WO2004061893A2 - Machine for uniform treatment of sample surfaces by multicharged ion projection - Google Patents

Machine for uniform treatment of sample surfaces by multicharged ion projection Download PDF

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WO2004061893A2
WO2004061893A2 PCT/FR2003/003744 FR0303744W WO2004061893A2 WO 2004061893 A2 WO2004061893 A2 WO 2004061893A2 FR 0303744 W FR0303744 W FR 0303744W WO 2004061893 A2 WO2004061893 A2 WO 2004061893A2
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ion beam
treatment machine
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Gilles Borsoni
Bruno Simon
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Qplus
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    • H01J2237/0041Neutralising arrangements
    • H01J2237/0044Neutralising arrangements of objects being observed or treated

Definitions

  • the subject of the invention is a machine for uniform treatment of surfaces of materials, using ultra-charged slow ion beams of very low kinetic energy, these treatments making it possible to induce nanometric or sub-nanometric, physical or chemical modifications, on the surface of samples exposed to the ion beam.
  • Various pieces of equipment are known in the state of the art for projecting multicharged ions.
  • European patent EP0483004 describes a source of highly charged positive ions with electronic cyclotron resonance comprising: - a microwave cavity having an axis of symmetry (X); a high frequency input opening into the cavity to create a high frequency electromagnetic field there; - introduction of gas into the cavity; means for producing a magnetic field along the axis in said cavity; means for producing a multipolar radial magnetic field in this cavity, the superposition of these axial and radial magnetic fields forming a resulting magnetic field distributed throughout the cavity and defining at least one equimagnetic surface (S) completely closed inside of the cavity; means for extracting the ions at the end of the cavity, a voltage polarizable probe to improve the ionization of the gas and thus increase the flow of extracted ions, made of metal emitting electrons, placed upstream of the means extraction and having no contact with the equimagnetic surface.
  • X axis of symmetry
  • German patent DE4226299 describes an equipment comprising a plasma chamber in which a vacuum is created to be able to produce plasma and in which the microwaves are introduced, a plasma electrode and an electrode extraction process through which the ions produced are extracted from the plasma.
  • An extraction field is generated between the plasma electrode and the extraction electrode, due to the voltage difference (around 20 kV).
  • the plasma chamber is provided with one or more material evaporation furnace (s) which make it possible to produce plasmas and thus ions of any elements.
  • An electrically or magnetically launched electron beam produced in the extraction electrode is superimposed on the ion beam coming from the plasma chamber and passing through the plasma electrode and the extraction electrode, so that it an extraction channel is formed with space charge compensation for the ions.
  • prior art multi-charged ion beam production systems used in research or industry are equipped with different types of ion sources, including:
  • ECR sources Electronic Cyclotronic Resonance in English
  • EBIS Electron Beam Ion Sources
  • - laser ion sources in which the ions are created during the impact of a laser beam on a material.
  • the disadvantage of these ion sources is that they do not make it possible to produce multicharged ions in sufficient quantity to allow rapid processes to be carried out when the ions are extracted from these sources directly at very low kinetic energy.
  • Another disadvantage of these ion sources is that the ion beams which they produce do not have sufficient uniformity to allow the carrying out of surface treatments of the quality necessary for the surface treatments envisaged.
  • a disadvantage of the ion beams created by such sources, when they are intense and when the samples are not very conductive, is that they generate undesirable positive charges on the surface of the treated sample, inducing sometimes undesirable modifications of the physical properties of the surface.
  • the present invention aims to overcome these drawbacks by proposing to couple a system for producing ion beams to a first decelerating system making it possible to obtain ions of very low kinetic energy at the surface of the sample to be treated. , and to a second system for scanning the ion beam on the edge of the sample to be treated, making it possible to obtain a satisfactory uniformity of treatment for the targeted processes.
  • a standard surface treatment process has a uniformity generally between 95% and 99.99%, and this over the entire surface of the sample to be treated.
  • the subject of the invention is a machine for uniform treatment of sample surfaces by projection of multicharged ions of very low kinetic energy, comprising: - an ion beam production assembly, making it possible to produce under vacuum a beam of multicharged ions, sorted or not according to the ratio of their mass to their charge; electrostatic deceleration means allowing the deceleration of the ions when approaching the surface of the sample to be treated,
  • - scanning means allowing the surface of the sample to be treated to be scanned by the ion beam to obtain the desired uniformity of treatment
  • - mechanical holding means for samples making it possible to present the surface of the samples to be treated in front of the ion beam during the treatment
  • - vacuum production means such as vacuum pumps, mounted on vacuum chambers inside which is located the sample to be treated and the ion beam circulates.
  • the machine comprises a system making it possible to neutralize the positive charges appearing on said surface during the treatment.
  • An objective of this system is to allow the ions not to be prevented from reaching the surface by undergoing an electrostatic repulsion caused by the presence of positive charges on said surface, these charges having been created by the ions having previously interacted with said surface , the consequence being that the energy distribution of the ions reaching the surface is as small as possible.
  • Another objective of this system is to improve the quality of the treatment, in the case where the presence of positive charges on the surface of the sample is undesirable. This neutralization can be carried out by bombardment of the surface by electrons slow enough not to induce undesirable modifications of the surface.
  • these electrons can be produced by one or more electron guns, placed near the surface of the sample to be treated, between the electrodes of the decelerator system and the surface of the sample, so as not to hinder the passage of ions from the beam.
  • the electrons can be produced by an electron gun with cylindrical symmetry, located near the surface of the sample to be treated, in the axis of which the ion beam passes.
  • This electron gun can for example comprise a circular polarized filament.
  • the machine includes a system making it possible to remove from the ion beam the ions which have changed charge by capturing one or more electrons by interaction with the residual gas present in the chambers empty.
  • This system acts by subjecting a deflection of any angle not zero to the ion beam.
  • This deflection being less intense when the charge of the ions is weaker, this makes it possible to remove the parasitic particles from the beam, whose charge is weaker, and to stop them with mechanical means such as metal plates.
  • the beam-induced deflection is achieved by imposing on the ion beam an electric field created by the electrodes of an electrostatic deflection system.
  • this deflection is achieved by imposing a magnetic field produced by a magnet or an electromagnet. In the case of an electric field, this may be produced by polarized and facing electrodes, in the middle of which the beam circulates.
  • These electrodes can have, among other possibilities, flat, or semi-cylindrical, or hemispherical shapes, these types of electrodes respectively making it possible to obtain, after deflection, a beam of better optical quality.
  • the machine comprises a control system, using an image acquisition system, and making it possible to measure the spatial intensity distribution of the photons emitted from the interaction zone of the ion beam with the surface to be treat.
  • the image acquisition system can include, for example, one or more CCD cameras (Charge Coupled Devices, in English).
  • This system can also include optical filters, making it possible to observe only the photons which are emitted from the surface, at a wavelength or in a given wavelength range.
  • This system makes it possible to follow the surface treatment process, insofar as it makes it possible to measure the thickness of the layers of materials which can cover the surface of the sample, as well as to know the nature of the material present on the surface.
  • the machine comprises a control system using an optical filter coupled to a photon counter to measure the evolution of the flux of photons emitted from the surface of the sample during the treatment, in a range of given wavelengths or at a given wavelength.
  • This system can for example consist of optical lenses concentrating the photons, an optical fiber guiding the photons towards an optical monochromator, coupled to a photon detector allowing the counting.
  • a filter can be added to this system to allow detection only of photons emitted from the surface at a given wavelength or in one or more given wavelength ranges.
  • the machine includes a thermal modulation system associated with the sample maintenance system making it possible to adjust the temperature of the sample to be treated.
  • this system consists of a heating resistor located near the sample to be treated.
  • this system makes it possible to cool the sample, consisting of a hollow tube, such as a coil, also located near or in contact with the sample to be treated and in which a cooling fluid circulates, such as those known to those skilled in the art, such as for example liquid nitrogen.
  • the temperature of the sample can be measured using systems known to those skilled in the art such as a thermocouple probe brought into contact with the sample, or a system for measuring the radiation emitted by the sample, for example in the infrared domain.
  • the machine has a mechanical system for changing the orientation of the surface of the sample to be treated, this in order to make the machine compatible with a sample transfer mode which uses a different orientation.
  • the surface of the sample to be treated can be oriented in all possible directions, because the orientation of the different sub-assemblies of the machine can be arbitrary.
  • the orientation of the machine can be chosen according to different criteria.
  • the surface of the sample to be treated is oriented downwards, so as to make it compatible with certain existing systems for transferring samples under vacuum which use this orientation, in particular those used in certain machines. deposit under ultra-vacuum by molecular beam epitaxy (MBE, or Molecular Beam Epitaxy, in English).
  • MBE molecular beam epitaxy
  • the surface of the sample to be treated is oriented upwards so as to make it compatible with certain existing systems for transferring samples under vacuum which use this orientation, in particular those used in the silicon industry.
  • Another objective of this upward orientation is that it allows the sample, in particular when it is large and of small thickness, to rest entirely by gravity on its support and thus to remain flat.
  • Other sample transfer systems exist in which the surface of the samples is vertical.
  • the machine can also process samples whose surface is vertical, by changing the orientation of the sub-assemblies that constitute it.
  • An objective of the mechanical system provided for in the invention is that it makes it possible to adapt the machine to any sample transfer system, by changing the orientation of the surface of the sample in its transfer from the machine to the transfer, and vice versa.
  • the machine includes a control unit composed of electronic modules and software, making it possible in particular to adjust the parameters of the machine and to carry out the treatment of the surface of the sample using only the parameters of the process that the user wishes to see carried out.
  • This control unit can also manage the operation of other parts of the machine, such as those relating to user safety and the operation of the gas pumping groups.
  • the machine's ion production assembly includes an ion source of the ECR type.
  • This ion source can be electrically isolated from the rest of the machine, so as to be brought to an electrical voltage chosen by the user. It is the value of this voltage, combined with the values of the voltages of other parts of the machine, which fixes the kinetic energy of the ions in the beam. This voltage can be variable, adjustable by the user, so as to vary the kinetic energy of the ions.
  • Other ion sources generating multicharged ions can also be used on the machine. When these ion sources are brought to voltage, they are isolated from the rest of the machine by an enclosure, in order to protect the user against the risk of electric shock.
  • the protective enclosure can comprise a material absorbing these ionizing radiation in order to protect the user.
  • the ion production assembly of the machine comprises, connected to the ion source, an ion extraction system with several electrodes. This system makes it possible to extract the ions from the ion source at high speed, in order to optimize the ion current produced by the source and the optical qualities of the beam, then to remove them. decelerate so that they are transported in the beam line at lower speed.
  • the machine's ion production assembly includes magnetic means making it possible to sort the ions as a function of the ratio of their mass to their charge, and to select the ionic species with which the user wishes to carry out the surface treatment .
  • these magnetic means include an electromagnet, the ion beam circulating in the vacuum chamber located in the air gap of this magnet, the magnetic field in the air gap being adjusted by adjusting the electric current which flows through the magnet coils.
  • the vacuum chamber of the electromagnet can be electrically isolated therefrom in order to be polarized at a voltage which, combined with the voltages of the other parts of the machine, regulate the speed of the ions in their passage in the middle of the 1 ' electro magnet.
  • the magnetic means can also include a permanent magnet, when the user wishes to use only one ionic species for the surface treatments he wishes to perform, or when the user wishes to choose the working ionic species by varying the speed of the ions in the air gap of the magnet, and not by varying the magnetic field as in the previous case.
  • a permanent magnet is that it reduces the cost and the size of the machine.
  • the surface treatment uses all the ions which are produced by the ion source.
  • the advantage, in the latter case, is that the current available for surface treatments can be greater.
  • the machine's ion beam production assembly comprises vacuum chambers provided with sets of slots, the latter being composed of mounted metal plates, making it possible to reduce the transverse dimensions of the ion beam, the enclosures and the sets of slots being electrically isolable from the rest of the machine, and polarizable, so as to allow the ion speed of the beam to be varied.
  • sets of slits are that they make it possible to improve the sorting of the ions and the optical qualities of the ion beam.
  • the plates constituting the sets of slots can be fixed, or mounted on mechanical translation systems allowing the user of the machine targeted by the invention to adjust their dimensions. Travel systems can also be motorized. Diaphragms can be used in place of the slots.
  • the machine's ion beam production assembly includes image acquisition systems arranged along the beam line, making it possible to observe the photons emitted when the ions of the beam strike the plates of which they are made slot games.
  • One objective of this device is to allow the user to adjust the path of the ion beam.
  • Another objective is to allow the uniformity of the ion beam to be measured at different locations along its path in the beam line.
  • the ion beam deceleration system is composed of one or more polarizable electrodes with cylindrical symmetry, inside which the ion beam circulates.
  • An objective of this device is to decelerate the ions of the beam to a very low kinetic energy, in such a way that their trajectory can remain as perpendicular as possible to the surface of the sample.
  • the electrons circulate in an area where the electrostatic potential is little different from the electrostatic potential of the surface, which aims to minimize the acceleration undergone by these same electrons when they go towards the surface of the sample.
  • the first electrode through which the ion beam passes when it enters the deceleration system is polarized so that the electrons which would be produced downstream of the system are repelled , and cannot penetrate inside the deceleration system or reach the surface of the sample.
  • the scanning system includes electromagnetic means which make it possible to deflect the path of the beam so that it can interact with any part of the surface.
