RU2693565C1 - Компактный отклоняющий магнит - Google Patents

Компактный отклоняющий магнит Download PDF

Info

Publication number
RU2693565C1
RU2693565C1 RU2018112311A RU2018112311A RU2693565C1 RU 2693565 C1 RU2693565 C1 RU 2693565C1 RU 2018112311 A RU2018112311 A RU 2018112311A RU 2018112311 A RU2018112311 A RU 2018112311A RU 2693565 C1 RU2693565 C1 RU 2693565C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coils
magnet
yoke
coil
wound
Prior art date
Application number
RU2018112311A
Other languages
English (en)
Inventor
Рой Е. РЭНД
Виталий ЗИСКИН
Original Assignee
Иматрекс, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Иматрекс, Инк. filed Critical Иматрекс, Инк.
Application granted granted Critical
Publication of RU2693565C1 publication Critical patent/RU2693565C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
    • H01J37/1472—Deflecting along given lines
    • H01J37/1474—Scanning means
    • H01J37/1475—Scanning means magnetic
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/08—Deviation, concentration or focusing of the beam by electric or magnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/02—Permanent magnets [PM]
    • H01F7/0273—Magnetic circuits with PM for magnetic field generation
    • H01F7/0278—Magnetic circuits with PM for magnetic field generation for generating uniform fields, focusing, deflecting electrically charged particles
    • H01F7/0284—Magnetic circuits with PM for magnetic field generation for generating uniform fields, focusing, deflecting electrically charged particles using a trimmable or adjustable magnetic circuit, e.g. for a symmetric dipole or quadrupole magnetic field
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/46—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the ray or beam, e.g. electron-optical arrangement
    • H01J29/58—Arrangements for focusing or reflecting ray or beam
    • H01J29/64—Magnetic lenses
    • H01J29/66—Magnetic lenses using electromagnetic means only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/46—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the ray or beam, e.g. electron-optical arrangement
    • H01J29/70—Arrangements for deflecting ray or beam
    • H01J29/72—Arrangements for deflecting ray or beam along one straight line or along two perpendicular straight lines
    • H01J29/76—Deflecting by magnetic fields only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/08—Ion sources; Ion guns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/10—Lenses
    • H01J37/14—Lenses magnetic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/153—Electron-optical or ion-optical arrangements for the correction of image defects, e.g. stigmators
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/04—Magnet systems, e.g. undulators, wigglers; Energisation thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/15—Means for deflecting or directing discharge
    • H01J2237/152—Magnetic means
    • H01J2237/1526—For X-Y scanning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26—Electron or ion microscopes
    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H01J2237/2803—Scanning microscopes characterised by the imaging method
    • H01J2237/2806—Secondary charged particle
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale
    • H01J2237/31749—Focused ion beam
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/266—Measurement of magnetic or electric fields in the object; Lorentzmicroscopy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3174—Particle-beam lithography, e.g. electron beam lithography

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

Изобретение относится к магнитам, более конкретно к компактным магнитам для отклонения и фокусировки электронных и ионных пучков. Магнит содержит ярмо, имеющее комплект из четырех граней и комплект из четырех углов восьмиугольника; первый комплект из четырех катушек, каждая из которых намотана соответственно на комплект из четырех граней; и второй комплект из четырех катушек, каждая из которых намотана соответственно на комплект из четырех углов восьмиугольника. Технический результат - обеспечение возможности создания однородного дипольного магнитного поля квадрупольного фокусирующего поля. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

