Оптическая колонка для излучения частиц

 

Изобретение относится к области тонкой артерии. Излучающая пучок частиц колонка включает игольчатый источник ионов, например источник ионов жидкого металла, одну или несколько круглых лизн и множество чередующихся квадрупольных линз. В качестве варианта описана излучающая пучок ионов колонка, включающая источник ионов жидкого сплава (1), чередующиеся квадрупольные линзы (14, 16) и фильтр скоростей Вина (22). Такие колонки излучают более остро сфокусированный пучок, чем колонки на основе лишь электростатических линз, и обеспечивают увеличенную апертуру линз и более сильные токи пучка. Техническим результатом является расширение области использования за счет обеспечения более сильных токов скоростями записи, за счет применения полностью ахроматических систем. 3 с. и 4 з.п.ф-лы, 7 ил.

Правительство Соединенных Штатов оплатило лицензию за данное изобретение и за право при ограниченных обстоятельствах требовать от владельца патента выдавать лицензию другим лицам на разумных условиях в соответствии с положениями разрешения номер IS185 21 280, выданного Национальным Научным Фондом.

Область техники Изобретение относится к области ионной оптики, поскольку оно применяется в оборудовании, предназначенном для получения остро сфокусированных пучков ионов, используемых главным образом в таких областях, как микротехнология и микроанализ, например в ионной имплантации в полупроводники, микрообработке материалов, ионнолучевой литографии и вторичной ионной микроскопии.

Предпосылки создания изобретения Известное из техники оборудование для получения острых пучков состоит из игольчатого источника частиц, способного излучать электроны или вызывать ионизацию окружающего газа, поверхностную ионизацию при низких температурах, или, более часто, представляющего собой иголку, смоченную в жидком металле или сплаве, содержащем требуемые ионы. В некоторых случаях для получения изображения источника очень маленькой области излучения применяется одна линза. Более высокая интенсивность достигается за счет применения конденсорных линз вблизи источника или множества конденсорных линз. Когда применяются несколько линз, возможно получить чередующееся изображение источника, а если чередующееся изображение поместить в центр ионно-оптического компонента, например ускоряющего промежутка фильтра Вина, вызванные этим компонентом аберрации значительно снижаются. Тем не менее фокусирующая способность всех систем, использующих электростатические линзы, ограничена хроматической аберрацией таких линз в сочетании с неизбежным разбросом по энергии ионов, вылетающих из источника ионов. Полная ширина d окончательного фокального пятна вычисляется по формуле d = C a dE/E, где dE - разброс по энергии вокруг центральной величины Е энергии ионов, a - полный угол сходимости окончательного фокуса и C - коэффициент хроматической аберрации.

Хроматическая аберрация отличается от других видов аберрации своей зависимостью первого порядка от величины a. Например, величина сферической аберрации круглой линзы отклоняется до a³. Таким образом, хроматическая аберрация первого порядка имеет значение при малых величинах апертур линзы, когда величина сферичности становится очень маленькой, а сферическая аберрация 3-го порядка будет преобладать при высоких значениях a.

Недостаточная фокусирующая способность электростатических систем накладывает ограничения на применение на ионно-оптические устройств, что в течение долгого времени являлось проблемой на предшествующем уровне техники. В таких областях применения, как микрообработка, первоочередное значение имеет плотность тока. Поток из источника ионов жидкого металла рассчитывается по формуле I = B a_s b_s r², где обычно яркость B = 10⁶ А/ср - кв. см, углы излучения a_s, b_s = 400 миллирадиан, а эффективный радиус источника меньше, чем r = 100 ангстрем. Поскольку эффективный источник настолько мал, размер пучка определяется величиной d, а не геометрическим изображением источника. Соответственно, плотность тока J рассчитывается по формуле J = I/(d²) = B(a_s b_s/ab) (rE/C dE)².

