JP3802538B2

JP3802538B2 - 焦点検出放出器および電子データ記憶装置および電子ビームの焦点調整方法および電子ビームの焦点決定方法

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Description

本発明は概して電子データ記憶装置に関し、特に電子ビームの集束状態が決定可能な電子放出器を備えた記憶装置に関する。

光記憶装置、磁気記憶装置、電子データ記憶装置などを含む様々なタイプのデータ記憶装置が知られている。詳細には、電子データ記憶装置は電子放出器あるいは放出源と、電子ビームを生成し、それを集束するように構成される電子光学装置とを含む。電子ビームを用いて、記憶装置の記憶媒体に対してデータの読出しおよび書込みの両方を行うことができる。したがって、電子データ記憶装置は、光あるいは磁気記憶装置を用いて記録されるスポットと比較して、相対的に小さな記録スポットを画定するための能力を提供する。記録されるスポットを小さくすることにより、電子データ記憶装置上に記録される情報の密度を高めることが容易になる。

記録されるスポットのサイズは、放出される電子の広がり角と、放出領域のサイズとに応じて変化することができる。放出領域のサイズおよび／または広がり角を小さくすると、達成可能なスポットサイズが小さくなり、焦点スポットにおいて達成可能な電力密度が高くなる。それゆえ、広がり角または放出領域のサイズ、あるいはその両方を小さくすることにより、記録されるスポットのサイズを小さくすることができ、記憶媒体上に記録されるスポットの密度を高めることができる。そのような電子ビームは、コリメートされる（非常に小さな広がり角を有する）比較的大きな放出器か、発散するビームを有する非常に小さな放出器のいずれかによって与えられることができる。

記憶媒体上に小さな記録スポットを生成し、読み出すためには、電子ビームの焦点が正確に保持されなければならない。わずかに焦点が外れるだけでも、記憶媒体上に記録されるスポットの形成および読出しに悪影響を及ぼす場合がある。たとえば、焦点が外れたビームは信号対雑音比を小さくすることがあり、それにより記憶媒体に対して正確にデータの読出しおよび書込みを行うのを難しくする。さらに、焦点が外れることにより、記録されるスポットのサイズが拡大し、読出しおよび／または書込み過程において、より強力な電子放出源を使用するのを余儀なくされる可能性がある。

本発明の目的は、電子ビームの集束状態を検出して焦点はずれを防止することにより上記の問題を解決することにある。

データ記憶装置のための焦点検出放出器であって、第１の電子ビーム部分を選択的に生成するように構成された第１の放出区域と、第２の電子ビーム部分を選択的に生成するように構成された第２の放出区域とを含む焦点検出放出器が提供される。第１のスポットおよび第２のスポットのうちの少なくとも一方の位置は、第１、第２の電子ビーム部分の少なくとも一方の集束状態を指示するように、第１の電子ビーム部分は記憶媒体上に第１のスポットを生成し、第２の電子ビーム部分は記憶媒体上に第２のスポットを生成する。

最初に図１を参照すると、本発明の一実施形態による電子データ記憶装置が全体として１００で示される。記憶装置１００は電子ビーム１０４を生成するように構成される複数の電子放出器１０２を備える。電子ビームは、記憶媒体１０６のような受け側表面に衝当するようになされることができる。以下に記載されるように、各電子ビームは集束され、記憶媒体１０６上のデータ記憶場所あるいは領域１０８に位置合わせされることができる。

同じようなデータ記憶装置が、たとえば、Ｇｉｂｓｏｎ他に付与された米国特許第５，５５７，５９６号明細書に記載され、開示される。その特許は、本発明の装置および方法が記載される図１の典型的な記憶装置の説明に含まれる。しかしながら、本明細書に記載される装置および方法は、電子ビームを用いて記憶媒体に対してデータの読出しおよび／または書込みを行う種々の他のタイプおよび／または構成の電子データ記憶装置において用いることができることに留意されたい。

手短に述べると、図示される実施形態では、筐体１１２は通常、記憶媒体１０６を少なくとも部分真空に保持するように構成される。具体的には、筐体１１２は、内部空間１１６を画定する複数の壁１１４を備えることができる。壁１１４は、内部空間１１６内で少なくとも部分真空が保持されるように互いに結合される。筐体１１２のための異なる構成も考えられることは理解されたい。

