DE2225864A1 - HEATING CURRENT CONTROL ARRANGEMENT IN ELECTRON BEAM DEVICE - Google Patents
HEATING CURRENT CONTROL ARRANGEMENT IN ELECTRON BEAM DEVICEInfo
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, H. .■· i--f Schole PHNn 5666., H.. ■ · i - f Schole PHN n 5666 .
·- N-Y-Philips-Gioeüampenfabriekea BOSS / WJM,- N-Y-Philips-Gioeüampenfabriekea BOSS / WJM,
AkteNa.; PKtT- 5666
26. Mai 1972FilesNa .; PKtT- 5666
May 26, 1972
"Heizstromregelanordnung in Elektronenstrahlgerät"."Heating current control arrangement in electron beam device".
Die Erfindung betrifft ein Elektronenstrahlgerät mit einer Kathode für die thermische Emission eines Elektronenstrahls 5 einer Wehneltelektrode und einer Heizstromregelanordnung. The invention relates to an electron beam device with a cathode for the thermal emission of a Electron beam 5 of a Wehnelt electrode and a heating current control arrangement.
In Anordnungen mit einer thermischen Kathode zur Erzeugung eines Elektronenstrahls für elektronenoptische Anwendungen ist es wichtig, dass die Kathode im Betrieb stets eine zum Emittieren eines derartigen Elektronenstrahls optimale Temperatur aufweist. Eine Betriebstemperatur, die niedriger als die optinuile Temperatur ist, hat eine verhältiiismässig geringe Emissionsleistung dar Kathode zur Folge. Hierdurch hat ein durch dieIn arrangements with a thermal cathode for generating an electron beam for electron-optical In applications it is important that the cathode is always in operation to emit such an electron beam has optimal temperature. An operating temperature lower than the optinuile temperature has a relatively low emission power result in the cathode. As a result, a through the
Kathode zu emittierender Elektronenstrahl zumindest an der Kathodenoberfläche eine verhältnismässig geringeCathode to be emitted electron beam at least the cathode surface is relatively small
309807/0781309807/0781
PHN. 5666. PHN. 5666.
Stromdichte. Die.··, übt e i neu nachteiligen Einfluss auf die optischen Eigenschaf ton des Geräts aus. Eine zn hoho Betriebstemperatur der Kathode führt insbesondere bei direkt heizbaren Heizfudenkathoden zu einer verkürzten Lebensdauer der Kathode.Current density. The. ··, has a new negative influence on the optical properties of the device. A very high operating temperature of the cathode leads to a shortened service life of the cathode, especially in the case of directly heatable Heizfudenkathoden.
Ein bekanntes Vorfaliren zinn Einstellen derA well-known pre-fall tin setting the
Kathodentemperatür beruht auf der· visuellen Beurteilung einer auf einem Leuchtschirm zu bildenden Abbildung der emittierenden Kathode. Hierbei wird die Temperatur so eingestellt, dass auf dem Leuchtschirm ein annehmbar gLoiehinäss ig beleuchtetes Bild entsteht. Dieses Eiiistell — verfahren hat den Nachteil·, dass das EinstelLkriterium durch subjektive Wahrnehmungen festgestellt wird und dass für eine etwaige Nachstemorimg stets eine Kathodenabbi1-dung gebiLdet werden muss. Es hat sich erwiesen, dass die Anwendung dieses Kriteriums meistens zu einer zu hohen Kathodentempera tür führt.Cathode temperature is based on visual assessment an image of the emitting cathode to be formed on a fluorescent screen. Here the temperature becomes like this set that on the luminescent screen an acceptable A consistently illuminated image is created. This egg stand - procedure has the disadvantage that the setting criterion is determined by subjective perceptions and that a cathode deposition is always present for any subsequent memory Must be educated. It has been shown that the application of this criterion is usually too high Cathode tempera door leads.