Поскольку величина E/C в электростатических линзах примерно постоянна, предполагалось, что полученная максимальная плотность тока, равная около 1 А/кв. см, не может быть существенно увеличена в ближайшем будущем. Даже сложные электростатические линзы с четырьмя электродами имеют максимальную плотность тока в 10 А/кв. см. С учетом этой существующей длительное время проблемы целью настоящего является повышение плотности тока за счет применения ахроматических линз, в которых C = 0.

Когда требуется охват образца с большой поверхностью, как при безмасочной ионной имплантации для производства интегральных схем специального применения, более важным становится ток, а не плотность тока. В системе с одной линзой при токе в 1 наноангстрем время, затрачиваемое на запись 4-дюймовой платы с плотностью 10¹³ ионов/кв.см., составляет около 1 часа. Слабый ток является проблемой для такого оборудования. Более сильные токи можно получить, используя системы с множеством линз, что дает возможность увеличивать значения a и b. Тем не менее такое увеличение углов приводит к аберрациям, способным сделать сфокусированный пучок больше, чем требуемый размер элемента. При углах, меньших, чем угол излома, при котором хроматическая и другие виды аберраций равны, устранение хроматической аберрации приведет к увеличению рабочего угла и усилению тока для любого данного размера сфокусированного пучка. Соответственно, целью настоящего изобретения является обеспечение более сильных токов и ведение микрообработки с более высокими скоростями записи за счет применения полностью ахроматических систем, в которых C = 0.

Краткое раскрытие изобретения Излучающие пучок ионов колонки, включающие источник ионов жидкого металла и множество электростатических линз, не способны генерировать острые пучки, сфокусированные на пятне такого же малого размера, как изображение источника ионов. Вместо этого, в результате разброса по энергии ионов, излучаемых из источника, происходит изменение фокусного расстояния, что приводит к нерезкости и увеличению изображения. Хроматическая аберрация такого рода свойственна всем электостатическим и исключительно магнитным линзам. Излучающая пучок ионов колонка, устраняющая эту проблему, состоит из сочетания игольчатого источника ионов, множества электростатических линз и множества чередующихся квадрупольных линз, представляющих собой 8-полюсные линзы с попеременно электрическими и магнитными полюсами, образованными за счет чередующихся электрических и магнитных квадрупольных линз. Путем регулировки соотношения электрических и магнитных полюсов возможно сделать чередующиеся линзы ахроматическими, тем самым значительно уменьшив хроматическую аберрацию колонки, или добиться отрицательной хроматической аберрации линз, в результате чего хроматическая аберрация колонки полностью исключается.

Предназначенная для применения в области ионной имплантации излучающая пучок ионов колонка с разделением изотопов, удаляющая нежелательные ионы, образовавшиеся в источнике ионов жидкого сплава, состоит из колонки с фильтром скоростей Вина, расположенным за источником ионов. Такая колонка может быть короткой и прямой, однако способной генерировать ионы с одним атомным номером в окончательном фокусе.

Исключение хроматической аберрации также допускает применение больших апертур в линзах, за счет чего при данном размере пятна сфокусированного пучка получают более сильный ток пучка. Тогда размер апертуры будет ограничен аберрациями более высокого порядка, а не хроматической аберрацией первого порядка.

Краткое описание чертежей На фиг. 1 изображен поперечный разрез излучающей пучок ионов ахроматической колонки. На фиг. 2 изображен поперечный разрез чередующихся квадрупольных линз. На фиг. 3-7 изображены схемы ахроматических колонок, на которых показаны направления типичных лучей в двух основных разрезах оптических систем. На фиг. 3 изображена колонка, включающая инактивную конденсорную линзу и преимущественно ахроматические чередующиеся линзы. На фиг. 4-7 отрицательная хроматическая аберрация в чередующихся линзах применяется для коррекции хроматической аберрации других линз в колонке. На фиг. 4 конденсорные линзы сводят ионы в параллельный пучок. На фиг. 5 конденсорная линза сводит ионы в пересекающиеся пучки. На фиг. 6 изображена излучающая пучок ионов ахроматическая колонка с разделением изотопов, а на фиг. 7 изображена ахроматическая система разделения изотопов, служащая для получения остро сфокусированных пучков на более высоких энергетических уровнях, чем это возможно с помощью колонок с двумя линзами.