上記のように、内部空間１１６内にある各電子放出器１０２は、記憶媒体１０６上に設けられる１つあるいは複数のデータ記憶領域１０８に対応することができる。各電子放出器が多数の記憶領域に対応する場合、記憶装置１００は通常、放出器１０２と記憶媒体１０６との間で相対的に動くように走査するか、あるいは他の方法で相対的な動きを達成するようにされる。典型的な記憶装置１００は、電子放出器に対して記憶媒体１０６を走査あるいは動かすことができる超小型可動子１１０を備えることができる。たとえば、超小型可動子１１０は、電子放出器１０２が種々の記憶領域と位置合わせできるように、記憶媒体１０６を種々の位置に動かすように適合されることができる。別法では、超小型可動子は、電子ビームが記憶媒体上を走査するように、記憶領域に対して電子放出器を動かすようにされる。任意の適当な超小型可動子を用いて、電子放出器１０２と記憶媒体１０６との間の相対的な動きを達成することができる。別法では、その相対的な動きは、電子放出器および記憶媒体の両方を動かすことによっても達成できることは理解されたい。

電子放出器１０２は、ここでは電子ビームとも呼ぶ電子ビーム電流を放出するように構成され、電子ビームが記憶媒体１０６上の記憶領域１０８に選択的に衝当できるようにする。電子ビームを記憶媒体に衝当させることにより、記憶媒体上に焦点スポットを形成することができる。記憶装置１００とともに用いるのに適した電子放出器は、記憶媒体１０６上で所望のスポット密度を達成できるほど十分に細い電子ビームを生成する。

電子放出器によって生成された電子ビームを用いて、データを読み出すか、あるいは書き込むことができる。書込みは、電子ビーム流の電力密度を一時的に増加させ、記憶領域の表面状態を変更することにより達成することができる。読出しは、記憶領域が電子ビームに及ぼす影響を、あるいは電子ビームが記憶領域に及ぼす影響を検出することにより達成することができる。たとえば、第１の状態のデータ記憶領域はビット「１」を表すことができ、第２の状態のデータ記憶領域はビット「０」を表すことができる。データ記憶領域が３ビット以上を表すように、データ記憶領域をさらに変更することもできる。記憶領域に対する変更は、永久的変更とすることもでき、可逆的な（一時的な）変更にすることもできる。永久的変更される記憶媒体は、ＷＯＲＭ（write-once-read-many memory）に適している。

いくつかの実施形態では、記憶媒体１０６は、電子ビームによって結晶状態から非晶質状態に選択的に変更できる表面状態を有する材料から構成されることができる。非晶質状態から結晶状態に変更するために、ビーム電力密度を増加させ、その後、徐々に減少させることができる。この増加／減少によって、非晶質領域が加熱され、その後、徐々に冷却されて、その領域がアニールされて結晶状態になるだけの時間が経過するようになる。結晶状態から非晶質状態に変更するために、ビーム電力密度をある高いレベルまで増加させ、その後、急速に減少させることができる。

一例として、図２は記憶媒体に対してデータの読出しおよび書込みを行うために用いることができる一実施形態を示す。具体的には、図２は記憶領域１２０、１２２の表面状態を決定するために用いることができるダイオード構造１１８を組み込む記憶装置を示す。図示される実施形態では、ダイオード構造１１８にはｐｎ接合、ショットキー障壁あるいは任意の他のタイプの適当な電子バルブを用いることができる。

図示される実施形態では、記憶媒体は２つの層を有するダイオードとして構成される。一例として、層のうちの一方はｐ型であり、他方はｎ型である。その記憶媒体は、記憶媒体に逆方向バイアスをかける外部回路に接続されることができる。この構成を用いる場合、データは、ダイオードの表面状態を局部的に変更して、変更された領域あるいは書込み済みの領域１２０付近で生成される少数キャリアのための収集効率が、変更されていない領域あるいは未書込みの領域１２２の収集効率と異なるようにすることにより格納されることができる。電荷キャリア（正孔あるいは電子）が記憶媒体内に存在することに留意されたい。より豊富に存在する電荷キャリアは多数キャリアと呼ばれ、少ない方の電荷キャリアは少数キャリアと呼ばれる。ｎ型半導体材料では、電子は多数キャリアであり、正孔は少数キャリアである。ｐ型半導体材料では、電子は少数キャリアであり、正孔は多数キャリアである。

少数キャリアのための収集効率は、典型的な外部回路１２６によってバイアスをかけられるときに、ダイオード接合１２４を越えて移動する電子によって生成される少数キャリアの割合と定義することができる。したがって、少数キャリアによって、外部回路内に信号電流１２８が流れるようになる。少数キャリアから生じる電流の大きさは通常、記憶領域の状態に依存する。

