KR20010051672A - 에너지가 필터링되는 집속 이온 빔 컬럼 - Google Patents

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KR20010051672A
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리 왕
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하이든 마틴
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Abstract

집속된 이온 빔(FIB) 같은 하전입자 빔의 해상도는 이온 빔 스트림에 에너지 필터를 제공함으로써 가장 효과적으로 활용된다. 상기 에너지 필터는 희망하는 에너지 범위 밖의 어떤 이온이든 분산시키고 필터링하는 한편, 희망하는 에너지 범위를 갖는 이온은 통과하도록 허가한다.
상기 이온 빔의 에너지 산포량을 감소시킴으로써 상기 이온 빔의 색수차는 감소된다. 결과적으로, 상기 이온 빔의 전류 밀도는 증가된다. 상기 에너지 필터는, 예를 들면, 질량 필터와 대조적으로 에너지 필터로서 가장 효과적으로 활용되는 빈 타입 필터가 될 수 있다. 예를 들면, 유효한 분산을 이루기 위해서, 상기 에너지 필터는 자기장 내에서 결합된 사중극자 전기장과 쌍극자 전기장을 만들기 위해 자극 부분 사이에 사중극자 구조를 사용할 수 있다.

Description

에너지가 필터링되는 집속 이온 빔 컬럼{ENERGY FILTERED FOCUSED ION BEAM COLUMN}
본 발명은 집속 이온 빔(focused ion beam) 디바이스와 같은 하전 입자 빔 디바이스를 가장 효과적으로 활용하는 것에 관한 것으로, 특히 에너지 필터를 사용하는 FIB에서 색수차를 가장 효과적으로 활용하는 것에 관한 것이다.
집속 이온 빔(FIB) 시스템에 기반이 되는 액체 금속 이온 소스(LMIS)는 과학과 산업의 많은 분야, 특히 반도체 산업에서 중요하며, 때로는 필수적인 도구이다. 최근의 FIB 시스템의 응용분야는 디바이스 변형, 고장 해석, 프로브 포인트 생성, 포토마스크 수리, 마스크 없는 리토그래피(lithography), 투과 전자 현미경(TEM) 샘플 준비, 주사 이온 현미경 검사와 2차 이온 질량분석법을 포함한다.
최근의 FIB 시스템의 응용분야는 높은 해상도, 즉, 작은 빔 직경과 높은 전류 밀도를 요구한다. 잘 알려진 바와 같이, FIB 시스템의 중심 부분은 상기 이온 빔을 집중, 편향, 전달, 추출하는 것을 실행하는 하전입자 광학 성분과 LMIS로 이루어진 컬럼이다. FIB 시스템은 잘 알려져 있으며, 예를 들면, 참고로 명세서에서 구체화되어 있는 미국 특허 번호 5,825,035를 보라.
가장 유효한 빔 전류 범위에 대한 종래의 컬럼의 해상도는 상기 LMIS의 에너지 산포량(spread)이 크기 때문에 색수차의 형태로 제한되고, 상기 에너지 산포량의 범위는 5eV - 10eV 이다. LMIS에서 상기 에너지 산포량은 고유한 것이기 때문에, 상기 LMIS의 방출을 조절하여 에너지 산포량을 더 감소시키는 효과적인 방법이 존재하지 않는다. 일반적으로, 상기 컬럼의 특징은 전체 FIB 시스템 실행을 좌우한다. 따라서, 상기 LMIS의 고유한 에너지 산포량은 종래의 FIB 시스템의 실행에 중대한 영향을 미친다.
본 발명에 따라서, FIB 시스템에서 LMIS의 방출에 영향을 받지않고 고 해상도의 하전입자 빔을 얻기 위하여 하전입자 빔 산포량을 감소시키는 에너지 필터의 필요성이 요구된다.
본 발명에 기술된 내용과 본 발명의 다른 특징, 측면과 이점들은 다음의 기술 내용, 첨부된 청구항과 수반된 도면에 의해 더 잘 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 에너지 필터를 포함하는 고 해상도, 고 전류 밀도 FIB 컬럼을 도시한다.
도 2는 속도 필터링 디바이스로 사용된 종래의 빈 필터(Wien filter)를 도시한다.
도 3은 종래의 빈 필터에서의 전기장에 대한 분산을 곡선으로 나타낸다.