Eine selbsttätige He izs troineins te L 1 ung für ein E Lok troneiis trah 1 gerä t mit einer thermischen Kathode ist aus der niederländischen Patentanmeldung 68OOr)6() bekannt. Darin wird eine in Abhängigkeit von oinor aufgeprägten HtJ izs tromändorung auftretende Änderung in dem von (!or Kathode ausgehenden Strom mit einem voi'c Inges t <.· I L-teti Bezugsu'ert verglichen. Der Ilozugswert ist λ on einer a Is S tandardomitis Loriskur ve angenommenen Emission μ kurve abgeleitet. Unterschiede in dan Emiss ioiiskurveii Wir verschiedene Kathoden und von der Kathode ausgehenden toinpn ~An automatic heating system for an E Lok troneiis trah 1 device with a thermal cathode is known from Dutch patent application 6800 r ) 6 ( ) . A change in the current emanating from the cathode is compared with a voi'c Inges t < tandardomitis Loriskur ve assumed emission μ curve derived.Differences in dan Emiss ioiiskurveii We different cathodes and toinpn ~ emanating from the cathode
:j ο μ β ο 7 / η 7 81: j ο μ β ο 7 / η 7 81
badbath
PHN. 5666.PHN. 5666.
raturabhängigen Leckströmen können dabei Abweichungen von der optimalen Temporatureinstellung verursachen.Temperature-dependent leakage currents can cause deviations of the optimal tempo setting.
Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zuThe invention aims to address these disadvantages
beseitigen und eine zuverlässige,- gewünsclitenfalls selbsttätige Heizf adentemperaturregeluiig zu schaffen. Ein solches Elektron ens trahlgerä t ist dazu entsprechend der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sich im Elektronenstrahlgerät ein einen Teil der Heizstroinregelanordnung bildender Abfangschirm befindet, um einen Teil des Elektronenstrahls örtlich aufzufangen.eliminate and a reliable, - if desired automatic To create the heating filament temperature regularly. A such electron emitting device is corresponding to the Invention characterized in that in the electron beam device an intercepting screen forming part of the heating control arrangement is located around part of the electron beam to be collected locally.
In einem erfindungsgemässen Elektronenstrahl— gerät ist das subjektive Kriterium durch einen im Elektronenstrahlgerät zu erzeugenden objektiven Messwert ersetzt, bei dom man keinen Bezugswert zu benutzen braucht. In einer· bevorzugten Ausführungsform entsprechend der Erfindung wird dem ¥elnieltwiderstand oder der Wehneltspannung eine periodische Änderung zugeordnet, und ein daraus hervorgehendes Signal des Abfangschirms wird zum Einstellen der optimalen Kathoden! empex'atur ' verwendet.In an electron beam according to the invention device is the subjective criterion by one in the electron beam device replaces the objective measured value to be generated, with dom you do not need to use a reference value. In a preferred embodiment according to Invention becomes the ¥ elnielt resistance or the Wehnelt tension associated with a periodic change, and a resulting signal from the interceptor screen becomes the Setting the optimal cathodes! empex'atur 'is used.
Die ErfiiKhmg wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführuiigsbeispiele näher erläutert. Es zeigen ·The ErfiiKhmg is based on some of the Drawings of illustrated examples in more detail explained. Show it ·
Eig. 1 eint? sein' schemnt 5 .srhc; DarstellungProp. 1 unites? his' schemnt 5 .srhc; depiction
eines "mit einer erfindungsgomässon Uvi zstromregelanord— nüng verKoheneii El ekt roiir;mnikroskopK,one "with an inventive Uvi zstromregelanord- nüng koheneii El ekt roiir; microscopeK,
I'ig. 2 eine Kai hodon-rVohnol t schal tung zur g" ei mn* Ih:i /.si i'onuO,'u>] anordnung mit einem sichI'ig. 2 a Kai hodon-rVohnol t circuit to the g "ei mn * Ih: i /.si i'onuO, 'u>] arrangement with a self
3 0 H 8 0 7 / 0 7 8 1 BAD ORIGINAL3 0 H 8 0 7/0 7 8 1 BAD ORIGINAL
PHN. 5(>66. - k - PHN. 5 (> 66. - k -
ändernden Wehiieltwiderstand, undchanging heat resistance, and
Fig. 3 eine Kathoden-Wehneltschaltung zur Anwendung einer Heizstromrogelanordnung mit einer sich ändernden Wehneltspannung.Fig. 3 shows a cathode Wehnelt circuit for Application of a Heizstromrogel arrangement with a changing Wehnelt tension.
