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" Colonne de faisceau électronique "
La présente addition concerne des perfection- nements au brevet principal et plus particulièrement un sys- tème de commande pour régler l'intensité du spot du faisceau dans on dispositif à faisceau de particules, comme représenté au brevet principal, pouvant être utilisa dans les systèmes
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d'enregistrement de dornées. Dans ce systère le grossissement (j'une loupe à gressissement variable est réglé de façon @ 6 être sensible à l'intensité du faisceau sur une cible afin de commander le dimension du spot du faisceau sur une plaque à ouverture plsée en aval, réglant de ce fait la densité des particules du faisceau traversant l'ouverture.
Dans l'enregistrement de données, un faisceau à particules balaye un élément de mémoire pour enregistrer une configuration, ou image, pour une référence ultérieure.
Le faisceau peut être formé de particules, telles que des électrons, des ions ou des photons qui sont accélérés et focalisés à la dimension du spot de faible diamètre afin de pouvoir être utilisés pour une opération d'inscription sur l'élément de mémoire. Par exemple, les faisceaux électroniques sont maintenant utilisés pour inscrire sur un film d'halogénure d'argent certaines configurations indiquant des données sous forme numérique qui peuvent être utilisées dans les systèmes de traitement de données.
Pour enregistrer les données, le faisceau est modulé suivant une façon prédéterminée ou bien il est dévié pour inscrire les configurations représentant les données sur l'élément de mémoire. Etant donné que l'intensité du faisceau est fréquemment modulée en réponse aux données enregistrées, il est important que l'intensité du faisceau avant cette modulation soit rigoureusement commandée de sorte que le seul changement du faisceau soit celui véritablement sensible aux données enregistrées.
Jusqu'ici, différents moyens ont été utilisés pour commander l'intensité d'un faisceau dans ces dispositifs.
Par exemple, si le faisceau prend son orgine à une cathode
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chauffée, le courant cathodique peut être réglé pour essayer de maintenir le faisceau à une intensité constante.
Cependant, la réponse de ce système n'est pas habituellement suffisamment réglée et elle est fréquemment trop faible, surtout par suite de l'inertie thermique de la cathode, pour pouvoir être utilisée dans des systèmes d'enregistrement de données. Un autre¯procédé préalablement utilisé consiste à dévier le faisceau sur un côté do son axe d'origine afin de permettre à une partie de ce faisceau de venir frapper contre un élément opaque adjacent à l'axe du faisceau. Cette déflexion latérale empêche la partie bloquée du faisceau de venir frapper contre l'élément d'enregistrement, abaissant de ce fait l'intensité totalo du faisceau sur l'élément.
Ce procédé donne finalement un faisceau de section transversale Irrégulière qui est fréquemment inutilisable pour enregistrer dos données sur des éléments de mémoire. En outre, lorsque le faisceau est décalé à partir de l'axe de cette façon pour réduire l'intensité du faisceau, il devient plus difficile de commander l'alignement de la configuration de balayage du faisceau avec le plan d'emmagasinage en mémoire.
Conformément à la présente invention, l'intensité du spot d'un faisceau à particules est réglée en détectant l'intensité du faisceau à l'élément de mémoire et en réglant la puissance focale d'une loupe à grossissement variable placée entre la source du faisceau et un élément opaque à ouvertures, de manière à être sensible à une différence entre l'intensité mesurée du spot du faisceau et l'intensité voulue de ce spot. La densité du courant
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transversal du faisceau varie en changeant le diamètre du spot du faisceauà l'élément formant l'ouverture si bien que les franges externes du faisceau sont plus ou moins interceptées, réglant de ce fait l'intensité du faisceau qui traverse l'ouverture et réglant l'intensité totale du faisceau qui atteint l'élément de mémoire.
Un autre mode de réalisation de la présente invention combine la commande de l'intensité mentionnée ci-dessus avec une seconde lentille placée dans le dispositif avec un grossissement variable sensible au réglage de la puissance focale de la lentille pour maintenir constant le grossisse- ment total des deux lentilles et, en conséquence, de la colonne.
Un objet de la présente invention consiste à fournir une commande perfectionnée pour régler l'intensité du spot du faisceau d'un dispositif de faisceau de parti- culos.
Un autre objet de la présente invention consista à régler le courant du spot d'un dispositif à faisceau de particules rapidement, rigoureusement et avec peu d'effet sur le fonctionnement général du faisceau.
Un autre objet plus détaillé de la présente invention consiste à régler rigoureusement et continuement le courant du spot d'un dispositif à faisceau à particules de manière à réduire tout effet nocif sur le fonctionnement du dispositif au fur et à mesure qu'est réglé le courant du faisceau.
D'autres objets, caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exerpls non limitatif, en se reportant aux
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dessins annexés sur lesquels.