도 4는 빔 에너지가 5eV로 낮아질 때 종래의 빈 필터에서의 전기장에 대한 분산을 곡선으로 나타낸다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라서 도 1에서 도시된 에너지 필터로 사용될 수 있는 빈 타입 에너지 필터를 나타낸다.
도 6은 도 5에서 도시된 상기 에너지 필터에 있어서의 전기장에 대한 분산을 곡선으로 나타낸다.
도 7은 도 5에 도시된 에너지 필터에 대한 x 방향으로의 전기장 성분을 곡선으로 나타낸다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100: FIB(집속 이온 빔) 104: LMIS(액체금속 이온 소스)
102: 에너지 필터 106: 추출기
108: 집광 렌즈 110: 빔 선택 개구
112: 대물 렌즈 116: 목표
122, 124: 전극 126, 128: 자극
140: 에너지 필터 144, 146: 자극
148, 149, 150, 151: 원통
본 발명에 따라서, 하전입자 빔은 에너지 필터를 통과하여 상기 색수차를 완화시킨다. LMIS와 같은 하전입자 소스는 하전입자를 생성하기 위하여 사용된다. 상기 하전입자 소스의 에너지 필터 다운스트림은 원하는 에너지 범위 내에 있는 하전입자만을 통과시켜서 상기 하전입자 빔의 에너지 산포량을 감소시킨다. 상기 하전입자 빔의 에너지 산포량의 감소에 의해, 상기 빔의 전류 밀도를 증가시키기 때문에 상기 시스템의 색수차는 감소된다.
상기 에너지 필터는, 예를 들면, 에너지 필터링 목적으로 가장 효과적으로 활용되는 빈 필터(Wien filter)가 될 수 있다. 예를 들면, 상기 에너지 필터는 자기장 내에서 결합된 사중극자(quadrupole) 전기장과 쌍극자 전기장을 만들기 위하여 자극 부분 사이에 사중극자 구조를 사용할 수 있다. 상기 사중극자 구조는 상기 하전입자 빔의 진행 방향에 평행하게 뻗어있는 축을 갖는 4개의 쌍곡면 또는, 예를 들면, 4개의 원통 표면이 될 수 있다. 상기 사중극자 구조 상에 전압을 적절히 적용하면, 결합된 사중극자 전기장과 쌍극자 전기장이 발생될 수 있으며 원하는 에너지 필터로서의 역할을 하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따라서 에너지 필터(102)를 포함하는 고 해상도, 고 전류 밀도 FIB 컬럼(100)을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, FIB 컬럼(100)은 LMIS(104, Ga LMIS와 같은), 추출기(106), 집광 렌즈(108), 빔 선택 개구(110)와 대물 렌즈(112)를 포함한다. FIB 컬럼(100)은 이온 빔(114)을 목표(116)에 집중시킨다. 에너지 필터(102)는 집광 렌즈(108)와 빔 선택 개구(110) 사이 어느 곳에나 위치되고, 예를 들면, 필터 개구(103)을 갖는 빈 필터가 될 수 있으며, 에너지 필터링을 위하여 효과적으로 활용된다.
종래의 FIB 컬럼에서의 색수차는
으로 표현될 수 있다.
여기서, (dc)는 색수차, (α)는 빔 전류 제한 개구에 의해 결정되고 주어진 빔 전류에 대하여 고정된 값을 갖는 수용 반각(acceptance half angle), (Cc)는 목표 측면 상의 상기 컬럼의 색수차 계수, (ΔU)는 상기 빔의 에너지 산포량과 (U)는 상기 빔 에너지를 나타낸다. 수학식(1)에 따라서, 상기 색수차를 감소시키기 위한 하나의 직관적인 방법은 상기 빔 에너지(U)를 증가시키는 것이다. 그러나, 실제로는 색수차를 줄이기 위하여 빔 에너지(U)를 간단히 증가시키데는 많은 어려움이 있다. 예를 들면, 때때로 더 높은 빔 에너지는 많은 응용분야에서 바람직하지 않거나 오히려 이롭지 않다. 빔 에너지를 증가시키기 위해서는 종종 더 크고 더 비싼 전원장치, 절연체 상의 더 엄격한 요구조건과 광학 소자 사이의 간격을 더 크게 하는 것이 요구된다. 광 소자 사이의 간격을 더 크게 하는 것은 보통 색수차 계수(Cc)를 더 크게 하는 결과를 가져오고, 상기 광학 소자의 간격은 색수차를 감소시키는 것과는 대조적으로 색수차를 증가시킨다.
