FR2497999A1 - Procede et appareil de traitement d'objets au moyen d'un faisceau d'electrons converge en ligne fine - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN APPAREIL PERMETTANT D'ENGENDRER UN FAISCEAU D'ELECTRONS EN LIGNE TRES FINE DE GRANDE LONGUEUR PAR RAPPORT A SA LARGEUR EN VUE D'EFFECTUER UN TRAITEMENT PHYSIQUE, MECANIQUE CHIMIQUE OU AUTRE SUR LA SURFACE D'OBJETS TELS QUE DES SEMI-CONDUCTEURS ET, DANS QUELQUES CAS, DANS LEUR VOLUME. L'APPAREIL POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE SELON L'INVENTION COMPREND: UN CANON A ELECTRONS POUR PROPAGER DES ELECTRONS DANS UNE DIRECTION PREDETERMINEE ET DISPOSE A L'INTERIEUR D'UN BOITIER E DANS LEQUEL ON A FAIT LE VIDE, ET COMPRENANT UNE CATHODE C POUR ENGENDRER LES ELECTRONS, S'ETENDANT LINEAIREMENT TRANSVERSALEMENT A CETTE DIRECTION, UNE GRILLE DE COMMANDE 2 ET DES MOYENS D'ACCELERATION ET DE FOCALISATION; DES MOYENS POUR AJUSTER CES DERNIERS, DES IONS GAZEUX POUVANT FAVORISER LA FOCALISATION A L'INTERIEUR DU BOITIER, DE MANIERE A ASSURER LA CONVERGENCE DU FAISCEAU LINEAIRE EN UNE LIGNE FINE, ET DES MOYENS POUR PORTER LE MATERIAU A TRAITER SUR LE TRAJET DU FAISCEAU CONVERGE. APPLICATION NOTAMMENT A LA RECUISSON ET A LA RECRISTALLISATION DES SURFACES DE SEMI-CONDUCTEURS.

Description

PROCEDE DE TRAITEMENT D'OBJETS AU MOYEN

D'UN FAISCEAU D'ELECTRONS CONVERGE EN LIGNE FINE

La présente invention concerne un procédé d'irradiation par un faisceau d'électrons et un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé, permettant d'engendrer un faisceau d'électrons en ligne

très fine de grande longueur par rapport à sa largeur en vue d'ef-

fectuer un traitement physique, mécanique, chimique ou autre sur

la surface d'objets et dans quelques cas dans leur volume.

Dans ce qui suit, le mot "traitement" est utilisé de manière générique pour signifier l'opération consistant à obtenir une ou plusieurs modifications physiques, chimiques, mécaniques ou autres dans un objet qui est soumis à ou traité au moyen d'un faisceau d'électrons, que cette modification résulte d'effets thermiques ou de particules chargées, d'un choc dû à un rayonnement, d'un effet électrique acoustique ou autre, primaire ou secondaire, incluant,

non limitativement, des opérations telles que la recuisson, la sou-

dure, la gravure, la vulcanisation, le découpage, le polissage et

toute autre modification apportée à une surface.

La présente invention trouve une application très importante

dans l'industrie des semi-conducteurs pour la recuisson de surfa-

ces des composants, mais n'est pas limitée à cette seule applica-

tion.

Par exemple, l'implantation d'ions fait subir des dégâts aux cristaux superficiels de la région de l'implantation qui doit être recuite (notamment pour une recristallisation en phase liquide ou solide); en général, cette recuisson est obtenue par échauffement de l'ensemble dans un four. On a montré récemment que l'on peut obtenir de meilleurs composants en ne recuisant que la région de

la surface endommagée.

Il est également possible d'obtenir des surfaces d'un cristal unique à partir d'un matériau amorphe déposé sur un cristal unique par croissance épitaxiale. Pour n'échauffer que la surface et non l'ensemble du matériau, il est nécessaire qu'un flux d'énergie de haute densité de puissance soit appliqué sur la surface du cristal pendant un temps très court. La surface atteint une température élevée avant que la chaleur n'ait le temps de se diffuser dans

l'ensemble du matériau.

Les procédés permettant d'obtenir ce résultat mettent en oeuvre des lasers à photons de haute puissance ou des faisceaux d'électrons

ponctuels. Les procédés connus de recuisson par faisceaux d'élec-

trons utilisent des systèmes à faisceau pulsé basés sur des dispo-

sitifs à cathode froide (plasma), comme décrit par exemple par A.C. Greenwald et R.G. Little sous le titre "Pulsed Electron-Beam Processing of Semi-Conductor Devices", dans un article publié dans Solid State Technology en avril 1979, dispositifs qui traitent des

surfaces relativement importantes au moyen d'un unique paquet d'élec-

trons, soit des faisceaux ponctuels obtenus au moyen d'équipements modifiés tels que des microscopes électroniques à balayage soit des

machines de soudure par faisceau électronique comme décrit par exem-

ple par J. L. Regolini, J.L. Gibbons, T.W. Sigmon et R.F.W. Pease

dans l'article intitulé "Scanning Electron Beam Annealing of Arsenic-

Implanted Silicon", publié dans App!. Phys. Lett. 34 (6) le 15 mars

1979, page 410. On peut également utiliser une lumière non-cohéren-

te intense engendrée par des lampes à éclair pulsé de haute inten-

sité utilisées comme source d'énergie plane dans quelques cas d'ap-

plications. Le principal avantage des faisceaux à énergie plane réside dans le fait que la totalité de la surface-cible peut être échauffée à très haute température en quelques nano-secondes. Pour obtenir ce résultat avec un flux absorbé de l'ordre de quelques dizaines de MW/cm, il est nécessaire d'atteindre une densité de courant de plusieurs kA/cm avec une tension de faisceau inférieure ou égale à 10 keV. Les sources de courant pour une telle densité sont peu nombreuses et, en fait, pour des applications industrielles, il

n'en existe pratiquement qu'un seul type appelé cathode froide. Malheureu-

sement, comme le plasma de cathode se propage vers l'anode du canon, la densité de courant disponible sur les bords d'attaque augmente

très rapidement pendant l'impulsion de traitement ce qui réduit con-

sidérablement l'impédance du canon à électrons. Ceci provoque une chute correspondante de la tension d'accélaration conduisant à une inopportune non-uniformité dans le temps de l'énergie déposée aussi

bien sur l'objet ou le matériau traité que sur le masque si on uti-

lise des faisceaux électroniques extérieurs. Il en résulte égale-

ment une non-uniformité spatiale importante associée à une émission variable à partir d'emplacements d'émission cathodique différents

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qui peuvent être distribués de façon aléatoire en fonction de la forme particulière de la cathode. Ainsi, cette source de faisceaux

à énergie plane est caractérisée par unenon-uniformité de l'échauf-

fement due aux variations spatiales temporelles de la densité de courant et de l'énergie des électrons. En outre, on ne peut pas utiliser une cathode de grande surface car il n'est pas possible,

dans ce cas, de limiter le flot de contamination à partir du ma-

tériau traité alors qu'une grande cathode produit un flux de conta-

mination. Il en est demême des sources de lumières non-cohérentes planes telles que les lampes à éclair pulsé intense, à cause de leur très faible rendement (généralement 2%) et parce que l'absorption de photons dépend des propriétés et de la température du matériau; ces sources présentent, en plus, également des variations de l'énergie

absorbée dans le temps.

