EP0550335A1 - System to control the form of a charged particle beam - Google Patents

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EP0550335A1
EP0550335A1 EP92403558A EP92403558A EP0550335A1 EP 0550335 A1 EP0550335 A1 EP 0550335A1 EP 92403558 A EP92403558 A EP 92403558A EP 92403558 A EP92403558 A EP 92403558A EP 0550335 A1 EP0550335 A1 EP 0550335A1
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EP
European Patent Office
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source
resistive
control electrodes
electrodes
control
Prior art date
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EP92403558A
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German (de)
French (fr)
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EP0550335B1 (en
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Thierry Leroux
Christophe Py
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0550335A1 publication Critical patent/EP0550335A1/en
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Publication of EP0550335B1 publication Critical patent/EP0550335B1/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J3/00Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J3/02Electron guns
    • H01J3/021Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source
    • H01J3/022Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source with microengineered cathode, e.g. Spindt-type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J3/00Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J3/02Electron guns
    • H01J3/029Schematic arrangements for beam forming

Definitions

  • the present invention relates to a system making it possible to control, or more exactly to control, a beam of charged particles, for example electrons.
  • This system makes it possible to control the appearance, or more exactly the shape, of the beam of charged particles and, in certain particular cases, also to control the orientation of this beam of charged particles.
  • the present invention applies in particular to the focusing of an electron beam coming from a planar source, in particular from a microtip source, or from a heating filament.
  • the invention applies equally to electron guns for cathode ray tubes as to beams scanned by laser excitation or to sources for vacuum gauges.
  • a focusing optic also called “refocusing” is used to obtain a beam of reduced diameter or in which the electrons have parallel paths.
  • a first known technique consists in accelerating this beam, which decreases the relative angular moment of each trajectory of the electrons.
  • This first technique is very often used for high energy electrons (like those used in conventional cathode ray tubes) because the functions of focusing and acceleration are in this case combined.
  • a second known technique consists in pushing back, towards the axis of propagation desired for the electrons, those which diverge, that is to say which deviate from this axis.
  • FIG. 1 shows an electronic source 2 which emits electrons in the direction of a collecting electrode 4 (anode) which is planar in the case of FIG. 1.
  • the axis of propagation desired for the electrons carries the reference X and this axis is perpendicular to the anode 4.
  • the source 2 emits a divergent electron beam 6 whose initial opening (opening that the beam would have in the absence of refocusing) bears the reference a in FIG. 1.
  • the Pierce electrode which makes it possible to focus this divergent beam emitted by the source 2 carries the reference 8.
  • This electrode 8 which is brought to an adjustable and negative potential with respect to the potential level at which the electrons are emitted, has the shape of a truncated cone whose axis is the X axis and whose half-angle at vertex is 67.5 ° (so that the trace of this truncated cone in a plane containing the X axis makes, with a plane perpendicular to this X axis, an angle b which is 22.5 °).
  • the electrode 8 generates with the electrodes 2 and 4 an electric field which exerts on each divergent electron a force f which repels, in the direction of the axis X, this divergent electron.
  • FIG. 1 can also comprise an accelerator anode, not shown, which plays the conventional role of a Wenhelt.
  • a first drawback is the difficulty of assembly: the electron source and the focusing system must be rigorously positioned and maintained relative to each other, which can give rise to complex and fragile assemblies.
  • a second drawback lies in the size of this focusing system which can be very large and which adversely compensates for the small size of the planar sources.
  • the object of the present invention is to remedy these drawbacks by proposing a system making it possible to control the shape of a beam of charged particles, this system being capable of having a small footprint and of being manufactured by the techniques of micro- electronic.
  • the subject of the present invention is a system making it possible to control the shape of a beam of charged particles, which comes from a source of these particles, this source being associated with a collecting electrode provided for collecting these particles, this system being characterized in that it comprises at least one resistive zone and at least two control electrodes, this resistive zone and these control electrodes being arranged substantially at the same level as the source, these control electrodes being further placed on either side of the resistive zone and provided for polarizing the latter, the electrical resistance profile of the resistive zone being chosen so as to have the potential distribution making it possible to obtain the desired shape of the beam coming from the source when the control electrodes are suitably polarized.
  • the shape of the charged particle beam is modified according to the application chosen for this beam and, in particular, according to the structure of the collecting electrode (which depends on this application).
  • this collecting electrode can be planar or, on the contrary, non-planar.
  • control electrodes and the electrical potentials their surface can be determined experimentally as a function of the shape to be given to the particle beam, possibly using simulation software.
  • this system comprises a plurality of resistive zones respectively placed between two control electrodes, these resistive zones then being separated by at least one control electrode.
  • the different resistive zones have different resistance profiles.
  • each resistive zone comprises a plurality of elementary resistive zones, the resistances of which respective electrical are different from each other and which are between two control electrodes.
  • the respective thicknesses of these elementary resistive zones and / or the respective resistivities of these elementary resistive zones and / or the respective resistive surfaces of these elementary resistive zones at equal lengths can be different from one another and chosen so to obtain the desired electrical resistances.
  • the source comprises a grid for extracting the particles and this grid constitutes one of the control electrodes and is located in the center of the system, each other control electrode surrounding the source.
  • each control electrode surrounds the source.
  • At least one control electrode which surrounds the source may be discontinuous and form a plurality of elementary control electrodes.
  • the system in addition to controlling the shape of the beam, the system also makes it possible to control the orientation of this beam by using suitable electrical potentials, as will be seen below.
  • the source comprises a grid for extracting the particles and has an elongated shape in one direction
  • the grid constitutes one of the control electrodes and is located in the center of the system and the system comprises at least one other control electrode, elongated in this direction, located on each side of the source and at least one resistive zone which extends between the grid and the other control electrode on each side of the source.
  • the source has an elongated shape in a direction and the system comprises at least two control electrodes, of elongated shape in this direction, located on each side of the source, and at least one resistive layer, placed between the two electrodes on each side of the source.
  • the system also makes it possible to control the orientation of the beam in addition to the shape of this beam.
  • the number of electrodes and of resistive layers on each side of the source is not necessarily the same.
  • this system is integrated into the source of charged particles when said source is a planar source.
  • control electrodes can be planar and located substantially in the plane of this source.
  • FIG. 2 schematically represents a system which is useful for understanding the invention and which makes it possible to focus an electron beam emitted by an electronic source 10.
  • This source 10 is for example a flat source such as a source with a microtip 12 but, in other embodiments, there could of course be several microtips.
  • the source can therefore be 12 but, say of small emissive surface, see well of refocusing, or on the contrary
  • the source 10 corresponds to the source 2 in FIG. 1 and we can still see in FIG. 2 the X axis along which we want the beam emitted by the source to propagate, as well as the initial opening a of this beam. of electrons.
  • control electrodes 16 therefore replace the Pierce electrode 8 of FIG. 1.
  • This electrode 8 is brought to an electric potential V making it possible to generate an electric field which pushes the diverging electrons towards the X axis.
  • control electrodes 16 which, in the example shown, are in the plane of the source 10 and which are spaced apart from each other, simulate approximately a continuous distribution of electrical potential in the plane of the source 10 and make it possible to recreate approximately the shape of the equipotential V which is imposed by the Pierce electrode 8 of FIG. 1.
  • FIG. 2 also shows polarization means 18 which make it possible to bring the various control electrodes 16 to electrical potentials which are different from each other and which are negative with respect to the potential level at which the electrons are emitted.
  • FIG. 2 also shows the electrical connections 20 which respectively connect the control electrodes 16 to the biasing means 18.
  • the electron source 10 comprises an electrically insulating substrate 22, for example made of glass, on which is formed a cathodic contact layer 24 for example made of chromium.
  • resistive layer 26 for example of silicon.
  • the source 10 also includes an extraction grid 30.
  • Polarization means 19 are provided for bringing this grid 30 to a potential allowing the electrons to be extracted from the micro-tip 12.
  • the axis of the microtip 12 is the X axis and the extraction grid 30 has the shape of a disc whose axis is also this X axis and which is pierced in its center to let the electrons extracted from micro-tip 12 pass.
  • control electrodes 16 are planar electrodes, in the form of rings which are concentric and which have the X axis as their common axis.
  • the control electrodes 16 are formed, at the same time as the extraction grid 30, on the insulating layer 28.
  • FIG 3 there is shown schematically another system which is useful for understanding the invention and which is intended to focus an electron beam emitted by a flat and elongated source 32.
  • microtips having a row of microtips 34 which are aligned (but, in other embodiments, one could have several rows of such microtips).
  • the source shown in FIG. 3 comprises an insulating substrate 36, for example made of glass, on which is formed a cathode contact layer 38, for example of chromium.
  • resistive layer 40 for example of silicon.
  • an insulating layer 42 for example of silica is formed on this resistive layer.
  • This layer 42 has a row of holes in which the microtips 34 are located, which are for example made of molybdenum and which are formed on the resistive layer 40.
  • the source shown in FIG. 3 also includes an extraction grid 44 pierced opposite the microtips 34 and making it possible to extract the electrons from these microtips 34.
  • This grid 44 has the form of a bar which extends in the direction of alignment of the microtips 34, as seen in FIG. 3.
  • An anode 46 provided for collecting the electrons emitted by the micro-tips, is arranged opposite the source 32.
  • control electrodes 48 which extend in the direction of alignment of the microtips 34 and which are arranged on either side of the extraction grid 44.
  • Electrodes 48 are formed at the same time as the extraction grid 44 on the insulating layer 42.
  • the system of FIG. 3 is thus integrated into the electron source 32.
  • the structure formed by this system and the source is symmetrical with respect to the row of microtips 34 (there are as many electrodes 48 on one side of the grid as there are on the other side of this grid).
  • FIG. 3 also shows polarization means 49 provided for bringing the grid 44 to an appropriate potential, allowing the extraction of electrons, and also polarization means 50 provided for bringing the control electrodes 48 to independent potentials, different from each other, making it possible to create an electric field which causes the focusing of the electron beam emitted by the source 32.
  • the invention also proposes systems using at least one resistive zone between control electrodes in order to obtain a determined potential distribution, adapted to the desired shape of the particle beam coming from the source.
  • FIG. 4 shows a particular embodiment of the system which is the subject of the invention which is simpler and uses only two control electrodes 52 and 54 as well as a resistive area 56 which is between these electrodes 52 and 54 and polarized by them.
  • the system shown in FIG. 4 is designed to focus an electron beam emitted by an electron source 58 which, in the example shown, is still a microtip source 60.
  • this source 58 comprises an insulating substrate 62 surmounted by a cathode layer 64, itself surmounted by a resistive layer 66 on which the microtips are formed. 60.
  • An insulating layer 68 covers the layer 66 and has holes in which the microtips 60 are located.
  • a grid 70 in the form of a disc which is pierced opposite the microtips 60.
  • the system according to the invention which is shown in FIG. 4, is still integrated into the source 58.
  • control electrodes 52 and 54 form concentric rings whose axis is that of the disc formed by the extraction grid 70.
  • Electrodes 52 and 54 are formed at the same time as this grid 70, on the insulating layer 68 after which the resistive zone 56, for example made of silicon, is deposited on the layer 68, between the electrodes 52 and 54 while being in contact with these electrodes 52 and 54.
  • the resistive zone 56 for example made of silicon
  • the potential distribution depends on the resistance profile of zone 56.
  • An anode is provided opposite the source 58 to collect the electrons emitted by the microtips 60.
  • Polarization means are also provided for polarizing the grid 70 so as to extract the electrons and for also polarizing the electrodes 52 and 54 so as to focus the divergent beam emitted by the source.
  • Part A of FIG. 5 is a sectional view of the electrodes 52 and 54 and of the resistive zone 56 by a plane which contains the axis of the source.
  • the distance d from a point to the axis of this source is identified on an axis parallel to the cross section that can be seen in this part A of FIG. 5.
  • the resistive area 56 is formed of three adjacent sections of elementary resistive areas T1, T2 and T3 of respective lengths L1, L2 and L3 (which are counted along the axis shown on part B of figure 5).
  • An example of an electrical resistance profile is shown in the graph in part B of FIG. 5 where the resistance R1 of the section T1 (closest to the electron source) is less than the resistance of the sections T2, itself lower than the resistance of section T3.
  • R, r, L and S respectively represent the electrical resistance, the resistivity of the material used, the length and the section of this section (section S being in fact a cylindrical surface in the example shown).
  • the graph in part C of FIG. 5 shows that the desired resistance profile is obtained by giving the sections T1, T2 and T3 thicknesses e1, e2 and e3, respectively: e1>e2> e3.
  • e1 is the double of e2 and e2 is the double of e3 (S1 is the double of S2 which is the double of S3).
  • r1 is half of r2 and r2 is half of r3.
  • Such resistivity variations are obtained by appropriately varying the doping of the material constituting the resistive zone 56 or by using, for each section, different materials.
  • the section T2 has a resistive surface twice less than the section T1 and twice as large as the section T3, so that it is twice more resistant than the section T1 and twice less resistant than the section T3.
  • part E of FIG. 5 applies in all rigor to a resistive zone comprised between two rectilinear control electrodes, which constitutes a particular embodiment applicable to an elongated source of the kind of that of the figure 3 for example.
  • the graph in part F of FIG. 5 shows the variation of the potential V as a function of the distance d from the electron source.
  • the potential of the electrode 52 is noted V1 and the potential of the electrode 54 is noted V2.
  • the system according to the invention differs from the system which is shown in Figure 3 in that a resistive zone 72 is formed between the two control electrodes 48 which are located one side of the row of micro-tips and which are closest to these micro-tips, a resistive zone 72 is also formed between the two control electrodes which are closest to the row of micro-tips but placed from the on the other side of the latter.
  • control electrodes there are thus not only two control electrodes between which is the resistive zone but also other control electrodes (which are brought to electrical potentials suitable for focusing the electron beam).
  • the resistive zone is formed between the two concentric electrodes which are closest to the electron source 10.
  • the system which is the subject of the invention can be used for other applications than the focusing of an electron beam.
  • the electron source is of reduced dimensions compared to the system according to the invention with which this source is provided, it is possible to obtain, instead of a parallel electron beam, a concentrated spot or refocused in a specific place.
  • the electron beam then undergoes a deflection in addition to a focusing.
  • control electrodes that can be seen in FIGS. 4 and 6 lies in the fact that they can be formed directly on an emissive cathode.
  • the invention makes it possible to control a beam of charged particles originating from a source of these particles (a source of ions for example) by recreating the equipotentials that would be obtained by using one or more non-planar refocusing electrodes. like Pierce's cathode.
  • non-planar cathodes are so far the only ones which make it possible to rigorously refocus beams of any shape.
  • the invention makes it possible, in particular in the case of plane sources, to recreate the field necessary for controlling the emitted beam, using a system which can be formed by microelectronic techniques.
  • planar sources whose beams are to be controlled can be of any shape, depending on the possibilities of the technology for manufacturing these sources.
  • the forms of the systems allowing the control of the beams coming from these sources can also be any.
  • the invention uses at least one resistive zone polarized at its ends by two electrodes.
  • a single resistive area 84 is polarized by two electrodes 86 and 88 (it will be noted that, for part B, this structure 84-86-88 is repeated on both sides of the source 82).
  • two resistive zones 90a and 90b have been shown separated by a polarization electrode 92, two other polarization electrodes 94 and 96 are deposited on either side resistive zones to finally make it possible to obtain two independent zones where the potential gradients can be imposed independently of one another.
  • two zones 90a and 90b of different resistances could be formed, separated by the electrode 92 and surrounded by the electrodes 94 and 96.
  • resistive zones There could also be several resistive zones framed respectively by control electrodes distinct from the resistive zones with the control electrodes associated with these zones and control electrodes not associated with resistive zones.
  • the source 80 or 82 has an extraction grid 98 or 100.
  • This grid plays the role of a polarization electrode which can, as shown in these figures, be associated with a resistive zone.
  • the invention makes it possible both to focus and to deflect a beam coming from a source.
  • the beam is deflected on one side by imposing a slightly more attractive to ions (ie higher in the case of negatively charged ions, lower in the case of positively charged ions) to the resistive zone situated on this same side.
  • the deflection can be combined with refocusing by breaking up the resistive zone by dividing a control electrode into several elementary polarization electrodes imposing profiles of different potentials on the different sides of this area.
  • the central polarization electrode 86 and the four elementary peripheral polarization electrodes 88a, 88b, 88c and 88d make it possible to define four elementary resistive zones.
  • the elementary resistive zone defined by the central polarization electrode 86 and the refocusing electrode 88b is here a quarter of the resistive zone 84.
  • microtips 104 On a substrate 102 are deposited the microtips 104 at the bottom of holes 106 formed through the extraction grid 108 in an insulating layer 110.
  • the tips 104 are supplied by the electrodes 112 through the resistive layer 114.
  • a beam control system consisting of the resistive layer 118 above which the polarization electrode is deposited. 120.
  • the extraction grid 108 plays in this case the role of central polarization electrode of the resistive zone.
  • the contact of the extraction grid (not shown) can in this case be easily brought from the periphery of the source thanks to the stacking of the layers and the difference in level between the electrodes 108 and 120.
  • simulation software can be used.
  • FIGS. 11 to 13 illustrates a simulation of focusing of an electron beam.
  • control electrodes and resistive zones For the sake of simplification, the details of the constituent elements of the means for controlling the electron beam have not been shown (control electrodes and resistive zones).
  • FIG. 11 corresponds to the case of a point source or very small in relation to the dimensions of the refocusing optic), that is to say which uses one or a few microtips as in the case of FIG. 2 .
  • the means MF for controlling the beam (control electrodes and resistive zones) in the case of this figure are brought to potentials such that the trajectories of the electrons are parallel to each other.
  • Figures 12 and 13 further illustrate the case of a microtip source which is point or very small and which is provided with a focusing system comprising control electrodes.
  • the source is of the kind of that of FIG. 3, the control electrodes thus having an elongated shape.