본 발명에 따라서, 에너지 필터(102)가 상기 FIB 컬럼(100)에 추가되어, 특정한 에너지 범위의 이온이 그들의 원래 경로를 계속하도록 하고 원하지 않는 에너지를 갖는 상기 이온을 제거함으로써 상기 이온 빔의 에너지 산포량을 제어한다. 결과적으로, 상기 수학식(1)의 에너지 산포량(ΔU)은 감소되어 색수차(dc)를 감소시킨다.
일견으로는, 에너지 필터의 추가는 상기 빔 전류(또는, 각 강도(angular intensity))을 희생시켜서 에너지 산포량(ΔU)을 감소시키고, 상기 수용 반각(α)이 동일한 빔 전류을 유지하기 위하여 증가되어야 하기 때문에, 따라서, 상기 색수차는 감소되지 않을 것으로 보일 수 있다. 그러나, 한 방향으로 에너지 분산을 발생시킴으로써, 상기 에너지 산포량(ΔU)의 감소 비율은 상기 수용 반각(α)의 증가 비율 보다 더 커진다.
상기 에너지 필터링 이후에 상기 에너지 산포량이 (ΔU1)이라면, 상기 빔 전류에 대한 색수차(dc)는
가 된다. 상기 빔 전류가 (α2)에 비례하기 때문에 동일한 빔 전류를 유지하기 위하여 상기 수용 반각은이 된다는 것에 주목하라. 수학식(2)은 상기 색수차(dc)가 에너지 필터링되지 않은 FIB 컬럼에 의해 만들어진 이온과 비교해서배 감소된다는 것을 나타낸다. 따라서, 예를 들면, ΔU1= 1eV, ΔU = 5eV 인 경우, 상기 에너지 필터링된 이온 빔의 색수차(dc)는 에너지 필터링되지 않은 이온 빔 보다 2.24 배 작다. FIB 컬럼이 제공되는 그런 상황에 좌우되는 색수차에 대하여, 상기 시스템의 최종 해상도는 동일한 인자에 의해 근사적으로 개선될 것이다.
상기 FIB 컬럼(100)은 감소된 색수차로 이익을 보기 때문에, FIB 컬럼(100)은 또한 증가된 전류 밀도에서 이익을 얻게 된다. 색수차로 좌우되는 시스템에 대하여, 색수차(dc)를 사용하여 전체 빔의 크기를 나타낼 경우, 빔 전류(I)에 대한 목표(116) 상의 상기 전류 밀도는
이다. 에너지 필터링 이후에, 동일한 전류(I)에 대한 상기 색수차(dc)는이다. 따라서 (J)는
이 된다. 달리 말하면, 상기 전류 밀도는 (ΔU/ΔU1)의 인자에 의해 증가된다.
상기에 논의한 바와 같이, 예를 들면, 에너지 필터(102)는 빈 필터가 될 수 있다. FIB 컬럼에서 빈 필터는 종래에 질량분리기로 사용되었다. 질량분리기로 사용된 빈 필터에 대한 더 자세한 정보에 대해서는 참고로 명세서에서 구체화된 두개의 미국 특허 번호 5,189,303과 4,789,787을 살펴보라.
도 2는 종래의 빈 필터(120)를 도시하며, 상기 빈 필터는 각각 전압 ＋V/2와 －V/2를 갖는 두 플레이트 간에 발생되는 전기장(E)과 두 자극 부분(126, 128) 사이에서 발생되는 수직인 자기장(B)을 활용하는 속도 필터링 디바이스이다. 자극 부분(126, 128)은 예를 들어서, 영구 자석, 전기 코일 또는 영구 자석과 전기 코일의 결합물이 될 수 있다. 상기 빈 필터(120)를 통과하는 이온 빔의 방향은 평면(E)와 평면(B)에 수직이다. 다른 질량과 전하를 갖는 이온들은 다르게 편향된다. 속도(v)를 갖는 이온들이 편향되지 않고 상기 빈 필터(120)을 통과하는 조건(직선 통과 조건)은
이다. 질량(m)에 대한 직선 통과 조건이 유지될 때, 질량(m+Δm)을 갖고 상기 빈 필터(120)를 통과하는 이온의 편향은 다음과 같이 유도된다.
