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Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsversorgungseinheit für ein Teilchenstrahlgerät sowie ein Teilchenstrahlgerät mit einer derartigen Hochspannungsversorgungseinheit.
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Elektronenstrahlgeräte, insbesondere ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) oder ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM), werden zur Untersuchung von Objekten verwendet, um Kenntnisse hinsichtlich der Eigenschaften und Verhalten dieser Objekte unter bestimmten Bedingungen zu erhalten.
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Sowohl bei einem SEM als auch bei einem TEM werden Elektronen mittels eines Strahlerzeugers erzeugt. Die Elektronen treten aus dem Strahlerzeuger aus und bilden einen Elektronenstrahl. Sie werden aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen dem Strahlerzeuger und einer Anode auf ein Potential beschleunigt. Hierzu wird üblicherweise der Strahlerzeuger mit einer negativen Hochspannung versorgt. Bei einem SEM liegt diese beispielsweise im Bereich von (–1) kV bis (–30) kV gegenüber dem Massepotential. Bei einem TEM liegt die Hochspannung beispielsweise im Bereich von (–10) kV bis (–300) kV gegenüber dem Massepotential.
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Um bei den vorgenannten Teilchenstrahlgeräten eine Untersuchung eines Objekts mit einer hohen Auflösung zu erzielen, ist es wünschenswert, dass die von einer Hochspannungsversorgungseinheit zur Verfügung gestellte Hochspannung keinen großen Schwankungen unterliegt. Um entsprechende Maßnahmen für eine Stabilisierung der Hochspannung einzuleiten, ist es bekannt, Schwankungen der Hochspannung zu messen. Beispielsweise wird eine Messeinrichtung verwendet, die einen ohmschen Spannungsteiler oder einen kapazitiven Spannungsteiler aufweist. Der kapazitive Spannungsteiler umfasst einen ersten Kondensator in Form eines Hochspannungskondensators und einen zweiten Kondensator in Form eines Messkondensators. Der erste Kondensator ist in einem Gehäuse aufgenommen und mit einer Hochspannungsabschirmung ummantelt. Das Gehäuse und die Hochspannungsabschirmung weisen jedoch ein hohes Gewicht auf, so dass die mit dem kapazitiven Spannungsteiler versehene Messeinrichtung recht schwer ist. Beispielsweise beträgt das Gewicht einer für 200 kV ausgelegten bekannten Messeinrichtung mehrere hundert Kilogramm. Ein derart hohes Gewicht macht die Handhabung und die Installation der bekannten Messeinrichtung recht aufwendig. Insbesondere ein Transport der Messeinrichtung zu einem Teilchenstrahlgerät ist mühsam. Eine nachträgliche Installation der bekannten Messeinrichtung ist daher nur mit höherem Aufwand möglich.
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Ferner ist der in der bekannten Messeinrichtung verwendete Hochspannungskondensator teuer in der Anschaffung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochspannungsversorgungseinheit mit einer Messeinrichtung zur Messung von Schwankungen einer Hochspannung bereitzustellen, die kostengünstig und einfach in der Handhabung ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Hochspannungsversorgungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein Teilchenstrahlgerät mit einer derartigen Hochspannungsversorgungseinheit ist durch die Merkmale des Anspruchs 14 gegeben. Eine Verwendung der erfindungsgemäßen Hochspannungsversorgungseinheit ist durch die Merkmale des Anspruchs 13 beschrieben. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, aus den nachfolgenden Ansprüchen und/oder aus den beigefügten Figuren.
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Gemäß der Erfindung ist die Hochspannungsversorgungseinheit für ein Teilchenstrahlgerät vorgesehen. Die Hochspannungsversorgungseinheit weist mindestens ein Hochspannungskabel zur Zuführung einer Hochspannung auf. Ferner ist die Hochspannungsversorgungseinheit mit mindestens einer Messeinrichtung zur Messung der Hochspannung versehen. Die Messeinrichtung weist mindestens einen ersten Kondensator auf. Der erste Kondensator ist beispielsweise als Hochspannungskondensator ausgebildet. Ferner ist der erste Kondensator durch mindestens einen ersten Abschnitt des Hochspannungskabels gebildet.