In einem in Figur 1 dargestellten Elektronenmikroskop 1 befinden sich entgegen der Fortbewegungsrichtung eines darin zu erzeugenden Elektronenstrahls 2 ein Leuchtschirm 3 zum Auffangen des Elektronenstrahls, eine Projektionslinse k, eine Zw:Lschenlinse 5> eine Diffraktionslinse 6, eine Objektivlinse 7» eine zweite Kondensorlinse 8, eine erste Kondensorlinse 9» eine Beschleunigungsanode 10, eine Wehneltelektrode 11 und eine Kathode 12. Die Kathode wird hier durch den Heizfaden 13 gebildet, der aus zwei, sich in einem Punkt vereinigenden Fäden entstanden ist. Der Heizfaden 13 ist über die Heizfadenzuführungsleitungen lh mit einer Stromregelanordnung verbunden, die über eine Kopplung 16 mit einem Abfangschirm 17 verbunden ist. Im Betrieb fängt der Abfangschirm 17 etwa mindestens 5/° vom Elektronenstrahl 2 ab. Der Abfangschirm bestellt vorzugsweise aus einer Platte mit einer runden öffnung mit einem Durchmesser von etwa 300 Mikron. Der Abfangschirm kann auch an einer anderen Stelle im Elektronenmikroskop vorgesehen sein, wobei der Durchmesser der öffnung der Stellung angepasst werden kann. Der Abfangschirm besteht vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material und er muss dann zum Ableiten eines elektrischen Signals im bezug auf das Elek-In one illustrated in Figure 1 electron microscope 1 are located opposite to the advancing direction of a is to be produced, the electron beam 2, a phosphor screen 3 for collecting the electron beam, k is a projection lens, a Zw: Lschenlinse 5> is a diffractive lens 6, an objective lens 7 »a second condenser lens 8, a first condenser lens 9 »an acceleration anode 10, a Wehnelt electrode 11 and a cathode 12. The cathode is formed here by the heating filament 13, which is made up of two filaments which are united at one point. The filament 13 is connected via the filament feed lines lh to a flow control arrangement which is connected to an intercepting screen 17 via a coupling 16. During operation, the interception screen 17 intercepts at least 5 / ° from the electron beam 2. The interception screen is preferably made of a plate with a round opening with a diameter of approximately 300 microns. The protective screen can also be provided at another point in the electron microscope, with the diameter of the opening being able to be adapted to the position. The protective screen is preferably made of an electrically conductive material and it must then be used to derive an electrical signal in relation to the elec-
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PUN, $666. PUN, $ 666.
tronenniikroskop elektrisch isoliert angeordnet so-in. Diο Kopplung; \6 bestellt dann aus einem ■ elektrischen Leiter. Ln einer anderen Aus führungs form enthält der Abi^uigschirin einen durch einen Elektronenstrahl zu aktivierenden Leuchtstoff. Über eine dabei zu benutzende optische Kopplung 16 wird ein von der Strahlstromstärke abhängiges Signal einhalten, das beispiels\vTeise dui-ch ein lichtempfindliches Element von der Heizstromregelanordnung 15 aufgefangen werden kann. Die Anordnung kann dann, wenn nicht der gesamte emittierte Elektronenstrahl den Bildschirm '_} erreicht, auch so ausgeführt werden, dass der Bildschirm 3, rider, wenn der gesamte emittierte Elektronenstrahl auf den. Bildschirm auftrifft, ein Teil des Bi Ldscliirms al κ Abf mgschirm wirksam ist. Von dem Bildschirm wird dann ein von der Strahlstroiudichte abhängiges elektrisches oder optisches Signal gewonnen. Das detektierte Signal wird der S tronirege !anordnung 15 zugeführt, so dass diese in Abhängigkeit vom empfangenen Signal den Heizstrom steuert.electron microscope electrically isolated arranged so-in. Diο coupling; \ 6 then orders from an ■ electrical conductor. In another embodiment, the Abi ^ uigschirin contains a phosphor to be activated by an electron beam. A case-to-use optical coupling 16 is a dependent on the beam current intensity signal will comply with the example \ v T else dui-ch a photosensitive member can be absorbed by the Heizstromregelanordnung 15th If the entire emitted electron beam does not reach the screen '_} , the arrangement can also be designed in such a way that the screen 3 rider when the entire emitted electron beam hits the screen. Screen hits, part of the screen is effective. An electrical or optical signal dependent on the beam flow density is then obtained from the screen. The detected signal is fed to the control system 15 so that it controls the heating current as a function of the received signal.
