Brevet FR2818002A1 — publié le 20020614

L'invention concerne un agencement formant bobinage d'enroulement pour une lentille magnétique qui contrôle un faisceau de particules chargées, comme celui dirigé par un instrument sur un très petit point sur un échantillon pour obtenir des caractéristiques de cet échantillon et, en particulier, à un agencement formant bobinage d'enroulement qui permet un ajustement plus rapide du flux magnétique et avec une meilleure définition. Divers instruments sont connus qui utilisent une lentille magnétique pour contrôler un faisceau de particules chargées dirigé vers un échantillon et qui sont basés sur l'interaction de particules chargées émises par cet échantillon pour obtenir des caractéristiques de celui-ci. Des exemples de ces instruments sont un microscope électronique et un microscope à faisceau d'ions focalisé. D'autres machines peuvent également utiliser une lentille magnétique pour diriger un faisceau de particules chargées vers un échantillon, comme une machine de lithographie. Pour faciliter la description de la présente invention, celle-ci sera expliquée en rapport avec un microscope électronique à balayage ("SEM"). Cependant, il faudrait comprendre que l'invention n'est pas limitée à un SEM et peut être appliquée par l'homme de l'art à d'autres instruments et machines qui requièrent un faisceau focalisé de particules chargées. Un SEM fonctionne en produisant un faisceau électronique à balayage primaire qui heurte un échantillon dont une surface est visualisée. Par conséquent, des électrons rétrodiffusés et secondaires sont émis par la surface de l'échantillon et sont recueillis par un détecteur qui est agencé à proximité de la surface de l'échantillon. Le détecteur produit un signal de l'émission des électrons collectés de la surface de l'échantillon lorsqu'elle est exposée au faisceau électronique. Le signal du détecteur est utilisé comme une entrée à divers composants électroniques bien connus pour émettre des signaux utilisés pour visualiser une image de la surface sur un écran vidéo. Un agencement typique des composants principaux d'un SEM est représenté schématiquement sur la figure 1. Une source d'électrons 2 produit un faisceau d'électrons 3 qui est dirigé à travers des ouvertures alignées aux extrémités opposées du tube 4 vers l'échantillon 5. Le détecteur 6 collecte les électrons émis par l'échantillon 5. Le faisceau 3 passe à travers l'ouverture 8 dans le détecteur 6. Le faisceau 3 est contrôlé par des bobines stigmatiques 7, des bobines d'alignement 9, des bobines de balayage lla et llb et la lentille 13. La fonction de ces composants est bien connue. En bref, les bobines stigmatiques 7 sont utilisées pour corriger la forme du faisceau. Les bobines d'alignement 9 sont utilisées pour aligner le faisceau à travers le tube 4. Les bobines de balayage lla et llb dévient le faisceau électronique 3 dans deux directions, respectivement, par exemple le long d'une direction x et d'une direction y dans un plan perpendiculaire à la direction du faisceau. Les microscopes électroniques à balayage peuvent comprendre plus d'un quelconque de ces composants ainsi que d'autres composants qui ne sont pas décrits dans le présent document. De même, les positions des divers composants ne seront pas nécessairement telles que représentées sur la figure 1 qui est présentée dans un but d'illustration plutôt que de précision. La lentille 13 est une lentille électromagnétique qui est prévue pour focaliser le faisceau 3 sur un très petit point afin de permettre une visualisation d'une grande définition. Une telle lentille est généralement appelée lentille d'objectif. Dans la représentation illustrative de la lentille d'objectif 13 sur la figure 1, elle comprend une pièce polaire magnétique toroidale, en forme de canal 14 avec un pôle interne de lentille 15 et un pôle externe de lentille 17 et un enroulement 19 à l'intérieur du canal. La figure 2 est une vue en section transversale d'un type spécifique de lentille d'objectif 30. La description détaillée de la présente invention qui suit sera faite à propos de ce type de lentille 30 bien qu'il soit évident qu'une telle description ne limite nullement l'invention à l'utilisation de cette