La figure 1 représente une vue en pers- pective d'une colonne de faisceau électronique du type conforme à la présente invention.
La figure 2 représente une vue en coupe de côté d'un ensemble à ouvertures utilisé dans la colonne de faisceau électronique représentée sur la figure 1.
La figure 3 représente la colonne de la figure 1 sous forme schématique avec un diagramme de fonctionnement général d'un mode de réalisation du système de commande de l'intensité du faisceau.
La figure 4 représente un graphique montrant la manière suivant laquelle le courant du faisceau à l'élément de mémoire varie en fonction du réglage du courant de la première lentille et ce, conformément à la présente invention.
Les figures 1 et 3 représentent une colonne de faisceau électronique 8 représentant un mode de réalisa- tion du dispositif de génération d'un faisceau à particules de la présente invention. Dans le cas présent, la colonne est adaptée pour être utilisée pour l'enregistrement de données. Le faisceau est dirigé sur un élément de mémoire 8 pour enregistrer une image. Habituellement, cet élément de mémoire est détachable de la colonne.
La colonne comprend un châssis en forme de tube 10 pourvu d'une cathode 11 adjacente à une anode 12 et supportée à une extrémité de la colonne servant de source électronique pour émettre le long de l'axe de la colonne 13, un faisceau d'électrons dont la valeur de l'intensité est pré-sélectionnée.
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Le faisceau électronique est focalisé jusqu'à une faible dimension du spot en le faisant passer par les chamos magnétiques des lentilles électromagnétiques 14, 15 et 16 espaces le long de l'axe 13 dans le châssis 10. Chacune de ces lentilles comprend deux pièces polaires 17 et 18 qui transmettent le flux magnétique engendré dans les bobines électriques respectives 14a, 15a et 16a sur un point adjacent à l'axe du faisceau 13. Dans chaque lentille un séparateur non magnétique 19 maintient les extrémités des pièces polaires séparées le long de l'axe.
Les lentilles 14 et 15 comprennent également les extrémités des pièces polaires 20 et 21 séparées par un élément non magnétique 22 et maintenues par un cylindre non magnétique 23, extrémités qui reçoivent le flux magnétique de leur lentille respective et coopèrent pour former l'entrefer magnétique de la lentille tout à côté de l'axe du faisceau 13.
Par une excitation appropriée des bobines des lentilles 14a, 15a et 16a, il se forme un champ magné- tique qui renvoie le faisceau en direction de l'axe 13 pour focaliser le faisceau en un faible spot. Ensuite, le faisceau traverse les ouvertures 24a, 24b et 24c (figures 1 et 2) placées au bas de chaque lentille respectivement.
Comme le montre la figure 2, chaque ensemble d'ouvertures comprend un boitier 25 maintenu dans le cylindre non magnétique 23. A l'intérieur du boitier est placé un support 26 pour monter une plaque, opaque au faisceau 27a. 27b et 27o dans laquelle est formées de petites ouvertures 280, 28b et 28c respectivement sur une position coicidant à l'axe du faisceau. En faisant tout d'abord
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passer le faisceau par le champ magnétique de chaque lentille et ensuite par l'ouverture associée, le faisceau est formé en une très faible dimension de spot? appropriée pour l'inscription des données sur l'élément de mémoire 9 à une intensité très élevée. Le faisceau est focalise dans le plan de l'élément de mémoire 9 en excitant uno bobine de focalisation 30 adjacente à la lentille 16.
En réglant convenablement la valeur du courant électrique appliqué à cette bobine de focalisation (suivant une manière non représentée spécifiquement ici mais qui est bien connue de l'art), on fait varier la puissance focale de la lentille 17 pour régler la dimension de l'image dans le plan de l'élément de mémoire. En outra, il est fourni une bobine de déflexion de forme annulaire 31 qui lorsqu'elle est excitée, sert à dévier le faisceau qui balaye l'élément de mémoire pour y onrogistror Ion données.
Pour moduler le faisceau sensible aux données enregistrées, deux plaques de déflexion électrostatiques 32 et 34 sont placées respectivement de chaque côté de l'axe 13. En excitant ces plaques, on dévie le faisceau de façon suffisante pour qu'il ne soit plus aligné avec l'ouverture 28 de l'ensemble 24c placée en aval, ce qui interrompt alors le faisceau.
Un procéda d'enregistrement de données sur l'élément de mémoire 3 consiste à superposer le signal sinusoïdal au signal normal appliqué à la bobina de déflexion 31 de sorte que le faisceau soit rapidement dévié d'avant en arrière suivant ue direction perpendiculaire à la direction du balayage au fur et à mesura du balayage du faisceau de Branlera à "psindrs" une zone exposée sur
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l'élément de mémoire. Par exemple, un "un" habituellement utilisé dans l'enregistrement de données numériques peut être représenté par une zone exposée ou 'peinte* suivie par une zone non exposée, tandis qu'un "zéro" peut être représenté par une zone non exposée suivie par une zone exposée.
