DE102014018555B3

DE102014018555B3 - Electrode carrier device and electron-optical lens for electrically charged particles and their use

Info

Publication number: DE102014018555B3
Application number: DE102014018555.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Tusche; Detlef Hartung; Jürgen Kirschner
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2016-03-03
Anticipated expiration: 2034-12-16

Abstract

Eine Elektrodenträgereinrichtung (100) zur Halterung von mehreren, zueinander isolierten Elektroden (1, 2, 3, ...) einer elektronen-optischen Linse (200) umfasst ein plattenförmiges Trägerelement (10) aus einem Isolatormaterial, das sich entlang einer radialen Hauptebene erstreckt und eine Vorderseite (11), eine Rückseite (12) und eine Durchgangsbohrung aufweist, wobei die Durchgangsbohrung in einer Axialrichtung senkrecht zur radialen Hauptebene verläuft und zum Durchgang der optischen Achse (OA) der elektronen-optischen Linse (200) ausgelegt ist, und mindestens zwei vordere Elektrodenhalterungen, die jeweils zur Positionierung von einer der Elektroden (1, 2, 3, ...) auf der Vorderseite (11) des Trägerelements (10) angeordnet sind und verschiedene radiale Abstände von der Durchgangsbohrung aufweisen, wobei jede vordere Elektrodenhalterung einen Axialanschlag (21, 31), der sich parallel zur radialen Hauptebene erstreckt und zur Positionierung einer Elektrode in der Axialrichtung angeordnet ist, und einen Radialanschlag (22, 32) umfasst, der sich parallel zur Axialrichtung erstreckt und zur Positionierung der Elektrode senkrecht zur Axialrichtung angeordnet ist. Es wird auch eine elektronen-optische Linse (200) beschrieben, welche die Elektrodenträgereinrichtung (100) und eine Vielzahl von Elektroden (1, 2, 3, ...) umfasst, die an den Elektrodenhalterungen fixiert sind.An electrode carrier device (100) for holding a plurality of mutually insulated electrodes (1, 2, 3,...) Of an electron optical lens (200) comprises a plate-shaped carrier element (10) made of an insulator material which extends along a radial main plane and a front side (11), a rear side (12) and a through-hole, wherein the through-hole extends in an axial direction perpendicular to the radial main plane and for the passage of the optical axis (OA) of the electron-optical lens (200) is designed, and at least two front electrode holders, each for positioning one of the electrodes (1, 2, 3, ...) on the front side (11) of the support member (10) and having different radial distances from the through-hole, each front electrode support a Axial stop (21, 31), which extends parallel to the radial main plane and for positioning an electrode in the axial direction is arranged, and a radial stop (22, 32) which extends parallel to the axial direction and is arranged for positioning the electrode perpendicular to the axial direction. There is also described an electron optical lens (200) comprising the electrode support means (100) and a plurality of electrodes (1, 2, 3, ...) fixed to the electrode supports.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrodenträgereinrichtung zur Halterung von mehreren, zueinander isolierten Elektroden einer elektronen-optischen Linse für elektrisch geladene Teilchen, wie z. B. Elektronen, Positronen oder Ionen. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektronen-optische Linse, die mit der Elektrodenträgereinrichtung ausgestattet ist, insbesondere eine Kathodenlinse, wie sie z. B. in Emissions-Elektronenmikroskopen angewendet wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung Anwendungen der Elektrodenträgereinrichtung und der elektronen-optischen Linse.The invention relates to an electrode carrier device for holding a plurality of mutually insulated electrodes of an electron-optical lens for electrically charged particles, such. As electrons, positrons or ions. Furthermore, the invention relates to an electron-optical lens, which is equipped with the electrode carrier device, in particular a cathode lens, as z. B. is applied in emission electron microscopes. Furthermore, the invention relates to applications of the electrode carrier device and the electron-optical lens.

In der Elektronenmikroskopie, insbesondere in Photoemissions-Elektronenmikroskopen (PEEM) oder niederenergetischen Elektronenmikroskopen (LEEM), werden Kathodenlinsen angewendet. Dabei wird die Kathode durch die zu untersuchende Probe gebildet, während die Anode durch die erste Elektrode der eigentlichen Objektivlinse des Mikroskops gebildet wird. Einige Typen von Kathodenlinsen werden beispielsweise von Bauer in Rep. Prog. Phys. 57, 1994, S. 895–938, beschrieben. Bei den Kathodenlinsen ist eine verbreitete Linsenvariante die so genannte Tetrode, die neben der Probe drei Elektroden der Objektivlinse umfasst, die typischerweise jeweils mit einem elektrisch isolierenden Elektrodenträger gehaltert werden. Ein Durchgang durch die Elektroden entlang der optischen Achse der Objektivlinse wird auch als Bohrung bezeichnet.In electron microscopy, especially in photoemission electron microscopes (PEEM) or low energy electron microscopes (LEEM), cathode lenses are used. In this case, the cathode is formed by the sample to be examined, while the anode is formed by the first electrode of the actual objective lens of the microscope. Some types of cathode lenses are described, for example, by Bauer in Rep. Prog. Phys. 57, 1994, pp. 895-938. In the case of the cathode lenses, a widespread lens variant is the so-called tetrode, which in addition to the sample comprises three electrodes of the objective lens, which are typically each held by an electrically insulating electrode carrier. A passage through the electrodes along the optical axis of the objective lens is also referred to as a bore.

Von Feng et al. wird in Rev. Sci. Instrum. 73, 2002, S. 1514–1517, eine Objektivlinse mit drei Elektroden für ein PEEM beschrieben. Die Abbildungsfehler der Objektivlinse, die in der Regel bestimmend für die mit dem Mikroskop erreichbare Auflösung sind, hängen einerseits vom beschleunigenden Feld zwischen der zu untersuchenden Probe und der ersten Elektrode der Objektivlinse und andererseits von sphärischen und chromatischen Bildfehlern der fokussierenden Objektivlinse ab, die aus den drei voneinander isolierten Elektroden gebildet wird. Anordnungen mit geringen Bildfehlern zeichnen sich dadurch aus, dass im Bereich der Bohrung entlang der optischen Achse eine große Feldstärke herrscht. In der oben genannten Publikation liegt die Feldstärke beispielsweise bei einer Potentialdifferenz von 15 kV zwischen der ersten und der zweiten Elektrode im Bereich von 12 kV/mm. Während diese Feldstärke zwischen Elektroden im Vakuum erreicht werden kann, ist der mögliche Spannungsabfall entlang der Oberflächen gängiger Isolatormaterialien deutlich geringer, so dass der Abstand zwischen den Elektroden im Bereich der Isolatoren deutlich zunehmen muss.By Feng et al. is written in Rev. Sci. Instrum. 73, 2002, pp. 1514-1517, an objective lens with three electrodes for a PEEM is described. The aberrations of the objective lens, which are usually determinative of the achievable with the microscope resolution, depend on the one hand on the accelerating field between the sample to be examined and the first electrode of the objective lens and on the other hand from spherical and chromatic aberrations of the focusing objective lens from the three mutually insulated electrodes is formed. Arrangements with small aberrations are characterized by the fact that in the area of the bore along the optical axis, a large field strength prevails. For example, in the above-mentioned publication, the field strength at a potential difference of 15 kV between the first and second electrodes is in the range of 12 kV / mm. While this field strength can be achieved between electrodes in a vacuum, the possible voltage drop along the surfaces of common insulator materials is significantly lower, so that the distance between the electrodes in the region of the insulators must increase significantly.

