Brevet FR2537768A1 — publié le 19840615

La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'obtention de faisceaux de particules de densité spatialement modulée Elle s'applique no- tamment à la gravure ionique, en particulier à la gra- vure fine et localisée, dans le domaine de la micro- électronique, ainsi qu'à l'implantation ionique et en particulier au dopage localisé, à l'aide d'une, telle implantation. Par "particules", on entend notamment des atomes, des groupements d'atomes, des molécules, des ions négatifs ou des ions positifs. Par "faisceau de particules de densité spa- tialement modulée", on entend un faisceau de particu- les pour lequel la densité des particules, dans une' section transverse donnée dudit faisceau, dépend du point considéré de ladite section On peut avoir une- modulation spatiale "en tout ou rienn ou discontinue, c'est-à-dire une modulation spatiale pour laquelle toute section transverse du faisceau est formée de do- maines contenant des particules et isolés les uns des autres On peut également avoir une modulation spatia- le continue, c'est-à-dire une modulation spatiale pour laquelle la densité des particules, dans toute section transverse dudit faisceau, varie de façon continue d'un point à un autre de ladite section. On connaît une méthode pour obtenir un fais- ceau de particules de densité spatialement modulée: cette méthode consiste à faire passer le faisceau au travers d'un masque "réticulaire", le faisceau étant ensuite focalisé lorsque l'application envisagée le nécessite Le masque réticulaire peut être constitué par une plaque percée d'ouvertures adéquates, donnant alors une modulation en tout ou rien, ou par une pla- que dont l'absorption pour le faisceau incident varie en fonction du point considéré sur la plaque, donnant alors une modulation spatiale dite analogique. Cette méthode présente l'inconvénient de rendre impossible la réalisation de certaines modula- tions En outre, le masque réticulaire utilisé dans cette méthode se trouve rapidement altéré par le fais- ceau de particules incident. Ou connaît une autre méthode pour obtenir un faisceau de particules de densité spatialement modu- lée: cette autre méthode consiste à balayer rapide- ment une portion donnée de l'espace au moyen d'un faisceau f in, tout en modulant l'intensité du faisceau en fonction du temps de façon à obtenir la modulation spatiale désirée dans la portion d'espace balayée par le faisceau. Cette autre méthode présente l'inconvénient d'être longue et de nécessiter la réalisation d'un faisceau fin et parfaitement contrôlé. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des méthodes précédentes et elle vise un procédé et un dispositif d'obtention de fais- ceaux de particules de densité spatialement modulée. L'invention a tout d'abord pour objet un procédé d'obtention de faisceaux-de particules de den- sité spatialement modulée, caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer les particules d'un faisceau primaire de particules à un premier état énergétique E 1, de manière à former un faisceau de particules se trou- vant dans ledit premier état énergétique E 1, à faire passer sélectivement les particules se trou- vant dans ledit premier état énergétique E 1 à un second état énergétique E 2 à l'aide d'un flux lumi- neux d'intensité spatialement modulée, dirigé sur le faisceau de particules se trouvant dans ledit pre- mier état énergétique E 1, et à séparer les particules se trouvant dans ledit se- cond état énergétique E 2 des particules se trouvant dans ledit premier état énergétique E 1 de manière à obtenir un faisceau formé des particules se trouvant dans ledit premier état énergétique E 1 et un fais- ceau formé des particules se trouvant dans ledit second état énergétique E 2, ces faisceaux étant dis- tîncts et de densité spatialement modulée, en ce que l'un desdits premier et second états énergé- tiques E 1 et E 2 est un état énergétique de longue du- rée de vie et en ce que l'autre état énergétique est un état ionisé. Ainsi T dans un premier mode de réalisat ion, le procédé objet de l'invention est caractérisé en ce. qu'il consiste: à faire passer les particules d'un faisceau primaire de particules, à un état énergétique de longue durée de vie, de manière à former un faisceau de particu- les se trouvant dans ledit état énergétique, à faire passer sélectivement les particules se trou- vant dans ledit état énergétique, à un état ionisé, à l'aide d'un flux lumineux d'intensité spatialement modulée, dirigé sur le faisceau de particules se trouvant dans ledit état énergétique, ledit flux. lumineux étant composé de photons d'énergie soit au moins égale à la différence entre l'énergie dudit état ionisé et l'énergie dudit état énergétique dans le cas d'une transition directe, soit adaptéeaux, ni- veaux intermédiaires dans le cas de transitions in- directes, et enfin à séparer les particules se trouvant dans èditktat ionisé, des particules demeurant dans ledit état énergétique, de manière à obtenir un faisceau formé des particules se trouvant dans ledit état ionisé et un faisceau formé des particules demeurant dans le- dit état énergétique, ces faisceaux étant distincts et de densité spatialement modulée. Par "état énergétique de longue durée de vie", on entend un état énergétique dont la durée de vie est suffisante pour que les particules se trouvent encore dans cet état au moment o l'on souhaite faire- passer sélectivement des particules audit état ionisé. A cet effet, un état énergétique dont la durée de viet est supérieure à lus et par exemple d'environ quelques dizaines de microsecondes (de l'ordre de 20 à 50 *s) convient en tant qu'état énergétique -de longue dur&é de vie. Dans un second mode de réalisation, le pro- cédé objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste: à faire passer les particules d'un faisceau primaire de particules à un état ionisé de manière à former un faisceau de particules se trouvant dans ledit état ionisée à faire passer sélectivement les particules -se trou- vant dans ledit état ionisé, à un état énergétique de longue durée d e vie, à l'aide d'un flux lumineux d'intensité spatialement modulée, dirigé sur le faisceau de particules se trouvant dans ledit état ionisé, ledit flux lumineux étant composé de photons d'énergie