여기서, (L)은 필터의 길이, (V)는 이온 가속 전압을 나타낸다. 수학식(6)에 나타낸 질량 분리 원리는 FIB 컬럼에서 사용되는 종래의 빈 필터에서 광범위하게 이용되어 왔다.
그러나, 종래의 빈 필터는 그의 필터링 능력의 하나의 측면, 즉, 질량 필터링 측면만을 활용한다. 본 발명에 따라서 사용되는 상기 필터링 능력의 또 다른 측면은 빔 에너지 필터링이다.
에너지 필터로 고안된 필터의 디자인을 충분히 이해하기 위해서 도 2에 도시된 것과 같은 종래의 빈 필터(120)의 작용에 대하여 논의하는 것이 유용하다.
전기장(E)과 자기장(B)이 일정한 종래의 균일 장(field) 빈 필터에 있어서, 도 2에 도시된 좌표 시스템의 x 방향으로 상기 필터를 통과하는 이온의 공간 분산은 다음과 같다.
여기서, (q)는 상기 이온의 전하량이고 (U)는 상기 빔 에너지이다. y와 z방향으로의 분산은 없다. 도 3은 빔 에너지 U = 30keV, 에너지 산포량 ΔU = 5eV이고 빈 필터 길이 L = 50㎜, 100㎜, 150㎜, 및 200㎜인 전기장(E)에 대한 상기 분산(Δx)을 마이크로미터(㎛) 단위로 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 빈 필터 타입과 에너지 범위에 대한 상기 분산(Δx)은 아주 작다. 따라서, 수 미크론 보다 작은 필터 개구는 만들기 어렵고 이온 빔 에칭 효과의 결과로서 오래 지속하지 않을 수 있기 때문에, 종래의 빈 필터(120)는 본 발명에서 에너지 필터로서 적합하지 않다. 또한, 상기 필터를 통과할 수 있는 빔 전류는 비 교차 모드에서의 컬럼에 대하여 매우 작을 것이다.
한 가지 해결책은 이온 빔을 늦추기 위해서 상기 필터 전극(122, 124), 필터 입구와 출구 개구(도시되지 않은)를 특정한 전압으로 뜨게 하여 빈 필터(120) 내부의 상기 빔 에너지(U)를 줄이는 것이다. 도 4는 상기 빔 에너지(U)가 5keV로 낮아지고 상기 에너지 산포량(ΔU)이 5eV일 때, 전기장(E)에 대한 분산(Δx)을 곡선으로 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 분산(Δx)은 극적으로 증가된다. 그러나, 분산의 이러한 레벨은 아직 비 교차 모드 빔 만큼 크지 않을 것이다. 덧붙여, 상기 FIB 컬럼의 광학 디자인은 상기 에너지 필터에 의한 상기 이온 빔의 지연 때문에 더 복잡해진다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라서 FIB 컬럼(100)에서 에너지 필터(102)로 사용될 수 있는 빈 타입 에너지 필터(140)를 도시한다. 5 - 10eV 에너지 산포량에 기인한 상기 공간 분산이 다른 질량에 기인한 상기 공간 분산 보다 일반적으로 훨씬 작기 때문에, 에너지 필터(140)로 사용되는 상기 기하학적 디자인과 장의 세기는 질량분리기로 사용되는 종래의 빈 필터와 매우 다르다. 따라서, 필터(140)는 큰 분산작용을 발생시킬 수 있기 때문에 상기 에너지 필터링 목적에 매우 적합하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 필터(140)에서의 전기장은 두 대향 자극 부분(144, 146) 사이에 놓여진 사중극자 구조(142)에 의해 생성된다. 자극 부분(144, 146)은, 예를 들면, 100㎜의 길이와 10㎜의 폭을 가질 수 있지만, 물론, 어떤 적절한 길이와 폭이 사용될 수도 있다. 이상적으로, 4개의 쌍곡면은 상기 자기장 내에서 완벽한 사중극자 장을 발생하기 위하여 사용된다. 실용적인 이유로, 4개의 원통(148, 149, 150, 및 151)은 쌍곡선 모양에 가깝고 제조하기 쉬운 원통 표면을 가지고 있기 때문에 사용된다. 원통(148-151)은 각각 거의 0.01에서 10㎜의 반지름, 예를 들면, 1.5㎜의 반지름을 갖는다. 원통(148과 151)과 원통(149와 150)은 거의 1에서 30㎜의 거리, 예를 들면, 6㎜의 거리(d)로 분리된다. 원통 표면(148-151)은 어떤 전도성 물질, 예를 들면, 철이나 다른 적절한 물질에서 제조될 수 있다. 물론, 원한다면, 상기 원통(148-151)은 어떠한 적절한 반지름(r)과 분리 거리(d)도 가질 수 있다. 추가로, 각각의 개별 원통(148-151)은 다른 반지름을 가질 수 있다. 따라서, 사중극자 구조(142)는 대칭일 수도 대칭이 아닐 수도 있다.