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Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass das Hochspannungskabel der Hochspannungsversorgungseinheit als Kondensator verwendet werden kann. Das Hochspannungskabel selbst weist als eine elektrische Leitung eine Kenngröße, nämliche einen Kapazitätsbelag, auf. Diese Kenngröße beschreibt die Kapazität des Hochspannungskabels pro Längeneinheit. Bei einer geeigneten Wahl der Länge des vorgenannten ersten Abschnitts des Hochspannungskabels weist der erste Kondensator eine zur Messung der Hochspannung ausreichende Kapazität auf.
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Die Erfindung weist zum einen den Vorteil auf, dass die Messeinrichtung aufgrund der einfachen Herstellung des ersten Kondensators kostengünstig in der Herstellung ist. Zum anderen ist die Messeinrichtung im Vergleich zum Stand der Technik leicht. Ein Transport und eine Installation der Hochspannungsversorgungseinheit sind somit einfach. Zudem haben Überlegungen ergeben, dass der auf diese Weise gebildete erste Kondensator die zu messende Hochspannung nur gering beeinflusst, so dass Messungen der Hochspannung mit einer hohen Genauigkeit möglich sind.
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Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochspannungsversorgungseinheit ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das Hochspannungskabel den nachfolgenden Aufbau aufweist. Das Hochspannungskabel weist mindestens einen Innenleiter auf, der von mindestens einer ersten Isolierung umgeben ist. Die erste Isolierung ist wiederum von mindestens einer ersten Abschirmung umgeben. Bei dem vorstehend beschriebenen Hochspannungskabel handelt es sich beispielsweise um ein Hochspannungskabel mit leitender Außenfläche. Die erste Abschirmung ist in mindestens einem ersten Bereich und/oder in mindestens einem zweiten Bereich des ersten Abschnitts des Hochspannungskabels unterbrochen. Ferner ist es vorgesehen, dass der erste Abschnitt des Hochspannungskabels von einer zweiten Abschirmung umgeben ist. Sowohl die erste Abschirmung als auch die zweite Abschirmung dienen dem Schutz von Personen, die mit der erfindungsgemäßen Hochspannungsversorgungseinheit arbeiten.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochspannungsversorgungseinheit ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass der erste Abschnitt des Hochspannungskabels sich entlang einer Längsachse des Hochspannungskabels erstreckt und ferner eine erste Längsausdehnung aufweist. Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass der erste Bereich sich entlang der Längsachse des Hochspannungskabels mit einer zweiten Längsausdehnung erstreckt, wobei die zweite Längsausdehnung des ersten Bereichs kleiner als die erste Längsausdehnung des ersten Abschnitts des Hochspannungskabels ist. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist es vorgesehen, dass der zweite Bereich sich entlang der Längsachse des Hochspannungskabels mit einer dritten Längsausdehnung erstreckt, wobei die dritte Längsausdehnung des zweiten Bereichs kleiner als die erste Längsausdehnung des ersten Abschnitts des Hochspannungskabels ist.
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Bei einer wiederum weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochspannungsversorgungseinheit ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass der Innenleiter von mindestens einer zweiten Isolierung umgeben ist. Dies ist insbesondere dann vorgesehen, wenn das Hochspannungskabel mindestens zwei Innenleiter aufweist. Die zweite Isolierung ist von mindestens einer dritten Abschirmung umgeben. Diese Ausführungsform betrifft beispielsweise ein Hochspannungskabel mit mehreren isolierten und abgeschirmten Innenleitern (nämlich durch die zweite Isolierung und durch die dritte Abschirmung), die von einer weiteren Isolierung (nämlich der ersten Isolierung) umgeben sind, die wiederum abgeschirmt ist (nämlich durch die erste Abschirmung). Bei einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass zwei oder mehrere Innenleiter jeweils von einer zweiten Isolierung umgeben sind und diese zwei oder mehrere Innenleiter dann von einer gemeinsamen dritten Abschirmung umgeben sind.
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Bei einer nächsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochspannungsversorgungseinheit weist die Hochspannungsversorgungseinheit mindestens eines der folgenden Merkmale auf:
- – die erste Abschirmung ist von mindestens einer ersten Ummantelung umgeben, oder
- – im ersten Abschnitt des Hochspannungskabels ist die zweite Abschirmung von mindestens einer zweiten Ummantelung umgeben.
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Beispielsweise ist mindestens eine der ersten Ummantelung und der zweiten Ummantelung aus Gummi und/oder einem Kunststoff gebildet.