soit au moins égale à la différence entre l'énergie dudit état énergétique et l'énergie dudit état ionisé dans le cas d'une transition directe, soit adaptée aux niveaux intermédiaires dans le cas d'une transition indirecte, et à séparer les particules se trouvant dans ledit état ionisé, des particules demeurant dans ledit état énergétique, de manière à obtenir un faisceau formé de particules se trouvant dans ledit état énergéti- que et un faisceau formé de particules demeurant dans l'état ionisé, ces faisceaux étant distincts et de densité spatialement modulée. Par "état ionisé d'une particule", on entend un état dans lequel la particule a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons. Le premier mode et le second mode de réali- sation se caractérisent tous deux par le fait que l'on crée deux populations distinctes à l'intérieur d'un faisceau: les particules à l'état ionisé et les par- ticules dans ledit état énergétique, la modulation spatiale étant créée grâce à la séparation de ces deux populations La différence entre le premier mode et le- second mode de-rxéalisation tient uniquement au fait que dans le premier mode, l'état ionisé est le résul- tat dû au flux lumineux appliqué et que dans le second mode, l'état ionisé est l'état de départ et l'état énergétique est le résultat de l'application du flux lumineux. On voit donc la similitude totale des deux modes de réalisation Dans la suite, pour plus de clarté, on ne se référera qu'au premier mode de réa- lisation, étant bien-entendu que l'on peut en tirer les conclusions correspondantes quant au second mode de réalisation. On peut utiliser comme flux lumineux un faisceau lumineux ou plusieurs faisceaux lumineux in- cidents sur le faisceau de particules se trouvant dans ledit état énergétique, à différents endroits de celui-ci, ou au même endroit et selon des directions différentes L'intensité d'un faisceau lumineux peut être modulée spatialement de façon continue, c'est-à- dire varier de façon continue d'un point à un autre. *d'une section transverse du faisceau lumineux, ou peut être modulée spatialement de façon discontinue, toute section transverse du faisceau lumineux étant alors formée de domaines isolés les uns des autres, en dehors desquels l'intensité lumineuse est nulle. La modulation de l'intensité d'un flux lumi- neux incident sur le faisceau de particules se trou- vant dans l'état énergétique de longue durée de vie, entra ne une modulation spatiale de la densité de ce faisceau de particules X certaines -particules, sous l'action des photons du flux lumineux, passent à l'état ionisé et d'autres, non atteintes par les pho- tons, demeurent dans ledit état' énergétique Après quoi, l'on trie les particules pour former un faisceau de particules dans ledit état ionisé et un faisceau de particules demeurant dans ledit état énergétique et l'on peut alors utiliser l'un ou l Vautre de ces deux faisceaux de densité spatialement modulée, ou les deux Bien entendu, le faisceau de particules demeu- rant dans l'état énergétique de longue durée de vie peut comporter des particules qui sont retombées à leur état fondamental, la durée de vie n'étant pas infinie Par ailleurs, on pourrait remettre en oeuvre le procédé selon l'invention sur le faisceau de parti- cules demeurant dans l'état énergétique en ionisant certaines de celles-ci et en les séparant des autres. On peut également noter que la modulation de V'inten sité du flux lumineux est déterminée en fonction de la modulation spatiale souhaitée pour la densité du fais- ceau de particules dans l'état ionisé ou pour la den- sité du faisceau de particules demeurant dans l'état énergétique dé longue durée de vie. La présente invention présente les avanta- ges suivants: l'utilisation d'états énergétiques de longue durée de vie permet d'obtenir une ionisation en deux étapes (mise sur ledit état énergétique et ioni- sation proprement dite) de façon aisée; en outre, le choix d'un état énergétique voisin de l'état ionisé permet d'utiliser des photons appartenant au spectre visible ou à l'ultraviolet proche pour l'ionisation, et donc d'utiliser des moyens optiques classiques pour traiter le ou les faisceaux lumineux utilisés en tant que flux lumineux; enfin, la modulation de l'intensi- té du ou des faisceaux lumineux se traduit directement en une modulation spatiale du faisceau des particules se trouvant dans ledit état énergétique et il est donc possible-de réaliser, quant à cette modulation spatia- le, tout ce qui est réalisable en imagerie optique. Par ailleurs, le problème de l'altération d'un masque par un faisceau de particules ne se pose pas dans l'invention, puisqu:'un tel masque n'est pas utilisé dans celle-ci En outre, la présente invention permet d'obtenir rapidement un faisceau de densité spatialement modulée, à partir d'un faisceau qui n'a pas besoin d'être fin ni d'être parfaitement contrôlé. Selon une caractéristique préférée du pro- cédé objet de l'invention, ledit état énergétique de longue durée de vie est un état excité métastable En effet, un état excité d'une particule, telle qu'un atome par exemple, dont la transition vers un autre état excité ou vers l'état fondamental est autorisée par les régles de sélection du rayonnement dipolaire, a une durée de vie très courte Au contraire, un état excité métastable, dont la transition n'est pas auto- risée, a une durée de vie bien supérieure aux précé- dentes, et pouvant dépasser is, voire 105 s, suivant l'atome considéré. On peut passer directement de l'état fonda- mental d'une particule à un état métastable, par cboc électronique ou photonique, les électrons étant toute- fois plus efficaces que les photons Cet état métasta- ble peut également être atteint à partir d'un état radiatif dont la désexcitation conduit précisément, par une suite de transitions radiatives, audit état métastable. Selon une caractéristique particulière du procédé objet de l'invention, les particules du fais- ceau primaire sont électriquement neutres et dans leur état fondamental, et l'on fait passer ces' particules audit état excité métastable, à partir de leur état fondamental, par bombardement électronique, (ledit premier état énergétique E 1 étant constitue par ledit Àétat excité métastable eît-led It second état éner géti que E 2 étant alors ledit