Von G. F. Rempfer et al. werden in Ultramicroscopy 36, 1991, S. 196–221, Elektrodenträger in Form von Keramikringen beschrieben. Die Elektrodenträger erfüllen den zusätzlichen Zweck, die einzelnen Elektroden mechanisch zueinander auszurichten. Aufgrund der notwendigen Isolierstrecke entlang der Oberfläche der Elektrodenträger ergibt sich im dargestellten Fall eine Gesamtlänge der beiden entlang der optischen Achse hintereinander angeordneten Keramikringe von etwa 20 mm, während die Gesamtlänge der teilchenoptisch relevanten Anordnung der drei Elektroden nur 7.6 mm beträgt. Die gesamte Baulänge, welche die Objektivlinse in der Mikroskopsäule einnimmt, ist somit nur von der addierten Baulänge der Elektrodenträger bestimmt und um ein Vielfaches größer als dies alleine aufgrund der teilchenoptischen Erfordernisse gegeben wäre.G.F. Rempfer et al. are described in Ultramicroscopy 36, 1991, pp. 196-221, electrode carrier in the form of ceramic rings. The electrode carriers fulfill the additional purpose of mechanically aligning the individual electrodes with one another. Due to the necessary insulating distance along the surface of the electrode carrier results in the illustrated case a total length of the two along the optical axis successively arranged ceramic rings of about 20 mm, while the total length of the particle-optical relevant arrangement of the three electrodes is only 7.6 mm. The entire length, which occupies the objective lens in the microscope column is thus determined only by the added length of the electrode carrier and many times greater than would be given solely due to the particle-optical requirements.

Von W. Engel et al. wird in Ultramicroscopy 36, 1991, S. 148–153 ein Mikroskop beschrieben, in dem die Probe auf Erdpotential gehalten und an der ersten Elektrode der Objektivlinse eine Spannung von 20 kV angelegt wird. Der Vorteil gegenüber Anordnungen mit einer auf Hochspannung liegenden Probe soll darin bestehen, dass die Probenaufnahme auf Erdpotential Möglichkeiten der Probenpräparation, zum Heizen oder Kühlen, bietet. Um eine direkte Beleuchtung der Probe zu ermöglichen, wurden die Elektroden der Objektivlinse konisch in Richtung Probe geführt. Dadurch liegt die Platz-einnehmende Anordnung der Elektrodenträger in Form von Isolatorringen weiter von der Probe entfernt, so dass in der Probenumgebung Platz für eine seitliche Beleuchtung der Probe geschaffen wird. Dies geschieht allerdings auf Kosten der gesamten Baulänge der Objektivlinse.By W. Engel et al. Ultramicroscopy 36, 1991, pp. 148-153 describes a microscope in which the sample is held at ground potential and a voltage of 20 kV is applied to the first electrode of the objective lens. The advantage over arrangements with a sample lying at high voltage is that the sample recording at ground potential offers possibilities of sample preparation, for heating or cooling. To allow direct illumination of the sample, the electrodes of the objective lens were tapered towards the sample. As a result, the space-occupying arrangement of the electrode carriers in the form of isolator rings is further away from the sample, so that space for lateral illumination of the sample is created in the sample environment. However, this happens at the expense of the entire length of the objective lens.

Eine weitere Objektivlinse für Emissions-Elektronenmikroskope wird von Grzelakowskia et al. in Rev. Sci. Instrum. 67, 1996, S. 742–747, beschrieben. Bei dieser haben die erste und die dritte Elektrode der Objektivlinse nicht mehr zwingend dasselbe Potential, wodurch es ermöglicht wird, die Mikroskopsäule auf einem geringeren elektrischen Potential zu betreiben, als die hohe auflösungsbestimmende Absaugspannung der vordersten Elektrode. Des Weiteren wird ein Aufbau der Objektivlinse beschrieben, bei dem die Elektrodenträger der einzelnen Elektroden mit Keramikkugeln in Bezug auf die optische Achse zentriert und auf Abstand gehalten werden. Bei einer maximalen Spannung von 10 kV an der vordersten Elektrode wird ein Durchmesser der Kugeln von 13 mm genannt. Da zur Isolation aller Elektroden voneinander abwechselnd insgesamt vier Elektrodenträger und vier Keramikkugeln hintereinander gestapelt werden, wird die minimalen Baulänge in jedem Fall von der Summe der vier Kugeldurchmesser, also 52 mm, bestimmt. Eine auflösungssteigernde Erhöhung der zulässigen Maximalspannung erfordert dabei entsprechend größere Kugeldurchmesser und damit eine entsprechende Vergrößerung der gesamten Baulänge.Another objective lens for emission electron microscopes is described by Grzelakowskia et al. in Rev. Sci. Instrum. 67, 1996, pp. 742-747. In this case, the first and third electrodes of the objective lens no longer necessarily have the same potential, thereby making it possible to operate the microscope column at a lower electrical potential than the high resolution-determining extraction voltage of the foremost electrode. Furthermore, a structure of the objective lens will be described in which the electrode carriers of the individual electrodes are centered with ceramic balls with respect to the optical axis and kept at a distance. At a maximum voltage of 10 kV at the foremost electrode, a diameter of the balls of 13 mm is called. Since a total of four electrode carriers and four ceramic balls are alternately stacked one behind the other for the isolation of all the electrodes, the minimum overall length is determined in each case by the sum of the four ball diameters, ie 52 mm. A resolution-increasing increase in the maximum allowable voltage requires correspondingly larger ball diameter and thus a corresponding increase in the overall length.

