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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.