DE2441421A1

DE2441421A1 - Verfahren und vorrichtung zur ausrichtung von elektronenstrahlen

Info

Publication number: DE2441421A1
Application number: DE2441421A
Authority: DE
Inventors: Hans Christian Pfeiffer; Ollie Clifton Woodard
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-08-31
Filing date: 1974-08-29
Publication date: 1975-03-13
Also published as: US3894271A; FR2242754B1; FR2242754A1; JPS5055270A

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: YO 972 114

Verfahren und Vorrichtung zur Ausrichtung von Elektronenstrahl«!.

Die Erfindung besieht sich allgjs&sin auf ®in Verfahren uraä Vorrichtung zur Steuerung ©ines Elektronenstrahls und auf eine Regelschaltung zum Ausrichten von Elektrones&strahlen, w@lch&, ohne die normale Arbeitsweise am atomen, die laatÄteilitlten eliminiert, dis durch di@ s©itlieh« Strahlabweichttisg verursacht werden. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung in Geräten zur Bestrahlung ©in@r strahlungsempfindlichen Schicht auf den Halbleiterplättehen von Halbleiterscheiben für die Herstellung verschiedener Arten von Halbl®iterschaltungen.

Bei der Herstellung von Halbleitern müssen sehr kleine und sehr genaue Muster auf der strahlungsempfindlichen Schicht auf der Oberfläche des Halbleitermaterials gebildet werden. In der Vergangenheit hat man eine Maske benutzt, um ein Muster in der strahluncjsenipfindlichen Schicht zu bilden. Solch eine Maske muS genau und In der Lage sein, das gleiches Muster viele Male zu reproduzieren ohne irgendweich© merklichen Abweichungen davon. Das Verfahren zur Herstellung solch einer Mask© ist verhältnismäßig teuer und zeitaufwändig.

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In dem U.S. Patent 3 644 700 1st ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben, bei der ein Elektronenstrahl benutzt wird, um die strahlungsempfindliche Schicht direkt zu bestrahlen, wobei die Notwendigkeit der Bildung irgendeiner Maske eliminiert wird und auch die damit zusammenhängenden Probleme. In der genannten Vorrichtung wird ein Strahl geladener Teilchen im wesentlichen in einem Rastermuster bewegt, so daß jeder Punkt innerhalb des Feldes, dem der Strahl zugeführt wird, stets in der gleichen Weise erreicht wird. Um die Genauigkeit der Strahlposition über die kurzseltige Wiederholbarkeit zu erweitern, die erhalten wird, indem der Strahl in einem Rastermuster bewegt wird, wird ein bekanntes Ziel periodisch durch den Strahl abgetastet und Fehler zwischen den Positionen des Sieles und des Strahles werden festgestellt. Irgendwelche Korrekturen werden einer zweiten Ablenkschaltung für den Strahl zugeführt, um nicht den Strahlverlauf, der, erhalten wird durch Bewegen in einem Rastermuster, zu unterbrechen. Um sicherzustellen, daß die durch den strahl gebildeten Muster scharf sind und daß die Breite jeder Linie entsprechend ihrem gewünschten Wert gesteuert wird, wird der Strahl zur Bildung des gewünschten Musters von einer vorgegebenen Position zu elfter anderen «reiterbetragt. Xn dieser Heise wird die gesamte Energie des Strahles jeder vorgegebenen Position in Übereinstimmung mit dem gewünschten Muster zugeführt, um sicherzustellen, daß genügend Energie vorhanden ist, um die strahlungsempfindliche Schicht zu bestrahlen. Um sicherzustellen, daß das auf dieser Schicht bestrahlte Muster scharf begrenzt ist, wird ein bekanntes Ziel, das ein besonderes und deutliches Ziel oder das gleiche Ziel sein kann, das benutzt wird, um die Fehler bezüglich der 'Strahlposition zu bestimmen, periodisch durch den Strahl abgetastet, um dessen Brennpunkt festzustellen.

Während das bekannte System weniger aufwändig ist und in einigen Fällen höhere Ausbeuten in einem kürzeren Zeitabschnitt ergibt als gegenwärtig verfügbare Maskierungsverfahren, tritt von Zeit zu Zeit eine Instabilität des Elektronenstrahles auf. Die Instabilität des Elektronenstrahles manifestiert sich in einer seit-

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lichen Strahlabweichung, die verursacht ist durch mechanische, thermische oder elektrostatische Einflüsse. Die Wirkung dieser Einflüsse, d. h. die seitliche Strahlabweichung ist eine der grundlegenden Begrenzungen für die Stabilität aller elektronenoptischen Instrumente.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch das die genannten Instabilitäten vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur genauen Ausrichtung eines Strahles elektrisch geladener Teilchen zwecks Korrektur der durch seitliche Strahlabweichung verursachten Instabilitäten gelöst, das durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

a) Ablenken des Strahles gegenüber seiner normalen Achse auf eine vorgegebene Abweichposition,

b) Abfühlen des Ausrichtungsfehlers des Strahles in dieser Abweichposition und

d) Korrektur der Strahlausrichtung in der Abweichposition, wodurch die Strahlausrichtung in dieser Position die Strahlausrichtung längs der normalen Achse im umausgelenkten Zustand veranlaßt.