Diese in der Praxis verbreitete Bauweise einer Kathodenlinse hat mehrere Nachteile. Bei einer Anordnung der elektrisch isolierenden Elektrodenträger, die sich entlang der optischen Achse um das 3- bis 4-fache der Dicke der teilchenoptischen Linse erstreckt, liegt die Brennebene der Linse weit innerhalb der Objektivlinse, insbesondere deutlich innerhalb einer weit in Richtung Probe gestreckten dritten Elektrode. Dies erschwert signifikant die Anordnung von auflösungssteigernden Aperturen in dieser Brennebene, insbesondere, wenn solche Aperturen mechanisch, beispielsweise mittels piezoelektrischen Antrieben, im Betrieb gewechselt werden sollen. Dasselbe gilt für weitere Korrekturelemente zur Reduzierung von Abbildungsfehlern, beispielsweise Stigmatoren oder Ablenkelemente, die in der Brennebene der Objektivlinse anzuordnen sind. Eine Anordnung, die diese geometrische Einschränkung berücksichtigt, wird ebenfalls von Grzelakowskia et al. in Rev. Sci. Instrum. 67, 1996, S. 742–747 beschrieben, wobei jedoch eine komplizierte Struktur realisiert wird, bei der acht einzelne Korrekturelektroden und die Apertur gemeinsam auf einem weit in Richtung Probe ragenden Dom in den begrenzen Platz innerhalb der Objektivlinse geschoben werden müssen. This widespread in practice construction of a cathode lens has several disadvantages. In an arrangement of the electrically insulating electrode supports, which extends along the optical axis by 3 to 4 times the thickness of the particle-optical lens, the focal plane of the lens is far within the objective lens, in particular well within a far stretched toward the direction of the third electrode , This significantly impedes the arrangement of resolution-increasing apertures in this focal plane, especially when such apertures are to be changed mechanically, for example by means of piezoelectric drives, during operation. The same applies to further correction elements for the reduction of aberrations, for example stigmators or deflection elements, which are to be arranged in the focal plane of the objective lens. An arrangement that takes into account this geometric constraint is also taught by Grzelakowskia et al. in Rev. Sci. Instrum. 67, 1996, pp. 742-747, but realizing a complicated structure in which eight individual correction electrodes and the aperture must be pushed together on a dome projecting far toward the sample into the limited space within the objective lens.

Ein weiterer Nachteil betrifft die mechanische und geometrische Genauigkeit der Positionierung der einzelnen Elektroden relativ zueinander und relativ zur optischen Achse. Mit zunehmender Anzahl der voneinander isolierten Elektroden addieren sich die Ungenauigkeiten in der Fertigung der Passungen, da jedes einzelne Element nur relativ zu den benachbarten Elektroden zentriert werden kann.Another disadvantage relates to the mechanical and geometric accuracy of the positioning of the individual electrodes relative to each other and relative to the optical axis. As the number of mutually insulated electrodes increases, the inaccuracies in the manufacture of the fits add up since each individual element can only be centered relative to the adjacent electrodes.

Schließlich ergibt sich ein genereller Nachteil herkömmlicher Elektrodenträger aus deren thermischer Instabilität. Im Elektronenmikroskop ist typischerweise ein Vakuum im Ultrahochvakuumbereich (Druck < 10^–9 mbar) vorgesehen, dessen Einstellung ein vorübergehendes Ausheizen des Elektronenmikroskops auf Temperaturen deutlich größer als 100°C erfordert. Bei den gestapelten Isolatoren der herkömmlichen Linsen besteht dabei das Problem, dass durch Wärmeausdehnung mechanische Spannungen erzeugt werden. Beim anschließenden Abkühlen kann dadurch die präzise Ausrichtung der Elektroden gestört werden. Dies trifft besonders auf die Isolation mittels Kugeln zu, da Kugelsitze sich beim Heizen eindrücken und nach dem Abkühlen ein unerwünschtes Spiel aufweisen können.Finally, a general disadvantage of conventional electrode carrier results from their thermal instability. In the electron microscope is typically a vacuum in the ultra-high vacuum range (pressure <10 ^-9 mbar) is provided, the setting of which requires a temporary heating of the electron microscope to temperatures much greater than 100 ° C. In the stacked insulators of the conventional lenses, there is the problem that thermal stresses are generated by thermal expansion. During subsequent cooling, the precise alignment of the electrodes can be disturbed. This is particularly true for the isolation by means of balls, as ball seats press in heating and can have an undesirable play after cooling.

Weitere Elektrodenträger in Elektronenmikroskopen sind in DE 39 43 211 A1 , DE 198 45 329 A1 und US 2001/0054690 A1 beschrieben. Gemäß DE 39 43 211 A1 ist ein Elektrodenträger mit mehreren Elektrodenhalterungen ausgestattet, die entlang der elektronen-optischen Achse des Elektronenmikroskops übereinander angeordnet sind. DE 198 45 329 A1 offenbart ein Rasterelektronenmikroskop mit mehreren Druckstufenblenden, die auf einem komplexen Aufbau fixiert sind, welcher als Träger für die Druckstufenblenden und zur Evakuierung der Mikroskopsäule des Rasterelektronenmikroskops ausgelegt ist. Der in US 2001/0054690 A1 offenbarte Elektrodenträger umfasst mehrere, koaxial angeordnete Trägerstufen mit verschiedenen Durchmessern, auf denen jeweils eine Elektrode in einer Richtung entlang der elektronen-optischen Achse fixiert aufliegt. Weitere Elektrodenträger, die zur Halterung von Elektroden in einem Elektronenmikroskop entlang von dessen elektronenoptischen Achse ausgelegt sind, werden in der Dissertation „Aufbau und Erprobung eines Spiegelkorrektors für Niederspannungs-Elektronenmikroskope” von Peter Hartel (Technische Universität Darmstadt, 2001) beschrieben.Further electrode carriers in electron microscopes are in DE 39 43 211 A1 . DE 198 45 329 A1 and US 2001/0054690 A1 described. According to DE 39 43 211 A1 An electrode carrier is equipped with a plurality of electrode holders, which are arranged one above the other along the electron-optical axis of the electron microscope. DE 198 45 329 A1 discloses a scanning electron microscope having a plurality of pressure stage diaphragms fixed on a complex structure designed as a support for the pressure stage diaphragms and for evacuating the microscope column of the scanning electron microscope. The in US 2001/0054690 A1 disclosed electrode carrier comprises a plurality of coaxially arranged carrier stages with different diameters, on each of which a fixed electrode rests in a direction along the electron-optical axis. Further electrode carriers, which are designed to hold electrodes in an electron microscope along its electron-optical axis, are described in the thesis "Design and Testing of a Mirror Corrector for Low-Voltage Electron Microscopes" by Peter Hartel (Technical University Darmstadt, 2001).

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Elektrodenträgereinrichtung bereitzustellen, mit der Nachteile von herkömmlichen Elektrodenträgern vermieden werden. Die Elektrodenträgereinrichtung soll insbesondere eine Anordnung von Elektroden mit einer erhöhten Stabilität, verbesserten Positionsgenauigkeit und/oder geringerem Platzbedarf ermöglichen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte elektronenoptischen Linse bereitzustellen, die eine kompaktere Bauform als herkömmliche Linsen, insbesondere Objektivlinsen von Elektronenmikroskopen oder Strahllinsen von Quellen geladener Teilchen, hat.An object of the invention is to provide an improved electrode carrier device which avoids the disadvantages of conventional electrode carriers. In particular, the electrode carrier device is intended to enable an arrangement of electrodes with increased stability, improved position accuracy and / or less space requirement. A further object of the invention is to provide an improved electron-optical lens having a more compact design than conventional lenses, in particular objective lenses of electron microscopes or beam lenses of sources of charged particles.