動作時に、電子放出器１０２は記憶媒体１０６の表面上に電子の細いビーム１０４を放出する。入射する電子は、ダイオードの表面付近にある電子−正孔対（図２においてｅ^-ｈ⁺によって表される）を励起する。本明細書において用いられる正孔は、電子の電荷と大きさは同じであるが、極性が逆である正の電荷を有する電荷キャリアである。媒体は外部回路によって逆方向バイアスをかけられるので、入射する電子によって生成される少数キャリアはダイオード接合１２４に向かって移動することができる。ダイオード接合１２４に達した電子は一般的に接合を越えて移動する。言い換えると、接合に達する前に多数キャリアと再結合しない少数キャリアが概ね接合を越えて移動し、それにより外部バイアス回路１２６内に電流が流れるようになる。

記憶媒体１０６への書込みは、電子ビーム１０４の電力密度を、入射する電子ビーム付近にあるダイオードのいくつかの特性を局部的に変更するに十分な程に増加させることにより達成することができる。同じ領域が、電力密度の低い「読出し」電子ビームを照射されるとき、その変更は接合１２４を越えて移動する少数キャリアの数に影響を及ぼす。たとえば、書込み済みの領域１２０内の再結合速度（率）を未書込みの領域１２２に対して増加させ、書込み済みの領域において生成される少数キャリアが、接合ダイオード１２４に達し、それを越えて移動する機会を得る前に、多数キャリアと再結合する確率が高くなるようにすることができる。それゆえ、読出し電子ビームが書込み済みの領域上に入射するときには、そのビームが未書込みの領域上に入射するときよりも小さな電流が外部回路１２６内に流れるようになる。逆に、最初にダイオード構造が高い再結合速度を有し、再結合速度を局部的に減少させることにより書込みを行うこともできる。結果として生成される電流が、格納されるデータビットを指示することができる出力信号１２８を構成する。ダイオード構造を参照しながら記載されてきたが、限定はしないが、後方散乱あるいは二次電子を収集し、測定することを含む他の方法を用いて、記憶媒体に対してデータの読出しおよび書込みを行うことができることは理解されたい。

図３は、全体として１３２で示される電子放出構造を有する典型的な平坦（フラット）放出器１３０を示す。この平坦放出器構成が以下に詳細に記載されるが、平坦放出器１３０のための他の構成も実現可能であることは理解されたい。

平坦放出器１３０は、シリコンのような材料から形成されるｎ⁺⁺半導体基板１３４と、半導体層１３６とを含むことができる。基板１３４は、火山状、漏斗状あるいはノズル状の活性領域１３８を含むように形成されることができる。活性領域１３８は、活性領域が電子を放出することができる領域を限定する分離領域１４０によって包囲されることができる。活性領域の形状を制限することに加えて、いくつかの実施形態では、分離領域は活性領域を隣接する活性領域から分離することができる。しかしながら、他の実施形態では、隣接する電子放出器の活性領域が互いに接続される場合もあることは理解されよう。

また平坦放出器１３０は基板１３４の半導体層１３６上に形成される放出領域１４２も備える。放出領域１４２を用いて、半導体層１３６に電圧を供給することができる。放出領域１４２のほかに、平坦放出器１３０は、放出領域１４２と半導体層１３６の一部とを覆う導電層１４４を備える。導電層は放出表面１４６上に電気的コンタクトを設け、放出表面に電界がかけられるようにする。

いくつかの実施形態では、放出器１３０は、基板の半導体層が形成される側と反対側に形成される背面コンタクト１４８を備える。背面コンタクトが設けられるとき、その背面コンタクトは半導体基板内の内部電界のための等電位表面を確立する。

動作中に、放出領域１４２および背面コンタクト１４８によって基板１３４に種々の電位をかけることができる（たとえば、チップ上あるいはチップ外のドライバを用いる）。結果として生成される放出領域電圧によって、基板１３４の活性領域１３８から半導体層１３６の領域１５０に電子が注入されるようになる。その後、電子は放出表面１４６から放出されることができる。この放出の結果として電子ビーム１０４が生成され、それが記憶媒体１０６上にある選択された目標位置１０８に衝当する。

電子光学装置あるいは他の集束構造１４９（集束電極あるいは他のビーム集束機構など）を用いて、電子ビームを記憶媒体１０６上に集束することができる。例示にすぎないが、集束構造１４９は集束電極１５２（本明細書ではレンズ電極とも呼ばれる）を備えることができる。集束電極１５２は、電子ビームが通過することができる開口部を画定するように形成されることができる。