  • electromagnetic means may consist of one or more electromagnets, surrounding a vacuum chamber in which the ion beam circulates, the magnetic field of the electromagnet having a component perpendicular to the primary direction of the ion beam.
  • the scanning system is provided with electrostatic means, which also make it possible to deflect the path of the ion beam so as to make it interact with all or part of the surface.
  • electrostatic means may consist of one or more sets of metal electrodes of any shape, polarized and facing each other, in the middle of which the beam circulates.
  • the scanning system is provided with mechanical, motorized means which make it possible to scroll the surface under the ion beam, so as to make the ion beam interact with all or part of the area.
  • These mechanical means may include a motorized translation table, making it possible for the sample to make two movements in directions orthogonal to them and to the direction of the ion beam.
  • Other versions of the machine are envisaged, in which the different means, electrostatic, magnetic and mechanical, are combined, allowing the ion beam to interact with all or part of the surface, which constitutes the first objective of this system.
  • Another objective of this scanning system is to allow the user to choose the uniformity of the treatment of the surface of the sample, by choosing the modalities of the different scanning modes, in particular the scanning pitch.
  • Another objective of this scanning system is to allow the user to choose the number of ions that will interact with the surface, by adjusting in particular the speed of the different scanning modes and the scanning pitch.
  • the mechanical sample holding system is replaced by a holding system using electrostatic force, such as for example a system, known to those skilled in the art, in which the face of the electrostatic holding system, on which is placed the sample, is polarized, so as to induce a polarization on the rear face of the sample, which has the effect of inducing an attractive force between the face of the electrostatic holding system on which the sample is placed and the rear face of the sample.
  • electrostatic force such as for example a system, known to those skilled in the art, in which the face of the electrostatic holding system, on which is placed the sample, is polarized, so as to induce a polarization on the rear face of the sample, which has the effect of inducing an attractive force between the face of the electrostatic holding system on which the sample is placed and the rear face of the sample.
  • ion beam currents and electron beams are added means for measuring the ion beam currents and electron beams.
  • this device intercepts the ion and / or electron beam.
  • charge collection devices such as faraday cages, known to those skilled in the art, for example coupled to one or more ammeters.
  • these means intercept the beam of ions and / or electrons.
  • these means may include devices, such as plates of any material, allowing the emission of photons when they intercept ions or electrons, coupled to image acquisition systems, making it possible to obtain the intensity of the photons emitted at different points in the ion and / or electron beam.
  • these means may include charge collection devices, such as networks of conductive wires which collect the current, coupled to one or more ammeters, so as to allow measurement at different points.
  • the sample holding system and the sample itself are electrically isolated from the rest of the machine to allow them to be polarized.
  • One objective is to vary the kinetic energy of the ions and / or of the electrons when they interact with the surface, this kinetic energy being controlled mainly by the difference between the potentials of the area where the ions are created, in the source d 'ions, and the surface of the sample to be treated.
  • the machine includes a system making it possible to inject one or more types of gas in a controlled manner inside the enclosure in which the sample to be treated is located.
  • One objective is to allow this or these gases to participate in the chemical reactions which may take place on the surface of the sample to be treated.
  • a residual gas analyzer known to a person skilled in the art, can be used as a means of complementary control of this injection system.
  • the ion beam production system of the machine includes means for electrostatic or magnetic deflection of the ion beam, in order to optimize its trajectory.
  • the ion beam production system of the machine includes retractable means for measuring the ion beam current, acting by intercepting the ion beam and collecting its charges.
  • the ion and electron beams are pulsed in intensity, allowing the ions and electrons to reach the surface of the sample to be treated alternately, in order to prevent certain ions from the beam to be neutralized directly by the electrons in the electron capture neutralization system.
  • a beam of photons is directed towards the surface of the sample to be treated, in order to activate the surface of the sample to be treated in order to promote the chemical or physical reaction caused by the treatment, the length of wave of these photons being chosen according to the chemical or physical reaction desired by the user.
  • Figure 1 shows an overview of an embodiment of a machine according to the invention. It includes an ion production system 1, capable of producing multi-charged ion beams 2.
  • the ion beam circulates inside a system of electrostatic deceleration 3, which reduces the kinetic energy of the ions by using the electric field created by the electrostatic deceleration system.
  • the beam then enters the vacuum enclosure 4 where the process for processing the sample 5 is carried out.
  • the sample is mounted on a mechanical support 6 allowing it to be maintained.
  • the ion beam 2 is scanned on the surface of the sample 5 using scanning means 7.
  • a set of pumping means 8 makes it possible to maintain the various chambers which make up the machine under vacuum.
  • the ion beam production assembly includes an ion source 9 of ECR type, in which multicharged ions are created.
  • ECR electrospray ion source
  • Such an ion source produces several milliamps of charge ions and of varied nature, depending on the gases injected into the enclosure of the source.
  • the states of charge can range, for argon, up to the maximum charge, Arl8 +.
  • the body of the ion source is electrically isolated from the rest of the machine, and is brought to a voltage which can be varied by the user between -100 V and +100 V, in order to cancel the effect of the potential of the plasma from the ECR source.
  • a three-electrode extractor 10 makes it possible to extract the ions produced in the source at high speed, and to focus the beam to allow it to keep good optical characteristics after its deceleration at the exit of the extractor.
  • the first electrode is polarized at -35 kV
  • the second electrode at -25 kV
  • the third electrode at -35 kV.
  • the ion beam enters a vacuum enclosure polarized at -15 kV, in which are placed 2 movable plates 12 defining a vertical slit relative to the plane of the figure, making it possible to reduce the width of the beam at 10 mm.
  • a CCD camera 13 makes it possible to obtain a beam intensity profile when the slit is closed, from the photons emitted by the ions when they strike the plates 12.
  • the ion beam then enters an enclosure 14 polarized at -15 kV, placed in the air gap of an electromagnet.
  • the magnetic field B perpendicular to the plane of the beam, produced by the electromagnet curves the trajectories of the ions of the beam.
  • the ions whose mass-to-charge ratio is different, will have a trajectory with a different radius of curvature, which makes it possible to select the ion with which the user of the machine wishes carry out the process.
  • the radius of curvature of the magnet is 250 mm, and the magnetic field of 0.135 Tesla allows to select the Arll + ions among the other ions of the beam.
  • the ion beam then enters a vacuum chamber 15 polarized at -15 kV in which sets of plates 16 polarized at voltages varying between -14 kV and -16 kV make it possible to modify its trajectory.
  • sets of movable plates 12 define horizontal and vertical slots with respect to the plane of the figure, making it possible to modify the shape of the envelope of the bundle.
  • a mobile and retractable faraday cage 17 makes it possible to intercept the ion beam in order to measure its intensity by measuring using of an ammeter the current of charges collected.
  • a CCD camera 13 makes it possible to measure the characteristics of the beam when it is intercepted by the plates defining the slits.
  • the ion beam then enters a vacuum enclosure 18 polarized at -15 kV in which an electrostatic deflector 19 is installed, which constitutes a first part of the system for eliminating parasitic particles from the machine.
  • This deflector is composed of two electrodes facing each other, whose surface has the shape of a part of a sphere and in the middle of which the beam circulates.
  • the potential difference between the two electrodes is 4200 Volts, to allow the Ar 11+ ions to exit this enclosure.
  • the ions having lost one or more charges by collision with the molecules of the residual gas are less deflected and their trajectory does not have the same axis as that of the Ar 11+ ions.
  • the ion beam then enters a vacuum enclosure 20 polarized at -15 kV in which sets of plates 12 define horizontal and vertical slots relative to the plane of the figure, which constitute the second part of the elimination system. machine particles. These plates make it possible to intercept the ions which have changed charge by collision with the residual gas of the vacuum chambers, and whose trajectory at the outlet of the electrostatic deflector 19 is different from that of the Arll + ions.
  • This vacuum enclosure is provided with a CCD camera 13 which makes it possible to measure the characteristics of the beam when it is intercepted by the plates defining the slots.
  • the beam then enters a two-part vacuum enclosure (21, 22) in which the cylindrical electrodes 23 of the electrostatic deceleration system are placed.
  • the first part of the vacuum chamber 21 is polarized at -15 kV. It is isolated by an insulator 24 from the second part of the vacuum enclosure 22, which is at the potential of the electrical ground of the machine (0V).
  • the beam passes through the middle of a first electrode 25 polarized at -16 kV, which prevents the electrons which would be produced by collision of the ions of the beam with the objects present in the vacuum chambers from entering the decelerator system. This setting allows you to get rid of all the electrons created with an initial kinetic energy of 1 kV.
  • the following electrodes 23 are polarized at different voltages, gradually going from -15 kV to -30 V for the last electrode 26, the closest to the sample to be treated 5.
  • the ion beam then enters a space in which the potential difference with the surface of the sample to be treated does not exceed 30 V.
  • An electron gun 27 produces slow electrons 28 which are directed towards the area of impact of the ion beam on the surface of the sample to be treated, the energy of these electrons not exceeding 30 eV when they collide with the surface of the sample.
  • the ions have a kinetic energy of a few eV / q, where q represents their charge, when they hit the surface of the sample. This kinetic energy, expressed in this unit, is equal to the potential difference between the place where the ions are created and the surface of the sample, which is at the potential of the mass of the machine (0 V) in this example of achievement.
  • Sample 5 is held facing the . ion beam by a mechanical system 29 on a mobile and motorized stage 30, which allows the ion and electron beams to scan the surface of the sample.
  • the first scan is carried out in the plane of the figure, perpendicular to the ion beam at a displacement speed of 113 mm / s.
  • the direction of the second movement is in the plane perpendicular to the figure and to the ion beam. It is a step by step movement, the displacement being carried out at the end of the stroke of the first scan, each step displacing the sample by 0.5 mm.
  • the intensity of the Arll + ion beam interacting with the surface of the sample is 10 micro-amps.
  • the sample in the example is a silicon wafer, in the form of a 100 mm diameter disc.
  • An ion dose of 10 ⁇ 13 ions / cm 2 is thus deposited over the entire surface of the sample with uniformity better than 99% and in 270 seconds.
  • a gas injection system 31 makes it possible to inject oxygen inside the enclosure 22 during the treatment of the surface of the sample, at a pressure of 10 ⁇ -7 Torr, so that the oxygen can react with the surface of the sample chemically activated by the ions.
  • FIG. 3 illustrates another version of the machine in which the electromagnet 32 deflects the ions at an angle other than 90 °.
  • the elimination system 33 includes planar electrodes 34 for deflecting the ion beam with an angle greater than 90 °.
  • the scanning system comprises electromagnets in Helmholtz 35 coils producing an alternating magnetic field B.
  • the neutralization system consists of a cylindrical filament 36 in the middle of which the ion beam circulates.
  • a CCD camera 37 makes it possible to observe the photons emitted during the interaction of the ions with the surface of the sample, in order to measure the uniformity of the treatment, and its state of progress.
  • a photon counting system 38 makes it possible to measure the intensity of the photons emitted in the wavelength range which is not absorbed by the optical filter 39.
  • the sample to be treated 5 is held facing the ion beam by the action of an electrostatic sample holding system 40. This sample is cooled to contact of a coil 41 in which a coolant circulates.
  • a mechanical system makes it possible to transfer the sample from its position on its support, to position 42 then 43, in which the orientation of the surface of the sample is different.
  • FIG. 4 illustrates another version of the machine, in which the elimination system 44 uses the magnetic field produced by a magnet.
  • scanning uses the alternating magnetic field produced by two Helmholtz 45 coils to move the beam in a plane perpendicular to the plane of the figure and to the ion beam, then the alternating electric field produced by two polarized metal plates 46 to scan the beam quickly and at small amplitudes in the plane of the figure and perpendicular to the ion beam, then a motorized mechanical table 47 making it possible to scan the surface of the sample under the ion beam in a direction parallel to the plane of the figure and perpendicular to the ion beam.
  • a metal plate 48 located near the sample 5 makes it possible to measure the uniformity of the ion beam and of the electron beam, when it is placed in the position to intercept them, using a CCD camera 49.
  • a heating resistor 50 located under the sample makes it possible to raise its temperature, according to the needs of the process.
  • the sample is electrically isolated from the rest of the machine by two isolators 51, and is polarized by means of a voltage generator 52.
  • the neutralization system uses, in this version of the machine, two electron guns 27, producing electrons of low kinetic energy 28 towards the surface of the sample to be treated.
  • a system 53 using an ammeter makes it possible to measure the current of the ion and electron beams incident on the sample to be treated.
  • a production system 54 of photons allows to project photons of given wavelength on the surface of the sample to be treated.
  • the machine according to the invention makes it possible to use the ultra slow multicharged ions, of only a few electron volts per charge, to modify the surface of materials on the atomic scale, in particular, but not exclusively, the surface of semiconductor materials.
  • the processes permitted by the machine targeted by the invention are the etching of materials, the cleaning of surfaces, the manufacture of nanostructures, the production of physical or chemical, nanometric, surface modifications, the chemical modification of surfaces on an atomic scale. , and the manufacture of ultra-thin layers.