Landscapes

  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)

Abstract

System to control the form of a charged particle beam. The particle beam emanates from a source (58) of these particles. This source is associated with a collecting electrode which collects the particles. The system comprises at least one resistive zone (56) and at least two control electrodes (52, 54), this resistive zone and these control electrodes being arranged substantially at the same level as the source, these control electrodes being furthermore placed on either side of the resistive zone and intended for polarising the latter, the electrical resistance profile of the resistive zone being chosen so as to have the distribution of potential making it possible to obtain the desired form of the beam emanating from the source when the control electrodes are suitably polarised. Application to the focusing of a charged particle beam. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne un système permettant de contrôler, ou plus exactement de maîtriser, un faisceau de particules chargées, par exemple des électrons.The present invention relates to a system making it possible to control, or more exactly to control, a beam of charged particles, for example electrons.

Ce système permet de maîtriser l'aspect, ou plus exactement la forme, du faisceau de particules chargées et, dans certains cas particuliers, de maîtriser également l'orientation de ce faisceau de particules chargées.This system makes it possible to control the appearance, or more exactly the shape, of the beam of charged particles and, in certain particular cases, also to control the orientation of this beam of charged particles.

La présente invention s'applique notamment à la focalisation d'un faisceau d'électrons issu d'une source plane, en particulier d'une source à micropointes, ou d'un filament chauffant.The present invention applies in particular to the focusing of an electron beam coming from a planar source, in particular from a microtip source, or from a heating filament.

De plus, l'invention s'applique aussi bien aux canons à électrons pour tubes cathodiques qu'à des faisceaux balayés par excitation laser ou à des sources pour jauges à vide.In addition, the invention applies equally to electron guns for cathode ray tubes as to beams scanned by laser excitation or to sources for vacuum gauges.

On connaît déjà des systèmes permettant de maîtriser la forme d'un faisceau de particules chargées.Systems are already known for controlling the shape of a beam of charged particles.

C'est ainsi que dans la plupart des canons à électrons, une optique de focalisation (on dit aussi "refocalisation") est utilisée pour obtenir un faisceau de diamètre réduit ou dans lequel les électrons ont des trajectoires parallèles.Thus in most electron guns, a focusing optic (also called "refocusing") is used to obtain a beam of reduced diameter or in which the electrons have parallel paths.

De nombreuses applications, par exemple le tube cathodique d'un écran de télévision, nécessitent en effet l'usage d'un pinceau électronique fin pour obtenir une image de résolution suffisante dans le cas de la télévision.Many applications, for example the cathode ray tube of a television screen, indeed require the use of a fine electronic brush to obtain an image of sufficient resolution in the case of television.

Dans d'autres cas, par exemple en photoémission inverse (voir les documents (1) et (2) qui, comme les autres documents cités par la suite, sont mentionnés à la fin de la présente description), les trajectoires des électrons doivent être parallèles de façon que tous les électrons aient le même vecteur vitesse, qui est un paramètre important de la mesure.In other cases, for example in reverse photoemission (see documents (1) and (2) which, like the other documents cited below, are mentioned at the end of this description), the trajectories of the electrons must be parallel so that all the electrons have the same velocity vector, which is an important parameter of the measurement.

Enfin, dans certains cas, il peut être utile d'obtenir en un point précis un spot aussi petit que possible afin d'avoir localement une densité de courant importante.Finally, in some cases, it may be useful to obtain a spot as small as possible at a specific point in order to have a high current density locally.

Ceci est par exemple le cas d'un laser compact à semiconducteur, du type à pompage électronique.This is for example the case of a compact semiconductor laser, of the electronically pumped type.

Il existe plusieurs techniques pour focaliser un faisceau d'électrons.There are several techniques for focusing an electron beam.

Une première technique connue consiste à accélérer ce faisceau, ce qui diminue le moment angulaire relatif de chaque trajectoire des électrons.A first known technique consists in accelerating this beam, which decreases the relative angular moment of each trajectory of the electrons.

Ceci peut être obtenu simplement au moyen d'une électrode connue sous le nom de Wehnelt qui fait face à la source d'électrons (c'est ce que l'on fait dans un tube cathodique classique de télévision) ou par un ensemble plus ou moins complexe de lentilles électrostatiques (voir le document (3)) obtenues par exemple en juxtaposant plusieurs électrodes cylindriques centrées sur le faisceau d'électrons.This can be obtained simply by means of an electrode known as the Wehnelt which faces the source of electrons (this is what one does in a conventional cathode-ray tube of television) or by a whole or less complex of electrostatic lenses (see document (3)) obtained for example by juxtaposing several cylindrical electrodes centered on the electron beam.

Cette première technique est très souvent utilisée pour des électrons de forte énergie (comme ceux qui sont utilisés dans les tubes cathodiques classiques) car les fonctions de focalisation et d'accélération sont dans ce cas réunies.This first technique is very often used for high energy electrons (like those used in conventional cathode ray tubes) because the functions of focusing and acceleration are in this case combined.