Nachfolgend wird die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben, von denen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht, die die Verwendung des

Gerätes nach der Erfindung in einer Elektronenstrahlspalte zeigt;

Fig. 2 teilweise schematisch und teilweise als Blockschaltbild das Grundprinzip der Erfindung;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Platte mit der Ausblendöffnung, die die HilfsÖffnung für die Ausrich-

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tung und die normale ausgeblendete Position des Elektronenstrahls zeigt;

Fig. 4 ein Schaltbild einer digitalen Regelungsanordnung, die bei der Realisierung der Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 5 ein Taktimpulsdiagramm, das die Folge der Operationen in der digitalen Regelschaltung nach Fig. 4 zeigt und

Fig. 6 ein Schaltbild einer analogen Regelschaltung,

die alternativ bei der Realisierung der Erfindung benutzt werden kann.

In Fig. 1 ist eine Elektronenkanone 10 dargestellt zur Erzeugung eines Strahles 11 geladener Teilchen in bekannter Weise. Der Elektronenstrahl 11 durchläuft eine öffnung 12 in einer Platte 14, um den Strahl 11 zu formen. Der Strahl 11 besitzt vorzugsweise einen quadratischen Querschnitt und hat eine Größe die der Leitungsbreite des zu bildenden Musters gleich ist.

Der Strahl 11 passiert ein Ausrichtungsjoch 15 und dann ein Paar von Ausblendplatten 16, die bestimmen, wann der Strahl dem Material zugeführt wird und wann er ausgeblendet wird. Die Ausblendplatten 16 werden von Schaltungen gesteuert, die einen Teil der Schnittstellenschaltung 17 bilden. Die Schnittstellenschaltung 17 ist mit einem Computer 18 verbunden. Der Computer 18 steuert die Ablenkung des Elektronenstrahls 11 durch die Schnittstellenschaltung 17 in einer Weise, die in der nachfolgenden Beschreibung noch erläutert wird.

Der Elektronenstrahl 11 durchläuft dann eine kreisförmige Öffnung 19 in der Ausblendplatte 20. Dies steuert den strahl 11 so, daß nur die geladenen Teilchen, die die Mittelpunkte (nicht darge-

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stellter) Linsen durchlaufen, benutzt werden, so daß ein quadratischer Fleck ohne irgendwelche Verzerrungen erzeugt wird.

Der Strahl 11 verläuft dann zwischen magnetischen Ablenkspulen 21, 22, 23 und 24. Die magnetischen Ablenkspulen 21 und 22 steuern die Ablenkung des Elektronenstrahl 11 in der horizontalen oder X-Richtung, während die magnetischen Ablenkspulen 23 und die Ablenkung des Strahles 11 in der Vertikalen oder Y-Richtung steuern. Daher arbeiten die Spulen 21 bis'24 zusammen, um den Strahl 11 durch geeignete Ablenkung im wesentlichen in einem Rastermuster zu bewegen.

Der Strahl 11 verläuft dann zwischen elektrostatischen Ablenkplatten 25, 26, 27 und 28. Die Platten 25 und 26 arbeiten zusammen, um den Strahl in der Horizontalen oder X-Richtung abzulenken, während die elektrostatischen Platten 27 und 28 zusammen arbeiten, um den Strahl 11 in der Vertikalen oder Y-Richtung zu bewegen. Die Platten 25 bis 28 dienen dazu, die Position des Strahles Il zu korrigieren, ohne seine Bewegung, die aufgrund der magnetischen Ablenkspule!* 21 bis 24 im wesentlichen in einem Rastermuster erfolgte, zu beeinflussen.

Der Strahl wird dann seinem Ziel zugeführt, das sich auf einem Tisch 29 befindet. Der Tisch 29 wird in der Horizontalen oder X-Richtung bewegt durch @in@n Schrittmotor 30, in der Vertikakalen oder Y-Richtung durch einen Schrittmotor 31 und in einer Richtung parallel zum Strahlw®g oder der Z-Richtung durch einen Schrittmotor 31 j die Bewegungen der Schrittmotoren 30, 31 und 31' werden durch den Rechner 18 gesteuert.

