EP1702345A2 - Dispositif d'emission electronique multifaisceaux hybride a divergence controlee - Google Patents

Dispositif d'emission electronique multifaisceaux hybride a divergence controlee

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EP1702345A2
EP1702345A2 EP04816492A EP04816492A EP1702345A2 EP 1702345 A2 EP1702345 A2 EP 1702345A2 EP 04816492 A EP04816492 A EP 04816492A EP 04816492 A EP04816492 A EP 04816492A EP 1702345 A2 EP1702345 A2 EP 1702345A2
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EP
European Patent Office
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diaphragm
openings
electron
current
opening
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Withdrawn
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EP04816492A
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German (de)
English (en)
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Yohan Desieres
Pierre Nicolas
Charlotte Gillot
Serge Gidon
Jean-Luc Martin
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Definitions

  • the present invention relates to electronic emission devices emitting electron beams, and more particularly to an ultibeam emission device comprising several sources of electron emission capable of emitting several electron beams in parallel, with a system to focus these electron beams.
  • electronic emission devices are used as means of observation and microscopic analysis, better known under the name of scanning electron microscopy (SEM), as means of exposure and engraving (lithography) , especially in the lithography of integrated circuits, or as test and measurement means, or as writing or storage means.
  • SEM scanning electron microscopy
  • lithography means of exposure and engraving
  • single-source electronic emission devices are also used, emitting a single electron beam.
  • Industrial applications are considerably limited by the use of single-source devices which offer only a small accessible field surface and a low speed for writing / writing integrated circuits.
  • each column 10 consists of an electron field emission tip 12, associated with an extraction grid 13, a diaphragm 14 and a series of Einzel microlenses 15, 16, 17 to focus the electron beam, and to a group of several lateral deflectors 18 for deflecting the beam so as to obtain an electron focal point which scans a small surface on a patch of substrate 1000 corresponding to the integrated circuit chip 100 to be etched .
  • Each column comprises an assembly of electrostatic silicon microlenses, produced independently by MEMS technology (ElectroMechanical Microsystem, in English "Micro Electro Mechanical System").
  • Each column also has a double feedback system, on the one hand between the field emission tip 12 and the scanning tunneling microscope 11, and on the other hand between the sample 1000 and the STM microscope for checking and rectify the position of the emitting tip 12 and the focusing of the beam.
  • a certain number of these independent columns 10 are grouped together and assembled in a checkerboard or mosaic 1 fashion to engrave in parallel a series of integrated circuit chips.
  • the disadvantage of such a structure is that no element is integrated, neither axially within a column 10, nor at a transverse level between the neighboring columns l. The density of emitters therefore remains low and the time d consistent writing.
  • each emitting source 21 of an electron beam 29 comprises only an electron-emitting tip 22 (cathode) and an annular grid 23 for extracting the electrons, the sources 21 being associated with a primitive focusing system formed by a metal plate 24 at the rear of the resistive substrate 20 which generates field lines 25,25 'projecting at the front of the substrate, except in front of the sources themselves.
  • 5,430,347 announces a resolution of an image point in the focal plane with a diameter of ten micrometers at a distance of one millimeter of focus (spot from 10 ⁇ to 1 mm). Such a resolution is entirely insufficient for applications such as electron microscopy or the production of integrated circuits, an area in which it is sought to obtain a resolution much less than a micrometer, the order of a few tens of nanometers, which is the order of magnitude of the patterns to be produced.
  • Each beam emission site 31 of the matrix 30 comprises a point source 32 formed by a nanometric carbon emitting tip, in the axis of which is superimposed a series of annular electrodes 33,34,35,36.
  • the first electrode 33 is an extraction grid whose function is to extract the electrons from the emitting tip 32 which forms the cathode.
  • the following successive electrodes 34, 35, 36, subjected to potentials VE, VC, VA, have the function of focusing the beam 39 of electrons emitted on an anode 38 facing the device.
  • the resolution announced for this device is 50 nm in diameter at a focusing distance W of only 100 ⁇ m.
  • the disadvantage of all these monolithic structures is that they require extremely advanced alignment control in etching the layers.
  • the different successive metallization levels of electrodes 33,34,35,36 must be engraved with very precise openings and alignment, one above the other, and this to a depth of 4 ⁇ m, which is particularly delicate in self-aligned microelectronic technology.
  • Another problem the deposition of each emitter 32 at the bottom of the cavity 31 'formed by the stacking of the annular electrodes can only be obtained by deposition after the complete completion of the cavity.
  • the transmitter must be precisely aligned and oriented along the axis of the electrode openings and also limited in height.
  • this deposition must be controlled in a homogeneous manner for all of the emitters of the matrix in order to obtain homogeneous optical behaviors during the focusing of each source, which generates significant constraints on the deposition.
  • field effect transmitters inherently have emission homogeneities between transmitters (the divergence of the beams varies from one source to another).
  • the emission of each field effect source has instabilities over time, which are generally impossible to predict and control.
  • the object of the invention is therefore to provide a programmable, compact multibeam electronic transmission device without the aforementioned drawbacks and with an optical resolution which is stable over time and uniform between the transmitters.
  • an objective of the invention is to provide a set of sources of electron beams whose divergence is small and stable over time.
  • Another objective of the invention is to be able to use this device to form a set of electronic spots of nanometric dimension.
  • the invention provides for hybridizing a diaphragm structure, or diaphragm means, a structure comprising a plurality of sources of emission of electron beams or means forming source of electron emission.
  • a diaphragm structure or diaphragm means, a structure comprising a plurality of sources of emission of electron beams or means forming source of electron emission.
  • the hybridization device aligns and separates, at a given distance, the diaphragm structure relative to the structure of electron emission sources.
  • the invention provides that the diaphragm structure acts simultaneously as an electrostatic focusing system.
  • each diaphragm opening is polarized and formed to form an electrostatic lens.
  • the invention provides for using this hybridized emission source in a magnetic focusing system called here magnetic or electrostatic or electromagnetic projection optics.
  • the invention thus provides for hybridizing a diaphragm electrode structured on a matrix base structure of transmitters implanted in a substrate.
  • the structured electrode plays in particular the role of diaphragm for each electron beam emitted by each source with corresponding field effect.
  • the emitter matrix structure can be a simple basic structure, itself not comprising a focusing system, that is to say without an integrated level of focusing in the substrate.
  • the invention applies in particular to matrix structures of transmitters in which the emission sources are arranged according to a network with micrometric steps, that is to say with a spacing between sources of the order of one micrometer to one millimeter.
  • the production of the matrix structure of the transmitter is greatly simplified.
  • the invention is carried out with an electronic transmission device with several beams of electrons comprising a first structure, or first means, comprising a plurality of sources of emission of electron beams hybrid with a second structure, or second means, comprising a plurality of diaphragm apertures.
  • the second structure is formed by an electrode or a membrane, metallic or conductive.
  • the hybridization between the first structure of emission of electron beams and the second structure of diaphragm electrode is carried out by means of metallic balls in particular of balls composed of alloy of fusible metals or beads composed of gold.
  • the hybridization between the first and the second structure can be carried out by means of one or more films with anisotropic conduction.
  • the first structure comprises a periodic arrangement of the electron emission sources, the first structure having for example a matrix arrangement or a multi-linear arrangement or a linear arrangement; the arrangement can be periodic and regular or irregular.
  • the second structure preferably has a periodic arrangement of the diaphragm openings, the second structure having for example a matrix arrangement or a multi-linear arrangement or a linear, periodic and regular or irregular arrangement.
  • This arrangement can be similar to that of the first structure or different depending on the application. It is expected that at least one side of the diaphragm electrode structure is immersed in an electric field of electron acceleration.
  • the device according to the invention may also include an electrostatic and / or magnetic focusing system disposed beyond the second structure, that is to say after the hybridization interval between the first beam emission structure of electrons and the second diaphragm opening structure.
  • the device can be bathed in a uniform magnetic field resulting from a magnetic projection device.
  • the first emission source structure may also itself include a system of electrostatic collimation electrodes participating in the focusing and arranged above each emission source implanted on the substrate.
  • the second diaphragm electrode structure is subjected to a bias potential and thus itself contributes to the focusing process of the beams.
  • the second diaphragm electrode structure has asymmetrical diaphragm openings on one side relative to the other side of the wall formed by the diaphragm.
  • each diaphragm opening has edges of openings cut in a bevel, for example in a flat bevel, or edges of openings of concave shape or even edges of openings of convex shape.
  • each opening or at least one diaphragm opening has an upper opening surface on one side of the diaphragm relative to the opposite opening surface on the other side of the diaphragm.
  • the diaphragm openings are oriented so that the opening with a larger surface faces an electric field of greater value than the opening with a smaller surface.
  • the second structure comprises two levels of electrodes or two levels of metallic or conductive membranes, distinct, separated by an insulating material or dielectric layers, so as to independently control the electric field at the input and the diaphragm outlet.
  • each opening of the structured electrode is subjected to a different electrical polarization from the other openings, the openings being arranged in portions of conductive or metallic membrane, separated from each other by parts insulating.
  • the first structure comprises a substrate, a cathode, electron emitting means, a grid extraction, and in which the second structure forms current collection means, isolated from the extraction grid and arranged so as to collect part of the current emitted by the emitting means, means for measuring the collected current, and means for controlling, as a function of a measurement of the collected current, the current emitted by the electron emitting means.
  • the electron emitting means comprise at least one microtip or one nanotube.
  • the means for controlling the current emitted by the electron emitting means comprise means for polarization in pulses of the extraction grid.
  • the means for controlling the current emitted by the electron emitting means comprise means for pulse polarization of the cathode.
  • the substrate is a CMOS substrate.
  • electrical bushings making it possible to connect the collection means and the extraction grid to the CMOS substrate.
  • the collection means are connected by electrical and mechanical interconnection means formed by the balls or a pillar to a conductive area.
  • the current measurement means are located in the substrate. It can also be provided that the current measurement means are produced on a substrate on which the collection means are located.
  • the current measurement means comprise an amplifier on which a capacitor or a resistor is mounted in feedback.
  • the current measurement means comprise a measurement assembly by current mirror.
  • the openings are circular or comprising circular sectors.
  • FIGS. 1A and 1B represent a multi-beam electronic transmission device with a matrix structure, composed of several individual miniature columns assembled one next to the other, according to the state of the art
  • FIG. 2 represents a multi-beam electronic emission device with a matrix structure integrated on a substrate, with a primary focusing system at the rear of the substrate, according to the state of the art
  • FIGS. 3A and 3B represent a multi-beam electronic emission device with an integrated structure on a substrate comprising several levels of focusing electrodes above each source, according to the state of the art;
  • FIG. 4 represents a block diagram of the structure of a programmable hybrid multibeam electronic transmission device, according to the invention
  • FIG. 5 represents an overall view of a programmable hybrid multibeam electronic emission device, coupled with an electromagnetic focusing system and an electrostatic acceleration anode, according to the invention
  • FIG. 6 represents in detail, an embodiment of the structure of emission of electron beams of the device, according to the invention
  • FIGS. 7A and 7B show details of two embodiments of the electrode structure comprising diaphragm openings of the device, according to the invention
  • - Figures 8A, 8B and 8C show details of embodiments of the diaphragm openings of the device, according to the invention
  • FIG. 9 shows details of an embodiment of a hybridization system between the diaphragm structure and the structure of emission of electron beams of the device, according to the invention
  • FIG. 9 ' represents another embodiment of the hybridization system of the device, according to the invention, the views 9' A, 9'B and 9'C showing alternative embodiments of the system hybridization as a function of the structure of the emission matrix
  • FIGS. 10, 11 and 12 show views of assemblies of devices comprising an emission source structure hybridized with a diaphragm opening structure, according to the invention, arranged in a two-dimensional matrix arrangement, a linear arrangement and a multi-linear arrangement
  • - Figures 13a to 16B illustrate an embodiment of the device.
  • Figures 4 and 5 show the general architecture of the electronic transmission device implemented by the invention.
  • the electronic transmission device according to the invention can in particular be implemented within a global high resolution multibeam electronic transmission system 5 which comprises an anode 40 and a focusing system 4 called here "focusing optics".
  • the focusing optic 4 is intended to focus each electron beam 59 emitted by a point source with field effect, in the form of an electronic spot, that is to say a point image concentrated in the plane focal, materialized here by the anode 40, which can also be a screen or even a sample, whether it is a microscopic sample to be observed or a substrate i- conductor ("wafer") covered with a resin to be exposed.
  • the anode 40 is used to accelerate the electron beams.
  • the focusing optics 4 can be a magnetic projection system, or a system combining electrostatic and / or magnetic lenses. In the case of a magnetic projection, the focusing optic 4 is distributed over the entire device.
  • FIG. 4 represents the architecture of the electronic transmission device 50 itself, according to the invention.
  • the device according to the invention comprises a first structure 6 formed for example of a semiconductor substrate wafer 60, for example made of silicon, on which is located an addressing circuit, in CMOS technology for example, and comprising a plurality of sources 61 of emission of electron beams, arranged in matrix form or at least according to a regular periodic arrangement, or irregular.
  • the device 50 comprises a second structure 7 formed by a structured electrode 70 comprising a plurality of diaphragm openings 8 also arranged in a matrix arrangement or at least in a regular, irregular or irregular periodic arrangement , and which advantageously corresponds to the arrangement of the emission sources of the first structure 6.
  • the substrate wafer
  • the second structure 7 comprising diaphragm openings 8, is preferably made in a metal electrode or in a conductive membrane 70. In general, part or all of the second structure 7 is conductive in order to be able to evacuate the electronic charges transferred by the electrons whose propagation is interrupted by the diaphragm 70. According to the embodiment illustrated in FIG.
