Иммерсионная система для фокусировки пучка заряженных частиц

 

ИММЕРСИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ФОКУСИРОВКИ ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ , содержащая последовательно, расположенные на одной оси электроды , выполненные в виде поверхностей, образующая которых параллельна оси системы, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения аберраций и расширения диапазона регулировки формы пучка, по крайней мере один из электродов выполнен из четырех частей, при этом противолежащце части равны между собой, а соседние различны, и все части расположены на одинаковом расстоянии от оси системы. (О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И)

3(5g " 01 J 3/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;, Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3377152/18-21 (22) 06. 01. 82 (46) 07.04.84. Бюл.¹13 (72) Л.А. Баранова, Т.Я.Фишкова, Е.В. Шпак и С.Я. Явор (71) Ордена Ленина физико-техничес кий институт им. А.Ф.Иоффе (53). 621.384.6(088.8) (56) 1. Финк, Кискер Метод быстрого расчета траекторий электронов в многоэлементных электростатических цилиндрических линзах. Кеч.Sci.

Instr. ч.51, 1980, №7, р.918-920 °

2. Адамс, Рид "Электростатические цилиндрические линзы П1: трехэлектродные линзы с несимметричным .напряжением. I.Phys.Е. Scientific. Instrum, v.5, 1972, №2, р.156-160 (прототип). (54) (57) HNMEPCHOHHAH СИСТЕМА ДЛЯ

ФОКУСИРОВКИ ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащая последовательно, расположенные на одной оси электро-ды, выполненные в виде поверхностей, образующая которых параллельна оси системы, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения аберраций и расширения диапазона регулировки формы пучка, по крайней мере один из электродов выполнен из четырех частей, при этом противолежапще части равны между собой, а соседние различны, и все части расположены на одинаковом расстоянии от оси системы.

1084912

Изобретение относится к электронной оптике, а именно к электростатическим линзам, и может быть использовано при разработке электростатических анализаторов, ускорителей 5 заряженных частиц и систем транспортировки пучков, Известна иммерсионная система для фокусировки пучка заряженных частиц, содержащая несколько цилиндров одина- 10 кового диаметра, расположенных последовательно на одной оси )1) .

В известном устройстве фокусировка пучка осуществляется в результате подачи разности потенциалов на ци- . 15 линдры, что приводит к появлению радиально направленных электрических нолей, воздействующих на пучок.

Недостатком устройства является то, что оно работает лишь с пучком 20 круглого сечения на входе и выходе ,и имеет большие аберрации.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является иммерсионная система для фокусиров- 25 ки пучка заряженных частиц, содер.жащая последовательно расположенные на одной оси электроды, выполненные в виде поверхностей, образующая которых параллельна оси системы f2) .

В известном устройстве фокусировка пучка осуществляется в результате подачи разности потенциалов на электроды, что приводит к появлению

35 радиально направленных электрических полей, воздействующих на пучок.

Недостатком известного устройства является большая величина сферической аберрации, которая не может быть устранена беэ применения дополнительных корректирующих электроннооптических элементов.

Кроме того, в известном устройстве ограничен диапазон регулирования

45 формы пучка.

Целью изобретения является уменьшение аберраций и расширение диапазона регулировки формы пучка, Поставленная цель достигается тем, что в иммерсионной системе для фокусировки пучка заряженных частиц, содержащей последовательно расположенные на. одной оси электроды, выполненные в виде поверхностей, образующая которых параллельна оси системы, по крайней мере один из электродов выполнен из четырех частей, прн этом противолежащие части равны между собой, а соседние различны, и все части расположены на одинаковом расстоянии от оси системы.

На фиг.1 и 2 изображена иммерсионная система с круглыми электродами, на фиг.3 — сечения А-А, Б-Б и В-В на фиг.1 на фиг.4 — сечения Г-Г

1 и Д-Д на фиг.2; на фиг.S — предлагаемая система с квадратными электродами," на фиг.б — сечения Е-Е7

Ж-Ж и 3-3 на фиг.5. . Устройство содержит расположенные на общей оси электроды 1-3

7 по крайней мере один из которых выполнен из четырех частей.

