Мультіпольна лінза

Пропонований винахід відноситься до ядерної техніки і може бути використаний у таких областях, як масспектрометрія, Іонна мікроскопія і т.п., наприклад, як одна Із головних складових частин об'єктиву установки, що служить для одержання пучку заряджених часток субмікронного перерізу (іонний мікрозонд). Відомі мікрозонди, в яких фокусування пучку іонів здійснюється мультипольними (квадрупольними) магнітними (електростатичними) лінзами (МЛ), що мають жорстко задане геометричне розміщення елементів робочої зони, тобто полеутворюючих елементів, відносно поздовжньої осі. Це, наприклад, об'єктив с магнітними квадрупольними лінзами мікрозонду в Оксфорді [1]. Серйозним недоліком такої системи є те, що одержання пучку необхідно малого перерізу на мішені або взагалі практично неможливе або пов'язане з надзвичайно великими труднощами при виготовленні, так як Існуючі технології обробки при використовуваних розмірах деталей не дозволяють виготовити пристрій, що задовольняє даним вимогам. Це приводить до того, що при зібранні елементів в єдине ціле загальна похибна виготовлення різко зростає. Окрім того, з плином часу змінюються геометричні параметри елементів із-за старіння матеріалу, зношення в процесі роботи, вібрацій і т.п. Звідси слідує, що різко погіршуються фокусуючі властивості об'єктиву за рахунок збільшення паразитичних аберацій. Найбільш близьким пристроєм, що вибраний як прототип, є квадрупольна лінза, яка складається Із магнітопроводу, цільного корпусу, джерела поля і чотирьох полеутворюючих елементів, які встановлені симетрично відносно продольної осі, що обмежують робочу зону (апертуру) [2], причому супротивні полеутворюючі елементи можуть зближуватись 1 віддалятись відносно центру, що приводить до зникнення площин анти симетрії. Недолік прототипу - неприйнятність для використання як пристрою для фокусування пучків іонів до субмікронних перерізів із-за високих паразитичних аберацій, викликаних тим, що при існуючих те хнологіях обробки практично неможливо витримати вимоги на субмікронні допуски на співісність полеутворюючи х елементів і відстані між ними. Установка взаємного положення полеутворюючих елементів із вказаною точністю утруднена або взагалі неможлива Із-за продумування похибок виготовлення деталей при складанні їх в окремі вузли. Тим більш, що у названій конструкції лінзи не передбачена можливість ефективного коректування положення полеутворюючих елементів по трьох ступенях свободи, необхідність в якому виникає в процесі експлуатації (внаслідок старіння матеріалу, зносу, вібрації устаткування і т.п.). Задачею винаходу є удосконалення мультипольної лінзи, в якій за рахунок корекції неспівісності і відстаней між полеутворюючими елементами зменшуються аберації і спрощується фокусування пучка іонів до субмікронного перерізу. Поставлена задача вирішується тим, що, у м ультипольній лінзі, яка містить магнітопровід або корпус, джерела поля і полеутворюючі елементи, що встановлені в магнітопроводі або корпусі симетрично відносно поздовжньої осі, магнітопровід і корпус виконані з прорізами, в яких розміщені по дві пари клинів-направляючих відповідно з феромагнетику або діелектрику для переміщень полеутворюючих елементів в поздовжньопоперечному напрямку. Завдяки цьому вона дозволяє зфокусувати пучок іонів до субмікронного перерізу на мішені. Ярмо (корпус) МЛ має прорізи, що служать основою направляючих для переміщення в них полеутворюючих елементів в радіальному напрямку, у кожному ж прорізі навкруг полеутворюючого елементу розміщені дві пари клинів Із феромагнетику (діелектрику), що служать для переміщення полеутворюючого елементу в поздовжньо-поперечному напрямку. Необхідною умовою фокусування пучку іонів до субмікронного перерізу є вимога дотримання з субмікронною точністю співвісності полеутворюючих елементів і відстаней між ними в робочій зоні, тому дане технічне рішення дозволяє отримати згадані пучки іонів. Наявність в ярмі (корпусі) лінзи прорізів дозволяє переміщува тись полеутворюючому елементу вздовж них в радіальному напрямку, а кожна пара клинів, розміщених в цих прорізах навкруг