Une deuxième technique connue consiste à repousser, vers l'axe de propagation voulu pour les électrons, ceux qui divergent, c'est-à-dire qui s'écartent de cet axe.A second known technique consists in pushing back, towards the axis of propagation desired for the electrons, those which diverge, that is to say which deviate from this axis.

C'est ainsi qu'il est connu d'utiliser, pour focaliser des faisceaux d'électrons provenant de sources naturellement divergentes, une électrode qui est appelée électrode de Pierce et qui est schématiquement représentée sur la figure 1.It is thus known to use, to focus electron beams coming from naturally divergent sources, an electrode which is called Pierce electrode and which is schematically represented in FIG. 1.

On voit sur cette figure 1 une source électronique 2 qui émet des électrons en direction d'une électrode collectrice 4 (anode) qui est plane dans le cas de la figure 1.This FIG. 1 shows an electronic source 2 which emits electrons in the direction of a collecting electrode 4 (anode) which is planar in the case of FIG. 1.

L'axe de propagation souhaité pour les électrons porte la référence X et cet axe est perpendiculaire à l'anode 4.The axis of propagation desired for the electrons carries the reference X and this axis is perpendicular to the anode 4.

En fait, la source 2 émet un faisceau d'électrons divergent 6 dont l'ouverture initiale (ouverture qu'aurait le faisceau en l'absence de refocalisation) porte la référence a sur la figure 1.In fact, the source 2 emits a divergent electron beam 6 whose initial opening (opening that the beam would have in the absence of refocusing) bears the reference a in FIG. 1.

L'électrode de Pierce qui permet de focaliser ce faisceau divergent émis par la source 2 porte la référence 8.The Pierce electrode which makes it possible to focus this divergent beam emitted by the source 2 carries the reference 8.

Cette électrode 8, qui est portée à un potentiel réglable et négatif par rapport au niveau de potentiel auquel sont émis les électrons, a la forme d'un tronc de cône dont l'axe est l'axe X et dont le demi-angle au sommet vaut 67,5° (de sorte que la trace de ce tronc de cône dans un plan contenant l'axe X fait, avec un plan perpendiculaire à cet axe X, un angle b qui vaut 22,5°).This electrode 8, which is brought to an adjustable and negative potential with respect to the potential level at which the electrons are emitted, has the shape of a truncated cone whose axis is the X axis and whose half-angle at vertex is 67.5 ° (so that the trace of this truncated cone in a plane containing the X axis makes, with a plane perpendicular to this X axis, an angle b which is 22.5 °).

De plus, l'électrode 8 engendre avec les électrodes 2 et 4 un champ électrique qui exerce sur chaque électron divergent une force f qui repousse, en direction de l'axe X, cet électron divergent.In addition, the electrode 8 generates with the electrodes 2 and 4 an electric field which exerts on each divergent electron a force f which repels, in the direction of the axis X, this divergent electron.

On précise que le système représenté schématiquement sur la figure 1 peut comporter en outre une anode accélératrice non représentée qui joue le rôle classique d'un Wenhelt.It is specified that the system shown diagrammatically in FIG. 1 can also comprise an accelerator anode, not shown, which plays the conventional role of a Wenhelt.

A propos des optiques de Pierce, on pourra se reporter aux documents (4), (5) et (6).Regarding Pierce's optics, we can refer to documents (4), (5) and (6).

Cette deuxième technique connue présente divers avantages :

  • elle ne nécessite pas l'utilisation de hautes tensions et, de ce fait, est préférable à la première technique connue lorsqu'on souhaite par exemple disposer d'électrons faiblement énergétiques,
  • pour focaliser les électrons divergents, elle ne fait appel qu'à une cathode (électrode 8) et une anode et éventuellement un Wenhelt, et
  • elle permet d'obtenir de très bons résultats pour la focalisation.
This second known technique has various advantages:
  • it does not require the use of high voltages and, therefore, is preferable to the first known technique when it is desired, for example, to have low energy electrons,
  • to focus the diverging electrons, it only uses a cathode (electrode 8) and an anode and possibly a Wenhelt, and
  • it provides very good results for focusing.

Cependant cette deuxième technique connue présente des inconvénients notamment dans le cas où l'on utilise des cathode émissives planes, en particulier des cathodes froides (voir les documents (7), (8) et (9)).However, this second known technique has drawbacks, in particular in the case where flat emissive cathodes are used, in particular cold cathodes (see documents (7), (8) and (9)).

Un premier inconvénient est la difficulté de montage : la source d'électrons et le système de focalisation doivent être positionnés rigoureusement et maintenus l'un par rapport à l'autre, ce qui peut donner lieu à des montages complexes et fragiles.A first drawback is the difficulty of assembly: the electron source and the focusing system must be rigorously positioned and maintained relative to each other, which can give rise to complex and fragile assemblies.

Un deuxième inconvénient réside dans l'encombrement de ce système de focalisation qui peut être très important et qui compense défavorablement le faible encombrement des sources planes.A second drawback lies in the size of this focusing system which can be very large and which adversely compensates for the small size of the planar sources.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un système permettant de maîtriser la forme d'un faisceau de particules chargées, ce système étant susceptible d'avoir un faible encombrement et d'être fabriqué par les techniques de la micro-électronique.The object of the present invention is to remedy these drawbacks by proposing a system making it possible to control the shape of a beam of charged particles, this system being capable of having a small footprint and of being manufactured by the techniques of micro- electronic.

Ainsi, en particulier dans le cas d'une source à micro-pointes que l'on peut fabriquer par ces techniques de la micro-électronique, il est possible de réaliser en même temps que cette source le système objet de l'invention et d'intégrer ce dernier au substrat sur lequel cette source est déposée.Thus, in particular in the case of a microtip source which can be produced by these techniques of microelectronics, it is possible to produce at the same time as this source the system which is the subject of the invention and to integrate the latter into the substrate on which this source is deposited.

De cette manière il n'est plus nécessaire d'assembler mécaniquement la source et le système comme on le faisait dans la deuxième technique connue, mentionnée plus haut.In this way it is no longer necessary to mechanically assemble the source and the system as was done in the second known technique, mentioned above.

De façon précise, la présente invention a pour objet un système permettant de maîtriser la forme d'un faisceau de particules chargées, qui est issu d'une source de ces particules, cette source étant associée à une électrode collectrice prévue pour collecter ces particules, ce système étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins une zone résistive et au moins deux électrodes de commande, cette zone résistive et ces électrodes de commande étant disposées sensiblement au même niveau que la source, ces électrodes de commande étant en outre placées de part et d'autre de la zone résistive et prévues pour polariser celle-ci, le profil de résistance électrique de la zone résistive étant choisi de façon à avoir la répartition de potentiel permettant d'obtenir la forme voulue du faisceau issu de la source lorsque les électrodes de commande sont convenablement polarisées.Specifically, the subject of the present invention is a system making it possible to control the shape of a beam of charged particles, which comes from a source of these particles, this source being associated with a collecting electrode provided for collecting these particles, this system being characterized in that it comprises at least one resistive zone and at least two control electrodes, this resistive zone and these control electrodes being arranged substantially at the same level as the source, these control electrodes being further placed on either side of the resistive zone and provided for polarizing the latter, the electrical resistance profile of the resistive zone being chosen so as to have the potential distribution making it possible to obtain the desired shape of the beam coming from the source when the control electrodes are suitably polarized.

La forme du faisceau de particules chargées est modifiée en fonction de l'application choisie pour ce faisceau et, en particulier, en fonction de la structure de l'électrode collectrice (qui dépend de cette application).The shape of the charged particle beam is modified according to the application chosen for this beam and, in particular, according to the structure of the collecting electrode (which depends on this application).

On précise que, dans la présente invention, cette électrode collectrice peut être plane ou, au contraire, non plane.It is specified that, in the present invention, this collecting electrode can be planar or, on the contrary, non-planar.

Le nombre et la forme des électrodes de commande ainsi que les potentiels électriques qu'on leur applique peuvent être déterminés expérimentalement en fonction de la forme que l'on veut donner au faisceau de particules, éventuellement à l'aide d'un logiciel de simulation.The number and shape of the control electrodes and the electrical potentials their surface can be determined experimentally as a function of the shape to be given to the particle beam, possibly using simulation software.

On notera qu'il n'est possible de reconstituer le champ qu'impose une électrode de refocalisation non plane, par exemple du type électrode de Pierce, que si la répartition de potentiel dans un plan situé au niveau de la source est continûment variable. Un jeu d'électrodes distinctes ne permet d'obtenir que approximativement une telle répartition. Au contraire, la présente invention, qui utilise au moins une zone résistive, permet d'obtenir cette répartition continûment variable ou même une répartition continûment variable par parties.It will be noted that it is only possible to reconstitute the field imposed by a non-planar refocusing electrode, for example of the Pierce electrode type, only if the potential distribution in a plane situated at the level of the source is continuously variable. A set of separate electrodes makes it possible to obtain only approximately such a distribution. On the contrary, the present invention, which uses at least one resistive zone, makes it possible to obtain this continuously variable distribution or even a continuously variable distribution by parts.

Selon un mode de réalisation particulier du système objet de l'invention, ce système comprend une pluralité de zones résistives respectivement placées entre deux électrodes de commande, ces zones résistives étant alors séparées par au moins une électrode de commande.According to a particular embodiment of the system which is the subject of the invention, this system comprises a plurality of resistive zones respectively placed between two control electrodes, these resistive zones then being separated by at least one control electrode.

Dans le cas où deux zones résistives sont séparées l'une de l'autre par deux électrodes de commande distinctes, on peut réaliser un profil de potentiel discontinu à l'endroit de ces électrodes. Dans le cas où deux zones résistives sont séparées par une seule électrode de commande, on peut réaliser un profil de potentiel continu mais non nécessairement monotone.In the case where two resistive zones are separated from each other by two separate control electrodes, a discontinuous potential profile can be produced at the location of these electrodes. In the case where two resistive zones are separated by a single control electrode, it is possible to produce a profile of continuous potential but not necessarily monotonic.

Selon un autre mode de réalisation particulier, les différentes zones résistives présentent des profils de résistance différents.According to another particular embodiment, the different resistive zones have different resistance profiles.

Selon un autre mode de réalisation particulier, chaque zone résistive comprend une pluralité de zones résistives élémentaires dont les résistances électriques respectives sont différentes les unes des autres et qui sont comprises entre deux électrodes de commande.According to another particular embodiment, each resistive zone comprises a plurality of elementary resistive zones, the resistances of which respective electrical are different from each other and which are between two control electrodes.

Dans ce dernier cas, les épaisseurs respectives de ces zones résistives élémentaires et/ou les résistivités respectives de ces zones résistives élémentaires et/ou les surfaces résistives respectives de ces zones résistives élémentaires à longueurs égales peuvent être différentes les unes des autres et choisies de façon à obtenir les résistances électriques voulues.In the latter case, the respective thicknesses of these elementary resistive zones and / or the respective resistivities of these elementary resistive zones and / or the respective resistive surfaces of these elementary resistive zones at equal lengths can be different from one another and chosen so to obtain the desired electrical resistances.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, la source comprend une grille d'extraction des particules et cette grille constitue l'une des électrodes de commande et est située au centre du système, chaque autre électrode de commande entourant la source.In a particular embodiment of the invention, the source comprises a grid for extracting the particles and this grid constitutes one of the control electrodes and is located in the center of the system, each other control electrode surrounding the source.