Abstract

The invention relates to a machine for uniform treatment of sample surfaces by projection of multicharged low kinetic energy ions. The inventive machine comprises a unit which produces ion beam, is electrically insulated from the remaining part thereof and polarisable, electorstatic deceleration means which decelerates ions approaching the surface of a treated sample, scanning means for scanning the surface of the sample by a ion beam in order to obtain a desired uniformity of the treatment, mechanical supporting means for keeping the sample in such position that the surface thereof can be treated by the ion beam, and vacuum producing means arranged on vacuum chambers in which the treated sample is arranged and the ion beam circulates.

Description

MACHINE DE TRAITEMENT UNIFORME DE SURFACES D'ECHANTILLONS UNIFORM TREATMENT MACHINE FOR SAMPLE SURFACES
PAR PROJECTION D'IONS MULTICHARGES .BY MULTICHARGE ION PROJECTION.
L'invention a pour objet une machine de traitement uniforme de surfaces de matériaux, utilisant des faisceaux ions lents ultichargés de très basse énergie cinétique, ces traitements permettant d'induire des modifications nanométriques ou sub-nanométriques, physiques ou chimiques, à la surface des échantillons exposés au faisceau d'ions. On connaît dans l'état de la technique différents équipements pour la projection d'ions multichargés. A titre d'exemple, le brevet européen EP0483004 décrit une source d'ions positifs fortement chargés à résonance cyclotronique électronique comportant : - une cavité hyperfréquence présentant un axe de symétrie (X) ; une entrée haute fréquence débouchant dans la cavité pour y créer un champ électromagnétique de haute fréquence ; - une introduction de gaz dans la cavité ; des moyens de production d ' un champ magnétique selon 1 ' axe dans ladite cavité ; des moyens de production d ' un champ magnétique radial multipolaire dans cette cavité, la superposition de ces champs magnétiques axial et radial formant un champ magnétique résultant réparti dans toute la cavité et définissant au moins une surface équimagnétique (S) complètement fermée à 1 ' intérieur de la cavité ; des moyens d'extraction des ions à l'extrémité de la cavité, une sonde polarisable en tension pour améliorer l'ionisation du gaz et augmenter ainsi le flux d'ions extrait, réalisée en métal émetteur d'électrons, disposée en amont des moyens d'extraction et n'ayant aucun contact avec la surface équimagnétique. Un autre brevet de l'art antérieur, le brevet allemand DE4226299 décrit un équipement comprenant une chambre à plasma dans laquelle on fait le vide nécessaire pour pouvoir produire du plasma et dans laquelle les micro- ondes sont introduites, une électrode à plasma et une électrode d'extraction à travers lesquelles les ions produits sont extraits du plasma. Un champ d'extraction est généré entre l'électrode à plasma et l'électrode d'extraction, en raison de la différence de tension (environ 20 kV) . La chambre à plasma est munie d'un ou de plusieurs four (s) d ' évaporation de matière qui permettent de produire des plasmas et ainsi des ions de n'importe quels éléments. Un faisceau électronique lancé de manière électrique ou magnétique, produit dans l'électrode d'extraction, est superposé au faisceau ionique provenant de la chambre à plasma et traversant l'électrode à plasma et l'électrode d'extraction, de manière qu'il se forme un canal d'extraction avec compensation de charge d'espace pour les ions . De façon générale, les systèmes de production de faisceaux d'ions multichargés de l'art antérieur, utilisés par la recherche ou 1 ' industrie sont équipés de différents types de sources d'ions, parmi lesquelles :The subject of the invention is a machine for uniform treatment of surfaces of materials, using ultra-charged slow ion beams of very low kinetic energy, these treatments making it possible to induce nanometric or sub-nanometric, physical or chemical modifications, on the surface of samples exposed to the ion beam. Various pieces of equipment are known in the state of the art for projecting multicharged ions. By way of example, European patent EP0483004 describes a source of highly charged positive ions with electronic cyclotron resonance comprising: - a microwave cavity having an axis of symmetry (X); a high frequency input opening into the cavity to create a high frequency electromagnetic field there; - introduction of gas into the cavity; means for producing a magnetic field along the axis in said cavity; means for producing a multipolar radial magnetic field in this cavity, the superposition of these axial and radial magnetic fields forming a resulting magnetic field distributed throughout the cavity and defining at least one equimagnetic surface (S) completely closed inside of the cavity; means for extracting the ions at the end of the cavity, a voltage polarizable probe to improve the ionization of the gas and thus increase the flow of extracted ions, made of metal emitting electrons, placed upstream of the means extraction and having no contact with the equimagnetic surface. Another patent of the prior art, the German patent DE4226299 describes an equipment comprising a plasma chamber in which a vacuum is created to be able to produce plasma and in which the microwaves are introduced, a plasma electrode and an electrode extraction process through which the ions produced are extracted from the plasma. An extraction field is generated between the plasma electrode and the extraction electrode, due to the voltage difference (around 20 kV). The plasma chamber is provided with one or more material evaporation furnace (s) which make it possible to produce plasmas and thus ions of any elements. An electrically or magnetically launched electron beam produced in the extraction electrode is superimposed on the ion beam coming from the plasma chamber and passing through the plasma electrode and the extraction electrode, so that it an extraction channel is formed with space charge compensation for the ions. In general, prior art multi-charged ion beam production systems used in research or industry are equipped with different types of ion sources, including:
- des sources d'ions à Résonance Cyclotronique Électronique, appelées sources ECR (Electron Cyclotron Résonance en anglais), dans lesquelles les ions sont créés dans un plasma confiné par champ magnétique et dont les électrons sont chauffés par radiofréquence. Ces sources sont capables en particulier de produire des courants intenses de faisceaux d'ions bassement à moyennement chargés . des sources d'ions à faisceau d'électrons, appelées sources EBIS (Electron Beam Ion Sources, en anglais), dans lesquelles les ions sont produits par collision avec un faisceau d'électrons d'énergie cinétique ajustable et comprimé dans un champ magnétique. Ces sources sont capables de produire en particulier des courants faibles d'ions très fortement chargés.- ion sources with Electronic Cyclotronic Resonance, called ECR sources (Electron Cyclotron Resonance in English), in which the ions are created in a plasma confined by magnetic field and whose electrons are heated by radio frequency. These sources are capable in particular of producing intense currents of lightly to moderately charged ion beams. electron beam ion sources, called Electron Beam Ion Sources (EBIS), in which the ions are produced by collision with an electron beam of kinetic energy adjustable and compressed in a magnetic field. These sources are capable of producing in particular weak currents of very highly charged ions.
- des sources d'ions à décharge électronique, dans lesquelles les ions sont créés par collision avec les électrons d'une décharge électronique.- ion discharge sources, in which the ions are created by collision with the electrons of an electronic discharge.
- des sources d'ions à laser dans lesquelles les ions sont créés lors de l'impact d'un faisceau laser sur un matériau. Le désavantage de ces sources d'ions est qu'elles ne permettent pas de produire des ions multichargés en quantité suffisante pour permettre de réaliser des procédés rapides lorsque les ions sont extraits de ces sources directement à très basse énergie cinétique. Un autre désavantage de ces sources d'ions est que les faisceaux d'ions qu'elles produisent n'ont pas une uniformité suffisante pour permettre la réalisation de traitements de surface de la qualité nécessaire pour les traitements de surface envisagés. Un désavantage des faisceaux d'ions créés par de telles sources, lorsqu'ils sont intenses et lorsque les échantillons sont peu conducteurs, est qu'ils génèrent des charges positives indésirables sur la surface de l'échantillon traité, induisant des modifications parfois indésirables des propriétés physiques de la surface. Un autre désavantage de ces faisceaux d'ions, lorsqu'ils sont intenses, est qu'ils peuvent générer lors de leur transport sous vide un grand nombre de particules qu'il est impossible de décélérer correctement, ce qui peut provoquer des défauts sous la surface de l'échantillon à traiter. Ces problèmes font que les machines existantes permettant d'utiliser des ions de très basse énergie cinétique ne peuvent réaliser avec une qualité suffisante les procédés de traitement de surface visés, c'est-à-dire la production de modifications physiques ou chimiques, de dimensions nanométriques ou sub-nanométriques, à la surface des échantillons traités.- laser ion sources in which the ions are created during the impact of a laser beam on a material. The disadvantage of these ion sources is that they do not make it possible to produce multicharged ions in sufficient quantity to allow rapid processes to be carried out when the ions are extracted from these sources directly at very low kinetic energy. Another disadvantage of these ion sources is that the ion beams which they produce do not have sufficient uniformity to allow the carrying out of surface treatments of the quality necessary for the surface treatments envisaged. A disadvantage of the ion beams created by such sources, when they are intense and when the samples are not very conductive, is that they generate undesirable positive charges on the surface of the treated sample, inducing sometimes undesirable modifications of the physical properties of the surface. Another disadvantage of these ion beams, when they are intense, is that they can generate during their transport under vacuum a large number of particles which it is impossible to decelerate correctly, which can cause defects under the surface of the sample to be treated. These problems mean that the existing machines making it possible to use ions of very low kinetic energy cannot carry out with sufficient quality the targeted surface treatment processes, that is to say the production of physical or chemical modifications, nanometric or sub-nanometric dimensions, on the surface of the treated samples.
La présente invention vise à pallier à ces inconvénients, en proposant de coupler un système de production de faisceaux d'ions à un premier système décélérateur permettant d'obtenir des ions de très basse énergie cinétique au niveau de la surface de l'échantillon à traiter, et à un second système de balayage du faisceau d'ions sur la tranche de l'échantillon à traiter permettant d'obtenir une uniformité de traitement satisfaisante pour les procédés visés. Dans l'industrie du semi-conducteur, par exemple, un procédé de traitement de surfaces standard a une uniformité généralement comprise entre 95 % et 99,99%, et ce sur toute la surface de l'échantillon à traiter.The present invention aims to overcome these drawbacks by proposing to couple a system for producing ion beams to a first decelerating system making it possible to obtain ions of very low kinetic energy at the surface of the sample to be treated. , and to a second system for scanning the ion beam on the edge of the sample to be treated, making it possible to obtain a satisfactory uniformity of treatment for the targeted processes. In the semiconductor industry, for example, a standard surface treatment process has a uniformity generally between 95% and 99.99%, and this over the entire surface of the sample to be treated.
Pour ce faire, l'invention a pour objet une machine de traitement uniforme de surfaces d'échantillons par projection d'ions multichargés de très basse énergie cinétique, comportant : - un ensemble de production de faisceau d'ions, permettant de produire sous vide un faisceau d'ions multichargés, triés ou non en fonction du rapport de leur masse sur leur charge; des moyens de décélération électrostatique permettant la décélération des ions à 1 ' approche de la surface de l'échantillon à traiter,To do this, the subject of the invention is a machine for uniform treatment of sample surfaces by projection of multicharged ions of very low kinetic energy, comprising: - an ion beam production assembly, making it possible to produce under vacuum a beam of multicharged ions, sorted or not according to the ratio of their mass to their charge; electrostatic deceleration means allowing the deceleration of the ions when approaching the surface of the sample to be treated,
- des moyens de balayage permettant à la surface de l'échantillon à traiter d'être balayée par le faisceau d'ions pour obtenir l'uniformité de traitement voulue, - des moyens de maintien mécanique d'échantillons permettant de présenter la surface des échantillons à traiter face au faisceau d'ions pendant le traitement,- scanning means allowing the surface of the sample to be treated to be scanned by the ion beam to obtain the desired uniformity of treatment, - mechanical holding means for samples making it possible to present the surface of the samples to be treated in front of the ion beam during the treatment,
- des moyens de production de vide, telles des pompes à vide, montés sur des enceintes à vide à l'intérieur desquelles se situe l'échantillon traiter et circule le faisceau d'ions.- vacuum production means, such as vacuum pumps, mounted on vacuum chambers inside which is located the sample to be treated and the ion beam circulates.