état ionism. Selon une autre caractéristique particuli- re, les particules du faisceau primaire sont électri- quement chargées et l'on fait passer ces particules audit état excité métastable par bombardement électro- nique, après avoir neutralisé les particules du fais- ceau primaire par échange de charges dans un gaz de particules du même type, ledit premier état énergéti- que E 1 étant constitué par ledit état excité métasta- ble et ledit second état énergétique E 2 étant alors ledit état ionism L'intérêt d'utiliser un faisceau primaire de particules chargées tient au fait que de telles particules peuvent &tre accélérées préalable- ment à la modulation spatiale du faisceau. Selon une autre caractéristique particuliè- re, ledit état ionisé est l'état de première ionisa- tion. Selon une autre caractéristique particuliè- re, les particules se trouvant dans ledit état ionisé sont séparées des particules se trouvant dans ledit état énergétique de longue durée de vie à l'aide d'au moins l'un des champs pris dans le groupe comprenant les champs électriques et les champs magnétique S. Selon une autre caractéristique particuliè- re, l'intensité du flux lumineux est modulée spatiale- ment par passage dudit flux lumineux à travers un masque optique plus simplement appelé '"masque". Selon une autre caractéristique-particuliè- re, la modulation spatiale d'intensité du flux lumi- neux est obtenue par une méthode fondée sur la nature ondulatoire de la lumière, par exemple par une technique d'interférométrie ou d'holographie. Selon une autre caractéristique particuliè- re le flux lumineux d'intensité modulée est obtenu en dirigeant vers l'axe du faisceau de particules se trouvant dans ledit premier état énergétique E 1 deux faisceaux de lumière cohérente issus du même faisceau lumineux primaire, ceci de façon symétrique par rap- port à l'axe du faisceau de particules se trouvant dans ledit premier état énergétique E 1, de façon à obtenir ainsi des zones alternativement lumineuses et sombres parallèles à l'axe du faisceau de particules se trouvant dans ledit premier état énergétique E 1. Selon une autre caractéristique particuliè- re, lesdites particules sont des atomes d'au moins un gaz rare Le tableau suivant indique des états métas- tables de certains gaz rares, leur énergie Em exprimée en e V, leur durée de vie T exprimée en secondes, et pour chaque atome de-gaz rare, l'énergie de première ionisation Ei exprimée en e V, les différences Ei Em (en e V) et les longueurs d'onde X exprimées en pn des photons permettant les transitions des états métasta- bles vers l'état (ou niveau) de première ionisation. TABLEAU T 6.105 2.10-2 O's 0,8 1,3 1,3 inconnu inconnu Em 19,82 ,61 16,62 16,72 11,55 11,72 9,92 ,56 8, 32 9, 45 Eî Ei-Em Gaz Etat rare fonda' mental He 1 15 Etats métas tables 215 O 33 po 33 po 43 PO 43 PO 53 p O 53 po 63 PO 63 p O 4,78 24,6 3,99 4, 944 21,564 4,844 4,'205 ,755 4,035 4.,079 13,999 3;-43 I 3,809 12,129 2,679 0, 260 0,319 0, 251 0, 256 0,295 0, 301 0,,304 0,,361 Or 326 0,463 I Ne 2 is 0, A l S O Kr 415 Xe ' 515 p C> ru Vi - ta 1 -,j l -j 0 % 1 Cm Il est à noter que des sources émettrices de photons de telles longueurs d'onde sont connues dans l'état de la technique Par ailleurs, les sections ef- f icaces d'excitation par des électrons, des états mé- tastables des gaz rares comme l'hélium ou l'argon, sont également connues dans l'état de la technique A titre d'exemple, la section efficace d'excitation-des états métastabîes de l largon par des électrons dont, l'énergie cinétique vaut 22 e V, est de l'ordre de 2 10-17 cm 2, valeur qui est assez importante Les sec- tions efficaces d'ionisation des états métastables des gaz rares sont elles aussi connues dans l'état de la technique. La présente invention concerne par ailleurs un dispositif d'obtention de faisceaux de particules de densité spatialement modulée, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens pour produire un faisceau primaire Ode particules, des moyens pour faire passer les particules de ce faisceau primaire 9 à un état énergétique -de longue durée de vie, de manière à former un faisceau de particules se trouvant dans ledit état énergétique 9 des moyens pour produire un flux lumineux composé de photons aptes à ioniser les particules se trouvant dans ledit état énergétique 9 et pour diriger ce flux lumineux sur ledit faisceau de particules se trou- vant dans ledit état énergétique 9 des moyens de modulation spatiale de l'intensité du- dit flux lumineux, interposés entre les moyens pour produire et diriger ce flux lumineux et le faisceau de particules se trouvant dans ledit état énergéti- que, de manière à faire passer sélectivement les, particules se trouvant dans ledit état énergétique 9 à un état ionisé, et des moyens de séparation des -particules se trouvant dans ledit état ionisé, des particules demeurant dans ledit état énergétique 0-de façon à obtenir un faisceau formé des particules se trouvant dans ledit état ionisé et un faisceau formé des particules de- meurant dans ledit état énergétique, ces faisceaux étant distincts et de densité spatialement modulée geiaon, ux mmde fdt réalisation pargt A 3 iculiez du dispositif objet de l'invention O ledit flux lumineux est constitué par au moins un faisceau lumineux -qui est dirigé vers le faisceau de particules se trouvant dans ledit état énergétique O transversalement à celui- CI_ ci O Selon un autre mode de réalisation particu- lier, le flux lumineux est un faisceau lumineux, ce dernier ainsi que le faisceau de particules se trou- vant dans ledit état énergétique sont colinéaires et ont des sens de propagation opposés: et le dispositif comporte en outre successivement des moyens d ioni- sation, des moyens d'accélération et des moyens -de déviation du faisceau des particules demeurant dans ledit état énergétique. Selon un autre mode de réalisation particu- lier, le flux lumineux est un faisceau lumineux, le faisceau de particules se trouvant dans ledit état énergétique et le faisceau lumineux sont prévus pour se propager selon une même direction et'selon des sens opposés, le faisceau de particules se trouvant dans ledit état énergétique est rendu convergent selon un angle a, le faisceau lumineux est rendu divergent se- lon le même angle a et prévu en-outre pour être