いくつかの実施形態では、集束電極１５２は絶縁層１５１によって放出表面１４４からある距離だけ離隔して配置されることができる。したがって、絶縁層１５１は放出電極１４０を集束電極１５２から分離する。他の実施形態では、集束電極は放出表面１４４に極めて近接して配置されることができる。導電層１４２と同様に、導電層１５３が対応する電極上にコンタクトを設け、その電極に電界をかけることができるようにする。１つの集束電極のみが示されているが、任意の数の集束電極を用いて、電子ビームを集束することができることは理解されたい。

動作時に、集束電極１５２に電位がかけられ、それにより電界が生成される。電子ビームに電界をかける結果として、その電子ビームに電荷が加えられる。電子ビームは電荷に反応し、かけられた電界に応答して移動する。結果として生成される電界を用いて、電子ビーム内の放出された電子を集束することができる。この集束は、集束電極にかけられる電位を変更することにより調整することができる。また記憶媒体１０６にも電圧が印加され、放出された電子を加速および／または減速したり、あるいは電子ビームを集束するのを支援することができる。

焦点検出放出器の一実施形態が図４に示される。平坦放出器として示されるが、焦点検出放出器として他の適当な放出器を用いることができる。たとえば、２つ以上のポイント放出器（チップ放出器とも呼ばれる）が、焦点検出放出器としての役割を果たすことができることは理解されたい。ポイント放出器は通常円錐形であり、放出器先端部を有し、その先端部から、細く、集束された電子ビームを放出することができる。そのようなポイント放出器のうちの２つ以上の放出器、あるいは他の適当な放出器が同じスポット上に集束される場合、それらは焦点検出放出器と見なすことができる。したがって、以下にさらに詳細に記載されるように、２つのポイント放出器はそれらを組み合わせると、第１の電子ビーム部分および第２の電子ビーム部分をそれぞれ生成する第１の放出区域および第２の放出区域としての役割を果たすことができる。

図４に示されるように、平坦放出器１５４は焦点検出放出器として動作することができる。平坦放出器１５４はコリメートされたビームを放出し、全体として１５６で示される電子放出構造を備えており、その構造としては図３に関連して記載される電子放出構造１３２と類似のものを用いることができる。電子放出構造１５６は、放出領域を概ね覆う導電層を備える。導電層は放出表面上に電気的コンタクトを設け、放出表面に電界がかけられ、電子の放出を刺激できるようにする。この実施形態では、導電層は、本明細書において放出区域１５８、１６０とも呼ばれる複数のセグメントに分割される。各放出区域は、放出可能な電子ビーム全体の一部を選択的に放出するように構成される。

平坦放出器１５４は、選択的に動作して第１の電子ビーム部分を生成するように構成される第１の放出区域と、選択的に動作して第２の電子ビーム部分を生成するように構成される第２の放出区域とを備えることができる。第１の電子ビーム部分および第２の電子ビーム部分は、その個々の放出源においてコリメートされ、平行にされることができる。そのビーム部分は、記憶媒体上に向けられる際に、集束レンズ、すなわち共通の軸を有する複数の集束レンズを用いてそのビーム部分を同時に集束することができる。平行なビーム部分が十分に集束される場合には、それらのビーム部分は概ね重ね合わされ、記憶媒体上に単一の照射スポットが形成されるであろう。集束する位置は、本明細書において焦点領域とも呼ばれる。その焦点領域から離れると、別個のビームが特定可能に識別されるであろう。第１および第２の電子ビーム部分によって生成される電気信号を測定することにより、複合的なビームの集束状態を特定することができる。ビームの集束状態を特定することにより、焦点が補正されるようになり、それにより記憶媒体上の読出しおよび書込み条件を改善することができる。

電子ビーム部分によって生成される電気信号は任意の適当な方法において検出することができる。たとえば、図５に概略的に示されるように、記憶媒体１０６は、プロセッサ１８４に接続されるビーム検出器（あるいはスポット検出器）１８２に結合される感知領域１８０を含むことができる。焦点情報はスポット検出器からプロセッサに電気信号の形で送信される。たとえば、集束信号がスポット検出器によって生成され、それを用いて電子ビームの集束状態すなわちその電子ビームの焦点が合っている（最も好ましく集束されている）か、アンダーフォーカス状態あるいはオーバーフォーカス状態であるかを特定（決定）することができる。集束信号を平均、あるいは他の方法で操作して、電子ビーム部分のその時点の集束状態に関する情報を提供することができる。