Selon des modes de réalisation particuliers : - la machine comporte un système permettant de neutraliser les charges positives apparaissant sur ladite surface pendant le traitement. Un objectif de ce système est de permettre aux ions de ne pas être empêchés d'atteindre la surface en subissant une répulsion électrostatique provoquée par la présence de charges positives sur ladite surface, ces charges ayant été créées par les ions ayant préalablement interagi avec ladite surface, la conséquence étant que la distribution en énergie des ions atteignant la surface se trouve la plus réduite possible. Un autre objectif de ce système est d'améliorer la qualité du traitement, dans le cas où la présence de charges positives à la surface de l'échantillon soit indésirable. Cette neutralisation peut être effectuée par bombardement de la surface par des électrons assez lents pour ne pas induire de modifications indésirables de la surface. Dans une version de la machine, ces électrons peuvent être produits par un ou plusieurs canons à électrons, disposé(s) à proximité de la surface de l'échantillon à traiter, entre les électrodes du système décélérateur et la surface de l'échantillon, de manière à ne pas gêner le passage des ions du faisceau. Dans une version différente de la machine, les électrons peuvent être produits par un canon à électrons à symétrie cylindrique, situé à proximité de la surface de l'échantillon à traiter, dans l'axe duquel passe le faisceau d'ions. Ce canon à électron peut comporter par exemple un filament circulaire polarisé. la machine comporte un système permettant d'éliminer du faisceau d'ions les ions ayant changé de charge en capturant un ou plusieurs électrons par interaction avec le gaz résiduel présent dans les enceintes à vide. Ce système agit en faisant subir une déflexion d'un angle quelconque non nul au faisceau d'ions. Cette déflexion étant moins intense lorsque la charge des ions est plus faible, cela permet de faire sortir du faisceau principal les particules parasites du faisceau, dont la charge est plus faible, et de les stopper avec des moyens mécaniques tels des plaques métalliques. Dans une version de la machine, la déflexion induite au faisceau est réalisée en imposant au faisceau d ' ions un champ électrique créé par les électrodes d'un système de déflexion électrostatique. Dans une autre version de la machine, cette déflexion est réalisée en imposant un champ magnétique produit par un aimant ou un électro-aimant. Dans le cas d'un champ électrique, celui-ci peut-être produit par des électrodes polarisées et se faisant face, au milieu desquelles circule le faisceau. Ces électrodes peuvent avoir, entre autres possibilités, des formes planes, ou hémicylindriques, ou hémisphériques, ces types d'électrodes permettant respectivement d'obtenir après la déflexion un faisceau de meilleure qualité optique.According to particular embodiments: - the machine comprises a system making it possible to neutralize the positive charges appearing on said surface during the treatment. An objective of this system is to allow the ions not to be prevented from reaching the surface by undergoing an electrostatic repulsion caused by the presence of positive charges on said surface, these charges having been created by the ions having previously interacted with said surface , the consequence being that the energy distribution of the ions reaching the surface is as small as possible. Another objective of this system is to improve the quality of the treatment, in the case where the presence of positive charges on the surface of the sample is undesirable. This neutralization can be carried out by bombardment of the surface by electrons slow enough not to induce undesirable modifications of the surface. In one version of the machine, these electrons can be produced by one or more electron guns, placed near the surface of the sample to be treated, between the electrodes of the decelerator system and the surface of the sample, so as not to hinder the passage of ions from the beam. In a different version of the machine, the electrons can be produced by an electron gun with cylindrical symmetry, located near the surface of the sample to be treated, in the axis of which the ion beam passes. This electron gun can for example comprise a circular polarized filament. the machine includes a system making it possible to remove from the ion beam the ions which have changed charge by capturing one or more electrons by interaction with the residual gas present in the chambers empty. This system acts by subjecting a deflection of any angle not zero to the ion beam. This deflection being less intense when the charge of the ions is weaker, this makes it possible to remove the parasitic particles from the beam, whose charge is weaker, and to stop them with mechanical means such as metal plates. In one version of the machine, the beam-induced deflection is achieved by imposing on the ion beam an electric field created by the electrodes of an electrostatic deflection system. In another version of the machine, this deflection is achieved by imposing a magnetic field produced by a magnet or an electromagnet. In the case of an electric field, this may be produced by polarized and facing electrodes, in the middle of which the beam circulates. These electrodes can have, among other possibilities, flat, or semi-cylindrical, or hemispherical shapes, these types of electrodes respectively making it possible to obtain, after deflection, a beam of better optical quality.
Selon une variante, la machine comporte un système de contrôle, utilisant un système d'acquisition d'images, et permettant de mesurer la distribution spatiale d'intensité des photons émis depuis la zone d'interaction du faisceau d'ions avec la surface à traiter. Le système d'acquisition d'image peut comporter, par exemple, une ou plusieurs caméras CCD (Charge Coupled Devices, en anglais). Ce système peut aussi comporter des filtres optiques, permettant d ' observer uniquement les photons qui sont émis depuis la surface, à une longueur d'onde ou dans une gamme de longueurs d'ondes donnée. Ce système permet de suivre le procédé de traitement de surface, dans la mesure où il permet de mesurer l'épaisseur des couches de matériaux qui peuvent recouvrir la surface de l'échantillon, ainsi que de connaître la nature du matériau présent à la surface. - la machine comporte un système de contrôle utilisant un filtre optique couplé à un compteur de photons pour mesurer 1 ' évolution du flux de photons émis depuis la surface de l'échantillon pendant le traitement, dans une gamme de longueurs d'ondes données ou à une longueur d'onde donnée. Ce système peut par exemple être constitué de lentilles optiques concentrant les photons, d'une fibre optique guidant les photons vers un monochromateur optique, couplé à un détecteur de photons permettant le comptage. Un filtre peut être ajouté à ce système pour permettre de ne détecter que les photons émis depuis la surface à une longueur d'onde donnée ou dans une ou plusieurs gammes de longueur d'ondes données.According to a variant, the machine comprises a control system, using an image acquisition system, and making it possible to measure the spatial intensity distribution of the photons emitted from the interaction zone of the ion beam with the surface to be treat. The image acquisition system can include, for example, one or more CCD cameras (Charge Coupled Devices, in English). This system can also include optical filters, making it possible to observe only the photons which are emitted from the surface, at a wavelength or in a given wavelength range. This system makes it possible to follow the surface treatment process, insofar as it makes it possible to measure the thickness of the layers of materials which can cover the surface of the sample, as well as to know the nature of the material present on the surface. - the machine comprises a control system using an optical filter coupled to a photon counter to measure the evolution of the flux of photons emitted from the surface of the sample during the treatment, in a range of given wavelengths or at a given wavelength. This system can for example consist of optical lenses concentrating the photons, an optical fiber guiding the photons towards an optical monochromator, coupled to a photon detector allowing the counting. A filter can be added to this system to allow detection only of photons emitted from the surface at a given wavelength or in one or more given wavelength ranges.
- la machine comporte un système de modulation thermique associé au système de maintien d'échantillons permettant d'ajuster la température de l'échantillon à traiter. Dans une version de la machine, ce système est constitué d'une résistance chauffante située à proximité de l'échantillon à traiter. Dans une autre version de la machine, ce système permet de refroidir l'échantillon, étant constitué d'un tube creux, tel un serpentin, situé aussi à proximité ou au contact de l'échantillon à traiter et dans lequel circule un fluide réfrigérant, tels ceux connus de l'homme de l'art, comme par exemple de l'azote liquide. La température de l'échantillon peut être mesurée à l'aide de systèmes connus de l'homme de l'art tels une sonde à thermocouple mise au contact de l'échantillon, ou un système de mesure du rayonnement émis par l'échantillon, par exemple dans le domaine infrarouge. - la machine comporte un système mécanique permettant de changer l'orientation de la surface de l'échantillon à traiter, ceci afin de rendre la machine compatible avec un mode de transfert d'échantillons qui utilise une orientation différente. Dans la machine, la surface de l'échantillon à traiter peut être orientée dans toutes les directions possibles, car l'orientation des différents sous-ensembles de la machine peut être quelconque. L'orientation de la machine peut être choisie en fonction de différents critères. Dans une version de la machine, la surface de l'échantillon à traiter est orientée vers le bas, de façon à la rendre compatible avec certains systèmes existants de transfert d'échantillons sous vide qui utilisent cette orientation, en particulier ceux utilisés dans certaines machines de dépôt sous ultra-vide par epitaxie par jet moléculaire (MBE, ou Molecular Beam Epitaxy, en anglais). Un autre objectif de cette orientation vers le bas est qu'elle permet d'éviter que des poussières ne se déposent par gravité sur la surface de l'échantillon. Dans une autre version de la machine, la surface de l'échantillon à traiter est orientée vers le haut de façon à la rendre compatible avec certains systèmes existants de transfert d'échantillons sous vide qui utilisent cette orientation, en particulier ceux utilisés dans l'industrie du silicium. Un autre objectif de cette orientation vers le haut est qu'elle permet à l'échantillon, en particulier lorsqu'il est de grande taille et de faible épaisseur, de reposer entièrement par gravité sur son support et ainsi de rester plan. D'autres systèmes de transfert d'échantillon existent dans lesquels la surface des échantillons est à la verticale. La machine peut aussi traiter des échantillons dont la surface est à la verticale, en changeant l'orientation des sous-ensembles qui la constituent. Un objectif du système mécanique prévu dans l'invention est qu'il permet d'adapter la machine à tout système de transfert d'échantillon, en changeant l'orientation de la surface de l'échantillon dans son transfert de la machine au système de transfert, et vice- versa.- the machine includes a thermal modulation system associated with the sample maintenance system making it possible to adjust the temperature of the sample to be treated. In one version of the machine, this system consists of a heating resistor located near the sample to be treated. In another version of the machine, this system makes it possible to cool the sample, consisting of a hollow tube, such as a coil, also located near or in contact with the sample to be treated and in which a cooling fluid circulates, such as those known to those skilled in the art, such as for example liquid nitrogen. The temperature of the sample can be measured using systems known to those skilled in the art such as a thermocouple probe brought into contact with the sample, or a system for measuring the radiation emitted by the sample, for example in the infrared domain. - The machine has a mechanical system for changing the orientation of the surface of the sample to be treated, this in order to make the machine compatible with a sample transfer mode which uses a different orientation. In the machine, the surface of the sample to be treated can be oriented in all possible directions, because the orientation of the different sub-assemblies of the machine can be arbitrary. The orientation of the machine can be chosen according to different criteria. In one version of the machine, the surface of the sample to be treated is oriented downwards, so as to make it compatible with certain existing systems for transferring samples under vacuum which use this orientation, in particular those used in certain machines. deposit under ultra-vacuum by molecular beam epitaxy (MBE, or Molecular Beam Epitaxy, in English). Another objective of this downward orientation is that it makes it possible to prevent dust from depositing by gravity on the surface of the sample. In another version of the machine, the surface of the sample to be treated is oriented upwards so as to make it compatible with certain existing systems for transferring samples under vacuum which use this orientation, in particular those used in the silicon industry. Another objective of this upward orientation is that it allows the sample, in particular when it is large and of small thickness, to rest entirely by gravity on its support and thus to remain flat. Other sample transfer systems exist in which the surface of the samples is vertical. The machine can also process samples whose surface is vertical, by changing the orientation of the sub-assemblies that constitute it. An objective of the mechanical system provided for in the invention is that it makes it possible to adapt the machine to any sample transfer system, by changing the orientation of the surface of the sample in its transfer from the machine to the transfer, and vice versa.
- la machine comporte un ensemble de contrôle composé de modules électroniques et de logiciels, permettant en particulier de régler les paramètres de la machine et d'effectuer le traitement de la surface de l'échantillon en utilisant uniquement les paramètres du procédé que l'utilisateur souhaite voir réalisé. Ainsi, les utilisateurs n'ont pas besoin de connaître le fonctionnement de la machine visée par 1 ' invention en détail. Cet ensemble de contrôle peut aussi gérer le fonctionnement d'autres organes de la machine, comme par exemple ceux concernant la sécurité de l'utilisateur et le fonctionnement des groupes de pompage de gaz .- the machine includes a control unit composed of electronic modules and software, making it possible in particular to adjust the parameters of the machine and to carry out the treatment of the surface of the sample using only the parameters of the process that the user wishes to see carried out. Thus, users do not need to know the operation of the machine covered by the invention in detail. This control unit can also manage the operation of other parts of the machine, such as those relating to user safety and the operation of the gas pumping groups.
- l'ensemble de production d'ions de la machine comporte une source d'ions du type ECR. Cette source d'ions peut être isolée électriquement du reste de la machine, afin d'être portée à une tension électrique choisie par l'utilisateur. C'est la valeur de cette tension, combinée aux valeurs des tensions des autres parties de la machine, qui fixe l'énergie cinétique des ions dans le faisceau. Cette tension peut être variable, réglable par l'utilisateur, de façon à faire varier l'énergie cinétique des ions. D'autres sources d'ions générant des ions multichargés peuvent aussi être utilisées sur la machine. Lorsque ces sources d'ions sont portées à la tension, elles sont isolées du reste de la machine par une enceinte, afin de protéger l'utilisateur contre les risques de choc électrique. De même, lorsque ces sources d'ions émettent des rayonnements ionisants pendant leur fonctionnement, l'enceinte de protection peut comporter un matériau absorbant ces rayonnements ionisants afin de protéger l'utilisateur. - l'ensemble de production d'ions de la machine comporte, connecté à la source d'ions, un système d'extraction d'ions à plusieurs électrodes. Ce système permet d'extraire les ions de la source d'ions à haute vitesse, afin d'optimiser le courant d'ions produit par la source et les qualités optiques du faisceau, puis de les décélérer afin qu'ils soient transportés dans la ligne de faisceau à plus basse vitesse.- The machine's ion production assembly includes an ion source of the ECR type. This ion source can be electrically isolated from the rest of the machine, so as to be brought to an electrical voltage chosen by the user. It is the value of this voltage, combined with the values of the voltages of other parts of the machine, which fixes the kinetic energy of the ions in the beam. This voltage can be variable, adjustable by the user, so as to vary the kinetic energy of the ions. Other ion sources generating multicharged ions can also be used on the machine. When these ion sources are brought to voltage, they are isolated from the rest of the machine by an enclosure, in order to protect the user against the risk of electric shock. Similarly, when these ion sources emit ionizing radiation during their operation, the protective enclosure can comprise a material absorbing these ionizing radiation in order to protect the user. - The ion production assembly of the machine comprises, connected to the ion source, an ion extraction system with several electrodes. This system makes it possible to extract the ions from the ion source at high speed, in order to optimize the ion current produced by the source and the optical qualities of the beam, then to remove them. decelerate so that they are transported in the beam line at lower speed.