Ensuite, le lecteur peut détecter les 'uns* et les "zéros" en détectant les zones exposées et non exposées et leurs apparitions successives.
Cependant, pour rendre valide ce procédé de codage, on peut voir que l'intensité du spot du faisceau doit être rigoureusement commandée. Autrement, lorsque l'intensité du faisceau varie, une zone peinte pourrait rester non exposée si l'intensité du spot du faisceau était sensiblement réduite. Inversement, si l'intensité du spot était suffisamment accrue, la dimension de la zone exposée pourrait être suffisamment agrandie pour exposer une zone adjacente qui est souhaitée ne pas être exposée, rendant ainsi le procédé d'enregistrement erroné.
Différents facteurs externes peuvent provoquer le changement d'intensité du spot, par exemple, changement du courant dans les filaments, réduction de la dimension des filaments pendant leur durée de vie etc..
Le but général de la présente invention consiste à commander rigoureusement l'intensité du spot d'une colonne è faisceau de particules telle que celle décrite ci-dessus de sorte que la fonction d'enregistrement ne soit pas affectée par des fluctuations indésirables de l'intensité du faisceau.
Conformément à la présente invention, l'intensité du faisceau est commandée en engendrant un premier signal sensible à l'intensité du spot mesurée
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sur l'élément de mémoire et, en comcarant le signal de l'intensité du faisceau mesurée, avec le second signal indiquant l'intensité de faisceau voulue, un signal différentiel. est engendré pour régler le grossissement de l'une des lentilles électromagnétiques cour faire alors varier le dismètre du faisceau sur l'ouverture associée afin de commander l'intensité des électrons de cette partie du faisceau qui traverse l'ouverture et régler l'intensité totale du faisceau qui vient frapper l'élément de mémeire.
Tandis que la présente invention ost décrite comte pouvant être utilisée avec un dispositif de faisceau électronique, il est bien compris que l'intensité d'autres types de dispositifs de faisceaux, par exemple, des générateurs de faisceaux laser, pourrait être commendée de façon semblable en donnant finalement les mêmes avantages. Natu- rellement, il serait nécessaire que les lentilles de ces autres dispositifs de faisceaux soient appropriées pour régler le grossissement du faisceau dont l'intensité est commandée.
Un mode de réalisation préféré de la présente invention est représenté sur la figure 3 où l'intensité du faisceau 14 est détectée par un détecteur 37 placé à côté de l'élément de mémoire 9, un signal correspondant à cette intensité mesurée étant appliqué un détecteur de niveau 38, Le signal provenant du détecteur de niveau est appliqué à un amplificateur différentiel 39 ainsi qu'un signal de référence pour engendrer un signal différentiel indiquant la différence entre l'intensité de faisceau mesurée et l'intensité de faiscpsu voulue.
Ensuite, le signal différentiel est appliqué à un moyen de commande
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du courant des lentilles 4c pour faire varier le grossissement de la lentille 14 afin de changer la dimension de l'image du faisceau sur la plaque ouverture 27 adjacente à l'ouverture 24a. De cette manière, l'intensité du courant de la partie du faisceau qui traverse l'ouverture 28a varie pour changer l'intensité totale du faisceau qui traverse l'ouverture et qui vient ensuite frappsr contre l'élément de mémoire 9.
Sur la figure 3, la commande est représentée sous une forme schématique dans laquelle un signal de courant alternatif est engendré en fonction à l'intensité mesurée du spot. A cette fin, il est fait usage d'un élément de mémoire 9 ayant une série de plaques alternativement transparentes et opaques ce qui forme une série de lignes opaques 41 qui sont perpendiculaires à la direction de balayage du faisceau. Au fur et à mesure que le faisceau balaye ces lignes, il vient alternativement frapper ou non le détecteur 37. Ce détecteur est un détecteur classique pour engendrer un signal fonction du courant du faisceau qui vient le frapper. Un exemple, d'un tel détecteur est une jonction P/N de conception type ayant une impédance électrique proportionnelle è la force du faisceau qui vient le frapper.
Ainsi, un signal de courant alternatif est superpose à un courant de valeur constante qui traverse le détecteur au fur et è mesure que le faiscsau vient frapper par intermittence ce détecteur, signal qui a une valeur de crête fonction de l'intensité mesurée du faisceau, Un signal en courent alternatif est envoyé par le conducteur 42 au détecteur de niveau 38, Le détecteur de niveau comprend un amplificateur en courant alternatif
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44 de conception type qui amplifie la signal de l'intensité mesurée et l'envoie à un détecteur de tension de crête 45. Ce détecteur est choisi parmi plusieurs types de détecteurs disponibles dans le commerça pour engendrer un signal de courant continu sensible à la valeur de crête du signal de l'intensité mesurée reçu à partir de l'amplificateur 44.