Dans un autre mode de réalisation particulier, chaque électrode de commande entoure la source.In another particular embodiment, each control electrode surrounds the source.

Au moins une électrode de commande qui entoure la source peut être discontinue et former une pluralité d'électrodes de commande élémentaires. Dans ce cas, en plus de la maîtrise de la forme du faisceau, le système permet en outre de maîtriser l'orientation de ce faisceau en utilisant des potentiels électriques convenables, comme on le verra par la suite.At least one control electrode which surrounds the source may be discontinuous and form a plurality of elementary control electrodes. In this case, in addition to controlling the shape of the beam, the system also makes it possible to control the orientation of this beam by using suitable electrical potentials, as will be seen below.

Dans une autre réalisation particulière, la source comprend une grille d'extraction des particules et a une forme allongée suivant une direction, la grille constitue l'une des électrodes de commande et est située au centre du système et le système comprend au moins une autre électrode de commande, de forme allongée suivant cette direction, située de chaque côté de la source et au moins une zone résistive qui s'étend entre la grille et l'autre électrode de commande de chaque côté de la source.In another particular embodiment, the source comprises a grid for extracting the particles and has an elongated shape in one direction, the grid constitutes one of the control electrodes and is located in the center of the system and the system comprises at least one other control electrode, elongated in this direction, located on each side of the source and at least one resistive zone which extends between the grid and the other control electrode on each side of the source.

Dans une autre réalisation particulière, la source a une forme allongée suivant une direction et le système comprend au moins deux électrodes de commande, de forme allongée suivant cette direction, situées de chaque côté de la source, et au moins une couche résistive, placée entre les deux électrodes de chaque côté de la source.In another particular embodiment, the source has an elongated shape in a direction and the system comprises at least two control electrodes, of elongated shape in this direction, located on each side of the source, and at least one resistive layer, placed between the two electrodes on each side of the source.

Dans ces deux dernières réalisations particulières, le système permet aussi de maîtriser l'orientation du faisceau en plus de la forme de ce faisceau.In these last two particular embodiments, the system also makes it possible to control the orientation of the beam in addition to the shape of this beam.

Par ailleurs, dans le cas d'une source de forme allongée le nombre d'électrodes et de couches résistives de chaque côté de la source n'est pas forcément le même.Furthermore, in the case of a source of elongated shape, the number of electrodes and of resistive layers on each side of the source is not necessarily the same.

Dans un mode de réalisation avantageux du système objet de l'invention, ce système est intégré à la source de particules chargées lorsque ladite source est une source plane.In an advantageous embodiment of the system which is the subject of the invention, this system is integrated into the source of charged particles when said source is a planar source.

Enfin, les électrodes de commande peuvent être planes et situées sensiblement dans le plan de cette source.Finally, the control electrodes can be planar and located substantially in the plane of this source.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :

  • la figure 1, déjà décrite, est une vue schématique d'un système connu, permettant de focaliser un faisceau d'électrons divergents,
  • la figure 2 est une vue schématique d'un système de focalisation utile pour la compréhension de l'invention et comportant des électrodes de commande en forme d'anneaux concentriques,
  • la figure 3 est une vue schématique d'un autre système de focalisation utile pour la compréhension de l'invention et comportant des électrodes de commande de forme allongée,
  • la figure 4 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du système objet de l'invention, comportant une zone résistive comprise entre deux électrodes de commande,
  • la figure 5 illustre schématiquement, à l'aide de graphiques, diverses façons de réaliser cette zone résistive,
  • la figure 6 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier du système objet de l'invention, comportant d'autres électrodes de commande en plus des deux électrodes entre lesquelles se trouve la zone résistive,
  • la figure 7 illustre de façon schématique et partielle divers modes de réalisation particuliers du système objet de l'invention,
  • la figure 8 illustre schématiquement divers modes de réalisation des couches résistives par dépôt avec électrodes enterrées ou non et pour des couches d'épaisseur homogène ou non,
  • les figures 9 et 10 illustrent schématiquement et partiellement d'autres systèmes conformes à l'invention,
  • la figure 11 représente la simulation de la focalisation d'un faisceau d'électrons provenant d'une source ponctuelle, au moyen d'un système de focalisation,
  • la figure 12 représente la simulation de la focalisation en un point, d'un faisceau d'électrons provenant d'une source ponctuelle, à l'aide d'un autre système de focalisation, et
  • la figure 13 représente la simulation de la déflexion et de la focalisation en un point simultanées d'un faisceau d'électrons issu d'une source ponctuelle, au moyen d'un autre système de focalisation comportant des électrodes de commande de forme allongée.
The present invention will be better understood on reading the description of exemplary embodiments given below by way of purely indicative and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which:
  • FIG. 1, already described, is a schematic view of a known system, making it possible to focus a beam of divergent electrons,
  • FIG. 2 is a schematic view of a focusing system useful for understanding the invention and comprising control electrodes in form of concentric rings,
  • FIG. 3 is a schematic view of another focusing system useful for understanding the invention and comprising elongated control electrodes,
  • FIG. 4 is a schematic view of a particular embodiment of the system which is the subject of the invention, comprising a resistive zone comprised between two control electrodes,
  • FIG. 5 schematically illustrates, using graphics, various ways of making this resistive zone,
  • FIG. 6 is a schematic view of another particular embodiment of the system which is the subject of the invention, comprising other control electrodes in addition to the two electrodes between which the resistive zone is located,
  • FIG. 7 schematically and partially illustrates various particular embodiments of the system which is the subject of the invention,
  • FIG. 8 schematically illustrates various embodiments of the resistive layers by deposition with or without buried electrodes and for layers of homogeneous thickness or not,
  • FIGS. 9 and 10 schematically and partially illustrate other systems in accordance with the invention,
  • FIG. 11 represents the simulation of the focusing of an electron beam coming from a point source, by means of a focusing system,
  • FIG. 12 represents the simulation of the focusing at a point, of an electron beam coming from a point source, using another focusing system, and
  • FIG. 13 represents the simulation of the deflection and of the focusing at a simultaneous point of an electron beam coming from a point source, by means of another focusing system comprising control electrodes of elongated shape.

Sur la figure 2, on a représenté schématiquement un système qui est utile pour la compréhension de l'invention et qui permet de focaliser un faisceau d'électrons émis par une source électronique 10.FIG. 2 schematically represents a system which is useful for understanding the invention and which makes it possible to focus an electron beam emitted by an electronic source 10.

Cette source 10 est par exemple une source plane telle qu'une source à une micro-pointe 12 mais, dans d'autres réalisations, il pourrait y avoir bien entendu plusieurs micro-pointes.This source 10 is for example a flat source such as a source with a microtip 12 but, in other embodiments, there could of course be several microtips.

La source peut donc être 12 mais, dire de surface émissive petite dev voir bien de refocalisation, ou au contraireThe source can therefore be 12 but, say of small emissive surface, see well of refocusing, or on the contrary

La source 10 correspond à la source 2 de la figure 1 et l'on voit encore sur la figure 2 l'axe X selon lequel on souhaite que le faisceau émis par la source se propage, ainsi que l'ouverture initiale a de ce faisceau d'électrons.The source 10 corresponds to the source 2 in FIG. 1 and we can still see in FIG. 2 the X axis along which we want the beam emitted by the source to propagate, as well as the initial opening a of this beam. of electrons.

Ces électrons sont collectés par une anode 14 qui est encore plane dans l'exemple représenté sur la figure 2.These electrons are collected by an anode 14 which is still planar in the example shown in FIG. 2.

On cherche encore à focaliser le faisceau d'électrons en repoussant les électrons divergents en direction de l'axe X mais la force f qui repousse ces électrons vers l'axe X est obtenue grâce à des électrodes de commande 16 qui sont portées à des potentiels électriques appropriés.We are still trying to focus the electron beam by pushing the diverging electrons towards the X axis but the force f which pushes these electrons towards the X axis is obtained thanks to control electrodes 16 which are brought to potentials. appropriate electrical.

Les électrodes de commande 16 remplacent donc l'électrode de Pierce 8 de la figure 1.The control electrodes 16 therefore replace the Pierce electrode 8 of FIG. 1.

Cette électrode 8 est portée à un potentiel électrique V permettant d'engendrer un champ électrique qui repousse les électrons divergents vers l'axe X.This electrode 8 is brought to an electric potential V making it possible to generate an electric field which pushes the diverging electrons towards the X axis.

Les électrodes de commande 16 qui, dans l'exemple représenté, sont dans le plan de la source 10 et qui sont espacées les unes des autres, simulent approximativement une répartition continue de potentiel électrique dans le plan de la source 10 et permettent de recréer approximativement la forme de l'équipotentielle V qui est imposée par l'électrode de Pierce 8 de la figure 1.The control electrodes 16 which, in the example shown, are in the plane of the source 10 and which are spaced apart from each other, simulate approximately a continuous distribution of electrical potential in the plane of the source 10 and make it possible to recreate approximately the shape of the equipotential V which is imposed by the Pierce electrode 8 of FIG. 1.

On obtient alors approximativement la même forme de champ électrique et donc le même effet sur le faisceau d'électrons qui est émis par la source et qui est initialement divergent.We then obtain approximately the same form of electric field and therefore the same effect on the electron beam which is emitted by the source and which is initially divergent.

On voit aussi sur la figure 2 des moyens de polarisation 18 qui permettent de porter les diverses électrodes de commande 16 à des potentiels électriques qui sont différents les uns des autres et qui sont négatifs par rapport au niveau de potentiel auquel sont émis les électrons.FIG. 2 also shows polarization means 18 which make it possible to bring the various control electrodes 16 to electrical potentials which are different from each other and which are negative with respect to the potential level at which the electrons are emitted.

On voit aussi sur la figure 2 les liaisons électriques 20 qui relient respectivement les électrodes de commande 16 aux moyens de polarisation 18.FIG. 2 also shows the electrical connections 20 which respectively connect the control electrodes 16 to the biasing means 18.

Dans l'exemple représenté sur cette figure 2, la source d'électrons 10 comprend un substrat électriquement isolant 22, par exemple en verre, sur lequel est formée une couche de contact cathodique 24 par exemple en chrome.In the example shown in this FIG. 2, the electron source 10 comprises an electrically insulating substrate 22, for example made of glass, on which is formed a cathodic contact layer 24 for example made of chromium.

Sur cette dernière est formée une couche résistive 26 par exemple en silicium.On the latter is formed a resistive layer 26 for example of silicon.

Sur cette couche 26 est formée une couche électriquement isolante 28 par exemple en silice qui comporte un perçage dans lequel se trouve la micro-pointe 12 par exemple en molybdène, cette micro-pointe étant formée sur la couche résistive 26.On this layer 26 is formed an electrically insulating layer 28 for example of silica which has a hole in which the micro-tip 12 is located, for example made of molybdenum, this micro-tip being formed on the resistive layer 26.

Au sujet d'une telle structure de source, on pourra se reporter au document (7).Regarding such a source structure, reference may be made to document (7).

La source 10 comprend aussi une grille d'extraction 30.The source 10 also includes an extraction grid 30.

Des moyens de polarisation 19 sont prévus pour porter cette grille 30 à un potentiel permettant d'extraire les électrons de la micro-pointe 12.Polarization means 19 are provided for bringing this grid 30 to a potential allowing the electrons to be extracted from the micro-tip 12.