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Bei einer wiederum weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochspannungsversorgungseinheit ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die erste Abschirmung auf Massepotential liegt. Allerdings liegt die erste Abschirmung nicht in dem ersten Abschnitt des Hochspannungskabels auf Massepotential. Jedoch ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die zweite Abschirmung auf Massepotential liegt.
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Bei einer wieder weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochspannungsversorgungseinheit ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen,
- – dass das Hochspannungskabel einen Kapazitätsbelag im Bereich von 10 pF/m bis 1000 pF/m aufweist, oder
- – dass das Hochspannungskabel einen Kapazitätsbelag im Bereich von 50 pF/m bis 500 pF/m aufweist, oder
- – dass das Hochspannungskabel einen Kapazitätsbelag im Bereich von 80 pF/m bis 250 pF/m aufweist.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die vorgenannten Werte eingeschränkt ist. Vielmehr ist jeder geeignete Wert eines Kapazitätsbelags wählbar.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochspannungsversorgungseinheit ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die Messeinrichtung mindestens einen kapazitiven Spannungsteiler aufweist, wobei der kapazitive Spannungsteiler den ersten Kondensator und mindestens einen zweiten Kondensator umfasst. Alternativ hierzu ist beispielsweise vorgesehen, dass die Messeinrichtung mindestens einen Messwiderstand zur Messung der Hochspannung aufweist. Beispielsweise ist der Messwiderstand in einer Spannungsmesseinheit angeordnet. Der Messwiderstand kann somit direkt ein Teil einer Spannungsmesseinheit sein.
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Bei einer noch weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochspannungsversorgungseinheit ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das Hochspannungskabel mindestens einen zweiten Abschnitt umfasst. Der erste Abschnitt ist zum zweiten Abschnitt beabstandet angeordnet. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass der zweite Abschnitt identisch zum ersten Abschnitt ausgebildet ist. Bei diesen Ausführungsbeispielen ist es beispielsweise vorgesehen, dass an dem Hochspannungskabel mehrere erste Kondensatoren ausgebildet sind. Sowohl der erste Abschnitt als auch der zweite Abschnitt bilden jeweils einen ersten Kondensator.
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Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung einer Hochspannungsversorgungseinheit mit mindestens einem der vorgenannten Merkmale oder mit mindestens zwei der vorgenannten Merkmale zur Messung von Schwankungen einer Hochspannung und/oder zur Erzeugung eines Messsignals, das zur Regelung der Hochspannungsversorgungseinheit verwendet wird.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Teilchenstrahlgerät mit mindestens einem Strahlerzeuger zur Erzeugung eines Teilchenstrahls, mit mindestens einer Objektivlinse zur Fokussierung des Teilchenstrahls auf mindestens ein Objekt sowie mit mindestens einer Hochspannungsversorgungseinheit, wobei die Hochspannungsversorgungseinheit mindestens eines der vorgenannten Merkmale oder mindestens zwei der vorgenannten Merkmale aufweist.
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Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die Hochspannungsversorgungseinheit zur Versorgung einer Elektronenquelle oder einer Elektrode, beispielsweise einer Extraktionselektrode oder einer Anode, mit Hochspannung ausgebildet ist. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist es vorgesehen, dass die Hochspannungsversorgungseinheit zur Versorgung weiterer Komponenten des Teilchenstrahlgeräts ausgebildet ist, beispielsweise mindestens einer Elektrode eines Korrektors oder eines Spektrometers. Ferner ist das Teilchenstrahlgerät beispielsweise als Elektronenstrahlgerät oder als Ionenstrahlgerät ausgebildet.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mittels Figuren näher erläutert. Dabei zeigen
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1 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlgeräts in Form eines Transmissionselektronenmikroskops;
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2 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlgeräts in Form eines Rasterelektronenmikroskops;