Bien qu'un signal en courant continu sût pu être utilisé, en excluant l'élément d'emmagasinage spécial 9 muni de lignes opaques 41, la dérive totale de la commande est réduite en utilisant un signal en courent alternatif qui est amplifiée dans l'amplificateur en courant alternatif 44.
Le signal de l'intensité mesurée,amplifié en courant continu, est envoyé à l'amplificateur différentiel 39 ainsi qu'un signal de référence envoyé par le conducteur 46. Ce signal de référence est un signal en courant continu qui indique l'intensité voulue au détecteur 37 et peut être engendré d'une façon quelconque choisie parmi plusieurs bien connues pour réaliser un signal en courent continu ayant un niveau qui, de préférence, peut être ajusté au niveau de l'intensité voulue. L'amplificateur différentiel compare le signal en courant continu de tension da crôte et le signal de référence pour engendrer un signal différentiel qui est alors amplifié et transmis à le commanda de lentille 40.
Il est nécessaire maintenant de régler le courant du faisceau en réponse au signal différantisi engendré par l'amplificateur différentiel 33 à une valeur proche de celle indiquée par la signal de référance
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reçu par la ligne 46. Ainsi, la commande 40 du courant de lentille régla la puissance focale de la lentille électromagnétique 14 pour changer la dimension de l'image du faisceau à la plaque à ouverture 27a de l'ensemble qui se trouve immédiatement en aval de la lentille. En faisant varier la dimonsion de l'image de la plaque à ouverture, une plus ou moins grande quantité du faisceau peut traverser l'ouverture 28a faisant alors varier le courant total du faisceau.
La commande 40 comprend un dispositif d'emmagasinage analogique 48 qui reçoit le signal différen- tiel et l'emmagasine jusqu'à ce qu'un autre signal soit reçu à partir de l'amplificateur différentiel. Le dispositif d'emmagasinage peut être un dispositif quelconque choisi parmi plusieurs bien connus, par exemple un transistor à effet de champ (non représenté) dont la tension de polarisation est fournie par un condensateur à valeur élevée qui reçoit le signal différentiel.
A partir du dispositif d'emmagasinage analogique, le signal différentiel est envoyé à l'élément d'excitation 49 de la première lentille qui comprend une source de courant pour envoyer à la bobine 14a de la lentille 14 un courant électrique d'une valeur, fonction du signal reçu à partir du dispositif d'emmagasinage analogique. Ainsi, l'intensité du faisceau est mesurée et un signal est engendré en fonction de l'intensité mesurée.
Comme le montre le graphique de la figure
4, tandis que le courant de la première lentille varie, le signal du courant à l'élément de mémoire est réglé étant donné que la dimension de l'image à la plaque
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d'ouverture 27a change ou fur et à Maure que charge le grossissament de la lentille 14. Par exeple. on suppose que la valeur du signal du courant à l'élément de mémoire doit être à un niveau correspondant au point 50 sur la courbe. Cependant, la commande juste décrite détecte un signal de courant de l'élément de mémoire qui a un niveau correspondant au point 51 de la courbe.
Avec la courant de la première lentille, indiqué par le point 51, l'aspect du faisceau est représenté par la ligne 52 de la figure 3. En conséquence, il est nécessaire de réduire le courant à l'élément de mémoire, c'est-à- dire l'intensité du faisceau, de la valeur indiquée par le point 50 à celle indiqué par le point 51. Pour un plus faible courant de faisceau, le grossissement de la lentille 14 est réduit pour agrandir le diamètre du faisceau à l'ouverture 28a. Ainsi, la densité du courant du faisceau à l'ouverture est réduite et, en conséquence, un ombre d'électrons plus faible peut travarser l'ouverture 28a.
Pour réduire le grossissement de la lentille 14, la commande de lentille 40 reçoit un signal qui indique que le courant de la première lentille devrait correspondre à la valeur indiquée par le point 50 de la courbe, ce qui indique que le courant de la première lentille devrait être augmenté. Tandis que le courant de la première lentille est augmenté , la forme du faisceau passe de celle indiquée par la ligne en trait plein 52 à celle correspondant à la ligne en pointillés 54 (figure 3) ce traduit augmente une augmentation du deamètre du faiscou à l'ouvorturo 27a.