Wie vorher erwähnt wurde, wird der Strahl 11 stets in der gleichen Weise durch die magnetischen Ablenkspulen 21 bis 24 so bewegt, daß sein® Bewegung in einem Rastermuster nicht beeinflußt wird. Daher erfolgt die Ablenkung des Strahles 11 durch die magnetischen Ablenkspulen 21 bis 24 in einem A-Zyklus, einem B-Zyklus und einem C-Zyklus. Nachdem jeder C-Zyklus beendet_:ist, beginnt die FoI-

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ge wieder mit dem Α-Zyklus. Solange daher der Strahl 11 aktiviert wird, arbeitet er kontinuierlich in der gleichen Folge. Darüberhinaus wird der Strahl 11 während einiger und aller A-, B- und C-Zyklen ausgeblendet, abhängig von der speziellen Operation, die gerade ausgeführt wird. Alle diese verschiedenen Folgen in der kein, ein, zwei oder alle A-, B- und C-Zyklen ausgeblendet werden, wird gesteuert durch die Zusammenarbeit des Computers 18 und der Schnittstellenschaltung 17.

Nachdem der Strahl 11 genau fokussiert ist, findet die Eichoperation statt. Während des Eichens wird der Strahl 11 nur in einem B-Zyklus benutzt, während die A- und C-Zyklen ausgeblendet werden, so daß der Fehler der Ablenkung des Strahles 11 während eines B-Zyklus bestimmt wird. Diese Fehler werden zuerst bestimmt durch Ablenken des Strahles 11 in der X- oder horizontalen Richtung und dann werden sie bbestimmt in Vertikalen oder Y-Richtung.

Nachdem die Ablenkfehler des Strahlers 11 sowohl für die X als auch für die Y-Richtung bestimmt worden sind, arbeitet der Strahl 11 nur während des Α-Zyklus sowohl in X als auch in Y-Richtung. Dann arbeitet der Strahl 11 wieder im B-Zyklus, um die Korrelation in der vertikalen und horizontalen Richtung des Strahles 11 zwischen dem A-Zyklus und dem B-Zyklus zu bestimmen.

Dies« Operationen haben das Ergebnis, daß der Strahl 11 fokussiert und genau geeicht wird. Dann kann der Strahl 11 für die Justieroperation benutzt werden und im Anschluß daran dazu, eine strahlungsempfindliche Schicht auf Halbleiterplättchen zu bestrahlen.

Bei der Justieroperation wird anfangs nur der Α-Zyklus benutzt, um zwei diametral gegenüberliegende Justiermarkierungen auf einem Halbleiterplättchen zu lokalisieren, während die B- und C-Zyklen ausgeblendet werden. Dann wird ein Α-Zyklus dazu benutzt, die Justiermarkierungen zu lokalisieren, die einem Halbleiterplättchen zugeordnet sind, dessen strahrtungs empfind liehe Schicht zu bestrahlen ist. Während des nachfolgenden B-Zyklus wird die

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strahlungsempfindliche Schicht bestrahlt. Im C-Zyklus wird der Strahl Il ausgeblendet und das Halbleiterplättchen auf dem Tisch 29 wird bewegt, indem der Tisch 29 bewegt wird, um ein anderes Halbleiterplättchen auf einer Halbleiterscheibe an die Stelle zu bringen, an der ihm der Strahl 11 zugeführt werden kann.

Während dieses letzten C-Zyklus, in dem das Halbleiterplättchen auf dem Tisch 29 bewegt wird, um ein anderers Halbleiterplättchen in die für die Bestrahlung geeignete Position zu bringen, arbeitet die Ausrichtungsregelschaltung der Erfindung. Gemäß der Erfindung ist der Ausblendplatte 20 eine zweite Hilfsöffnung 3 2 vorgesehen. Die öffnung 32 ist die Bündelungsöffnung, und es ist eine Abfühlplatte 34 vorgesehen, die näher in Fig. 2 dargestellt ist, die den Strahlstrom abfühlt, der die Bündelungsöffnung passiert. Der durch die Abfühlplatte tiberwachte Strahlstrom wird als ein Eingangssignal der Ausricht-Regelschaltung 33 zugeführt. Die Taktgabe und die Arbeitsweise der Ausricht-Regelsehaltung 33 wird durch die Schnittstellenschaltung 17 gesteuert, die Informationen liefert einschließlich der Taktyabe des C-Zyklus. Die Ausricht-Regelschaltung ist mit dem Ablenkjoch 15 verbunden, das die orthogonalen Spulen 15' und 15"' enthält. Die Fehlerkorrektur durch die Ausricht-Regelschaltung 33 wird ausgeführt durch Bewegen des Strahles in kleinen Schritten, abwechselnd in der X-Richtung durch die Wicklung 15' und dann in der Y-Richtung durch die Wicklung 15''.

Fig. 2 zeigt schematisch als Querschnitt die Änderung gemäß der der Erfindung in der Anordnung für den Elektronenstrahl. Der Elektronenstrahl 11 passiert die formende öffnung 12 in der Platte und die (nicht gezeigte) Kondensorlinse. Der Strahl 11 verläuft dann zwischen dem Ausrichtjoch 15 und der elektrostatischen Ablenkplatten 16 für das Ausblenden.