[0001] В данной заявке испрашивается приоритет в соответствии с разделом 35 Кодекса законов США, §119(e) по находящейся в процессе одновременного рассмотрения предварительной заявке на патент США №62/491122, поданной 27 апреля 2017 г, под названием «COMPACT MAGNET FOR DEFLECTION AND FOCUSING OF ELECTRON AND ION BEAMS». Описание указанной заявки включено в данный документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Данное изобретение относится к магнитам, более конкретно к компактным магнитам для отклонения и фокусировки электронных и ионных пучков.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Во многих ускорителях пучка заряженных частиц необходимы магниты для отклонения, сканирования и фокусировки пучка. Устройства включают в себя, помимо прочего, катодно-лучевые трубки, рентгеновские трубки, электронно-лучевые сканеры для компьютерной томографии, клистроны, растровые электронные микроскопы, гелиево-ионные микроскопы, устройства электронной и ионной литографии.
[0004] Желательно, чтобы магниты, отклоняющие пучки, имели однородное (дипольное) магнитное поле, а также создавали квадрупольное фокусирующее поле. Магниты должны обладать возможностью сканирования в диапазоне углов отклонения, а компоненты поля должны быть магнитно вращаемыми вокруг начальной оси пучка. Предыдущие решения для вышеуказанных конструктивных требований к магнитам, как правило, включали сложные компоновки катушки электромагнита.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Данное изобретение относится к магнитам для отклонения и фокусировки электронных и ионных пучков. В одном варианте реализации изобретения магнит создает дипольные и квадрупольные поля от одного комплекта катушек.
[0006] В одном варианте реализации изобретения раскрыт ускоритель пучка частиц, содержащий магнит. Устройство содержит: источник пучка частиц, выполненный с возможностью излучения электронных и ионных пучков; множество ярм, расположенных по существу в виде прямоугольника; комплект катушек, содержащий множество катушек, причем обмотки множества катушек равномерно распределены по множеству ярм, при этом комплект катушек выполнен с возможностью создания как дипольных, так и квадрупольных полей, а магнит выполнен с возможностью отклонения и фокусировки электронных и ионных пучков.
[0007] В другом варианте реализации изобретения раскрыт магнит. Магнит содержит: множество ярм, расположенных по существу в виде прямоугольника; комплект катушек, содержащий множество катушек, причем обмотки множества катушек равномерно распределены и намотаны на множество ярм, при этом комплект катушек выполнен с возможностью создания как дипольных, так и квадрупольных полей.
[0008] Другие особенности и преимущества будут очевидны из данного описания, которое иллюстрирует, в качестве примера, аспекты изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0009] Детали данного изобретения, как относительно его конструкции, так и действия, могут быть выяснены частично путем изучения прилагаемых чертежей, на которых одинаковые номера позиций относятся к одинаковым деталям, и на которых:
[0010] На фиг. 1 приведено объемное изображение компактного магнита в соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения;
[0011] На фиг. 2A приведен поперечный разрез (в плоскости x-z) компактного магнита в соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения;
[0012] На фиг. 2B приведен другой поперечный разрез (в плоскости y-z) компактного магнита в соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения;
[0013] На фиг. 3 приведен другой поперечный разрез (в плоскости x-y) компактного магнита в соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения;
[0014] На фиг. 4 приведен пример схемы дипольных магнитных полей (By), обусловленных равными токами в двух катушках Y;
[0015] На фиг. 5 приведен пример схемы дипольных магнитных полей (Bx), обусловленных равными токами в двух катушках X;
[0016] На фиг. 6 приведен пример схемы квадрупольных магнитных полей, обусловленных противоположными токами в двух катушках Y;
[0017] На фиг. 7 приведен пример схемы комбинированных дипольных и квадрупольных магнитных полей, обусловленных объединенными токами в двух катушках Y;
[0018] На фиг. 8 приведен пример 45 квадрупольных магнитных полей, обусловленных токами в четырех катушках QB по углам ярма;
[0019] На фиг. 9 показано ярмо, выполненное в виде двух половин в соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения;
[0020] На фиг. 10 показан один вариант реализации данного изобретения, в котором магнитное ярмо магнита с параллельными сторонами разделено на одинаковые полосы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0021] Как указано выше, предыдущие решения для вышеуказанных конструктивных требований к магнитам, отклоняющим пучки, как правило, включали сложные компоновки катушки электромагнита. В некоторых вариантах реализации данного изобретения предложено альтернативное решение, которое существенно снижает сложность конструкции магнита. А именно, альтернативное решение включает в себя магнит, создающий дипольные и квадрупольные поля посредством одного комплекта катушек, в отличие от предшествующей конструкции, в которой дипольные и квадрупольные поля создаются отдельными комплектами катушек.