Dans l'exemple représenté sur la figure 2, l'axe de la micro-pointe 12 est l'axe X et la grille d'extraction 30 a la forme d'un disque dont l'axe est également cet axe X et qui est percé en son centre pour laisser passer les électrons extraits de la micro-pointe 12.In the example shown in FIG. 2, the axis of the microtip 12 is the X axis and the extraction grid 30 has the shape of a disc whose axis is also this X axis and which is pierced in its center to let the electrons extracted from micro-tip 12 pass.

Dans l'exemple représenté sur la figure 2, les électrodes de commande 16 sont des électrodes planes, en forme d'anneaux qui sont concentriques et qui ont l'axe X comme axe commun.In the example shown in FIG. 2, the control electrodes 16 are planar electrodes, in the form of rings which are concentric and which have the X axis as their common axis.

Ils sont ainsi centrés sur la source d'électrons.They are thus centered on the electron source.

Les électrodes de commande 16 sont formées, en même temps que la grille d'extraction 30, sur la couche isolante 28.The control electrodes 16 are formed, at the same time as the extraction grid 30, on the insulating layer 28.

Ainsi le système qui est représenté sur la figure 2 est intégré à la source 10.Thus the system which is represented in FIG. 2 is integrated into the source 10.

Sur la figure 3, on a représenté schématiquement un autre système qui est utile à la compréhension de l'invention et qui est destiné à focaliser un faisceau d'électrons émis par une source 32 plane et allongée.In Figure 3, there is shown schematically another system which is useful for understanding the invention and which is intended to focus an electron beam emitted by a flat and elongated source 32.

Il s'agit d'une source à micro-pointes comportant une rangée de micro-pointes 34 qui sont alignées (mais, dans d'autres réalisations, on pourrait avoir plusieurs rangées de telles micro-pointes).It is a source with microtips having a row of microtips 34 which are aligned (but, in other embodiments, one could have several rows of such microtips).

La source représentée sur la figure 3 comprend un substrat isolant 36, par exemple en verre, sur lequel est formée une couche de contact cathodique 38, par exemple en chrome.The source shown in FIG. 3 comprises an insulating substrate 36, for example made of glass, on which is formed a cathode contact layer 38, for example of chromium.

Sur cette dernière est formée une couche résistive 40 par exemple en silicium.On the latter is formed a resistive layer 40 for example of silicon.

Sur cette couche résistive est formée une couche isolante 42 par exemple en silice.On this resistive layer is formed an insulating layer 42 for example of silica.

Cette couche 42 comporte une rangée de trous dans lesquels se trouvent les micro-pointes 34 qui sont par exemple en molybdène et qui sont formées sur la couche résistive 40.This layer 42 has a row of holes in which the microtips 34 are located, which are for example made of molybdenum and which are formed on the resistive layer 40.

La source représentée sur la figure 3 comprend également une grille d'extraction 44 percée en regard des micro-pointes 34 et permettant d'extraire les électrons de ces micro-pointes 34.The source shown in FIG. 3 also includes an extraction grid 44 pierced opposite the microtips 34 and making it possible to extract the electrons from these microtips 34.

Cette grille 44 a la forme d'une barrette qui s'étend suivant la direction d'alignement des micro-pointes 34, comme on le voit sur la figure 3.This grid 44 has the form of a bar which extends in the direction of alignment of the microtips 34, as seen in FIG. 3.

Une anode 46, prévue pour collecter les électrons émis par les micro-pointes, est disposée en regard de la source 32.An anode 46, provided for collecting the electrons emitted by the micro-tips, is arranged opposite the source 32.

Le système qui est représenté sur la figure 3, comprend aussi des électrodes de commande 48 qui s'étendent suivant la direction d'alignement des micro-pointes 34 et qui sont disposées de part et d'autre de la grille d'extraction 44.The system which is shown in FIG. 3 also includes control electrodes 48 which extend in the direction of alignment of the microtips 34 and which are arranged on either side of the extraction grid 44.

Ces électrodes 48 sont formées en même temps que la grille d'extraction 44 sur la couche isolante 42.These electrodes 48 are formed at the same time as the extraction grid 44 on the insulating layer 42.

Le système de la figure 3 est ainsi intégré à la source d'électrons 32.The system of FIG. 3 is thus integrated into the electron source 32.

Dans l'exemple représenté sur la figure 3, la structure formée par ce système et la source est symétrique par rapport à la rangée de micro-pointes 34 (il y a autant d'électrodes 48 d'un côté de la grille que de l'autre côté de cette grille).In the example shown in FIG. 3, the structure formed by this system and the source is symmetrical with respect to the row of microtips 34 (there are as many electrodes 48 on one side of the grid as there are on the other side of this grid).

On voit également sur la figure 3 des moyens de polarisation 49 prévus pour porter la grille 44 à un potentiel approprié, permettant l'extraction des électrons, et également des moyens de polarisation 50 prévus pour porter les électrodes de commande 48 à des potentiels indépendants, différents les uns des autres, permettant de créer un champ électrique qui cause la focalisation du faisceau d'électrons émis par la source 32.FIG. 3 also shows polarization means 49 provided for bringing the grid 44 to an appropriate potential, allowing the extraction of electrons, and also polarization means 50 provided for bringing the control electrodes 48 to independent potentials, different from each other, making it possible to create an electric field which causes the focusing of the electron beam emitted by the source 32.

Les systèmes qui ont été décrits en faisant référence aux figures 2 et 3 permettent de simuler approximativement une variation continue de potentiel électrique à l'aide de plusieurs électrodes de commande.The systems which have been described with reference to FIGS. 2 and 3 make it possible to simulate approximately a continuous variation of electrical potential using several control electrodes.

Cependant, ces systèmes ne permettent pas de reconstituer le champ obtenu par une électrode de refocalisation non plane. Aussi l'invention propose des systèmes utilisant au moins une zone résistive entre des électrodes de commande afin d'obtenir une répartition de potentiel déterminée, adaptée à la forme voulue du faisceau de particules issu de la source.However, these systems do not allow the field obtained by a non-planar refocusing electrode to be reconstructed. The invention also proposes systems using at least one resistive zone between control electrodes in order to obtain a determined potential distribution, adapted to the desired shape of the particle beam coming from the source.

On a représenté sur la figure 4 un mode de réalisation particulier du système objet de l'invention qui est plus simple et utilise seulement deux électrodes de commande 52 et 54 ainsi qu'une zone résistive 56 qui est comprise entre ces électrodes 52 et 54 et polarisée par ces dernières.FIG. 4 shows a particular embodiment of the system which is the subject of the invention which is simpler and uses only two control electrodes 52 and 54 as well as a resistive area 56 which is between these electrodes 52 and 54 and polarized by them.

Le système représenté sur la figure 4 est prévu pour focaliser un faisceau d'électrons émis par une source d'électrons 58 qui, dans l'exemple représenté, est encore une source à micro-pointes 60.The system shown in FIG. 4 is designed to focus an electron beam emitted by an electron source 58 which, in the example shown, is still a microtip source 60.

Comme précédemment, cette source 58 comprend un substrat isolant 62 surmonté par une couche cathodique 64, elle-même surmontée par une couche résistive 66 sur laquelle sont formées les micro-pointes 60.As before, this source 58 comprises an insulating substrate 62 surmounted by a cathode layer 64, itself surmounted by a resistive layer 66 on which the microtips are formed. 60.

Une couche isolante 68 recouvre la couche 66 et comporte des trous dans lesquels se trouvent les micro-pointes 60.An insulating layer 68 covers the layer 66 and has holes in which the microtips 60 are located.

Comme dans le cas de la figure 2, la source de la figure 4 est circulaire.As in the case of Figure 2, the source of Figure 4 is circular.

Elle comporte, sur la couche isolante 68, une grille 70 en forme de disque qui est percée en regard des micro-pointes 60.It comprises, on the insulating layer 68, a grid 70 in the form of a disc which is pierced opposite the microtips 60.

Le système conforme à l'invention, qui est représenté sur la figure 4, est encore intégré à la source 58.The system according to the invention, which is shown in FIG. 4, is still integrated into the source 58.

Les électrodes de commande 52 et 54 forment des anneaux concentriques dont l'axe est celui du disque formé par la grille d'extraction 70.The control electrodes 52 and 54 form concentric rings whose axis is that of the disc formed by the extraction grid 70.

Ces électrodes 52 et 54 sont formées en même temps que cette grille 70, sur la couche isolante 68 après quoi la zone résistive 56, par exemple en silicium, est déposée sur la couche 68, entre les électrodes 52 et 54 tout en étant en contact avec ces électrodes 52 et 54.These electrodes 52 and 54 are formed at the same time as this grid 70, on the insulating layer 68 after which the resistive zone 56, for example made of silicon, is deposited on the layer 68, between the electrodes 52 and 54 while being in contact with these electrodes 52 and 54.

La répartition du potentiel dépend du profil de résistance de la zone 56.The potential distribution depends on the resistance profile of zone 56.

Une anode non représentée est prévue en regard de la source 58 pour collecter les électrons émis par les micro-pointes 60.An anode, not shown, is provided opposite the source 58 to collect the electrons emitted by the microtips 60.

Des moyens de polarisation non représentés sont également prévus pour polariser la grille 70 de façon à extraire les électrons et pour polariser également les électrodes 52 et 54 de façon à focaliser le faisceau divergent émis par la source.Polarization means, not shown, are also provided for polarizing the grid 70 so as to extract the electrons and for also polarizing the electrodes 52 and 54 so as to focus the divergent beam emitted by the source.

Il existe plusieurs solutions pour obtenir le profil de résistance électrique de la zone 56, qui permet la focalisation du faisceau d'électrons.There are several solutions for obtaining the electrical resistance profile of zone 56, which allows the focusing of the electron beam.

Ces diverses solutions sont illustrées par les parties A à F de la figure 5.These various solutions are illustrated by the parts A to F of figure 5.

La partie A de la figure 5 est une vue en coupe des électrodes 52 et 54 et de la zone résistive 56 par un plan qui contient l'axe de la source.Part A of FIG. 5 is a sectional view of the electrodes 52 and 54 and of the resistive zone 56 by a plane which contains the axis of the source.

La distance d d'un point à l'axe de cette source est repérée sur un axe parallèle à la coupe transversale que l'on voit sur cette partie A de la figure 5.The distance d from a point to the axis of this source is identified on an axis parallel to the cross section that can be seen in this part A of FIG. 5.

Dans l'exemple représenté sur cette dernière, on a supposé que la zone résistive 56 est formée de trois tronçons adjacents de zones résistives élémentaires T1, T2 et T3 de longueurs respectives L1, L2 et L3 (qui sont comptées suivant l'axe représenté sur la partie B de la figure 5).In the example shown on the latter, it has been assumed that the resistive area 56 is formed of three adjacent sections of elementary resistive areas T1, T2 and T3 of respective lengths L1, L2 and L3 (which are counted along the axis shown on part B of figure 5).

Les résistances électriques respectives de ces tronçons T1, T2 et T3 sont respectivement notées R1, R2 et R3.The respective electrical resistances of these sections T1, T2 and T3 are respectively denoted R1, R2 and R3.

Un exemple de profil de résistance électrique est montré sur le graphique de la partie B de la figure 5 où la résistance R1 du tronçon T1 (le plus proche de la source d'électrons) est inférieure à la résistance du tronçons T2, elle-même inférieure à la résistance du tronçon T3.An example of an electrical resistance profile is shown in the graph in part B of FIG. 5 where the resistance R1 of the section T1 (closest to the electron source) is less than the resistance of the sections T2, itself lower than the resistance of section T3.