Der Strahl 11 durchläuft dann die öffnung 19 in der Ausblendplatte 20. Die Ausblendplatte 20 ist mit einer Hilfs- oder Bündelungs-

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öffnung 32 versehen, die seitlich der normalen Ausblendöffnung gelegen ist. Feste Abweichungen in zwei zueinander senkrechten Richtungen werden während des Ausrichtens angeschaltet, um den Elektronenstrahl 11 auf die Ausrichtöffnung 32 einzustellen.

Eine Abfühlplatte 34 ist direkt unter der Ausblendplatte 20 angeordnet und von dieser durch eine dünne Scheibe 35 eines guten Isoliermaterials, z. B. Glimmer, getrennt. Die Scheibe 35 ist sehr dünn, um irgendwelche Ladungsprobleme zu vermeiden. Die Abfühlplatte 34 ist mit einer zentralen öffnung 36 versehen, die größer als die öffnung 19 in der Ausblendplatte 2O ist, so daß die Abfühlplatte 34 nicht die normale Arbeitsweise des Elektronenstrahls 11 stört.

Der durch die Abfühlplatte 34 gesammelte Strom unter der Ausrichtöffnung 32 ist maximal, wenn der Strahl 11 zentriert ist. Das liegt daran, daß eine Fehlausrichtung des Strahles bezüglich des Hittelpunktes der öffnung 19 eine gleiche Fehlausrichtung an der Abfühlöffnung 32 zur Folge hat.

Der durch die Abfühlplatte 34 überwachte Strom wird als ein Eingangssignal dem Fehlerdetektor 37 in der Ausricht-Regelsehaltung 33 zugeführt. Der Fehlerdetektor 37 wird durch die Taktgeberschaltung 38 gesteuert, die ihrerseits durch den Computer 18 über die Schnittstellenschaltung 17 gesteuert wird. Die Ausricht-Regelschaltung 33 arbeitet während jedes C-Zyklus, ausgenommen, wenn eine Bündelungsoperation durchgeführt wird. Die für das Ausrichten zur Verfügung stehende Zeit wird daher durch den C-Zyklus begrenzt. Bei dem vorliegenden System wird eine halbe Sekunde benötigt für das Weiterschalten und zur Ruhekommen des Schrittmotors. Dadurch steht reichlich Zeit für verschiedene Operationen zur Verfügung. Außerdem macht es nichts, wenn der Strom nicht voll in einem C-Zyklus korrigiert wird, da das Verfahren in dem nächsten C-Zyklus wieder aufgenommen wird. Aus diesem Grund wird die Ausricht-Regelschaltung 33 langsam betrieben, was schmale Bandbreiten ermöglicht, um irgendwelche Störprobleme zu umgehen, die

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sonst auftreten könnten.

Das Fehlerausgangssignal des Fehlerdetektors 37 wird den Korrekturschaltungen 39 zugeführt, die ihrerseits KorrektursignaIe für die Jochtreiberschaltung 40 erzeugen. Die Jochtreiberschaltung erhält auch ein Eingangssignal von dem Abweichungsgenerator 41. Der Abweichungsgenerator 41 wird durch die Taktgeberschaltung 38 gesteuert und liefert feste Abweichungs-Gleichspannungen, die den Strahl 11 auf die Ausrichtöffnung einstellen. Die Jochtreiberschaltung 40 empfängt auch ein Signal von dem manuell zu betätigenden Ausrichtpotentiometer 42. Das Potentiometer 42 befindet sich auf der Bedi@nungsplatte und wird dazu benutzt, um die Lage der Mittenöffnung einzustellen»

In Fig. 3 ist die Ausblendpiatt® 20 mit der öffnung 19 als Draufsicht dargestellt. Di© Pos. 32* auf einer Seite der öffnung 19 ist die normale Position des Elektronenstrahls beim Ausblenden. Die Ausrichtöffnung 32 befindet sich auf einer Seite der zentralen öffnung 19, aber an assderer Stell® als an der Stelle 32', an der der Elektronenstrahl sich normalerweise beim Ausblenden befindet. Di® Ablenkung des Elektronenstrahls 11 in die Stellung 32* beim Ausblenden wird durch die elektrostatischen Ablenkplatten 16 allein bewirkt. Die Ablenkung des Elektronenstrahls 11 mit der festen Abweichung, um ihn auf die Ausrichtungsöffnung 32 einzustellen, wird erreicht durch di@ kombinierte Wirkung der elektrostatischen Ablenkplatte 16 und des AusrichtungsJoches 15 in Verbindung mit festen Abweichspannungen, die der Abweichgenerator 41 liefert.