再び図４を参照すると、図示される実施形態では、導電層が２つの電気的に分離された半円形のセグメントに分割され、２つの半円形の放出区域１５８および１６０が形成される。放出区域１５８および１６０を用いて、電子ビームの集束状態を決定するために用いることができる電気信号が生成される。導電層は任意の数の放出区域に分割されることができ、任意の適当な幾何学的構成にできることは理解されたい。

各放出区域は個別のドライバおよび／またはコントローラに接続されることができる。たとえば、第１の放出区域１５８は第１のドライバ１６２および／または第１のコントローラ１６４に接続されることができ、第２の放出区域１６０は第２のドライバ１６６および／または第２のコントローラ１６８に接続されることができる。ドライバは放出区域に電源を供給し、放出区域が電子ビームの一部を生成できるようにする。通常は、コントローラはドライバを制御する。ドライバをコントローラに組み込むことができることは理解されたい。いくつかの実施形態では、単一のプロセッサ１７０が第１のコントローラ１６４および第２のコントローラ１６８の両方を管理することができる。

プロセッサ１７０は各放出区域を管理し、各放出区域が交互にオン、オフして切り替えられて、時間的にインターリーブされた第１および第２の電子ビーム部分を生成できるようにする。第１および第２の電子ビーム部分によって生成されるスポットの位置を決定することにより、放出器の焦点が合っているか否かを決定することができる。具体的には、第２の電子ビーム部分によって生成されるスポットが第１の電子ビーム部分によって生成されるスポットと入れ替わるとき、スポットの位置が横方向にシフトする場合には、焦点が外れているものと特定することができる。

スポットの位置に横方向のシフトがない場合には、放出器は完全に焦点が合っているものと特定されることができる。別の実施形態では、放出区域から放出される電子ビームはわずかに変調されることができる。たとえば、電子ビームは同時かつ逆の変更を徐々に加えられ、結果として、ビーム電力全体は一定のままであるが、個々の区域は、「オン」から「オフ」までの範囲の数分の１だけ異なるようにその出力を増減する。これは、最良の読出し性能を得るために一定の電力を保持しながら、焦点スポットを除く全ての場所において空間的に変調されたビームを生成する。そのような方法は集束信号に変調をかけ、その信号は媒体が焦点の近くにあるか、遠くにあるかに応じて位相および振幅が変動する。

図５はさらに、放出区域１５８および１６０を用いて、放出器にリアルタイムにフィードバックして焦点外れを補正することができる動的な集束信号を生成することを示す。具体的には、放出器１５４は、２つの半円形の放出区域、すなわち第１の放出区域１５８および第２の放出区域１６０を有する電子放出構造１５６を備えることができる。少なくとも１つの集束レンズ１７２が電子ビーム部分を包囲し、それにより記憶媒体１０６上の電子ビーム部分の焦点を制御するための機構を設けることができる。

いくつかの実施形態では、放出区域は、その間を分割する部分が、移動する電子ビームあるいは記憶媒体の移動方向に対して垂直に位置合わせされるように配置されることができる。走査中に個々の放出区域に変調をかけることにより、スポットの焦点に関するリアルタイムの情報が生成される。

上記のように、各放出区域１５８および１６０は個々にオンおよびオフに切り替えられることができる。図５では、第１の放出区域１５８はオンモードで示されており、電子ビーム部分１７４を生成する。破線１７６は、第２の放出区域１６０がオンに切り替えられると、それによって生成されるべき電子ビーム部分を示す。焦点が合っているとき、電子ビーム部分１７４および電子ビーム部分１７６はいずれも集束レンズ１７２によって集束され、記憶媒体１０６上にスポット１７８を生成することができる。したがって、電子放出器１５４は２つの個別に動作可能な電子のビーム（本明細書ではビーム部分と呼ばれる）を生成するように構成され、そのビームはいずれも同じ集束レンズを通過して、最良焦点において概ね集合したスポットを形成することができる。焦点が外れているとき、そのビームは記憶媒体上に２つの個別のスポットを生成することができる。

上記のように、ビーム検出器１８２が、記憶媒体上にビーム部分が衝突することにより生成される電気信号を検出する。プロセッサ１８４はビーム検出器１８２からの電気信号を解釈し、電子ビーム部分の焦点が合っているか、外れているかを特定する。