Avec cette augmentation du dicmètre, la densité
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du courant à l'ouverture 27a est diminua étant donné Que le niveau du courant du iaiacaatt reste sensiblement constant pour des périodes de temps sensiblement plus longues Que celles nécessaires à cette commande pour réagir. En conséquence, le nombre total d'électrons qui traverse l'ouverture 28a diminue et le courant de l'élément de mémoire prend la valeur correspondante au point 50 sur la courbe.
Il faut bien comprendre qu'avant que la commande ne règle le courant de la première lentille à une valeur permettant d'obtenir le courant voulu à l'élément de mémoire la commande peut avoir lieu durant plusieurs cycles de réglage du courant de la première lentille pour obtenir le courant approprié à l'élément de mémoire. Cependant, après très peu de cycles, le courant de la première lentille va être réglé à nouveau suivant une valeur correspondant à celle du point 50 de la courbe.
Heureusement, les changements normaux de l'intensité du faisceau que cette commande doit corriger sont relativement lents ce qui permet alors à la commande de maintenir continuellement le courant du faisceau à la valeur voulue, Bien entendu, tandis que le signal de référence change de valeur, ce qui indique un courant voulu à l'élément de mémoire différent, le point 50 va prendre une valeur différente sur la courbe, l'élément de commande réglant ensuite le courant de la première lentille pour correspondre au signal du courant voulu de l'élément de mémoire. Egalement, tandis que l'aspect du faisceau est représenté comme étant une ligne finie, cette ligne est supposée représenter la zone du faisceau qui a une densité électronique
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supérieure à une valeur donnée.
Comme autre caractéristique de la présente invention, le grossissement de la lentille adjacente en aval est réglé en fonction du réglage du grossissement de la première lentille pour changer l'intensité du faisceau, ce qui limite alors tout autre effet sur la fonctionnement du faisceau tandis que l'intensité est changée par la commande décrite jusqu'ici. Comme le montre la figure 3, lorsque le grossissement de la lentille 14 est changé pour faire passer la forme de la lentille de colla indiquée par la ligne en trait plein 52 à celle indiquée par la ligne en pointillés 54, ordinairement, la dimension de l'image en aval, à l'ouverture 27b, passe également de la dimension indiquée par la ligne on trait plein 57 à celle indiquée par la ligne en pointillés 50.
Cot autre mode de réalisation de la présente invention implique l'alimentation du signal d'excitation do la première lentille, par le conducteur 56, à l'élément d'excitation 55 de la seconde lentille pour changer directement la grossissement de la lentille 15 en fonction du changement du grossissement de la lentille 14. Comme la montrent les dessins, tandis que le grossissement de la lentille 14 augmente en passant de celui indiqué par la ligne en trait plein à celui indiqué par la ligne en pointillés, les électrons traversent l'ouverture 28e suivant un ongle plus grand, ce qui change alors l'angle auquel ces électrons s'approchent de l'ouverture 27b.
En augmentant le grossissement de la lentille 15, alors que la grossissement de la lentille
14 augmente, la distance image de la lentille 15 est maintenue rigoureusement constante pour atténuer tout
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effet superflu sur le spot durant le changement de l'intensité du faisceau. Le changement du grossissement de la lentille 15 est proportionnel au changement du grossissement de la lentille 14 et il est effectué en réduisant la valeur du courant électrique appliqué à la lentille 15 suivant une quantité porportionnelle à l'augmentation du courant de la lentille 14, ou vice versa, suivant la direction du changement du grossissement de¯la lentille 14.
Il reste bien entendu que la descritpion qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre et de la portée de la présente invention.
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"Electron beam column"
The present addition relates to improvements to the main patent and more particularly to a control system for adjusting the intensity of the beam spot in a particle beam device, as shown in the main patent, which can be used in the systems.
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dornea registration. In this system the magnification (I a variable magnifying glass is adjusted so that it is sensitive to the intensity of the beam on a target in order to control the dimension of the spot of the beam on a plate with aperture placed downstream, adjusting from this is the density of the particles of the beam passing through the opening.
In data logging, a particle beam scans a memory element to save a pattern, or image, for later reference.
The beam can be formed of particles, such as electrons, ions or photons which are accelerated and focused to the size of the small diameter spot so that they can be used for a write operation on the memory element. For example, electron beams are now used to inscribe on a silver halide film certain patterns indicating data in digital form which can be used in data processing systems.
To store the data, the beam is modulated in a predetermined manner or it is deflected to write patterns representing the data onto the memory element. Since the intensity of the beam is frequently modulated in response to the recorded data, it is important that the intensity of the beam prior to this modulation is strictly controlled so that the only change in the beam is that truly sensitive to the recorded data.
Hitherto, various means have been used to control the intensity of a beam in these devices.
For example, if the beam takes its origin at a cathode
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When heated, the cathode current can be adjusted to try to keep the beam at a constant intensity.