또한, 에너지 필터(140)가 사중극자 구조를 갖는 것으로 기술되는 한편, 비선형 전기장을 제공하는 다른 타입의 구조는, 예를 들면, 팔중극자(octopole) 구조가 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
사중극자 구조(142)를 사용하고 원통(148, 149, 150, 및 151)에 각각 적당한 전압(V1,V2, V3, 및 V4)을 적용하여 발생될 수 있는 사중극자 장과 쌍극자 장의 결합 장은 다음과 같이 기술된다.
상기 단위(a)는 차원이 없는 매개 변수이다. 전기장과 자기장이와 같은 상황에 있어서, 다음 공식이 유도될 수 있다.
수학식(9)은 또한 진동함수이기 때문에 수학식(7)과 동일하고, 진동함수는 분산 크기의 식으로는 매우 바람직하지 않다. 수학식(10)은 (Δx)와 (E0)사이에 선형관계를 나타내고, 수학식(9) 보다 우수하다. 그러나, 최상의 상태는 지수 관계를 나타내는 수학식(11)에 의해 주어진다.
도 6은 a＞qE0L/2U 와 a = 100, 300과 600인 전기장(E0)에 대한 분산(Δx)을 곡선으로 나타내고, 상기 전기장에서 에너지 산포량 ΔU = 5eV, 빔 에너지 U = 30keV, L = 300㎜이며, 각각의 원통(148-151)은 반지름 r = 1.5㎜를 갖고 거리 d = 6㎜로 분리된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 분산(Δx)은 (a)가 충분히 크고 (E0)가 적당하다면 매우 커질 수 있다. 실제로, 교차 모드와 비 교차 모드의 모두에서 가장 큰 빔 전류에 대한 빔 선택 개구는 통상적으로 반지름이 1㎜ 보다 작다. 따라서, 상기 에너지 산포량이 1eV로 감소되고 상기 빈 필터 개구의 반지름이 0.1㎜인 경우, 에너지 산포량 ΔU = 5eV를 위해 필요한 분산(Δx)은 0.5㎜ 보다 작다. 도 6에 따라서, a = 600, E0= 34V/㎜와 L = 300㎜인 경우에, 도 5에 도시된 사중극자 타입 에너지 필터(140)는 원하는 결과를 얻을 수 있다.
이러한 (a)와 (E0)의 값을 실현하기 위해서, 상기 사중극자 구조(142)의 원통(148, 149, 150, 및 151) 상의 전압은 각각 V1= 175V, V2= -85V, V3= -5V, 및 V4= -85V가 될 것으로 추정된다. 상기 자기장의 세기는 0.119 테슬라이다. 도 7은 상기의 전압 하에서 x 방향으로의 전기장 성분을 나타낸다.
본 발명이 특별한 실시예와 관련되어 기술되는 동안, 해당 기술분야에서 통상적인 기술을 가진 사람은 본 발명의 명세서를 재검토한 후에 상기 실시예의 다양한 교체, 변경과 결합이 일어날 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 상기에 기술된 특수한 실시예는 단지 실례에 불과하다. 다양한 변경사항과 응용사항이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 예를 들면, 사중극자 빈 타입 필터 이외의 다양한 타입의 에너지 필터가 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 추가로, 본 발명이 이온 빔을 사용하여 기술되는 한편, 본 발명이 전자 빔을 포함하는 어떤 하전입자 빔으로도 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 첨부된 청구항의 범위와 정신은 상기 기술내용으로 제한되지 않아야 한다.