Устройство работает следующим образом.

На электроды 1 и 2 подаются потенциалы »и 92, которые определяют энергию пучка на входе и выходе системы, т.е. замедляют или ускоряют пучок заряженных частиц, и одновременно участвуют в фокусировке. На срецний разрезанный на четыре части электрод 3 (для j-го и 1ц-го вариантов подаются потенциалы так, что две одинаковые противолежащие части имеют потенциал р + 7,а две другие одинаковые противолежащие части имеют потенциал Я вЂ” 7 где Ф

7 осесимме тричная, а М вЂ” квадрупольная составляющие. Потенциалы

9 +Y подбираются таким образом, чтобы пучок заряженных частиц заданной формы фокусировался в определенном месте.

Все сказанное остается верным и в том случае, если разрезан первый или третий электроды.

Для q -ro варианта предлагаемой системы (фиг. 3), в котором оба электрода выполнены разрезанными, подача потенциалов осуществляется следующим образом: на электрод 1 подается потенциал»»7» i Ч» на электрод 2- 47 Yg

При изменении энергии пучка Р /ф» потенциалы 7» и Ч2 подбираются так, чтобы пучок с данными начальными условиями фокусировался в требуемом месте.

Длины соседних сторон разрезанных электродов выбираются из условий минимизации коэффициентов аберрации третьего порядка. Угловой зазор о(, (фиг.3) или расстояние между сосед- ними плоскими электродами д-с» должны быть малыми (М « - О, 1 рад О 8

Q э 7 9 и - (0,9 и 0,9 . — «4 1,0). В проПараметры, характеризующие электронно-оптические свойства первого порядка, даны в табл.1.

Т а б л и ц а 1

1 1

Ф Ф V М

Л ф» Ф» ф» 0

f f о

Z (f ) Е(Г ) о о

foe

2,00 8,00 0,400 1,33 1,88 1,67 0,960 1,00 2,00 1,44

10,0 9,00 0,400 0,865 2,74 2,22 0,815 1,00 2,00 0,297 системы в целом. Все электронно-оптические параметры здесь и в дальнейшем даны в единицах 3)

Коэффициенты, характеризующие сферическую аберрацию третьего порядка системы в плоскости, где квадрупольная составляющая является собирающей даны в табл.2..

Таблица 2

«Ф2

2,00

О, 667

О, 733

2,16

1,01

8,01

10,0

0,61

-1,32

4,13

Здесь Я;, -увеличение осесимметричной составляющей; $ (4 C. P — угловой размер противо1 лежащих частей разрезан55 ного цилиндра, М вЂ” угловое расстояние между соседними частями (фиг. l ).

3 1084 тином случае помехойесущие поля будут проникать в область, занимаемую пуч" ком, и нарушать условия фокусировки и коррекции. Коэффициенты сферической аберрации третьего порядка в плоскости x O Z предлагаемой системы раСсчитываются по следующим формулам к

-Ф

С„ => С„„М

10 гдеС и g — суммарные коэффициенты сферической аберрации, С „иС » п- коэффициенты сферической аберрации отдельных линз

il- »

М „„Пv,и линейные увеличения части системы, расположенЧ 1 )— ной перед И -й линзой в плоскости

XOZ и » О соответственно. Выражения для ко.ффициентов аберрации в плоскости 0 о 2 получаются из выражения (1) путем замены индексов Х .

Ниже приведены результаты расчета режимов работы рассматриваемой систе.