Il y a en fait trois solutions pour obtenir un tel profil de résistance électrique, du fait de la formule : R = r x L x S⁻¹.

Figure imgb0001
There are actually three solutions to obtain such an electrical resistance profile, due to the formula: R = rx L x S⁻¹.
Figure imgb0001

Cette formule est applicable à chaque tronçon en donnant aux paramètres R, r, L et S l'indice convenable (1 ou 2 ou 3).This formula is applicable to each section by giving the parameters R, r, L and S the appropriate index (1 or 2 or 3).

Ces paramètres R, r, L et S représentant respectivement la résistance électrique, la résistivité du matériau utilisé, la longueur et la section de ce tronçon (la section S étant en fait une surface cylindrique dans l'exemple représenté).These parameters R, r, L and S respectively represent the electrical resistance, the resistivity of the material used, the length and the section of this section (section S being in fact a cylindrical surface in the example shown).

Le graphique de la partie C de la figure 5 montre l'obtention du profil de résistance souhaité en donnant respectivement aux tronçons T1, T2 et T3 des épaisseurs e1, e2 et e3 telles que : e1 > e2 > e3.

Figure imgb0002
The graph in part C of FIG. 5 shows that the desired resistance profile is obtained by giving the sections T1, T2 and T3 thicknesses e1, e2 and e3, respectively: e1>e2> e3.
Figure imgb0002

Dans l'exemple représenté, e1 est le double de e2 et e2 est le double de e3 (S1 est le double de S2 qui est le double de S3).In the example shown, e1 is the double of e2 and e2 is the double of e3 (S1 is the double of S2 which is the double of S3).

Le même profil de résistance électrique est obtenu, comme on le voit sur la partie D de la figure 5, en donnant respectivement aux tronçons T1, T2 et T3 des résistivités r1, r2 et r3 telles que : r1 < r2 < r3.

Figure imgb0003
The same electrical resistance profile is obtained, as seen in part D of FIG. 5, by giving the sections T1, T2 and T3 resistivities r1, r2 and r3 respectively such that: r1 <r2 <r3.
Figure imgb0003

Avec l'exemple que l'on a pris, r1 vaut la moitié de r2 et r2 vaut la moitié de r3.With the example we took, r1 is half of r2 and r2 is half of r3.

De telles variations de résistivité sont obtenues en faisant varier de façon appropriée le dopage du matériau constitutif de la zone résistive 56 ou en utilisant, pour chaque tronçon, des matériaux différents.Such resistivity variations are obtained by appropriately varying the doping of the material constituting the resistive zone 56 or by using, for each section, different materials.

La partie E de la figure 5, qui montre une partie de la zone résistive en vue de dessus, illustre le fait que l'on peut obtenir le même profil de résistance électrique en gravant par endroits la zone résistive d'épaisseur initialement homogène, de façon que la résistance du tronçon ainsi défini augmente en raison inverse de la surface résistive restante.Part E of FIG. 5, which shows part of the resistive zone in top view, illustrates the fact that the same electrical resistance profile can be obtained by etching in places the resistive zone of initially homogeneous thickness, of so that the resistance of the section thus defined increases in inverse ratio to the remaining resistive surface.

En reprenant l'exemple ci-dessus, à longueurs de tronçons égales, le tronçon T2 a une surface résistive deux fois moindre que le tronçon T1 et deux fois plus grande que le tronçon T3, de sorte qu'il est deux fois plus résistant que le tronçon T1 et deux fois moins résistant que le tronçon T3.Using the example above, with equal lengths of sections, the section T2 has a resistive surface twice less than the section T1 and twice as large as the section T3, so that it is twice more resistant than the section T1 and twice less resistant than the section T3.

En fait, on remarquera que la partie E de la figure 5 s'applique en toute rigueur à une zone résistive comprise entre deux électrodes de commande rectilignes, ce qui constitue un mode de réalisation particulier applicable à une source allongée du genre de celle de la figure 3 par exemple.In fact, it will be noted that part E of FIG. 5 applies in all rigor to a resistive zone comprised between two rectilinear control electrodes, which constitutes a particular embodiment applicable to an elongated source of the kind of that of the figure 3 for example.

On peut cependant transposer l'exemple de la partie E de la figure 5 au cas de la figure 4 en remplaçant les tronçons restilignes par des tronçons de disques.It is however possible to transpose the example of part E of FIG. 5 to the case of FIG. 4 by replacing the restilinear sections by disc sections.

Le graphique de la partie F de la figure 5 montre la variation du potentiel V en fonction de l'éloignement d par rapport à la source d'électrons.The graph in part F of FIG. 5 shows the variation of the potential V as a function of the distance d from the electron source.

Le potentiel de l'électrode 52 est noté V1 et le potentiel de l'électrode 54 est noté V2.The potential of the electrode 52 is noted V1 and the potential of the electrode 54 is noted V2.

Avec le profil de résistance représenté sur la partie B de la figure 5 et V1>V2, on remarquera que le potentiel diminue de façon monotone lorsqu'on va du tronçon T1 jusqu'au tronçon T3.With the resistance profile represented in part B of FIG. 5 and V1> V2, it will be noted that the potential decreases monotonically when one goes from the section T1 to the section T3.

Le système conforme à l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 6, diffère du système qui est représenté sur la figure 3 par le fait qu'une zone résistive 72 est formée entre les deux électrodes de commande 48 qui sont situées d'un côté de la rangée de micro-pointes et qui sont les plus proches de ces micro-pointes, une zone résistive 72 étant également formée entre les deux électrodes de commande qui sont les plus proches de la rangée de micro-pointes mais placées de l'autre côté de cette dernière.The system according to the invention, which is schematically shown in Figure 6, differs from the system which is shown in Figure 3 in that a resistive zone 72 is formed between the two control electrodes 48 which are located one side of the row of micro-tips and which are closest to these micro-tips, a resistive zone 72 is also formed between the two control electrodes which are closest to the row of micro-tips but placed from the on the other side of the latter.

On a ainsi non seulement deux électrodes de commande entre lesquelles se trouve la zone résistive mais également d'autres électrodes de commande (qui sont portées à des potentiels électriques appropriés pour la focalisation du faisceau d'électrons).There are thus not only two control electrodes between which is the resistive zone but also other control electrodes (which are brought to electrical potentials suitable for focusing the electron beam).

Dans un autre mode de réalisation particulier non représenté, dérivé du système de la figure 2, la zone résistive est formée entre les deux électrodes concentriques qui sont les plus proches de la source d'électrons 10.In another particular embodiment, not shown, derived from the system of FIG. 2, the resistive zone is formed between the two concentric electrodes which are closest to the electron source 10.

Le système objet de l'invention est utilisable pour d'autres applications que la focalisation d'un faisceau d'électrons.The system which is the subject of the invention can be used for other applications than the focusing of an electron beam.

Dans le cas où la source d'électrons est de dimensions réduites par rapport au système conforme à l'invention dont est munie cette source, il est possible d'obtenir, au lieu d'un faisceau d'électrons parallèle, un spot concentré ou refocalisé en un endroit précis.In the case where the electron source is of reduced dimensions compared to the system according to the invention with which this source is provided, it is possible to obtain, instead of a parallel electron beam, a concentrated spot or refocused in a specific place.

Il est possible de pincer le faisceau à l'endroit voulu en réglant, de manière appropriée, les potentiels des électrodes de commande.It is possible to pinch the beam at the desired location by appropriately adjusting the potentials of the control electrodes.

Dans le cas où l'on travaille avec un système conforme à l'invention, de forme allongée (cas de la figure 6), il est possible d'imposer des profils de potentiel électrique différents à deux ou plusieurs zones résistives situées de part et d'autre de la source d'électrons.In the case where one works with a system according to the invention, of elongated shape (case of FIG. 6), it is possible to impose different electrical potential profiles on two or more resistive zones situated on either side. else from the electron source.

Le faisceau d'électrons subit alors une déviation en plus d'une focalisation.The electron beam then undergoes a deflection in addition to a focusing.

On dispose ainsi d'un système permettant la déflexion d'un faisceau d'électrons.We thus have a system allowing the deflection of an electron beam.

L'intérêt des électrodes de commande que l'on voit sur les figures 4 et 6 réside dans le fait qu'elles peuvent être formées directement sur une cathode émissive.The advantage of the control electrodes that can be seen in FIGS. 4 and 6 lies in the fact that they can be formed directly on an emissive cathode.

On dispose ainsi d'une optique de focalisation qui est intégrée à la source d'électrons, qui peut être parfaitement positionnée par gravure et qui n'ajoute pas d'encombrement à celui, déjà faible, de la source.There is thus a focusing optic which is integrated with the electron source, which can be perfectly positioned by etching and which does not add bulk to that, already small, of the source.

On obtient donc un ensemble très compact qui, dans certains cas, permet de plus la déflexion du faisceau d'électrons.We therefore obtain a very compact assembly which, in certain cases, also allows the deflection of the electron beam.

On considère dans ce qui suit divers modes de réalisation particuliers de l'invention.In the following, various particular embodiments of the invention are considered.

On a vu que l'invention permet de maîtriser un faisceau de particules chargées issu d'une source de ces particules (une source d'ions par exemple) en recréeant les équipotentielles qu'on obtiendrait en utilisant une ou plusieurs électrodes de refocalisation non planes comme la cathode de Pierce. Ces cathodes non-planes sont jusqu'à présent les seules qui permettent de refocaliser rigoureusement des faisceaux de forme quelconque.We have seen that the invention makes it possible to control a beam of charged particles originating from a source of these particles (a source of ions for example) by recreating the equipotentials that would be obtained by using one or more non-planar refocusing electrodes. like Pierce's cathode. These non-planar cathodes are so far the only ones which make it possible to rigorously refocus beams of any shape.

L'invention permet, notamment dans le cas de sources planes, de recréer le champ nécessaire à la maîtrise du faisceau émis, à l'aide d'un système qui peut être formé par des techniques de microélectronique.The invention makes it possible, in particular in the case of plane sources, to recreate the field necessary for controlling the emitted beam, using a system which can be formed by microelectronic techniques.

Les sources planes dont on veut maîtriser les faisceaux peuvent être de forme quelconque, selon les possibilités de la technologie de fabrication de ces sources.The planar sources whose beams are to be controlled can be of any shape, depending on the possibilities of the technology for manufacturing these sources.

Les formes des systèmes permettant la maîtrise des faisceaux issus de ces sources peuvent être également quelconques.The forms of the systems allowing the control of the beams coming from these sources can also be any.

Dans ce qui suit, on montre à titre d'exemple des modes de réalisation de l'invention pour des sources ponctuelles ou allongées, avec des systèmes de maîtrise de faisceaux respectivement concentriques ou allongés de part et d'autre des sources.In what follows, we show by way of example embodiments of the invention for point or elongated sources, with systems for controlling respectively concentric or elongated beams on either side of the sources.

Pour obtenir une répartition de potentiel continûment variable dans le plan de telles sources, on a vu que l'invention utilise au moins une zone résistive polarisée à ses extrémités par deux électrodes.To obtain a potential distribution continuously variable in the plane of such sources, we have seen that the invention uses at least one resistive zone polarized at its ends by two electrodes.