However, the response of this system is usually not sufficiently tuned and is frequently too low, especially due to thermal inertia of the cathode, to be suitable for use in data logging systems. Another previously used method consists of deflecting the beam on one side of its original axis in order to allow part of this beam to strike against an opaque element adjacent to the axis of the beam. This lateral deflection prevents the blocked part of the beam from striking against the recording element, thereby lowering the total intensity of the beam on the element.
This method ultimately results in a beam of irregular cross section which is frequently unusable for recording data on memory elements. Further, when the beam is offset from the axis in this way to reduce beam intensity, it becomes more difficult to control the alignment of the scanning pattern of the beam with the storage plane in memory.
In accordance with the present invention, the spot intensity of a particle beam is controlled by sensing the intensity of the beam at the memory element and adjusting the focal power of a variable magnification magnifier placed between the source of the memory. beam and an opaque element with apertures, so as to be sensitive to a difference between the measured intensity of the spot of the beam and the desired intensity of this spot. Current density
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transverse beam varies by changing the diameter of the beam spot at the element forming the aperture so that the outer fringes of the beam are more or less intercepted, thereby adjusting the intensity of the beam passing through the aperture and adjusting the total intensity of the beam reaching the memory element.
Another embodiment of the present invention combines the intensity control mentioned above with a second lens placed in the device with variable magnification responsive to the adjustment of the focal power of the lens to keep the total magnification constant. of the two lenses and, accordingly, of the column.
It is an object of the present invention to provide improved control for adjusting the beam spot intensity of a particle beam device.
Another object of the present invention is to adjust the spot current of a particle beam device quickly, rigorously, and with little effect on the general operation of the beam.
Another more detailed object of the present invention is to rigorously and continuously adjust the spot current of a particle beam device so as to reduce any harmful effect on the operation of the device as the current is adjusted. of the beam.
Other objects, characteristics and advantages will emerge from the description which follows, given by way of nonlimiting exerpls, with reference to the
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accompanying drawings in which.
FIG. 1 shows a perspective view of an electron beam column of the type according to the present invention.
Figure 2 is a side sectional view of an aperture assembly used in the electron beam column shown in Figure 1.
Figure 3 shows the column of Figure 1 in schematic form with a general operating diagram of one embodiment of the beam intensity control system.
Fig. 4 is a graph showing how the beam current at the memory element varies depending on the current setting of the first lens in accordance with the present invention.
Figures 1 and 3 show an electron beam column 8 showing one embodiment of the particle beam generating device of the present invention. In this case, the column is suitable to be used for data recording. The beam is directed to a memory element 8 to record an image. Usually, this memory element is detachable from the column.
The column comprises a tube-shaped frame 10 provided with a cathode 11 adjacent to an anode 12 and supported at one end of the column serving as an electronic source for emitting along the axis of the column 13, a beam of electrons whose intensity value is pre-selected.
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The electron beam is focused down to a small dimension of the spot by passing it through the magnetic chamos of the electromagnetic lenses 14, 15 and 16 spaces along the axis 13 in the frame 10. Each of these lenses comprises two pole pieces 17 and 18 which transmit the magnetic flux generated in the respective electric coils 14a, 15a and 16a to a point adjacent to the axis of the beam 13. In each lens a non-magnetic separator 19 keeps the ends of the pole pieces separated along the line. 'axis.
The lenses 14 and 15 also comprise the ends of the pole pieces 20 and 21 separated by a non-magnetic element 22 and held by a non-magnetic cylinder 23, ends which receive the magnetic flux from their respective lens and cooperate to form the magnetic air gap of the lens next to the beam axis 13.
By suitable energization of the lens coils 14a, 15a and 16a, a magnetic field is formed which returns the beam towards axis 13 to focus the beam into a weak spot. Then, the beam passes through openings 24a, 24b and 24c (Figures 1 and 2) placed at the bottom of each lens respectively.
As shown in Figure 2, each set of openings comprises a housing 25 held in the non-magnetic cylinder 23. Inside the housing is placed a support 26 for mounting a plate, opaque to the beam 27a. 27b and 27o in which are formed small openings 280, 28b and 28c respectively in a position coinciding with the axis of the beam. By doing first
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pass the beam through the magnetic field of each lens and then through the associated aperture, the beam is formed into a very small spot dimension? suitable for writing data to memory element 9 at a very high intensity. The beam is focused in the plane of memory element 9 by energizing a focusing coil 30 adjacent to lens 16.
By suitably adjusting the value of the electric current applied to this focusing coil (in a manner not specifically shown here but which is well known in the art), the focal power of the lens 17 is varied to adjust the size of the lens. image in the plane of the memory element. In addition, there is provided an annular shaped deflection coil 31 which when energized serves to deflect the beam which scans the memory element for data transfer.