En outre, ces sources d'électrons ou de photons présentent un

autre inconvénient du fait qu'elles ne sont pas adaptées à l'échauf-

fement des volumes. Bien qu'en répétant plusieurs fois de suite le traitement on peut obtenir la puissance moyenne requise pour un

échauffement des volumes, le risque d'endommager la surface augmen-

te dans ce cas à cause des niveaux élevés de flux qui constituent

une caractéristique de ces sources.

Jusqu'à présent, on a essentiellement utilisé comme sources

d'énergie des faisceaux laser ou des faisceaux d'électrons ponctuels.

Pour cette raison, de nombreuses expériences à échelle réduite ont été à ce jour faites avec ces sources. Un autre inconvénient de ces sources réside dans le fait que le spot est très petit et est généralement compris entre quelques dizaines et quelques centaines

de microns. Dans le cas du laser, cette contrainte est due à la fai-

ble puissance totale de sortie inhérente au système. Tandis que le diamètre du spot d'un faisceau d'électrons ne subit pas la même contrainte due à une puissance de sortie limitée, et qu'il n'est

pas pénalisé par un faible rendement, il est limité par l'éclate-

ment du faisceau induit par la charge d'espace.

Ces sources présentent un autre inconvénient sérieux dans le fait d'une grave non-uniformité spatiale associée aux faisceaux de section circulaire. La distribution non-uniforme de la température

produite par les faisceaux ponctuels donne à la surface macroscopi-

que traitée l'aspect d'un champ labouré même lorsque le traitement est effectué

par balayage avec un recouvrement soigneux. On peut consulter à ce sujet l'arti-

cle de J. Lax intitulé "Temperature Rise Induced by a Laser Beam", Amer. Inst.

Phys., J. Appl. Phys., 48, N19, paru en septembre 1977.

Les faisceaux ponctuels présentent un autre inconvénient résidant dans le fait que, à cause d'une diffusion thermique à partir de la source ponctuelle proche, ils nécessitent un flux absorbé plus élevé pour atteindre une température de surface déterminée que les faisceaux plans ou en bande. Les sources à laser ont en outre un rendement extrêmement faible, ce qui ne les rend utilisables que

pour des expériences à petite échelle.

On peut obtenir des faisceaux à énergie en bande par divers moyens. Par exem-

ple, les faisceaux à électrons et à photons ponctuels peuvent être déplacés rapi-

dement dans un sens de manière à obtenir un faisceau à énergie en bande. Toute-

fois, les inconvénients décrits précédemment inhérents aux faisceaux de photons, ne sont pas éliminés par ce moyen. Pour un faisceau à électrons, le balayage

doit être effectué sur une grande distance et à fréquence élevée avec une opti-

que électronique pour le moduler de manière à maintenir un foyer plan sur la cible. Ceci est particulièrement difficile à réaliser du fait de l'explosion du faisceau induit par la charge d'espace, pour un faisceau ponctuel à densité de

courant élevée et faible tension.

On peut également réaliser un faisceau en bande par extraction d'électrons émis à partir d'une cathode rectangulaire de grande longueur, cette dernière

étant rendue comparable à la largeur de la surface à traiter tandis que sa lar-

geur est choisie pour être compatible avec une émission cathodique uniforme à

long terme et avec la compression du faisceau d'électrons, lesquelles sont tou-

tes deux imposées par les besoins de l'application souhaitée. On obtient ainsi

un faisceau convergé en forme de ligne fine tout à fait approprié pour les be-

soins de la présente invention.

Par rapport à un faisceau ponctuel, un tel faisceau convergé présente de nombreux avantages et notamment, permet un traitement rapide de petites et de grandes surfaces au moyen d'un faisceau caractérisé par une excellente uniformité

spatiale et temporelle de la densité de courant et de l'énergie des électrons.

Un autre avantage d'un tel faisceau convergé est constitué par le fait que le flux requis pour échauffer le matériau à n'importe quelle température de surface, est considérablement réduit par rapport au flux uniforme requis avec un faisceau ponctuel. A 200 kw/cm par exemple, un faisceau ponctuel de 200 microns

de diamètre permet à la surface d'une pastille de silicium semi-infinie d'attein-

dre sa température de fusion en 50 Fs environ. Ce temps est réduit à une micro-

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seconde environ en augmentant le flux absorbé à 1000 kW/cm.A 100 kW/cm, la température de fusion ne peut pas du tout être atteinte bien que l'on puisse atteindre ainsi la température maximale de 12000C en 100 ms environ. Le flux requis pour un faisceau à énergie en bande est très inférieur à celui requis pour un faisceau ponctuel, en particulier pour des applications d'échauffement de

surface. Ceci est extrêmement important pour les systèmes industriels.

Bien que le concept théorique des faisceaux d'électrons en bande semblait intéressant, de tels faisceaux étaient d'abord totalement contre-indiqués à

cause des conditions bien connues requises pour les engendrer et de leurs ca-

ractéristiques de fonctionnement. On peut voir à ce sujet les brevets américains 3.702.412, 3.745.396 et 3.769.600 et le brevet européen 011414. Cependant on a poursuivi de telles expériences sans penser à l'usage des faisceaux d'électrons en bande dans des conditions très critiques et très différentes à la base des

problèmes résolus par la présente invention.

Pour les applications précédemment citées de traitement de surface de semi-

conducteurs par exemple, les principales conditions imposées sont que l'énergie soit uniformément déposée dans une région de quelques microns de la surface du matériau avec un niveau aisé de flux tel que la température de la surface puisse atteindre des valeurs très élevées sans pratiquement provoquer l'échauffement du matériau hors de la zone de dépôt de l'énergie. Ceci nécessite des faisceaux d'électrons de tension inférieure à 10 keV avec une densité de puissance (flux)

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comprise entre quelques dizaines de kW/cm et plusieurs dizaines de MW/cm. En

outre, l'énergie du faisceau doit être déposée dans le matériau en un temps suf-

fisamment court pour éviter toute diffusion thermique significative à l'intérieur

du matériau en dessous de la surface traitée. Ceci nécessite des densités d'éner-

gie de l'ordre de quelques joules/cm à quelques centaines de joules/crû2.