Diese Aufgaben werden jeweils mit einer Elektrodenträgereinrichtung und einer elektronenoptischen Linse mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These objects are achieved in each case with an electrode carrier device and an electron-optical lens having the features of the independent claims. Advantageous embodiments and applications of the invention will become apparent from the dependent claims.

Gemäß einem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die obige Aufgabe durch eine Elektrodenträgereinrichtung gelöst, die zur Halterung von mehreren, zueinander isolierten Elektroden einer elektronen-optischen Linse ausgelegt ist. Die Elektrodenträgereinrichtung umfasst ein plattenförmiges Trägerelement, das aus einem Isolatormaterial hergestellt ist. Das Trägerelement (oder: Trägerplatte, Isolator) hat einen Körper in Gestalt einer ebenen Platte oder Scheibe. Das Isolatormaterial umfasst vorzugsweise mindestens eines von Oxidkeramik, Glaskeramik und Kunststoff. Das Trägerelement erstreckt sich in einer radialen Hauptebene, die von Radialrichtungen des Trägerelements aufgespannt wird. Die Hauptflächen des Trägerelements werden jeweils als Vorderseite und als Rückseite bezeichnet. Die Vorderseite ist die Hauptfläche des Trägerelements, über der bei der Anwendung des Trägerelements in einer elektronen-optischen Linse die Elektroden angeordnet sind. Die Vorderseite weist in einem Elektronenmikroskop oder einer Teilchenquelle zu einer Quelle geladener Teilchen, wie z. B. einer Probe oder einem Teilchenemitter. Die Rückseite ist die entgegengesetzte Hauptfläche des Trägerelements. Das Trägerelement weist ferner eine Durchgangsbohrung auf, die in einer Axialrichtung senkrecht zur radialen Hauptebene verläuft und zum Durchgang der optischen Achse (oder: teilchen-optischen Achse) der elektronenoptischen Linse ausgelegt ist.According to a first general aspect of the invention, the above object is achieved by an electrode carrier device which is designed for holding a plurality of mutually insulated electrodes of an electron-optical lens. The electrode support means comprises a plate-shaped support member made of an insulator material. The support member (or: support plate, insulator) has a body in the form of a flat plate or disc. The insulator material preferably comprises at least one of oxide ceramics, glass ceramics and plastics. The carrier element extends in a radial main plane, which is spanned by radial directions of the carrier element. The major surfaces of the support member are referred to as front and back, respectively. The front side is the main surface of the carrier element, over which the electrodes are arranged when the carrier element is used in an electron-optical lens. The front side points in an electron microscope or a Particle source to a source of charged particles, such as. As a sample or a particle emitter. The back is the opposite major surface of the carrier element. The support member further has a through bore extending in an axial direction perpendicular to the radial principal plane and adapted for passage of the optical axis (or particle optical axis) of the electron optical lens.

Gemäß der Erfindung ist die Vorderseite des Trägerelements für eine Halterung von mindestens zwei Elektroden, bevorzugt drei oder mehr Elektroden, konfiguriert. Das Trägerelement ist an der Vorderseite mit mindestens zwei vorderen Elektrodenhalterungen ausgestattet, die zur Positionierung jeweils einer der Elektroden auf der Vorderseite des Trägerelements angeordnet sind und verschiedene radiale Abstände von der Durchgangsbohrung aufweisen. Vorteilhafterweise können abweichend von herkömmlichen Elektrodenträgern an der Vorderseite des Trägerelements zwei oder mehr Elektroden in den benachbarten Halbraum ragen, wodurch eine kompaktere Bauform erzielt wird als bei herkömmlichen Elektrodenträgern.According to the invention, the front side of the carrier element is configured for holding at least two electrodes, preferably three or more electrodes. The carrier element is equipped on the front side with at least two front electrode holders, which are arranged for positioning in each case one of the electrodes on the front side of the carrier element and have different radial distances from the through-bore. Advantageously, deviating from conventional electrode carriers on the front side of the carrier element, two or more electrodes protrude into the adjacent half space, whereby a more compact design is achieved than with conventional electrode carriers.

Des Weiteren weist gemäß der Erfindung jede vordere Elektrodenhalterung einen Axialanschlag (oder: eine Auflagefläche) und einen Radialanschlag (oder: eine Radialpassung) auf. Der Axialanschlag hat die Gestalt einer Plattform mit einer vorzugsweise ebenen Oberfläche, welche zur Aufnahme einer der Elektroden, insbesondere einer sich in radialer Richtung erstreckenden Elektrodenbasis der Elektrode vorgesehen ist. Der Axialanschlag erstreckt sich parallel zur radialen Hauptebene und erlaubt eine Positionierung der jeweiligen Elektrode in der Axialrichtung. Die Axialanschläge der mindestens zwei Elektrodenhalterungen bilden mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei zueinander parallel verlaufende plane Auflageflächen.Furthermore, according to the invention, each front electrode support has an axial stop (or: a support surface) and a radial stop (or: a radial fit). The axial stop has the shape of a platform with a preferably flat surface which is provided for receiving one of the electrodes, in particular a radially extending electrode base of the electrode. The axial stop extends parallel to the radial main plane and allows positioning of the respective electrode in the axial direction. The axial stops of the at least two electrode holders form at least two, preferably at least three mutually parallel plane bearing surfaces.

Der Radialanschlag einer Elektrodenhalterung ist vorzugsweise an den Axialanschlag derselben Elektrodenhalterung direkt angrenzend angeordnet. Der Radialanschlag hat die Gestalt einer vorzugsweise gekrümmten Oberfläche, die sich parallel zur Axialrichtung erstreckt, und er erlaubt eine Positionierung der jeweiligen Elektrode senkrecht zur Axialrichtung. Die Radialanschläge der mindestens zwei Elektrodenhalterungen bilden bevorzugt mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei zueinander radial zentrierte zylinderförmige Passungen.The radial stop of an electrode holder is preferably arranged directly adjacent to the axial stop of the same electrode holder. The radial stop has the shape of a preferably curved surface that extends parallel to the axial direction, and allows positioning of the respective electrode perpendicular to the axial direction. The radial stops of the at least two electrode holders preferably form at least two, preferably at least three, radially centered cylindrical fits.

Vorteilhafterweise werden mit dem Axialanschlag und dem Radialanschlag jeder Elektrodenhalterung die Elektroden präzise relativ zu dem Trägerelement, insbesondere relativ zur Durchgangsbohrung, und relativ zueinander positioniert. Dies ermöglicht die Vermeidung von Bildfehlern aufgrund von Elektrodenfehlstellungen.Advantageously, with the axial stop and the radial stop of each electrode holder, the electrodes are precisely positioned relative to the carrier element, in particular relative to the through-bore, and relative to one another. This allows the avoidance of image errors due to electrode misalignments.