- l'ensemble de production d'ions de la machine comporte des moyens magnétiques permettant de trier les ions en fonction du rapport de leur masse sur leur charge, et de sélectionner l'espèce ionique avec laquelle l'utilisateur souhaite réaliser le traitement de surface. Dans une version de la machine, ces moyens magnétiques comportent un électroaimant, le faisceau d'ions circulant dans la chambre à vide située dans l'entrefer de cet aimant, le champ magnétique dans l'entrefer étant ajusté par le réglage du courant électrique qui circule dans les bobines de l'aimant. La chambre à vide de 1 ' électroaimant peut être isolée électriquement de celui-ci, afin d'être polarisée à une tension qui, combinée aux tensions des autres parties de la machine, règlent la vitesse des ions dans leur passage au milieu de 1 ' électroaimant. Les moyens magnétiques peuvent aussi comporter un aimant permanent, lorsque l'utilisateur ne souhaite utiliser qu'une seule espèce ionique pour les traitements de surface qu'il souhaite réaliser, ou lorsque l'utilisateur souhaite choisir l'espèce ionique de travail en faisant varier la vitesse des ions dans l'entrefer de l'aimant, et non en faisant varier le champ magnétique comme dans le cas précédent. L'avantage d'un aimant permanent est qu'il permet de réduire le coût et 1 ' encombrement de la machine . Lorsque les moyens magnétiques sont absents, le traitement de surface utilise tous les ions qui sont produits par la source d'ions. L'avantage, dans ce dernier cas, est que le courant disponible pour les traitements de surface peut être plus important.the machine's ion production assembly includes magnetic means making it possible to sort the ions as a function of the ratio of their mass to their charge, and to select the ionic species with which the user wishes to carry out the surface treatment . In one version of the machine, these magnetic means include an electromagnet, the ion beam circulating in the vacuum chamber located in the air gap of this magnet, the magnetic field in the air gap being adjusted by adjusting the electric current which flows through the magnet coils. The vacuum chamber of the electromagnet can be electrically isolated therefrom in order to be polarized at a voltage which, combined with the voltages of the other parts of the machine, regulate the speed of the ions in their passage in the middle of the 1 ' electro magnet. The magnetic means can also include a permanent magnet, when the user wishes to use only one ionic species for the surface treatments he wishes to perform, or when the user wishes to choose the working ionic species by varying the speed of the ions in the air gap of the magnet, and not by varying the magnetic field as in the previous case. The advantage of a permanent magnet is that it reduces the cost and the size of the machine. When the magnetic means are absent, the surface treatment uses all the ions which are produced by the ion source. The advantage, in the latter case, is that the current available for surface treatments can be greater.
- l'ensemble de production de faisceau d'ions de la machine comporte des enceintes à vide munies de jeux de fentes, ces derniers étant composés de plaques métalliques montées, permettant de réduire les dimensions transverses du faisceau d'ions, les enceintes et les jeux de fentes étant isolables électriquement du reste de la machine, et polarisables, afin de permettre de faire varier la vitesse d'ions du faisceau. Un objectif de ces jeux de fentes est qu'ils permettent d'améliorer le tri des ions et les qualités optiques du faisceau d'ions. Les plaques constituant les jeux de fentes peuvent être fixes, ou montées sur des systèmes de translation mécanique permettant à l'utilisateur de la machine visée par l'invention de régler leurs dimensions. Les systèmes de translation peuvent aussi être motorisés. Des diaphragmes peuvent être utilisés en lieu et place des fentes.- the machine's ion beam production assembly comprises vacuum chambers provided with sets of slots, the latter being composed of mounted metal plates, making it possible to reduce the transverse dimensions of the ion beam, the enclosures and the sets of slots being electrically isolable from the rest of the machine, and polarizable, so as to allow the ion speed of the beam to be varied. One objective of these sets of slits is that they make it possible to improve the sorting of the ions and the optical qualities of the ion beam. The plates constituting the sets of slots can be fixed, or mounted on mechanical translation systems allowing the user of the machine targeted by the invention to adjust their dimensions. Travel systems can also be motorized. Diaphragms can be used in place of the slots.
- l'ensemble de production de faisceau d'ions de la machine comporte des systèmes d'acquisition d'images disposés le long de la ligne de faisceau, permettant d'observer les photons émis lorsque les ions du faisceau frappent les plaques dont sont constitués les jeux de fentes. Un objectif de ce dispositif est de permettre le réglage de la trajectoire du faisceau d'ions par l'utilisateur. Un autre objectif est de permettre de mesurer l'uniformité du faisceau d'ions à différents emplacements le long de son parcours dans la ligne de faisceau.- the machine's ion beam production assembly includes image acquisition systems arranged along the beam line, making it possible to observe the photons emitted when the ions of the beam strike the plates of which they are made slot games. One objective of this device is to allow the user to adjust the path of the ion beam. Another objective is to allow the uniformity of the ion beam to be measured at different locations along its path in the beam line.
- le système de décélération du faisceau d'ions est composé d'une ou plusieurs électrodes polarisables à symétrie cylindrique, à l'intérieur desquelles circule le faisceau d'ions. Un objectif de ce dispositif est de décélérer les ions du faisceau jusqu'à une très basse énergie cinétique, d'une manière telle que leur trajectoire puisse rester le plus possible perpendiculaire à la surface de l'échantillon. Dans une autre version de la machine visée par l'invention, il existe un espace entre l'électrode du système de décélération qui se situe le plus près de la surface de l'échantillon, et la surface de l'échantillon, espace dans lequel sont installés les moyens de neutralisation. Un objectif de cette configuration est que les électrons circulent dans une zone où le potentiel électrostatique est peu différent du potentiel électrostatique de la surface, ce qui a pour but de minimiser l'accélération subie par ces mêmes électrons lorsqu'ils se dirigent vers la surface de l'échantillon. Dans une autre version de la machine visée par l'invention, la première électrode par laquelle passe le faisceau d'ions lorsqu'il pénètre dans le système de décélération est polarisée de telle sorte que les électrons qui seraient produits en aval du système soient repoussés, et ne puissent pas pénétrer à l'intérieur du système de décélération ni atteindre la surface de l'échantillon. Cette première électrode a pour effet d'accélérer les ions entrant dans le système de décélération, les ions étant décélères ensuite par le champ électrique créé par la différence de potentiel électrostatique existant entre la ou les électrodes du système de décélération, et la surface de l'échantillon. - dans une version de la machine, le système de balayage comporte des moyens électromagnétiques qui permettent de défléchir la trajectoire du faisceau de manière à ce qu'il puisse interagir avec toute partie de la surface. Ces moyens électromagnétiques peuvent être constitués d'un ou plusieurs électroaimants, entourant une chambre à vide dans laquelle circule le faisceau d'ions, le champ magnétique de 1 ' électroaimant ayant une composante perpendiculaire à la direction primaire du faisceau d'ions. La trajectoire du faisceau d'ions est défléchie par ce champ magnétique, l'intensité du champ magnétique étant variée en faisant varier le courant qui circule dans les bobines de 1 ' électroaimant , ce qui permet au faisceau d'ions de balayer tout ou partie de la surface de l'échantillon. Dans une autre version de la machine, le système de balayage est muni de moyens électrostatiques, qui permettent aussi de défléchir la trajectoire du faisceau d'ions de manière à le faire interagir avec tout ou partie de la surface. Ces moyens électrostatiques peuvent être constitués d'un ou plusieurs jeux d'électrodes métalliques de forme quelconque, polarisées et se faisant face, au milieu desquelles circulent le faisceau. Dans une autre version de la machine, le système de balayage est muni de moyens mécaniques, motorisés, qui permettent de faire défiler la surface sous le faisceau d'ions, de manière à faire interagir le faisceau d'ions avec tout ou partie de la surface. Ces moyens mécaniques peuvent comporter une table de translation motorisée, permettant de faire effectuer à l'échantillon deux mouvements dans des directions orthogonales en elles et à la direction du faisceau d'ions. D'autres versions de la machine sont envisagées, dans lesquelles les différents moyens, électrostatiques, magnétiques et mécaniques, sont combinés, permettant au faisceau d'ions d' interagir avec tout ou partie de la surface, ce qui constitue le premier objectif de ce système. Un autre objectif de ce système de balayage est de permettre à l'utilisateur de choisir l'uniformité du traitement de la surface de l'échantillon, en choisissant les modalités des différents modes de balayage, en particulier le pas de balayage. Un autre objectif de ce système de balayage est de permettre à l'utilisateur de choisir le nombre d'ions qui interagiront avec la surface, en réglant en particulier la vitesse des différents modes de balayage et le pas de balayage.- the ion beam deceleration system is composed of one or more polarizable electrodes with cylindrical symmetry, inside which the ion beam circulates. An objective of this device is to decelerate the ions of the beam to a very low kinetic energy, in such a way that their trajectory can remain as perpendicular as possible to the surface of the sample. In another version of the machine covered by the invention, there is a space between the electrode of the deceleration system which is located closest to the surface of the sample, and the surface of the sample, space in which are installed the means neutralization. An objective of this configuration is that the electrons circulate in an area where the electrostatic potential is little different from the electrostatic potential of the surface, which aims to minimize the acceleration undergone by these same electrons when they go towards the surface of the sample. In another version of the machine covered by the invention, the first electrode through which the ion beam passes when it enters the deceleration system is polarized so that the electrons which would be produced downstream of the system are repelled , and cannot penetrate inside the deceleration system or reach the surface of the sample. This first electrode has the effect of accelerating the ions entering the deceleration system, the ions then being decelerated by the electric field created by the difference in electrostatic potential existing between the electrode (s) of the deceleration system, and the surface of the 'sample. - In one version of the machine, the scanning system includes electromagnetic means which make it possible to deflect the path of the beam so that it can interact with any part of the surface. These electromagnetic means may consist of one or more electromagnets, surrounding a vacuum chamber in which the ion beam circulates, the magnetic field of the electromagnet having a component perpendicular to the primary direction of the ion beam. The path of the ion beam is deflected by this magnetic field, the intensity of the magnetic field being varied by varying the current flowing in the coils of the electromagnet, which allows the ion beam to sweep all or part of the sample surface. In another version of the machine, the scanning system is provided with electrostatic means, which also make it possible to deflect the path of the ion beam so as to make it interact with all or part of the surface. These electrostatic means may consist of one or more sets of metal electrodes of any shape, polarized and facing each other, in the middle of which the beam circulates. In another version of the machine, the scanning system is provided with mechanical, motorized means which make it possible to scroll the surface under the ion beam, so as to make the ion beam interact with all or part of the area. These mechanical means may include a motorized translation table, making it possible for the sample to make two movements in directions orthogonal to them and to the direction of the ion beam. Other versions of the machine are envisaged, in which the different means, electrostatic, magnetic and mechanical, are combined, allowing the ion beam to interact with all or part of the surface, which constitutes the first objective of this system. Another objective of this scanning system is to allow the user to choose the uniformity of the treatment of the surface of the sample, by choosing the modalities of the different scanning modes, in particular the scanning pitch. Another objective of this scanning system is to allow the user to choose the number of ions that will interact with the surface, by adjusting in particular the speed of the different scanning modes and the scanning pitch.
- le système de maintien mécanique d'échantillons est remplacé par un système de maintien utilisant la force électrostatique, comme par exemple un système, connu de l'homme de l'art, dans lequel la face du système de maintien électrostatique, sur laquelle est posé l'échantillon, est polarisée, de manière à induire une polarisation sur la face arrière de l'échantillon, ce qui a pour effet d ' induire une force attractive entre la face du système de maintien électrostatique sur laquelle est posée l'échantillon et la face arrière de l'échantillon. Un objectif de ce système est qu'il permet de ne pas recourir à des moyens mécaniques dont certaines parties viendraient sur la surface de l'échantillon à traiter, tout en permettant d ' orienter la surface de 1 ' échantillon à traiter dans une direction quelconque.- the mechanical sample holding system is replaced by a holding system using electrostatic force, such as for example a system, known to those skilled in the art, in which the face of the electrostatic holding system, on which is placed the sample, is polarized, so as to induce a polarization on the rear face of the sample, which has the effect of inducing an attractive force between the face of the electrostatic holding system on which the sample is placed and the rear face of the sample. An objective of this system is that it makes it possible not to have recourse to mechanical means, certain parts of which would come onto the surface of the sample to be treated, while allowing the surface of the sample to be treated to be oriented in any direction .
- près du système de maintien d'échantillons et de la surface de l'échantillon à traiter, sont ajoutés des moyens de mesure des courants de faisceau d'ions et des faisceaux d'électrons. Lorsque le faisceau ou l'échantillon à traiter se trouvent dans une position particulière, ce dispositif intercepte le faisceau d'ions et/ou d'électrons. Ces moyens peuvent comporter des dispositifs à collection de charge, tels des cages de faraday, connues de l'homme de l'art, couplées par exemple à un ou plusieurs ampèremètres.- near the sample holding system and the surface of the sample to be treated, are added means for measuring the ion beam currents and electron beams. When the beam or sample to be processed is in a particular position, this device intercepts the ion and / or electron beam. These means may include charge collection devices, such as faraday cages, known to those skilled in the art, for example coupled to one or more ammeters.