Способы осуществления изобретения
Источник ионов жидкого металла 1 излучающей пучок ионов колонки обычно помещают в условия многокиловольтной отрицательной разности потенциалов относительно расположенного вблизи вытягивающего электрода 8, который обычно имеет плоскую поверхность со сквозным отверстием, обеспечивающим прохождение пучка ионов. Как хорошо известно из ионной и электронной оптики, за счет этого образуется "апертурная линза", обладающая рассеивающим действием. Для создания вблизи источника ионов вакуума 10^-8 торр предусмотрен ионный насос, прикрепленный к каналу 7.

На расстоянии от вытягивающего электрода расположена система конденсорной линзы 2, способная при соответствующей регулировке сводить ионы в параллельный пучок. Может применяться одна конденсорная линза, однако, поскольку успешное извлечение ионов происходит лишь в узком диапазоне напряжения, а для обеспечения фокусирующего действия одного промежутка также требуется фиксированное напряжение, выходная энергия преимущественно постоянна. В этой связи целесообразно применение конденсорной системы с двумя линзами в качестве средства обеспечения переменной энергии ионов. Электроды 6, 7, 8 образуют одну такую систему конденсорных линз, в которой промежутки 5, 6 между тремя электродами образуют две круглые электростатические линзы. Между источником ионов и электродами поддерживается необходимая разность потенциалов с помощью высоковольтного источника электропитания, представляющего собой хорошо известное из техники средство.

Ионы, выходящие из конденсорной линзы 2, проходят через дрейфовое пространство 3 и попадают в систему чередующихся квадрупольных линз 4. В дрейфовом пространстве расположены многополюсные дефлекторы 11, 13, способные отклонять ионы в плоскости, расположенной под любым азимутом вокруг оси пучка, а также ограничивающее апертуру устройство 12, состоящее из четырех независимых не задевающих друг друга лопастей, лишь одна из которых показана для ясности.

Как показано на фиг. 2, чередующиеся квадрупольные линзы имеют 8 полюсов, центры которых равномерно разнесены по азимуту вокруг направления прохождения пучка. Полюсы представляют собой попеременно магнитные полюсы 17 и электрические полюсы 18, образуя за счет этого электрическую квадрупольную линзу и магнитную квадрупольную линзу. 45-градусный разнос полюсов приводит к тому, что квадрупольные силовые поля двух линз имеют совпадающие главные сечения, тогда как расположение центров в одной и той же плоскости приводит к тому, что главные плоскости линз совпадают.

В предпочтительном варианте осуществления выполненные из ферромагнитного материала полюсы 17 с обмоткой 19 жестко соединены с керамическими распорными деталями 20, на которые, в свою очередь, опираются диамагнитные электроды 18. Таким образом, конструкция образует два неинтерферирующих гнездовых квадруполя, каждый из которых может иметь широкий радиус полюсной вершины, необходимый для достижения почти совершенного поля квадруполя. Конструкции по типу "беличьей клетки" имеют более узкие полюсные вершины и при их возбуждении квадрупольным напряжением неизбежно вносят нежелательные компоненты мультипольного поля.

Чередующиеся линзы могут применяться для получения одного квадрупольного силового поля с регулируемым соотношением электрической и магнитной сил. Соотношение сил R определяется путем измерения напряжений и силы тока на электродах и обмотке по формулам, соотносящим силы магнитного поля и силы электрического поля с такими измерениями, при этом используется хорошо известное из техники средство.

Когда электрическая сила отрегулирована таким образом, что она составляет половину величины магнитной силы и противоположна ей по направлению, т. е. критическое значение R = -0,5, чередующаяся линза становится ахроматической 9 в первой степени в E. Это означает, что точечный объект они будут отображать в виде пятна с шириной в одном главном сечении, имеющего форму
d = C₁ a dE/E + C₂ a (dE/E)²,
где C₁ = 0.