Mit der Erfindung wird vorteilhafterweise eine Einrichtung zur mechanisch präzisen und voneinander elektrisch isolierten Anordnung der Elektroden eines Linsensystems für elektrisch geladene Teilchen geschaffen, wobei eine gegenüber den bekannten Anordnungen deutlich verkürzte Baulänge entlang der optischen Achse realisiert wird. Die erfindungsgemäße Elektrodenträgereinrichtung löst die Nachteile sowohl eines Addierens von mechanischen Justierfehlern zwischen mehreren Elektroden, als auch eines Addierens der Baulängen einzelner Isolatoren entlang der optischen Achse, indem alle, in der Regel zwei, drei oder mehr Elektroden z. B. einer Objektivlinse auf einem einzigen Trägerelement in Form einer flachen Scheibe befestigt und mechanisch präzise geführt sind. Vorteilhafterweise können hohe Potentialunterschiede in der Größenordnung von 10 kV bis zu einigen 10 kV über einen Isolierweg in radialer Richtung abfallen. Dadurch wird gewährleistet, dass die gesamte Baulänge z. B. einer Objektivlinse nur durch die Baulänge dieses einzigen Trägerelements bestimmt wird. Da der Isolationsweg dabei in radialer Richtung verläuft, kann die Baulänge des Trägerelements deutlich kürzer gestaltet werden, als dies bei einem Isolationsweg von 1–2 mm/kV entlang einer Isolatoroberfläche entlang der optischen Achse möglich wäre.With the invention, a device for mechanically precise and mutually electrically isolated arrangement of the electrodes of a lens system for electrically charged particles is advantageously provided, wherein over the known arrangements significantly shortened length along the optical axis is realized. The electrode carrier device according to the invention solves the disadvantages of both adding mechanical adjustment errors between a plurality of electrodes, as well as adding the lengths of individual insulators along the optical axis by all, usually two, three or more electrodes z. B. an objective lens mounted on a single support member in the form of a flat disc and guided mechanically precisely. Advantageously, high potential differences of the order of magnitude of 10 kV up to a few 10 kV can drop over an insulating path in the radial direction. This ensures that the entire length z. B. an objective lens is determined only by the length of this single support element. Since the isolation path extends in the radial direction, the overall length of the carrier element can be made significantly shorter than would be possible with an isolation path of 1-2 mm / kV along an insulator surface along the optical axis.

Gemäß einem zweiten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die obige Aufgabe durch eine elektronen-optische Linse gelöst, die eine Elektrodenträgereinrichtung gemäß dem obigen ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung und eine Vielzahl von Elektroden enthält, die jeweils an den Elektrodenhalterungen der Elektrodenträgereinrichtung fixiert sind. Die elektronen-optische Linse (oder: teilchen-optischen Linse) ist allgemein eine Komponente zur Formung, insbesondere Abbildung eines Strahls geladener Teilchen, wie z. B. Elektronen, Positronen oder Ionen, und insbesondere eine Objektivlinse (Immersionslinse). Insbesondere wird mit der Erfindung eine Kathodenlinse bereitgestellt, wie sie in Emissions-Elektronenmikroskopen verwendet wird, wobei entgegen bekannten Bauweisen alle, d. h. zwei, drei oder mehr Elektroden auf einem einzigen Trägerelement befestigt und mechanisch präzise geführt werden, wobei hohe Potentialunterschiede in der Größenordnung von 10 kV bis zu einigen 10 kV über einen Isolierweg in radialer Richtung abfallen. Gegenüber bekannten Anordnungen wird so eine deutlich genauere mechanische Ausrichtung der Elektroden zueinander, und eine um eine 70%–85% reduzierte Baulänge entlang der optischen Achse erreicht. Die Elektroden sind aus einem elektrisch leitfähigen Material, z. B. Metall, mit verschiedenen Außendimensionen in radialer Richtung, insbesondere verschiedenen Außendurchmessern, vorzugsweise jeweils mit einer Hohlform und einer Bohrung zum Durchtritt des Strahls, hergestellt. Die Hohlform erlaubt eine Anordnung der Elektroden, bei der die Elektroden ineinander ragen, ohne sich zu berühren. Die Elektroden besitzen eine plane Elektrodenbasis, die zur Auflage auf einem der Axialanschläge vorgesehen ist, und einen an die Elektrodenbasis angrenzenden Vorsprung, der zur Anlage an einem der Radialanschläge vorgesehen ist.According to a second general aspect of the invention, the above object is achieved by an electron optical lens including an electrode carrier device according to the above first general aspect of the invention and a plurality of electrodes respectively fixed to the electrode holders of the electrode carrier device. The electron-optical lens (or: particle-optical lens) is generally a component for shaping, in particular imaging of a charged particle beam, such. As electrons, positrons or ions, and in particular an objective lens (immersion lens). In particular, the invention provides a cathode lens as used in emission electron microscopes, whereby, contrary to known constructions, all, ie two, three or more electrodes are mounted on a single support element and mechanically guided with high potential differences of the order of 10 kV drop to a few 10 kV via an insulating in the radial direction. Compared to known arrangements, a significantly more precise mechanical alignment of the electrodes relative to one another is achieved, and a structural length along the optical axis reduced by 70% -85%. The electrodes are made of an electrically conductive material, for. As metal, with different outer dimensions in the radial direction, in particular different outer diameters, preferably each with a hollow shape and a bore for the passage of the jet manufactured. The mold allows an arrangement of the electrodes, in which the electrodes protrude into one another without touching each other. The electrodes have a planar electrode base, which is intended to rest on one of the axial stops, and a projection which is adjacent to the electrode base and which is intended to bear against one of the radial stops.

Zusätzlich zu den Vorteilen der Elektrodenträgereinrichtung ergibt sich für die elektronen-optische Linse der Vorteil, dass die thermische Instabilität herkömmlicher Elektrodenträger überwunden wird, da die axiale und radiale Ausrichtung der Elektroden von unterschiedlichen Funktionsflächen übernommen wird (Axial- und Radial-Anschläge). Wenn die Elektroden direkt auf dem Isolator befestigt sind, entstehen keine mechanischen Spannungen. Es können so Ausheiztemperaturen über 250°0 erreicht werden, ohne dass es zu einem Genauigkeitsverlust kommt. Vorzugsweise ist eine Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Elektrodenmaterial und Isolator (Beispiel: Titan und Aluminiumoxidkeramik) vorgesehen. Im Falle von abweichenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten liegt besonders bevorzugt bei dem Radialanschlag das Material mit der größeren Wärmeausdehnung außen (wie z. B. in 2 mit den Elektroden 1 und 2 gezeigt ist).In addition to the advantages of the electrode carrier device, the advantage for the electron-optical lens is that the thermal instability of conventional electrode carriers is overcome since the axial and radial alignment of the electrodes is taken over by different functional surfaces (axial and radial stops). If the electrodes are attached directly to the insulator, no mechanical stresses occur. It is possible to achieve bakeout temperatures above 250 ° C without loss of accuracy. Preferably, an adaptation of the thermal expansion coefficients of electrode material and insulator (example: titanium and alumina ceramic) is provided. In the case of deviating coefficients of thermal expansion, the material with the greater thermal expansion outside (such as, for example, in FIG 2 with the electrodes 1 and 2 is shown).