- près du système de maintien d'échantillons et de la surface de l'échantillon à traiter, sont ajoutés des moyens de mesure de l'uniformité des faisceaux d'ions et d'électrons. Lorsque le faisceau ou l'échantillon à traiter se trouvent dans une position particulière, ces moyens interceptent le faisceau d'ions et/ou d'électrons. Dans une version de la machine, ces moyens peuvent comporter des dispositifs, tels des plaques d'un matériau quelconque, permettant l'émission de photons lorsqu'ils interceptent des ions ou des électrons, couplés à des systèmes d'acquisition d'image, permettant d'obtenir l'intensité des photons émis en différents points du faisceau d'ions et/ou d'électrons. Dans une autre version de la machine, ces moyens peuvent comporter des dispositifs à collection de charge, tels des réseaux de fils conducteurs qui collectent le courant, couplés à un ou plusieurs ampèremètres, de manière à permettre de mesurer en différents points l'intensité du faisceau d'ions et/ou du faisceau d'électrons. le système de maintien d'échantillon et l'échantillon lui-même sont isolés électriquement du reste de la machine, afin de leur permettre d'être polarisés. Un objectif est de faire varier l'énergie cinétique des ions et/ou des électrons lorsqu'ils interagissent avec la surface, cette énergie cinétique étant contrôlée principalement par la différence entre les potentiels de la zone ou les ions sont créés, dans la source d'ions, et de la surface de l'échantillon à traiter. la machine comporte un système permettant d'injecter de manière contrôlée un ou plusieurs types de gaz à l'intérieur de l'enceinte dans laquelle est situé l'échantillon à traiter. Un objectif est de permettre à ce ou ces gaz de participer aux réactions chimiques pouvant avoir lieu sur la surface de l'échantillon à traiter. Afin de contrôler les pressions partielles du ou des gaz injectés, ainsi que leur pureté, un analyseur de gaz résiduel, connu de l'homme de l'art, peut être utilisé comme moyen de contrôle complémentaire de ce système d' injection.- Near the sample holding system and the surface of the sample to be treated, are added means for measuring the uniformity of the ion and electron beams. When the beam or the sample to be treated is in a particular position, these means intercept the beam of ions and / or electrons. In a version of the machine, these means may include devices, such as plates of any material, allowing the emission of photons when they intercept ions or electrons, coupled to image acquisition systems, making it possible to obtain the intensity of the photons emitted at different points in the ion and / or electron beam. In another version of the machine, these means may include charge collection devices, such as networks of conductive wires which collect the current, coupled to one or more ammeters, so as to allow measurement at different points. the intensity of the ion beam and / or the electron beam. the sample holding system and the sample itself are electrically isolated from the rest of the machine to allow them to be polarized. One objective is to vary the kinetic energy of the ions and / or of the electrons when they interact with the surface, this kinetic energy being controlled mainly by the difference between the potentials of the area where the ions are created, in the source d 'ions, and the surface of the sample to be treated. the machine includes a system making it possible to inject one or more types of gas in a controlled manner inside the enclosure in which the sample to be treated is located. One objective is to allow this or these gases to participate in the chemical reactions which may take place on the surface of the sample to be treated. In order to control the partial pressures of the injected gas or gases, as well as their purity, a residual gas analyzer, known to a person skilled in the art, can be used as a means of complementary control of this injection system.
- le système de production de faisceaux d'ions de la machine comporte des moyens de déflexion électrostatique ou magnétique du faisceau d'ions, dans le but d'optimiser sa trajectoire.- The ion beam production system of the machine includes means for electrostatic or magnetic deflection of the ion beam, in order to optimize its trajectory.
- le système de production de faisceaux d'ions de la machine comporte des moyens rétractables de mesure du courant de faisceau d'ions, agissant en interceptant le faisceau d'ions et en collectant ses charges.- The ion beam production system of the machine includes retractable means for measuring the ion beam current, acting by intercepting the ion beam and collecting its charges.
- les faisceaux d'ions et d'électrons sont puisés en intensité, permettant aux ions et aux électrons d'atteindre alternativement la surface de l'échantillon à traiter, dans le but d'empêcher certains ions du faisceau d'être neutralisés directement par les électrons du système de neutralisation par capture électronique.- the ion and electron beams are pulsed in intensity, allowing the ions and electrons to reach the surface of the sample to be treated alternately, in order to prevent certain ions from the beam to be neutralized directly by the electrons in the electron capture neutralization system.
- des photons un faisceau de photons est dirigé vers la surface de l'échantillon à traiter, afin d'activer le surface de l'échantillon à traiter dans le but de favoriser la réaction chimique ou physique provoquée par le traitement, la longueur d'onde de ces photons étant choisie en fonction de la réaction chimique ou physique voulue par l'utilisateur. D'autres caractéristiques et avantages de- photons a beam of photons is directed towards the surface of the sample to be treated, in order to activate the surface of the sample to be treated in order to promote the chemical or physical reaction caused by the treatment, the length of wave of these photons being chosen according to the chemical or physical reaction desired by the user. Other features and benefits of
1 ' invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée qui suit, relative à des exemples de réalisation préférés, en référence aux figures annexées représentant respectivement : - La figure 1 représente le schéma de principe de la machine selon une configuration en ligne droite.1 the invention will appear in the light of the detailed description which follows, relating to preferred embodiments, with reference to the appended figures representing respectively: - Figure 1 shows the block diagram of the machine in a straight line configuration.
- la figure 2, une variante améliorée de l'exemple de réalisation précédent dans laquelle l'ensemble de production de faisceau d'ions comporte un électroaimant qui courbe la trajectoire du faisceau, la machine étant munie d'un système d'élimination qui courbe aussi la trajectoire du faisceau, donnant à la machine une configuration en U; la figure 3, une variante de l'exemple de réalisation précédent dans laquelle la machine a une configuration en U et utilise des moyens de contrôle du procédé utilisant un système d'acquisition d'images et un système de comptage de photons ; la figure 4, une variante de l'exemple de réalisation précédent dans laquelle la machine a une configuration en S.- Figure 2, an improved variant of the previous embodiment in which the ion beam production assembly comprises an electromagnet which curves the path of the beam, the machine being provided with an elimination system which curves also the beam path, giving the machine a U-shaped configuration; Figure 3, a variant of the previous embodiment in which the machine has a U-shaped configuration and uses process control means using an image acquisition system and a photon counting system; Figure 4, a variant of the previous embodiment in which the machine has an S configuration.
La figure 1 représente une vue d'ensemble d'un exemple de réalisation d'une machine selon l'invention. Elle comporte un système de productions d'ions 1, capable de produire des faisceaux d'ions multichargés 2. Le faisceau d'ions circule à l'intérieur d'un système de décélération électrostatique 3, qui permet de réduire l'énergie cinétique des ions en utilisant le champ électrique créé par le système de décélération électrostatique. Le faisceau pénètre ensuite dans l'enceinte sous vide 4 où se réalise le procédé de traitement de l'échantillon 5. L'échantillon est monté sur un support mécanique 6 permettant de le maintenir. Le faisceau d'ions 2 est balayé sur la surface de l'échantillon 5 à l'aide de moyens de balayage 7. Un ensemble de moyens de pompage 8 permet de maintenir sous vide les différentes enceintes qui composent la machine.Figure 1 shows an overview of an embodiment of a machine according to the invention. It includes an ion production system 1, capable of producing multi-charged ion beams 2. The ion beam circulates inside a system of electrostatic deceleration 3, which reduces the kinetic energy of the ions by using the electric field created by the electrostatic deceleration system. The beam then enters the vacuum enclosure 4 where the process for processing the sample 5 is carried out. The sample is mounted on a mechanical support 6 allowing it to be maintained. The ion beam 2 is scanned on the surface of the sample 5 using scanning means 7. A set of pumping means 8 makes it possible to maintain the various chambers which make up the machine under vacuum.
Ces exemples décrivent des variantes de machines destinées à 1 ' étude et au développement de procédés de traitement de surfaces par ions lents multichargés . Le mode de réalisation préféré pour l'équipement de recherche correspond à la figure 2 illustrant une machine selon une configuration en U. Dans cet exemple de réalisation de la machine, l'ensemble de production de faisceau d'ions comporte une source d'ions 9 de type ECR, dans laquelle les ions multichargés sont créés. Une telle source d'ions produit plusieurs milliampères d'ions de charge et de nature variée, selon les gaz injectés dans l'enceinte de la source. Les états de charge peuvent aller, pour l'argon, jusqu'à la charge maximale, Arl8+. Le corps de la source d'ions est isolé électriquement du reste de la machine, et est porté à une tension qui peut être variée par l'utilisateur entre -100 V et +100 V, afin d'annuler l'effet du potentiel du plasma de la source ECR.These examples describe variants of machines intended for studying and developing methods for treating surfaces with slow, multi-charged ions. The preferred embodiment for the research equipment corresponds to FIG. 2 illustrating a machine according to a U-shaped configuration. In this example embodiment of the machine, the ion beam production assembly includes an ion source 9 of ECR type, in which multicharged ions are created. Such an ion source produces several milliamps of charge ions and of varied nature, depending on the gases injected into the enclosure of the source. The states of charge can range, for argon, up to the maximum charge, Arl8 +. The body of the ion source is electrically isolated from the rest of the machine, and is brought to a voltage which can be varied by the user between -100 V and +100 V, in order to cancel the effect of the potential of the plasma from the ECR source.
Un extracteur à trois électrodes 10 permet d'extraire à haute vitesse les ions produits dans la source, et de focaliser le faisceau pour lui permettre de garder de bonnes caractéristiques optiques après sa décélération à la sortie de l'extracteur. La première électrode est polarisée à -35 kV, la deuxième électrode à - 25 kV, la troisième électrode à -35 kV. A la sortie de l'extracteur, le faisceau d'ions pénètre dans une enceinte à vide polarisée à -15 kV, dans laquelle sont placées 2 plaques mobiles 12 définissant une fente verticale par rapport au plan de la figure, permettant de réduire la largeur du faisceau à 10 mm. Une caméra CCD 13 permet d'obtenir un profil d'intensité du faisceau lorsque la fente est fermée, à partir des photons émis par les ions lorsqu'ils frappent les plaques 12.A three-electrode extractor 10 makes it possible to extract the ions produced in the source at high speed, and to focus the beam to allow it to keep good optical characteristics after its deceleration at the exit of the extractor. The first electrode is polarized at -35 kV, the second electrode at -25 kV, the third electrode at -35 kV. At the exit of the extractor, the ion beam enters a vacuum enclosure polarized at -15 kV, in which are placed 2 movable plates 12 defining a vertical slit relative to the plane of the figure, making it possible to reduce the width of the beam at 10 mm. A CCD camera 13 makes it possible to obtain a beam intensity profile when the slit is closed, from the photons emitted by the ions when they strike the plates 12.
Le faisceau d'ions pénètre ensuite dans une enceinte 14 polarisée à -15 kV, placée dans l'entrefer d'un électroaimant. Le champ magnétique B perpendiculaire au plan du faisceau, produit par 1 ' électroaimant courbe les trajectoires des ions du faisceau. Le rayon de courbure R de la trajectoire d'un ion de charge q et de masse m, ayant été accéléré par une différence de potentiel DU et soumis à un champ magnétique B est donné par la formule : R2 = 2*DU*m / (q*B2)The ion beam then enters an enclosure 14 polarized at -15 kV, placed in the air gap of an electromagnet. The magnetic field B perpendicular to the plane of the beam, produced by the electromagnet curves the trajectories of the ions of the beam. The radius of curvature R of the trajectory of an ion of charge q and of mass m, having been accelerated by a difference of potential DU and subjected to a magnetic field B is given by the formula: R 2 = 2 * DU * m / (q * B 2 )
Selon le champ magnétique choisi par l'utilisateur, les ions, dont le rapport masse sur charge est différent, auront une trajectoire dont le rayon de courbure est différent, ce qui permet de sélectionner l'ion avec lequel l'utilisateur de la machine souhaite réaliser le procédé. Dans le rayon de courbure de l'aimant est de 250 mm, et le champ magnétique de 0,135 Tesla permet de sélectionner les ions Arll+ parmi les autres ions du faisceau.Depending on the magnetic field chosen by the user, the ions, whose mass-to-charge ratio is different, will have a trajectory with a different radius of curvature, which makes it possible to select the ion with which the user of the machine wishes carry out the process. In the radius of curvature of the magnet is 250 mm, and the magnetic field of 0.135 Tesla allows to select the Arll + ions among the other ions of the beam.
Le faisceau d'ions pénètre ensuite dans une enceinte à vide 15 polarisée à -15 kV dans laquelle des jeux de plaques 16 polarisées à des tensions variant entre -14 kV et -16 kV permettent de modifier sa trajectoire. Dans cette enceinte, des jeux de plaques mobiles 12 définissent des fentes horizontales et verticales par rapport au plan de la figure, permettant de modifier la forme de l'enveloppe du faisceau. Une cage de faraday mobile et rétractable 17 permet d'intercepter le faisceau d'ions afin de mesurer son intensité en mesurant à l'aide d'un ampèremètre le courant de charges collectées. Une caméra CCD 13 permet de mesurer les caractéristiques du faisceau lorsqu'il est intercepté par les plaques définissant les fentes. Le faisceau d'ions pénètre ensuite dans une enceinte à vide 18 polarisée à -15 kV dans laquelle est installé un déflecteur électrostatique 19, qui constitue une première partie du système d'élimination de particules parasites de la machine. Ce déflecteur est composé de deux électrodes se faisant face, dont la surface a la forme d'une partie de sphère et au milieu desquelles circule le faisceau. La différence de potentiel entre les deux électrodes est de 4200 Volts, pour permettre aux ions Ar11+ de sortir de cette enceinte. Les ions ayant perdu une ou plusieurs charges par collision avec les molécules du gaz résiduel sont moins défléchis et leur trajectoire n'a pas le même axe que celle des ions Ar11+.The ion beam then enters a vacuum chamber 15 polarized at -15 kV in which sets of plates 16 polarized at voltages varying between -14 kV and -16 kV make it possible to modify its trajectory. In this enclosure, sets of movable plates 12 define horizontal and vertical slots with respect to the plane of the figure, making it possible to modify the shape of the envelope of the bundle. A mobile and retractable faraday cage 17 makes it possible to intercept the ion beam in order to measure its intensity by measuring using of an ammeter the current of charges collected. A CCD camera 13 makes it possible to measure the characteristics of the beam when it is intercepted by the plates defining the slits. The ion beam then enters a vacuum enclosure 18 polarized at -15 kV in which an electrostatic deflector 19 is installed, which constitutes a first part of the system for eliminating parasitic particles from the machine. This deflector is composed of two electrodes facing each other, whose surface has the shape of a part of a sphere and in the middle of which the beam circulates. The potential difference between the two electrodes is 4200 Volts, to allow the Ar 11+ ions to exit this enclosure. The ions having lost one or more charges by collision with the molecules of the residual gas are less deflected and their trajectory does not have the same axis as that of the Ar 11+ ions.