In einer bevorzugten Ausfünrungsforin einer in Figur 2 dargestellten Ho izs tronirege !anordnung wird durch änderung des WehnoLtwiderstands ein Einstellsignal auf dein Abfang.schirm erhalten. Hierzu onthüLt die dargestellte Kfithoden-Wohne 11 ^ehal tung eine Reihe von -Wiclorständen 20 und einen Wäh 1 .scha 1 tor 2 1 zum Einstellen eines Be tr iobswor ts für den Wohne 1. twiders land . Mit einem Schalter 22 wird nun durch· die etwaige Aufnahme von Widerständen einer Reihe von Widerständen 2'} in der Schaltung imIn a preferred embodiment of a ho iztronic arrangement shown in FIG. 2, a setting signal is received on the interception screen by changing the thermal resistance. For this purpose, the illustrated onthüLt Kfithoden-Wohne 11 ^ EHAL processing a series of -Wiclorständen 20 and a currency 1 .scha 1 tor 2 1 for setting a Be tr iobswor ts country for Wohne 1. twiders. With a switch 22, the possible inclusion of resistors of a series of resistors 2 '} in the circuit im
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-G--G-
Uehiio L twiders tand ciiip Änderung von beispioLswoLst! K) hifi ,'?0';u des Be LriebsuorLs vorgenommen. Figur 2 ζ« igt ferner don mit zwei gleichen Ka thodenwiders tändon 2h und 2r) vor;;ohonen Heizfaden 1'31 dor ans zwei, s-ich in oiiiotn Punkt vorn in igonden Fäden on Ls Landen is L, die; Wehneltelektrode 1T und cinuii auf Ka thodenpo ton LiaL zn schaltenden Scha L tpunkt 2(>. Uehiio L twiders tand ciiip change from beispioLswoLst! K) hifi, '? 0'; u des Be LriebsuorLs made. Figure 2 ζ "IGT also don with two equal Ka Thode resis tändon 2h and r 2) before ;; ohonen filament 1'31 dor to the two s-I in oiiiotn point forward in igonden threads on Ls Landen is L, the; Wehnelt electrode 1T and cinuii on cathode point LiaL to switching switch point 2 (>.
Heim Erzeugen oinos Signals auf dom Abi'ong-Home Generate oinos signals on dom Abi'ong-
schirm, indem doi' Wohne 1 tu' Lders tand zwischen dem Ilotrieb.s — wort und oinoin etwas niedriger 1 iogf?iideii Wort poriodisch geändert wird, nimmt die fitäi^kej dos Signals ab, wenn die Ka thodeiitempoiM tur κιι niedrig eingestoLLt ist, und niiiiiiit sie zn, wenn dir· Ka thodeii tompora tür· ^n lioch eingestellt ist. Γη beiden Situationen kann der Heizstrom κο iiachgerege1L werden, dass das Signal wieder die Ausgaugsstärko, mithin die zum Betriebswert des Wohne I twid'ors t aiid.-i gehörigti Stärkt; aiifwu'st. Hiernach kann dieser Vorgang wiederholt werden, bis eine Veline t tw Lders tandsändernr.g das Signal nicht mehr beeinflusst. Dann ist die optimale Ka thodeiitempera tür erreicht. Das Xachs fcel lon dos Heizstroms kann einfach automatisch erreicht werden, wenn an der Heiüstromrego!anordnung eine Schaltung zur Erzeugung eines Unterschiedsignals zwischen dem Signal bei Betriebswert des Wehiip 1. twidors tands und dem Signal bei herabgesetztem Wolmeltwidorsfcand angebracht wird. Mit diesem Signal wird dann etwa mit HiITe eines Servomechanismus dor Heizstrom gosteuert.umbrella, by doing i'live 1 tu'lders tand between the Ilotdrive.s - word and oinoin slightly lower 1 iogf? iideii word poriodisch is changed, the fitäi ^ kej dos signal decreases when the speed of communication is low, and niiiiiiit zn if you · Ka thodeii tompora door · ^ n lioch set is. In both situations, the heating current κο It must be subsequently regulated that the signal returns to the output level, consequently the operating value of the living I twid'ors t aiid.-i belongs i Strengths; aiifwu'st. After that this process can be repeated until a Veline t tw Lders tandsänderr.g no longer affects the signal. Then the optimal one Ka thodeiitempera door reached. The Xachs fcel lon dos Heizstroms can simply be reached automatically when on the hot current regulator! arrangement has a circuit for generating it a difference signal between the signal at the operating value of the Wehiip 1. twidors tands and the signal with the Wolmeltwidorsfcand reduced. With this signal is then about with a servomechanism Gost-controlled heating current.