  • the hybridization system 9 consists of hybridization balls 90 advantageously composed of metal or of fusible metal alloy and of shape spherical or oblong, in the form of a tampon or mushroom for example.
  • the hybridization system 9, 9 ′ advantageously makes it possible to position the structure 7 horizontally and vertically on the structure 6.
  • the spacing distance X between these two structures is defined by the size of the hybridization balls 90. It can be chosen over a very wide range of value going from the order of the micrometer to the order of the millimeter.
  • the advantage of the invention is that each opening 8 transmits only an emerging electron beam 59 of reduced divergence, compared to the divergence initial of the electron beam 69 from the emitting source 61.
  • the device according to the invention comprises three distinct structures: the emission matrix structure 60 which comprises a plurality of source of emission of electron beams 61, an electrode structure 7 comprising a plurality of structured diaphragm openings, and a 9-9 'hybridization system interposed between the emission matrix structure 6 and the structured electrode 7.
  • the invention makes it possible to control, on the one hand, the dimensions of the openings 8, and, on the other hand, the spacing of the second diaphragm structure 7 relative to the first electron emission structure 6, which makes it possible to control the divergence of each electron beam emerging from a diaphragm opening and get the desired divergence.
  • a divergence of a few degrees makes it possible to envisage focusing the beams in the form of spot spots with a nanometric resolution.
  • the complete device 5 is immersed in an electric acceleration field, such a uniform electric field E being able to be generated by the polarization of the emitter matrix 60, of the electrode hybridized 70 and an anode 40 which faces the electron emission device 50.
  • an electric acceleration field such as a uniform electric field E being able to be generated by the polarization of the emitter matrix 60, of the electrode hybridized 70 and an anode 40 which faces the electron emission device 50.
  • Each opening 8 arranged in the hybridized electrode 70 then has a focusing lens effect.
  • the apertures of the diaphragm 8 can have a bevelled profile, which makes it possible to limit the aberrations of the electron beam near the edge of the apertures and to increase the resolution accessible with this device.
  • the electronic emission device 50 advantageously integrates as an emission source in a high resolution multibeam electronic system 5, such as that illustrated in FIG. 5 which includes a focusing system 4 and an anode 40 for accelerating electron beams 59/49.
  • the invention makes it possible to obtain a series of parallel electron beams 59 at the output of the electronic emission device 50, each beam having only an angle of divergence of the order of a fraction of a degree to a few degrees.
  • a focusing system 4 for example a magnetic projection system generating a magnetic field B of the order of a few hundredths of Tesla to several tenths of Tesla
  • the invention makes it possible to obtain nanometric resolutions.
  • the invention thus advantageously allows: the separate production of a first structure 6 comprising a one or two-dimensional matrix of sources of emission of electron beams, and of a second structure 7 comprising a matrix of diaphragm openings ; the transfer of the second structure 7 to the first structure 6; controlling the spacing X between the second structure 7 and the first structure 6; - Alignment control between the openings 8 of the second structure 7 and the emission sources 61 of the first structure 6; and, the placing in electrical contact between certain conductive parts 60 of the first structure 6 and certain conductive parts 70 of the second structure 7.
  • FIG. 1 exemplary embodiments of the first electron emission structure, of the electrode diaphragm forming the second structure, diaphragm openings as well as the hybridization system
  • the electron emission source structure is integrated on a support 60 of semiconductor substrate, for example silicon, on which is installed an integrated circuit such as a matrix addressing circuit for writing and programming the electron beams, which may include logic gates or memories, realized in CMOS technology (technology of implantation of component on Complementary Metal Oxide Semiconductor).
  • the electron emitting sources 62 are located on the surface of the substrate 60 which is connected to ground.
  • the emitters 62 may consist of metallic tips or semiconductor tips, nanometric tubes made of carbon fibers (in English "carbon nanofibers”), or even thin films of carbon or porous silicon for example.
  • the emitting sources 62 can be implemented in a one-dimensional or two-dimensional matrix network: x dimensions, in particular according to a regular periodic arrangement in two dimensions, or a linear arrangement with regular pitch in one dimension, or a multilinear arrangement on several axes parallel to one dimension, or in an irregular pitch arrangement.
  • the emitting sources 62 are deposited in openings arranged in a dielectric layer 63 of insulating material, for example an oxide layer. The thickness of the oxide layer 63 is of the order of a few tens to a few thousand nanometers.
  • a level of metallization 64 is deposited on the surface of the insulating layer 63 to form a extraction electrode polarized at a positive voltage Vg.
  • Apertures typically circular, are arranged in the axis of the emitting sources 62 so as to form an annular grid around each emitting tip 62 which constitutes a cathode.
  • the opening of the annular grid can reach a dimension of the order of a few tenths of a micrometer to a few micrometers, depending on the type of emitting source used.
  • the extraction electrode 64 is surmounted by another dielectric layer 65 and by another level of metallization 66 forming a second electrode electrically isolated from the extraction electrode 64.
  • This second electrode 66 is pierced with openings, typically circular, of dimensions generally greater than the extraction grid openings of the first electrode 64.
  • the second electrode 64 is polarized at a voltage Ve, so as to form a first level of lenses of focus.
  • the typical thickness of the conductive electrodes is of the order of a few hundred nanometers.
  • the diaphragm electrode 70 which constitutes the second structure 7 is transferred by hybridization 9 to the first emission structure 6 formed by the base substrate wafer 60, on which the matrix arrangement of the sources is located. field effect transmitters 61.
  • Hybridization consists in transferring and assembling the second structure 70 onto the first structure 60 by placing, in an intermediate manner, hybridization means 9 and 9 '.
  • the hybridization means 9 are formed by metal balls 90.
  • the hybridization balls are composed of fusible metal alloys.
  • the balls can be circular, oblong or any other shape, for example mushroom-shaped in particular.
  • the height X of the hybridization balls 90 makes it possible to control the spacing between the diaphragm electrode 70 which forms the second structure 7 and the emission substrate 60 which forms the first basic structure 6.
  • the hybridization balls 90 preferably have micrometric dimensions, these microbeads preferably having a size of between one micrometer and several hundred micrometers.
  • hybridization means make it possible to maintain a spacing distance X between the second structure 7 and the first structure 6 comprised between a fraction of a micrometer and a millimeter, depending on the hybridization means used.
  • Hybridization techniques using a fusible alloy ball also make it possible to achieve automatic and controlled alignment (to the nearest micrometer) of the diaphragm openings 8 of the second structure 7 with respect to the emitting sources 61 of the first structure 6. This is the melting of the balls which allows (via surface tension forces) to achieve this self-alignment between the structures 6 and 7. This technique therefore allows in particular a self-alignment between the means for emitting electron beams and the means for reducing the divergence according to the invention.
  • Figures 9 to 9'C illustrate several hybridization configurations at the interface between the second diaphragm electrode structure 70 and the first basic electronic emission structure 60.
  • Figure 9 shows a first embodiment in which the hybridization balls 90 are inserted in the peripheral zones of the device between the edges of the second structure 7 and the edges of the first structure 6.
  • FIG. 9 represents another embodiment in which several hybridization microbeads 90 are arranged, not only in the peripheral zones between the edge of the electrode of diaphragm 7 and the edge of the substrate plate 60 forming the second electronic emission structure 6, but also in the central zone corresponding to the active part of the substrate 60 comprising the electron emission sources 61 and the central zone of the diaphragm electrode 70 which has the diaphragm openings 8.
  • the hybridization microbeads 90 are then placed around each field effect emission cell, and stand up like columns in the intervals separating the propagation spaces from the parallel electron beams.
  • the hybridization microbeads arranged in the central zone or active part of the device have the function, alternately or cumulatively, of reinforcing the strength of the mechanical assembly between the thin diaphragm electrode 70 (second structure) and the substrate wafer 60 ( first structure), and / or putting the conductive parts of the diaphragm electrode 70 into electrical contact with certain conductive parts of the substrate wafer 60.
  • FIG. 9 'A illustrates a first embodiment in which the microbeads of hybridization 91 arranged in the central zone bring parts of the substrate 60 into direct contact with the conductive zones 70 surrounding the openings 80.
  • FIG. 9'B illustrates an alternative embodiment in which the hybridization microbeads 92 of the central zone are supported on the electrode 64 of the electron extraction grid deposited on a dielectric layer which separates it and isolates it from the substrate 60, in which the electron emitting sources 61 are arranged or implanted.
  • FIG. 9'C illustrates another alternative embodiment in which hybridization microbeads 93 are supported on the focusing electrode 66 which is provided in certain embodiments of the first structure 6, for example that of FIG. 6, and which surmounts the electronic extraction grid electrode 64 deposited above the semiconductor substrate 60 in which the electron emitting sources 61 are implanted.
  • the hybridization microbeads arranged in the central part allow the areas of the diaphragm electrode 70 surrounding the openings 80 to be electrically connected with the focusing electrode 66 which is subjected to a potential or a bias voltage Ve.
  • FIGS. 7A and 7B represent two embodiments of the second structure and show the general appearance of the hybrid electrode 70. The beveled profiles of the diaphragm openings, detailed later, are not shown in FIGS. 7A and 7B.
  • FIG. 7A represents a first embodiment in which the second structure is composed of a conductive membrane 70 surmounted by an extra thickness 72 of the conductive material or the thickness 72 of depositing a layer of another material which can be either conductive, semiconductor or dielectric.
  • the thickness of the diaphragm conductive membrane 70 which intercepts the electron beams around the diaphragm openings 8 is of the order of a fraction of micrometers (for example 0.1 ⁇ m) to several hundred micrometers (for 500 ⁇ m). Outside the areas surrounding the diaphragm openings 8, the thickness of the second structure can reach much greater values, for example cumulative thicknesses of up to around one millimeter, in particular at the edges, at the periphery of the second. structure in order to improve the mechanical strength or the resistance to deformations of thermal origin of the whole of the second structure 7A.
  • the conductive part 70 of the hybridized electrode 7A is subjected to a bias potential
  • FIG. 7B represents another more complex embodiment of the second structure 7B which here comprises two successive electrodes 70 and 75, in order to increase the polarization strategies of the structure 7B.
  • the second structure 7B comprises a first conductive or semi-conductive membrane 70 forming a first electrode pierced with diaphragm openings 8.
  • the membrane is surmounted by a layer of dielectric material 71, of average thickness of the order of a micrometer, pierced with embrasures 73 at the locations corresponding to the right of the diaphragm openings 8, the embrasures 73 preferably being of dimensions greater than the dimension of the diaphragm openings themselves.
  • the thickness of the conductive part 70 can be reduced to a thickness of the order of a few tenths of a micrometer.
  • the dielectric layer is surmounted by a uniform conductive membrane 75 which forms a second electrode. The thickness of the dielectric layer 71 electrically insulating the electrodes 70 and 75 between them, can range from one micron to ten microns.
  • the thickness of the conductive membrane 70 in the areas which intercept the electron beams, around the diaphragm openings 8, can range from around a tenth of a micrometer to several hundred micrometers (for example 500 ⁇ m).
  • the second electrode 75 can be thickened or surmounted by a layer 76-77 of another conductive, semiconductor or dielectric material, the thickness of which can reach up to about one millimeter.
  • Embrasures 78 are then arranged in line with the diaphragm openings 8.
  • the embrasures 78 arranged in the extra thicknesses of the second electrode have dimensions greater than the dimensions of the diaphragm openings 8 arranged in the second electrode. 75 itself.
  • the diameter of the smallest diaphragm openings 8 arranged in the electrodes can reach a tenth of a micrometer to several tens of micrometers (for example 50 ⁇ m), the upper dimension of the largest diaphragm openings being not limited.
  • Each electrode 70.75 formed by a conductive membrane is subjected to a respective polarization potential to form a field of electrostatic acceleration of the electrons on each side of the second structure and between the two electrodes 70, 75.
  • each electrode 70 or 75 is subjected to a potential Vd, Vdl or Vd2 uniform over the entire surface of each electrode 70 or 75. All the diaphragm openings 8 of each electrode 70 or 75 are therefore subject to the same electrical potentials. Alternatively, according to another embodiment not illustrated, it is provided that the openings can be subjected respectively to separate individual potentials.
  • the second structure can thus be implanted in a substrate or a material with a cellular or cross-linked structure, comprising silicon boxes separated by strips of insulators, in particular by using bricks according to the technology known under the name SIBOX.
  • each semiconductor well is electrically isolated from the other neighboring semiconductor wells.
  • the second structure 7 is implanted in this substrate or this technological material, each individual isolated box then being pierced with one or more diaphragm openings 8.
  • the opening or the group of diaphragm openings belonging to a box can then be individually subjected to a respective potential, so as to focus, individually or in groups, each electron beam which crosses these diaphragm openings.
  • FIG. 8C is a diagram showing the shape of the trajectories of the electrons coming from a point emission source through a diaphragm opening 70 with beveled profile.
  • the first effect of the diaphragm opening is to limit the angular opening of the electron beam transmitted through the second diaphragm structure 70.
  • the narrowest part of the diaphragm opening 84 limits the angular opening of the beam to +/- 4 degrees of angle .
  • the beveled opening profile 80 makes it possible to limit the aberrations of the electron beam when crossing the diaphragm 70, along of the opening edge 83.
  • the diaphragm effect is produced in the part of the second diaphragm structure 70 where the opening is the smallest 84. Such an arrangement makes it possible to obtain excellent quality of the electron beam.