Eine durch digitale Signal® gesteuerte Ausricht-Regelschaltung 33 ist in Fig. 4 dargestellt. Die den Strom messende Platte 34 ist mit dem Eingang eines Operationsverstärkers 43 verbunden, der einen Rückkopplungswiderstand 44 aufweist, der die Verstärkung des Operationsverstärkers bestimmt. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist mit einer Abtast- und Halteschaltung 45 und einer Vergleichsschaltung 46 verbunden. Die Abtast- und Halteschaltung 45

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wird durch einen Taktimpuls gesteuert, der mit dem Buchstaben S bezeichnet und in Fig. 5 dargestellt ist. Der Taktimpuls wird durch die Taktgeberschaltung 38 erzeugt. Der Ausgang der Abtast- und Halteschaltung 45 ist mit dem anderen Eingang der Vergleichsschaltung 46 verbunden und über einen Widerstand 47 auch mit einem Strootmeßgerät 48.

Wenn ein Abtastimpuls S durch die Taktgeberschaltung 38 erzeugt wird, wird die Abtast- und Halteschaltung geöffnet, um den durch die StrommeBplatte 34 überwachten Strom abzutasten. Nach der Abtastperiode veranlaßt die Joch-Treiberschaltung, daß der Strahl 11 in der X-Richtung weitergeschaltet wird, wodurch beispielsweise der durch die Strommeßplatte 34 überwachte Strom veranlaßt wird, sich leicht zu ändern. AIa Ergebnis wird das Signal, das den neuen Strom darstellt, vom Operationsverstärker 43 dem ersten Eingang der Vergleichsschaltung 46 zugeführt, während ein Signal, das den gerade vorhergehenden Strom darstellt, dem zweiten Eingang der Vergleichsschaltung 46 durch die Abtast- und Halteschaltung zugeführt wird. Die Vergleichsschaltung 46 erzeugt dann ein Differenz- oder Fehlersignal, das der Korrekturschaltung 39 zugeführt wird. Die durch das Meßgerät 48 angezeigte Strommessung ist für manuelle Auerichtverfahren nützlich, wie das bei der weiteren Beschreibung der Regelschaltung klar werden wird.

Die Korrekturschaltung 39 besteht aus getrennten, aber identischen Korrekturschaltungen für die orthogonalen X- und Y-Richtungen. Um die Zeichnung zu vereinfachen, sind nur die X-Korrekturschaltungen 39* in Fig. 4 dargestellt. Es versteht sich jedoch, daß eine identische Y-Korrekturschaltung auch vorgesehen werden muß.

Wenn das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 46 positiv ist, was eine Zunahme des durch die Strommeßplatte 34 überwachten Stromes anzeigt, wird das Flipflop 49 gesetzt, im anderen Fall wird das Flipflop 49 durch den Impuls D rückgesetzt. Der Zweck des Setzens oder Rücksetzens des Flipflop 49 ist es, die Richtung der Lageveränderung des Elektronenstrahles 11 in der X-Richtung zu be-

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stimmen. Daher ist der reguläre Ausgang des Flipflops 49 mit einem UND-Glied 50 und der komplementäre Ausgang des Flipflops 49 mi,t einem UND-Glied 51 verbunden. Beiden UND-Gliedern 50 und 51 wird ein Fortschaltimpuls P von der Taktgeberschaltung 38 zugeführt., Die Ausgänge der UND-Glieder 50 und 51 sind mit einem Vorwärts-Rückwärtszähler 52 verbunden. Wenn das UND-Glied 50 durch das Flipflop 4 9 durchgeschaltet wird, zählt der Vorwarts-Rückwärtszähler 52 bei Zufuhr von Fortschaltimpulsen P aufwärts. Wenn andererseits das UND-Glied 51 durchgeschaltet wird, zählt der Zähler 52 entsprechend den Fortschaltimpulsen P abwärts.

Der Vorwärts-Rückwärtszähler 52 wird anfangs unter der Steuerung eines Ausrichtschalters 54 durch eine den Wert des Mittelpunktes angebende Schaltung 53 auf einen vorgesetzten Zählerstand gebracht. Dies ermöglichlicht das anfängliche Einstellen der Lage des Mittelpunktes und der Ausrichtsposition.

Die Ausgänge des Vorwärts-Rückwärtszählers 52 sind mit einem Digital -Analogumsetζer 55 verbunden. Dieser Umsetzer erzeugt eine analoge Ausgangsspannung, die proportional ist dem digitalen Zählerstand in dem Zähler 52. Daher ist die analoge Ausgangsspannung des Digital-Analogumsetzers 55 die Korrektorspannung für die X-Position, welche Spannung der Jochtreiberschaltung 40 zugeführt wird .