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3 eine schematische Darstellung einer Hochspannungsversorgungseinheit mit Messeinrichtung nach dem Stand der Technik;
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4 eine schematische Darstellung einer Hochspannungsversorgungseinheit mit Messeinrichtung nach der Erfindung;
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5 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines als Kondensator ausgebildeten Hochspannungskabels;
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6 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines als Kondensator ausgebildeten Hochspannungskabels;
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7 eine schematische Darstellung eines vergrößerten Abschnitts einer dritten Ausführungsform eines als Kondensator ausgebildeten Hochspannungskabels;
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8 eine schematische Darstellung eines vergrößerten Abschnitts einer vierten Ausführungsform eines als Kondensator ausgebildeten Hochspannungskabels; sowie
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9 eine schematische Darstellung eines Hochspannungskabels mit zwei ersten Kondensatoren.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Teilchenstrahlgeräts in Form eines Transmissionselektronenmikroskops (nachfolgend stets TEM genannt) und eines Rasterelektronenmikroskops (nachfolgend stets SEM genannt) beschrieben. Es wird aber bereits jetzt darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf ein TEM oder ein SEM eingeschränkt ist. Vielmehr ist die Erfindung bei jedem Teilchenstrahlgerät einsetzbar, beispielsweise auch bei einem Ionenstrahlgerät.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines TEM 11. Das TEM 11 weist eine Elektronenquelle 1 in Form einer thermischen Feldemissionsquelle auf. Allerdings ist durchaus auch eine andere Elektronenquelle verwendbar. Entlang der optischen Achse OA des TEM 11 ist hinter der Elektronenquelle 1 eine Extraktionselektrode 2 angeordnet, durch deren Potential Elektronen aus der Elektronenquelle 1 gesaugt werden. Ferner ist eine erste Elektrode 3 zur Fokussierung der Quellenlage sowie eine zweite Elektrode 4 zur Beschleunigung der Elektronen vorgesehen. Aufgrund der zweiten Elektrode 4 werden die aus der Elektronenquelle 1 austretenden Elektronen mittels einer Elektrodenspannung auf eine gewünschte und einstellbare Energie beschleunigt. Hierzu ist die Elektronenquelle 1 mit einer Hochspannungsversorgungseinheit 100 über ein Hochspannungskabel 101 verbunden. Hierauf wird weiter unten noch näher eingegangen.
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Im weiteren Verlauf auf der optischen Achse OA ist ein mehrstufiger Kondensor angeordnet, der drei Magnetlinsen 5 bis 7 aufweist (nämlich eine erste Magnetlinse 5, eine zweite Magnetlinse 6 und eine dritte Magnetlinse 7), an den sich ein Objektiv 8 anschließt, welches in Form einer Magnetlinse gegeben ist. Am Objektiv 8 ist eine Objektebene 9 angeordnet, an der ein zu untersuchendes Objekt mittels eines Probenmanipulators angeordnet werden kann. Durch entsprechende Einstellung der Betriebsparameter (beispielsweise eines Linsenstroms) der ersten Magnetlinse 5, der zweiten Magnetlinse 6, der dritten Magnetlinse 7 sowie des Objektivs 8 ist insbesondere das ausgeleuchtete Feld der Objektebene 9 einstellbar.
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Dem Objektiv 8 in zur Elektronenquelle 1 entgegengesetzter Richtung ist eine Beugungslinse 15 nachgeordnet, welche als Magnetlinse ausgebildet ist. Die Beugungslinse 15 bildet einerseits eine hintere Brennebene 10 des Objektivs 8 in eine Beugungs-Zwischenbildebene 21 ab. Ferner erzeugt das Objektiv 8 ein reelles Zwischenbild 14 der Objektebene 9. Die Beugungslinse 15 bildet andererseits das Zwischenbild 14 der Objektebene 9 in die Eingangsbildebene 17 eines Projektivsystems bestehend aus einer ersten Projektivlinse 18 und einer zweiten Projektivlinse 19 ab. Das Projektivsystem 18, 19 erzeugt dann von dem in der Objektebene 9 angeordneten und in die Eingangsbildebene 17 des Projektivsystems 18, 19 abgebildeten Objekt ein Bild auf einem Detektor 20. Durch entsprechendes Umschalten des Projektivsystems 18, 19 ist es auch möglich, die hintere Brennebene 10 bzw. die Beugsungs-Zwischenbildebene 21 auf den Detektor 20 (bzw. in eine Endbildebene) abzubilden. Ein derartiges TEM 11 kann weitere Linsen sowie Ablenk- und Korrektursysteme (beispielsweise Stigmatoren oder Korrektoren) und/oder Spektrometer aufweisen.