Если электрическую силу дополнительно увеличивают, но не до величины, превышающей магнитную силу, чередующаяся линза становится хроматической компенсирующей линзой с отрицательной величиной C₁ (В.М.Кельман и С.Я.Явор, Журнал технически физики, 33 (1963 г.) 368). При других соотношениях сил она действует как обычная линза с положительной величиной C₁.

Простейшей системой линз, способной фокусировать в обоих главных сечениях, является дублетная система. Верхняя чередующаяся линза 14 и нижняя чередующаяся линза 16 образуют такой дублет. Распорная деталь 15 обеспечивает разделение линз. Состоящая из двух линз система всегда имеет одну ось, ограниченную центром двух линз, и для нормальной работы требует лишь угловой регулировки дублета в целом относительно входного пучка. Дублет имеет увеличение, дифференцированное в двух его главных сечениях, и за счет этого он генерирует сфокусированный пучок, имеющий две различных ширины, величина каждой из которых мала.

Как показано на фиг. 3, если на все электроды конденсорной линзы подается одинаковое напряжение, у нее будет отсутствовать фокусирующее действие и, следовательно, не будет хроматической аберрации. Функциональные элементы включают источник ионов 1 и вытягивающий электрод 8, а также дублетную систему 4 чередующихся квадрупольных линз. Когда чередующиеся линзы настроены на работу в ахроматическом режиме, отсутствует хроматическая аберрация, вносимая линзой окончательной фокусировки оптической колонки. Фокусное пятно соответственно имеет меньшие размеры, чем в системе аналогичных размеров, состоящей из источника ионов, вытягивающего электрода и электростатической линзы, когда обе системы используют пучок одинаковой ширины. Ширину пучка задают с помощью регулируемой апертуры 12. Ширина может быть увеличена таким образом, чтобы колонка с чередующимися линзами генерировала больший ток, чем колонка с электростатической линзой, когда фокусные пятна имеют одинаковый размер.

Как показано на фиг. 4, когда на электроды конденсорной линзы подают соответствующее напряжение, большее число ионов из источника может быть направлено в чередующуюся линзу 4. Большая часть тока из источника ионов жидкого металла находится в границах половины угла, равного примерно 14 градусам. Когда расстояние от источника до первого промежутка линзы равно 9 мм, образуется параллельный пучок шириной около 5 мм при условии, что первая линза имеет достаточно большой диаметр.

Увеличение углов a_s и b_s вызывает увеличение хроматической аберрации в конденсорных линзах. С целью исключения положительной хроматической аберрации дублет чередующихся линз регулируют таким образом, чтобы он генерировал точно компенсирующую отрицательную хроматическую аберрацию, определенную по отсутствию чувствительности размера пятна к энергии ионов E при малых величинах ограничивающей угол апертуры 12. Такая регулировка компенсирует все источники хроматической аберрации первого порядка, включая апертурную линзу, образованную отверстием в ускоряющем электроде и ускоряющим полем в промежутке между источником и извлекающим электродом. Апертура может быть затем открыта до такой степени, когда остающиеся аберрации более высокого порядка приводят к тому, что сфокусированный пучок достигает заданного диаметра пятна. Ток, поступающий в сфокусированное пятно, таким образом, увеличивается относительно системы, не включающей систему чередующихся квадрупольных линз, служащую для устранения хроматической аберрации.