[0022] Кроме того, конструкция альтернативного решения, описанного в данном документе, не только простая, но, в отличие от некоторых традиционных конструкций, магнит также может быть смонтирован вокруг лучевой трубки после изготовления трубки. Кроме того, магнит новой конструкции выполнен с возможностью создания больших углов отклонения, чем традиционные конструкции. После прочтения данного описания будет очевидно, как осуществить данное изобретение в различных вариантах реализации и применения. Однако, хотя в данном описании будут раскрыты различные варианты реализации данного изобретения, понятно, что эти варианты реализации приведены только в качестве примера, а не ограничения. Таким образом, данное подробное описание различных вариантов реализации данного изобретения не должно рассматриваться как ограничивающее объем или сущность данного изобретения.
[0023] На фиг. 1 приведено 3-D изображение компактного магнита 100 в соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения. В одном варианте реализации изобретения компактный магнит 100 используют в ускорителе пучка частиц, таком как: катодно-лучевая трубка, рентгеновская трубка, электронно-лучевой сканер для компьютерной томографии, клистрон, растровый электронный микроскоп, гелиево-ионный микроскоп, или устройство электронной и ионной литографии. Ускоритель пучка частиц может также содержать источник пучка частиц, в дополнение к магниту. Таким образом, в одном варианте реализации изобретения компактный магнит 100 используют для отклонения и фокусировки электронных и ионных пучков, излучаемых источником пучка частиц.
[0024]В варианте реализации изобретения, иллюстрируемом на фиг. 1, компактный магнит 100 имеет роговидную форму с входным отверстием 110, имеющим по существу прямоугольную форму (в плоскости x-y). В альтернативном варианте реализации изобретения по существу прямоугольная форма также включает в себя углы восьмиугольника 120, 122, 124, 126 (например, указанные углы отстоят друг от друга на 45°). В одном варианте реализации изобретения катушки в углах восьмиугольника 120, 122, 124, 126 выполнены как квадруполи типа B (QB). В одном варианте реализации изобретения выходной контур ярма на нисходящей стороне является дугообразным для обеспечения квадрупольного фокусирующего поля, которое может быть использовано для противодействия обусловленному отклонением эффекту естественной фокусировки, посредством однородного поля.
[0025] На фиг. 2A приведен поперечный разрез (в плоскости x-z) 200 компактного магнита 100 в соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения; На поперечном разрезе 200 на фиг. 2A показана катушка Y1 (210), и катушка Y2 (212) и ярма 220, 222. Конструкция предполагает, что отклонение пучка происходит, главным образом, в одной плоскости (т.е., плоскости x-z). В варианте реализации изобретения, иллюстрируемом на фиг. 2A, форма основана на классической конструкции «оконной рамы», которая имеет весьма однородное внутреннее дипольное магнитное поле, при условии, что токи катушки равномерно распределены по соответствующим граням ярма. На фиг. 2A также показаны некоторые альтернативные формы 230, 232, 234 для ярма и катушек магнита, для которых распределение магнитного поля в пучке будет таким же.
[0026] На фиг. 2B приведен другой поперечный разрез (в плоскости y-z) 250 компактного магнита 100 в соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения. На поперечном разрезе 250 на фиг. 2B также показано ярмо 220.
[0027] На фиг. 3 приведен другой поперечный разрез (в плоскости x-y) 300 компактного магнита 100 в соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения. В варианте реализации изобретения, иллюстрируемом на фиг. 3, показаны различные катушки (обозначенные как катушка Y1 (310), катушка Y2 (312), катушка X1L (320), катушка X1R (322), X2L (330), X2R (332)) со ссылкой на систему координат, определенную на фиг. 1, 2A, 2B и 3.
[0028] Обмотки каждой катушки равномерно распределены по соответствующим граням ярма. Каждая пара (L, R) катушек X 320/322 или 330/332 электрически соединена как одна катушка, хотя они механически находятся на отдельных половинах ярма. Две половины ярма соединены в стыковых соединениях 340, 342, в которых существует нулевой магнитный поток через соединение 340 или 342, обусловленный доминирующим магнитным полем внутри ярма, By.