lentille seulement. Brièvement, la lentille 30 possède un pôle magnétique toroïdal, en forme de canal 40. Le pôle 40 possède une culasse interne 42, une culasse externe 44 et un enroulement 46 à l'intérieur du canal. Les culasses interne et externe 42 et 44 présentent des pôles 50 et 60 qui font saillie vers l'échantillon 5 et qui servent à créer un motif de flux magnétique qui focalise le faisceau 3 sur un très petit point lorsqu'il heurte l'échantillon. Bien qu'une lentille d'objectif 30 soit efficace pour focaliser le faisceau d'électrons 3, lorsqu'un ajustement du flux magnétique est requis pour procéder à un calibrage et à divers autres opérations de lentille, sa constante de temps est trop longue dans certains buts. De même, lorsqu'un ajustement relativement petit est requis, sa définission d'ajustement peut ne pas être suffisante. La présente invention a pour objet la réalisation d'un agencement formant bobinage d'enroulement pour une lentille magnétique qui permet un réglage plus rapide du flux magnétique, avec une définission améliorée. Cet objet est atteint conformément à la présente invention par un agencement formant bobinage d'enroulement du type indiqué au début qui comprend un agencement de bobine, un enroulement primaire enroulé sur l'agencement de bobine et ayant un nombre sélectionné d'ampère-tours; et un enroulement secondaire enroulé sur l'agencement de bobine et ayant un nombre sélectionné d'ampère-tours, o le nombre d'ampère-tours de l'enroulement secondaire est sensiblement plus petit que le nombre d'ampère-tours de l'enroulement primaire. De préférence, le nombre d'ampère-tours de l'enroulement secondaire peut se situer dans la plage de 1 % à 20 % du nombre d'ampère-tours de l'enroulement primaire. Selon une plus grande préférence, le nombre d'ampère-tours de l'enroulement secondaire peut se situer dans la plage de 5 % à 10 % du nombre d'ampère-tours de l'enroulement primaire. Selon une réalisation de l'invention, l'agencement de bobine comprend un rouleau de bobine, et lesdits enroulements primaire et secondaire sont enroulés sur des portions axiales différentes dudit rouleau de bobine et sont espacés l'un de l'autre. Selon une réalisation de l'invention, l'agencement de bobine comprend une première bride ou rebord s'étendant du rouleau de bobine et interposée entre les enroulements primaire et secondaire. Selon encore une réalisation de l'invention, l'agencement de bobine comprend une deuxième bride s'étendant depuis le rouleau de bobine et l'enroulement primaire se situe entre les première et deuxième brides. Enfin, selon encore une réalisation de l'invention, l'agencement de bobine comprend une troisième bride s'étendant à partir du rouleau de bobine, et o l'enroulement secondaire se situe entre les deuxième et troisième brides. L'invention se rapporte également à une lentille magnétique qui contrôle un faisceau de particules chargées et qui comprend un agencement formant bobinage d'enroulement tel que défini ci-dessus. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en section transversale d'un microscope électronique à balayage de l'art antérieur; - la figure 2 est une vue en section transversale d'une lentille d'objectif de l'art antérieur pour un microscope électronique à balayage; - la figure 3 représente une lentille d'objectif pour un microscope électronique à balayage avec un agencement d'enroulement en accord avec la présente invention; - la figure 4 est une vue en perspective d'un bobinage d'enroulement agencé en accord avec la présente invention; - la figure 5 est une vue en perspective d'une bobine pour le bobinage d'enroulement représenté sur la figure 4; - la figure 6 est une vue en élévation de la bobine représentée sur la figure 5; et - la figure 7 est une vue de dessus du bobinage d'enroulement représenté sur la figure 4. La figure 3 montre, en accord avec la présente invention, que l'enroulement 46 de la figure 2 a été divisé en enroulement primaire 65 et en enroulement secondaire 67. L'effet combiné des enroulements 65 et 67 en termes de la création du flux magnétique requis aux pôles 50 et 60 est le même que l'effet de l'enroulement unique 46. Ainsi, l'efficacité de la lentille d'objectif 30 pour focaliser le