To modulate the beam sensitive to the recorded data, two electrostatic deflection plates 32 and 34 are placed respectively on each side of the axis 13. By exciting these plates, the beam is deflected sufficiently so that it is no longer aligned with. the opening 28 of the assembly 24c placed downstream, which then interrupts the beam.
A method of recording data on the memory element 3 is to superimpose the sinusoidal signal on the normal signal applied to the deflection coil 31 so that the beam is rapidly deflected back and forth in a direction perpendicular to the direction. from scanning as and from scanning the Branlera beam to "psindrs" an exposed area on
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the memory element. For example, a "one" commonly used in digital data recording may be represented by an exposed or 'painted * area followed by an unexposed area, while a "zero" may be represented by an unexposed area followed. by an exposed area.
Then the reader can detect the 'ones * and the "zeros" by detecting the exposed and unexposed areas and their successive appearances.
However, to make this coding method valid, it can be seen that the intensity of the spot of the beam must be strictly controlled. Otherwise, as the beam intensity varies, a painted area could remain unexposed if the beam spot intensity was significantly reduced. Conversely, if the intensity of the spot was sufficiently increased, the size of the exposed area could be enlarged enough to expose an adjacent area which is desired not to be exposed, thereby rendering the recording process erroneous.
Different external factors can cause the change in intensity of the spot, for example, change of current in the filaments, reduction of the size of the filaments during their lifetime etc.
The general object of the present invention is to strictly control the intensity of the spot of a particle beam column such as that described above so that the recording function is not affected by unwanted fluctuations of the beam. beam intensity.
In accordance with the present invention, the intensity of the beam is controlled by generating a first signal responsive to the intensity of the measured spot.
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on the memory element and, comparing the signal of the measured beam intensity, with the second signal indicating the desired beam intensity, a differential signal. is generated to adjust the magnification of one of the electromagnetic lenses then to vary the dismeter of the beam on the associated opening in order to control the intensity of the electrons of that part of the beam which crosses the opening and to adjust the total intensity of the beam which strikes the same element.
While the present invention is described as being usable with an electron beam device, it is understood that the intensity of other types of beam devices, for example, laser beam generators, could be similarly controlled. finally giving the same advantages. Of course, it would be necessary for the lenses of these other beam devices to be suitable to adjust the magnification of the beam whose intensity is controlled.
A preferred embodiment of the present invention is shown in figure 3 where the intensity of the beam 14 is detected by a detector 37 placed next to the memory element 9, a signal corresponding to this measured intensity being applied to a detector. level 38. The signal from the level detector is applied to a differential amplifier 39 together with a reference signal to generate a differential signal indicating the difference between the measured beam intensity and the desired beam intensity.
Then the differential signal is applied to a control means
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of the current of the lenses 4c to vary the magnification of the lens 14 to change the size of the image of the beam on the aperture plate 27 adjacent to the aperture 24a. In this way, the intensity of the current of the part of the beam which passes through the opening 28a varies to change the total intensity of the beam which passes through the opening and which then strikes against the memory element 9.
In Fig. 3, the drive is shown in schematic form in which an AC signal is generated in accordance with the measured intensity of the spot. To this end, use is made of a memory element 9 having a series of alternately transparent and opaque plates which form a series of opaque lines 41 which are perpendicular to the scanning direction of the beam. As the beam sweeps these lines, it alternately strikes or not the detector 37. This detector is a conventional detector for generating a signal which is a function of the current of the beam which strikes it. An example of such a detector is a P / N junction of typical design having an electrical impedance proportional to the force of the beam hitting it.
Thus, an alternating current signal is superimposed on a current of constant value which passes through the detector as the beam intermittently strikes this detector, a signal which has a peak value which is a function of the measured intensity of the beam, An AC signal is sent through conductor 42 to level detector 38.The level detector includes an AC amplifier
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44 of typical design which amplifies the measured current signal and sends it to a peak voltage detector 45. This detector is chosen from several types of detectors available commercially to generate a value sensitive direct current signal. peak of the measured intensity signal received from amplifier 44.
Although a DC signal could have been used, by excluding the special storage element 9 with opaque lines 41, the total control drift is reduced by using an AC signal which is amplified in the drive. AC amplifier 44.
The signal of the measured intensity, amplified in direct current, is sent to the differential amplifier 39 as well as a reference signal sent by the conductor 46. This reference signal is a direct current signal which indicates the desired intensity. at detector 37 and can be generated in any of several well known ways to provide a continuous current signal having a level which preferably can be adjusted to the level of the desired intensity. The differential amplifier compares the peak voltage direct current signal and the reference signal to generate a differential signal which is then amplified and transmitted to the lens controller 40.
It is now necessary to adjust the beam current in response to the differentantisi signal generated by the differential amplifier 33 to a value close to that indicated by the reference signal.