  • the beveling of the upper part 83 of the diaphragm makes it possible to achieve a resolution of less than 10 nm and thus to divide by five the dimensions of the spot (focal point) obtained with the device according to the invention, relative to diaphragm openings without beveling, which is the consequence of the reduction in aberrations when crossing the diaphragm 70.
  • the beveling of the diaphragm openings of the device according to the invention makes it possible to quintuple the resolution of the focal point of a beam electronic.
  • the invention provides that the electric field E is not uniform when passing through the diaphragm, each side of the diaphragm electrode being exposed to electric fields E1, E2 of different values.
  • the orientation of the opening of the bevel 83 preferably depends on the orientation of the electric field gradient at the crossing of the diaphragm 70. It is expected that the narrowest part 81 or 84 of the opening 80 diaphragm faces a smaller electric field than the widest part 82 or 83 of the diaphragm opening 80.
  • the orientation of the bevel 83 of the opening 80 therefore depends on the polarization of the electrode 70 with respect to the emission device electronic 60 and vis-à-vis the accelerating or focusing anode 40, for example.
  • FIG. 8A represents a first embodiment in which the apertures 80 of diaphragm 70 form bevels 83 opening out in the direction of propagation of the electron beams and are subjected to a gradient of electric field E1 / E2 increasing in the direction of propagation of the electrons .
  • the bevel 83 of the opening 80 is oriented so that the first side of the diaphragm 70 having the narrowest opening 81, or having the lower opening section 81, is exposed to an electric field El having a first lower value at a second electric field value E2 which bathes the other side 82 of the diaphragm 70.
  • the second side of the opening 80 which has a through opening width 82 greater than the first opening 81, or at least a section of opening of area 82 greater than the opening area 81 of the first side, is exposed to a second value of electric field E2 greater than the first value of electric field El which faces the first side 81 of the diaphragm 70.
  • the electric field may be absent, that is to say of substantially zero value (El ⁇ O) between the diaphragm and the emission device.
  • the electron beams after having been diaphragms at the place where the diaphragm opening 80 is the narrowest 81, the electron beams are secondly focused or accelerated by the strong electric field E2 at the where the opening 80 is the widest 82. Strong electrostatic effects occur in this area, but since the paths of the electron beams transmitted at this level then pass further from the edges of the opening ends, the paths experience fewer aberrations.
  • the device according to the invention comprises means for applying bias potentials or electrical voltages to each of the above-mentioned electrodes.
  • FIG. 8B shows another embodiment in which, this time, the electron beams are exposed to a gradient of electric field decreasing in their direction of propagation, during the crossing of the apertures 80 'of diaphragm 70.
  • the beveled profile openings are preferably oriented so that each diaphragm opening 80 'narrows in the direction of propagation of the electron beams .
  • the bevel-cut apertures 80 ′ are oriented so that the opening of greater width 81 ′ is arranged on the first side facing the electron-emitting sources, and are exposed to a electric field of value E1 'greater than the electric field value E2' which bathes the second side of the diaphragm 70.
  • the second side of the diaphragm has openings 82 'having a narrower width or an opening section 82' of lower area, these narrow openings 82 'facing the accelerating or focusing anode 40.
  • the electron beams are exposed to a decreasing electric field gradient El '/ E2' in their direction of propagation and are first of all, focused or accelerated by the strong electric field El 'at where the opening 80 'is widest 81', before being diaphragms at. the place where the aperture 80 'of the diaphragm is the narrowest 82', which happens to be the place where the value of electric field E2 'is the lowest, see zero.
  • the electric field may indeed be absent on the second side of the diaphragm 70, which. corresponds for example to a case where the anode is polarized at the same potential as the diaphragm 70.
  • the diaphragm effect is produced on the side of the diaphragm where the electric field E2 is the weakest which corresponds alongside narrower 82 'openings.
  • the trajectories of the electron beams which pass very close to the edge of the opening then undergo little. aberrations. It can be seen that, thanks to the invention, the larger the bevel angle of the openings, the more marked the previous effects and the less aberrations occur when crossing the diaphragm.
  • FIG. 8C thus shows a diaphragm aperture profile cut at a bevel with a large angle ⁇ of inclination of approximately 15 ° relative to the axis of propagation of the electrons.
  • the diaphragm openings can be bevelled with a non-linear profile, that is to say that the bevel is not strictly flat but can be convex or concave for example .
  • Such aperture profiles are also favorable for the reduction of aberrations when the electron beam passes through the diaphragm.
  • FIG. 10 illustrates an overall view of an embodiment of a two-dimensional matrix architecture with regular steps, comprising a network of emitting sources 6 and apertures 8 of diaphragm 7 arranged in a regular grid.
  • FIG. 11 illustrates an overall view of an embodiment of an electronic transmission device according to the invention, comprising a transmission structure 6 comprising a single row of sources and a diaphragm structure 7 comprising a row of corresponding openings 8 arranged in linear bars in a periodic arrangement with a dimension with regular steps.
  • the emitting sources and the diaphragm openings 8 may be arranged at irregular intervals.
  • FIG. 12 illustrates an overall view of another embodiment of electronic transmission device according to the invention, in which the first structure 6 and the second structure 7 comprise several parallel rows relatively spaced from emitting sources and openings 8 diaphragm arranged in two dimensions with regular periodic steps.
  • the emitting sources and the diaphragm openings 8 may be arranged at irregular intervals.
  • the spacing of the emitting sources and the corresponding apertures 8 can vary on the order of one micrometer to one hundred micrometers, the matrix pitch typically being a few micrometers or a few tens of micrometers, for example about fifty micrometers.
  • Such a structure is particularly advantageously integrated in a high resolution multibeam electronic transmission system, according to the diagram in FIG. 5B which further comprises a focusing optic 57 and an electrostatic acceleration anode.
  • the angular opening of the beams is reduced to a few degrees, or even below the degree thanks to the invention.
  • the focusing lens 57 is preferably a magnetic projection optics generating a magnetic field of the order of a few hundredths of Tesla to a few Tesla, typically a few tenths of Tesla.
  • a device according to the invention makes it possible to obtain electron spots having a nanometric resolution.
  • FIGS. 13A to 16B we can see another embodiment in which the diaphragm also forms means for collecting part of the current emitted by the emitting means so as to collect part of the emitted current, and is connected to means for measuring this part of the current emitted, said means for measuring being in turn connected to means for polarizing the means emitting electrons.
  • FIGS. 13A to 16B we can see another embodiment in which the diaphragm also forms means for collecting part of the current emitted by the emitting means so as to collect part of the emitted current, and is connected to means for measuring this part of the current emitted, said means for measuring being in turn connected to means for polarizing the means emitting electrons.
  • the electron emitting means comprise a cathode 120, micro-emitters of electrons 124 (tip or nanotube) and a first extraction grid 126, the grid distance from extraction-cathode being regulated by the thickness of a dielectric 128, which is for example of the order of a micrometer.
  • Polarization means 134 make it possible to polarize the extraction grid and the cathode respectively and thus to control the current emitted by the micro-emitters.
  • the device of the invention also comprises collection means 140, for example comprising an electrode or a collection grid, can be positioned above the emission site. They are connected to means 142 for measuring the current.
  • orifices are provided at these collection means.
  • These orifices can be circular, oval or rectangular, they can also have other advantageous geometries.
  • FIGS. 15A and 15B they can also have the form of circular sectors 100, 102, 104 or even the form illustrated in FIG. 15C (indented circle).
  • these orifices cut out in FIGS. 15A - 15C allow the collection of electrons with several levels of electron beam and not only at the edges of the beam, thus making it possible to be less sensitive to the inhomogeneities which can appear on edges.
  • These orifices typically have, depending on the application envisaged, diameters of the order of a few microns to a few tenths of a micron.
  • the current collection means 140 are positioned in the emission axis, the distance relative to the first extraction grid 126 being adjusted by hybridization means 90, for example a micro-ball 90 or any other means interconnection (pillar, ).
  • hybridization means 90 for example a micro-ball 90 or any other means interconnection (pillar, ).
  • the grid or the collection means are connected by the means 90 to a conductive zone 171, located in the conventional emission device at the level of the extraction grid but isolated in this extraction grid by the insulating zone. 127 (for example Si02).
  • the hybridization means 90 make it possible to maintain a gap between these elements which, combined with the insulating zone 127, ensures the insulation effect between them.
  • the height of these hybridization balls 90 makes it possible to control the spacing between the electrode 140 and the substrate which contains the emission means 124.
  • Such hybridization means make it possible to maintain a fairly precise distance of spacing between the means 140 and the emission grid 126, typically of the order of a few hundred microns and this, with an accuracy of the order of a fraction of microns.
  • the current measurement means 142 (ammeter) in the supply circuit of the collection means, it is possible to measure the electron beam, or a quantity proportional to the anode current, and to interact on the current of the micro-emitter, either via the control of the extraction grid 126 and / or via the control of the cathode 120.
  • An adjustment can be made using feedback means.
  • These means of feedback may for example be composed of a current-voltage converter associated with an amplification module and, if necessary, an inverter.
  • the invention therefore makes it possible to use means for controlling and regulating anode current separate from the extraction grid.
  • the grids 126 are of metallic type.
  • the emitting tips 124 are conductive, for example made of silicon or molybdenum.
  • the extraction grid 126 has for example a thickness of a few hundred nm to a few micrometers.
  • the thickness of the dielectric 128 is typically a few hundred nm (for example between 0.4 and 0.7 ⁇ m).
  • the distance between the substrate 120 and the anode 136 is approximately 1 mm for the application envisaged. It can vary from 10 ⁇ m to 10 mm depending on the application.
  • a first voltage generator 134 establishes for example a positive ddp between the first extraction grid 126 and the cathode 120 to allow the electrons to escape from the point in vacuum.
  • the electron beam is directed towards the anode 136 with a certain angular opening.
  • the anode 136 is for example brought to a few hundred volts positively.
  • the means 140 collect electrons, which the means 142 convert into a current measurement, information that the feedback means can use to regulate the extraction of the electrons as a function, for example, of a set value of the current emitted.
  • the operating frequencies of the source are preferably in the high frequency range, beyond 1 MHz.
  • the physical production of known micro-sources according to the prior art requires non-ideal structures. Parasitic capacitances between the tip 124 and the grid 140 induce, in particular, large displacement currents, at the time of the switching operations. In the embodiment shown in FIGS.
  • An advantage of this variant is to increase the surface available for producing the electronic processing blocks and above all to differentiate the low voltage analog part at the level of the silicon substrate of the collection grid 140, and the analog part 134 of high voltage switching at level of the base silicon substrate 160, thus limiting, inter alia, the problems of interference between these two parts and also allowing the use of two substrates of completely different technologies.
  • it is a “passive” collection grid, where the means 142 for measuring current and processing the collected current are located in the CMOS substrate 160.
  • the control is carried out by the extraction grid, the cathode potential is maintained at a constant voltage, the potential of the extraction grid is drawn between a high level and a low level (see the voltage Vg on the timing diagram in Figure 16A).
  • the high level corresponds to a period during which the micro-transmitter transmits
  • the low level corresponds to a period during which the micro-transmitter does not transmit (see the anode current in FIG. 16A).
  • the control of the micro-transmitter is governed by the cathode. The potential of the extraction grid is therefore constant while the cathode potential is drawn between a high level and a low level, the latter level corresponding to the emission period of the microemitter.
  • the cathode Vcathode
  • the low level of the cathode voltage can be modulated in amplitude or in duration.
  • FIG. 16B that the current collected in the case where the control of the microemitter is governed by the cathode, is less sensitive to the switching of the cathode voltage than in the previous case.
  • the example in FIG. 14A illustrates the means for measuring the current of a measurement signal is amplified by an amplifier 180 on which a capacitor 182 is mounted in feedback. It is then possible to convert the measured current into voltage, a quantity that can be more easily used with a limited number of components (CTIA). The variation of the output voltage is then expressed by:
  • T represents the integration time of the current, or the analysis time.
  • This structure is relatively insensitive to rapid variations in current.
  • the value of the capacitor 182 is for example of the order of 10FF, which leads to sensitivities of the order of 20 ⁇ V / electron.
  • FIG. 14C illustrates an assembly with measurement by current mirror: an image of the collection grid current Ig can be used to generate a difference current Iref-Ig, which can be exploited.
  • a device according to the invention whatever the embodiment envisaged, makes it possible to compensate for technological spatial non-uniformities or the non-uniformities of known electron sources. Other forms of arrangement, variants and embodiments may be implemented by those skilled in the art, without departing from the scope of the present invention.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'émission électronique (50) ô plusieurs faisceaux d'électrons (59) comprenant une première structure (6) comportant une pluralité de sources (61) d'émission de faisceau d'électrons (69), hybridée (9) avec une deuxième structure (7) comportant une pluralité d'ouvertures (8) de diaphragme.