De telles conditions ne peuvent pas être réalisées avec les appareils dé-

crits dans les brevets précédemment cités. L'un produit des faisceaux d'électrons continus divergents de plusieurs centaines de keV avec une densité de puissance de quelques dizaines de W/cm. Ainsi, la profondeur de pénétration est beaucoup trop importante (de l'ordre de 100 fois trop) et la densité de puissance est trop faible (de l'ordre de 3 à 6 fois) pour obtenir les résultats recherchés

pour les applications de la présente invention.

L'autre appareil utilise une cathode froide rayonnant un champ qui peut produire des niveaux de flux de plusieurs dizaines de MW/cm avec des densités d'énergie intéressantes. Cependant, comme dans le premier cas, il est destiné à fonctionner sous plusieurs centaines de keV et, à cause de la nature de la cathode froide, il se produit des défauts inhérents au système et interdisant

son utilisation pour de nouvelles applications. En outre, pour traiter de gran-

des surfaces, on doit nécessairement le faire fonctionner à un taux de répétition

élevé, ce qui a pour effet de réduire considérablement la durée de vie de la ca-

thode. Bien que les expériences antérieures aient initialement montré qu'il ne fallait pas utiliser un faisceau à énergie en bande de types jusqu'alors connus pour le but à atteindre, il se produisit ultérieurement des changements radicaux dans le concept de la formation des faisceaux (par exemple converger au lieu de dilater ou de diverger un faisceau linéaire), d'un nouveau flux, des conditions

aisées de puissance de fonctionnement et de tension et de dimension de cible-ca-

thode, rendant possible la production d'un unique faisceau d'électrons en bande.

La présente invention a pour objet un procédé amélioré et un dispositif pour

le traitement par faisceaux d'électrons d'objets et de matériaux tels que notam-

ment mais pas exclusivement des surfaces de semi-conducteurs et équivalents, ne présentant pas les limitations et inconvénients précédemment indiqués mais, au contraire, permettant des modifications de surfaces et quelques fois de volumes par des moyens physiques,chimiques et/ou mécaniques, de manière déterminée et commandable. L'invention a également pour objet un procédé et un dispositif pour engendrer un faisceau convergent d'électrons en bande fine pour l'application précédemment

indiquée aussi bien que pour l'usage général.

Un autre objet de l'invention est de fournir une nouvelle technique et de

nouveaux équipements permettant de modifier les surfaces notamment par recuis-

son, soudure, gravure, vulcanisation, découpage, polissage et par tout autre moyen

physique, chimique et/ou mécanique pour apporter un changement au matériau.

En bref, l'invention se rapporte à un procédé pour le traitement d'objets au moyen d'énergie transportée par faisceau d'électrons, lequel procédé inclut les étapes suivantes: - engendrer et propager des électrons dans le vide dans une direction déterminée et en un faisceau linéaire transversalement à la dite direction, - converger le faisceau en une ligne fine de charge intense, et - projeter le faisceau convergé sur l'objet à traiter,

Selon l'invention, le procédé peut être mis en oeuvre avec un faisceau con-

vergé excité aussi bien de l'extérieur que de l'intérieur du vide puis projeté

sur l'objet.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts avantages et caractéristi-

ques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui

suit de modes préférés de réalisation donnés à titre non limitatif, description

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à laquelle cinq planches de dessins sont annexées.

La Figure 1 représente la courbe montrant l'effet de la température d'une bande fine de faisceaux d'électrons convergés selon l'invention sur une bande de matériau se déplaçant dans le faisceau, La Figure 2 est une courbe montrant les conditions d'échauffement des volu- mes et du temps requis pour une surface de semi-conducteurs au silicium, moyen que l'on peut traiter selon l'invention, La Figure 3 représente schématiquement l'appareil permettant d'engendrer un faisceau en fine bande conformément à l'invention,

La Figure 4 est une vue isométrique d'un faisceau obtenu à l'aide de l'appa-

reil représenté figure 3,

La Figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 4, mais avec une mo-

dification de la fenêtre perméable aux faisceaux d'électrons basse tension pour traitement externe de matériau, et Les Figures 6A et 6B sont des micro-photographies représentant une surface

de silicium respectivement non-traitée et traitée selon l'invention.

Avant de décrire plus en détails l'appareil mettant en oeuvre le procédé conforme à la présente invention, et de voir diverses applications particulières

ainsi que les résultats obtenus, il est nécessaire pour la compréhension de l'in-

vention de rappeler quelques considérations relatives à l'échauffement rapide de surfaces au moyen d'un faisceau d'électrons en bande et, bien sûr, sur les moyens

de génération et de focalisation employés dans ce but. On verra ainsi qu'un fais-

ceau d'électrons en bande de haut niveau est tout à -fait approprié pour les appli-

cations prévues. Pour l'échauffement des surfaces, ce faisceau d'électrons est ca-

ractérisé par des tensions de l'ordre de quelques keV, un niveau de flux de l'or-

dre de quelques dizaines de MW/cm et des densités de courant de cible de l'or-

dre de quelques centaines de A/cm. La longueur de la section du faisceau, per-

pendiculaire à la direction de propagation, doit être du même ordre de grandeur que la largeur de la surface à traiter de la cible, ce qui, en pratique, peut

être aisément obtenu à l'aide d'une cathode thermolonique dont la largeur est sen-

siblement plus grande que la longueur désirée de la section. Pour étudier les facteurs déterminant la largeur de la section du faisceau, on doit considérer

l'échauffement rapide d'un objet en mouvement relatif par rapport au faisceau.

Ceci est illustré par la figure 1 o l'on voit la température normalisée (_:-)biT Po b en un point de la surface d'une plaque d'un matériau semiinfini en fonction de

la position (X/b) pour plusieurs valeurs de vitesses ( b) Vs de la cible normali-

sée, formule dans laquelle ac est le coefficient de diffusion thermique du matériau échauffé par un faisceau en bande de largeur 2b. A basse vitesse, la distribution de la température est presque symétrique à cause de la diffusion thermique dans les deux directions de l'abscisse (vers la gauche et vers la droite de l'origine de l'abscisse). Lorsque la vitesse de la cible augmente et devient

comparable à la vitesse effective de diffusion thermique, on obtient la tempéra-

ture maximale à proximité du bord de fuite du faisceau d'électrons en bande, et une diminution de celle-ci en valeur à cause du fait que le point d'intérêt est

situé en dessous du faisceau pendant un temps plus court.