Gemäß einem dritten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die obige Aufgabe durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Elektrodenträgereinrichtung oder der erfindungsgemäßen elektronen-optische Linse in einem abbildenden Elektronenmikroskop, zur Erzeugung von Elektronen- oder Positronenstrahlen, oder zur Erzeugung von Ionenstrahlen gelöst.According to a third general aspect of the invention, the above object is achieved by the use of the electrode carrier according to the invention or the electron optical lens according to the invention in an imaging electron microscope, for generating electron or positron beams, or for generating ion beams.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Elektrodenträgereinrichtung zusätzlich mit mindestens einer rückseitigen Elektrodenhalterung ausgestattet, die zur Positionierung einer Elektrode auf der Rückseite des Trägerelements angeordnet ist und einen radialen Abstand von der Durchgangsbohrung aufweist. Die rückseitige Elektrodenhalterung weist einen Axialanschlag, der sich parallel zur radialen Hauptebene erstreckt und zur Positionierung einer Elektrode in der Axialrichtung angeordnet ist, und einen Radialanschlag auf, der sich parallel zur Axialrichtung erstreckt und zur Positionierung der Elektrode senkrecht zur Axialrichtung angeordnet ist. Vorteilhafterweise erlaubt die rückseitige Elektrodenhalterung, mindestens eine weitere Elektrode zu haltern, so dass sich zusätzliche Optionen zur Feldbeeinflussung und zur Korrektur von Bildfehlern ergeben. Vorzugsweise wird der Radialanschlag der rückseitigen Elektrodenhalterung durch eine Innenfläche der Durchgangsbohrung gebildet. Die auf der Rückseite gehalterte Elektrode ragt durch die Durchgangsbohrung in den an die Vorderseite angrenzenden Halbraum.According to a preferred embodiment of the invention, the electrode carrier device is additionally equipped with at least one rear electrode holder, which is arranged for positioning an electrode on the rear side of the carrier element and has a radial distance from the through hole. The rear electrode support has an axial stop extending parallel to the radial main plane and arranged to position an electrode in the axial direction, and a radial stop extending parallel to the axial direction and positioned to position the electrode perpendicular to the axial direction. Advantageously, the rear-side electrode holder allows to support at least one further electrode, so that additional options for influencing the field and for correcting image errors result. Preferably, the radial stop of the rear electrode support is formed by an inner surface of the through hole. The mounted on the back electrode protrudes through the through hole in the adjacent to the front half space.

Vorteilhafterweise bestehen verschiedene Möglichkeiten, die Form der Axial- und Radialanschläge an die konkrete Form der zu halternden Elektroden und der elektronen-optischen Linse anzupassen. Bevorzugt ist eine axialsymmetrische Gestaltung der Form des Trägerelements und der Durchgangsbohrung, wobei die Durchgangsbohrung im Trägerelement mittig, vorzugsweise mit einer zylinderförmigen Innenfläche angeordnet ist. Im Fall der axialsymmetrischen Gestaltung umfasst jeder Axialanschlag eine ebene, vorzugsweise vollständig umlaufende Ringfläche, die konzentrisch zur Mitte der Durchgangsbohrung angeordnet ist, und jeder Radialanschlag umfasst eine Zylinder- oder Konusfläche, die konzentrisch zur Mitte der Durchgangsbohrung angeordnet und vorzugsweise in Bezug auf die Durchgangsbohrung vollständig umlaufend ist.Advantageously, there are various ways to adapt the shape of the axial and radial stops to the concrete shape of the electrodes to be supported and the electron-optical lens. Preferably, an axially symmetrical design of the shape of the support member and the through hole, wherein the through hole in the support member is arranged centrally, preferably with a cylindrical inner surface. In the case of axially symmetrical design, each axial stop comprises a flat, preferably completely circumferential annular surface disposed concentric with the center of the throughbore and each radial stop comprises a cylindrical or conical surface arranged concentric with the center of the throughbore and preferably completely with respect to the throughbore is circulating.

Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung können die Oberfläche des Axialanschlags mit dem kleineren Radius und die Oberfläche des Axialanschlags mit dem größeren Radius entlang der optischen Achse, d. h. in Axialrichtung, verschiedene Höhen aufweisen. Vorteilhafterweise kann damit die Ausrichtung der Elektroden und deren gegenseitige Trennung im Halbraum über der Vorderseite des Trägerelements vereinfacht werden. Vorzugsweise weist der innere Axialanschlag, der einen geringeren Durchmesser als ein äußerer Axialanschlag aufweist, eine andere Höhe als der äußere Axialanschlag auf. Der innere Axialanschlag ist beispielsweise gegenüber dem äußeren Axialanschlag in Axialrichtung erhöht oder abgesenkt.According to a preferred variant of the invention, the surface of the axial stop with the smaller radius and the surface of the axial stop with the larger radius along the optical axis, i. H. in the axial direction, have different heights. Advantageously, it is thus possible to simplify the alignment of the electrodes and their mutual separation in the half space above the front side of the carrier element. Preferably, the inner axial stop, which has a smaller diameter than an outer axial stop, a different height than the outer axial stop. The inner axial stop is raised or lowered, for example, relative to the outer axial stop in the axial direction.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens einer der Axialanschläge der vorderen oder rückseitigen Elektrodenhalterungen mit mindestens zwei Sackbohrungen zur Fixierung von einer der Elektroden ausgestattet. Vorteilhafterweise kann die jeweilige Elektrode in Bezug auf die optische Achse verdrehsicher fixiert werden. Besonders bevorzugt sind die Sackbohrungen an allen Axialanschlägen vorgesehen.According to a further preferred embodiment of the invention, at least one of the axial stops of the front or rear electrode holders is equipped with at least two blind holes for fixing one of the electrodes. Advantageously, the respective electrode can be fixed against rotation with respect to the optical axis. Particularly preferably, the blind holes are provided on all axial stops.

Wenn mindestens einer der Axialanschläge der vorderen Elektrodenhalterung und der Axialanschlag der rückseitigen Elektrodenhalterung jeweils mindestens zwei Sackbohrungen aufweisen, sind die Sackbohrungen auf der Vorderseite vorzugsweise relativ zu den Sackbohrungen auf der Rückseite um einen vorbestimmten Winkel versetzt angeordnet sind. Vorteilhafterweise wird damit ein Durchbohren des Trägerelements und eine gegenseitige Verbindung der Sackbohrungen vermieden. Besonders bevorzugt beträgt der Winkel der gegenseitigen Versetzung mindestens 10°.If at least one of the axial stops of the front electrode holder and the axial stop of the rear electrode holder each have at least two blind holes, the blind holes on the front are preferably offset relative to the blind holes on the back by a predetermined angle. Advantageously, thus drilling through the support member and a mutual connection of the blind holes is avoided. Particularly preferably, the angle of the mutual offset is at least 10 °.