Description

DISPOSITIF D'EMISSION ELECTRONIQUE MULTIFAISCEAUX HYBRIDE A DIVERGENCE CONTROLEE
DESCRIPTION DOMAINE ET ETAT DE LA TECHNIQUE
La présente invention concerne les dispositifs d'émission électronique émettant des faisceaux d'électrons, et plus particulièrement un dispositif d'émission ultifaisceaux compoxrtant plusieurs sources d'émission d'électrons capables d'émettre plusieurs faisceaux d'électrons en parallèle, avec un système pour focaliser ces faisceaux d' électrons. Dans le secteur industriel, les dispositifs d'émission électronique sont utilisés comme moyens d'observation et d'analyse microscopique, plus connue sous l'appellation de microscopie à balayage électronique (SEM) , comme moyens d'insolation et de gravure (lithographie) , notamment dans la lithographie de circuits intégrés, ou comme moyens de test et de mesure, ou encore comme moyens d'écriture ou de stockage . Dans les applications industrielles , on fait encore appel à des dispositifs d'émission électronique monosources, émettant un seul faisceau d'électrons. Les applications industrielles sont considérablement limitées par l'utilisation de dispositifs monosources qui offrent seulement une faible surface de champ accessible et une faible vitesse de gravure/écriture de circuits intégrés inhérentes à la lenteur du balayage du faisceau électronique . Pour se libérer de ces contraintes, le développement se porte vers une «parallèlisation» de plusieurs sources, balayant chacune une surface moins importante . Dans le domaine des dispositifs d'émission électroniques multifaisceaux, on connaît deux types de structures distinctes, la structure assemblée et la structure monolithique. Le document intitulé « Arrayed miniature électron beam columns for high throughput sub-100 nm lithography » écrit par T.H.P.Chang et D.P.Kern, publié au « Journal of Vacuum Science Technology (American Vacuum Society) », volume B10(6), pages 2743 à 2748, paru en novembre/décembre 1992, décrit un dispositif d'émission électronique multifaisceaux 1 composé de colonnes miniatures individuelles 10 à structure assemblée en matrice, tel qu'illustré figure 1A. Comme détaillé figure 1B, chaque colonne 10 se compose d'une pointe 12 à émission de champ d'électrons, associé à une grille d'extraction 13, un diaphragme 14 et une série de microlentilles de Einzel 15, 16, 17 pour focaliser le faisceau d'électrons, et à un groupe de plusieurs déflecteurs latéraux 18 pour dévier le faisceau de façon à obtenir un point de focalisation d'électrons qui balaye une petite surface sur une pastille de substrat 1000 correspondant à la puce de circuit intégré 100 à graver. Chaque colonne comprend un assemblage de microlentilles électrostatiques en silicium, réalisé indépendamment par technologie MEMS (Microsystème ElectroMécanique, en anglais « Micro Electro Mechanical System ») . Chaque colonne comporte en outre un double système de rétroaction, d'une part entre la pointe 12 à émission de champ et le microscope 11 à balayage à effet tunnel, et d'autre part entre l'échantillon 1000 et le microscope STM pour contrôler et rectifier la position de la pointe emettrice 12 et la focalisation du faisceau. Un certain nombre de ces colonnes 10, individuelles indépendantes, sont regroupées et assemblées en damier ou en mosaïque 1 pour graver en parallèle une série de puces de circuits intégrés. L'inconvénient d'une telle structure est que aucun élément n'est intégré, ni axialement au sein d'une colonne 10, ni à un niveau transversal entre les colonnes voisines l.La densité d'émetteurs reste donc faible et le temps d'écriture conséquent. Les structures matricielles monolithiques permettent d' intégrer un plus grand nombre de sources d'émission de faisceaux d'électrons dans un seul dispositif de taille donnée et donc d'envisager des vitesses d'écriture largement supérieures. Typiquement des pas de quelques dizaines de microns peuvent être obtenus . Le document WO 89/11157 décrit un dispositif d'émission électronique multifaisceaux à structure matricielle intégrée sur un substrat. Comme illustré sur la figure 2, chaque source emettrice 21 d'un faisceau d'électron 29 comporte seulement une pointe 22 emettrice d'électrons (cathode) et une grille annulaire 23 d'extraction des électrons, les sources 21 étant associées à un système de focalisation primitif formé par une plaque métallique 24 à l'arrière du substrat résistif 20 qui génère des lignes de champ 25,25' se projetant à l'avant du substrat, sauf au devant des sources elles-mêmes. Ce système de focalisation primaire à l'inconvénient d'être disposé à proximité et surtout en position postérieure par rapport aux sources d'émission du faisceau d'électrons. Il ne comporte pas réellement d'optique de focalisation adéquate disposée sur le trajet du faisceau (ni électrode, ni lentille de focalisation). Il ne permet donc pas d'atteindre des résolutions inférieures à 50 nm. Le document US-5 430 347 décrit un dispositif d'émission individuelle d'un faisceau d'électrons destiné à l'affichage d'images et réalisé par dépôt de couches et dépôt de metallisation sur un substrat illustré figure 3. La source comporte une pointe emettrice, une grille annulaire et une ou deux grilles de focalisation, un écran cathodique luminescent étant disposé à l'opposé, à l'avant de la source . Le document US-5 430 347 annonce une résolution d'un point image dans le plan de focal d'un diamètre de dix micromètres à une distance de un millimètre de focalisation (spot de 10 μ à 1 mm) . Une telle résolution est tout à fait insuffisante pour des applications telles que la microscopie électronique ou la réalisation de circuits intégrés, domaine dans lequel on cherche à obtenir une résolution nettement inférieure au micromètre, de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres, ce qui est l'ordre de grandeur des motifs à réaliser. Le document intitulé « Digital Electrostatic Electron-Bea Array Lithography » de L.R. Baylor & al. publié au « Journal of Vacuum Science Technology », volume B20 (6) , paru en novembre/décembre 2002, décrit une structure matricielle d'émission d'électrons multifaisceaux intégrée sur un substrat de silicium et illustré sur les figures 3A et 3B. Chaque site 31 d'émission de faisceau de la matrice 30 comporte une source ponctuelle 32 formée par une pointe emettrice en carbone nanométrique, dans l'axe de laquelle se superpose une série d'électrodes annulaires 33,34,35,36. La première électrode 33 est une grille d'extraction ayant pour fonction d'extraire les électrons de la pointe emettrice 32 qui forme la cathode. Les électrodes 34,35,36 successives suivantes, soumises à des potentiels VE, VC, VA, ont pour fonction de focaliser le faisceau 39 d'électrons émis sur une anode 38 faisant face au dispositif. La résolution annoncée pour ce dispositif est de 50 nm de diamètre à une distance W de focalisation de 100 μm seulement. L'inconvénient de toutes ces structures monolithiques est de nécessiter une maîtrise d'alignement extrêmement poussée de gravure des couches. En particulier, les différents niveaux de metallisation successifs d'électrodes 33,34,35,36 doivent être gravés avec des ouvertures et un alignement très précis, l'un au dessus de l'autre, et ce sur une profondeur de 4 μm, ce qui est particulièrement délicat en technologie microélectronique auto-alignée. Autre problème, le dépôt de chaque émetteur 32 au fond de la cavité 31' formée par l'empilement des électrodes annulaires ne peut être obtenu que par un dépôt postérieur à la réalisation complète de la cavité. L'émetteur doit être précisément aligné et orienté selon l'axe des ouvertures des électrodes et également limité en hauteur. De plus, ce dépôt doit être contrôlé de manière homogène pour l'ensemble des émetteurs de la matrice pour obtenir des comportements optiques homogènes lors de la focalisation de chaque source, ce qui génère des contraintes importantes sur le dépôt . Par ailleurs, les émetteurs à effets de champs présentent de façon inhérente des homogénéités d'émission entre émetteurs (la divergence des faisceaux varie d'une source à l'autre). De même, l'émission de chaque source à effets de champ présente des instabilités dans le temps, qui sont généralement impossibles à prévoir et à contrôler. Ces inhomogénéités et ses instabilités se traduiront, dans le cas du dispositif présenté par Baylor, par une variation de la résolution d'un émetteur au cours du temps, ainsi que par une inhomogénéité de résolution entre les différents émetteurs, ce qui est incompatible avec des applications haute résolution. En effet, pour ce type d'application, il est nécessaire d'avoir une taille de spot stable dans le temps et homogène entre chaque source. L'objet de l'invention est donc de réaliser un dispositif d'émission électronique multifaisceaux programmable, compact sans les inconvénients précités et avec une résolution optique stable dans le temps et homogène entre les émetteurs . En particulier un objectif de l'invention est de fournir un ensemble de sources de faisceaux d'électrons dont la divergence est faible et stable dans le temps . Un autre objectif de l'invention est de pouvoir utiliser ce dispositif pour former un ensemble de spots électroniques de dimension nanométriques .
EXPOSE DE L'INVENTION
Pour résoudre ces problèmes, l'invention prévoit d'hybrider une structure de diaphragme, ou des moyens formant diaphragme, une structure comportant une pluralité de sources d'émission de faisceaux d'électrons ou des moyens formant source d'émission d'électrons. Ceci apporte d'une part une amélioration au problème de la limitation de résolution lié à la divergence excessive de chaque source emettrice, et, d'autre part, une solution aux problèmes de l'instabilité et de l' inhomogénéité des sources émettrices ou des ouvertures angulaires dans le temps et d'une source à l'autre. Le dispositif d'hybridation aligne et sépare, à distance donnée, la structure de diaphragme par rapport à la structure de sources d'émission d' électrons. D'autre part, l'invention prévoit que la structure de diaphragme agit simultanément comme système de focalisation électrostatique. C'est-à-dire que chaque ouverture de diaphragme est polarisée et formée de façon à former une lentille électrostatique. En outre, l'invention prévoit d'utiliser cette source d'émission hybridée dans un système de focalisation magnétique appelé ici optique de projection magnétique ou électrostatique ou électromagnétique. L'invention prévoit ainsi d'hybrider une électrode de diaphragme structurée sur une structure de base matricielle d'émetteurs implantée dans un substrat. L'électrode structurée joue notamment le rôle de diaphragme pour chaque faisceau d'électrons émis par chaque source à effet de champ correspondante. Selon une forme de réalisation, la structure matricielle d'émetteur peut être une structure simple de base, ne comportant pas elle-même de système de focalisation, c'est à dire sans niveau intégré de focalisation dans le substrat. L'invention s'applique en particulier à des structures matricielle d'émetteurs dans laquelle les sources d'émission sont disposées selon un réseau à pas micrométriques, c'est- à-dire avec un ecartement entre sources de l'ordre d'un micromètre à un millimètre. De façon avantageuse selon l'invention, la réalisation de la structure matricielle d'émetteur est largement simplifiée. L'invention est réalisée avec un dispositif d'émission électronique à plusieurs faisceaux d'électrons comprenant une première structure, ou des premiers moyens, comportant une pluralité de source d'émission de faisceaux d'électrons hybrides avec une deuxième structure, ou des deuxièmes moyens, comportant une pluralité d'ouverture de diaphragme. Selon l'invention la deuxième structure est formée par une électrode ou une membrane, métallique ou conductrice . Selon l'invention, l'hybridation entre la première structure d'émission de faisceaux d'électrons et la deuxième structure d'électrode de diaphragme est réalisée par l'entremise de billes métalliques notamment de billes composées d'alliage de métaux fusibles ou de billes composées d'or. Alternativement, l'hybridation entre la première et la deuxième structure peut être réalisée par l'entremise d'un ou de plusieurs films à conduction anisotrope . De préférence, la première structure comporte un agencement périodique des sources d'émission d'électrons, la première structure ayant par exemple un agencement matriciel ou un agencement multi- linéaire ou un agencement linéaire ; l'agencement peut être périodique et régulier ou irrégulier. De même, la deuxième structure a de préférence un agencement périodique des ouvertures de diaphragme, la deuxième structure ayant par exemple un agencement matriciel ou un agencement multi-linéaire ou un agencement linéaire, périodique et régulier ou irrégulier. Cet agencement peut être similaire à celui de la première structure ou différent selon l'application. Il est prévu qu'au moins un côté de la structure d'électrode de diaphragme soit plongé dans un champ électrique d'accélération des électrons. Le dispositif selon l'invention peut comporter également un système de focalisation électrostatique et/ou magnétique disposé au-delà de la deuxième structure, c'est-à-dire après l'intervalle d'hybridation entre la première structure d'émission à faisceaux d'électrons et la deuxième structure d'ouverture de diaphragme. Avantageusement le dispositif pourra baigner dans un champ magnétique uniforme résultant d'un dispositif de projection magnétique. La première structure de source d' émission peut également comporter elle même un système d'électrodes de collimation électrostatique participant à la focalisation et aménagé au dessus de chaque source d'émission implantées sur le substrat. Il est prévu, selon l'invention, que la deuxième structure d'électrode de diaphragme soit soumise à un potentiel de polarisation et contribue ainsi elle-même au processus de focalisation des faisceaux. Selon un mode de réalisation perfectionné, la deuxième structure d'électrode de diaphragme présente des ouvertures de diaphragme dissymétriques d'un côté par rapport à l'autre côté de la paroi formée par le diaphragme. Selon une forme de réalisation, chaque ouverture de diaphragme comporte des bords d'ouvertures taillées en biseau, par exemple en biseau plan, ou des bords d'ouvertures de forme concave ou encore des bords d'ouvertures de forme convexe. Il est prévu, notamment, que chaque ouverture ou au moins une ouverture de diaphragme, présente une surface d'ouverture supérieure d'un côté du diaphragme par rapport à la surface d'ouverture opposée de l'autre côté du diaphragme. De façon avantageuse dans ce cas, il est prévu que les ouvertures de diaphragme soient orientées de sorte que l'ouverture de plus grande surface soit face à un champ électrique de valeur supérieure, à l'ouverture de surface plus petite. Selon un autre mode de réalisation, la deuxième structure comporte deux niveaux d'électrodes ou deux niveaux de membranes métalliques ou conductrices, distinctes, séparées par un matériau isolant ou des couches diélectriques, de façon à contrôler indépendamment le champ électrique à l'entrée et la sortie de diaphragme. Selon un autre mode de réalisation, il est prévu que chaque ouverture de l'électrode structurée soit soumise à une polarisation électrique différente des autres ouvertures, les ouvertures étant aménagées dans des portions de membrane conductrice ou métallique, séparées les unes des autres par des parties isolantes. Selon un autre mode de réalisation, la première structure comporte un substrat, une cathode, des moyens émetteurs d'électrons, une grille d'extraction, et dans lequel la deuxième structure forme des moyens de collection de courant, isolés de la grille d'extraction et disposés de manière à collecter un partie du courant émis par les moyens émetteurs, des moyens de mesure du courant collecté, et des moyens pour contrôler, en fonction d'une mesure du courant collecté, le courant émis par les moyens émetteurs d' électrons . De manière avantageuse, les moyens émetteurs d'électrons comportent au moins une micropointe ou un nanotube . Selon une forme de réalisation, les moyens de contrôle du courant émis par les moyens émetteurs d'électrons comprennent des moyens de polarisation en impulsions de la grille d'extraction. Selon une autre forme de réalisation, les moyens de contrôle du courant émis par les moyens émetteurs d'électrons comprennent des moyens de polarisation en impulsions de la cathode. De manière avantageuse, le substrat est un substrat CMOS. Selon une forme particulière de réalisation, des traversées électriques permettant de connecter les moyens de collection et la grille d'extraction au substrat CMOS. Selon une autre forme particulière, les moyens de collection sont reliés par des moyens d' interconnexion électrique et mécanique formés par les billes ou un pilier à une zone conductrice. De façon avantageuse, les moyens de mesure de courant sont situés dans le substrat. On peut également prévoir que les moyens de mesure de courant soient réalisés sur un substrat sur lequel se situent les moyens de collection. Avantageusement, les moyens de mesure de courant comportent un amplificateur sur lequel un condensateur ou une résistance est monté en contre- réaction. Et en particulier, les moyens de mesure de courant comportent un montage de mesure par miroir de courant . Préférentiellement, les ouvertures sont circulaires ou comportant des secteurs circulaires.