Celles-ci peuvent être visibles (voir la partie A de la figure 8 où les électrodes portent les références 74 et 76, où la zone résistive porte la référence 78 et où le substrat sur lequel cette zone et les électrodes sont formées porte la référence 79) ou bien ces électrodes peuvent être enterrées (voir la partie B de la figure 8).These can be visible (see part A of FIG. 8 where the electrodes bear the references 74 and 76, where the resistive zone bears the reference 78 and where the substrate on which this zone and the electrodes are formed bears the reference 79 ) or these electrodes can be buried (see part B of figure 8).

Pour obtenir la répartition de potentiel souhaitée, on peut, comme on l'a vu précédemment, utiliser une ou plusieurs zones résistives éventuellement différentes formées respectivement par une ou plusieurs zones résistives élémentaires de résistivités différentes obtenues par des techniques diverses et/ou on peut utiliser une ou plusieurs zones résistives (séparées par une ou plusieurs électrodes de commande) de résistivités différentes ou identiques.To obtain the desired potential distribution, it is possible, as we have seen previously, to use one or more possibly different resistive zones formed respectively by one or more elementary resistive zones of different resistivities obtained by various techniques and / or one can use one or more resistive zones (separated by one or more control electrodes) of different or identical resistivities.

1) La technique qui consiste à former une ou plusieurs zones résistives séparées par des électrodes polarisées à des potentiels bien choisis est schématiquement illustrée par les parties A à F de la figure 7 ; les parties A, C et E sont relatives à des électrodes circulaires entourant une source 80 tandis que les parties B, D et F sont relatives à des électrodes rectilignes placées de part et d'autre d'une source rectiligne 82. La référence 81 représente le substrat sur lequel la source et les électrodes sont formées. Dans les figures présentées, les zones résistives sont disposées de façon symétrique de part et d'autre de la source mais il est également possible de mettre en oeuvre des moyens de maîtrise du faisceau dissymétriques.1) The technique which consists in forming one or more resistive zones separated by polarized electrodes at well chosen potentials is schematically illustrated by parts A to F of FIG. 7; parts A, C and E relate to circular electrodes surrounding a source 80 while parts B, D and F relate to rectilinear electrodes placed on either side of a rectilinear source 82. The reference 81 represents the substrate on which the source and the electrodes are formed. In the figures presented, the resistive zones are arranged symmetrically on either side of the source, but it is also possible to use means for controlling the asymmetrical beam.

On peut ainsi obtenir des profils de potentiel linéaires par parties.One can thus obtain linear potential profiles by parts.

Dans un premier mode de réalisation (parties A et B de la figure 7), on définit une seule zone résistive 84 polarisée par deux électrodes 86 et 88 (on notera que, pour la partie B, cette structure 84-86-88 est répétée de part et d'autre de la source 82).In a first embodiment (parts A and B of FIG. 7), a single resistive area 84 is polarized by two electrodes 86 and 88 (it will be noted that, for part B, this structure 84-86-88 is repeated on both sides of the source 82).

Dans un deuxième mode de réalisation (parties C et D de la figure 7), on a représenté deux zones résistives 90a et 90b séparées par une électrode de polarisation 92, deux autres électrodes de polarisation 94 et 96 sont déposées de part et d'autre des zones résistives pour permettre finalement d'obtenir deux zones indépendantes où les gradients de potentiels peuvent être imposés indépendamment l'un de l'autre.In a second embodiment (parts C and D of FIG. 7), two resistive zones 90a and 90b have been shown separated by a polarization electrode 92, two other polarization electrodes 94 and 96 are deposited on either side resistive zones to finally make it possible to obtain two independent zones where the potential gradients can be imposed independently of one another.

On notera que, pour la partie D, la structure 90a, 90b-92-94-96 est répétée de part et d'autre de la source 82.It will be noted that, for part D, the structure 90a, 90b-92-94-96 is repeated on either side of the source 82.

En variante, on pourrait former deux zones 90a et 90b de résistances différentes, séparées par l'électrode 92 et encadrées par les électrodes 94 et 96.As a variant, two zones 90a and 90b of different resistances could be formed, separated by the electrode 92 and surrounded by the electrodes 94 and 96.

On pourrait également avoir plusieurs zones résistives encadrées respectivement par des électrodes de commande distinctes des zones résistives avec les électrodes de commande associées à ces zones et des électrodes de commande non associées à des zones résistives.There could also be several resistive zones framed respectively by control electrodes distinct from the resistive zones with the control electrodes associated with these zones and control electrodes not associated with resistive zones.

Dans un troisième mode de réalisation (parties E et F de la figure 7), la source 80 ou 82 possède une grille d'extraction 98 ou 100.In a third embodiment (parts E and F of FIG. 7), the source 80 or 82 has an extraction grid 98 or 100.

Cette grille joue le rôle d'une électrode de polarisation qui peut comme représenté sur ces figures être associée à une zone résistive.This grid plays the role of a polarization electrode which can, as shown in these figures, be associated with a resistive zone.

On peut également concevoir une combinaison des deuxième et troisième modes de réalisation.We can also design a combination of the second and third embodiments.

2) La deuxième technique qui consiste à déposer entre deux électrodes une pluralité de zones résistives élémentaires de résistances différentes afin d'obtenir des profils de potentiels linéaires par parties et monotones est schématiquement illustrées par les parties G, H et I, J de la figure 7 où apparaissent deux zones résistives élémentaires 84a et 84b de résistances différentes. Ces parties G, H, I, J sont respectivement les homologues des parties A, B, E, F de la figure 7, la zone 84 étant ici remplacée par les zones 84a et 84b.2) The second technique which consists in depositing between two electrodes a plurality of elementary resistive zones of different resistances in order to obtain profiles of linear potentials by parts and monotones is schematically illustrated by the parts G, H and I, J of the figure 7 where two elementary resistive zones 84a and 84b of different resistances appear. These parts G, H, I, J are respectively the counterparts of parts A, B, E, F of FIG. 7, the zone 84 here being replaced by the zones 84a and 84b.

Plusieurs façons de mettre en oeuvre cette deuxième technique sont possibles et ont en fait déjà été considérées dans la description de la figure 5 : pour obtenir des zones de résistances différentes, on peut

  • a) déposer plusieurs matériaux de résistivités différentes (voir la partie D de la figure 5) ou un seul matériau dopé différemment dans chaque zone élémentaire,
  • b) ou déposer une couche d'épaisseur homogène d'un seul matériau et en le gravant localement (voir la partie E de la figure 5),
  • c) ou déposer plusieurs couches d'épaisseurs différentes d'un même matériau (voir la partie C de la figure 5),
  • d) ou en combinant 2 ou 3 de ces façons.
Several ways of implementing this second technique are possible and have in fact already been considered in the description of FIG. 5: to obtain zones of different resistances, it is possible to
  • a) depositing several materials of different resistivities (see part D of FIG. 5) or a single material doped differently in each elementary zone,
  • b) or deposit a layer of homogeneous thickness of a single material and by locally etching it (see part E of FIG. 5),
  • c) or deposit several layers of different thicknesses of the same material (see part C of FIG. 5),
  • d) or by combining 2 or 3 in these ways.

Pour la façon de procéder indiquée au paragraphe c), il est possible de déposer indépendamment les unes des autres des couches d'épaisseur différentes (voir la partie C de la figure 8 où l'on voit deux couches 78a et 78b d'épaisseurs différentes) ou bien de former des surépaisseurs par recouvrement de couches (voir la partie D de la figure 8 où la couche 78c est recouverte par la couche 78d).For the procedure indicated in paragraph c), it is possible to deposit independently of each other layers of different thickness (see part C of FIG. 8 where we see two layers 78a and 78b of different thicknesses ) or to form extra thicknesses by covering layers (see part D of the figure 8 where layer 78c is covered by layer 78d).

Dans certains modes de réalisation particuliers, l'invention permet à la fois de focaliser et de défléchir un faisceau issu d'une source.In certain particular embodiments, the invention makes it possible both to focus and to deflect a beam coming from a source.

Dans le cas d'une source d'ions de forme allongée (du genre de la figure 6), avec des zones résistives situées de part et d'autre de cette source, on défléchit le faisceau d'un côté en imposant un potentiel légèrement plus attractif pour les ions (c'est-à-dire plus élevé dans le cas des ions chargés négativement, moins élevé dans le cas des ions chargés positivement) à la zone résistive située de ce même côté.In the case of an elongated ion source (of the kind of FIG. 6), with resistive zones situated on either side of this source, the beam is deflected on one side by imposing a slightly more attractive to ions (ie higher in the case of negatively charged ions, lower in the case of positively charged ions) to the resistive zone situated on this same side.

Dans le cas d'une source entourée d'une ou plusieurs zones résistives (voir parties A et C de la figure 7), la déflexion peut être combinée à la refocalisation en morcelant la zone résistive par la division d'une électrode de commande en plusieurs électrodes de polarisation élémentaires imposant des profils de potentiels différents sur les différents côtés de cette zone.In the case of a source surrounded by one or more resistive zones (see parts A and C of FIG. 7), the deflection can be combined with refocusing by breaking up the resistive zone by dividing a control electrode into several elementary polarization electrodes imposing profiles of different potentials on the different sides of this area.

Dans le cas de la figure 9, l'électrode de polarisation centrale 86 et les quatre électrodes de polarisation élémentaires périphériques 88a, 88b, 88c et 88d permettent de définir quatre zones résistives élémentaires.In the case of FIG. 9, the central polarization electrode 86 and the four elementary peripheral polarization electrodes 88a, 88b, 88c and 88d make it possible to define four elementary resistive zones.

La zone résistive élémentaire définie par l'électrode de polarisation centrale 86 et l'électrode de refocalisation 88b est ici le quart de la zone résistive 84.The elementary resistive zone defined by the central polarization electrode 86 and the refocusing electrode 88b is here a quarter of the resistive zone 84.

On voit qu'en imposant grâce à l'électrode 88b un potentiel plus attractif pour les ions dans cette zone, on défléchit le faisceau du côté de cette électrode 88b.We see that by imposing thanks to the electrode 88b a more attractive potential for the ions in this zone, the beam is deflected on the side of this electrode 88b.

Un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention est représenté sur la figure 10.A particularly embodiment advantageous of the invention is shown in Figure 10.

Dans ce mode de réalisation, on cherche à maîtriser le faisceau d'électrons issu d'une source à micropointes à effet de champ selon le document (7) par exemple.In this embodiment, it is sought to control the electron beam from a field effect microtip source according to document (7) for example.

Sur un substrat 102 sont déposées les micropointes 104 au fond de trous 106 formés à travers la grille d'extraction 108 dans une couche isolante 110.On a substrate 102 are deposited the microtips 104 at the bottom of holes 106 formed through the extraction grid 108 in an insulating layer 110.

Les pointes 104 sont alimentées par les électrodes 112 à travers la couche résistive 114.The tips 104 are supplied by the electrodes 112 through the resistive layer 114.

Autour de la zone délimitée par les bords 116 de la grille 108 et regroupant plusieurs micropointes, on peut déposer un système de maîtrise du faisceau conforme à l'invention, constitué de la couche résistive 118 au dessus de laquelle on dépose l'électrode de polarisation 120.Around the area delimited by the edges 116 of the grid 108 and grouping together several microtips, it is possible to deposit a beam control system according to the invention, consisting of the resistive layer 118 above which the polarization electrode is deposited. 120.

La grille d'extraction 108 joue dans ce cas le rôle d'électrode de polarisation centrale de la zone résistive.The extraction grid 108 plays in this case the role of central polarization electrode of the resistive zone.