Vorteile für eine sichere Fixierung der Elektroden ergeben sich, wenn die Sackbohrungen mit Sackgewinden ausgestattet sind. Diese können direkt in das Isolatormaterial geschnitten oder geschliffen sein oder aus einem vom Isolatormaterial unterschiedlichen Gewindematerial gebildet sein, das als Mutter in den Sackbohrungen angeordnet, z. B. eingelötet oder eingeklebt ist. Advantages for a secure fixation of the electrodes arise when the blind holes are equipped with blind threads. These may be cut or ground directly into the insulator material or formed from a different thread material from the insulator material, which is arranged as a nut in the blind holes, for. B. soldered or glued.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens einer der Axialanschläge der vorderen Elektrodenhalterungen mit mindestens zwei Durchgangslöcher ausgestattet, die zur Fixierung und/oder elektrischen Kontaktierung von einer der Elektroden vorgesehen sind. Vorzugsweise weisen die Durchgangslöcher auf der Rückseite des Trägerelements eine Einsenkung mit vergrößertem Durchmesser auf. Die Einsenkung kann Fixierungsmittel, wie z. B. einen Schraubenkopf aufnehmen, so dass diese vom Trägerelement nicht vorstehen und ein elektrischer Kontakt mit Bauteilen auf der Rückseite, z. B. einer weiteren Elektrode vermieden wird.According to a further preferred embodiment of the invention, at least one of the axial stops of the front electrode holders is equipped with at least two through holes, which are provided for fixing and / or electrical contacting of one of the electrodes. Preferably, the through holes on the rear side of the carrier element have a depression with an enlarged diameter. The depression may fixative, such. B. record a screw head, so that they do not protrude from the support element and an electrical contact with components on the back, z. B. a further electrode is avoided.

In einem konkreten Beispiel können im Bereich mindestens eines Axialanschlags mindestens zwei Durchgangslöcher angeordnet sein, wobei die Durchgangslöcher die Einsenkung auf der Rückseite des Trägerelements mit vergrößertem Durchmesser aufweisen, und es kann im Bereich des mindestens einen Axialanschlags mindestens eine weiteres Durchgangsloch für eine elektrische Kontaktierung angeordnet sein.In a concrete example, at least two through holes may be arranged in the area of at least one axial stop, wherein the through holes have the depression on the rear side of the enlarged diameter carrier element, and at least one further through hole for electrical contacting may be arranged in the region of the at least one axial stop ,

Vorteilhafterweise sind verschiedene Maßnahmen verfügbar, die gegenseitige Isolation der Elektroden zu verbessern, indem unerwünschte Kriechströme auf der Oberfläche des Trägerelements behindert oder unterdrückt werden. Gemäß einer ersten Variante ist das Trägerelement auf seiner Vorderseite in einem radialen Abstand zwischen den mindestens zwei vorderen Elektrodenhalterungen mit mindestens einer um die Durchgangsbohrung umlaufenden Axialauswölbung ausgestattet, die sich in Bezug auf die radiale Hauptebene parallel zur Axialrichtung erhebt. Gemäß einer zweiten Variante ist das Trägerelement auf einer Seitenkante zwischen seinen Vorder- und Rückseiten mit mindestens einer umlaufenden Radialauswölbung ausgestattet, die sich senkrecht zur Axialrichtung erstreckt. Durch die Axial- und/oder Radialauswölbungen werden vorteilhafterweise Kriechstromstrecken zwischen den Elektroden auf den Axialanschlägen bzw. zwischen den Vorder- und Rückseiten des Trägerelements verlängert.Advantageously, various measures are available to improve the mutual insulation of the electrodes by obstructing or suppressing unwanted leakage currents on the surface of the carrier element. According to a first variant, the carrier element is provided on its front side at a radial distance between the at least two front electrode holders with at least one axial bulge encircling the through-bore which rises parallel to the axial direction with respect to the radial main plane. According to a second variant, the carrier element is provided on a side edge between its front and rear sides with at least one circumferential radial bulge which extends perpendicular to the axial direction. Due to the axial and / or radial bulges, leakage paths between the electrodes on the axial stops or between the front and rear sides of the carrier element are advantageously lengthened.

Weitere Vorteile der Elektrodenträgereinrichtung für eine kompakte Bauform ergeben sich, wenn gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Dicke des Trägerelements weniger als das 0,2-fache seines Durchmessers beträgt.Further advantages of the electrode carrier device for a compact design result if, according to a further preferred embodiment of the invention, the thickness of the carrier element is less than 0.2 times its diameter.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:Further details and advantages of the invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1: eine Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrodenträgereinrichtung; 1 a top view of a preferred embodiment of the electrode carrier device according to the invention;

2: eine Schnittansicht der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrodenträgereinrichtung gemäß 1; 2 a sectional view of the embodiment of the electrode carrier according to the invention according to 1 ;

3: eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronen-optischen Linse; 3 a sectional view of a preferred embodiment of the electron-optical lens according to the invention;

4 und 5: Varianten von Axialauswölbungen gemäß bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Elektrodenträgereinrichtung; und 4 and 5 : Variations of axial bulges according to preferred embodiments of the electrode carrier device according to the invention; and

6: eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronen-optischen Linse. 6 : A sectional view of another embodiment of the electron-optical lens according to the invention.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter beispielhaftem Bezug auf eine axialsymmetrische Elektrodenträgereinrichtung für eine Objektivlinse eines Elektronenmikroskops beschrieben. Es wird betont, dass die Umsetzung der Erfindung in der Praxis nicht auf diese Gestaltung und Anwendung beschränkt ist. Vielmehr kann die Elektrodenträgereinrichtung in Abhängigkeit von der konkreten Anwendung nicht-axialsymmetrisch aufgebaut sein, und insbesondere die Axial- und Radialanschläge können von den folgenden Illustrationen abweichende Formen aufweisen, z. B. mit rechteckigen Oberflächen von Axialanschlägen oder ebenen Oberflächen von Radialanschlägen gebildet sein.Preferred embodiments of the invention are described below with reference, by way of example, to an axisymmetric electrode carrier device for an objective lens of an electron microscope. It is emphasized that the implementation of the invention in practice is not limited to this design and application. Rather, the electrode support means may be constructed non-axially symmetric depending on the specific application, and in particular the axial and radial stops may have different forms of the following illustrations, eg. B. be formed with rectangular surfaces of axial stops or flat surfaces of radial stops.