BREF EXPOSE DES DESSINS
D'autres caractéristiques, objectifs et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation de l'invention, faite à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés, sur lesquels : les figures 1A et 1B représentent un dispositif d'émission électronique multifaisceaux à structure matricielle, composée de plusieurs colonnes miniatures individuelles assemblées les unes à côté des autres, selon l'état de la technique ; la figure 2 représente un dispositif d'émission électronique multifaisceaux à strucure matricielle intégrée sur un substrat, avec un système de focalisation primaire à l'arrière du substrat, selon l'état de la technique ; les figures 3A et 3B représentent un dispositif d'émission électronique multifaisceaux à structure intégrée sur un substrat comportant plusieurs niveaux d'électrodes de focalisation au dessus de chaque source, selon l'état de la technique ; la figure 4 représente un schéma synoptique de la strucure d'un dispositif d'émission électronique multifaisceaux hybride programmable, selon l'invention ; la figure 5 représente une vue d'ensemble d'un dispositif d'émission électronique multifaisceaux hybride programmable, couplé avec une système de focalisation électromagnétique et une anode d'accélération électrostatique, selon l'invention ; la figure 6 représente de façon détaillée, un mode de réalisation de la structure d'émission de faisceaux d'électrons du dispositif, selon l'invention ; les figures 7A et 7B représentent des détails de deux modes de réalisation de la strucure d'électrode comportant des ouvertures de diaphragme du dispositif, selon l'invention ; - les figures 8A, 8B et 8C représentent des détails de modes de réalisation des ouvertures de diaphragme du dispositif, selon l'invention ; la figure 9 représente des détails d'un mode de réalisation de système d'hybridation entre la structure de diaphragme et la structure d'émission de faisceaux d'électrons du dispositif, selon l'invention ; la figure 9' représente une autre forme de réalisation du système d'hybridation du dispositif, selon l'invention, les vues 9 'A, 9'B et 9'C représentant des alternatives de réalisation du système d'hybridation en fonction de la structure de la matrice d'émission ; - les figures 10, 11 et 12 représentent des vues d'ensembles de dispositifs comportant une structure de source d'émission hybridée avec une structure d'ouverture de diaphragme, selon l'invention, disposés selon un agencement matriciel bidimensionnel, un agencement linéaire et un agencement multi- linéaire ; - les figures 13a à 16B illustrent un mode de réalisation du dispositif.
EXPOSÉ DETAILLE DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION
Les figures 4 et 5 montrent l'architecture générale du dispositif d'émission électronique mis en œuvre par l'invention. Selon la vue d'ensemble de réalisation d'un dispositif complet illustré figure 5, le dispositif d'émission électronique selon l'invention peut notamment être mis en œuvre au sein d'un système global d'émission électronique multifaisceaux à haute résolution 5 qui comprend une anode 40 et un système de focalisation 4 appelé ici « optique de focalisation ». L'optique de focalisation 4 est destinée à focaliser chaque faisceau d'électron 59 émis par une source ponctuelle à effet de champ, sous forme d'un spot électronique, c'est-à-dire d'une image ponctuelle concentrée dans le plan focal, matérialisé ici par l'anode 40, qui peut être aussi un écran ou encore un échantillon, qu'il s'agisse d'un échantillon microscopique à observer ou d'un substrat se i- conducteur (« wafer ») recouvert d'une résine à insoler. L'anode 40 sert à accélérer les faisceaux d' électrons . L'optique de focalisation 4 peut être un système de projection magnétique, ou un système combinant des lentilles électrostatiques et/ou magnétiques. Dans le cas d'une projection magnétique, l'optique de focalisation 4 est répartie sur l'ensemble du dispositif. La figure 4 représente l'architecture du dispositif d'émission électronique 50 lui-même, selon 1' invention. Le dispositif, selon l'invention, comprend une première structure 6 formée par exemple d'une plaquette de substrat semi-conducteur 60, par exemple en silicium, sur lequel est implanté un circuit d'adressage, en technologie CMOS par exemple, et comportant une pluralité de sources 61 d'émission de faisceaux d'électrons, agencées sous forme matricielle ou du moins selon un agencement périodique régulier, ou irrégulier. Le dispositif 50 selon l'invention, comporte d'autre part, une deuxième strucure 7 formée par une électrode structurée 70 comportant une pluralité d'ouvertures de diaphragme 8 aménagées également selon un agencement matriciel ou du moins selon un agencement périodique régulier, ou irrégulier, et qui avantageusement correspond à 1 ' agencement des sources d'émission de la première structure 6. Selon l'invention, la plaquette de substrat
60 comportant la pluralité de source d'émission à effet de champ 61 formant la strucure de base 6, est hybridée avec l'électrode structurée 70 comportant la pluralité d'ouvertures de diaphragme 8 et formant la deuxième structure 7, par l'intermédiaire d'un système d'hybridation 9-9' . La deuxième structure 7 comportant des ouvertures de diaphragme 8, est de préférence réalisée dans une électrode métallique ou dans une membrane conductrice 70. De façon générale, une partie ou la totalité de la deuxième structure 7 est conductrice pour pouvoir évacuer les charges électroniques transférées par les électrons dont la propagation est interrompue par le diaphragme 70. Selon le mode de réalisation illustré figure 4, le système d'hybridation 9 se compose de billes d'hybridation 90 composées de manière avantageuse de métal ou d'alliage métallique fusible et de forme spherique ou oblongue, en forme de tampon ou de champignon par exemple. Le système d'hybridation 9, 9' permet avantageusement de positionner horizontalement et verticalement la structure 7 sur la structure 6. La distance d' ecartement X entre ces deux structures est définie par la taille des billes d'hybridation 90. Elle peut être choisie sur une plage très étendue de valeur allant de l'ordre du micromètre jusqu'à l'ordre du millimètre . Comme schématisé sur la figure 4, l'avantage de l'invention est que chaque ouverture 8 transmet seulement un faisceau d'électrons émergent 59 de divergence réduite, par rapport à la divergence initiale du faisceau d'électrons 69 issu de la source emettrice 61. Cette divergence devient en particulier indépendante des instabilités des sources et des inhomogénêités d'émission des sources. Selon le schéma de la figure 4, le dispositif selon l'invention comporte trois structures distinctes : la structure matricielle d'émission 60 qui comporte une pluralité de source d'émission de faisceaux d'électrons 61, une structure 7 d'électrode comportant une pluralité d'ouvertures de diaphragme structuré, et un système d'hybridation 9-9' intercalé entre la structure matricielle d'émission 6 et l'électrode structurée 7. L'invention permet de contrôler, d'une part, les dimensions des ouvertures 8, et, d'autre part, l'espacement de la deuxième structure 7 de diaphragme par rapport à la première structure 6 d'émission d'électrons, ce qui permet de contrôler la divergence de chaque faisceau d'électrons émergeant d'une ouverture de diaphragme et d'obtenir la divergence souhaitée. Avec une optique de projection magnétique raisonnable (correspondant à un champ magnétique uniforme de 0,3 teslas), une divergence de quelques degrés permet d'envisager la focalisation des faisceaux sous forme de spots ponctuels d'une résolution d'ordre nanométrique . L'électrode 70 percée d'ouvertures de diaphragme 8, qui forme la deuxième structure 7, a, lorsqu'elle est placée dans un champ d'anode non nul, elle-même un effet de lentille. Cet effet doit être contrôlé car il peut selon les cas gêner ou participer à la focalisation. Il est prévu en effet, pour la plupart des applications, que le dispositif complet 5 baigne dans un champ électrique d'accélération, un tel champ électrique E uniforme pouvant être généré par la polarisation de la matrice d'émetteur 60, de l'électrode hybridée 70 et d'une anode 40 qui fait face au dispositif d'émission d'électrons 50. Chaque ouverture 8 aménagée dans l'électrode hybridée 70 a alors un effet de lentille de focalisation. Selon un mode de réalisation avantageux, les ouvertures du diaphragme 8 peuvent avoir un profil taillé en biseau, ce qui permet de limiter les aberrations du faisceau électronique auprès du bord des ouvertures et d' augmenter la résolution accessible avec ce dispositif . C'est pourquoi, le dispositif d'émission électronique 50, selon l'invention, s'intègre avantageusement comme source d'émission dans un système 5 électronique multifaisceaux à haute résolution, comme celui illustré figure 5 qui comprend un système de focalisation 4 et une anode 40 d'accélération des faisceaux d'électrons 59/49. L'invention permet d'obtenir une série de faisceaux d'électrons parallèles 59 à la sortie du dispositif d'émission électronique 50, chaque faisceau présentant seulement un angle de divergence de l'ordre d'une fraction de degré à quelques degrés. En mettant en œuvre un système 4 de focalisation (par exemple un système de projection magnétique générant un champ magnétique B de l'ordre de quelques centièmes de Tesla à plusieurs dixièmes de Tesla), l'invention permet d'obtenir des résolutions nanométriques . L'invention permet ainsi avantageusement : la réalisation séparée d'une première structure 6 comportant une matrice à une ou deux dimensions de sources d'émission de faisceaux d'électrons, et d'une deuxième structure 7 comportant une matrice d'ouvertures de diaphragme ; le report de la deuxième structure 7 sur la première structure 6 ; le contrôle de l'espacement X entre la deuxième structure 7 et la première structure 6 ; - le contrôle d'alignement entre les ouvertures 8 de la deuxième structure 7 et les sources d'émission 61 de la première structure 6 ; et, la mise en contact électrique entre certaines parties conductrices 60 de la première structure 6 et certaines parties conductrices 70 de la deuxième structure 7. Maintenant, des exemples de réalisation de la première structure d'émission d'électrons, de l'électrode de diaphragme formant la deuxième structure, des ouvertures de diaphragme ainsi que du système d'hybridation vont être détaillés ci -après. La figure 6 représente un exemple de réalisation de la structure d'émission de faisceaux d'électrons mis en œuvre selon l'invention. Comme schématisé sur la figure 6, la structure de source d'émission d'électrons est intégrée sur un support 60 de substrat semi-conducteur, par exemple du silicium, sur lequel est implanté un circuit intégré tel qu'un circuit d'adressage matriciel pour écrire et programmer les faisceaux d'électrons, pouvant comporter des portes logiques ou des mémoires, réalisé en technologie CMOS (technologie d' implantation de composant sur Semiconducteur à Oxyde de Métal Complémentaire) . Les sources emettrices d'électrons 62 sont implantées à la surface du substrat 60 qui est relié à la masse. Les émetteurs 62 peuvent être constituées de pointes métalliques ou de pointes semi-conductrices, de tubes nanométriques en fibres de carbone (en anglais « carbon nanofibers ») , voire de films minces en carbone ou en silicium poreux par exemple. Plusieurs pointes emettrices 62 peuvent éventuellement être regroupées pour constituer une seule source 61 d'émission électronique. Les sources emettrices 62 peuvent être implantées en réseau matriciel à une dimension ou à deu:x dimensions, notamment selon un agencement périodique régulier à deux dimensions, ou un agencement linéaire à pas régulier à une dimension, ou un agencement multilinéaire sur plusieurs axes parallèles à une dimension, ou encore selon un agencement à pas irrégulier. Les sources emettrices 62 sont déposées dans des ouvertures aménagées dans une couche diélectrique 63 en matériau isolant, par exemple une couche d'oxyde. L'épaisseur de la couche d'oxyde 63 est de l'ordre de quelques dizaines à quelques milliers de nanometres. Un niveau de metallisation 64 est déposé à la surface de la couche d'isolant 63 pour former une électrode d'extraction polarisée à une tension positive Vg. Des ouvertures, typiquement circulaires, sont aménagées dans l'axe des sources emettrices 62 de façon à former une grille annulaire autour de chaque pointe emettrice 62 qui constitue une cathode. L'ouverture de la grille annulaire peut atteindre une dimension de l'ordre de quelques dixièmes de micromètres à quelques micromètres, suivant le type de source emettrice utilisée . Selon l'alternative de réalisation illustrée sur la figure 6, l'électrode d'extraction 64 est surmontée par une autre couche diélectrique 65 et par un autre niveau de metallisation 66 formant une seconde électrode isolée électriquement de l'électrode d'extraction 64. Cette seconde électrode 66 est percée d'ouvertures, circulaires typiquement, de dimensions généralement supérieures aux ouvertures de grille d'extraction de la première électrode 64. La seconde électrode 64 est polarisée à une tension Ve, de façon à former un premier niveau de lentilles de focalisation. L'épaisseur typique des électrodes conductrices est de l'ordre de quelques centaines de nanometres. Selon l'invention, l'électrode de diaphragme 70 qui constitue la deuxième structure 7 est reportée par hybridation 9 sur la première structure d'émission 6 formée par la plaquette de substrat de base 60, sur laquelle est implanté l'arrangement matriciel des sources emettrices à effet de champ 61. L'hybridation consiste à reporter et à assembler la deuxième structure 