Il est évident, en voyant la figure 1, que la vitesse effective de diffusion thermique pour n'importe quel matériau est sensiblement égale à 2-00 et que pour des vitesses supérieures à celle-ci, la température d'un point déterminé de la surface de la cible ne change pas de manière appréciable jusqu'à ce due le point

atteigne le bord principal du faisceau d'électrons, et que la température maxi-

male est proportionnelle au temps d'exposition sous le faisceau.

Les distributions spatiale et temporelle de la température résusltante sont représentées figure 2 pour les points z=l, 2 et 10 p au dessous de la surface

d'une plaque semi-infinie de silicium se déplaçant à la vitesse Vs sous un fais-

ceau d'électrons en bande stationnaire. La température à n'importe quelle pro-

fondeur z est normalisée par rapport à la température de surface à z=0, de telle

manière que valeur de l'ordonnée de gauche corresponde à n'importe quelle tempé-

rature de surface souhaitée jusqu'à la température de fusion du silicium, cette

dernière étant comprise.

Le temps d'exposition 2b/Vs, en abscisse, est le temps pendant lequel le point dont la température doit être déterminée reste sous le faisceau. L'ordonnée de droite rapporte la puissance P nécessaire pour faire fondre la surface, mais en watts/cm

Les applications de recristallisation de la phase solide, par exemple, peu-

vent nécessiter des températures de surface du silicium de l'ordre de 900 à 10000C, températures qui sont nettement inférieures à celle de fusion qui est égale à 14100C. Il peut cependant être important de ne pas augmenter la température dans la région par exemple située à 10 p en dessous de la surface à une valeur supérieure à 5000C. Au moyen des informations données par la figure 2, on constate

que le temps d'exposition dans ces conditions est approximativement égal à 2 mi-

crosecondés. En comparaison, pour une profondeur d'échauffement critique de 2 u,

le temps d'exposition devrait être de 100 nanosecondes. De cette manière, on dé-

termine le rapport entre la largeur 2b du faisceau d'électrons et la vitesse Vs

de la cible pour chaque application particulière.

La vitesse du matériau peut aussi bien être déterminée par la vitesse de pro-

pagation de la recristallisation que l'on pense actuellement être de l'ordre de à 300 cm/s. Ceci suggère des largeurs du faisceau d'électrons de l'ordre

de quelques microns pour cette application particulière.

Le mouvement relatif entre la cible et le faisceau peut également être ob-

tenu par balayage de ce dernier.

Pour d'autres applications permettant d'opérer à des vitesses de cibles su- périeures ou à des gradients de température plus progressifs, la largeur requise

du faisceau d'électrons est comprise entre quelques dizaines et quelques centai-

nes de microns.

Pour obtenir une uniformité spatiale et temporelle de la densité de courant

du faisceau d'électrons, on préfère, comme source d'électrons pour les applica-

tions de l'invention, une cathode thermolonique à dispensateur fonctionnant dans

le régime limité de charge d'espace. De telles cathodes sont capables de fonction-

ner de manière continue avec des densités de courant comprises entre 1 et 10 A/cm2 pendant 104 à 103 heures respectivement. Un composant typique d'une telle cathode

comprenant 3 moles de Ba 0, 1 mole de Ca 0 et une mole de A1203 peut être impré-

gné dans un substrat poreux au tungstène et la cathode peut présenter des dimen-

sions aux rapports précédemment mentionnés.

En référence maintenant à la figure 3, la cathode linéaire C est représentée

en bout schématiquement, dans un boîtier E. Bien que caractérisé de façon inhé-

rente par une émission uniforme, un fonctionnement de la cathode C dans le mode limité de charge d'espace, assure une uniformité spatiale de la densité de courant émis. On élimine complètement les aspérités de la surface d'émission de la cathode

sur une surface de 1 cm sur 0,5 cm par un fonctionnement limité de charge d'espa-

ce. Une telle cathode peut être fabriquée en continue en longueur, par exemple

avec une longueur de 17 cm ce qui suffit pour traiter un disque de 15 cm de dia-

mètre comme indiqué précédemment. La surface est aisément usinable pour que la largeur de la cathode soit rendue compatible avec la densité de courant requise pour traiter la cible et avec l'optique électronique intermédiaire. Généralement, cette largeur est de l'ordre de 0,5 cm pour la bande de compression envisagée du

faisceau.

En opposition aux faisceaux d'électrons de section circulaire, les faisceaux en bande peuvent, en principe, être compressés jusqu'à une extrêmement fine et intense ligne comme on le décrira ci-après. Totalement différents des faisceaux en bande de l'Art Antérieur décrits dans le préambule, des faisceaux d'électrons

extrêmement fins ayant une largeur de seulement quelques microns sont nécessai-

res pour certaines applications de la présente invention.

Les essais pour obtenir de tels faisceaux de haute densité de courant et faible énergie ont montré que l'explosion des faisceaux induits par la charge

d'espace peut être une contrainte essentielle mais n'est pas un problème in-

surmontable. C'est également le cas des faisceaux d'électrons ponctuels mais ce n'est pas vrai pour les faisceaux en bande obtenus de la manière précédemment décrite. En plus de la contrainte de la charge d'espace affectant les faisceaux

ponctuels, il y a également les contraintes de taille. Puisque plusieurs appli-

cations indiquées nécessitent des faisceaux de largeur de l'ordre de quelques microns, un pseudo-faisceau en ligne engendré en faisant balayer rapidement un faisceau ponctuel obtenu au moyen d'une cathode de forme circulaire, nécessitait une cathode dont le diamètre serait environ 4 fois plus grand que le spot du faisceau sur la cible. Une telle cathode constitue une source ponctuelle et ne

peut pas être utilisée pour produire un faisceau de forme allongée pour les ap-

plications nécessitant un faisceau de grande largeur.

Le faisceau en bande obtenu au moyen du dispositif représenté figure 3,

toutefois, n'est pas limité par ces contraintes. L'explosion de la charge d'es-

pace n'est pas un problème pour les faisceaux en bande de haut rapport d'aspect

car le puits de potentiel transversal produit par la charge d'espace décroît beau-

coup lors de la compression du faisceau en bande et tombe à zéro dans le cas li-

mite d'une compression infinie du faisceau. Pour un faisceau ponctuel le rapport du puits de potentiel au potentiel d'accélération est constant. Cependant, ce rapport pour un faisceau en bande est réduit d'un facteur de concentration du faisceau. On doit également noter que, à toute concentration supérieure ou égale à l'unité, le puits de potentiel du faisceau en bande est inférieur à celui du faisceau ponctuel. Ainsi il est possible de concentrer de manière uniforme les électrons émis par une cathode en bande jusqu'à une ligne très fine sur le plan de la cible. C'est un avantage intrinsèque du faisceau conforme à l'invention, avantage qui, plus encore que les autres déjà cités, rend ce faisceau extrêmement

approprié pour les applications prévues.