faisceau d'électrons 3 n'est pas réduite. Cependant, comme expliqué ci-dessous, l'agencement d'enroulement de la présente invention permet d'atteindre divers avantages. La figure 4 représente un enroulement de bobinage 68 avec des enroulements 65 et 67 enroulés sur l'agencement de bobine 69. L'agencement de bobine peut être une bobine unique sur laquelle les deux enroulements et 67 sont enroulés, ou bien une bobine séparée peut être prévue pour chaque enroulement. Pour faciliter la description, on utilise pour les deux approches simplement le terme "bobine". Les détails de la bobine 69 sont visibles sur les figures 5 et 6. Elle possède un trou central 70 à travers un rouleau de bobine 71, un rebord supérieur 73, un rebord inférieur 75 et un rebord intermédiaire 77. La bobine 69 est réalisée en aluminium anodisé. L'enroulement primaire 65 est enroulé entre les rebords 73 et 77, et l'enroulement secondaire 67 est enroulé entre les rebords 77 et 75. L'espacement entre les rebords 73 et 77 est nettement plus grand que celui entre les rebords 77 et 75 parce qu'il y a un nombre bien plus élevé d'enroulements primaires que d'enroulements secondaires, comme cela sera expliqué ci-dessous. La bobine 69 présente une encoche 79 qui s'étend d'une ouverture 81 dans le rebord 73 à l'espace entre les rebords 77 et 75. Pour enrouler les bobinages 65 et 67 sur la bobine, on commence avec le bobinage secondaire en faisant passer un fil de départ 82 de l'espace entre les rebords 75 et 77, à travers l'encoche 79 et en remontant à travers l'ouverture 81. L'enroulement secondaire 67 est ensuite enroulé pour qu'il ait vingt-cinq couches 85 (voir figure 7). Chacune des couches présente neuf tours 86 (voir figure 6) dans le sens horaire en regardant la figure 7, dans l'espace entre les rebords 75 et 77. Le fil d'extrémité 84 de l'enroulement secondaire 67 est placé sur l'extérieur de l'enroulement primaire 65 après que son enroulement a été complété. Le fil de départ 88 du bobinage primaire 65 est également amené à passer à travers l'ouverture 81 et ensuite vingt-cinq couches de quatre-vingt neuf tours chacune sont enroulées, dans le sens horaire en regardant la figure 7, dans l'espace entre les rebords 73 et 75. Le fil de fin 90 du bobinage primaire est amené à passer le long de sa périphérie extérieure d'une manière adjacente au fil de fin 84 du bobinage secondaire de telle sorte que les deux se terminent à un plat 92 sur le rebord 73. Des axes 92 et 94 sont fixés à la surface supérieure du rebord 73 et sont utilisés pour établir des connexions de borne aux extrémités des fils 82, 84, 88 et 90. Ces connexions de borne ne seront pas décrites en détail étant donné qu'elles sont évidentes pour l'homme de l'art. La bobine est dimensionnée pour s'adapter dans le canal de la pièce polaire 40 et est fixée en position d'une manière qui est évidente pour l'homme de l'art. Le rapport entre le nombre de tours des deux enroulements 65 et 67 est de 89 à 9 ou approximativement de 10 à 1. Une autre manière pour exprimer la même chose est que le nombre de tours pour l'enroulement secondaire 67 représente 10 % du nombre de tours de l'enroulement primaire 65 lorsque les deux enroulements ont le même nombre de couches. Ce pourcentage peut se situer dans la plage de 1 % à 20 % pour produire des bénéfices valables en termes de vitesse de réglage et de définition. La configuration d'enroulement décrite ci-dessus agencée en accord avec l'invention présente plusieurs résultats avantageux. Tout d'abord, elle permet un réglage plus rapide de la lentille magnétique étant donné que le réglage est effectué en faisant varier seulement le courant à travers l'enroulement secondaire. La constante de temps de l'enroulement secondaire est nettement plus petite que celle de l'enroulement primaire. Deuxièmement, le réglage du courant est commandé par un dispositif de commande numérique. En temps que tel, il possède un nombre fini de positions discrètes. Dans un but d'illustration, le nombre des positions ou réglages discrets est de 100. Si le flux magnétique crée par l'enroulement 19 de l'art antérieur est de 1000 Gauss et que l'enroulement secondaire de la présente invention crée un flux magnétique de 100 Gauss (il possède 10 % des ampère-tours de l'enroulement 19), alors la définition par réglage avec le grand enroulement 19 de l'art antérieur est de 10 Gauss/réglage tandis que la définition par réglage avec l'enroulement secondaire 67 de la présente invention est de 1 Gauss/réglage. Bien qu'un mode de réalisation préféré de la présente invention ait été décrit en détail ci-dessus, diverses modifications de celle-ci viendront à l'esprit de l'homme de l'art. Il faut comprendre qu'un aspect clé de l'invention est la réalisation de deux enroulement sur la bobine qui ont des ampère-tours sensiblement différents. On connaît diverses manières pour faire varier les ampère-tours. Une manière particulière a été décrite ci-dessus, à savoir en utilisant le même nombre de couches d'enroulements mais un nombre différent de rangées d'enroulements. Cependant, ce résultat peut également être atteint en faisant varier le nombre des couches d'enroulements. De plus, le courant passant à travers les enroulements peut être différent. Bien évidemment, une combinaison des trois possibilités peut être utilisée. Un autre type de modification possible implique le positionnement des enroulements l'un relativement à l'autre. Dans la présente description, l'enroulement primaire est placé axialement au-dessus de l'enroulement secondaire sur le rouleau de bobine. Cependant, cette disposition peut être tout aussi bien inversée. De même, l'un des enroulements peut être enroulé radialement à l'extérieur de l'autre. Un autre type de modification possible implique l'application de cette invention à des lentilles autres que des lentilles d'objectif. L'invention peut être appliquée à n'importe quelle lentille magnétique qui possède une grande constante de temps qui gène la vitesse de réglage. Ces variations ainsi que d'autres sont destinées à se situer dans l'étendue de la présente invention telle que définie par les revendications suivantes. REVENDICATIONS 1. Agencement formant bobinage d'enroulement pour une lentille magnétique qui contrôle un faisceau de particules chargées, caractérisé en ce qu'il comprend un agencement de bobine (69), un enroulement primaire (65) enroulé sur ledit agencement de bobine et possédant un nombre sélectionné d'ampère-tours, ainsi qu'un enroulement secondaire (67) enroulé sur ledit agencement de bobine et possédant un nombre sélectionné d'ampère- tours, o le nombre d'ampère-tours dudit enroulement secondaire (67) est sensiblement plus petit que le nombre d'ampère-tours dudit enroulement primaire (65). 2. Agencement formant bobinage d'enroulement selon la revendication 1, o le nombre d'ampère-tours dudit enroulement secondaire (67) se situe dans la plage de 1 % à 20 % du nombre d'ampère-tours dudit enroulement primaire (65). 3. Agencement formant bobinage d'enroulement selon la revendication 1, o le nombre d'ampère-tours dudit enroulement secondaire (67) se situe dans la plage de 5 % à 10 % du nombre d'ampère-tours dudit enroulement primaire. 4. Agencement formant bobinage d'enroulement selon la revendication 1, o ledit agencement de bobine (69) comprend un rouleau de bobine (71), et lesdits enroulements primaire et secondaire sont enroulés sur des portions axiales différentes dudit rouleau de bobine et sont espacés l'un de l'autre. 5. Agencement formant bobinage d'enroulement selon la revendication 4, o ledit agencement de bobine (69) comprend un premier rebord s'étendant depuis ledit rouleau de bobine et interposé entre lesdits enroulements primaire et secondaire. 6. Agencement formant bobinage d'enroulement selon la revendication 5, o ledit agencement de bobine (69) comprend un deuxième rebord s'étendant à partir dudit rouleau de bobine, et o ledit enroulement primaire (65) se situe entre lesdits premier et deuxième rebords (73, 77). 7. Agencement formant bobinage d'enroulement selon la revendication 6, o ledit agencement de bobine comprend un troisième rebord s'étendant à partir dudit rouleau de bobine, et o ledit enroulement secondaire (67) se situe entre lesdits deuxième et troisième rebords (77, 75). 8. Lentille magnétique qui contrôle un faisceau de particules chargées, caractérisée en ce qu'elle comprend un bobinage d'enroulement tel que défini dans l'une des revendications 1 à 7.