few of aggregates. These ions are accelerated under a voltage maximum (around 20 kilovolts), so that "sink" the aggregates deposited during the second stage, in the superficial part of the area which has been processed in the previous steps.

    Afin de limiter le traitement de surface à la pointe 52, et à la partie avant du réservoir 54 (partie référencée par 20 et 31 sur les figures 2 et 4, et qui est limitée, sur ces mêmes figures, par un trait en pointillés), il est possible d'interposer entre le faisceau 48 et les parties de la source 38 que l'on ne veut pas irradier, une feuille protectrice 50, telle que par exemple une feuille de papier aluminium. Ceci peut être important, dans le cas où le métal liquide avec lequel la source est destinée à être utilisée, peut présenter des effets de corrosion sur les parties métalliques de la source. C'est le cas notamment de l'aluminium qui, à l'état liquide, peut facilement corroder les parties du système de chauffage du réservoir et de la pointe extérieures à ces derniers, notamment le filament de tungstène 16 (voir figure 2). Si, par conséquent, une couche d'accrochage constituée d'agrégats métalliques est déposée sur ces parties lors de l'irradiation, le métal liquide aura tendance, lors de l'utilisation de la source ainsi préparée, à s'accrocher également sur ces parties, ce qui provoquera une corrosion rapide des éléments métalliques situés au voisinage de ces parties. C'est pour cette raison que l'on limite, notamment dans le cas de l'aluminium, l'irradiation de la source à la pointe, à l'extrémité avant du réservoir, et aux parois du compartiment 18 ouvert dans le réservoir (voir figure 3b). Après avoir subi ce traitement, la source est prête à utilisation. On la plonge par exemple dans un bain d'aluminium liquide, qui vient mouiller les parties irradiées et les recouvrir par capillarité sous la forme d'un film mince, parfaitement uniforme et homogène. Cette très bonne homogénéité favorise d'une part la fonction d'apport du métal ionisé vers l'apex de la pointe, et d'autre part permet de rendre maximum la quantité de métal d'apport stocké.In order to limit the surface treatment to the tip 52, and at the front part of the reservoir 54 (part referenced by 20 and 31 in Figures 2 and 4, and which is limited, in these same figures, by a line in dotted), it is possible to interpose between the beam 48 and the parts of the source 38 which are not does not want to radiate, a protective sheet 50, such than for example a sheet of aluminum foil. This can be important, in case the liquid metal with which the source is intended to be used, may exhibit corrosion effects on parts source metal. This is particularly the case for aluminum which, in the liquid state, can easily corrode the parts of the heating system of the tank and tip outside of these, in particular the tungsten filament 16 (see FIG. 2). If, therefore, a bonding layer consists of metallic aggregates is deposited on these parts during of the irradiation, the liquid metal will tend, when of the use of the source thus prepared, to also hold onto these parts, which will cause rapid corrosion of elements metal located in the vicinity of these parts. It is for this reason which one limits, in particular in the aluminum, irradiation from source to tip, at the front end of the tank, and at the walls compartment 18 open in the tank (see Figure 3b). After undergoing this treatment, the source is ready to use. We immerse it for example in a bath of liquid aluminum, which wets the irradiated parts and cover them by capillary action under the shape of a thin film, perfectly uniform and homogeneous. This very good homogeneity promotes share the function of supplying the ionized metal to the apex of the tip, and on the other hand allows to make maximum the quantity of filler metal stored.

    Ce troisième traitement, applicable à une source présentant la structure selon l'invention peut également être applicable à tout type de source d'ions à métal liquide en particulier à une source ayant la structure décrite dans l'article de Bell et al., et illustrée sur la figure 1. Dans ce cas, il suffit de soumettre la pointe de graphite 2 à une irradiation avec, par exemple, un faisceau d'ions aluminium (Al+ puis Aln +). La mouillabilité du graphite s'en trouve améliorée par rapport au traitement proposé par Bell et al. dans l'article précité, puisque ce dernier conduit à la formation d'ílots d'aluminium à la surface de la pointe de graphite.This third treatment, applicable to a source having the structure according to the invention can also be applicable to any type of source of liquid metal ions, in particular to a source having the structure described in the article by Bell et al., And illustrated in FIG. 1. In this case, it suffices to subject the graphite tip 2 to irradiation with, for example, a beam of aluminum ions (Al + then Al n + ). The wettability of graphite is improved compared to the treatment proposed by Bell et al. in the aforementioned article, since the latter leads to the formation of aluminum islands on the surface of the graphite tip.