con- fondu avec le faisceau de particules se trouvant dans ledit état énergétique, et les moyens de séparation consistent en des moyens de déviation des particules se trouvant dans ledit état ionisé Alors, selon une caractéristique préférée du-dispositif objet de l'in- vention, les moyens de modulation spatiale de l'inten- sité du faisceau lumineux consistent en un masque pourvu de motifs dont la taille est prévue pour que ces motifs n'entraînent qu'une faible diffraction lu- mineuse La convergence du faisceau de particules se trouvant dans ledit état énergétique permet alors de réduire la taille des "motifs" présents dans ce fais- ceau après sa modulation. Le dispositif objet de l'invention précé- demment considéré correspond au premier mode de réali- sation du procédé objet de l'invention L'homme de l'art pourrait-tien entendu concevoir un dispositif pour la mise en oeuvre'du second mode de réalisation- du procédé objet de l'invention. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui-suit, d'exemples de réalisation= donnés à titre indicatif et non limitatif, en référen- ce aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, la figure 2 est une vue schématique d'un masque prévu pour la modulation de l'intensité d'un faisceau lumineux utilisé dans le dispositif-représen- * té sur la figure 1, la figure 3 a est une vue schématique de l'interaction d'un faisceau de particules utilisé dans le dispositif représenté sur la figure 1 avec deux faisceaux lumineux d'intensités spatialement modu- lées, la figure 3 b est une vue schématique de la section transverse d'un faisceau de particules de den- sité spatialement modulée, obtenu grace à ladite inte- raction, la figure 4 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, la figure Sa est une vue schématique d'un masque prévu pour la modulation de l'intensité d'un faisceau lumineux utilisé dans le dispositif représen- té sur la figure 4, la figure 5 b est une vue schématique de la section transverse:d"un faisceau de particules de den-. site spatialement modulée, obtenu grace à ce faisceau lumineux d'intensité modulée 1 la figure 6 es t une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, et la figure 7 est une vue à plus grande échelle d'une partie du dispositif représenté sur la figure 6. Sur la figure 1, on a représenté schémati- quement un mode de réalisation particulier du disposi- tif objet de linvention I 1 comprend essentiel- lement: des moyens 2 pour produire un faisceau-primaire 3 de particules, - des moyens 4 pour faire passer les particules de ce faisceau primaire 3 à un état-énergétique de longue durée de vie, un état excité métastable de préféren- ce, de manière à former un faisceau 5 de particules se trouvant dans cet état métastable, -* des moyens 6 pour produire un faisceau lumineux 7 composé de photons aptes à ioniser les particules se trouvant dans l'état métastable, et pour diriger ce faisceau lumineux 7 sur ledit faisceau 5 de particu- les se trouvant dans l'état métastable, des moyens 8 de modulation spatiale de l'intensité dudit faisceau lumineux 7, interposés entre les moyens 6 pour produire et diriger ce faisceau lumi- neux 7 et le faisceau 5 de particules se trouvant dans l'état métastable, de manière à faire passer sélectivement des particules se trouvant dans l'état métastable, à un état ionisé 9 et des moyens 9 de séparation des particules se trou- vant dans l'état ionisée des particules demeurant dans l'état excité métÉstable O Les particules du faisceau primaire 3 sont par exemple des atomes (électriquement neutres) d'un gaz rare tel que l'hélium Les moyens 2 pour produire ce faisceau primaire 3 consistent en une source à ef- fusion d'atomes-d'hélium O comportant un réservoir 10 d'hélium gazeux, muni d'une buse 11, et un collimateur 12 pour délimiter le faisceau primaire 3 d'atomes d'hélium. Les moyens 4 pour faire passer les atomes d'hélium à un état excité métastable, par exemple l'état 2351, consistent en une source d'électrons com- portant un filament 13 émetteur d'électrons lorsqu'il est chauffé à l'aide d'un générateur de courant 14, et une électrode percée 15 prévue pour être traversée par les électrons issus du filament 130 L'électrode 15 est portée à un potentiel électrique positif de l'ordre de 20 V par rapport au filament 13, au moyen d'un généra- teur de tension continue, de manière à accélérer les électrons issus du filament 13 La source 4 d'élec- trons est bien entendu orientée de façon à envoyer les électrons accélérés qu'elle produit sur le faisceau primaire 3. Les moyens 6 pour produire et diriger le faisceau lumineux 7 comportent une source lumineuse 17, émettant dei photons de 0,260 gm de longueur d'on- de, suivie par une optique 18, de manière à former le faisceau lumineux 7 et le diriger perpendiculairement sur le faisceau 5 d'atomes d'hélium dans l'état Mtas- tableo Les moyens 8 de modulation spatiale de l'iu- tensité du faisceau lumineux 7 sont constitués par un masque qui sera décrit par la suite Enfin, les moyens 9 de séparation consistent en deux plaques de défle- xion 19 et 20, l'une portée à une haute tension posi- tive, l'autre à une haute tension négative. Les atomes d'hélfum issus de la soure effusion 2 sont donc tout d'abord eacités pz les électrons émis par la source délectrons 4 et Lmsentt à l'état métastable O Les photons du faisceau lumineus 7 ionisent ensuite sélectivement ces atomes d'hélium dans l'état métastable S certains de ces atomes métas- tables deviennent des ions ne+ et les autres demeurent dans l'état métastable He, selon une configuration imposée par le masque 8 Après quoi, les ions e+ et les atomes métastables He passent entre les plaques 19 et 20 Le champ électrique existant entre ces pla ques 19 et 20 dévie les ions He mais pas les atomes métastables He On obtient ainsi un faisceau 21 d'ions He+ et un faisceau 22 d'atomes d'hélium ae demeurant dans l'état métastabley ces faisceaux 21 et 22 ayant tous deux une densité spatialement modulée. Lorsque l'on souhaite utiliser le faisceau 22 d'atomes He* demeurant dans l'état métastable pour réaliser par exemple une gravure d'un circuit intégré 23 ou une implantation d'idns dans ce circuit 23, on peut ioniser les atomes métastables Hee du faisceau 22 par bombardement électronique, au moyen d'une autre source