Flg. 5 zeigt die Folge der Taktimpulse, die den Fehlerdetektor und die Korrekturschaltung 39, die gerade beschrieben wurde, steuern. Wie das dargestellt ist, wird das Ausrichtverfahren während eines C-Zyklus ausgeführt. Der erste Abtastimpuls S wird um eine Zeit t_si zu Beginn des C-Zyklus verzögert, um dem Strahl die Einstellung auf die Ausrichtöffnung zu ermöglichen. Nach dem ersten Abtastimpuls S veranlaßt ein Fortschaltimpuls P den Vorwärts-Rückwärtszähler 52 entweder auf- oder abzuzählen, abhängig von dem Zustand des Flipflop 49. Dies verursacht einen resultierenden zusätzlichen Schritt in der X-Richtung in der Position des Elektronenstrahles 11. Unmittelbar nach dem Fortschaltimpuls P veranlaßt ein Abtastimpuls D_x das Flipflop 49, seinen Rücksetzzustand YO 972 114

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einzunehmen, wenn nicht das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 46 positiv ist. Bei dem nächsten Abtastimpuls S wird das gleiche Verfahren wiederholt mit der Ausnahme, daß diesmal das Fortschalten und Abtasten in Y-Richtung erfolgt. Beim dritten Abtastimpuls S wird das Verfahren erneut für die X-Richtung wiederholt usw., wobei die ungeradzahligen Abtastimpulse die Fehlerkorrektursignale in der X-Rlchtung und die geradzahligen diejenigen in Y-Richtung steuern. Daher werden die Korrekturschritte abwechselnd in zueinander orthogonalen Richtungen vorgenommen. Der von der Platte 34 gesammelte Strom unter der Ausriehtöffnung 32 ist maximal, wenn der Strahl zentriert. Daher sucht die Regelschaltung 33 den maximalen Strom in zwei zueinander senkrechten Richtungen. Die Schrittgröße in jeder Richtung muß kleiner sein als der zulässige Ausrichtfehler, da, wie vorher erwähnt, die Regelschaltung langsam betrieben wird, um Störprobleme zu vermeiden. Die analoge Ausgangsspannung des Digital-Analogumsetzers 55 wird einer üblichen Spulentreiberschaltung 56 in der X-Jochtreiberschaltung 40' zugeführt, die den Ablenkstrom in der X-Spule 15' liefert. Es versteht sich natürlich, daß eine gleiche Jochtreiberschaltung für die Y-Spule vorgesehen ist.

Der X-Abweichgenerator 41' enthält einen Feldeffekttransistorschalter 57, der durch den Taktgeber 38 gesteuert wird. Ein Potentiometer 58 für die X-Ausrichtung liefert über den Feldeffekttransistorschalter 57 die Abweichgleichspannung an die Spulentreiberschaltung 56. Außerdem ist ein Schalter 59 vorgesehen, der durch den Taktgeber 38 gesteuert wird und mit dem Eingang des Feldeffekttransistorschalter 57 verbunden ist.

Das manuell einstellbare Potentiometer 42', das dazu benutzt wird, die X-Position der Zentrieröffnung einzustellen, ist ebenfalls mit der Spulentreiberschaltung 56 verbunden. Die manuelle Justage mittels des Ausrichtpotentiometers 42' oder des X-Ausrichtpotentiometers 58 oder der entsprechenden Potentiometer in den Y-Schaltungen wird erleichert durch das Strommeßgerät 48.

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Die Taktgeberschaltung 38, die die Regelfunktionen synchronisiert, enthält einen Oszillator 60, der beispielsweise auf einer Frequenz von 1 kHz arbeitet. Diese Frequenz ist jedoch nicht kritisch. Der Ausgang des Oszillators 60 ist mit einem Zähler und einem Schieberegister 61 verbunden, welches die Taktsignale für die Boole'schen-Schaltungen 62 liefert. Diesen Schaltungen wird auch durch die Schnittstellenschaltung 17 ©in den C-Zyklus definierendes Signal und ein Signal zugeführt, das den Beginn des C-Zyklus anzeigt. Die Bool@⁸seh@n-Scha3Ltungen 62 liefern die Abtast-, Fortschalt- und Vergleichsimpulse nach Fig. 5. Außerdem sorgt sie für die Verzögerung t_g|. des Ausgangs Signa Is, um den Strahl 11 zu erlauben, sich auf die Ausriehtöffnung 32 einzustellen. Eine ähnliche Zeitverzögerung t_g2 ist am Ende des C-Zyklus vor dem Ausblenden des Strahles 11 erforderlich, um dem Strahl die Einstellung auf die normale Position vor dem Beginn des nächsten A-Zyklus zu ermöglichen. Der Feldeffekttransistorschalter 57 in dem Abweichgenerator 41' wird ebenfalls durch den C-Zyklus definierende Signal gesteuert, das den Boole¹schen-Schaltungen 62 zugeführt wird.

Es ist offensichtlich, daß eine Anzahl von Veränderungen bei der in Fig. 4 dargestellten digitalen Regelschaltung vorgenommen werden kann. Zum Beispiel können der Vorwärts- Rückwärtszähler 52 und der Digital-Analogumsetzer ersetzt werden durch einen analogen Treppengenerator, der eine geeignet lange Halteperiode aufweist.