70 sur la première structure 60 en disposant, de façon intercalaire, des moyens d'hybridation 9 et 9'. Selon le mode de réalisation décrit précédemment (figure 4) , les moyens d'hybridation 9 sont formés par des billes métalliques 90. Dans une première forme de réalisation, les billes d'hybridation sont composées d'alliages fusibles de métaux. Les billes peuvent être de forme circulaire, oblongue ou de toute autre forme, par exemple en forme de champignon notamment. La hauteur X des billes d'hybridation 90 permet de contrôler l'espacement entre l'électrode de diaphragme 70 qui forme la deuxième structure 7 et le substrat d'émission 60 qui forme la première structure de base 6. Les billes d'hybridation 90 ont de préférence des dimensions micrométriques, ces microbilles ayant de préférence une taille comprise entre un micromètre et plusieurs centaines de micromètres. De tels moyens d'hybridation permettent de maintenir une distance d' ecartement X entre la deuxième structure 7 et la première structure 6 comprise entre une fraction de micromètre et un millimètre, selon les moyens d'hybridation utilisés. Les techniques d'hybridations par bille à alliage fusible permettent en outre de réaliser un alignement automatique et contrôlé (au micromètre près) des ouvertures 8 de diaphragme de la deuxième structure 7 par rapport aux sources emettrices 61 de la première structure 6. C'est la mise en fusion des billes qui permet (via des forces de tension superficielles) de réaliser cet auto-alignement entre les structures 6 et 7. Cette technique permet donc notamment un autoalignement entre les moyens d'émission de faisceaux d'électrons et les moyens de réduction de la divergence selon l'invention. Dans le cas d'une hybridation par billes d'or, l'assemblage s'effectue non pas par fusion des billes mais par thermocompression. La précision d'assemblage est alors données par la précision des machines d'alignement des structures assembler. Ces différentes techniques d'hybridation sont par exemple décrites dans l'article : « Electronic production and test - Advanced Packaging », p. 32 - 34, Avril 1999. Les figures 9 à 9'C illustrent plusieurs configurations d'hybridation à l'interface entre la deuxième structure d'électrode de diaphragme 70 et la première structure de base d'émission électronique 60. La figure 9 montre un premier mode de réalisation dans lequel les billes d'hybridation 90 sont intercalées dans les zones périphériques du dispositif entre les bords de la deuxième structure 7 et les bords de la première structure 6. Ainsi, selon ce mode de réalisation, les billes d'hybridation 90 sont disposées en dehors des zones de propagation des faisceaux d'électrons et à l'endroit où l'électrode de diaphragme 70 qui forme la seconde structure 7 peut être considérablement épaissie pour renforcer sa tenue mécanique . La figure 9' représente un autre mode de réalisation dans lequel, plusieurs microbilles d'hybridation 90 sont disposées, non seulement dans les zones périphériques entre la bordure de l'électrode de diaphragme 7 et la bordure de la plaque de substrat 60 formant la deuxième structure d'émission électronique 6, mais également dans la zone centrale correspondant à la partie active du substrat 60 comportant les sources d'émissions d'électrons 61 et la zone centrale de l'électrode de diaphragme 70 qui comporte les ouvertures 8 de diaphragme. Les microbilles d'hybridation 90 sont alors disposées autour de chaque cellule d'émission à effet de champ, et se dressent comme des colonnes dans les intervalles séparant les espaces de propagation des faisceaux d'électrons parallèles . Les microbilles d'hybridation disposées dans la zone centrale ou partie active du dispositif ont pour fonction, alternativement ou cumulativement, de renforcer la tenue de l'assemblage mécanique entre la mince électrode de diaphragme 70 (deuxième structure) et la plaquette de substrat 60 (première structure) , et/ou de mettre en contact électrique les parties conductrices de l'électrode de diaphragme 70 avec certaines parties conductrices de la plaquette de substrat 60. Une telle disposition s'applique particulièrement à la réalisation d'un dispositif selon l'invention comportant une électrode de diaphragme 7 à structure réticulée ou alvéolaire et comportant des cloisons d' isolants séparant des caissons conducteurs dans lesquels sont aménagées les ouvertures de diaphragme 8. La figure 9' A illustre une première forme de réalisation dans lequel les microbilles d'hybridation 91 disposées dans la zone centrale mettent en contact directement des parties du substrat 60 avec les zones conductrices 70 entourant les ouvertures 80. La figure 9'B illustre une variante de réalisation dans laquelle les microbilles d'hybridation 92 de la zone centrale prennent appui sur l'électrode 64 de grille d'extraction des électrons déposée sur une couche diélectrique qui la sépare et l'isole du substrat 60, dans lequel sont aménagées ou implantées les sources emettrices d'électrons 61. Ici, les billes d'hybridation 92 relient électriquement les zones de l'électrode de diaphragme 70 s 'étendant autour des ouvertures 80 avec l'électrode d'extraction électronique 64 qui est soumise à un potentiel ou une tension de grille d'extraction Vg. La figure 9'C illustre une autre variante de réalisation dans laquelle des microbilles d'hybridation 93 prennent appui sur l'électrode de focalisation 66 qui est prévue dans certaines formes de réalisation de la première structure 6, par exemple celui de la figure 6, et qui surmonte l'électrode de grille d'extraction électronique 64 déposée au dessus du substrat semi-conducteur 60 dans lequel sont implantées les sources emettrices d'électrons 61. Dans cet exemple de réalisation, les microbilles d'hybridation disposées dans la partie centrale permettent de relier électriquement les zones de l'électrode de diaphragme 70 entourant les ouvertures 80 avec l'électrode de focalisation 66 qui est soumise à un potentiel ou une tension de polarisation Ve. Les figures 7A et 7B représentent deux modes de réalisation de la deuxième structure et montrent l'allure générale de l'électrode hybridée 70. Les profils en biseau des ouvertures de diaphragme, détaillés ultérieurement, ne sont pas représentés sur les figures 7A et 7B. La figure 7A représente un premier mode de réalisation dans lequel la deuxième structure est composée d'une membrane 70 conductrice surmontée d'une surépaisseur 72 du matériau conducteur ou de l'épaisseur 72 de dépôt d'une couche d'un autre matériau qui peut être indifféremment conducteur, semi- conducteur ou diélectrique. L'épaisseur de la membrane conductrice 70 de diaphragme qui intercepte les faisceaux d'électrons autour des ouvertures de diaphragme 8, est de l'ordre d'une fraction de micromètres (par exemple 0,1 μm) à plusieurs centaines de micromètres (par ex. 500 μm) . En dehors des zones entourant les ouvertures de diaphragme 8, l'épaisseur de la deuxième structure peut atteindre des valeurs beaucoup plus importantes, par exemple des épaisseurs cumulées allant jusqu'à environ un millimètre, notamment sur les bords, à la périphérie de la deuxième structure afin d'améliorer la tenue mécanique ou la résistance aux déformations d'origine thermique de l'ensemble de la deuxième structure 7A. La partie conductrice 70 de l'électrode hybridée 7A est soumise à un potentiel de polarisation
Vd pour contrôler le champ électrique d'accélération des électrons entre le dispositif d'émission et l'anode et/ou obtenir un effet de focalisaition électrostatique, comme détaillé par la suite. La figure 7B représente un autre mode de réalisation plus complexe de la deuxième structure 7B qui comporte ici deux électrodes successives 70 et 75, afin d'augmenter les stratégies de polarisation de la structure 7B. Sur la réalisation de la figure 7B, comme dans l'exemple de la figure 7A, la deuxième structure 7B comporte une première membrane 70 conductrice ou semi-conductrice formant une première électrode percée d'ouvertures de diaphragme 8. La membrane est surmontée d'une couche de matériau diélectrique 71, d'épaisseur moyenne de l'ordre du micromètre, percée d'embrasures 73 aux emplacements correspondant au droit des ouvertures de diaphragme 8, les embrasures 73 étant de préférence de dimensions supérieures à la dimension des ouvertures de diaphragme elles-mêmes. L'épaisseur de la partie conductrice 70 peut être réduite à une épaisseur de l'ordre de quelques dixièmes de micromètres. La couche diélectrique est surmontée d'une membrane uniforme conductrice 75 qui forme une seconde électrode. L'épaisseur de la couche diélectrique 71 isolant électriquement les électrodes 70 et 75 entre elles, peut aller du micron à la dizaine de microns. L'épaisseur de la membrane conductrice 70 dans les zones qui interceptent les faisceaux d'électrons, autour des ouvertures de diaphragmes 8, peut aller de l'ordre d'un dixième de micromètre à plusieurs centaines de micromètres (par exemple 500 μm) . Toutefois, la seconde électrode 75 peut être surépaissie ou surmontée d'une couche 76-77 d'un autre matériau conducteur, semi-conducteur ou diélectrique, dont l'épaisseur peut atteindre jusqu'à environ un millimètre. Ces surépaisseurs, qu'elles soient aménagées dans le corps même du matériau de la seconde électrode 75, ou dans un matériau différent, conducteur ou isolant 77, sont disposées en dehors des zones d'ouvertures de diaphragme 8, notamment sur les bords périphériques de l'électrode pour améliorer la tenue mécanique ou thermique de la deuxième structure 7B. Des embrasures 78 sont alors aménagées au droit des ouvertures de diaphragme 8. Selon l'exemple de la figure 7B, les embrasures 78 aménagées dans les surépaisseurs de la seconde électrode ont des dimensions supérieures aux dimensions des ouvertures de diaphragme 8 aménagées dans la seconde électrode 75 elle-même . Le diamètre des plus petites ouvertures de diaphragme 8 aménagées dans les électrodes peut atteindre un dixième de micromètre à plusieurs dizaines de micromètres (par exemple 50 μm) , la dimension supérieure des ouvertures de diaphragme les plus grandes n'étant pas limitée. Chaque électrode 70,75 formée par une membrane conductrice est soumise à un potentiel respectif de polarisation pour former un champ d'accélération électrosta ique des électrons de chaque côté de la deuxième structure et entre les deux électrodes 70, 75. Dans les exemples de réalisation de la figure 7A et 7B, chaque électrode 70 ou 75 est soumise à un potentiel Vd, Vdl ou Vd2 uniforme sur toute la surface de chaque électrode 70 ou 75. Toutes les ouvertures de diaphragmes 8 de chaque électrode 70 ou 75 sont donc soumises aux mêmes potentiels électriques. Alternativement, selon un autre mode de réalisation non illustré, il est prévu que les ouvertures puissent être soumises respectivement à des potentiels individuels distincts. La deuxième structure peut ainsi être implantée dans un substrat ou un matériau à structure alvéolaire ou réticulée, comportant des caissons de silicium séparés par des bandes d'isolants, notamment en utilisant des briques selon la technologie connue sous l'appellation SIBOX. Dans ce type de matériau technologique, chaque caisson semi-conducteur est isolé électriquement des autres caissons semi-conducteurs voisins . La deuxième structure 7 est implantée dans ce substrat ou ce matériau technologique, chaque caisson individuel isolé étant alors percé d'une ou de plusieurs ouvertures de diaphragme 8. L'ouverture ou le groupe d'ouvertures de diaphragme appartenant à un caisson peut alors être soumis individuellement à un potentiel respectif, de façon à focaliser, individuellement ou par groupe, chaque faisceau d'électrons qui traverse ces ouvertures de diaphragme . Un avantage de ce mode de réalisation est de permettre de contrôler la divergence et la qualité optique des faisceaux transmis. La figure 8C est un diagramme faisant apparaître l'allure des trajectoires des électrons issus d'une source d'émission ponctuelle au travers d'une ouverture de diaphragme 70 à profil biseauté. Comme on le voit dans l'angle inférieur de la figure 8C, le premier effet de l'ouverture de diaphragme est de limiter l'ouverture angulaire du faisceau d'électrons transmis à travers la deuxième structure de diaphragme 70. Par exemple, avec une ouverture de diaphragme de dimension de 5 micromètres, disposée à une distance de 20 micromètres de la source emettrice ponctuelle, la partie la plus étroite de l'ouverture de diaphragme 84 limite l'ouverture angulaire du faisceau à +/-4 degrés d'angle. Sur l'exemple de la figure 8C, le champ électrique est nul (E1=0) entre la source emettrice située à l'origine et le premier côté 85 de la structure de diaphragme 70. De l'autre côté de la deuxième structure 70, un champ électrique uniforme de l'ordre de 1 volt/micromètre (E2=106 V/m) est imposé par une anode (non représentée) qui fait face à l'électrode 70 formée par la deuxième structure. L'ensemble des trajectoires d'électrons, est soumis à un champ magnétique uniforme de l'ordre de quelques dixièmes de Tesla (par exemple 0,3 T) . On observe alors que les trajectoires des électrons 86, 87, 88, 89 se recourbent et se rabattent vers l'axe de propagation 89 sous l'effet de l'accélération électrostatique et de la focalisation magnétique. Le profil d'ouverture en biseau 80 permet de limiter les aberrations du faisceau électronique à la traversée du diaphragme 70, le long du bord d'ouverture 83. L'effet de diaphragme est réalisé dans la partie de la deuxième structure de diaphragme 70 où l'ouverture est la plus réduite 84. Une telle disposition permet d'obtenir une excellente qualité du faisceau électronique. Le biseautage de la partie supérieure 83 du diaphragme permet