Le faisceau d'ions pénètre ensuite dans une enceinte à vide 20 polarisée à -15 kV dans laquelle des jeux de plaques 12 définissent des fentes horizontales et verticales par rapport au plan de la figure, qui constituent la deuxième partie du système d'élimination de particules de la machine. Ces plaques permettent d'intercepter les ions qui ont changé de charge par collision avec le gaz résiduel des enceintes à vide, et dont la trajectoire à la sortie du déflecteur électrostatique 19 est différente de celle des ions Arll+. Cette enceinte à vide est munie d'une caméra CCD 13 qui permet de mesurer les caractéristiques du faisceau lorsqu'il est intercepté par les plaques définissant les fentes .The ion beam then enters a vacuum enclosure 20 polarized at -15 kV in which sets of plates 12 define horizontal and vertical slots relative to the plane of the figure, which constitute the second part of the elimination system. machine particles. These plates make it possible to intercept the ions which have changed charge by collision with the residual gas of the vacuum chambers, and whose trajectory at the outlet of the electrostatic deflector 19 is different from that of the Arll + ions. This vacuum enclosure is provided with a CCD camera 13 which makes it possible to measure the characteristics of the beam when it is intercepted by the plates defining the slots.
Le faisceau pénètre ensuite dans une enceinte à vide en deux parties (21, 22) dans laquelle sont placées les électrodes cylindriques 23 du système de décélération électrostatique. La première partie de la chambre à vide 21 est polarisée à -15 kV. Elle est isolée par un isolateur 24 de la deuxième partie de l'enceinte à vide 22, qui est au potentiel de la masse électrique de la machine (0V). Le faisceau passe au milieu d'une première électrode 25 polarisée à -16 kV, qui empêche les électrons qui seraient produits par collision des ions du faisceau avec les objets présents dans les enceintes à vide de pénétrer dans le système décélérateur. Ce réglage permet de se débarrasser de tous les électrons créés avec une énergie cinétique initiale de 1 kV. Les électrodes 23 suivantes sont polarisées à des tensions différentes, allant graduellement de -15 kV à -30 V pour la dernière électrode 26, la plus proche de 1 ' échantillon à traiter 5.The beam then enters a two-part vacuum enclosure (21, 22) in which the cylindrical electrodes 23 of the electrostatic deceleration system are placed. The first part of the vacuum chamber 21 is polarized at -15 kV. It is isolated by an insulator 24 from the second part of the vacuum enclosure 22, which is at the potential of the electrical ground of the machine (0V). The beam passes through the middle of a first electrode 25 polarized at -16 kV, which prevents the electrons which would be produced by collision of the ions of the beam with the objects present in the vacuum chambers from entering the decelerator system. This setting allows you to get rid of all the electrons created with an initial kinetic energy of 1 kV. The following electrodes 23 are polarized at different voltages, gradually going from -15 kV to -30 V for the last electrode 26, the closest to the sample to be treated 5.
Le faisceau d'ions pénètre alors dans un espace dans lequel la différence de potentiel avec la surface de l'échantillon à traiter n'excède pas 30 V. Un canon à électrons 27 produit des électrons lents 28 qui se dirigent vers la zone d'impact du faisceau d'ions sur la surface de l'échantillon à traiter, l'énergie de ces électrons n'excédant pas 30 eV lorsqu'ils entrent en collision avec la surface de l'échantillon. Les ions ont une énergie cinétique de quelques eV/q, où q représente leur charge, lorsqu'ils frappent la surface de l'échantillon. Cette énergie cinétique, exprimée dans cette unité, est égale à la différence de potentiel entre 1 ' endroit où les ions sont créés et la surface de l'échantillon, qui est au potentiel de la masse de la machine (0 V) dans cet exemple de réalisation.The ion beam then enters a space in which the potential difference with the surface of the sample to be treated does not exceed 30 V. An electron gun 27 produces slow electrons 28 which are directed towards the area of impact of the ion beam on the surface of the sample to be treated, the energy of these electrons not exceeding 30 eV when they collide with the surface of the sample. The ions have a kinetic energy of a few eV / q, where q represents their charge, when they hit the surface of the sample. This kinetic energy, expressed in this unit, is equal to the potential difference between the place where the ions are created and the surface of the sample, which is at the potential of the mass of the machine (0 V) in this example of achievement.
L'échantillon 5 est maintenu face au. faisceau d'ions par un système mécanique 29 sur une platine mobile et motorisée 30, qui permet aux faisceaux d'ions et d'électrons de balayer la surface de l'échantillon. Le premier balayage est effectué dans le plan de la figure, perpendiculairement au faisceau d'ions à une vitesse de déplacement de 113 mm/s. La direction du second mouvement est dans le plan perpendiculaire à la figure et au faisceau d'ions. C'est un mouvement pas à pas, le déplacement étant effectué à la fin de la course du premier balayage, chaque pas déplaçant l'échantillon de 0,5 mm. L'intensité du faisceau d'ions Arll+ interagissant avec la surface de l'échantillon est de 10 micro-ampères. L'échantillon dans l'exemple est une plaquette de silicium, à la forme d'un disque de 100 mm de diamètre. Une dose ionique de 10Λ13 ions/cm2 est ainsi déposée sur toute la surface de l'échantillon avec une uniformité meilleure que 99% et en 270 secondes.Sample 5 is held facing the . ion beam by a mechanical system 29 on a mobile and motorized stage 30, which allows the ion and electron beams to scan the surface of the sample. The first scan is carried out in the plane of the figure, perpendicular to the ion beam at a displacement speed of 113 mm / s. The direction of the second movement is in the plane perpendicular to the figure and to the ion beam. It is a step by step movement, the displacement being carried out at the end of the stroke of the first scan, each step displacing the sample by 0.5 mm. The intensity of the Arll + ion beam interacting with the surface of the sample is 10 micro-amps. The sample in the example is a silicon wafer, in the form of a 100 mm diameter disc. An ion dose of 10 Λ 13 ions / cm 2 is thus deposited over the entire surface of the sample with uniformity better than 99% and in 270 seconds.
Un système d'injection de gaz 31 permet d'injecter de l'oxygène à l'intérieur de l'enceinte 22 pendant le traitement de la surface de l'échantillon, à une pression de 10Λ-7 Torr, afin que l'oxygène puisse réagir avec la surface de l'échantillon activée chimiquement par les ions.A gas injection system 31 makes it possible to inject oxygen inside the enclosure 22 during the treatment of the surface of the sample, at a pressure of 10 Λ -7 Torr, so that the oxygen can react with the surface of the sample chemically activated by the ions.
La figure 3 illustre une autre version de la machine dans laquelle 1 ' électro-aimant 32 défléchit les ions à un angle différent de 90°. Dans cette version de machine, le système d'élimination 33 comporte des électrodes planes 34 pour défléchir le faisceau d'ions avec un angle supérieur à 90°. Le système de balayage comporte des électro-aimants en bobines de Helmholtz 35 produisant un champ magnétique B alternatif. Le système de neutralisation est constitué d'un filament cylindrique 36 au milieu duquel circule le faisceau d'ions. Une caméra CCD 37 permet d'observer les photons émis lors de l'interaction des ions avec la surface de l'échantillon, afin de mesurer l'uniformité du traitement, et son état d'avancement. Un système de comptage de photons 38 permet de mesurer l'intensité des photons émis dans la gamme de longueur d'onde qui n'est pas absorbée par le filtre optique 39. L'échantillon à traiter 5 est maintenu face au faisceau d'ions par l'action d'un système électrostatique de maintien d'échantillon 40. Cet échantillon est refroidi au contact d'un serpentin 41 dans lequel circule un liquide réfrigérant. Un système mécanique permet de transférer l'échantillon de sa position sur son support, à la position 42 puis 43, dans laquelle l'orientation de la surface de l'échantillon est différente.FIG. 3 illustrates another version of the machine in which the electromagnet 32 deflects the ions at an angle other than 90 °. In this version of the machine, the elimination system 33 includes planar electrodes 34 for deflecting the ion beam with an angle greater than 90 °. The scanning system comprises electromagnets in Helmholtz 35 coils producing an alternating magnetic field B. The neutralization system consists of a cylindrical filament 36 in the middle of which the ion beam circulates. A CCD camera 37 makes it possible to observe the photons emitted during the interaction of the ions with the surface of the sample, in order to measure the uniformity of the treatment, and its state of progress. A photon counting system 38 makes it possible to measure the intensity of the photons emitted in the wavelength range which is not absorbed by the optical filter 39. The sample to be treated 5 is held facing the ion beam by the action of an electrostatic sample holding system 40. This sample is cooled to contact of a coil 41 in which a coolant circulates. A mechanical system makes it possible to transfer the sample from its position on its support, to position 42 then 43, in which the orientation of the surface of the sample is different.
La figure 4 illustre une autre version de la machine, dans laquelle le système d'élimination 44 utilise le champ magnétique produit par un aimant. Dans cette version, le balayage utilise le champ magnétique alternatif produit par deux bobines de Helmholtz 45 pour déplacer le faisceau dans un plan perpendiculaire au plan de la figure et au faisceau d'ions, puis le champ électrique alternatif produit par deux plaques métalliques 46 polarisées pour balayer le faisceau rapidement et à de petites amplitudes dans le plan de la figure et perpendiculairement au faisceau d'ions, puis une table mécanique 47 motorisée permettant de balayer la surface de 1 ' échantillon sous le faisceau d'ions dans une direction parallèle au plan de la figure et perpendiculaire au faisceau d'ions. Une plaque de métal 48 située à proximité de l'échantillon 5 permet de mesurer l'uniformité du faisceau d'ions et du faisceau d'électrons, lorsqu'elle est mise en position de les intercepter, en utilisant une caméra CCD 49. Une résistance chauffante 50 située sous l'échantillon permet d'élever sa température, selon les besoins du procédé. L'échantillon est isolé électriquement du reste de la machine par deux isolateurs 51, et est polarisé par le moyen d'un générateur de tension 52. Le système de neutralisation utilise, dans cette version de la machine, deux canons à électrons 27, produisant des électrons de basse énergie cinétique 28 en direction de la surface de l'échantillon à traiter. Un système 53 utilisant un ampèremètre permet de mesurer le courant des faisceaux d'ions et d'électrons incidents sur l'échantillon à traiter. Un système 54 de production de photons permet de projeter des photons de longueur d'onde donnée sur la surface de l'échantillon à traiter.FIG. 4 illustrates another version of the machine, in which the elimination system 44 uses the magnetic field produced by a magnet. In this version, scanning uses the alternating magnetic field produced by two Helmholtz 45 coils to move the beam in a plane perpendicular to the plane of the figure and to the ion beam, then the alternating electric field produced by two polarized metal plates 46 to scan the beam quickly and at small amplitudes in the plane of the figure and perpendicular to the ion beam, then a motorized mechanical table 47 making it possible to scan the surface of the sample under the ion beam in a direction parallel to the plane of the figure and perpendicular to the ion beam. A metal plate 48 located near the sample 5 makes it possible to measure the uniformity of the ion beam and of the electron beam, when it is placed in the position to intercept them, using a CCD camera 49. A heating resistor 50 located under the sample makes it possible to raise its temperature, according to the needs of the process. The sample is electrically isolated from the rest of the machine by two isolators 51, and is polarized by means of a voltage generator 52. The neutralization system uses, in this version of the machine, two electron guns 27, producing electrons of low kinetic energy 28 towards the surface of the sample to be treated. A system 53 using an ammeter makes it possible to measure the current of the ion and electron beams incident on the sample to be treated. A production system 54 of photons allows to project photons of given wavelength on the surface of the sample to be treated.
La machine selon l'invention permet d'utiliser les ions multichargés ultra lents, de seulement quelques électrons-volts par charge, pour modifier la surface de matériaux à l'échelle atomique, en particulier, mais non exclusivement, la surface de matériaux semiconducteurs. Les procédés permis par la machine visée par 1 ' invention sont la gravure de matériaux, le nettoyage de surfaces, la fabrication de nanostructures , la production de modifications physiques ou chimiques, nanométriques, des surfaces, la modification chimique de surfaces à l'échelle atomique, et la fabrication de couches ultra-minces. The machine according to the invention makes it possible to use the ultra slow multicharged ions, of only a few electron volts per charge, to modify the surface of materials on the atomic scale, in particular, but not exclusively, the surface of semiconductor materials. The processes permitted by the machine targeted by the invention are the etching of materials, the cleaning of surfaces, the manufacture of nanostructures, the production of physical or chemical, nanometric, surface modifications, the chemical modification of surfaces on an atomic scale. , and the manufacture of ultra-thin layers.