En revenant maintenant à la figure 3, la cathode C peut être échauffée aussi bien directement, par bombardement d'électrons, qu'indirectement. Une grille

d'extraction 2 est disposée à quelques millimètres de la cathode avec une puissan-

ce telle que la densité de courant requise puisse être obtenue avec une impulsion d'extraction de quelques kilo volt ou moins. L'optiqueconvergente, se distinguant de l'accélaration d'expension des faisceaux linéaires connus, envoie un faisceau en bande fine par l'ouverture 3 dans la grille d'accélération électrostatique principale, la forme de cette ouverture 3 étant telle que le champ électrique focalise latéralement la bande pendant les étapes initiales de l'accélération

dans la grille principale. De manière générale, le faisceau d'électrons de sec-

il 2497999 tion transversale en bande ou en forme de ligne passe dans le sens longitudinal

à travers l'ouverture de terre 4 pour atteindre la surface 6 de l'objet à traiter.

Dans le cas o l'on doit effectuer un balayage, l'ouverture 4 est suivie par un dispositif de déviation représenté sur la figure par les plaques électrostatiques 5 qui peuvent dévier ou permettre un balayage du faisceau à angle droit à la lon- bien gueur de la bande transversale aussi/pas à pas que de manière continue. Avec des plaques de déviation de 2 cm de long séparées l'une de l'autre de 1 cm, il suffit

d'une tension de 1 kV pour dévier le faisceau de 2,5 cm à une distance de 12 cm.

On peut également obtenir le même effet avec un déviateur électromagnétique. L'in-

tensité du faisceau électronique est commandée au moyen de la grille 2 comme une triode et, ainsi, le faisceau peut être modulé en amplitude comme désiré, par

exemple en tout ou rien ou avec une amplitude commandée par la modulation en ten-

sion de la grille 2 par rapport à la cathode C. Avec un courant élevé ou une grande densité de charge, la charge s'espace devient un facteur significatif pour produire une expension du faisceau qui est pratiquement proportionnelle à la densité de courant et varie inversement avec V /4, V étant la tension d'accélération. A titre d'exemple, à 5 A/cm2 sous 20 kV, le faisceau grossit à peu près d'un facteur de 5 sur une longueur mouvante de 12 cm. Cependant, en pratique, même avec de bonnes conditions de vide, l'effet obtenu est inférieur à celui calculé à cause de la compensation de charges par des ions positifs dus aux atomes de gaz; on obtient une réduction importante de cet effet en introduisant volontairement un gaz inerte tel que de l'argon qui

n'affecte pas les performances de la cathode pour la focalisation des ions.

A titre d'exemple, en pratique, on introduit de l'argon dans le système de

manière à obtenir que le faisceau en bande soit focalisé dans le plan focal à en-

viron 20 cm de la cathode. Grâce à cette technique, il est possible et aisé de focaliser un faisceau de 2 à 3 cm de long pour lui donner la forme d'une bande

étroite de largeur égale à 0,1 cm environ. Par observation directe, on peut no-

ter que pour certaines densités d'ions, les cibles de silicium et de titanium explosent en produisant des éclats de métal incandescent. On a estimé que l'on a obtenu des lignes de largeur bien inférieure à 1000 microns provoquant une telle explosion avec une densité de flux de l'ordre de 100 kW/cm. Ceci démontre

que des faisceaux en ligne fine nécessaires pour de nombreuses applications doi-

vent pouvoir être focalisés par exemple, par des moyens électrostatiques comme décrit. La présence d'ions favorise également la neutralisation de l'explosion de la charge d'espace sur la surface des diélectriques qui peuvent présenter, dans de nombreux cas, un certain intérêt, tel que des revêtements d'oxyde déposés sur les semi-conducteurs. Comme indiqué, la position de la ligne fine ou de la bande peut être déplacée par déviation du faisceau; et, comme décrit précédemment, le

matériau peut également être déplacé pas à pas ou de façon continue sous un fais-

ceau fixe, pour traiter une surface étendue. On peut obtenir les plus hautes den-

sités de courant de cette façon puisque le matériau peut être directeme:_ disposa à l'extrémité de la zone d'accélération; autrement dit, il n'y a pas de trajet allongé à travers les plaques de déviation pour accroître l'expension du faisceau

due aux effets de la charge d'espace.

Par exemple, une expérience a été faite sur un petit prototype avec une ca-

thode en bande de 2 cm de large sur 3 cm de long pour focaliser un faisceau de 5 A et 7keV en une bande de 1,5 mm de large environ et de 2 cm de long sur la

cible. Ceci correspond à une densité de courant de l'ordre de 10 à 15 A/cm.

La figure 4 représente une vue isométrique d'un faisceau en bande et la fi-

gure 5 est une vue similaire à celle de la figure 4 illustrant le cas o, au lieu de disposer l'objet 6 dans l'enveloppe vide E, une fenêtre 6' perméable aux électrons, est ménagée pour exciter le faisceau convergé en bande fine à travers

la fenêtre et atteindre le matériau ou un objet extérieur. Par exemple, on trou-

ve dans le commerce de très fines feuilles de bérylium d'une densité inférieure

à 100 microgrammes/cm qui constituent en pratique des fenêtres pour des élec-

* trons même à des énergies de 10 keV avec une perte de 2 à 3 keV.

Les caractéristiques suivantes de fonctionnement sont données à titre non limitatif: (longueur 2 à 15 cm - faisceau largeur 10- à 1 cm - tension de faisceau {limite inférieure 1 - 5 kV (limite supérieure 11 - 30 kV densité de courant de faisceau 1 à 1000 A/cm2 - durée de traitement du matériau 5 Fs-cw - vitesse du matériau 0-1000 cm/s

- température de préchauffage du matériau 20-5000C.

On peut comparer les résultats obtenus avec des faisceaux ponctuels et en bande sur le tableau suivant réalisé pour les conditions requises pour traiter

une plaque de silicium de 15,15 cm de diamètre avec d'une part un faisceau ponc-

tuel de 50 microns de diamètre et, d'autre part, un faisceau en ligne fine de 50 microns sur 15 cm conformément à l'invention. Les facteurs significatifs de ce tableau sont essentiellement la vitesse de traitement la plus élevée, l'efficacité, le nombre de plaques traitées par heure et l'uniformité obtenue avec un faisceau

en bande.

