Способ измерения параметров пучка заряженных частиц Советский патент 1991 года по МПК H01J47/00 

Изобретение относится к области электронной техники, к технологии контроля параметров пучков заряженных частиц, и может быть использовано для контроля электронно-ионных технологических процессов, а также при проведении физических и прикладных исследований с пучками заряженных частиц.

Целью изобретения является повышение чувствительности, повышение точности измерений, а также увеличение числа одновременно измеряемых параметров.

При осуществлении способа эонди7 рующий пучок развертывают по поверхности чувствительного элемента, причем направление строчной развертки параллельно оси основного пучка, формируют импульсы тока, снятые с чувствительного элемента, измеряют временные интервалы между импульсами тока для каждой строки раявертки до и во время взаимодействия ПУЧКОВ, по изменению временных интерпалов определяют углы отклонения зондирующего пучка от первоначальном траектории. По величинам углор отклонения

О 00 4 ОО ГС СО

для каждой строки развертки определяют параметры основного пучка. Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве для измерения параметров пучка заряженных частиц согласно изобретению вспомогательная пушка содержит отклоняющие пластины, соединенные с генератором строчной и кадровой развертки для осуществ- ления развертки пучка по чувствительному элементу. Чуствительный элемент выполнен в виде пластины, имеющей две щели. Первая щель выполнена перпендикулярно; а вторая под углом к электронно-оптической оси основной пушки. Коллектор частиц, расположенный под чувствительным элементом, подключен к системе обработки и регистрации сигналов, сое- тоящей из формирователя импульсов, подключенного на вход измерителя временных интервалов, на выходе которого подключено вычислительное устройство.

На фиг. 1 представлена блок-схема возможного осуществления способа; , на фиг. 2 - схема прохождения зондирующего пучка; на фиг. 3 - функция рассеяния на цилиндрическом пучке; на фиг. 4 - функция распределения на эллиптическом пучке с гауссовским распределением.

На фиг. 1 представлена блок-схема, содержащая вспомогательную электронную пушку 1 - источник зондирующего пУчка 2, исследуемый пучок заряженных частиц 3 .чувствительный элемент 4 с щелями 5, 6, коллектор 7 частиц, блок 8 формирователей импульсов, измеритель 9 временных интервалов, вычислительное устройство 10, генератор 1 1 строчной и кадровой разверток, кадровые 12 и строчные 13 отклоняющие пластины.

На фиг. 2 представлена схема прохождения зондирующего пучка.

Осуществляется способ следующим образом.

Сформированный электронной пушкой 1 зондирующий пучок 2 сканирует посредством пилообразных напряжений, вырабатываемых генератором 11 строчн и кадровой разверток вдоль оси предполагаемого исследуемого пучка заряженных частиц 3, затем он падает на чувствительный элемент 4 с щелями 5,6. При набегании зондирующего пучка на щели чувствительного элемента

д

5

5

0

5

в последнем образуются импульсы тока, которые с коллектора частиц поступают в блок формирователя, который преобразует импульсы тока в прямоугольную форму, поступающие затем на измеритель временных интервалов, который в свою очередь производит отсчет времени между импульсами от прямой и наклонной щели чувствительного элемента 4. Затем результат счета заносится в память вычислительного устройства. Данная операция повторяется для каждой пары импульсов зондирующего пучка соответствующей строки развертки. На следующем этапе измерений включается исследуемый пучок и перечисленные операции повторяются при включенном исследуемом пучке. Зондирующий пучок при взаимодействии с ионами частиц или интегральным полем ионного пучка будет отклоняться. Вычислительное устройство вычисляет разность между измерительными интервалами времени до и во время взаимодействия с исследуемым лучком для каждой строчки развертки соответственно. Далее, используя вычисленные разности соответствующих строк, вычисляются углы отклонения зондирующего пучка по следующей формуле

, L &f f tg + b tgtto OЈOTK(V arctg-&3-и- ,

где L - длина пробега зондирующего

пучка;

f - частота строчной развертки; Ср - угол наклона щели; b - расстояние между зоной

взаимодействия и пластиной; (/о- угол наклона зондирующего пучка до взаимодействия с исследуемым пучком; ut - разность между временными

интервалами.

По вычислительной функции углов отклонения Oi откл в зависимости от прицельного угла 0(0 определяется распределение плотности тока исследуемого пучка.