プロセッサ１８４は、焦点サーボ機構のような焦点調節器１８６と通信し、集束信号に基づいて集束レンズ１７２の焦点を調整する。焦点調節器１８６は、集束レンズと接続されるか、あるいは集束レンズに組み込まれることができる。たとえば、焦点調節器１８６は集束レンズに印加される電圧を変更して、実効的な電界を変更し、それにより電子ビーム部分の電子の方向角を変化させる。電界の変更、および放出される電子の偏向は、電子ビーム部分の、それゆえ電子ビームの焦点を補正するように作用する。そのようなシステムは、電子データ記憶装置の焦点の動的な閉ループ補正を生成する。他の適当な検出および調整技術を用いて、記憶媒体上のスポットの位置を、あるいは電子ビーム部分から生成される集束信号を検出および／または調整することができることは理解されたい。

図６は、焦点が合っているとき、および外れているときに、記憶媒体上に電子ビームによって生成される典型的な像を示す。現在のシステムは、フーコーの古典的なナイフエッジテストを、電子記憶装置において用いるために適合させている。現在のシステムでは、放出区域は仮想的なナイフエッジをシミュレートする。こうして、第１の放出区域１５８によって生成される電子ビーム部分１７４は記憶媒体１０８上に第１のスポットを生成する。同様に、第２の放出区域１６０によって生成される電子ビーム部分１７６（破線で示される）は記憶媒体１０８上に第２のスポットを生成する。照射されるスポットの位置の変化、あるいはそれに対応する、電子ビーム部分１７４および１７６によって生成される測定信号の位相の変化を用いて、放出器の焦点が合っているか否かが決定される。

たとえば、いくつかの実施形態では、全ビーム流を一定に保持するように各放出区域からの放出を同時に、かつ逆に変更することにより、電子ビーム全体が変調される。スポットが焦点に合っている（１９０に示される）場合には、ビームが変調される際の集束信号には検出し得る変化はほとんど、あるいは全くないであろう。対照的に、スポットが焦点から外れている（１９４および１９８に示される）場合には、ビームが変調される際に集束信号に検出し得る変動が生じる。一旦、そのような焦点外れの状態に気付いたなら、ビーム部分がアンダーフォーカス（焦点未達）状態か、オーバーフォーカス（焦点超過）状態かを決定するタスクが残される。

本明細書において用いられるようなアンダーフォーカス状態のビーム部分は名目上、焦点よりも電子放出器の近くにある（たとえば、焦点距離が電子放出器と記憶媒体との間の距離よりも長い場合のような）スポットを生成するであろう。そのようなアンダーフォーカス状態のビーム部分は、たとえば図６の１９２に示されるようなスポットを生成することができる。本明細書において用いられるようなオーバーフォーカス状態のビーム部分は名目上、焦点よりも電子放出器から遠くにある（たとえば、焦点距離が電子放出器と記憶媒体との間の距離よりも短い場合のような）スポットを生成するであろう。そのようなオーバーフォーカス状態のビーム部分は、たとえば図６の１９６に示されるようなスポットを生成することができる。

記憶媒体上に結果として生成されるスポットの位置に基づいて、焦点外れのビーム部分がアンダーフォーカス状態か、オーバーフォーカス状態かを決定できることは理解されよう。たとえば、ビーム部分１７４がアンダーフォーカス状態であるなら、図示される中央軸の左側にスポット１９２を生成することができる。逆に、ビーム部分１７４がオーバーフォーカス状態であるなら、図示される中央軸の右側にスポット１９６を生成することができる。そのような位置の変化は位相のずれを表すものと見なすことができ、それは結果として生成される集束信号の位相において明らかにすることができる。たとえば、図に示されるように、名目上の焦点が合っているスポット１８８よりも電子ビーム放出器の上側にある（あるいは近くにある）スポットの場合の変調ビームは、名目上の焦点が合っているスポット１８８よりも電子ビーム放出器から下側にある（あるいは遠くにある）スポットに対して逆の位相を有する（１８０°位相がずれている）ことは理解されよう。

電子ビーム部分の焦点は時間とともに変化する場合もある。たとえば、放出器の安定性、集束電極の動作の安定性、バイアス電圧の安定性および放出器と記憶媒体との間の間隔は全て時間とともに変化する場合がある。動的な焦点検査を実行することにより、限定はしないが、放出器、集束電極、バイアス電圧などの安定性の変化を含む、当該装置の変化に対応して焦点を調整することができる。同様に、温度変化あるいは振動などの外乱が焦点に及ぼす任意の変化を確認し、補正することができ、それにより装置の寿命を延ばすことができる。