d'atteindre une résolution inférieure à 10 nm et ainsi de diviser par cinq les dimensions du spot (point de focalisation) obtenu avec le dispositif selon l'invention, par rapport à des ouvertures de diaphragme sans biseautage, ce qui est la conséquence de la réduction des aberrations à la traversée du diaphragme 70. Ainsi de façon avantageuse le biseautage des ouvertures de diaphragme du dispositif selon l'invention, permet de quintupler la résolution du point de focalisation d'un faisceau électronique. En outre, l'invention prévoit que le champ électrique E n'est pas uniforme à la traversée du diaphragme, chaque côté de l'électrode de diaphragme étant exposé à des champs électriques E1,E2 de valeurs différentes . Selon l'invention, l'orientation de l'ouverture du biseau 83 dépend de préférence de l'orientation du gradient de champ électrique à la traversée du diaphragme 70. Il est prévu que la partie la plus étroite 81 ou 84 de l'ouverture 80 de diaphragme fait face à un champ électrique moins important que la partie la plus large 82 ou 83 de l'ouverture 80 de diaphragme. L'orientation du biseau 83 de l'ouverture 80 dépend donc de la polarisation de l'électrode 70 vis-à-vis du dispositif d'émission électronique 60 et vis-à-vis de l'anode accélératrice ou focalisatrice 40, par exemple. La figure 8A représente un premier mode de réalisation dans lequel les ouvertures 80 de diaphragme 70 forment des biseaux 83 débouchant dans la direction de propagation des faisceaux électroniques et sont soumis à un gradient de champ électrique E1/E2 croissant dans le sens de propagation des électrons. Le biseau 83 de l'ouverture 80 est orienté de sorte que le premier côté du diaphragme 70 présentant l'ouverture la plus étroite 81, ou présentant la section d'ouverture inférieure 81, est exposé à un champ électrique El ayant une première valeur inférieure à une deuxième valeur de champ électrique E2 qui baigne l'autre côté 82 du diaphragme 70. Le second côté de l'ouverture 80 qui présente une largeur d'ouverture débouchante 82 supérieure à la première ouverture 81, ou du moins une section d'ouverture d'aire 82 supérieure à l'aire d'ouverture 81 du premier côté, est exposé à une deuxième valeur de champ électrique E2 supérieure à la première valeur de champ électrique El qui fait face au premier côté 81 du diaphragme 70. En particulier, le champ électrique peut être absent, c'est-à-dire de valeur sensiblement nulle (El≤O) entre le diaphragme et le dispositif d'émission. Ce cas particulier correspond au cas où l'électrode de la structure de diaphragme 70 est polarisée au même potentiel électrique que le dispositif d'émission 50 (Vd=Vg ou Vd=Ve ou Vdl=Vg ou Vdl≈Ve) . Dans le cas de la figure 8A, après avoir été diaphragmes à l'endroit où l'ouverture 80 de diaphragme est la plus étroite 81, les faisceaux d'électrons sont en second lieu focalisés ou accélérés par le fort champ électrique E2 à l'endroit où l'ouverture 80 est la plus large 82. De forts effets électrostatiques se produisent dans cette zone, mais comme les trajectoires des faisceaux d'électrons transmises à ce niveau passent alors plus loin des bordures d'extrémités d'ouvertures, les trajectoires subissent moins d'aberrations. Le dispositif, selon l'invention comporte des moyens pour appliquer des potentiels de polarisation ou des tensions électriques à chacune des électrodes précitées. La figure 8B expose un autre mode de réalisation dans lequel, cette fois, les faisceaux d'électrons sont exposés à un gradient de champ électrique décroissant dans leur sens de propagation, lors de la traversée des ouvertures 80' de diaphragme 70. Dans ce cas, comme illustré sur la réalisation de la figure 8B selon l'invention, les ouvertures à profil taillées en biseau sont de préférence orientées de façon à ce que chaque ouverture 80' de diaphragme s'étrécisse dans le sens de propagation des faisceaux d'électrons. Dans ce cas, les ouvertures 80' de diaphragme taillées en biseau sont orientées de sorte que l'ouverture de largeur supérieure 81' est disposée du premier côté face aux sources emettrices d'électrons, et sont exposées à un champ électrique de valeur El' plus importante que la valeur de champ électrique E2 ' qui baigne le second côté du diaphragme 70. Le second côté du diaphragme comporte des ouvertures 82' présentant une largeur plus étroite ou une section d'ouverture 82' d'aire inférieure, ces étroites ouvertures 82' faisant face à l'anode 40 accélératrice ou focalisatrice . Dans le cas de la figure 8B, les faisceaux: d'électrons sont exposés à un gradient décroissant de champ électrique El'/E2' dans leur sens de propagation et sont en premier lieu, focalisés ou accélérés par le fort champ électrique El' à l'endroit où l'ouverture 80' est la plus large 81', avant d'être diaphragmes à. l' endroit où l'ouverture 80' de diaphragme est la plus étroite 82', qui se trouve être l'endroit où la valeur de champ électrique E2 ' est la plus faible, voir nulle. Eventuellement, le champ électrique peut en effet être absent du deuxième côté du diaphragme 70, ce qui. correspond par exemple à un cas où l'anode est polarisée au même potentiel que le diaphragme 70. De façon avantageuse selon l'invention, l'effet de diaphragme est réalisé du côté du diaphragme où le champ électrique E2 est le plus faible qui correspond au côté d'ouvertures 82' plus étroites. Les trajectoires des faisceaux d'électrons qui passent tout près du bord de l'ouverture subissent alors peu. d' aberrations . On constate que, grâce à l'invention, plus l'angle de biseau des ouvertures est important, plus les effets précédents sont marqués et moins il se produit d'aberrations à la traversée du diaphragme. La valeur de l'angle du biseau des ouvertures est seulement limitée par la densité d'émetteur à la surface du dispositif. La figure 8C montre ainsi un profil d'ouverture de diaphragme taillé en biseau avec un fort angle θ d'inclinaison d'environ 15° par rapport à l'axe de propagation des électrons. Dans d'autres modes de réalisations, non illustrées, les ouvertures de diaphragme peuvent être taillées en biseau ayant un profil non linéaire, c'est-à-dire que le biseau n'est pas rigoureusement plat mais peut être convexe ou concave par exemple . De tels profils d'ouvertures sont également favorables à la réduction des aberrations lors de la traversée du diaphragme par le faisceau d'électrons. La réalisation d'un dispositif d'émission électronique selon l'invention peut faire l'objet de plusieurs formes de réalisations et variantes de l'architecture de base, en particulier d'un arrangement matriciel à deux dimensions, d'un arrangement linéaire à une dimension ou d'un arrangement multi-linéaire à deux dimensions, à pas réguliers ou à pas irréguliers. La figure 10 illustre une vue d'ensemble d'une réalisation d'une architecture matricielle à deux dimensions à pas réguliers, comprenant un réseau de sources emettrices 6 et d'ouvertures 8 de diaphragme 7 disposées selon un quadrillage régulier. La figure 11 illustre une vue d'ensemble d'une réalisation d'un dispositif d'émission électronique selon l'invention, comprenant une structure d'émission 6 comportant une seule rangée de sources et une structure de diaphragme 7 comportant une rangée d'ouvertures 8 correspondantes disposées en barrettes linéaire selon un arrangement périodique à une dimension à pas réguliers. Alternativement, les sources emettrices et les ouvertures 8 de diaphragme peuvent être disposées à intervalles irréguliers. La figure 12 illustre une vue d'ensemble d'une autre réalisation de dispositif d'émission électronique selon l'invention, dans lequel la première structure 6 et la seconde structure 7 comprennent plusieurs rangées parallèles relativement espacées de sources emettrices et d'ouvertures 8 de diaphragme arrangées sur deux dimensions à pas périodiques réguliers. Alternativement, les sources emettrices et les ouvertures 8 de diaphragme peuvent être disposées à intervalles irréguliers. L'espacement des sources emettrices et des ouvertures 8 correspondantes peut varier de l'ordre de un micromètre à une centaine de micromètre, le pas matriciel étant typiquement de quelques micromètres ou de quelques dizaines de micromètres, par exemple environ cinquante micromètres. Une telle structure s'intègre particulièrement avantageusement dans un système d'émission électronique multifaisceaux à haute résolution, selon le schéma de la figure 5B qui comprend en outre une optique de focalisation 57 et une anode d'accélération électrostatique. A la sortie des ouvertures de diaphragme du dispositif d'émission 50, l'ouverture angulaire des faisceaux est réduite à quelques degrés, voire en deçà du degré grâce à l'invention. L'optique de focalisation 57 est de préférence une optique de projection magnétique générant un champ magnétique de l'ordre de quelques centièmes de Tesla à quelques Tesla, typiquement quelques dixièmes de Tesla. De façon avantageuse, un tel dispositif selon l'invention permet d'obtenir des spots d'électrons ayant une résolution d'ordre nanométrique . Sur les figures 13A à 16B, on peut voir un autre mode de réalisation dans lequel le diaphragme forme également des moyens de collection d'une partie du courant émis par les moyens émetteurs de manière à collecter une partie du courant émis, et est raccordé à des moyens de mesure de cette partie de courant émis, lesdits moyens de mesure étant quant à eux reliés à des moyens de polarisation des moyens émetteurs d' électrons . Selon le mode de réalisation représenté aux figures 13A et 13B, les moyens émetteurs d'électrons comportent une cathode 120, des micro-émetteurs d'électrons 124 (pointe ou nanotube) et une première grille d'extraction 126, la distance grille d'extraction-cathode étant réglée par l'épaisseur d'un diélectrique 128, qui est par exemple de l'ordre du micromètre. Des moyens de polarisation 134 permettent de polariser respectivement la grille d'extraction et la cathode et ainsi de commander le courant émis par les micro-émetteurs. Le dispositif de l'invention comprend également des moyens 140 de collection, par exemple comportant une électrode ou une grille de collection, peuvent être positionnées au-dessus du site d'émission. Ils sont reliés à des moyens 142 de mesure du courant. Ces moyens de collection sont donc placés sur le trajet des électrons émis afin d'en prélever une partie et de permettre le passage du reste des électrons émis vers l'anode. Pour cela, des orifices (ou ouvertures) sont prévus au niveau de ces moyens de collection. Ces orifices peuvent être circulaires, ovales ou rectangulaires, ils peuvent également présenter d'autres géométries avantageuses. Comme illustré sur les figures 15A et 15B, ils peuvent aussi avoir la forme de secteurs circulaires 100, 102, 104 ou encore la forme illustrée en figure 15C (cercle échancré) . On peut, en fonction de la géométrie choisie et de la polarisation appliquée, déterminer, d'après les lois classiques de l'optique et de l'électromagnétique, la part des électrons collectés et celle des électrons effectivement transmis vers l'anode. Ainsi, la mesure du courant collecté donnera une indication précise des électrons arrivant sur l'anode (et donc de la dose émise) . Par rapport à un orifice circulaire, ces orifices découpés des figures 15A - 15C permettent la collection d'électrons à plusieurs niveaux de faisceau électronique et pas uniquement au niveau des bords du faisceau, permettant ainsi d'être moins sensibles aux inhomogénéités qui peuvent apparaître sur les bords. Ces orifices ont typiquement, en fonction de l'application envisagée, des diamètres de l'ordre de quelques microns à quelques dixièmes de microns . Les moyens 140 de collection de courant sont positionnés dans l'axe d'émission, la distance par rapport à la première grille d'extraction 126 étant réglée par des moyens 90 d'hybridation, par exemple une micro-bille 90 ou tout autre moyen d' interconnexion (pilier,...) . En fait, la grille ou les moyens de collection sont reliés par les moyens 90 à une zone 171 conductrice, située dans le dispositif classique d'émission au niveau de la grille d'extraction mais isolée dans cette grille d'extraction par la zone isolante 127 (par exemple Si02) . Les moyens d'hybridation 90 permettent de maintenir un écart entre ces éléments qui assure, combiné avec la zone isolante 127, l'effet d'isolation entre eux. La hauteur de ces billes d'hybridation 90 permet de contrôler l'espacement entre l'électrode 140 et le substrat qui contient les moyens 124 d'émission. De tels moyens d'hybridation permettent de maintenir une distance assez précise d' ecartement entre les moyens 140 et la grille d'émission 126, typiquement de l'ordre de quelques centaines de microns et ce, avec une précision de l'ordre d'une fraction de microns. En plaçant les moyens 142 de mesure de courant (ampèremètre) dans le circuit d'alimentation des moyens de collection, il est possible de mesurer le faisceau électronique, ou une grandeur proportionnelle au courant d'anode, et d' interagir sur le courant du micro-émetteur, soit via la commande de la grille d'extraction 126 et/ou via la commande de la cathode 120. Un ajustement peut être fait à l'aide de moyens de contre-réaction. Ces moyens de contre-réaction peuvent par exemple être composés d'un convertisseur courant tension associé à un module d'amplification et au besoin à un inverseur. Ils permettent ainsi, à partir du courant collecté au niveau de la grille de collection, d'établir la tension à appliquer au niveau de la cathode et/ou de la grille d'extraction. L'invention permet donc de mettre en oeuvre des moyens de contrôle et de régulation de courant d'anode séparés de la grille d'extraction. Les grilles 126 sont de type métallique.