Le contact de la grille d'extraction (non représenté) peut dans ce cas être facilement amené depuis la périphérie de la source grâce à l'empilement des couches et la différence de niveau entre les électrodes 108 et 120.The contact of the extraction grid (not shown) can in this case be easily brought from the periphery of the source thanks to the stacking of the layers and the difference in level between the electrodes 108 and 120.

Pour réaliser un système conforme à l'invention, on peut utiliser des logiciels de simulation.To make a system according to the invention, simulation software can be used.

Chacune des figures 11 à 13 illustre une simulation de focalisation d'un faisceau d'électrons.Each of FIGS. 11 to 13 illustrates a simulation of focusing of an electron beam.

Par souci de simplification, on n'a pas représenté le détail des éléments constitutifs des moyens de maîtrise du faisceau d'électrons (électrodes de commande et zones résistives).For the sake of simplification, the details of the constituent elements of the means for controlling the electron beam have not been shown (control electrodes and resistive zones).

Dans chacune de ces figures, on a considéré une source à micro-pointes pourvue d'une grille d'extraction G.In each of these figures, we have considered a microtip source provided with an extraction grid G.

La figure 11 correspond au cas d'une source ponctuelle ou très peu étendue par rapport aux dimensions de l'optique de refocalisation), c'est-à-dire qui utilise une ou quelques micro-pointes comme dans le cas de la figure 2.FIG. 11 corresponds to the case of a point source or very small in relation to the dimensions of the refocusing optic), that is to say which uses one or a few microtips as in the case of FIG. 2 .

Les moyens MF de maîtrise du faisceau (électrodes de commande et zones résistives) dans le cas de cette figure sont portés à des potentiels tels que les trajectoires des électrons soient parallèles entre elles.The means MF for controlling the beam (control electrodes and resistive zones) in the case of this figure are brought to potentials such that the trajectories of the electrons are parallel to each other.

Les figures 12 et 13 illustrent encore le cas d'une source à micro-pointes qui est ponctuelle ou très peu étendue et qui est munie d'un système de focalisation comportant des électrodes de commande.Figures 12 and 13 further illustrate the case of a microtip source which is point or very small and which is provided with a focusing system comprising control electrodes.

Dans le cas de la figure 12, on applique aux électrodes de commande des potentiels tels que le faisceau se trouve focalisé en un point situé sur l'anode collectrice AC faisant face à la source. Dans le cas de la figure 13, on montre la possibilité de dévier ce faisceau vers un autre point de l'anode sans perdre la propriété de focalisation.In the case of FIG. 12, potentials are applied to the control electrodes such that the beam is focused at a point located on the collecting anode AC facing the source. In the case of FIG. 13, the possibility of deflecting this beam towards another point of the anode is shown without losing the focusing property.

On peut ainsi focaliser le faisceau émis par la source d'électrons.We can thus focus the beam emitted by the electron source.

Dans le cas de la figure 13, la source est du genre de celle de la figure 3, les électrodes de commande ayant ainsi une forme allongée.In the case of FIG. 13, the source is of the kind of that of FIG. 3, the control electrodes thus having an elongated shape.

DOCUMENTS CITESCITED DOCUMENTS

  • (1) G. Chauvet, R. Baptist, Journ. of Electr. Spec. and Rel. Phen. 24, 255 (1981).(1) G. Chauvet, R. Baptist, Journ. of Electr. Spec. and Rel. Phen. 24, 255 (1981).
  • (2) Th. Fauster, F.J. Himpsel, J.J. Donelon and A. Marx, Rev. Sci. Instr. 54, 68 (1983).(2) Th. Fauster, F.J. Himpsel, J.J. Donelon and A. Marx, Rev. Sci. Instr. 54, 68 (1983).
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  • (4) J. R. Pierce. Theory and Design of Electron Beams. (D. Van Norstand, New-York, 1954).(4) J. R. Pierce. Theory and Design of Electron Beams. (D. Van Norstand, New-York, 1954).
  • (5) H.Z. Sar-El. Revised Theory of Pierce-type Electron Guns. Nucl. Instr and Meth.203 (1982) 21-33.(5) H.Z. Sar-El. Revised Theory of Pierce-type Electron Guns. Nucl. Instr and Meth. 203 (1982) 21-33.
  • (6) H.C. Lange. Entwicklung und Aufbau eines Spektrometers für inverse Photoemission mit variabler Photonenenergie. Freien Universität Berlin (1988).(6) H.C. Lange. Entwicklung und Aufbau eines Spektrometers für inverse Photoemission mit variabler Photonenenergie. Freien Universität Berlin (1988).
  • (7) Demande de brevet français n° 8715432 du 6 novembre 1987 - voir aussi US-A-4940916.(7) French patent application n ° 8715432 of November 6, 1987 - see also US-A-4940916.
  • (8) H. Gundel, H.Riege, J.Handerek and K. Zioutas. Low pressure hollow cathode switch triggered by a pulsed electron beam emitted from ferroelectrics. Appl. Phys. Letters, 54(21), 2971-3 (1989).(8) H. Gundel, H. Riege, J. Handerek and K. Zioutas. Low pressure hollow cathode switch triggered by a pulsed electron beam emitted from ferroelectrics. Appl. Phys. Letters, 54 (21), 2971-3 (1989).
  • (9) G.G.P. Van Gorkom and A.M.E. Hoeberechts. Silicon cold Cathodes. Philip Technical Review. Vol 43, n°3, Jan 1987.(9) G.G.P. Van Gorkom and A.M.E. Hoeberechts. Silicon cold Cathodes. Philip Technical Review. Vol 43, n ° 3, Jan 1987.

Claims (14)

Système permettant de maîtriser la forme d'un faisceau de particules chargées, qui est issu d'une source (32, 70, 80, 82) de ces particules, cette source étant associée à une électrode collectrice prévue pour collecter ces particules, ce système étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins une zone résistive (56; 72; 78; 78a, 78b; 78c, 78d; 84,; 84a, 84b; 90a, 90b; 118) et au moins deux électrodes de commande (48; 52, 54; 74, 76; 88; 86, 88a à 88b; 92, 94, 96; 88, 98; 88, 100; 108, 120), cette zone résistive et ces électrodes de commande étant disposées sensiblement au même niveau que la source, ces électrodes de commande étant en outre placées de part et d'autre de la zone résistive et prévues pour polariser celle-ci, le profil de résisitance électrique de la zone résistive étant choisi de façon à avoir la répartition de potentiel permettant d'obtenir la forme voulue du faisceau issu de la source lorsque les électrodes de commande sont convenablement polarisées.System for controlling the shape of a beam of charged particles, which comes from a source (32, 70, 80, 82) of these particles, this source being associated with a collecting electrode provided for collecting these particles, this system being characterized in that it comprises at least one resistive zone (56; 72; 78; 78a, 78b; 78c, 78d; 84 ,; 84a, 84b; 90a, 90b; 118) and at least two control electrodes (48 ; 52, 54; 74, 76; 88; 86, 88a to 88b; 92, 94, 96; 88, 98; 88, 100; 108, 120), this resistive zone and these control electrodes being arranged at substantially the same level as the source, these control electrodes being also placed on either side of the resistive zone and provided for polarizing the latter, the electrical resistance profile of the resistive zone being chosen so as to have the potential distribution allowing to obtain the desired shape of the beam from the source when the control electrodes are suitably t polarized. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de zones résistives respectivement placées entre deux électrodes de commande, ces zones résistives étant alors séparées par au moins une électrode de commande.System according to claim 1, characterized in that it comprises a plurality of resistive zones respectively placed between two control electrodes, these resistive zones then being separated by at least one control electrode. Système selon la revendication 2 , caractérisé en ce que les différentes zones résistives présentent des profils de résistance différents.System according to claim 2, characterized in that the different resistive zones have different resistance profiles. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque zone résistive comprend une pluralité de zones résistives élémentaires (84a, 84b) dont les résistances électriques respectives sont différentes les unes des autres et qui sont comprises entre deux électrodes de commande (86, 88; 88, 98).System according to claim 1, characterized in that each resistive zone comprises a plurality of elementary resistive zones (84a, 84b) whose respective electrical resistances are different from each other and which are between two control electrodes (86, 88; 88, 98). Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que les épaisseurs respectives de ces zones résistives élémentaires sont différentes les unes des autres et choisies de façon à obtenir les résistances électriques voulues.System according to claim 4, characterized in that the respective thicknesses of these elementary resistive zones are different from each other and chosen so as to obtain the desired electrical resistances. Système selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les résistivités respectives de ces zones résistives élémentaires sont différentes les unes des autres et choisies de façon à obtenir les résistances électriques voulues.System according to either of Claims 4 and 5, characterized in that the respective resistivities of these elementary resistive zones are different from each other and chosen so as to obtain the desired electrical resistances. Système selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les surfaces résistives respectives de ces zones résistives élémentaires à longueurs égales sont différentes les unes des autres et choisies de façon à obtenir les résistances électriques voulues.System according to any one of Claims 4 to 6, characterized in that the respective resistive surfaces of these elementary resistive zones of equal length are different from each other and chosen so as to obtain the desired electrical resistances. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, la source comprenant une grille (98, 108) d'extraction des particules, cette grille constitue l'une des électrodes de commande et est située au centre du système, chaque autre électrode de commande (88, 120) entourant la source.System according to any one of Claims 1 to 7, characterized in that, the source comprising a grid (98, 108) for extracting the particles, this grid constitutes one of the control electrodes and is located in the center of the system , each other control electrode (88, 120) surrounding the source. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque électrode de commande entoure la source.System according to any one of Claims 1 to 7, characterized in that each control electrode surrounds the source. Système selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'au moins une électrode de commande qui entoure la source est discontinue et forme une pluralité d'électrodes de commandes élémentaires (88a à 88d).System according to either of Claims 8 and 9, characterized in that at least one control electrode which surrounds the source is discontinuous and forms a plurality of elementary control electrodes (88a to 88d). Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, la source comprenant une grille (100) d'extraction des particules et ayant une forme allongée suivant une direction, cette grille constitue l'une des électrodes de commande et est située au centre du système, et le système comprend au moins une autre électrode de commande (88), de forme allongée suivant cette direction, située de chaque côté de la source et au moins une zone résistive (84) qui s'étend entre la grille et l'autre électrode de commande de chaque côté de la source.System according to any one of Claims 1 to 7, characterized in that the source comprising a grid (100) for extracting the particles and having an elongated shape in one direction, this grid constitutes one of the control electrodes and is located in the center of the system, and the system comprises at least one other control electrode (88), of elongated shape in this direction, located on each side of the source and at least one resistive zone (84) which extends between the grid and the other control electrode on each side of the source. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, la source (32, 82) ayant une forme allongée suivant une direction, le système comprend au moins deux électrodes de commande (48; 86, 88), de forme allongée suivant cette direction, situées de chaque côté de la source, et au moins une couche résistive (72; 84), placée entre les deux électrodes de chaque côté de la source.System according to any one of Claims 1 to 7, characterized in that, the source (32, 82) having an elongated shape in one direction, the system comprises at least two control electrodes (48; 86, 88), of elongated shape in this direction, located on each side of the source, and at least one resistive layer (72; 84), placed between the two electrodes on each side of the source. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il est intégré à la source de particules chargées, cette source étant une source plane.System according to any one of Claims 1 to 12, characterized in that it is integrated into the source of charged particles, this source being a planar source. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les électrodes de commande sont planes et situées sensiblement dans le plan de la source.System according to any one of Claims 1 to 13, characterized in that the control electrodes are planar and situated substantially in the plane of the source.
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