上記のように、焦点外れの検出は焦点調節器に伝達され、焦点調節器は、集束レンズ（たとえば、１つあるいは複数の集束電極に印加される電圧を変更することにより、したがって電子ビーム内の電子の偏向を誘導する実効的な電界を変更することにより、電子ビームの焦点を変化させることができる。そのような閉ループシステムを用いることにより、電子ビームの焦点が合うように絶えず調整することができる。

図７を参照すると、電子データ記憶装置内の電子ビームの焦点を調整する方法が全体として２００で示される。図示されるように、その方法は、電子放出器の第１の電子放出区域から第１の電子ビーム部分を放出することであって、それにより記憶媒体上に第１のスポットを生成する、第１の電子ビーム部分を放出すること（２１０）、電子放出器の第２の電子放出区域から第２の電子ビーム部分を放出することであって、それにより記憶媒体上に第２のスポットを生成する、第２の電子ビーム部分を放出すること（２２０）、第２のスポットの位置に対する第１のスポットの位置を検出することにより集束状態を決定すること（２３０）とを含む。またその方法は、第２のスポットの位置に対する第１のスポットの位置に基づいて集束信号を生成すること、およびその集束信号に基づいて電子ビームの焦点を調整することを含み、焦点を調整することは、第１の電子ビーム部分および第２の電子ビーム部分の少なくとも一方に電界をかけることであって、それにより当該電子ビーム部分の電子を偏向し、その結果第１の電子ビーム部分および第２の電子ビーム部分の少なくとも一方の焦点を変化させる、電界をかけることを含む。

一実施形態では、その方法は、第１のスポットを生成すること、および第２のスポットを生成することの間で変調をかけることを含む。したがって、集束状態を決定することは、第１のスポットが生成されるときに生成される電気信号と、第２のスポットが生成されるときに生成される電気信号とを比較することを含む。別法では、集束状態を決定することは、第１の電子ビーム部分および第２の電子ビーム部分の両方の焦点が合っていると決定すること、あるいは第１の電子ビーム部分および第２の電子ビーム部分のうちの少なくとも一方の焦点が外れていると決定すること、第１の電子ビーム部分および第２の電子ビーム部分のうちの少なくとも一方がアンダーフォーカス状態であると決定すること、あるいは第１の電子ビーム部分および第２の電子ビーム部分のうちの少なくとも一方がオーバーフォーカス状態であると決定することとを含む。

図８は全体として３００で示される、電子記憶装置において電子ビームの焦点を決定する方法を示す。その方法は、電子放出器の第１の電子放出区域から第１の電子ビーム部分を放出すること（３１０）、電子放出器の第２の電子放出区域から第２の電子ビーム部分を放出すること（３２０）、全電子ビーム流を一定に保持しながら、第１、第２の電子ビーム部分の大きさを変調することであって、それにより第１の電子ビーム部分および第２の電子ビーム部分の集束状態に基づいて集束信号を生成するように、変調すること（３３０）を含む。方法３００はさらに、第１の電子ビーム部分および第２の電子ビーム部分のうちの一方の焦点が合っているか、アンダーフォーカス状態であるか、オーバーフォーカス状態であるか否かを決定すること、第１の電子ビーム部分および第２の電子ビーム部分のうちの一方の焦点が合っているか、アンダーフォーカス状態であるか、オーバーフォーカス状態であるかの決定に基づいて、第１の電子ビーム部分および第２の電子ビーム部分のうちの少なくとも一方の焦点を調整することとを含むことができる。

さらに方法３００を参照すると、第１の電子ビーム部分および第２の電子ビーム部分のうちの一方の焦点が合っているか否かを決定することは、第１の電子ビーム部分および第２の電子ビーム部分の大きさを変調する際に生成される信号に変化があるか否かを決定することを含むことができる。第１の電子ビーム部分および第２の電子ビーム部分のうちの少なくとも一方の焦点を調整することは、電子放出器から放出される電子ビームへの電界を変更することであって、それにより個々の電子ビーム部分内の電子が偏向されるようにする、変更することを含むことができる。

本発明の一実施形態による典型的な電子データ記憶装置の概略的な側断面図である。図１に示される典型的な電子データ記憶装置の動作を示す概略図である。図１に示される電子データ記憶装置において用いるのに適した平坦放出器の側断面図である。本発明の一実施形態による２つの電子放出区域を有する平坦放出器の概略図である。図４に示される放出器のための閉制御ループの概略図である。２つの電子放出区域を有する放出器を用いて集束信号を生成するための方法の一実施形態の概略図である。本発明の一実施形態による電子ビーム記憶装置の電子ビームの焦点を調整する方法を示す流れ図である。本発明の一実施形態による電子記憶装置の電子ビームの焦点を決定する方法を示す流れ図である。