    L'invention a été décrite dans le cadre de la réalisation d'une source d'ions aluminium. Le choix de cet élément n'est pas limitatif et on peut utiliser la même structure et le même traitement de surface pour toute source d'ions d'une autre nature, par exemple pour une source de bore. Le traitement de la surface consistera alors à irradier la source avec un faisceau d'ions bore, d'abord d'ions B+ puis d'agrégats Bn +. Le bore est, par ailleurs, un élément corrosif à l'état liquide, tout comme l'aluminium, et il est donc préférable de limiter le traitement de surface à la pointe 12 de graphite et à la partie "avant" du réservoir 14.The invention has been described in the context of the production of a source of aluminum ions. The choice of this element is not limiting and the same structure and the same surface treatment can be used for any source of ions of another nature, for example for a source of boron. The surface treatment will then consist in irradiating the source with a beam of boron ions, first of B + ions then of B n + aggregates. Boron is, moreover, a corrosive element in the liquid state, like aluminum, and it is therefore preferable to limit the surface treatment to the tip 12 of graphite and to the "front" part of the reservoir 14.

    La structure de la source selon la présente invention peut également être utilisée pour la production d'ions à partir d'autres éléments, notamment d'éléments non corrosifs à l'état liquide.Source structure according to this invention can also be used for the production of ions from other elements, in particular non-corrosive elements in the liquid state.

    Après préparation et une fois que la source est mouillée par le métal liquide, la production d'ions à partir de celle-ci est réalisée à l'aide d'une électrode d'extraction, montée en avant de la pointe, de la même façon que l'électrode 44 est montée en avant de la source 42 dans le montage de la figure 5.After preparation and once the source is wetted by liquid metal, the production of ions at from this is carried out using a extraction electrode, mounted in front of the tip, in the same way as the electrode 44 is mounted in front from the source 42 in the assembly of FIG. 5.

    Le faisceau obtenu peut être plus ou moins riche en agrégats métalliques de taille variable. En fait cette sélection dépend de la tension appliquée à la pointe. Pour cette raison, l'ensemble de la source est porté à une haute tension d'environ 11 kV, l'alimentation H.T. supplémentaire étant reliée à la base de la tige 10 (par l'intermédiaire des mâchoires 28, 30 dans la représentation de la figure 2). La modulation de la haute tension conduit à une modulation du courant émis par la pointe, ce courant modulant à son tour la distribution de la taille des agrégats émis. La différence de potentiel entre la pointe et l'électrode d'extraction module, quant à elle, l'énergie cinétique des ions ou des agrégats émis.The beam obtained can be more or less rich in metallic aggregates of variable size. In makes this selection depends on the voltage applied to The point. For this reason, the entire source is brought to a high voltage of around 11 kV, the additional HV power supply being connected to the base of rod 10 (via jaws 28, 30 in the representation of Figure 2). The modulation of high voltage leads to modulation of the current emitted by the tip, this current modulating at turn the size distribution of the aggregates issued. The potential difference between the tip and the extraction electrode modulates, the kinetic energy of the emitted ions or aggregates.

    Des applications essentielles de la source selon la présente invention sont :

    • d'une part la fabrication de machines à faisceaux d'ions focalisés,
    • d'autre part, l'utilisation de telles machines dans le domaine de la microélectronique et celui de la préparation d'échantillons pour l'observation par Microscopie par transmission (TEM).
    Essential applications of the source according to the present invention are:
    • on the one hand the manufacture of machines with focused ion beams,
    • on the other hand, the use of such machines in the field of microelectronics and that of the preparation of samples for observation by transmission microscopy (TEM).

    Le principe consiste alors à utiliser l'interaction entre un faisceau d'ions très énergétiques, focalisés dans une tache de moins de 0,1 micron, et un échantillon.The principle then consists in using interaction between an ion beam very energetic, focused in a spot of less than 0.1 micron, and a sample.

    Les ions incidents vont localement pulvériser la surface de l'échantillon, au niveau de la tache correspondant à la zone d'impact.Incident ions will locally spray the surface of the sample, at the spot corresponding to the impact area.

    On contrôle le processus d'érosion suivant des axes X, Y parallèles à la surface de l'échantillon en balayant cette surface avec le faisceau, et on contrôle la profondeur de cette gravure par un déplacement de la machine suivant un axe z perpendiculaire à la surface. On peut, avec un appareil incorporant une source selon la présente invention, élaborer des structures ayant des tailles de l'ordre de 70 à 80 nanomètres.We control the erosion process according to X, Y axes parallel to the surface of the sample in scanning this surface with the beam, and we control the depth of this engraving by a displacement of the machine along a z axis perpendicular to the surface. We can, with a device incorporating a source according the present invention, to develop structures having sizes on the order of 70 to 80 nanometers.

    Des exemples de résultats obtenus avec une source d'ions aluminium, conçue selon la présente invention, sont donnés sur les figures 6 et 7. La source utilisée incorporait un traitement de surface avec une couche d'accrochage en aluminium, tel que décrit ci-dessus.Examples of results obtained with a aluminum ion source, designed according to the present invention, are given in Figures 6 and 7. The source used incorporated surface treatment with an aluminum bonding layer, such as described above.