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2 zeigt ein weiteres Teilchenstrahlgerät in Form eines SEM 12, an dem die Erfindung verwirklicht ist. Das Teilchenstrahlgerät weist eine Elektronensäule 22 auf, die mit einer optische Achse 23, einem Strahlerzeuger in Form einer Elektronenquelle 24 (Kathode), einer Extraktionselektrode 25 sowie einer Anode 26 versehen ist, die gleichzeitig ein Ende eines Strahlführungsrohrs 27 bildet. Beispielsweise ist die Elektronenquelle 24 ein thermischer Feldemitter. Elektronen, die aus der Elektronenquelle 24 austreten, werden aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen der Elektronenquelle 24 und der Anode 26 auf Anodenpotential beschleunigt. Es wird demnach ein Teilchenstrahl in Form eine Elektronenstrahls bereitgestellt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Elektronenquelle 24 mit einer Hochspannungsversorgungseinheit 100 über ein Hochspannungskabel 101 verbunden.
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Es ist ferner eine Objektivlinse 28 vorgesehen, die eine Bohrung aufweist, durch welche das Strahlführungsrohr 27 tritt. Die Objektivlinse 28 weist ferner Polschuhe 29 auf, in denen Spulen 30 angeordnet sind. Hinter das Strahlführungsrohr 27 ist eine elektrostatische Verzögerungseinrichtung geschaltet. Diese besteht aus einer Einzelelektrode 31 und einer Rohrelektrode 32. Die Rohrelektrode 32 liegt an dem einem Trägerelement 33 gegenüberliegenden Ende des Strahlführungsrohrs 27. Das Trägerelement 33 dient zur Aufnahme eines zu untersuchenden Objekts.
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Die Rohrelektrode 32 liegt gemeinsam mit dem Strahlführungsrohr 27 auf Anodenpotential, während die Einzelelektrode 31 sowie ein auf dem Trägerelement 33 angeordnetes Objekt auf einem gegenüber dem Anodenpotential niedrigeren Potential liegen. Auf diese Weise können die Elektronen des Teilchenstrahls auf eine gewünschte Energie abgebremst werden, die für die Untersuchung eines auf dem Trägerelement 33 angeordneten Objekts erforderlich ist. Die Elektronensäule 22 weist zudem Rastermittel 34 auf, durch die der Elektronenstrahl abgelenkt und über ein auf dem Trägerelement 33 angeordnetes Objekt gerastert werden kann.
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Zur Bildgebung werden mittels eines im Strahlführungsrohr 27 angeordneten Detektors 35 Sekundärelektronen und/oder Rückstreuelektronen detektiert, die aufgrund der Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit einem auf dem Trägerelement 33 angeordneten Objekt entstehen. Die von dem Detektor 35 erzeugten Signale werden zur Bildgebung an eine Elektronikeinheit (nicht dargestellt) übermittelt.
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3 zeigt eine schematische Darstellung des Standes der Technik, welcher bisher zur Messung der Hochspannung bei dem TEM 11 und/oder dem SEM 12 verwendet wurde. Die Hochspannungsversorgungseinheit 100 ist über das Hochspannungskabel 101 mit dem TEM 11 oder dem SEM 12 verbunden. Sie weist einen Hochspannungsgenerator 102, einen Hochspannungsregler 104 sowie einen Widerstand 103 für den Hochspannungsregler 104 auf. Der Hochspannungsregler 104 sowie der Widerstand 103 dienen der Regelung der von der Hochspannungsversorgungseinheit 100 zur Verfügung gestellten Hochspannung. Dabei wird beispielsweise in dem Hochspannungsregler 104 ein Referenzsignal mit dem über den Widerstand 103 gewonnenen Ist-Signal verglichen und der Hochspannungsregler 104 stellt den Hochspannungsgenerator 102 derart ein, dass das Ist-Signal mit dem Referenzsignal übereinstimmt. Zur Messung der Hochspannung ist eine Messeinrichtung 105 vorgesehen, welche einen Hochspannungskondensator 106 aufweist. Dieser ist mit einer Messeinheit 107 über einen Abgriff verbunden. Die Messeinrichtung 105 mit dem Hochspannungskondensator 106 kann alternativ direkt in der Hochspannungsversorgungseinheit 100 integriert sein und benötigt in diesem Fall dann kein separates Gehäuse.