d'électrons 23 a du genre de la source d'élec- trons 4, puis accélérer les ions formés au moyen d'un champ électrique créé entre deux plaques 24 et 25 per- cées pour permettre le passage des ions He+ formés, la première plaque 24 se trouvant sur-le passage de ceux- ci étant portée à un potentiel électrique négatif de l'ordre de 30 k V par exemple, par rapport à la plaque suivante 25, le circuit intégré 23 étant bien entendu placé à la suite de cette seconde plaque 25, sur la trajectoire du faisceau 22 On pourrait également uti- liser le faisceau 21 d'ions He+ de densité spatiale- ment modulée pour le même type d'application, en accé- lérant convenablement ce-faisceau 21 après sa dévia- tion par les plaques déflectrices 19 et 20. De façon connue dans l'état de la technique, le faisceau primaire 3 est émis dans une enceinte 26 dans laquelle on a fait le vide à l'aide de pompes non représentées, la pression dans l'enceinte 26 étant par exemple de l'ordre de 10 4 Pa, et le bombardement élec- tronique par la source 4, l'irradiation par le fais- ceau lumineux 7, la séparation des atomes métastables He* et des ions He+, le bombardement électronique par l'autre source 23 a et l'accélération par les plaques 24 et 25, sont bien entendu effectués dans ladite en- ceinte 26 dans laquelle se trouve également le circuit intégré 23 servant de cible Pour une plus grande fa- cilité de réalisation et d'utilisation, la source lu- mineuse 17, l'optique 18 et le masque 8 peuvent être disposés à l'extérieur de cette enceinte 26, la lumiè- re issue de la source 17 traversant alors ladite en- ceinte 26 par un hublot 27 par exemple en quartz Pour que les ions Hes ne soient pas soumis à des potentiels électriques flottants, on établit une liaison électri- que entre le collimateur 12 et l'électrode percée 15, entre cette dernière et l'électrode homologue de la source d'électrons 23 a, entre cette électrode homolo- gue et la première plaque 24, et entre la seconde plaque 25 et le circuit 23, ce dernier étant mis à la masse. Sur la figure 2, on a représenté schémati- quement le masque 8 Il comporte une pluralité de fen- tes 28 longitudinales et parallèles entre elles, de forme par exemple rectangulaire, pratiquées dans une matière 29 opaque à la lumière utilisée, cette matière 29 étant disposée sur un support plan 30 transparent à ladite lumière Le masque 8 est disposé sur la trajec- toire du faisceau lumineux 7, perpendiculairmeent à ce dernier, et orienté de façon que les fentes 28 soient parallèles au faisceau 5 des atomes d'hélium He* dans- l'état métastableo En traversant le masque 8, le fais- ceau 7 est modulé spatialement: il est divisé en une pluralité de sousfaisceaux 31 parallèles qui viennent interagir avec le faisceau 5 d'atomes He* métastables, en ionisant les atomes He métastables qu'ils rencon- trent sur leur passage Après élimination des ions He+ grâce aux plaques déflectrices 19 et 20 (figure 1), il subsiste donc un faisceau d'atomes métastables He*, constitué d'une pluralité de tranches 32 longitudina- les parallèles entre elles, dont la vue en coupe est hachurée sur la figure 2. Au lieu d'un seul faisceau lumineux, on peut en utiliser plusieurs, pour réaliser d'autres modula- tions spatiales du faisceau 5 d'atomes He* métasta- bles On peut par exemple utiliser un autre faisceau lumineux 33 (figure 3 a) dont l'intensité est modulée par un masque non représenté, conforme au masque 8 (figure 2), et qui est émis par des moyens non repré- sentés, conformes aux moyens 6 (figure 1) Les moyens cd'émission et les masques sont disposés de façon que les faisceaux lumineux 7 et 33 tombent sur le faisceau d'atomes d'hélium métastables, perpendiculairement à ce faisceau 5 et dans la même portion de celui-ci (ou dans des portions différentes) et soient par exem- ple perpendiculaires l'un à l'autre, les masques étant disposés de manière que leurs fentes soient parallèles au faisceau 5 d'atomes d'hélium métastableso Comme on l'a expliqué précédemment, chaque faisceau lumineux 7 ou 33 est formé O après traversée du masque qui lui est associée de sous-faisceaux 31 ou 34 Ces sous-fais- ceaux vont ioniser les atomes métastables Hen qu'ils rencontrent sur leur passage et, après élimination des ions He+ formés, il subsiste un faisceau d'atomes mé- tastables Hee de densité spatialement modulée, consti- tué d'une pluralité de sous-faisceaux 35 (figure 3 b) parallèles et isolés les uns des autres, dont la vue en coupe est hachurée sur la figure 3 bo Sur 1 a figure 40 on a représenté schémati- quement un autre mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'inventiono Les particules consi- dérées sont encore des atomes d'hélium à titre d'exem pie Le dispositif selon l'invention représenté sur la figure 4 comporte des moyens pour produire un faisceau 36 d'atomes d'hélium dans un état métastable dans une enceinte 37 dans laquelle on a fait le vide à l'aide de pompes non représentées, de manière à obtenir une pression de l'ordre de 10-4 Pa dans cette enceinte 37. Les moyens pour produire le faisceau 36 d'atomes d'hé- lium métastables ne sont pas représentés et sont cons- titués par une source à effusion d'atomes d'hélium et par une source d'électrons O conformes à celles qui ont précédemment été décrites en relation avec la figure 1. Le dispositif selon l'invention représenté sur la figure 4 comporte également des moyens consti- tués par une source lumineuse 38 et une optique 39 respectivement conformes à la source lumineuse 17 et à l'optique 18 de la figure 1, pour former un faisceau lumineux parallèle 40 La source lumineuse 38 et l'op- tique 39 sont disposées de manière que le faisceaux lumineux 40 émis soit colinéaire au faisceau 36 d'ato- mes d'hélium métastables mais se propage en sens contraire de ce dernier 1 les deux faisceaux venant donc à la rencontre luun de l'autre Un masque 41 est interposé sur la trajectoire du faisceau lumineus 40 pour moduler lintensité de celui-ci avant que ce faisceau lumineux 40 nlinteragisse avec le faisceau 36 d'atomes d Phélium métastableso Pouz faciliter la réa- lisation et l'util Isa Eion dc d:isposilti: la sorce lu- mineuse 389 l'optique 39 et le masque 41 sont placés È l'extérieur de cette enceinte 37 et le faisceau lu-i- neux 40 pénètre dans celle-ci par l intermdiaire d'un