CARACTERISTIQUES REQUISES

POUR LE TRAITEMENT D'UNE

PLAQUE DE SILICIUM DE FAISCEAU PONCTUEL FAISCEAU D'ELECTRONS

,25 cm DE DIAMETRE LASER A BALAYAGE D'ELECTRONS A BALAYAGE EN BANDE FINE _ 3.

(P/r) nécessaire 1,7 x 10 3 watts/cm 1,7 x 10 watts/cm -

(P/A) nécessaire 250 kW/cm2 250 kW/cm 60 kW/cm2 Dimension du faisceau u dia =50 u dia 15 cm x 50 u Puissance absorbée 5 watts 5 watts 4500 watts Taux de traitement à 100 cm/s 0,5 cm /s 0,5 cm 2/s 1200 cm /s Temps de traitement 8 minutes 8 minutes 150 millisecondes Energie absorbée 2400 joules 2400 joules 675 joules Energie nécessaire 6000 joules 2400 joules 675 joules Puissance requise à l'entrée (puissance aux liaire non 12,5 kW, ave - 1 h 7 watts, ave - 1 h 80 watts ave comprise) Nombre de plaques traitées 7 plaques/h 7 plaques/h 600 plaques/h Uniformité spatiale faible faible excellente rN) %O -'J %O Les figures 6A et 6B montrent l'efficacité du procédé conforme à l'invention sur un silicium de semi- conducteur et sa fusion. Figure 6A, on voit le bord non poli de la plaque de silicium grossi 500 fois. Les irrégularités forment des réseaux de cristaux non-polis qui font saillie sur la surface. La même surface est représentée figure 6B après traitement par impulsions de 100 microsecondes d'un faisceau en bande de 2 cm sur 0,1 cm obtenu comme précédemment décrit. Le flux de faisceau était égal à 250 kW/cm environ de manière que la densité d'énergie absorbée par impulsion s'élève à 25 joules/cm. Dans ces conditions, la température adiabatique est approximativement égale à 400 C par impulsion de

telle manière que plusieurs impulsions furent requises pour [aire fondre le si-

licium avec des conditions limitées de diffusion thermique. Ceci a été réelle-

ment effectué pour obtenir la figure 6E, ce qui montre l'efficacité du procédé

conforme à l'invention pour les traitements à haute température en mode controlé.

Comme indiqué précédemment, l'invention a de nombreuses applications aussi bien pour l'échauffement de surfaces que pour celui de volumes, non seulement

pour le traitement de surface de semi-conducteur tel que décrit, mais plus géné-

ralement pour toute modification de surfaces de matériau et dans d'autres tech-

niques de traitement.

Parmi les applications intéressantes, notamment pour les pastilles LSI,

VLSI, SOS, la fabrication de cellules solaires et de semi-conducteurs à archi-

tecture verticale, on peut citer la recuisson, la formation d'interconnexions métal-silicium, la formation de couches de SiO2 dopées P, celle de substrats

homogènes, la diffusion de surface de type choisi,la définition de zone, l'im-

plantation d'impuretés, la recroissance de phase liquide ou solide de grands

cristaux uniques par recristallisation epitaxiale, heteroepitaxiale ou grapho-

epitaxiale. Il existe d'autres applications plus générales de modifications telles que

la formation d'alliages, la trempe, la chimie, la fusion, le frittage, le polis-

sage, la métallurgie, l'enlèvement de matière, le découpage, le rainurage et la

soudure.

Pour le traitement de surface de semi-conducteurs, les principales applica-

tions sont la recuisson, la recristallisation, la formation d'interconnexions

métal-silicium et l'obtention d'architectures verticales.

En revenant d'abord à la recuisson, 1' une des étapes importantes dans la fabrication des semi-conducteurs fut la découverte que les dopants doivent être disposés dans une surface déterminée au moyen d'ions accélérateurs de dopants à

énergie de potentiel élevée qui oblige ces derniers à heurter la cible semi-con-

ductrice. En atteignant la surface de la cible avec une énergie cinétique compri-

2497999

se entre plusieurs dizaines et plusieurs centaines de keV, les atomes du dopant s'enfouissent eux-même à la profondeur de jonction souhaitée, entre quelques

centaines et quelques milliers d'angstroms en dessous de la surface de la cible.

Ce procédé est appelé implantation d'ions et est à la base des techniques de fa-

brication des semi-conducteurs. Cependant, l'implantation des ions pose un pro- blème à cause des dommages provoqués par les atomes de dopant lorsqu'ils sont freinés par le réseau de cristaux de la cible. Avec des niveaux de concentration de dopant élevés, la surface de la cible implantée peut être rendue totalement amorphe. De façon à restaurer la cristallinité de la surface endommagée par les ions et à assurer une possibilité de substitution et d'activation acceptable, le semiconducteur doit être disposé dans un four pendant un temps inférieur à une heure, sous des températures de l'ordre de 10000C. A ces températures, il peut

se produire une diffusion significative de dopant qui peut faire perdre les avan-

tages initiaux de l'implantation des ions de dopant selon une distribution spa-

tiale déterminée.

Les fours de recuisson présentent un autre désavantage en ce qu'ils ne peu-

vent être utilisés que pour des semi-conducteurs qui n'ont pas été traités au préalable avec des matériaux qui pouvaient être affectés par les températures

requises pour la recuisson.

La présente invention est tout-à-fait appropriée pour la recuisson par

échauffement rapide de la seule couche de surface implantée avec des températu-

res de recuisson sans augmentation sensible de la température du matériau situé

juste au dessous de la région implantée.

L'invention est également intéressante pour la recristallisation de sili-

cium amorphe ou en grains fins sur des substrats peu couteux comme pour les cel-

lules solaires et autres applications.

Dans ce procédé, le silicium en grains fins est déposé sur le substrat par

n'importe quelle technique connue, par exemple par dépôt chimique vaporisé. Puis-

que les limites des grains gênent le mouvement des porteuses de charge et peut engendrer des trajets de fuite à travers les jonctions à cause d'une meilleure diffusion des impuretés, il est souhaitable d'avoir des grains aussi grands que possible de manière à minimiser ces effets inopportuns. Ceci peut être obtenu en échauffant le silicium en grains fins à des températures provoquant la formation

de grands cristaux par certains mécanismes tels que la recroissance en phase li-

guide ou solide par recristallisation epitaxiale, heteroepitaxiale ou graphoepi-

taxiale. Cette application peut nécessiter soit un échauffement de la surface soit celui du volume en fonction du phénomène applicable de recristallisation et des propriétés thermique du substrat formant support. Le procédé est alors très intéressant car il fait appel à des techniques de fabrication et à des matériaux peu coûteux et permet cependant d'obtenir les cristaux de silicium en grains

épais très précieux requis pour la conversion de l'énergie solaire.