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PHN. $666. PHN. $ 666.
Eine Kathodenwelmelt-Schaltung für cine praktischere Heizstromregelung entsprechend der Erfindung ist in Figur 3 dargestellt. Darin sind die Wehneltelektrode 11, die Kathode 13 mit den Kathodenwiderständen Zh und 25 und eine Wehnoltschaltung 27 und eine Spannungsquelle 28 angegeben. Durch die Wehneltschal tiing 27 wird die Wehneltspannung erzeugt, deren Grosse von der Geometrie des Elektronenstrahlgeräts abhängt. Der erzeugten Wehneltspannung wird nun durch die Spannungsquelle 28 eine periodische, vorzugsweise sinusförmige Spannungsänderung überlagert. So jcann beispielsweise einer nominalen Kathodenwehneltspannung von 200 V eine Wechselspannung mit einem von Spitze zu Spitzen-Wert von 10 Y überlagert werden.A Kathodenwelmelt circuit for a more practical heating current control according to the invention is shown in FIG. The Wehnelt electrode 11, the cathode 13 with the cathode resistors Zh and 25 and a Wehnolt circuit 27 and a voltage source 28 are specified therein. The Wehnelt voltage, the magnitude of which depends on the geometry of the electron beam device, is generated by the Wehnelt circuit 27. The voltage source 28 superimposes a periodic, preferably sinusoidal, voltage change on the generated Wehnelt voltage. For example, an alternating voltage with a peak-to-peak value of 10 Y can be superimposed on a nominal alternating cathode voltage of 200 V.
Da die Stromdichte des Elektronenstrahls als Funktion der Wehneltspannung gerade bei der optimalen Kathodentemperatur ein Maxinmm aufweist, hat eine der Wehneltspannung überlagerte Wechselspannung ein Signal zur Folge mit einer hur bei der optimalen Temperatureinstellung in bezug auf die Frequenz der aufgeprägten Wechselspannung doppelten Frequenz. Dies wird in einer bevorzugten Ausfülirungsform ausgenutzt, indem diese Frequenzverdoppelung unter Einfügung eines frequenzempfindlichen Detektors als Anzeige für die optimale Temperatur verwendet "wird. Als Detektor kann dabei ein Oszillograph benutzt werden,- wodurch die Frequenzverdoppelung visuell wahrnehmbar ist. In bestimmten Fällen, -wie beispielsweise bei einem Elektronenstrahlbearbeitungsgerät, bei dem einSince the current density of the electron beam as a function of the Wehnelt voltage is precisely at the optimum Has a maximum cathode temperature, an alternating voltage superimposed on the Wehnelt voltage has a signal As a result, with one hour at the optimal temperature setting with regard to the frequency of the applied alternating voltage double frequency. In a preferred embodiment, this is used by doubling the frequency with the insertion of a frequency-sensitive detector used as an indicator for the optimum temperature An oscilloscope can be used as a detector - which makes the frequency doubling visually is perceptible. In certain cases, such as in an electron beam processing device in which a
309 807/07 8 1309 807/07 8 1
BADORlGlNAt ,BADORlGlNAt,
PHN. 5666,PHN. 5666,
grosser Teil des durch die Kathodn zu emittierenden Elektronenstrahls effektiv benutzt wird, kann zum Regeln des Heizstroms ein phaserieinpfindlichos El'ement mit Erfolg verwendet werden. In diesen Fällen wird nämlich durch das Messen am Rand des Elektronenstrahls ein zu ungenauer Eindruck von den Helligkeitsä'nderuugeu im Mittelpunkt des Eleki ronenstrahls erhalten.large part of the electron beam to be emitted by the cathode is effectively used, a phase-sensitive element can successfully regulate the heating current be used. In these cases, the measurement at the edge of the electron beam becomes too imprecise Impression of the brightness changes in the center of the Electron beam received.
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Λ309807/0701 Λ 309807/0701
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| OHW | Rejection |