[0029] В варианте реализации изобретения, иллюстрируемом на фиг. 3, токи в катушках X 320, 322, 330, 332 и катушках Y 310, 312 создают как дипольные, так и квадрупольные магнитные поля, как описано ниже. Хотя поперечный разрез, показанный на фиг. 3, в основном, прямоугольный, его форма, параллельная направлению пучка (в направлении z), может быть роговидной или с параллельными сторонами. На фиг. 3 также показаны необязательные катушки QB (например, 350). Как описано выше применительно к фиг. 1, выходной контур ярма на нисходящей стороне является дугообразным для обеспечения квадрупольного фокусирующего поля, которое может быть использовано для противодействия обусловленному отклонением эффекту естественной фокусировки, посредством однородного поля. Вычисление радиуса для такой дуги описано ниже.
[0030] Алгоритм, лежащий в основе конструкции компактного магнита 100, показанного в различных видах на фиг. 1, 2A, 2B и 3, описан ниже. Так, в одном случае, токи катушки компактного магнита 100 могут быть выражены следующим образом:
IY1=IDY+IQY; [1]
IY2=IDY – IQY; [2]
IX1=IDX+IQX; [3]
IX2=IDX − IQX.[4]
где IDY = ток диполя в катушке Y,
IQY = ток квадруполя в катушке Y,
IDX = ток диполя в катушке X,
IQX = ток квадруполя в катушке X, и
все четыре составляющих тока являются независимыми.
[0031] Используя закон Ампера, токи катушки, описанные в уравнениях [1]-[4], создают магнитное поле в области пучка, описываемое следующими уравнениями:
Figure 00000001
[5]
Figure 00000002
[6]
где NY = число витков в каждой отдельной катушке Y,
NX = число витков в каждой отдельной катушке X,
μo = постоянная магнитной проницаемости,
( = проницаемость магнитного материала ярма,
w = внутренняя ширина ярма и
g = высота ярма по вертикали.
[0032] Таким образом, на основе вышеуказанных магнитных полей и токов катушки, величина эффективного градиента магнитного поля выглядит следующим образом:
Figure 00000003
. [7]
Соответственно, оптическая сила квадрупольной линзы может быть вычислена как:
Figure 00000004
[8]
где L(δ) = эффективная длина магнита,
e = заряд электрона,
c = скорость света и
p – импульс пучка.
[0033] В одном варианте реализации изобретения применены две катушки Y с отдельными токами IY1 и IY2. В другом варианте реализации изобретения каждая катушка содержит две обмотки, одну, несущую ток диполя, IDY, и другую – ток квадруполя, IQY. Решение о предпочтении одного варианта реализации другому зависит от практических соображений, таких как стоимость возбудителей обмотки.
[0034] Для неравных нулю отклонений дипольная компонента магнитного поля может быть аппроксимирована посредством элемента тонкой линзы, обладающего как цилиндрической, так и квадрупольной фокусирующей силой в системе электронной оптики. Таким образом, при аппроксимации, в которой IDY представляет доминирующий ток катушки, так что отклонение происходит полностью в плоскости x-z (как показано на фиг. 2A), для данной длины магнита по оси падения пучка L(0), при максимальном отклонении (δ) и выходном угле пучка (β):
Figure 00000005
[9]
где
Figure 00000006
. [10]
[0035] Радиальную фокусирующую силу (зависящую только от радиуса пучка и не зависящую от азимутального угла, φ) магнита, затем вычисляют с точностью до первого порядка величины
Figure 00000007
по следующей формуле:
Figure 00000008
, [11]
и квадрупольную фокусирующую силу вычисляют как:
Figure 00000009
. [12]
[0036] Суммарная фокусирующая сила равна T=S+Q * cos(2φ). Эти определения применяют независимо от формы катушек и ярма. Таким образом, достаточно констатировать, что суммарная фокусирующая сила (T) в плоскости x-z равна S+Q, а в плоскости y-z равна S – Q.
[0037] Затем соответствующий радиус выходной границы вычисляют по формуле:
Figure 00000010
, [13]
где необходимые значения β и R могут быть вычислены для требуемых максимальных значений δ и Q.
[0038] Расчетное значение S при максимальном отклонении будет определять требуемое минимальное расхождение падающего пучка электронов. При меньших значениях отклонения для компенсации меньшей фокусирующей силы дипольного поля в оптическую систему могут быть введены линзы с фокусировкой соленоидом.
[0039] Во многих вариантах применения может потребоваться, чтобы квадрупольная фокусирующая сила (Q) была равна нулю или близка к нулю. В этом случае может потребоваться, чтобы β ≈ ½ * δ и R ≈ L(0). Если Q является малой, но не равной нулю, как в данной заявке, для создания требуемого значения Q при максимальном отклонении выбирают соответствующие значения β и R. При меньших отклонениях квадрупольная сила дополняется током катушки IQY для создания необходимого градиента поля (
Figure 00000011
), как описано выше.