hublot 42 par exemple an quarts dont elle est pourvueo Comme on l'a expliqué précédemment, certains L atr Mes d'hélium passent de l'état meétastable à l'état ionisé. Les ions E+ obtenus sont déviés au moyen de pltaqus déflectrices 43 et 44 disposées de part et dlautrg du faisceau d'atomes d'hélium métaestables et respective-o ment soumises à une haute tension négative -et è une haute tension positive 1 et forment ainsi un faieceau d'ions He+ que l'on peut éventuellement utiliser O apres accélération, pour une implantation ioniq Pe paz exemple. A la sortie des plaques déflectrices 43 et 44, on obtient également un faisceau 46 de densité spatialement modulée, formé d'atomes d'hélium qui, n'ayant pas été atteints par les photons du faisceaux lumineux 40, demeurent dans l'état métastableo Ils peuvent être utilisés par exemple pour une implanta- tion ionique dans un circuit intégré 47 servant de cible, après avoir été ionisés par des moyens d'ioni- sation 48 par exemple constitués par une source d'électrons énergétiques, puis accélérés par des moyens 49 d'accélération tels qu'un champ électrique obtenu à l'aide de plaques conformes aux plaques 24 et '37768 de la figure 1 entre lesquelles est appliquée une tension de l'ordre de 30 k V par exemple, et enfin dé- fléchis en direction du circuit intégré 47, grâce à des moyens 50 de déviation par exemple constitués par un aimant comportant deux pièces polaires entre les- quelles passent les ions destinés à l'implantation et dont une seule, portant la référence 51, est représen- tée sur la figure 4 Pour que les ions He+ ne soient pas soumis à des potentiels électriques flottants, on -établit une liaison électrique entre l'électrode per- cée, dont est munie la source d'électrons 48, et la plaque homologuede Japlaque 24 (figurel) et faisant partie des moyens 49 d'accélération et entre la plaque homo- loguede plaque 25 (figure 1) et faisant partie desdits moyens 49, et le circuit 47. Sur la figure 5 a, on a représenté schémati- quement un mode de réalisation particulier du masque 41 de la figure 4 Il comporte une pluralité de domai- nes 52 séparés les uns des autres, faits d'une matière opaque à la lumière issue de la source 38 (figure 4) et déposée sur un support 53 transparent à cette lu- mière Le masque 41 comporte donc une pluralité de domaines opaques 52 séparés par des domaines transpa- rents 52 a Revenant à la figure 4, on voit que le "dessin" du masque 41, constitué par l'ensemble des domaines opaques 52, s'imprime directement dans le faisceau 36 d'atomes d'hélium métastables: la modula- tion spatiale du faisceau 46 composé d'atomes d'hélium demeurant dans l'état métastable est l'image exacte du masque 41 On voit sur la figure 5 b une section de ce faisceau 46 Cette section comporte effectivement une pluralité de domaines 54 disjoints, homologues des domaines 52 dumasque 41. Sur la figure 6, on a représenté schémati- quement un autre mode de réalisation particulier du 25377-68 dispositif objet de l'invention Dans ce mode de réa- lisation, les particules considérées sont électri- quement chargées Ce sont par exemple des atomes d'hé- lium une fois ionisés, c'est-à-dire des ions He+; Le dispositif selon l'invention représenté sur la figure 6 comporte des moyens 55 pour produire un faisceau primaire 56 d'ions He+, ces moyens consistant en une source d'ions He+ connue dans l'état de la technique. Le faisceau primaire 56 est accéléré à sa sortie de la source 55, par une électrode 57 percée pour permettre le passage du faisceau primaire 56 et portée à un po- tentiel négatif, par exemple de l'ordre de 30 k V, par rapport à la source d'ions 55, au moyén d'un généra- teur de tension 58 Le faiscea primaire 56 est bien entendu émis dans une enceinte 59 dans laquelle on a fait le vide au moyen de pompes non représentées, la pression d'hélium résiduelle dans l'enceinte étant de l'ordre de 10 4 Pa par exemples Le faisceau primaire 56, divergent à sa sortie de la source d'ions 55 est rendu convergent'selon un angle a au moyen d'un champ magnétique de focalisation engendré par un aimant doht on a représenté l'une des pièces polaires 60 sur la figure 6. Le dispositif selon l'invention représenté sur cette figure 6 comporte également des moyens pour faire passer les ions He> du faisceau primaire 56, à l'état d'atomes d'hélium He S dans un état excité mé- tastable, ces moyens comportant des moyens 61 de neu- tralisation des ions He+ et des moyens 62 d'excitation des atomes d'hélium résultant de la neutralisation des ions He - La neutralisation des ions He+ est effectuée dans l'hélium gazeux: les moyens 61 de neutralisation se composent d'une chambré 63 placée dans l'enceinte 59, sur la trajectoire du faisceau primaire 56, après la focalisation de celui-ci La chambre 63 est mainte- nue dans l'enceinte 59 au moyen d'un flasque 64 percé de part en part, afin de permettre le maintien d'une m&me pression, de l'ordre de 10 4 Pa de' part et d'au- tre de ce flasque 6 a D ce dernier étant lui-même rendu solidaire de l'enceinte 59 au moyen d'une bride 64 aq La chambre 63 contient de l'hélium gazeux sous une pression de l' ordre de 10 = 1 Pa, cet hélium gazeux étant introduit dans la chambre 63 par un conduit 65 0 La chambre 3 est pourvue de deux ouvertures 67 et 68 ituées en regard 1- une de l'autre sur deux côtés op- Posés de cette chambre 63 e ces deux ouvertures étant disposées de maière à se trouver sur la trajectoire du faisceau primaire 56 o Les deux ouvertures 67 et 68 ont des dimensions adaptées à la taille du faisceau primaire 56 o On maintient un bon vide dans le reste de l'enceinte 59 en limitant le plus possible la taille des ouvertures 67 et 68 et en munissant 1 enceinte 59 de moyens de pompage permettant de très grandes vites- ses de pompage de cette enceinte 59 o Les moyens 62 d Uexcitation des atomes dghé- lium résultant de la neutralisation des ions He+ con- sistent en une source d'électrons, du genre de la source 4 d'électrons de la figure 11 permettant de bombarder les atomes d'hélium par des électrons pour les faire passer à un état métastableo On obtient ainsi un faisceau 69 d'atomes d'hélium dans un état métastable, ce faisceau convergeant selon l'angle a. Pour que les ions He+ ne soient pas soumis à des po- tentiels électriques flottants, on établit une