Здесь о и f o Е(Го)и4, (Я 1 фокусные расстояния и положения фокусов осесимметричной составляющей в прост40 ранстве предмета и изображения, соответственно f и X (V» ) — фокусные расстояния и положения фокусов квадрупольной составляющей в собирающей плоскости, 1ос — фокусное расстояние

912 4 мы, преобразующей круглый пучок в клинообразный (пучкопараллельный оси Я в плоскости, где квадрупольная составляющая является рассеивающей, и сходящийся в плоскости, где она является собирающей) и в эллиптический. о

B а р и а н т 1. Система состоит из трех цилиндров одинакового диаметра 2, последний из которых (электрод 2, фиг. 1) разрезан на четыре части, длина среднего электрода равна D, расстояние между . соседними цилиндрами равно О, 1 D.

Отношения потенциалов 9 / » выбраны следующими: 1)» г bP„=2; 9< J9 = 10 °

Расстояния от предмета до центра среднего электрода в плоскостях, где квадрупольная составляющая является собирающей (Cla ) и рассеивающей (ay ) равны (Зс = ag = 40, расстояния от центра среднего электрода до изображения в тех же плоскостях

-g =E,59, g> >= c o .

1084912

При угле g 80в, коэФФициент сферической аберрации предлагаемой системы в 7-8 раз меньше, чем при/а

=90, когда последний электрод разрезан на четыре равные части, т.е. отсутствует октупольная составляющая. Сферическая аберрация предлагаемой системы меньше аберрации осесимметричной линзы С известной системы более, чем в два 1б ваза.

В à р и а н т If. Система сосТоНТ из двух цилиндров каждый из которых разрезан на четыре части.

Отношения потенциалов 9 второго 15 цилиндра и Ф» — первого выбраны следующими: 1) Р j Є =0,5, 2)9 tP„ =0,2, !

Дпины обоих цилиндров равны 1,5 2 расстояние между цилиндрами 0,13, Следующие геометрические параметры 20 оставались постоянными в обоих случаях: расстояние от предмета до первого цилиндраа =2,53, расстояние от второго цилиндра до изображения ! = 109. Расчет потенциалов Ч и обеспечивающих формирование эллиптического пучка с заданными параметрами, проведенный на 38М путем численного решения уравнения движения пал

1) Fz/ Р,=0,5,%

2) Pz(% =0,2,Ч, ф, =0,019,Vg(

В системе, содержащей два разрезанных на четыре неравные части цилиндра можно уменьшить (а для отдельных режимов и полностью скорректиро- З вать) два коэффициента сферической аберрации, определяющих ширину линейного изображения по всей длине линии.Так при углах у, =68 и yz =94 коэффициенты сферической аберра ни

С и С!!щ для PZ l4 0,2 по абсолютной величине меньше, чем при

=90 в 5,3 2,3 раза соответственно. При Pzg,=0,5 оба коэффициента С! и С равны нулю при )< =68о и g =94о Сферическая аберрация предлагаемой системы меньше аберрации известной более,чем в 4 раза в обоих случаях.

В а р и а н т !!!. Система состоит из трех электродов квадратного сечения. Разрезан на четыре части последний электрод. При тех же исходных значениях геометрических и электрических параметров, которые были взяты для варианта Т, фокусирующие свойства первого порядка остаются без изменения (таблица 1).Àáåððàöèîííûå свойства системы меняются. Коэффициент сферической аберрации Сх предлагаемой системы меньше по абсолютной величине аберрации линзы, состоящей из трех электродов квадратного сечения (d!>-1), в 1,7 раз при Р (Ф» =2 и в

1,2 раза при Pz(4, =10).

Таким образом, предлагаемая иммерсионная система формирует пучки различной формы (круглый, эллиптический, клинообразный и т.д.) и при этом обладает меньшими в 1,2-4 раза аберрациями по сравнению с известной системой.

1084912

В-В фиг. Л

:Г-Г

4Риг.Ю.

BHHHIIH Заказ 2028/50 Тираж 683 . Подписное

Филивл IIIIG "Патент" ° г. Ужгород, ул. Проектная, 4