Claims

REVENDICATIONS
1. Machine de traitement uniforme de surfaces d'échantillons par projection d'ions multichargés de très basse énergie cinétique, caractérisée en ce qu'elle comporte1. Machine for uniform treatment of sample surfaces by projection of multicharged ions of very low kinetic energy, characterized in that it comprises
- un ensemble de production de faisceau d'ions isolable électriquement du reste de la machine et polarisable, - des moyens de décélération électrostatique permettant la décélération des ions à l'approche de la surface de l'échantillon à traiter,- an ion beam production assembly electrically isolable from the rest of the machine and polarizable, - electrostatic deceleration means allowing the deceleration of the ions when approaching the surface of the sample to be treated,
- des moyens de balayage permettant à la surface de l'échantillon à traiter d'être balayée par le faisceau d'ions pour obtenir l'uniformité de traitement voulue,- scanning means allowing the surface of the sample to be treated to be scanned by the ion beam to obtain the desired uniformity of treatment,
- des moyens de maintien mécanique d'échantillons permettant de présenter la surface des échantillons à traiter face au faisceau d'ions pendant le traitement;- mechanical means for holding samples making it possible to present the surface of the samples to be treated facing the ion beam during the treatment;
- des moyens de production de vide montés sur des enceintes à vide à l'intérieur desquelles se situe l'échantillon à traiter et circule le faisceau d'ions.- vacuum production means mounted on vacuum chambers inside which the sample to be treated is located and the ion beam circulates.
2. Machine de traitement uniforme de surfaces selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de neutralisation des charges positives apportées sur la surface par les ions.2. Uniform surface treatment machine according to claim 1, characterized in that it comprises means for neutralizing the positive charges brought to the surface by the ions.
3. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'élimination hors du faisceau d'ions des ions ayant changé de charge lors de leur transport vers la surface de l'échantillon à traiter. 3. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises means for removing from the ion beam ions which have changed charge during their transport to the surface of the sample to be processed.
4. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un système de contrôle du procédé, utilisant un système d'acquisition d'images, et permettant de mesurer la distribution spatiale d'intensité des photons émis depuis la zone d'interaction du faisceau d'ions avec la surface à traiter.4. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a process control system, using an image acquisition system, and making it possible to measure the spatial distribution of intensity of photons emitted from the interaction zone of the ion beam with the surface to be treated.
5. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un système de contrôle du procédé, utilisant un filtre optique couplé à un compteur de photons pour mesurer l'évolution du flux de photons émis depuis la surface de l'échantillon pendant le traitement, dans une gamme de longueurs d'ondes données ou à une longueur d ' onde donnée .5. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that it includes a process control system, using an optical filter coupled to a photon counter to measure the evolution of the photon flux. emitted from the surface of the sample during processing, in a given wavelength range or at a given wavelength.
6. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il est prévu d'ajouter au système de maintien mécanique d'échantillons, un système de modulation thermique permettant d'ajuster la température de l'échantillon à traiter.6. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that it is planned to add to the mechanical system for maintaining samples, a thermal modulation system making it possible to adjust the temperature of the sample to be processed.
7. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un système mécanique permettant de changer l'orientation de la surface de l'échantillon à traiter afin de rendre la machine compatible avec un mode de transfert d'échantillons qui utilise une orientation différente.7. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a mechanical system making it possible to change the orientation of the surface of the sample to be treated in order to make the machine compatible with a sample transfer mode that uses a different orientation.
8. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu ' elle comporte un ensemble de contrôle composé de modules électroniques et de logiciels, permettant en particulier de régler les paramètres de la machine et d'effectuer le traitement de la surface de l'échantillon en utilisant uniquement les paramètres du procédé que l'utilisateur souhaite voir réalisé.8. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a control assembly composed of electronic modules and software, making it possible in particular to adjust the parameters of the machine and to carry out the treatment of the surface of the sample using only the parameters of the process that the user wishes to see carried out.
9. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'ensemble de production de faisceaux d'ions comporte une source d'ions à Résonance Cyclotronique Électronique isolable électriquement du reste de la machine et polarisable.9. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that the ion beam production assembly comprises an ion source with Electronic Cyclotronic Resonance electrically isolable from the rest of the machine and polarizable .
10. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que 1 ' ensemble de production de faisceau d'ions comporte un extracteur électrostatique multi- électrodes, connecté via un isolateur à la source d'ions, pour optimiser la qualité et l'intensité du faisceau d'ions, isolable électriquement du reste de la machine et polarisable.10. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that the ion beam production assembly comprises a multi-electrode electrostatic extractor, connected via an isolator to the ion source, to optimize the quality and intensity of the ion beam, electrically isolable from the rest of the machine and polarizable.
11. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que 1 ' ensemble de production de faisceau d'ions comporte un système permettant de trier les ions du faisceau en fonction du rapport de leur masse par leur charge, composé d'une enceinte à vide isolable électriquement du reste de la machine, polarisable et munie de moyens magnétiques.11. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that the ion beam production assembly comprises a system making it possible to sort the ions of the beam according to their mass ratio by their load, consisting of a vacuum enclosure electrically isolable from the rest of the machine, polarizable and provided with magnetic means.
12. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que 1 ' ensemble de production de faisceau d'ions comporte des enceintes à vide munies de jeux de fentes, ces derniers étant composés de plaques métalliques, permettant de réduire les dimensions transverses du faisceau d'ions, les enceintes et les jeux de fentes étant isolables électriquement du reste de la machine, et polarisables.12. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that the ion beam production assembly comprises vacuum chambers provided with sets of slots, the latter being composed of metal plates, making it possible to reduce the transverse dimensions of the ion beam, the enclosures and the sets of slots being electrically isolable from the rest of the machine, and polarizable.
13. Machine de traitement uniforme de surfaces selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'ensemble de production de faisceau d'ions comporte des moyens d'acquisition d'images, permettant d'observer les photons émis lorsque les ions du faisceau frappent les plaques dont sont constitués les jeux de fentes.13. Uniform surface treatment machine according to the preceding claim, characterized in that the ion beam production assembly comprises image acquisition means, making it possible to observe the photons emitted when the ions of the beam strike the plates of which the sets of slots are made.
14. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications 3 à 13, caractérisée en ce que le système d'élimination comporte des électrodes du type plan, hémisphérique ou hémicylindrique, polarisables, entre lesquelles circule le faisceau.14. Uniform surface treatment machine according to any one of claims 3 to 13, characterized in that the elimination system comprises electrodes of the planar, hemispherical or semi-cylindrical, polarizable type, between which the beam circulates.
15. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications 3 à 14, caractérisée en ce que le système d'élimination est muni de moyens magnétiques produisant un champ magnétique à 1 ' intérieur de la chambre à vide dans laquelle circule le faisceau d'ions.15. Uniform surface treatment machine according to any one of claims 3 to 14, characterized in that the elimination system is provided with magnetic means producing a magnetic field inside the vacuum chamber in which the ion beam.
16. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système de décélération est composé d'une ou plusieurs électrodes polarisables à symétrie cylindrique, à l'intérieur desquelles circule le faisceau d'ions. 16. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that the deceleration system is composed of one or more polarizable electrodes with cylindrical symmetry, inside which the ion beam circulates.
17. Machine de traitement uniforme de surfaces selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la position et la forme des électrodes du système de décélération ménagent un espace pour le système de neutralisation.17. Uniform surface treatment machine according to the preceding claim, characterized in that the position and the shape of the electrodes of the deceleration system provide space for the neutralization system.
18. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système de décélération comporte une électrode polarisée de manière à repousser les électrons secondaires produits en aval du système de décélération.18. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that the deceleration system comprises a polarized electrode so as to repel the secondary electrons produced downstream from the deceleration system.
19. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système de balayage comporte des moyens électromagnétiques .19. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that the scanning system comprises electromagnetic means.
20. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système de balayage comporte des moyens électrostatiques .20. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that the scanning system comprises electrostatic means.
21. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système de balayage comporte des moyens mécaniques motorisés .21. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that the scanning system comprises motorized mechanical means.
22. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisée en ce que le système de balayage est mécanique et motorisé, permettant de faire défiler face au faisceau d'ions la surface de l'échantillon à traiter, dans deux directions perpendiculairement au faisceau d'ions. 22. Uniform surface treatment machine according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the scanning system is mechanical and motorized, allowing the surface of the sample to be treated to pass in front of the ion beam. , in two directions perpendicular to the ion beam.
23. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications 2 à 22, caractérisée en ce que le système de neutralisation utilise une ou plusieurs sources d'électrons disposées autour de l'échantillon à traiter et devant sa surface.23. Uniform surface treatment machine according to any one of claims 2 to 22, characterized in that the neutralization system uses one or more sources of electrons arranged around the sample to be treated and in front of its surface.
24. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications 2 à 22, caractérisée en ce que le système de neutralisation utilise une source d'électrons à symétrie cylindrique, disposée devant la surface de l'échantillon à traiter, à l'intérieur de laquelle circule le faisceau d'ions.24. Uniform surface treatment machine according to any one of claims 2 to 22, characterized in that the neutralization system uses an electron source with cylindrical symmetry, placed in front of the surface of the sample to be treated, at l inside which the ion beam circulates.
25. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système de maintien mécanique d'échantillons est remplacé par un système de maintien utilisant la force électrostatique.25. A uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that the mechanical system for holding samples is replaced by a system for using electrostatic force.
26. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications 6 à 25, caractérisée en ce que le système de modulation thermique comporte une résistance chauffante permettant d'élever la température de l'échantillon.26. Uniform surface treatment machine according to any one of claims 6 to 25, characterized in that the thermal modulation system comprises a heating resistor making it possible to raise the temperature of the sample.
27. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications 6 à 26, caractérisée en ce que le système de modulation thermique comporte un serpentin dans lequel circule un fluide permettant d'abaisser la température de l'échantillon.27. Uniform surface treatment machine according to any one of claims 6 to 26, characterized in that the thermal modulation system comprises a coil in which a fluid circulates allowing the temperature of the sample to be lowered.
28. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que sont ajoutés, près du système de maintien d'échantillons, des moyens de mesure du courant des faisceaux d'ions et d'électrons.28. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that are added near the system of maintenance of samples, means for measuring the current of ion and electron beams.
29. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que sont ajoutés, près du système de maintien d'échantillons, un système composé d'une plaque d'un matériau quelconque à partir de laquelle des photons peuvent être émis lorsque des ions et des électrons la frappent, afin de permettre de mesurer l'uniformité des faisceaux d'ions et d'électrons en utilisant un système d'acquisition d'images.29. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that are added, close to the sample holding system, a system composed of a plate of any material from which photons can be emitted when ions and electrons strike it, to allow the uniformity of ion and electron beams to be measured using an image acquisition system.
30. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système de maintien d'échantillons et l'échantillon sont isolables électriquement du reste de la machine, et polarisables.30. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that the sample holding system and the sample are electrically isolable from the rest of the machine, and polarizable.
31. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que son orientation est telle que la surface de l'échantillon à traiter soit orientée vers le bas, afin d'éviter que des poussières ne se déposent par gravité, et afin de la rendre compatible avec un mode de transfert d'échantillons qui utilise cette orientation.31. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that its orientation is such that the surface of the sample to be treated is oriented downwards, in order to prevent dust from settling down. by gravity, and in order to make it compatible with a sample transfer mode which uses this orientation.
32. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'orientation des sous-ensembles qui la constituent est telle que la surface de l'échantillon à traiter est orientée vers le haut, afin de la rendre compatible avec un mode de transfert d'échantillons particulier qui utilise cette orientation. 32. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that the orientation of the sub-assemblies which constitute it is such that the surface of the sample to be treated is oriented upwards, in order to make it compatible with a particular sample transfer mode which uses this orientation.
33. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'injection contrôlée de gaz dans l'enceinte à vide dans laquelle est situé l'échantillon à traiter.33. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises means for the controlled injection of gas into the vacuum enclosure in which the sample to be treated is located.
34. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système de production de faisceaux d'ions comporte des moyens de déflexion électrostatique ou magnétique du faisceau d'ions, dans le but d'optimiser sa trajectoire.34. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that the ion beam production system includes means for electrostatic or magnetic deflection of the ion beam, with the aim of optimizing its trajectory.
35. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système de production de faisceaux d'ions comporte des moyens rétractables de mesure du courant de faisceau d'ions.35. Uniform surface treatment machine according to any one of the preceding claims, characterized in that the ion beam production system comprises retractable means for measuring the ion beam current.
36. Machine de traitement uniforme de surfaces selon l'une quelconque des revendications 23 à 35, caractérisée en ce que le faisceau d'électrons et le faisceau d'ions sont puisés, les ions et les électrons arrivant alternativement sur la surface. 36. Uniform surface treatment machine according to any one of claims 23 to 35, characterized in that the electron beam and the ion beam are pulsed, the ions and the electrons arriving alternately on the surface.
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