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Die Messeinheit 107 zeigt die Schwankungen der von der Hochspannungsversorgungseinheit 100 zur Verfügung gestellten Hochspannung an. Dabei werden unter Schwankungen beispielsweise Schwingungen im Bereich von etwa 1/10 Hz bis viele 100 kHz verstanden (also langsame Schwankungen (ca. 1/10 Hz) bis sehr hochfrequente Schwankungen (größer als 100 kHz)). Dieses Messsignal der Messeinheit 107 kann zur Beurteilung der Stabilität der Hochspannungsversorgungseinheit 100 genutzt werden. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich dieses Messsignal zur Stabilisierung der Regelung der Hochspannungsversorgungseinheit 100 zu nutzen.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Hochspannungsversorgungseinheit 100 gemäß der Erfindung. 4 basiert auf 3. Gleiche Bauteile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu dem Stand der Technik ist es nun bei der Erfindung vorgesehen, dass das Hochspannungskabel 101 einen ersten Abschnitt 108 aufweist, der als Hochspannungskondensator ausgebildet ist.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Hochspannungskabels 101, welches zu einer Längsachse 116 symmetrisch aufgebaut ist. Das Hochspannungskabel 101 weist einen Innenleiter 109 auf, der von einer ersten Isolierung 110 umgeben ist. Die erste Isolierung 110 ist wiederum von einer ersten Abschirmung 111 umgeben. Das Hochspannungskabel 101 weist nun den ersten Abschnitt 108 auf, welcher den ersten Kondensator bildet.
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Der erste Abschnitt 108 des Hochspannungskabels 101 weist ein erstes Ende 114 und ein zweites Ende 115 auf. An dem ersten Ende 114 ist ein erster Bereich 112 angeordnet. Hingegen ist an dem zweiten Ende 115 ein zweiter Bereich 113 angeordnet. Die erste Abschirmung 111 ist sowohl in dem ersten Bereich 112 als auch in dem zweiten Bereich 113 aufgetrennt. Mit anderen Worten ausgedrückt ist die erste Abschirmung 111 in dem ersten Bereich 112 und in dem zweiten Bereich 113 unterbrochen. Der zwischen dem ersten Bereich 112 und dem zweiten Bereich 113 angeordnete Teil 117 der ersten Abschirmung 111 bildet eine Elektrode des als ersten Kondensators ausgebildeten ersten Abschnitts 108.
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Die erste Abschirmung 111 ist über die gesamte Länge des Hochspannungskabels 101 von einer ersten Ummantelung 118 umgeben. Allerdings ist es auch hier vorgesehen, dass die erste Ummantelung 118 sowohl in dem ersten Bereich 112 als auch in dem zweiten Bereich 113 aufgetrennt ist. Im ersten Abschnitt 108 ist an der ersten Ummantelung 118 eine zweite Abschirmung 119 angeordnet, die sich entlang der Längsachse 116 sowohl über den ersten Bereich 112 als auch den zweiten Bereich 113 hinweg zieht. Die zweite Abschirmung 119 ist wiederum mit einer zweiten Ummantelung 120 umgeben. Sowohl die erste Abschirmung 111 als auch die zweite Abschirmung 119 liegen auf Massepotential und dienen dem Schutz von Personen, die mit der Hochspannungsversorgungseinheit 100 arbeiten.
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Es wird explizit darauf hingewiesen, dass die erste Ummantelung 118 und/oder die zweite Ummantelung 120 für die Erfindung nicht zwingend erforderlich sind. Einige Ausführungsformen weisen mindestens eine der beiden vorgenannten Ummantelungen nicht auf.
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Das Hochspannungskabel 101 kann beispielsweise im ersten Abschnitt 108 einen Kapazitätsbelag im Bereich von 10 pF/m bis 1000 pF/m, oder im Bereich von 50 pF/m bis 500 pF/m, oder im Bereich von 80 pF/m bis 250 pF/m aufweisen.