[0040] В одном примере варианта реализации ярмом служит высококачественный мю-металл (например, магнитомягкий ферромагнитный материал с проницаемостью (μ), большей, чем 50000), толщина которого составляет 1,5 мм или больше. Катушки являются однослойными, при этом в каждом слое использован медный провод американского калибра проводов 14 (American wire gauge, AWG), намотанный непосредственно на ярмо. Таким образом, при использовании проектных размеров длины (L(0))=125 мм, ширины (w)=125 мм, и зазора (g)=50 мм, например, требуется, чтобы дипольная компонента магнитного поля для отклонения пучка 200 кВ на 45 была 94 гаусса. Это обеспечивается 375 ампер-витками в каждой из катушек Y. Эти катушки наматывают с касанием витков, как показано на фиг. 3. Это дает NY=28 витков при максимальном токе провода 13,3 А. Максимальное отклонение по вертикали 3,1 обеспечивается числом ампер-витков до 50, например, для каждой пары катушек X. Каждая половина каждой катушки X имеет 10 витков с током 2,5 А. Витки катушек X разнесены широко и однородно, как указано.
[0041] Как показано на фиг. 2A, выходная сторона ярма магнита образует дугу, с центром на оси пучка выше по потоку от магнита. Данная конфигурация гарантирует, что дипольное поле магнита действует как собирающая линза с примерно равными фокусирующими силами в обеих плоскостях. При больших углах отклонения с помощью этого контура ярма на выходе пучка создается квадрупольное поле, которое приблизительно нейтрализует эффективную фокусировку, обусловленную отклонением. Результирующая оптическая сила квадрупольной линзы в целом, например, составляет около 0,2 диоптрии при отклонении 45°. Для меньших углов отклонения также требуется, чтобы суммарная оптическая сила квадрупольной линзы была примерно такой же величины. Необходимая напряженность квадрупольного поля обеспечивается противоположными токами в катушках Y, например, IQY=0,33 А. Поскольку IQX является излишним в данной ситуации, он не используется.
[0042] На фиг. 4 приведен пример схемы дипольных магнитных полей (By), обусловленных равными токами в двух катушках Y.
[0043] На фиг. 5 приведен пример схемы дипольных магнитных полей (Bx), обусловленных равными токами в двух катушках X.
[0044] На фиг. 6 приведен пример схемы квадрупольных магнитных полей, обусловленных противоположными токами в двух катушках Y.
[0045] На фиг. 7 приведен пример схемы комбинированных дипольных и квадрупольных магнитных полей, обусловленных объединенными токами в двух катушках Y.
[0046] В альтернативном варианте реализации изобретения при использовании восьмиугольного варианта для вращающихся квадрупольных полей, если требуемый профиль пучка после отклонения является эллиптическим и не ориентирован по его главным осям по вертикали или горизонтали, для объединения с квадрупольными полями основных катушек может потребоваться ортогональное квадрупольное поле (ориентированное под углом 45° относительно осей координат). Положения катушек 350 QB, необходимые для создания таких полей, указаны на фиг. 3 и проиллюстрированы на фиг. 1.
[0047] На фиг. 8 приведен пример 45 квадрупольных магнитных полей, обусловленных токами в четырех катушках QB по углам ярма.
[0048] На фиг. 9 показано ярмо 900, выполненное в виде двух половин 910, 912 в соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения. В варианте реализации изобретения, иллюстрируемом на фиг. 9, две половины 910, 912 прижаты друг к другу в точках 920, 922, в которых магнитная индукция в мю-металле близка к нулю для основного отклоняющего поля. Зажим облегчает крепление к системе лучевой трубки. В одном варианте реализации изобретения две половины 910, 912 могут быть закреплены немагнитными полосами, которые прикреплены латунными болтами.
[0049] В одном варианте реализации изобретения, если магнит 1000 должен использоваться в сканирующей лучевой трубке, в которой токи катушек и магнитные поля должны быстро изменяться, возможно, будет необходимо предотвращать появление индуцированных вихревых токов в магнитном ярме. Это может быть достигнуто за счет вырезания пазов в мю-металле и/или использования нескольких слоев 1010 материала. На фиг. 10 показан один вариант реализации данного изобретения, в котором все полосы мю-металла будут преимущественно одинаковыми.
[0050] Специалистам в данной области будут очевидны различные изменения этих вариантов реализации изобретения, а общие принципы, описанные в данном документе, могут быть применены к другим вариантам реализации изобретения, не отступая от сущности или объема изобретения. Соответственно, эти способы не ограничиваются конкретными примерами, описанными выше. Таким образом, следует понимать, что описание и графические материалы, представленные в данном документе, представляют собой возможный в настоящее время вариант реализации изобретения и поэтому являются репрезентативными для заявленного предмета, который в общих чертах рассматривается в данном описании. Кроме того, понятно, что объем данного изобретения полностью охватывает другие варианты реализации изобретения, которые могут стать очевидными для специалистов в данной области, и что объем данного изобретения, соответственно, не ограничен ничем, кроме прилагаемой формулы изобретения.