В случае аксиально симметричных пучков с распределением Гаусса форму ла для вычисления распределения имеет вид

Ion

&

Епи„

-р

oH2Kn

где сп диэлектрическая проницаемость вакуума;

j - ускоряющее напряжение ж - следуемого пучка;

U0 - ускоряющре напряжение зондирующего пучка;

i радиус исследуемого

0 пучка; у0 - прицельный параметр;

fin

следуемого пучка;

Удельный заряд частиц исг - нормальный заряд частиц исследуемого пучка;

I - полный ток исследуемого on

пучка

F

2гч и

и

0

ill)

3-,- функция раср ..

сеяния, которая зависит только от закона распределения плотности тока .исследуемого пучка, где t г/г ; Јg R/rQrt; R - расстояние, на ксто- ром Еп О (Еи - энергия пучка), г - текущее значение радиуса.

Расчет функции рассеяния производится численными методами.

Для пучков с угловым и эллиптическим поперечным сечением, с гауссовс- ким, диафрагмированным гауссовским и равномерным распределением плотности тока функции рассеяния представлены на фиг. 3 и 4.

На фиг. 3 введены следующие обозначения: кривая 14 - равномерное распределение, 15 - распределение Гаусса, 16-20 - диафрагмированное распределение Гауса.

---OS- 1 0 О- S -и,э, i ,и, /: ,и, . ,э.

гбп

На фиг. 4 введены следующие обозначения: 21-23 -Q/b -- 1,2,3, 24-27 - 0 22,5°; 45°; 67,5°; 90°, где г . - радиус и г „ - нормальный

п

радиус пучка; в - угол между осью зондирующего пучка и большой осью эллипса. По оси абцисс откладываются

значения if , по оси ординат знаu т°п чения 0 (0) .

По максимальному углу отклонения зондирующего пучка определяется полный ток исследуемого пучка как интеграл распределения плотности тока. Профиль пучка находится как уровень,

K4,V9Л

ня котором плотное. 1 ь ж пр« .к | пучка падает в е р,; i г ч ю ее максимальной величины.

Данным способом возможно пргвошм измерение непрерывных и импульс ш пучков. При измерении импульсных ГУЧ ков его длительность допжна быть не меньше периода кадровой развертки.

10 то есть Тимп I . Тяк как uyi.r т- вительность данного способа измерения зависит от ускоряющего напряжения I 0 зондирующего пучка, то, увеличивая последнее, возможно проводить шме15 рение высокоэнергетических и ичцных пучков заряженных частиц.

Предложенный способ для измерения параметров пучка заряженных частиц может использоваться для бескон2® тактной диагностики пучков заряженных частиц технологических установок. Данный способ позволяет расширить возможности исследования пучкоп заряженных частиц.

25

Формула изобретения

Способ измерения параметров пучка заряженных частиц, заключлитшйся

30 в том, что исследуемый пучок зондируют вспомогательным пучком и до и во время взаимодействия пучков измеряют угол отклонения вспомогательного пучка чувствительным элементом,

35 по которому определяют параметры пучка, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения параметров полного тока, поперечного размера и профиля пучка,

40 вспомогательный пучок разворачивают в растр по поверхности чувствительного элемента, выполненного в виде пространственно-кодирующих непараллельных элементов при направлении

45 строчной развертки параллельно оси исследуемого пучка, и измеряют временные интервалы между токовыми им- пульсами чувствительного элемента для каждой строки развертки до и во вре50 мя взаимодействия пучков, а определение указанных параметров исследуемого пучка производят по изменению временных интервалов.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для контроля электронно-ионных технологических процессов, а также при проведении физических и прикладных исследований с пучками заряженных частиц. Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерений, а также увеличение числа одновременно измеряемых параметров. При осуществлении способа зондирующий пучок развертывают по поверхности чувствительного элемента. Направление строчной развертки параллельно оси основного пучка. Затем формируют импульсы тока, снятые с чувствительного элемента, и по временным интервалам между импульсами тока для каждой строки развертки до и во время взаимодей- стви пучков определяют параметры основного пучка. Чувствительный элемент выполнен в виде ппастины, имеющей две щели. Первая щель выполнена перпендикулярно, а вторая - под углом к электронно-оптической оси основной пушки. 4 ил. /

1-viW

0,20,4 0,60,8 1,01,2 1,4

григ. Ц

/ -равномерное распределение /5-rayccoicieoe распределение диафрвгмирошанное г

ycoiCKoe распределение

1я--0,5; I.Oj 2,0; 2,Ь

- /6 -I; 2$ 3 24-87 .5°; 45°; 67,5 90°