liaison électrique entre l'électrode percée 57 et l'électrode percée dont est munie la source d'électrons 62. Le dispositif selon l'invention comprend en outre des moyens constitués par une source lumineuse 70 associée à une optique 71 pour produire un fais- ceau lumineux 72 qui diverge selon ledit angle c. partir de l'optique 71 Un masque 73, du genre du mas- que 41 de la figure 4 est placé à la suite de l'optique 71 pour moduler lintensité du faisceau lumineux 72 La lumière émise par la source 70 a une longueur d'onde de 0,260:4 mo Cette source 70 et l Uoptique 71 sont disposées de manière que le faisceau lumineux 72 d'intensité modulée et le faisceau 69 d'atomes d'hé lium métastables se propagent selon une m&me d'Xrection mais selon des sens opposés et que ces faisceaux 69 et 72 soient en outre confondus (ce qui est Dossible étant donné que l'angle de convergence de l'un e$t égal à l'angle de divergence de l'autre). La source lumineuse 70, l'optique 71 et le masque 73 sont situés à l'extérieur de l'enceinte 59 pour simplifier la réalisation et l'utilisation du dispositif Cette enceinte 59 est pourvue d'un hublot 74 par exemple en quartz, pour permettre le passage du faisceau lumineux 72 Celui-ci interagit avec le fais- ceau 69 d'atomes d'hélium métastables He 2 en ionisant ces derniers. Le dispositif selon llinvention représenté sur la figure 6 comporte également des moyens 75 de déviation des ions He+ ainsi formés Ces moyens 75 sont symbolisés par un cercle en trait mixte sur la figure 6 et consistent par exemple en un aimant créant donc un champ magnétique de déflexion. Sur la figure 7, on a représenté à plus grande échelle la zone dans laquelle se produit cette déflexion Le faisceau lumineux 72 dont l'intensité est spatialement modulée par le masque 73, se compose d'une pluralité de sous-faisceaux 76 qui ionisent les atomes métastables du faisceau 69 d'atomes d'hélium métastables qu'ils rencontrent sur leur passage, créant ainsi des canaux 77 d'ions He+, séparés par d'autres canaux 78 formés par les atomes métastables He non atteints par les photons du faisceau lumineux 72 et demeurant donc dans l'état métastable L'aimant dévie les ions He+ formés, les trajectoires des atomes métastables demeurant quant à elles inchangées. On obtient ainsi un faisceau 79 d'ions He+ de densité spatialement modulée, que l'on peut envoyer sur une cible 80 telle qu'un circuit intégré, pour y effectuer une implantation ionique ou pour sensibiliser une ré-. sine déposée sur ledit circuit afin de réaliser sur ce dernier des motifs de taille pouvant être inférieure à llim On obtient également un faisceau 81 de densité spatialement modulée, formé par les atomes d'hélium He* demeurant dàans l'état métastable, faisceau qui pourrait également être utilisé, après avoir ionisé puis dévié lesdits atomes He* De préférence, la taille des motifs du mas- que 73, c'est-à-dire dans le cas présent la taille des domaines transparents qui séparent les domaines opa- ques dudit masque, est choisie de manière à ne provo- quer qu'une faible diffraction lumineuse Pour ce fai- re, on peut réaliser sur le masque 73, des motifs de taille supérieure à la longueur d'onde de la lumière issue de la source lumineuse 70, c'est-à-dire des mo- tifs de l'ordre de 1 p Lam ou plus dans l'exemple consi- déré, pour lequel la lumière utilisée a une longueur d'onde de 0,260 pm Malgré cette condition imposée au masque 73, les motifs réalisés sur le circuit 80 peu- vent être bien plus petits que les motifs du masque 73, étant donné la convergence du faisceau 79 d'ions He+, résultant elle-même de la convergence donnée au faisceau primaire 56 (figure 6) Cette convergence peut être déterminée à partir de la taille des motifs que l'on souhaite réaliser sur le circuit 80. Bien entendu, le dispositif selon l'in- vention représenté sur la figure 6 pourrait être adap- té à l'utilisation d'une source d'ions négatifs En outre, la neutralisation des ions pourrait être effec- tuée autrement que par contact avec des atomes de même espèce chimique que lesdits ions, par exemple par un -5 flux d'électrons ayant la même vitesse que lesdits ions. La présente invention n'est pas limitée à l'obtention de faisceaux de particules de densité spa- tialement modulée de façon discontinue, aux moyen de masques présentant des domaines opaques à la lumière employée, séparés par des domaines transparents à cet- te lumière L'invention permet également d'obtenir des faisceaux de particules de densité modulée de façon continue, en utilisant des masques d'opacité variable en fonction des points considérés sur ces masques. Les masques permettant une modulation spa- tiale discontinue de l'intensité des faisceaux lumi- neux qui les traversent peuvent être par exemple obte- nus en déposant une couche mince absorbante sur un substrat transparent et en enlevant ensuite les par- ties souhaitées par les techniques bien connues de la photolithogravure. -Les masques permettant une modulation spa- tiale continue de l'intensité des faisceaux lumineux qui les traversent peuvent être par exemple obtenus par dépôt d'une couche opaque sur un support transpa- rent puis photolithogravure au cours de laquelle l'at- taque de la couche déposée est interrompue avant dis- parition totale de cette couche. REVENDICATIONS 1 o Procédé d'obtention de faisceaux de par- tic Ules de densité spatialement modulée, caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer les particules d'un faisceau primaire ( 3 g 56) de particules à un premier état énergétique Ein de manièr-e: à former un faisaeau de particules se trouvant dans ledit premier état énergétique EJ. -à faire passer sélectivement les particules se trou- vant dans ledit premier état énergétique EL à un second état énergétique E 2 a l'aide d'un flux lumi- neux ( 7, 40, 72) d'intensité spatialement modulée, dirigé sur le faisceau de particules se trouvant dans ledit premier état énergétique Ei, et à séparer les particules se trouvant dans ledit se- cond état énergétique E 2 des particules se trouvant dans ledit premier état énergétique E 1 de manière à obtenir un faisceau formé des particules se trouvant dans ledit premier état énergétique E 1 et un fais- ceau formé des particules se trouvant dans ledit se- cond état énergétique E 2, ces faisceaux étant dis- tincts et de densité spatialement modulée, en ce que l'un desdits premier et second états énergé- tiques E 1 et E 2 est un état énergétique de longue durée de vie et en ce que l'autre état énergétique est un état ionisé. 