Claims (38)

1. Магнит, содержащий:
ярмо, имеющее комплект из четырех граней и комплект из четырех углов восьмиугольника;
первый комплект из четырех катушек, каждая из которых намотана соответственно на комплект из четырех граней; и
второй комплект из четырех катушек, каждая из которых намотана соответственно на комплект из четырех углов восьмиугольника.
2. Магнит по п.1, причем четыре катушки второго комплекта соединены электрически друг с другом так, чтобы создавать квадрупольное магнитное поле в ответ на ток во втором комплекте из четырех катушек.
3. Магнит по п.2, причем ярмо имеет выходную сторону с дугообразным контуром.
4. Магнит по п.3, причем пара граней в комплекте из четырех граней имеет дугообразный контур на выходной стороне.
5. Магнит по п.4, причем в упомянутой паре грани параллельны друг другу.
6. Магнит по п.5, причем ярмо имеет роговидную форму.
7. Магнит по п.1, причем ярмо имеет выходную сторону с дугообразным контуром.
8. Магнит по п.1, причем ярмо содержит две части, скрепленные вместе.
9. Магнит по п.8, причем каждая из двух частей образует половину ярма.
10. Магнит по п.8, причем первая часть из двух скрепленных частей включает в себя первую часть грани, а вторая часть из двух скрепленных частей включает в себя вторую часть грани, при этом катушка в первом комплекте катушек, намотанная на эту грань, содержит:
первую часть катушки, намотанную на первую часть грани; и
вторую часть катушки, намотанную на вторую часть грани, причем вторая часть катушки электрически соединена с первой частью катушки с образованием упомянутой катушки.
11. Магнит по п.1, причем ярмо содержит мю-металл.
12. Система, содержащая:
систему лучевой трубки;
магнит, прикрепленный к системе лучевой трубки, причем магнит содержит:
ярмо, имеющее комплект из четырех граней и комплект из четырех углов восьмиугольника;
первый комплект из четырех катушек, каждая из которых намотана соответственно на комплект из четырех граней; и
второй комплект из четырех катушек, каждая из которых намотана соответственно на комплект из четырех углов восьмиугольника; и
источник пучка частиц для излучения электронов, причем магнит прикреплен к системе лучевой трубки с возможностью отклонения излученных электронов в ответ на ток в первом комплекте из четырех катушек.
13. Система по п.12, причем ярмо имеет выходную сторону с дугообразным контуром, магнит выполнен с возможностью действовать как собирающая линза для излученных электронов в ответ на ток в первом комплекте из четырех катушек.
14. Система по п.12, причем магнит выполнен в виде оконной рамы с обеспечением возможности отклонения излученных электронов в первой плоскости и второй плоскости в ответ на ток в первом комплекте из четырех катушек.
15. Система по п.14, причем ярмо имеет выходную сторону с дугообразным контуром, магнит выполнен с возможностью действовать как собирающая линза для излученных электронов в первой и второй плоскостях в ответ на ток в первом комплекте из четырех катушек.
16. Система по п.15, причем четыре катушки второго комплекта соединены электрически друг с другом так, чтобы создавать квадрупольное магнитное поле в ответ на ток во втором комплекте из четырех катушек.
17. Система по п.12, причем ярмо содержит мю-металл.
18. Система, содержащая:
источник пучка частиц для излучения электронов;
лучевую трубку; и
магнит, прикрепленный к лучевой трубке, причем магнит содержит:
первую пару катушек и вторую пару катушек для создания дипольных магнитных полей для отклонения излученных электронов соответственно в первой плоскости и второй плоскости; и
комплект из четырех катушек для создания квадрупольного магнитного поля для ориентации главной оси эллиптического профиля пучка излученных электронов.
19. Система по п.18, причем ярмо имеет выходную сторону с дугообразным контуром, первая и вторая пары катушек выполнены с возможностью действовать как собирающая линза для излученных электронов.
20. Система по п.18, причем четыре катушки второго комплекта соединены электрически друг с другом так, чтобы создавать квадрупольное магнитное поле в ответ на ток в упомянутом комплекте из четырех катушек.
21. Система по п.18, причем ярмо содержит мю-металл.
22. Система по п.18, причем первая пара катушек содержит первый комплект из двух электрически соединенных катушек; и вторая пара катушек содержит второй комплект из двух электрически соединенных катушек.
RU2018112311A 2017-04-27 2018-04-05 Компактный отклоняющий магнит RU2693565C1 (ru)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762491122P 2017-04-27 2017-04-27
US62/491,122 2017-04-27
US15/625,921 2017-06-16
US15/625,921 US10290463B2 (en) 2017-04-27 2017-06-16 Compact deflecting magnet