符号の説明

１００データ記憶装置
１０２，１５４焦点検出放出器
１０６記憶媒体
１５８第１の放出区域
１６０第２の放出区域
１７４第１の電子ビーム部分
１７６第２の電子ビーム部分
１９０，１９４，１９８電子ビームの集束状態

Claims

データ記憶装置のための焦点検出放出器であって、
第１の電子ビーム部分を選択的に生成するように構成された第１の放出区域と、
第２の電子ビーム部分を選択的に生成するように構成された第２の放出区域とを含み、
前記第１の電子ビーム部分は記憶媒体上に第１のスポットを生成し、前記第２の電子ビーム部分は前記記憶媒体上に第２のスポットを生成し、前記第２のスポットに対する前記第１のスポットの位置は前記第１、第２の電子ビーム部分の集束状態を指示し、前記第１、第２のスポットの少なくとも一方の位置は、前記第１、第２の電子ビーム部分の少なくとも一方の集束状態を指示することを特徴とする、焦点検出放出器。
前記第１のスポットの前記位置は前記第２のスポットの前記位置と概ね一致すると、前記第１、第２の電子ビーム部分の焦点が合うようになっていることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出放出器。
前記第１、第２のスポットのいずれかの前記位置の横方向へのシフトは、対応する前記電子ビーム部分の焦点が外れていることを指示する請求項１に記載の焦点検出放出器。
電子データ記憶装置であって、記憶媒体と、電子ビームを放出するように構成された少なくとも１つの電子放出器とを備え、前記放出器は、第１の電子ビーム部分を選択的に生成するように構成された第１の放出区域と、第２の電子ビーム部分を選択的に生成するように構成された第２の放出区域とを含み、前記第１の電子ビーム部分は前記記憶媒体上に第１のスポットを生成し、前記第２の電子ビーム部分は前記記憶媒体上に第２のスポットを生成し、前記第２のスポットに対する前記第１のスポットの位置は前記第１、第２の電子ビーム部分の集束状態を指示し、前記第１、第２のスポットの少なくとも一方の位置は前記第１、第２の電子ビーム部分の少なくとも一方の集束状態を指示することを特徴とする、電子データ記憶装置。
前記放出器は、前記第１の電子ビーム部分の生成と前記第２の電子ビーム部分の生成の間で前記電子ビームを変調するように構成されることを特徴とする請求項４に記載の電子データ記憶装置。
電子データ記憶装置の電子ビームの焦点を調整する方法であって、
電子放出器の第１の電子放出区域から第１の電子ビーム部分を放出して記憶媒体上に第１のスポットを生成するステップと、
前記電子放出器の第２の電子放出区域から第２の電子ビーム部分を放出して前記記憶媒体上に第２のスポットを生成するステップと、
前記第２のスポットの位置に対する前記第１のスポットの位置を検出することにより集束状態を決定するステップと、
を含む電子ビームの焦点調整方法。
前記第２のスポットの前記位置に対する前記第１のスポットの前記位置に基づいて集束信号を生成することをさらに含む請求項６に記載の電子ビームの焦点調整方法。
前記集束信号に基づいて前記電子ビームの前記焦点を調整することをさらに含む請求項７に記載の電子ビームの焦点調整方法。
電子記憶装置の電子ビームの焦点を決定する方法であって、
電子放出器の第１の電子放出区域から第１の電子ビーム部分を放出するステップと、
前記電子放出器の第２の電子放出区域から第２の電子ビーム部分を放出するステップと、
全電子ビーム流を一定に保持しながら、前記第１の電子ビーム部分および前記第２の電子ビーム部分の大きさに変調をかけて、前記第１の電子ビーム部分および前記第２の電子ビーム部分の集束状態に基づいて集束信号を生成するステップと
を含む電子ビームの焦点決定方法。
データを格納するための格納手段と、
第１の電子ビーム部分を生成して前記格納手段上に第１のスポットを形成する、第１の電子ビーム生成手段と、
第２の電子ビーム部分を生成して前記格納手段上に第２のスポットを形成する、第２の電子ビーム生成手段と、
前記第２のポットの位置に対する前記第１のスポットの位置を決定することにより、前記第１、第２の電子ビーム部分の少なくとも一方の集束状態を決定する手段と
を含む電子データ記憶装置。