    La figure 6 est la photographie d'une grille de cuivre prise à l'aide d'un microscope électronique, dans lequel le canon à électrons du microscope a été remplacé par la source d'ions aluminium. La tension d'accélération des ions est de 12,5 keV, et le courant d'émission de 16 µA. Les fils 60, 62, 64 de la grille ont une épaisseur d'environ 25 µm. Pour réaliser une telle prise de vue, il faut irradier la grille avec un faisceau d'ions Al+ très stable pendant environ 1 mn 30 secondes. Cette photographie montre donc la très bonne stabilité, dans le temps, du courant et du faisceau de la source selon l'invention.Figure 6 is a photograph of a copper grid taken using an electron microscope, in which the electron gun of the microscope has been replaced by the source of aluminum ions. The ion acceleration voltage is 12.5 keV, and the emission current is 16 µA. The wires 60, 62, 64 of the grid have a thickness of approximately 25 μm. To make such a shot, the grid must be irradiated with a very stable beam of Al + ions for approximately 1 min 30 seconds. This photograph therefore shows the very good stability, over time, of the current and of the beam of the source according to the invention.

    La figure 7 est une photographie d'une gravure effectuée sur du GaAs par un faisceau d'ions Al+ de 20 keV d'énergie (courant i≈11 µA). Sur cette photo, 1 cm représente 100 nm.FIG. 7 is a photograph of an etching carried out on GaAs by a beam of Al + ions of 20 keV of energy (current i≈11 µA). In this photo, 1 cm represents 100 nm.

    Claims (18)

    1. A liquid metal ion source including a cylindrical rod (10, 35) made of a conductive and refractory material, extended by a point (12, 13; 37, 39) made of refractory material, intended to be covered by a liquid supply metal, characterized in that the assembly made up by the cylindrical rod and the point passes through a reservoir (14, 15) made of a conductive and refractory material, the area (19, 33) where the rod is inserted into the reservoir ensuring an electrical contact between the rod and the reservoir, and in that the reservoir is in contact with a conductive filament (16), the cylindrical rod, the reservoir and the conductive filament being thereby connected in series from the electrical point of view.
    2. A liquid metal ion source according to claim 1, the rod (10) and the point (12, 13) forming one and the same piece.
    3. A liquid metal ion source according to claim 2, the rod (10) and the point (12, 13) being made of graphite.
    4. A liquid metal ion source according to claim 3, the point (12, 13) being covered with a film of titanium.
    5. A liquid metal ion source according to claim 1, the rod (35) being made of a different material to that from which the point (37, 39) is made.
    6. A liquid metal ion source according to claim 5, the rod (35) being made of graphite.
    7. A liquid metal ion source according to one of claims 5 or 6, the point (37, 39) being made of alumina or boron nitride.
    8. A liquid metal ion source according to claim 1, the point (12, 13; 37, 39) being covered by a metal priming coat, of the same kind as the liquid metal it is intended to use with the source.
    9. A liquid metal ion source according to claim 8, the priming coat covering the point, and a part (20, 31) of the reservoir (14, 15).
    10. A liquid metal ion source according to one of claims 8 or 9, the priming coat being susceptible to being obtained by ionic bombardment.
    11. A liquid metal ion source according to claim 10, the ionic bombardment comprising two stages:
      an etching stage, during which a simple beam of ions is directed onto the parts of the ion source to be irradiated, virtually no aggregates being included,
      a second stage in the course of which a beam of ions comprising essentially metal aggregates is directed onto the parts of the source to be irradiated.
    12. A liquid metal ion source according to claim 11, an implantation stage being additionally provided, the parts of the source to be irradiated being bombarded by a beam comprising mainly simple ions accelerated under a high voltage, and few aggregates.
    13. A liquid metal ion source according to one of claims 1 to 6 or 8 to 12, the point (12, 13, 37, 39) being made of vitreous carbon.
    14. A liquid metal ion source according to one of the preceding claims, the reservoir (14, 15) being made of vitreous carbon.
    15. A liquid metal ion source according to one of the preceding claims, the rod and the point (10, 13; 35, 39) being adjusted mechanically with tight clearances to the inside of the area (19; 33) provided for their passage in the reservoir (14; 15).
    16. A liquid metal ion source according to one of the preceding claims, the reservoir (14) having a cutaway hollow (18).
    17. A liquid metal ion source according to one of the preceding claims, the heating filament (16) being introduced into a throat at the periphery of the reservoir (14; 15).
    18. A method of preparing a sample using a liquid metal ion source according to one of the preceding claims, a beam of metal ions being produced using this source and directed onto the sample.
    EP95920933A 1994-07-07 1995-07-06 Liquid metal ion source Expired - Lifetime EP0769202B1 (en)

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