Не является непосредственно очевидным тот факт, что чередующиеся линзы, имеющие два независимых главных сечения, могут быть отрегулированы таким образом, чтобы компенсировать хроматическую аберрацию круглой линзы. Одна чередующаяся линза не способна на это, поскольку она вносит аберрации противоположного знака в два главных сечения. Тем не менее две чередующиеся линзы вносят две переменные величины, а система уравнений первой степени для аберраций в двух главных сечениях может быть решена, если известны размеры системы. Для конфигурации с параллельным пучком, изображенной на фиг. 4, коэффициенты C_x, C_y двух чередующихся линз должны удовлетворять следующему условию:
C_x/(f_x²) = C_y/(f_y²) =- C/(h²)
или
C_xf_x^-2 - C_yf_y^-2 = -Ch^-2,
где f_x, f_y - фокусные расстояния дублета 4, a h, C - фокусное расстояние и коэффициент хроматической аберрации круглой линзы 2. В приближении тонкой линзы коэффициенты C_yu, C_xd в фокусирующих главных сечениях отдельной верхней и нижней линз дублета рассчитываются по формуле
C_yu/f_u = -(1+2s/v) v C/(2h²),
C_xd/f_d = -v C/(2h²),
где v - расстояние до изображения нижней линзы, коэффициенты в расходящихся сечениях рассчитываются по формуле
C_xu = -C_yu, C_yd = -C_xd,
s - расстояние между линзами. Если пучок не параллелен, применяются другие выражения. Коэффициенты тонкой линзы рассчитываются по формуле
C_yu/f_u = (2R_u + 1)/(2R_u + 2),
C_xd/f_d = (2R_d - 1)/(2R_d + 2),
таким образом, критические соотношения электрической и магнитной сил
R_u, R_d могут быть вычислены, если известны размеры s, v чередующихся линз и параметры C, h конденсорных линз. В оптимальном варианте осуществления применяется известный из техники тип источника электропитания, при этом соотношение между электрическими и магнитными частями чередующихся линз не постоянно, в результате чего f является переменной величиной при постоянной величине R. Величины R_u и R_d установлены в соответствии с расчетами для величин C, h линзы, подлежащей компенсации. За счет изменения величин f_u, f_d получают фокус двух линз квадрупольного дублета в соответствии с методикой, хорошо известной из техники.

Микроизмерение размера пучка может быть осуществлено с помощью дефлекторов 11, 13 или дефлектора, расположенного ниже линзы 4. Ширина может быть определена по величине отклонения, необходимой для развертки сфокусированного пучка через резкую границу. Способ, позволяющий избежать разрушения границы при ионном распылении, заключается в измерении величины электрического заряда, необходимого для устранения микрообработкой области растровой развертки тонкого образца, когда расстояние между линиями растра меньше, чем ширина пучка. Третий известный из техники способ, не требующий микроизмерения испытательных образцов, заключается в измерении величины d, являющейся функцией a. Когда за счет уменьшения апертуры 12 получают один луч, при одинаковой и противоположной настройке дефлекторов 11 и 13 луч попадает в апертуру чередующейся линзы вдали от ее оси и, соответственно, имеет большую величину a. Когда чередующаяся линза отрегулирована неправильно, это приводит к значительным аберрациям d, легко поддающимся измерениям. Рассчитанное соотношение магнитной и электрической сил в чередующейся линзе может быть затем подогнано таким образом, чтобы вызывать минимальную хроматическую аберрацию луча, а не минимальный размер пятна.

Системы, состоящие из множества чередующихся линз, могут быть сконструированы таким образом, чтобы увеличение было одинаковым в двух главных сечениях. Простейшей из таких систем является триплет [L.R.Harriott, W.L.Brown and D. L. Barr, J.Vac. Sci. Tech. b8 (1990) 1706]. Для триплетов характерен недостаток, заключающийся в чрезмерной сложности их эксплуатации и обеспечении механической обработки высокой точности при их изготовлении, необходимой для обеспечения того, чтобы центры всех трех линз находились на прямой линии.