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5 zeigt in einer schematischen Darstellung auch zwei mögliche Arten der Spannungsmessung. Bei einer ersten Messart A weist die Messeinrichtung 105 einen kapazitiven Spannungsteiler 121 auf. Der kapazitive Spannungsteiler 121 weist den als ersten Kondensator ausgebildeten ersten Abschnitt 108 (Hochspannungskondensator) sowie einen zweiten Kondensator 122 (Niederspannungskondensator) auf. Mit der Messeinheit 107 wird die über den zweiten Kondensator 122 abfallende Spannung gemessen. Bei einer zweiten Messart B ist in der Messeinrichtung 105 ein Messwiderstand 123 vorgesehen, über den die abfallende Spannung mittels der Messeinheit 107 gemessen wird. Zusätzlich oder alternativ kann der Messwiderstand 123 ein Teil der Messeinheit 107 sein; mit anderen Worten ausgedrückt kann der Innenwiderstand der Messeinheit 107 direkt der Messwiderstand 123 sein.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Hochspannungskabels 101. 6 basiert auf der 5. Identische Bauteile sind mit identischen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 5 weist die Ausführungsform der 6 eine zweite Isolierung 124 auf, welche den Innenleiter 109 umgibt. Alternativ sind in dem Hochspannungskabel 101 mehrere Innenleiter 109 vorgesehen. Um die zweite Isolierung 124 ist eine dritte Abschirmung 125 angeordnet. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können mehrere Innenleiter 109 vorgehen sein, wobei jeder der einzelnen Innenleiter 109 jeweils von einer zweiten Isolierung 124 umgeben ist. Alternativ ist es vorgesehen, dass alle Innenleiter 109 von einer gemeinsamen dritten Abschirmung 125 umgeben sind. Mittels der Messeinrichtung 105 wird die Hochspannung an der Messeinheit 107 gemessen. Zusätzlich kann eine Schutzschaltung (nicht dargestellt) als Überspannungsschutz der Messeinrichtung 105 bei Spannungsüberschlägen vorgesehen sein. Hierzu wird beispielsweise eine Diodenschutzschaltung verwendet, die zusätzlich noch durch eine Kondensatorschaltung und/oder eine Widerstandsschaltung ergänzt sein kann.
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7 zeigt einen vergrößerte schematische Darstellung des zweiten Endes 115 des ersten Abschnitts 108 des Hochspannungskabels 101. 7 beruht auf der 5. Identische Bauteile sind mit identischen Bezugszeichen versehen. Im zweiten Bereich 113 ist eine formbare Isolierung 126 angeordnet, welche den zweiten Bereich 113 vollständig ausfüllt und an die erste Isolierung 110 angrenzt. Darüber hinaus grenzt die formbare Isolierung 126 an die erste Abschirmung 111, an die zweite Abschirmung 119 sowie an die erste Ummantelung 118 an. Die zweite Abschirmung 119 ist an ihrem ersten Ende 127 S-förmig derart gebogen, dass das erste Ende 127 der zweiten Abschirmung 119 an der ersten Abschirmung 111 anliegt. Somit berühren sich die erste Abschirmung 111 und die zweite Abschirmung 119. Sie sind somit elektrisch miteinander verbunden. Der elektrische Kontakt kann auch andersweitig hergestellt sein, beispielsweise mittels einer Kabelverbindung. Die zweite Ummantelung 120 ist derart geführt, dass sie an der ersten Ummantelung 118 anliegt und dann über die zweiten Abschirmung 119 geführt wird. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass an den Übergangsstellen der einzelnen Bauteile keine hohen Feldstärken entstehen können.
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8 zeigt eine weitere vergrößerte schematische Darstellung des zweiten Endes 115 des ersten Abschnitts 108 des Hochspannungskabels 101. Das Ausführungsbeispiel der 8 beruht auf der 7. Identische Bauteile sind mit identischen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 7 weist bei dem Ausführungsbeispiel der 8 die erste Abschirmung 111 und der zwischen dem ersten Bereich 112 und dem zweiten Bereich 113 angeordnete Teil 117 der ersten Abschirmung 111 eine Ausnehmung 130 im Grenzbereich zwischen der ersten Abschirmung 111 und der ersten Isolierung 110 sowie zwischen dem Teil 117 der ersten Abschirmung 111 und der ersten Isolierung 110 auf. In der Ausnehmung 130 im Bereich der ersten Abschirmung 111 ist eine Leitschicht 128 ausgebildet, welche eine Nase 131 der formbaren Isolierung 126 berührt und welche sich bis zur Ausnehmung 130 entlang des Teils 117 der ersten Abschirmung 111 erstreckt. Ferner ist bei dem Teil 117 der ersten Abschirmung 111 in der Ausnehmung 130 zusätzlich eine Isolierschicht 129 angeordnet, welche die Leitschicht 128 teilweise überdeckt und ebenfalls an die Nase 131 der formbaren Isolierung 126 angrenzt. Somit ist gewährleistet, dass das Teil 117 der ersten Abschirmung 111 gegenüber der ersten Abschirmung 111 weiterhin isoliert ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Übergangsstellen enger gestaltet, also nah zueinander angeordnet. Auch diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass an den Übergangsstellen der einzelnen Bauteile keine hohen Feldstärken entstehen können.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die in der 8 dargestellte Ausführungsform nicht auf die dargestellte Anordnung der Leitschicht 128 und der Isolierschicht 129 eingeschränkt ist. Vielmehr kann jede beliebige Anordnung der Leitschicht 128 und der Isolierschicht 129 vorgesehen werden. Beispielsweise können die Leitschicht 128 und die Isolierschicht 129 spiegelverkehrt zu der Anordnung ausgebildet sein, wie sie in der 8 dargestellt ist.