상기 기술된 바와 같이, 본 발명에 따라서, 상기의 사중극자 구조를 사용하는 에너지 필터는 희망하는 에너지 범위 내의 하전입자만을 통과시켜 하전입자 빔의 에너지 산포량을 감소시키고, 빔의 전류 밀도를 증가시킨다. 그에 따라서, FIB 컬럼에서 하전입자 빔의 색수차가 감소되고 목표(116) 상의 하전입자 빔의 해상도를 높이는 효과를 얻게된다.

Claims (19)

  1. 하전입자 소스, 및
    상기 하전입자 소스의 에너지 필터 다운스트림을 포함하고, 상기 에너지 필터는 하전입자의 특정한 에너지 범위를 통과시키고 희망하지 않는 에너지 범위를 분산시킴으로써 상기 하전입자 빔의 에너지 산포량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하전입자가 이온인 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하전입자 소스는 이온 소스이고,
    상기 장치는 상기 이온 소스의 집광 렌즈 다운스트림, 및
    상기 집광 렌즈의 빔 선택 개구 다운스트림을 추가로 포함하고,
    상기 에너지 필터는 상기 집광 렌즈와 상기 빔 선택 개구 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 필터는 빈(Wien) 타입 에너지 필터인 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 빈 타입 에너지 필터는 두 개의 자극 사이에서 자기장을 발생시키는 두 개의 자극 부분, 및
    상기 자기장 내에서 사중극자 전기장을 발생시키는 사중극자 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 사중극자 구조는 제 1 전압에서의 제 1 원통 구조, 제 2 전압에서의 제 2 원통 구조, 제 3 전압에서의 제 3 원통 구조와 제 4 전압에서의 제 4 원통 구조를 포함하고, 상기 각각의 제 1 , 제 2 , 제 3 , 및 제 4 원통은 동일한 방향으로 뻗어있는 축을 가지며, 상기 하전입자 빔은 상기 제 1 , 제 2 , 제 3 , 및 제 4 원통 구조의 축과 동일한 방향으로 진행하는 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 , 제 2 , 제 3 , 및 제 4 전압이 서로 다른 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 사중극자 구조는 4개의 쌍곡면을 포함하고, 각각의 쌍곡면은 각각의 전압을 갖는 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 사중극자 구조는 사중극자 전기장과 쌍극자 전기장의 결합을 일으키는 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 사중극자 구조는 하기의 수학식 8로 기술되는 전기장을 발생시키는 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 장치.
    (수학식 8)
    (단위 a는 차원이 없는 매개 변수, L은 상기 제 1 , 제 2 , 제 3 , 및 제 4 원통의 길이)
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 필터는 상기 에너지 산포량의 감소 비율이 상기 수용 반각의 증가 비율보다 더 커지도록 하나의 방향으로 에너지 분산을 발생시키는 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 장치.
  12. 하전입자를 생성하는 단계,
    상기 하전입자의 에너지를 필터링하는 단계, 및
    상기 에너지 필터링된 하전입자를 목표에 집속시키는 단계를 포함하고, 상기 집속된 하전입자의 해상도를 개선하기 위하여 상기 에너지 필터링은 희망하는 에너지 산포량이 상기 목표까지 통과하도록 허가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    에너지 필터링은 상기 생성된 하전입자의 진행 방향에 수직인 자기장을 만드는 단계, 및
    상기 생성된 하전입자의 진행 방향에 수직인 전기장을 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전기장은 사중극자 장과 쌍극자 장의 결합인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    하전입자의 생성은 이온의 생성을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 희망하지 않는 에너지 범위를 갖는 하전입자를 필터링하는 에너지 필터 장치에 있어서,
    상기 장치는 상기 하전입자의 진행 방향에 수직인 자기장을 발생하는 대향하는 자극 부분, 및
    사중극자 전기장을 발생하는 사중극자 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 필터 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 사중극자 구조는 4개의 쌍곡선 구조를 포함하고, 각각의 쌍곡선 구조는 각각의 전압을 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 필터 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 사중극자 구조는 4개의 원통 구조를 포함하고, 각각의 상기 원통 구조는 상기 하전입자의 진행 방향에 평행하게 뻗어있는 축을 가지며, 각각의 원통 구조는 각각의 전압을 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 필터 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 사중극자 구조는 사중극자 장과 쌍극자 장의 결합 장을 발생시키는 것을 특징으로 하는 에너지 필터 장치.
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