Ein anderes Ausführungsbeispiel mit einer analogen Regelschaltung 33 ist in Fig. 6 dargestellt. Wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel wird der Strahl 11 zu der Abwelchausrlchtungsöffnung 32 in der Platte 20 abgelenkt. Die stromabfühlende Platte 34 ist mit dem Eingang des Fehlerdetektors 137 verbunden. Der Fehlerdetektor 137 enthält einen Operationsverstärker 143, der einen Rückkopplungswiderstand 144 aufweist'und direkt mit der Strommeßplatte 34 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 143 ist mit einem Strommeßgerät 148 über den Widerstand 147 verbunden. Wie

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vorher wird das Strommeßgerät 148 dazu benutzt, um die erforderlichen manuellen Justierungen für das Ausrichten vorzunehmen. Der
Ausgang des Operationsverstärkers 143 ist mit dem Eingang eines
Bandpasses 163 verbunden. Der Strom der Platte 34 ist eine Funktion der Strahlposition, die eine eine Gauss-Kurve ist. Der Zweck des Bandpasses 163 ist es, ein Ausgangssignal zu liefern, das proportional ist zur ersten Ableitung des Plattenstromes hinsichtlich der Strahlverschiebung. Wenn daher der Strahl 11 ausgerichtet ist, hat das Ausgangssignal des Bandpasses den Wert Null. Jede Abweichung von der genauen Ausrichtung bewirkt jedoch, daß der Bandpass 163 ein Ausgangssignal aufweist, dessen Phase die Richtung
der Fehlausrichtung anzeigt.

Das Ausgangssignal des Bandpasses 163 wird den Eingängen der Feldeffekttransistorschalter 164» 165, 166 und 167 zugeführt. Die
Feldeffekttransistorschalter 164 und 165 werden durch die Taktgeberschaltung 138 mit einer Phasenverschiebung von 180° durchgeschaltet. In ähnlicher Weise werden die Feldeffekttransistorschalter 166 und 167 durch den Taktgeber 38 mit einer Phasenverschiebung von 180° durchgeschaltet. Die Schaltfunktionen der Feldeffekttransistoren 164 und 166 sind jedoch um 90° phasenverschoben, während die Schaltfunktionen der Feldeffekttransistorschalter 165 und 167 ebenfalls um 90° phasenverschoben sind.

Die Ausgangssignale der Feldeffekttransistorschalter 164 und 165
werden den Eingängen eines mit einem Tiefpassfilter versehenen
Differenzverstärkers 168 zugeführt. Die Feldeffekttransistorschalter 164 und 165 bilden zusammen mit dem Differenzverstärker 168 einen phasenempfindlichen Gleichrichter, der die Phase des Ausgangssignals des Bandpasses 163 feststellt, das nur der Strahlverschiebung in der X-Richtung entspricht. Die Ausgänge der Feldeffekttransistoren 166 und 167 sind mit dem Eingang eines einen Tiefpass enthaltenden Differenzverstärker 169 verbunden und bilden zusammen einen phasenempfindlichen Gleichrichter, der nur Signale mit einer
Phasenverschiebungen 90° fi
in Y-Richtung entsprechen.

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Phasenverschiebungen 90° feststellt, die einer Strahlverschiebung

Die Durchschaltsignale für die Feldeffekttransistorschalter 164, 165, 166 und 167 werden durch einen Oszillator 160 und die zugehörigen Schaltungen in dem Taktgeber 138 erzeugt. Der Oszillator liefert ein erstes mit 0 bezeichnetes Durchschaltsignal und ein Signal, das gegenüber diesem um 180° in der Phase verschoben ist und in der Zeichnung durch ^ dargestellt ist. Ein um 90° in der Phase gegenüber dem Signal 0 verschobenes Signal, daß mit j 0 bezeichnet ist, wird durch eine Integrierschaltung erzeugt, die einen Operationsverstärker 170 enthält, der einen Rückkopplungskondensator 171 und einen Eingangswiderstand 172 enthält, der mit dem 0-Ausgang des Oszillators 160 verbunden ist. Dieses um 90 phasenverschobene Signal wird dazu benuzt, um den Feldeffekttransistorschalter 166 durchzuschalten. Es versteht sich, daß eine ähnliche Integrierschaltung benuzt wird, um das Signal j j? zu erzeugen, das dazu benuzt wird, den Feldeffekttransistorschalter 167 durchzujlschalten.