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Die in den 8 und 7 dargestellten Ausführungsformen können auch für den ersten Bereich 112 des ersten Abschnitts 108 vorgesehen sein.
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Bei einer in der 9 dargestellten Ausführungsform sind an dem Hochspannungskabel 101 der erste Abschnitt 108 und ein zweiter Abschnitt 132 angeordnet, wobei der zweite Abschnitt 132 baugleich zu dem ersten Abschnitt 108 ausgebildet sein kann. Sowohl der erste Abschnitt 108 als auch der zweite Abschnitt 132 bilden jeweils einen ersten Kondensator (Hochspannungskondensator). Sie können jeweils zur Hochspannungsmessung sowie zur Regelung und Stabilisierung der Hochspannungsversorgungseinheit 100 (vgl. 4) genutzt werden.
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Die Erfindung geht von der überraschenden Erkenntnis aus, dass das Hochspannungskabel 101 der Hochspannungsversorgungseinheit 100 als Kondensator verwendet werden kann. Das Hochspannungskabel 101 selbst weist einen Kapazitätsbelag auf. Bei einer geeigneten Wahl der Länge des ersten Abschnitts 108 bzw. des zweiten Abschnitts 132 des Hochspannungskabels 101 weist der erste Kondensator eine zur Messung der Hochspannung ausreichende Kapazität auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektronenquelle
- 2
- Extraktionselektrode
- 3
- erste Elektrode
- 4
- zweite Elektrode
- 5
- erste Magnetlinse
- 6
- zweite Magnetlinse
- 7
- dritte Magnetlinse
- 8
- Objektiv
- 9
- Objektivebene
- 10
- hintere Brennebene
- 11
- TEM
- 12
- SEM
- 13
-
- 14
- reelles Zwischenbild
- 15
- Beugungslinse
- 16
-
- 17
- Eingangsbildebene für Projektivlinsen
- 18
- erste Projektivlinse
- 19
- zweite Projektivlinse
- 20
- Detektor/Endbildebene
- 21
- Beugungs-Zwischenbildebene
- 22
- Elektronensäule
- 23
- optische Achse
- 24
- Elektronenquelle
- 25
- Extraktionselektrode
- 26
- Anode
- 27
- Strahlführungsrohr
- 28
- Objektivlinse
- 29
- Polschuhe
- 30
- Spulen
- 31
- Einzelelektrode
- 32
- Rohrelektrode
- 33
- Trägerelement
- 34
- Rastermittel
- 35
- Detektor
- 100
- Hochspannungsversorgungseinheit
- 101
- Hochspannungskabel
- 102
- Hochspannungsgenerator
- 103
- Widerstand
- 104
- Hochspannungsregler
- 105
- Messeinrichtung
- 106
- Hochspannungskondensator
- 107
- Messeinheit
- 108
- erster Abschnitt des Hochspannungskabels
- 109
- Innenleiter
- 110
- erste Isolierung
- 111
- erste Abschirmung
- 112
- erster Bereich
- 113
- zweiter Bereich
- 114
- erstes Ende
- 115
- zweites Ende
- 116
- Längsachse
- 117
- Teil der ersten Abschirmung
- 118
- erste Ummantelung
- 119
- zweite Abschirmung
- 120
- zweite Ummantelung
- 121
- kapazitiver Spannungsteiler
- 122
- zweiter Kondensator
- 123
- Messwiderstand
- 124
- zweite Isolierung
- 125
- dritte Abschirmung
- 126
- formbare Isolierung
- 127
- erstes Ende der zweiten Abschirmung
- 128
- Leitschicht
- 129
- Isolierschicht
- 130
- Ausnehmung
- 131
- Nase
- 132
- zweiter Abschnitt des Hochspannungskabels
- OA
- optische Achse