полеутворюючого елементу у поперечному або поздовжньому напрямку. Для магнітної лінзи клини потрібно виготовити з феромагнітного матеріалу для запобігання розриву замкнутого магнітного кола. для електростатичної бажано із діелектрику для запобігання електричного пробою Переміщення у пропонованій конструкції здійснюються через мікрометричнігвинти і передачі. Зовнішній вигляд запропонованої магнітної квадрупольної лінзи зображений на ескізі фіг. 1 "Загальний вигляд квадрупольної магнітної лінзи". Суть роботи пристрою ілюструє ескіз фіг. 2 "Вузол регульованого з'єднання полюсу з ярмом". Лінза, що розглядається, складається з ярма 1 з полюсами 2 і юстувальних пристроїв, закріплених на ярмі 1 розміщених під кришкою 3. Умовно механізм переміщень по трьох ступенях свободи можна розділити на пристрій "А" для переміщення в радіальному напрямку, пристрій "Б" для переміщення в поперечному напрямку і пристрій "В" -у поздовжньому. Юстувальний пристрій "А" для переміщення полюсу по радіальній осі лінзи складається з двох мікрометричних гвинтів 4, що знаходиться у різьбовому зчепленні з полюсом іІ які є одночасно осями коліс 5 зубчатого механізму, що служить для обертання цих гвинтів за допомогою керуючої рукоятки 6, насадженої на черв'як 7. Юстувальний пристрій "Б" для переміщення полюсу в поперечному напрямку складається з пари клинів 8, які затискують полюс у ярмі, мікрометричного гвинта 9, з'єднаного з коромислом 10, на якому розміщена привідна рукоятка 11, Механізм "В" для переміщення полюсу по поздовжній осі виконаний аналогічно І складається з пари клинів 12, мікрогвинтів 13, коромисла 14 і рукоятки 15. Клини для переміщень виготовлені з того ж матеріалу, що ярмо з полюсом, решта деталей - з немагнітного матеріалу. Всі привідні рукоятки мають фіксатори 16. Юстується лінза таким чином. Шаблон з перерізом, рівним перерізу апертури І нанесеними мітками для осей симетрії, вставляється в робочу зону пристрою. Аналогічні мітки є на полюсних наконечниках, які переміщуються вздовж радіальних осей, створюючи з шаблоном деякий зазор. При цьому обертання привідної рукоятки 6 через черв'ячну пару 5-7 передається на гвинти 4, які зміщують полюс. Далі лінза центрується по мітках на шаблоні і полюсах за допомогою юстувального пристрою "Б". При цьому обертання привідної рукоятки 11 через коромисло 10 1 гвинти 9 передається на пару клинів 8 які поздовжньо переміщуючись в протилежних напрямках обумовлюють попереднє по відношенню до осі лінзи переміщення полюсу Потім лінза юстується при необхідності механізмом "В" аналогічним чином, після чого полюси зміщуються радіальне до механічного контакту з шаблоном 1 фіксуються фіксаторами 16. Передаточні відношення черв'ячних пар, кроки різьб, скоси клинів та інші конструктивні параметри елементів системи підбираються таким чином, щоб забезпечити потрібні переміщення з необхідною точністю. Заключне юстування виробу може проводитись безпосередньо при роботі з пучком іонів. Для порівняння розглянемо виконання прототипу - магнітної квадрупольної лінзи, що описана в [2]. Застосування цієї лінзи для фокусування пучку іонів викликає значно більші паразитичні аберації, що зв'язано з неможливістю ефективного коректування розмірів апаратури та взаємного положення полюсів по всіх ступенях свободи у процесі налагодження і після деякого часу експлуатації у зв'язку зі старінням матеріалу, виникаючими деформаціями, вібраціями устаткування і т. ін. Значні утруднення викликає також механічна обробка порівняно великих деталей з субмікронною точністю і наступне їх складання в єдине ціле з тією ж точністю, так як і існуючі технології обробки при використовуваних розмірах деталей не дозволяють виготовити пристрій, за допомогою якого можна зфокусувати п учки іонів до субмікронних перерізів. Ефективність запропонованого винаходу порівняно з прототипом полягає в можливості одержання зфокусованих іонних пучків перерізом менше 1 мкм, більш повному використанні технічних можливостей МЛ за рахунок коректування розмірів робочої зони в процесі експлуатації І зниженні трудомісткості виготовлення окремих деталей та вузлів.