Das Fehler-Ausgangssignal des DifferenzVerstärkers 168 wird einer Spur- und Halteschaltung 173 zugeführt, die durch das den C-Zyklus definierende Eingangssignal gesteuert wird. Das Ausgangssignal dieser Schaltung wird als ein Eingangssignal einer Summierschaltung 174 der X-Jochtreiberschaltung 140* zugeführt. Die Summierschaltung empfängt als weitere Eingangssignale das Ausgangssignal des Abweichgenerators 141' und das des Potentiometers 142' für manuelle Ausrichtung. Der Abweichgenerator 141' enthält einen Feldeffekttransistorschalter 175, der durch das den C-Zyklus definierende Signal gesteuert wird, um eine feste Gleichspannung, die durch das Potentiometer 176 erzeugt wird, zu der Summierschaltung 174 durchzuschalten. Die Summierschaltung 174 wird ihrerseits durch das Ausgangssignal eines Feldeffekttransistorschalters 177 durchgeschaltet, der durch das den C-Zyklus definierende Signal gesteuert wird und das Ausgangssignal 0 des Oszillators 160 durchschaltet. In der entsprechenden Y-Jochtreiberschaltung würde die Summiersehaltung gesteuert durch das Ausgangssignal j ^ der Integrierschaltung, die einen Operationsverstärker 170 enthält, der wiederum duch das C-Zyklus definierende Signal durchgeschaltet wird.

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Das Ausgangs signal der Suinmlerschaltung 174 wird dem Stromverstärker 178 der Spulentreiberschaltung zugeführt, der seinerseits mit dem Ausrichtjoch 15 verbunden 1st.

Aus der vorgehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Analogregel schaltung, die in Fig. 6 dargestellt ist, in ähnlicher Weise arbeitet wie die in Fig. 4 dargestellte digitale Regelschaltung. Das heißt, der Strahl 11 wird schrittweise in orthogonalen Richtungen abgelenkt, um ihn automatisch auszurichten. Es können jedoch die X- und die Y-Regelschaltungen gleichzeitig arbeiten und dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die meisten der Durchschaltfunktionen eliminiert werden.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur genauen Ausrichtung eines Strahles elektrisch geladener Teilchen zwecks Korrektur von durch seitliche Strahlabweichung verursachten Instabilitäten/ gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Ablenken des Strahles gegenüber seiner'normalen Achse auf eine vorgegebene Abweichposition,

b) Abfühlen des Ausrichtungsfehlers des Strahles in dieser Abweichposition und

c) Korrektur der Strahlausrichtung in der Abweichposition, wodurch die Strahlausriehtmig in dieser Position die Strahlausrichtung längs d®r normalen Achse im unausgelenkten Zustand veranlaßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur der Strahlausrichtimg durch Bewegung des Strahles in kleinen Schritten in zwei zueinander senkrechten Richtungen erfolgt? dl@ so lange ausgeführt werden, bis der abgefohlt® F©hler auf einen minimal®» Wert reduziert ist.
3. Verfahren nach dmn Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet „ daß zur Korrektur der Strahlausrichtung der Strahl abwechselnd in der ain@n und dann in dor dazu senkrechten Richtung bewegt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dl® kleinen Schritte, In denen der Strahl bewegt wird, kleiner sind als der zulässige Ausrichtungsfehler .
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl periodisch ausgetastet und die Verfahrensschritte der Ablenkung, des Abfühlens und der Korrektur nur während des Austastens durchgeführt werden, so daß der Strahl ohne Störung der normalen Betriebsweise ausgerichtet wird.

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6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Ablenkung des Strahles gegenüber seiner normalen Achse auf eine vorgegebene Abweichposition, eine Einrichtung zum Abfühlen des Ausrichtfehlers des Strahles in der Abweichposition und

eine Einrichtung zur Korrektur der Strahlausrichtung in der Abweichposition, so daß der Strahl wieder längs seiner normalen Achse ausgerichtet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Korrektur der Strahlausrichtung Mittel zur Bewegung des Strahles in kleinen Schritten in zwei zueinander senkrechten Richtungen enthält, bis der Ausrichtfehler ein Minimum ist.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekenn-

- zeichnet, das die Mittel zur Strahlbewegung den Strahl abwechselnd in kleinen Schritten in zwei zueinander senkrechten Richtungen bewegen.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinen Schritte, in denen der Strahl bewegt wird, kleiner sind als der zulässige Ausrichtfehler.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen £ bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abfühlen des Ausrichtfehlers enthält:

a) eine erste Platte (19, Flg. 2) mit einer zentralen Öffnung an der Stelle der Achse des unabgelenkten Strahles und einer Hilfs-Abwelch-Öffnung (32), die sich seitlich der normalen Achs· des Strahles befindet

b) ein· zweit· Platte (34) mit einer zentralen Öffnung an der Stelle der Achse des unabgelenkten Strahles, die von der ersten Platte getrennt, aber in geringem Abstand von ihr angeordnet 1st, um den die HilfsÖffnung passle-

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renden Strahl aufzunehmen, und

c) an die zweite Platte angeschlossene Mittel zur Erzeugung eines dem zum aufgenommenen Strahlstrom proportionalen Signals.

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