Не обязательно при работе колонки использовать параллельный пучок. Конденсорная линза в целом образует промежуточное изображение источника ионов, которое может располагаться в любом положении вдоль оси колонки, как выше источника ионов, так и ниже плоскости окончательного изображения. Тем самым колонка образует так называемую линзу с переменным фокусным расстоянием, в которой минимальный размер изображения (определенный лишь по увеличению без учета аберраций) меняется в зависимости от изменения положения промежуточного изображения. Как показано на фиг. 5, промежуточное изображение 21 может быть расположено между конденсорной линзой и следующей линзой, при этом наблюдается пересечение пучка, поскольку лучи из периферии пучка пересекают ось системы.

Источники ионов типа жидкого сплава генерируют одновременно несколько видов ионов и требуют проведения анализа по массе с целью получения сфокусированного пучка, состоящего из ионов одного вида. Скоростной фильтр Вина 22, помещенный между конденсорной линзой и следующей по направлению вниз линзой, как показано на фиг. 6, отклоняет нежелательные виды ионов от оси пучка, пропуская неотклоненными лишь ионы с заданным соотношением заряда и массы. Несмотря на то, что такое отклонение происходит в промежуточных изображениях, расположенных в любом положении, в результате чего из конденсорной линзы выходят расходящиеся, параллельные или сфокусированные пучки, оптимальный вариант работы колонки обеспечивается, когда происходит пересечение 21 в центре скоростного фильтра Вина 22, благодаря чему устраняются хроматические аберрации, вносимые фильтром.

Ионы, отклоненные в такой степени, что они не могут пройти через апертуру чередующейся линзы, полностью устраняются из образуемого ею изображения. Несмотря на то, что такие системы не могут разделять соседние изотопы определенного элемента, например галлия (масса 69, 71), они пригодны для разделения далеко отстоящих друг от друга ионов, генерируемых источниками ионов на основе сплавов. Например, сплав Ni₄B₆ генерирует Nⁱ⁺² (с соотношением заряда и массы 30, выход 32%) и промышленно важный B⁺¹ (с соотношением заряда и массы 10 или 11, выход 33%). Система, включающая электростатическую конденсорную линзу и чередующийся квадрупольный дублет, таким образом, пригодна для получения окончательного изображения 23 ионов с одним и тем же атомным номером в таких областях, как микрообработка и ионная имплантация.

Анализ по массе в целом должен осуществляться при низкой величине E, поскольку сочетание тяжелых ионов и высоких энергий требует более сильных магнитных полей, чем те, которые могут быть обеспечены электромагнитами с воздушным охлаждением. Если анализ по массе осуществляют на высоком энергетическом уровне, требуются дипольные отклоняющие магниты, искривляющие пучок по большому радиусу кривизны [патент US 4555666, Мартин]. Тем не менее ионная имплантация в полупроводники требует обеспечения энергией в 300 киловольт или более, чтобы легировать области трещин микронной глубины. Как показано на фиг. 7, высоковольтный источник питания 24, электронная аппаратура управления 25 и ускоряющий промежуток 26 служат для увеличения энергии пучка, тогда как объектив 27 фокусирует ионы в высокоэнергетическое окончательное изображение 28.

Когда второе промежуточное изображение 23 помещают в ускоряющий промежуток, как это показано на фиг. 7, вносимые промежутком аберрации сводятся до минимума. Объектив 27 представляет собой линзу любого типа, включая круглую электростатическую или магнитную линзу, электрические, магнитные или чередующиеся квадруполи. Соотношение электрической и магнитной сил системы 4 чередующихся квадруполей 14, 16 регулируют таким образом, чтобы получать минимальный размер пятна при малых углах a, b во множестве линз, таким образом, используя их отрицательную хроматическую аберрацию для компенсации положительной хроматической аберрации всех остальных ионно-оптических компонентов. Когда, таким образом, хроматическая аберрация сведена до минимума, задающие углы апертуры могут быть открыты до тех пор, пока аберрации более высокого порядка не увеличат размер пятна.

Колонка, включающая источник ионов 1, конденсорную линзу 2, чередующуюся квадрупольную систему 4, ускоряющий промежуток 26 и объектив 27, таким образом, обеспечивает увеличенный ток ионов в окончательном сфокусированном пятне заданного размера.