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2693565C1 true RU2693565C1 (ru) 2019-07-03

Family

ID=62062890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018112311A RU2693565C1 (ru) 2017-04-27 2018-04-05 Компактный отклоняющий магнит

Country Status (7)

Country Link
US (3) US10290463B2 (ru)
EP (2) EP3537469A1 (ru)
JP (2) JP2018190709A (ru)
KR (2) KR20180120603A (ru)
CN (1) CN108807119B (ru)
RU (1) RU2693565C1 (ru)
TW (1) TWI670745B (ru)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10290463B2 (en) 2017-04-27 2019-05-14 Imatrex, Inc. Compact deflecting magnet
US10395887B1 (en) * 2018-02-20 2019-08-27 Technische Universiteit Delft Apparatus and method for inspecting a surface of a sample, using a multi-beam charged particle column
US10504687B2 (en) * 2018-02-20 2019-12-10 Technische Universiteit Delft Signal separator for a multi-beam charged particle inspection apparatus
US11114270B2 (en) * 2018-08-21 2021-09-07 Axcelis Technologies, Inc. Scanning magnet design with enhanced efficiency
DE102019004124B4 (de) * 2019-06-13 2024-03-21 Carl Zeiss Multisem Gmbh Teilchenstrahl-System zur azimutalen Ablenkung von Einzel-Teilchenstrahlen sowie seine Verwendung und Verfahren zur Azimut-Korrektur bei einem Teilchenstrahl-System
WO2023105632A1 (ja) * 2021-12-07 2023-06-15 株式会社日立ハイテク 多極子レンズおよび荷電粒子線装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3814829A (en) * 1971-10-26 1974-06-04 B Movchan Device for electron-beam heating of materials mainly for their melting and evaporation
US4105890A (en) * 1976-05-03 1978-08-08 Movchan Boris Alexeevich Device for electron-beam heating of materials
US6292538B1 (en) * 1999-02-01 2001-09-18 Siemens Aktiengesellschaft X-ray tube with flying focus
RU2198485C1 (ru) * 2001-02-13 2003-02-10 Сумский Государственный Университет Многоканальный линейный индукционный ускоритель заряженных частиц
WO2008044194A2 (en) * 2006-10-13 2008-04-17 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Electron optical apparatus, x-ray emitting device and method of producing an electron beam

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3622679A (en) 1970-09-29 1971-11-23 Air Reduction Heating system for electron beam furnace
JPS5239124B2 (ru) * 1972-07-11 1977-10-03
JPS50117727U (ru) 1974-03-09 1975-09-26
JPS5826616B2 (ja) 1975-08-21 1983-06-03 イケガミ ヒデツグ タキヨクジバソウチ
US4221937A (en) * 1978-08-10 1980-09-09 Fidelity-Research, Inc. Moving iron type cartridge
DE19631899A1 (de) * 1996-08-07 1998-02-12 Siemens Ag Röntgenröhre
DE19634456A1 (de) * 1996-08-26 1998-03-05 Rainer Dr Spehr Elektronenoptische Linsenanordnung mit spaltförmigem Öffnungsquerschnitt
JP3449198B2 (ja) * 1997-10-22 2003-09-22 日新電機株式会社 イオン注入装置
US6160869A (en) * 1998-10-01 2000-12-12 Imatron, Inc. Chicane magnet focusing system and deflection magnet for a scanning electron beam computed tomography system
US6933507B2 (en) 2002-07-17 2005-08-23 Kenneth H. Purser Controlling the characteristics of implanter ion-beams
US7871634B2 (en) 2005-08-11 2011-01-18 L'oréal Cosmetic compositions useful for lengthening lashes
WO2008115339A1 (en) * 2007-03-15 2008-09-25 White Nicholas R Open-ended electromagnetic corrector assembly and method for deflecting, focusing, and controlling the uniformity of a traveling ion beam
EP2148524B1 (en) * 2008-05-13 2014-10-22 Hosiden Corporation Electroacoustic transducer
DE102013104778A1 (de) * 2013-05-08 2014-11-13 Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg Vorrichtung zur Erfassung und Regelung eines durch einen Elektromagneten erzeugten Magnetfelds
JP6227294B2 (ja) * 2013-06-20 2017-11-08 惠州市大亜湾永昶電子工業有限公司 手振れ抑制機能付きレンズ駆動装置
US9620327B2 (en) 2014-12-26 2017-04-11 Axcelis Technologies, Inc. Combined multipole magnet and dipole scanning magnet
AT516871B1 (de) * 2015-03-05 2018-03-15 Bhm Tech Produktionsgesellschaft M B H Elektromagnetischer Signalwandler für einen Knochenleitungshörer
US9793087B2 (en) 2015-09-10 2017-10-17 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Techniques and apparatus for manipulating an ion beam
US10290463B2 (en) 2017-04-27 2019-05-14 Imatrex, Inc. Compact deflecting magnet