Plus généralement elles sont conductrices (par exemple en Silicium Polycristallin) . Les pointes emettrices 124 sont conductrices, par exemple en Silicium ou en molybdène. La grille d'extraction 126 a par exemple une épaisseur de quelques centaines de nm à quelques micromètres. L'épaisseur du diélectrique 128 est typiquement de quelques centaines de nm (par exemple comprise entre 0.4 et 0.7 μm) . La distance entre le substrat 120 et l'anode 136 est environ de 1 mm pour l'application envisagée. Elle peut varier de 10 μm à 10 mm selon 1' application. Un premier générateur de tension 134 établit par exemple une ddp positive entre la première grille d'extraction 126 et la cathode 120 pour permettre aux électrons de s'échapper de la pointe dans le vide. Le faisceau d'électrons s'oriente vers l'anode 136 avec une certaine ouverture angulaire. Pour recueillir les électrons, l'anode 136 est par exemple portée à quelques centaines de Volts positivement. Les moyens 140 collectent des électrons, que les moyens 142 convertissent en mesure de courant, information que les moyens de contre-réaction peuvent utiliser pour réguler l'extraction des électrons en fonction, par exemple, d'une valeur de consigne du courant émis. Les fréquences de fonctionnement de la source sont de préférence dans le domaine des hautes fréquences, au-delà de 1 Mhz. La réalisation physique des micro-sources connues selon l'art antérieur impose des structures non idéales. Des capacités parasites, entre la pointe 124 et la grille 140 induisent, notamment, des courants de déplacement importants, au moment des commutations. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 13A et 13B, il est envisageable de connecter les grilles d'extraction 126 et de collection 140 à des blocs de contrôle de courant et de commande de grilles situés dans le substrat CMOS, par des traversées électriques. Ces blocs de traitement utilisent une technologie mixte LV/HV (basse tension/haute tension) , le contrôle et la commande se faisant en LVCMOS et le pilotage de l'émission en HVCMOS. Un procédé de fabrication collective permet d'aligner la grille de collection 140 sur la pointe émissive 124. Comme illustré sur la figure 13A, une tranche Silicium peut être utilisée comme substrat pour réaliser la grille de collection. Ce substrat pourra alors également être utilisé pour réaliser, au même niveau que la grille de collection, les moyens de mesure de courant et de traitement associé. On pourra ainsi parler de grille de collection « active ». Un avantage de cette variante est d'augmenter la surface disponible pour réaliser les blocs de traitement électronique et surtout de différencier la partie analogique basse tension au niveau du substrat silicium de la grille 140 de collection, et la partie analogique 134 de commutation haute tension au niveau du substrat silicium 160 de base, limitant ainsi, entre autres, les problèmes de parasitage entre ces deux parties et permettant par ailleurs l'emploi de deux substrats de technologies complètement différentes. Dans le dispositif illustré en figure 13B, il s'agit d'une grille de collection « passive », où les moyens 142 de mesure de courant et le traitement du courant collecté sont localisés dans le substrat CMOS 160. Dans une forme de réalisation, la commande s'effectue par la grille d'extraction, le potentiel de cathode est maintenu à une tension constante, le potentiel de la grille d'extraction est lui puisé entre un niveau haut et un niveau bas (voir la tension Vg sur le chronogramme de la figure 16A) . Le niveau haut correspond à une période pendant laquelle le microémetteur émet, le niveau bas correspond à une période pendant laquelle le micro-émetteur n'émet pas (voir le courant la d'anode sur la figure 16A) . Selon l'invention il est possible, à partir du courant Ig collecté au niveau de la grille de collection (proportionnel au courant d'anode dans sa partie centrale), d'agir sur le potentiel de la grille d'extraction pour moduler l'émission du micro-émetteur. On peut pour cela, soit moduler le niveau haut de la tension Vg, soit modifier la durée d'émission en jouant sur la durée de ce niveau haut . On peut constater, sur la figure 16A, qu'au moment des commutations du potentiel de la grille d'extraction, des pics de courant importants, transitoirement au niveau du courant de la grille de collection. Il peut donc être intéressant de différer la mesure du courant de collection de manière à éviter les perturbations liées à ces commutations. Dans une autre forme de réalisation, la commande du micro-émetteur est régie par la cathode. Le potentiel de la grille d'extraction est donc constant alors que le potentiel de cathode est puisé entre un niveau haut et un niveau bas, ce dernier niveau correspondant à la période d'émission du microémetteur. Selon l'invention, on peut à partir du courant Ig collecté, agir sur le potentiel de la cathode (Vcathode) pour moduler l'émission du microémetteur. On peut pour cela moduler en amplitude ou en durée le niveau bas de la tension de cathode. On peut constater, figure 16B, que le courant collecté dans le cas où la commande du microémetteur est régie par la cathode, est moins sensible aux commutations de la tension de cathode que dans le cas précédent. L'exemple de la figure 14A illustre les moyens de mesure du courant d'un signal de mesure est amplifié par un amplificateur 180 sur lequel un condensateur 182 est monté en contre réaction. Il est alors possible de convertir le courant mesuré en tension, grandeur plus facilement exploitable avec un nombre limité de composants (CTIA) . La variation de la tension de sortie s'exprime alors par :
-Igate * T
où T représente le temps d' intégration du courant, ou le temps d'analyse. Cette structure est assez peu sensible aux variations rapides du courant. La valeur du condensateur 182 est par exemple de l'ordre de lOfF, ce qui conduit à des sensibilités de l'ordre de 20μV/électron. La structure illustrée en figure 14B, avec une résistance 184 de contre-réaction, permet de représenter des variations instantanées de tension de sortie sur des variations instantanées du courant d'entrée. La variation de tension de sortie s'exprime dans ce cas : Δ vs = - R. Igate
Enfin, la figure 14C illustre un montage avec mesure par miroir de courant : une image du courant de grille de collection Ig peut être mise à profit pour générer un courant de différence Iref-Ig, qui peut être exploité. Un dispositif selon l'invention, quel que soit le mode de réalisation envisagé, permet de compenser des non-uniformités spatiales technologiques ou les non-uniformités des sources d'électrons connues. D'autres formes d'arrangement, variantes et modes de réalisation pourront être mis en œuvre par l'homme de métier, sans sortir du cadre de la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS 1. Dispositif d'émission électronique (50) à plusieurs faisceaux d'électrons (59) comprenant une première structure (6) comportant une pluralité de sources (61) d'émission de faisceau d'électrons (69), hybridée (9) avec une deuxième structure (7) comportant une pluralité d'ouvertures (8) de diaphragme.
2. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel la deuxième structure (7) est formée par une électrode ou une membrane (70) , métallique ou conductrice ou semi-conductrice .
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'hybridation (9-9') entre la première et la deuxième structure (6-7) est réalisée par l'entremise de billes métalliques (90), notamment de billes composées d'alliage de métaux fusibles et/ou de billes composées d'or.
4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'hybridation (9-9') entre la première et la deuxième structure (6-7) est réalisée par l'entremise d'un ou de plusieurs films à conduction anisotrope.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel au moins une ouverture (80) de diaphragme présente deux surfaces d'ouvertures opposées (81/82) différentes, la surface d'ouverture (81) d'un côté du diaphragme (70) ayant une aire supérieure à l'aire de l'autre surface d'ouverture (82) de l'autre côté du diaphragme (70).
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel chaque ouverture (80) de diaphragme (70) comporte un profil de bord d'ouverture (83) en biseau, plat, concave ou convexe.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel chaque structure
(6,7) comporte un agencement périodique des sources
(61,62) d'émission d'électrons ou des ouvertures de diaphragme (8,80), les structures (6,7) ayant notamment un agencement matriciel ou un agencement multi-linéaire ou un agencement linéaire, régulier ou irrëgulier.
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel les sources (61,62) d'émission de faisceau d'électrons (69) et les ouvertures (8,80) de diaphragme (70) sont agencés avec un ecartement de l'ordre de quelques microns à un millimètre.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant en outre des moyens ou un système (4) de focalisation électrostatique ou magnétique ou électromagnétique des faisceaux d' électrons .
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, comprenant en outre des moyens ou un système (40) de focalisation par projection magnétique .
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, comprenant en outre des troisièmes moyens, ou une troisième structure (40) , d'anode ou d'électrode polarisée disposée au-delà de la deuxième structure (7) d'ouvertures de diaphragme (70).
12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel la deuxième structure (7) comporte au moins une partie conductrice (70,75) et au moins une partie diélectrique (71,72,76,77) .
13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel la deuxième structure (7) comporte deux niveaux (70,75) d'électrodes ou de membranes, métalliques, conductrices, accolées à au moins une couche diélectrique ((71,72).
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel la deuxième structure (7) présente, autour des zones (73,78) d'ouvertures (8) de diaphragme (70), une épaisseur de l'ordre d'une fraction de micromètre à quelques centaines de micromètres.
15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel la deuxième structure (7) présente, en dehors des zones (73,78) d'ouvertures (8) de diaphragme, une épaisseur (71,72,76,77) de l'ordre d'un micromètre à environ un millimètre.
16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, dans lequel la deuxième structure (7) a une structure alvéolaire isolant chaque ouverture (8) ou plusieurs groupes d'ouvertures entre eux, de sorte que chaque ouverture ou chaque groupe d'ouvertures est soumis à un potentiel respectif de polarisation.
17. Dispositif selon l'une des revendications l à 16, dans lequel au moins un côté (82, 82', 83) du diaphragme (70) de la deuxième structure est plongé dans un champ électrique (E2) d'accélération ou de focalisation des électrons.
18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17, dans lequel la deuxième structure (7) d'ouverture de diaphragme (70) comporte deux côtés opposés (81/82) , un côté (81) faisant face à un champ électrique (El), l'autre côté (82) faisant face à un autre champ électrique (E2) .
19. Dispositif selon la revendication 5 ou
6 prise en combinaison avec la revendication 17 ou 18, dans lequel les ouvertures (80,80') de diaphragme (70) sont orientées de sorte que la surface d'ouverture d'aire supérieure (82,81') fait face au champ électrique de valeur supérieure (E2,E1'), la surface d'ouverture d'aire inférieure (81,82') faisant face au champ électrique de valeur inférieure (E1,E2') ou à l'absence de champ électrique.
20. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 19, dans lequel la deuxième structure (70) est soumise à au moins un potentiel de polarisation (Vd,Vdl,VD2) .
21. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel la première structure comporte un substrat (160) , une cathode (120), des moyens (124) émetteurs d'électrons, une grille (126) d'extraction, et dans lequel la deuxième structure forme des moyens (140) de collection de courant, isolés de la grille d'extraction et disposés de manière à collecter une partie du courant émis par les moyens émetteurs, des moyens (142) de mesure du courant collecté, et des moyens pour contrôler, en fonction d'une mesure du courant collecté, le courant émis par les moyens émetteurs d'électrons.
22. Dispositif selon la revendication 21, les moyens (124) émetteurs d'électrons comportant au moins une micro-pointe ou un nanotube .
23. Dispositif selon la revendication 21 ou 22, dans lequel les moyens de contrôle du courant émis par les moyens émetteurs d'électrons comprennent des moyens (134) de polarisation en impulsions de la grille (126) d'extraction.
24. Dispositif selon la revendication 21 ou 22, dans lequel les moyens de contrôle du courant émis par les moyens émetteurs d' électrons comprennent des moyens (134) de polarisation en impulsions de la cathode .
25. Dispositif selon l'une des revendications 21 à 24, dans lequel le substrat est un substrat CMOS (160) .
26. Dispositif selon la revendication 25, des traversées électriques permettant de connecter les moyens (140) de collection et la grille (126) d'extraction au substrat CMOS (160).
27. Dispositif selon l'une des revendications 21 à 25 en combinaison avec la revendication 3, dans lequel les moyens (140) de collection étant reliés par des moyens d'interconnexion électrique et mécanique formés par les billes ou un pilier à une zone conductrice (171) .
28 Dispositif selon la revendication 27, les moyens (142) de mesure de courant étant situés dans le substrat.
29. Dispositif selon l'une des revendications 21 à 27, les moyens (142) de mesure de courant étant réalisés sur un substrat sur lequel se situent les moyens de collection.
30. Dispositif selon l'une des revendications 21 à 29, les moyens (142) de mesure de courant comportant un amplificateur (180) sur lequel un condensateur (182) ou une résistance (184) est monté en contre-réaction.
31. Dispositif selon la revendication précédente, les moyens (142) de mesure de courant comportant un montage de mesure par miroir de courant .
32. Dispositif selon la revendication 31, les ouvertures étant circulaires ou comportant des secteurs circulaires (100, 102, 104) .
EP04816492A 2003-12-30 2004-12-29 Dispositif d'emission electronique multifaisceaux hybride a divergence controlee Withdrawn EP1702345A2 (fr)

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