Наиболее оптимальное устройство включает низкоэнергетическую систему чередующейся квадрупольной линзы 4, поскольку электрические и магнитные силы направлены в такой линзе противоположно друг другу, и из-за этого для достижения той же оптической силы требуется более сильные поля, чем в более простых линзах. Эта проблема смягчается, если на чередующуюся линзу подают частицы с низкой энергией или если она имеет малое отверстие. Эффективно действует система, в которой объектив 27 представляет собой магнитный квадрупольный дублет, а вторая линза 4 является чередующейся линзой, служащей для генерирования отрицательной хроматической аберрации. В такой системе объектив 27 может применяться для противодействия неравному увеличению, вносимому второй линзой 4, в результате чего увеличение системы становится равным в ее двух главных сечениях. Еще одну применимую систему можно получить, если вторая линза 4 представляет собой большую электростатическую линзу, а объектив 27 является чередующейся системой с небольшим отверстием и коротким фокусным расстоянием, служащей для генерирования отрицательной хроматической аберрации.

Существенным признаком этих излучающих пучок ионов колонок является обеспечение множества чередующихся квадрупольных линз, которые, взятые в совокупности, вызывают отрицательную хроматическую аберрацию и служат для компенсации положительной хроматической аберрации других компонентов колонки.

Формула изобретения

1. Оптическая колонка для излучения частиц, включающая игольчатый источник ионов, вытягивающий электрод, конденсорную линзу и систему из чередующихся квадрупольных линз для получения остросфокусированного пучка частиц, отличающаяся тем, что чередующиеся линзы выполнены с критическим соотношением электрических и магнитных полей, в результате чего отрицательная хроматическая аберрация чередующихся линз устраняет положительную хроматическую аберрацию всех остальных излучающих частиц оптических компонентов, а диаметр пятна не зависит от колебаний в энергии частиц.

2. Оптическая колонка для излучения частиц по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно включает скоростной фильтр Вина, расположенный между источником ионов и чередующимися квадрупольными линзами и служащий для получения остросфокусированного пучка частиц с одинаковой массой.

3. Оптическая колонка для излучения частиц по п.2, отличающаяся тем, что дополнительно включает пучок, пересекающийся с фильтром Вина для снижения аберрации относительно колонки, в которой широкий пучок проходит через фильтр Вина.

4. Оптическая колонка для излучения частиц, включающая игольчатый источник ионов, вытягивающий электрод и множество чередующихся квадрупольных линз, для получения остросфокусированного пучка частиц, отличающаяся тем, что чередующиеся линзы выполнены с критическим соотношением электрических и магнитных полей, в результате чего не происходит добавления хроматической аберрации к положительной хроматической аберрации, генерируемой игольчатым источником ионов и вытягивающим электродом, а зависимость диаметра пятна от энергии снижена по сравнению с колонкой, использующей лишь электростатические линзы для генерирования острых пучков.

5. Оптическая колонка для излучения частиц по п.4, отличающаяся тем, что дополнительно включает скоростной фильтр Вина, расположенный между источником ионов и чередующимися квадрупольными линзами для получения остросфокусированного пучка частиц с одинаковой массой.

6. Оптическая колонка для излучения частиц по п.5, отличающаяся тем, что дополнительно включает пучок, пересекающийся с фильтром Вина для снижения аберрации относительно колонки, в которой широкий пучок проходит через фильтр Вина.

7. Оптическая колонка для излучения остросфокусированного пучка частиц, включающая игольчатый источник ионов и множество линз, отличающаяся тем, что дополнительно включает систему чередующихся квадрупольных линз с использованием критического соотношения электрических и магнитных полей, в результате чего отрицательная хроматическая аберрация чередующихся линз устраняет положительную хроматическую аберрацию всех остальных излучающих частицы оптических компонентов, а диаметр пятна преимущественно не зависит от колебаний в энергии частиц.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7