Un autre but des techniques de traitement par températures controlées con-

formément à l'invention est d'utiliser du GaAs au lieu du Si. La raison fondamen- tale en est que le rendement de la conversion de l'énergie solaire avec du GaAs peut s'élever à 25% alors que celui du silicium n'atteint que 10 à 15%. En outre, l'absorption solaire du GaAs est approximativement trois fois plus élevée que celui du Si de telle sorte que l'épaisseur de la couche de GaAs ne doit être

qu'un tiers de celle du silicium. Cette propriété est exploitée pour mieux utili-

ser le GaAs qui n'est pas aussi abondant et qui est beaucoup plus cher que le silicium. La constante de temps RC des interconnexions entre les emplacements actifs est actuellement un facteur limitant la vitesse de traitement de l'information dans les microprocesseurs. Ceci est dû au fait qu'après fabrication et traitement des emplacements actifs dans le substrat approprié, une fine couche d'oxyde est

déposée pour assurer l'isolement entre les emplacements. Les interconnexions en-

tre ces emplacements sont réalisées par dessus cette fine couche diélectrique.

Le réseau résultant à RC distribué produit ainsi réduit la vitesse effective

de traitement des microprocesseurs. Actuellement, on considère comme une amélio-

ration importante une réduction par deux de la résistance, une réduction par trois

ayant déjà été obtenue à petite échelle au moyen de faisceaux ponctuels au laser.

A cette application s'ajoute également l'empilement vertical de substrats préfabriqués permettant d'augmenter énormément la densité des calculateurs. Pour obtenir ceci, une couche d'un diélectrique approprié, tel que du SiO2 dopé au phosphore, peut être échauffé pour s'écouler entre chaque couche de manière à

constituer un isolement approprié entre elles. Ceci peut-être obtenu sans échauf-

fement significatif des couches intermédiaires totalement traitées et, de ce fait, nécessite la mise en oeuvre du procédé selon l'invention qui permet de controler

précisément l'échauffement de la surface.

La tension de balayage appliquée aux moyens de déviation 5 de la figure 3, comme indiqué précédemment, peut être utilisée pour obtenir un balayage pas à pas du faisceau en ligne fine ou un balayage continu, ou un balayage, si l'on veut, modulé dans le but d'avoir des effets prédéterminés sur le matériau. Le mouvement relatif du matériau traité et du faisceau -en bande étroite peut aussi affecter les résultats du balayage souhaité. Ainsi, le balayage de l'objet peut être obtenu en faisant passer le faisceau par dessus l'objet ou bien en déplaçant

l'objet sous le faisceau ou par une combinaison des deux solutions.

17 2497999

La vitesse de balayage peut être modifiée également à 5 pendant le pas-

sage de l'objet. De même, la modulation par impulsion ou en amplitude du faisceau ( ce qui n'exclut pas un fonctionnement en continu lorsque cela est nécessaire), peut permettre l'obtention de profils ou d'autres modèles, en masquant ou non certaines zones de l'objet traité si nécessaire. Puisque, en outre, la chaleur peut se transmettre à une plus grande vitesse dans le matériau que celle de certaine traitements, on peut avoir sur un bord une température supérieure du substrat qui peut être ainsi compensée grâce à une

telle modulation. On peut faire des remarques similaires à propos de l'en-

lèvement de matière, de polissage thermique ou d'usinage, de quantités déter-

minées de matériau ( encore une fois avec ou sans masque) et de découpage ou

de rainurage sans brûlure, y compris pour le découpage ou le perçage en pro-

fondeur. On peut aussi appliquer la technique à la gravure ou au nettoyage

comme dans le cas des matériaux cristallins ou autres, comme déjà indiqué.

L'invention peut également être utilisée pour l'activation de matériaux tels que des photo-résistances, par effet du traitement ou par les effets résultant de chocs thermiques concentrés bien définis et contrôlés, incluant

les fronts d'ondes acoustiques engendrées de grande pression. Grâce à la pos-

sibilité de balayage, le traitement et les autres effets concentrés ne sont pas nécessairement limités à la ligne droite du faisceau en ligne fine, mais peuvent être dirigés selon des lignes changeant de direction et in-me des lignes courbes; et la cathode elle-même, comme indiqué précédemment, peut

être courbée.

Le procédé conforme à l'invention se prête en outre au contrôle du degré d'avancement du traitement de l'objet par modulation o; balayage commandé en

réponse au contrôle pour obtenir le résultat souhaité. Ceci est schématique-

ment représenté en traits interrompus Figure 3 grâce à un détecteur M de l'é-

paisseur de l'objet 6 en cours de traitement, relié par l'intermédiaire de la

liaison FC à la commande 7 de la tension de la grille 2, de manière à augmen-

ter ou à diminuer l'intensité du faisceau selon les conditions relevées.

D'autres paramètres peuvent également être surveillés de la même manière.

Bien que seuls certains modes préférés de réalisation de l'invention aient été décrits, il est évident que toute modification apportée par l'Homme

de l'Art dans le même esprit ne sortirait pas du cadre de la présente invention.

Claims (23)

R E V E N D I C A T I 0 N S 2497999

1- Procédé pour le traitement d'objets par l'énergie d'un faisceau d'électrons, c a r a c t é r i s é en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - génération et propagation d'électrons dans le vide dans une première direction déterminée dans un faisceau linéaire s'étendant transversalement à la dite direction, - convergence du faisceau en une ligne fine de charge intense,

- projection du faisceau convergé sur l'objet à traiter.

2- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le

dit objet est disposé dans le dit vide.

3- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dit faisceau convergé est excité à l'extérieur du vide n _il

est projeté contre le dit objet.

4- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le

dit faisceau s'étend sensiblement sur une ligne droite.

- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dit faisceau linéaire s'étend sur des lignes changeant de

directions et sur des lignes courbes.

6- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que

le dit faisceau est ajusté pour présenter une longueur trans-

versale de 2 à 15 cm environ ou plus et est convergé pour présenter une largeur comprise entre 10-3 et 1 cm. ou plus, avec des densités de courant de faisceau de l'ordre de 1000 A/cm environ au maximum sous des tensions comprises

entre 1 et 30 kV.

7_ Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la projection du dit faisceau convergé est ajustée de manière

19 2497999

à obtenir au moins la recuisson, la soudure, la gravure, le traitement, le découpage, le polissage ou toute altération

de surface.

8- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dit faisceau balaye le dit objet. 9- Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que le

dit faisceau est modulé en intensité pendant le balayage.

- Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que le

dit faisceau est pulsé.

11- Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape au cours de laquelle on masque des zones prédéterminées du dit objet pendant le balayage

du faisceau.

12- Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que la varie

taux effectif de balayage/au cours du traitement du dit objet.

13- Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'évolution du traitement par faisceau d'électrons est surveille sur l'objet et que le traitement est commandé en fonction de

cette évolution.

14- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la longueur de la ligne est ajustée pour correspondre sensiblement

à une dimension de l'objet en cours de traitement.

- Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que la durée du traitement en tout point de l'objet est de l'ordre

de la microseconde.

16- Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que le

dit faisceau est fixe par rapport à l'objet.

17- Procédé selon la revendication 16 caractérisé en ce que

la vitesse de l'objet sous le faisceau peut atteindre lOOOcm/s.

18- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la convergence est obtenue par des moyens électrostatiques ou de focalisation d'ions. 19Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dit traitement est constitué par un dépôt uniforme de l'énergie du dit faisceau dans une région de l'ordre de quelques microns

sur la surface du dit objet, avec une densité d'énergie fai-

sant croître la température de surface jusqu'à une valeur élevée sans échauffement sensible du matériau de l'objet en

dehors de la région de dépôt d'énergie.

- Procédé selon la revendication 19 caractérisé en ce que la tension du faisceau d'électrons est de l'ordre de quelques keV ou moins avec une densité de puissance de flux comprise

entre quelques dizaines de kW/cm et quelques dizaines de MW/cm.

21- Procédé selon la revendication 19 caractérisé en ce que l'énergie du faisceau d'électrons est déposé pendant un temps

suffisamment court pour éviter toute diffusion thermique si-

gnificative à l'intérieur du matériau du dit objet en dessous

de sa surface, et suffisamment long pour permettre l'échauffe-

mentdu volume de l'objet à traiter.

22- Procédé selon la revendication 21 caractérisé en ce que la densité d'énergie produite est comprise entre quelques

2 2

Joules/cm et quelques centaines de Joules/cm 23- Procédé selon la revendication 14 caractérisé en ce que le dit objet est constitué par un matériau semi-conducteur ou équivalent, le dit traitement ayant pour but soit la

21 2497999

recuisson, la formation d'interconnexions métal-silicium, la formation de couches de Si02 dopées, la formation de substrats homogènes, la diffusion de surface, la purification

de certaines zones, l'implantation d'impuretés, ou la recrois-

sance en phase solide ou liquide de cristaux uniques de grande taille par recristallisation épitaxiale, hétéro-épitaxiale,

aussi bien que grapho-6pitaxiale.

24- Appareil pour engendrer un faisceau d'électrons en forme

de fine ligne pour le traitement de matériaux en vue de modi-

fications physiques, chimiques, mécaniques ou autres de surfaces caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison: - un canon à électrons pour propager des électrons dans une direction prédéterminée et disposé à l'intérieur d'un boitier (E) dans lequel on a fait le vide, et comprenant une cathode (C

pour engendrer les électrons s'étendant linéairement transver-

salement à la dite direction, une grille de commande (2) et des moyens d'accélération et de focalisation,

- des moyens pour ajuster ces derniers, des ions gazeux pou-

vant favoriser la focalisation à l'intérieur du boitier, de manière à assurer la convergence du faisceau linéaire en une ligne fine, et - des moyens pour porter le matériau à traiter sur le trajet du faisceau convergé,

la cathode ayant une forme et une longueur correspondant pra-

tiquement aux dimensions de la surface du matériau de telle

sorte que ce dernier soit traité par le dit faisceau simulta-

nément à travers ces dimensions.

22 2497999

- Appareil selon la revendication 24 caractérisé en ce que les moyens pour porter le matériau sont disposés à l'intérieur

du dit boitier.

26- Appareil selon la revendication 24 caractérisé en ce que le courant et la tension de faisceau sont ajustés de telle ma- nière que le dit faisceau effectue un dépôt d'énergie uniforme sur une zone de la surface du matériau de l'ordre du micron, et

avec une densité d'énergie permettant de faire croître la tem-

pérature de surface jusqu'à une valeur élevée sans échauffement

sensible du matériau sous la dite zone.

27- Appareil selon la revendication 26 caractérisé en ce que la dite tension est de l'ordre de quelques dizaines de kV, tandis que la densité de puissance du flux est comprise entre

quelques dizaines de kW/cm2 et quelques dizaines de MW/cm.

28- Appareil selon la revendication 24 caractérisé en ce que

le dit faisceau est ajusté pour présenter une longueur trans-

versale de 2 à 15 cm environ ou plus, et est convergé pour

présenter une largeur de l'ordre de 10 3cm à quelques centi-

mètres. 29- Appareil selon la revendication 28 caractérisé en ce que la densité de courant est ajustée pour présenter une valeur maximale de l'ordre de 1000 A/cm2 sous une tension de faisceau

comprise entre 1 et 30 kV.

- Appareil selon la revendication 24 caractérisé en ce que les dits moyens d'accélération sont ajustés pour délivrer une densité d'énergie dans la bande comprise entre quelques

2 2

Joules/cm et plusieurs centaines de Joules/cm 31- Appareil selon la revendication 24 caractérisé en ce que le dit matériau est un semiconducteur ou équivalent, le dit traitement ayant pour but soit la recuisson, la formation d'interconnexions métal-silicium, la formation de couches de SiO2 dopées, la formation de substrats homogènes, la diffusion de surface, la purification de certaines zones, l'implantation d'impuretés ou la recroissance en phase solide ou liquide de

cristaux uniques de grande taille par recristallisation épi-

taxiale, hétéro-épitaxiale aussi bien que grapho-épitaxiale.

32- Appareil selon la revendication 24 caractérisé en ce que des moyens permettant la déviation du dit faisceau aussi bien pas à pas que par balayage de toute autre nature, sont disposés entre les moyens de focalisation et les moyens permettant de

porter le dit matériau.

33- Appareil selon la revendication 24,caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour déplacer le dit matériau soue le

dit faisceau.

34- Appareil selon la revendication 33 caractérisé en ce que les moyens de déviation sont prévus pour ajouter le balayage

obtenu par le déplacement du matériau par le balayage des élec-

trons. - Appareil salon la revendication 34 caractérisé en ce que

des moyens sont prévus pour moduler en intensité le dit fais-

ceau même par impulsion.

36- Appareil selon la revendication 35 caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour que l'énergie du faisceau soit déposée pendant un temps suffisamment court pour éviter toute

24 2497999

diffusion thermique significative à l'intérieur du matériau du dit objet en dessous de sa surface, et suffisamment long

pour permettre l'échauffement du volume de l'objet à traiter..