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3814829A (en) * 1971-10-26 1974-06-04 B Movchan Device for electron-beam heating of materials mainly for their melting and evaporation
US4105890A (en) * 1976-05-03 1978-08-08 Movchan Boris Alexeevich Device for electron-beam heating of materials
US6292538B1 (en) * 1999-02-01 2001-09-18 Siemens Aktiengesellschaft X-ray tube with flying focus
RU2198485C1 (ru) * 2001-02-13 2003-02-10 Сумский Государственный Университет Многоканальный линейный индукционный ускоритель заряженных частиц
WO2008044194A2 (en) * 2006-10-13 2008-04-17 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Electron optical apparatus, x-ray emitting device and method of producing an electron beam

Also Published As

Publication number Publication date
US20190259565A1 (en) 2019-08-22
CN108807119B (zh) 2022-01-21
EP3537469A1 (en) 2019-09-11
JP2018190709A (ja) 2018-11-29
US20190198286A1 (en) 2019-06-27
CN108807119A (zh) 2018-11-13
KR102088144B1 (ko) 2020-03-11
KR20180120603A (ko) 2018-11-06
JP7022718B2 (ja) 2022-02-18
TWI670745B (zh) 2019-09-01
US10332718B1 (en) 2019-06-25
KR20190129786A (ko) 2019-11-20
US10290463B2 (en) 2019-05-14
US20180315578A1 (en) 2018-11-01
TW201842523A (zh) 2018-12-01
JP2019149387A (ja) 2019-09-05
EP3396696A1 (en) 2018-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2693565C1 (ru) Компактный отклоняющий магнит
JP4008030B2 (ja) アイソクロナスサイクロトロンから荷電粒子を抽出する方法及びこの方法を応用する装置
US2919381A (en) Electron lens
KR100442990B1 (ko) 중첩정적및시변자계를생성하는시스템및방법
EP0451370A1 (en) Correction system for a charged-particle beam apparatus
EP0306966A2 (en) Bending magnet
JPH10233299A (ja) 荷電粒子ビームエキスパンダー
US9349565B2 (en) Multipole lens, aberration corrector, and electron microscope
US20100084567A1 (en) Chromatic Aberration Corrector for Charged-Particle Beam System and Correction Method Therefor
TWI381413B (zh) 具有離子束／電荷粒子束的照射系統
JPS636736A (ja) 磁気レンズシステム
US20160233049A1 (en) Charged Particle Beam Device
US4122346A (en) Optical devices for computed transaxial tomography
US9728371B2 (en) Ion beam scanner for an ion implanter
JPH01319236A (ja) 電界放射電子銃
US3201631A (en) Short focus lens at focal point of long focus lens
JP7366997B2 (ja) 効率を向上させた走査磁石設計
JP3956285B2 (ja) ウィグラリング
JPH0234140B2 (ru)
RU2063108C1 (ru) Многополюсная магнитная линза
US20180040450A1 (en) Method and device for the production of highly charged ions
Cork et al. Quadrupole focusing lenses for charged particles
JP4374400B6 (ja) 磁気イオン・ビーム走査装置
CN118098911A (zh) 带电粒子束光学系统的束分离装置
CN117080039A (zh) 分析磁场装置及离子注入机