Иммерсионная система для фокусировки пучка заряженных частиц Советский патент 1984 года по МПК H01J3/18 

эо

4;:

;о

о

Изобретение относится к электронной оптике, а именно к электростатическим линзам, и может быть использовано при разработке электростатических анализаторов, ускорителей заряженных частиц и систем транспортировки пучков.

. Известна иммерсионная система для фокусировки пучка заряженных частиц, содержащая несколько цилиндров одинакового диаметра, расположенных последовательно на одной оси Л .

В известном устройстве фокусировка пучка осуществляется в результате подачи разности по.тенциалов на цилиндры, что приводит к появлению радиально направленных электрических нолей, воздействующих на пучок.

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

Наиболее близким техническим решением к изобретению является иммерсионная система для фокусировки пучка заряженных частиц, содержащая последовательно расположенные на одной оси электроды, выполненные в виде поверхностей, образующая которых параллельна оси системы .

В известном устройстве фокусировка пучка осуществляется в результате подачи разности потенциалов на электроды, что приводит к появлению радиально направленных: электрических полей, воздействующих на пучок.

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

Кроме того, в известном устройстне ограничен диапазон регулирования формы пучка. 1

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, при

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.З - сечения А-А, Б-Б и В-В на фиг. Г. на фиг.4 - сечения Г-Г и Д-Д на фиг. 2 , на фиг. 5 - предлагаемая система с квадратными электродами J на фиг.6 - сечения Е-Е Ж-Ж и 3-3 на фиг.З.

. Устройство содержит расположенные на общей оси электроды 1-3

по крайней мере один из которых выполнен из четырех частей.

Устройство работает следующим образом.

На электроды 1 и 2 подаются

потенциалы Ф, и которые определяют энергию пучка на входе и выходе системы, т.е. замедляют или ускоряют пучок заряженных частиц, и одновременно участвуют в фокусировке. На

средний разрезанный на четыре части электрод 3 (для 1-го и Ш-го вариантов) подаются потенциалы так, что две одинаковые противолежащие части имеют потенциал j а две другие

. одинаковые противолежащие части имеют потенциал Vj где Фа осесимметричная, а V - квадрупольная составляющие. Потенциалы . 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 Г) -го варианта предлагаемой

системы (фиг.З), в котором оба электрода выполнены разрезанными, подача потенциалов осуществляется следующим образом: на электрод 1 подается потенциал: Ф i V на электрод ± 2. При изменении энергии пучка Яг/Р потенциалы Vj и Vg подбираются так, чтобы пучок с данными начальными условиями фокусировалЬя в требуемом

месте. :

Длины соседних сторон разрезанньк электродов выбираются из условий минимизации коэффициентов аберрации третьего порядка. Угловой зазор об

(фиг.З) или расстояние между сосед- ними плоскими электродами d-d должны быть малыми ( оС О, 1 рад 0,8 & f . 0,9 иО, 1,0). В про31тивом случае помехонесущие поля будут проникать в область, занимаемую пучком, и нарушать условия фокусировки и коррекции. Коэффициенты сферической аберрации третьего порядка вплоскости X О Z предлагаемой системы padсчитываются по следующим формулам с,,,Ал;;,. 27 ..)-0 суммарные коэффицие ты сферической аберрации,СхпиС. коэффициенты сферической аберрации отдельНЫХ линз , 1Г(п л- И , линейные увеличения час ти системы, расположен П АЛ„-ной перед h й линзой в плоскости ) соответственно. Выражения для ко.ффициентов аберрации в плоскости у О т; получаются из выражения (1) путем замены индексов X у Ниже приведены результаты расчета режимов работы рассматриваемой систе124мы, преобразующей круглый пучок в клинообразный (пучкопараллельный оси 2 в плоскости, ГДЕ квадруполь;ная составляющая является рассеивающей, и сходящийся в плоскости, где оНа является собирающей) и в эллиптический,о Вариант 1. Система состоит из трех цилиндров одинакового диаметра D , последний из которых (электрод 2, фиг.1) разрезан на четыре части, длина среднего элект р расстояние между соседними цилиндрами равно О, ID. отношения потенциалов а выбраны следующими: 1) Яг/Ф 10. It. Расстояния от предмета до центра среднего электрода в плоскостях, квадрупольная составляющая является собирающей ( О(с) и рассеиваю.щей ( ) равны (3с - D , расстояния от центра среднего электрода до изображения в тех же плоскостях .5D, oo. , Параметры, характеризующие электронно-оптические свойства первого порядка, даны в табл.1. Таблица 1

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

Здесь1о и io (Fo)HZ( фокусные расстояния и положения фокусов осесимметричной составляющей в пространстве предмета и изображения, соответственно fp иZ(fc) фокусные расстояния и положения фокусов квадрупольной составляющей в собирающей плоскости,IQC - фокусное расстояние

3десь MO. Увеличение осесимметричной составляющей;

(i- угловой размер противолежащих частей разрезансистемы в целом. Все электронно-оптические параметры здесь и в дальнейшем даны в единицах D

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

Таблица 2

кого цилиндра,

aJ - угловое расстояние между соседними частями (фиг. 1). При угле jf коэффициент сферической аберрации предлагаемой системы в 7-8 раз меньше, чем при |90, когда последний электрод разрезан на четьфе равные части, т.е. отсутствует октупольная составляющая. Сферическая аберрация предлагаемой системы меньше аберрации осесимметричной линзы C.j известной системы более, чем в два раза. Вариант И, Система состоит из двух цилиндров, каждый из которых разрезан на четьфе части. Отношения потенциалов 2 второго цилиндра и TI - йервого выбраны следующими: 1)92/Pi 0,5, 2), Длины обоих цилиндров равны 1,bD расстояние между цилиндрами О,ID. Следующие геометрические параметры оставались постоянными в обоих случаях; расстояние от предмета до первого цилиндраа 2,5D, расстояние от второго цилиндра до изображения (101). Расчет потенциалов V и V,, обеспечивающих формирование эллипти ческого пучка с заданными параметра мр, проведенный на ЭВМ путем числен него решения уравнения движения аал 1),5,V,№,0,042,,Of8; 2)2W 0,2,v;(9,0,019, 0,004. В системе, содержащей два разрезанных на четыре неравные части цилиндра можно уменьшить (а для отдел Hi)K режимов и полностью скорректиро вать) два коэффициента сферической аберрации, определяющих ширину лиФг/г.2 нейного изображения по всей длине линии.Так при углах у, 68 и у 94° коэффициенты сферической аберрации Схг . 1 0,2 по абсолютной величине меньше, чем при )f, 2 90° в 5,3 раза и в 2,3 раза соответственно. ,5 оба коэффициента Сд и равны нулю при 5f 68° и f2 94 Сферическая аберрация предлагаемой системы меньше аберрации известной более чем в 4 раза в обоих случаях. Вариант 111. Система состоит из трех электродов квадратного сечения. Разрезан на четьфе части последний электрод. При тех же исходных значениях геометрических и электрических параметров, которые были взяты для варианта I, фокусирующие свойства первого порядка остаются без изменения (таблица О .Аберрационные свойства системы меняются. Коэффициент сферической аберрации Cxjr предлагаемой системы меньше по абсолютной величине аберрации линзы, состоящей из трех Электродов квадратного сечения (4 1), в 1,7 раз при91/Ф1 2 и в 1,2 раза при 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.