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received by line 46. Thus, lens current control 40 will adjust the focal power of electromagnetic lens 14 to change the image size of the beam at aperture plate 27a of the assembly immediately downstream. of the lens. By varying the size of the image of the aperture plate, a greater or lesser quantity of the beam can pass through the opening 28a, then varying the total current of the beam.
The controller 40 includes an analog storage device 48 which receives the differential signal and stores it until another signal is received from the differential amplifier. The storage device can be any device chosen from among several well known ones, for example a field effect transistor (not shown) whose bias voltage is supplied by a high value capacitor which receives the differential signal.
From the analog storage device, the differential signal is sent to the excitation element 49 of the first lens which comprises a current source for sending to the coil 14a of the lens 14 an electric current of a value, depending on the signal received from the analog storage device. Thus, the intensity of the beam is measured and a signal is generated according to the measured intensity.
As shown in the graph of figure
4, as the current of the first lens varies, the current signal to the memory element is adjusted since the size of the image at the plate
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aperture 27a changes or as and when the magnification of the lens 14 is loaded. For example. it is assumed that the value of the current signal at the memory element must be at a level corresponding to point 50 on the curve. However, the just described control detects a memory element current signal which has a level corresponding to point 51 of the curve.
With the current of the first lens, indicated by point 51, the appearance of the beam is shown by line 52 in Fig. 3. Accordingly, it is necessary to reduce the current to the memory element, that is ie the intensity of the beam, from the value indicated by point 50 to that indicated by point 51. For a lower beam current, the magnification of lens 14 is reduced to enlarge the diameter of the beam to 1. opening 28a. Thus, the density of the beam current at the aperture is reduced and, as a result, a weaker electron shadow can pass through the aperture 28a.
To reduce the magnification of lens 14, lens driver 40 receives a signal indicating that the current of the first lens should match the value indicated by point 50 of the curve, indicating that the current of the first lens should be increased. As the current of the first lens is increased, the shape of the beam changes from that indicated by the solid line 52 to that corresponding to the dotted line 54 (figure 3) which results in an increase in the deameter of the beam at the same time. 'Ouvorturo 27a.
With this increase in the dicmeter, the density
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The current at the opening 27a is decreased since the level of the current of the iaiacaatt remains substantially constant for periods of time substantially longer than those required for this command to react. As a result, the total number of electrons passing through opening 28a decreases and the memory element current assumes the corresponding value at point 50 on the curve.
It should be understood that before the control adjusts the current of the first lens to a value allowing the desired current to be obtained at the memory element, the control may take place during several cycles of adjusting the current of the first lens. to obtain the correct current for the memory element. However, after very few cycles, the current of the first lens will be set again to a value corresponding to that of point 50 of the curve.
Fortunately, the normal changes in beam intensity that this control needs to correct are relatively slow which then allows the control to continually maintain the beam current at the desired value, of course, while the reference signal changes value. , which indicates a wanted current to the different memory element, point 50 will take on a different value on the curve, the control element then adjusting the current of the first lens to match the wanted current signal of the memory item. Also, while the aspect of the beam is shown as a finite line, this line is assumed to represent the area of the beam which has electron density.
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greater than a given value.
As a further feature of the present invention, the magnification of the downstream adjacent lens is adjusted according to the magnification setting of the first lens to change the intensity of the beam, thereby limiting any other effect on the operation of the beam while the intensity is changed by the command described so far. As shown in Fig. 3, when the magnification of the lens 14 is changed to change the shape of the colla lens indicated by the solid line 52 to that indicated by the dotted line 54, ordinarily, the dimension of l The downstream image, at opening 27b, also changes from the dimension indicated by the solid line 57 to that indicated by the dotted line 50.
Another embodiment of the present invention involves feeding the excitation signal from the first lens, through conductor 56, to the excitation element 55 of the second lens to directly change the magnification of lens 15 to. depending on the change in magnification of lens 14. As shown in the drawings, as the magnification of lens 14 increases from that indicated by the solid line to that indicated by the dotted line, the electrons pass through the opening 28th following a larger nail, which then changes the angle at which these electrons approach opening 27b.
By increasing the magnification of the lens 15, while the magnification of the lens
14 increases, the image distance of the lens 15 is kept strictly constant to attenuate any
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unnecessary effect on the spot when changing beam intensity. The change in the magnification of the lens 15 is proportional to the change in the magnification of the lens 14 and is effected by reducing the value of the electric current applied to the lens 15 by an amount proportional to the increase in current of the lens 14, or vice versa, depending on the direction of change in lens magnification 14.
It remains of course that the foregoing description has been given only by way of non-limiting example and that numerous variants can be envisaged without thereby departing from the scope and the scope of the present invention.