2 Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ledit état énergétique de longue du- rée de vie est un état excité métastableo 3 Procédé selon la revendication 2, carac- térisé en ce que les particules du faisceau primaire ( 3, 56) sont électriquement neutres et dans leur état fondamental, et en ce que l'on fait passer ces parti- 2537768 ' cules audit état excité métastable O à partir de leur état fondamental, par bombardement électronique, le- dit premier état énergétique E 1 étant constitué par ledit état excité métastable et ledit second état énergétique E 2 étant alors ledit état ionisé. 4 Procédé selon la revendication 2, carac- térisé en ce que les particules du faisceau primaire ( 3, 56) sont électr iquement chargées et en c-e que 1 lon fait passer ces particules audit état ecité métasta- ble par bombardement électronique O après avoir neutra- lisé les particules du faisceau primaire C 3, 55 par échange de charges dans un gaz de particules du mme type, ledit premier état énergétique %étant constitué par ledit état excité métastable et ledit second état énergétique E 2 étant alors ledit état ioniséo Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit état ionisé est l'état de première ionisationo 6 Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que les particules se trouvant dans ledit état ionisé sont séparées des particules se trouvant dans ledit état énergétique de longue durée de vie à l'aide dgau moins l'un des champs pris dans le groupe comprenant les champs élec- triques et les champs magnétiques. 7 Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que l'intensité du flux lumineux ( 7, 40, 72) est modulée spatialement par passage dudit flux lumineux à travers un' masque ( 8, 41, 73). 8 Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que la modulation spatiale d'intensité du flux lumineux est obtenue par une méthode fondée sur la nature ondulatoire de la lumière. 9 Procédé selon la revendication 8, carac- térisé en ce que le flux lumineux d'intensité modulée est obtenu en dirigeant vers l'axe du faisceau de par- ticules se trouvant dans ledit premier état énergéti- que E 1 deux faisceaux de lumière cohérente issus du même faisceau lumineux primaire, ceci de façon symé- trique par rapport à l'axe du faisceau de particules se trouvant dans ledit premier état énergétique E 1, de façon à obtenir ainsi des zones alternativement lumi- neuses et sombres parallèles à l'axe du faisceau de. particules se trouvant dans ledit premier état énergé- tique E 1. o Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdites particules sont des atomes d'au moins un gaz rare. 11 Dispositif d'obtention de faisceaux de particules de densité spatialement modulée, caracté- risé en ce qu'il comprend: des moyens ( 2, 55) pour produire un faisceau primai- re ( 3, 56) de particules, des moyens pour faire passer les particules de ce faisceau primaire ( 3, 56), à un état énergétique de longue durée de vie, de manière à former un faisceau ( 5, 36, 69) de particules se trouvant dans ledit état-énergétique, des moyens ( 6 ou 38, 39 ou 70, 71) pour produire un flux lumineux ( 7, 40, 72) composé de photons aptes à ioniser les particules se trouvant dans ledit état énergétique, et pour diriger ce flux lumineux ( 7, 40, 72) sur ledit faisceau ( 5, 36, 69) de particules se trouvant dans ledit état énergétique, des moyens ( 8, 41, 73) de modulation spatiale de l'intensité dudit flux lumineux ( 7, 40, 72), inter- posés entre les moyens ( 6 ou 38, 39 ou 70, 71) pour produire et diriger ce flux lumineux et le faisceau ( 5, 36, 69) de particules se trouvant dans ledit état énergétique, de manière à faire passer sélecti- vement les particules se trouvant dans ledit état énergétique,à un état ionisé, et des moyens ( 9 ou 43, 44 ou 75) de séparation des particules se trouvant dans ledit état ionisé, des particules demeurant dans ledit état énergétique, de façon à obtenir un faisceau ( 21, 45, 79) formé des particules se trouvant dans ledit état ionisé et un faisceau ( 22, 46, 81) formé des particu Ies demeurant dans ledit état énergétique, ces faisceaux étant distincts et de densité spatialement modulée. 12 Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit flux lumineux ( 7, 40, 72) est constitué par au moins un faisceau lumineux qui est dirigé vers le faisceau ( 5, 36, 69) de particules se trouvant dans ledit état énergétique, transversale- ment à celui-ci. 13 Dispositif selon la revendication 1 l, caractérisé en ce que le flux lumineux ( 7, 40, 72) est un faisceau lumineux, en ce que ce dernier ainsi que le faisceau ( 5, 36, 69) de particules se trouvant dans ledit état excité sont colinéaires et ont des sens de propagation opposés et en ce que le dispositif compor- *te en outre successivement des moyens d'ionisation ( 48), des-moyens d'accélération ( 49) et des moyens de déviation ( 50) du faisceau ( 46) des particules demeu rant dans ledit état énergétique. 14 Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le flux lumineux est un faisceau lumineux, en ce que le faisceau ( 69) de particules se trouvant dans ledit état énergétique et le faisceau lumineux ( 72) sont prévus pour se propager selon une même direction et selon des sens opposés, en ce que le faisceau -( 69) de particules se trouvant dans ledit état énergétique est rendu convergent selon un angle a. en ce que le faisceau lumineux ( 72) est rendu diver- gent selon le même angle m'et prévu en outre pour être confondu avec le faisceau ( 69) de particules se trou- vant dans ledit état énergétique, et en ce que les moyens ( 75) de séparation consistent en des moyens de déviation des particules se trouvant dans ledit état ionisé. 15 Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens ( 73) de modulation spatiale de l intensité du faisceau lumineux consis- tent en un masque pourvu de motifs dont la taille est prévue pour que ces motifs n'entraînent qu'une faible diffraction lumineuse. 16 G Application du procédé selon l'une quel- conque des revendications 1 à 10, à la gravure et à l'implantation ioniques.