Die 1 und 2 illustrieren eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrodenträgereinrichtung 100 für die Anordnung von drei Elektroden einer elektronenoptischen Linse (siehe 3) in Draufsicht (1) bzw. Schnittansicht entlang der Linie II-II in 1 (2). Die Draufsicht entspricht der Blick- und Strahlrichtung entlang der optischen Achse OA, z. B. in einem Elektronenmikroskop von einer Probe hin zu einem Detektor (nicht gezeigt).The 1 and 2 illustrate a preferred embodiment of the electrode carrier device according to the invention 100 for the arrangement of three electrodes of an electron-optical lens (see 3 ) in plan view ( 1 ) or sectional view along the line II-II in 1 ( 2 ). The top view corresponds to the viewing and beam direction along the optical axis OA, z. In an electron microscope from a sample to a detector (not shown).

Die Elektrodenträgereinrichtung 100 umfasst ein plattenförmiges Trägerelement 10, das sich entlang einer radialen Hauptebene (Zeichenebene von 1) erstreckt. Das Trägerelement 10 hat eine Vorderseite 11 (in 1 gezeigt), eine Rückseite 12 und eine zentrale Durchgangsbohrung 13, die in einer Axialrichtung senkrecht zur radialen Hauptebene verläuft. Das Trägerelement 10 hat die Form einer flachen Scheibe aus einem isolierenden Werkstoff, wie einem oxidkeramischen Werkstoff, z. B. Aluminiumoxid, einem vakuumtauglichen Kunststoffe, z. B. Polyimid, oder einer bearbeitbaren Glaskeramik. Die Dicke 11 des Trägerelements 10 beträgt z. B. 9 mm, und der Durchmesser beträgt z. B. 85 mm.The electrode carrier device 100 comprises a plate-shaped carrier element 10 extending along a radial principal plane (plane of drawing of 1 ). The carrier element 10 has a front side 11 (in 1 shown), a back 12 and a central through-hole 13 which extends in an axial direction perpendicular to the radial main plane. The carrier element 10 has the shape of a flat disc made of an insulating material such as an oxide ceramic material, for. As alumina, a vacuum suitable plastics, eg. As polyimide, or an editable glass ceramic. The fat 11 the carrier element 10 is z. B. 9 mm, and the diameter is z. B. 85 mm.

Zur mechanischen Anordnung einer ersten Elektrode 1 und einer zweiten Elektrode 2 der elektronen-optischen Linse (siehe 3) sind auf der Vorderseite 11 des Trägerelements 10 mehrere Funktionsflächen vorgesehen, die zwei vordere Elektrodenhalterungen 20, 30 bilden. Eine äußere Elektrodenhalterung 30 zur Halterung der ersten Elektrode 1 (siehe 3) weist einen äußeren Axialanschlag 31 in Gestalt einer ebenen Ringfläche auf, die konzentrisch zur optischen Achse OA in der Mitte der Durchgangsbohrung 13 angeordnet ist. Der äußere Axialanschlag 31 ist eine plane Auflagefläche, die sich senkrecht zur optischen Achse OA erstreckt. Die äußere Elektrodenhalterung 30 weist des Weiteren einen äußere Radialanschlag 32 mit dem Radius r1 (siehe 2) auf, der ebenfalls konzentrisch zur optischen Achse OA in der Mitte der Durchgangsbohrung 13 angeordnet ist. Eine innere Elektrodenhalterung 20 zur Halterung der zweiten Elektrode 2 (siehe 3) umfasst entsprechend einen inneren konzentrischen Axialanschlag 21 in Gestalt einer ebenen Ringfläche und einen inneren konzentrischen Radialanschlag 22 mit dem Radius r2 (r1 > r2).For the mechanical arrangement of a first electrode 1 and a second electrode 2 the electron-optical lens (see 3 ) are on the front 11 the carrier element 10 Several functional surfaces are provided, the two front electrode holders 20 . 30 form. An outer electrode holder 30 for holding the first electrode 1 (please refer 3 ) has an outer axial stop 31 in the form of a flat annular surface which is concentric with the optical axis OA in the center of the through hole 13 is arranged. The outer axial stop 31 is a planar support surface which extends perpendicular to the optical axis OA. The outer electrode holder 30 also has an outer radial stop 32 with the radius r1 (see 2 ), which is also concentric with the optical axis OA in the middle of the through hole 13 is arranged. An inner electrode holder 20 for holding the second electrode 2 (please refer 3 ) accordingly includes an inner concentric axial stop 21 in the form of a flat annular surface and an inner concentric radial stop 22 with the radius r2 (r1> r2).

Vorzugsweise erfolgt die Fertigung der auf der Vorderseite 11 des Trägerelements 10 vorhandenen Funktionsflächen in einem gemeinsamen Arbeitsgang, wodurch eine kleinstmögliche Abweichung der relativen Positionen erzielt wird. Um eine präzise Fertigung des inneren Radialanschlags 22 zu erleichtern, ist der innere Axialanschlag 21 vorzugsweise gegenüber dem äußeren Axialanschlag 31 um einen Abstand 12 erhaben, welcher der Länge des innere Axialanschlags 21 in Axialrichtung entspricht (z. B. 2 mm).The production preferably takes place on the front side 11 the carrier element 10 existing functional surfaces in a common operation, whereby a smallest possible deviation of the relative positions is achieved. To make a precise production of the inner radial stop 22 To facilitate, is the inner axial stop 21 preferably opposite the outer axial stop 31 by a distance 12 raised, which is the length of the inner axial stop 21 in the axial direction (eg 2 mm).

Für eine dritte Elektrode 3 (siehe 3) ist auf der Rückseite 12 des Trägerelements 10 eine rückseitige Elektrodenhalterung 40 vorgesehen, die einen Axialanschlag 41 und einen Radialanschlag 42 aufweist. Der Axialanschlag 41 ist eine sich senkrecht zur optischen Achse OA erstreckende plane Auflagefläche, die in radialer Richtung durch den Radialanschlag 42 begrenzt wird. Der Radialanschlag 42 wird durch einen Abschnitt der Innenfläche 14 der Durchgangsbohrung 13 gebildet.For a third electrode 3 (please refer 3 ) is on the back 12 the carrier element 10 a back electrode holder 40 provided that an axial stop 41 and a radial stop 42 having. The axial stop 41 is a plane perpendicular to the optical axis OA extending planar support surface in the radial direction through the radial stop 42 is limited. The radial stop 42 is through a section of the inner surface 14 the through hole 13 educated.

Alle planen Auflageflächen der Axialanschläge 21, 31 und 41 sind zueinander parallel und relativ zur optischen Achse OA senkrecht ausgerichtet. Die Radialanschläge 22, 32 und 42 sind konzentrisch zur optischen Achse OA ausgerichtet. Vorteilhafterweise kann eine maximale Abweichung von einer ideal konzentrischen Anordnung von weniger als 10 μm, besonders bevorzugt weniger als 2 μm eingestellt werden.All plan contact surfaces of the axial stops 21 . 31 and 41 are mutually parallel and perpendicular to the optical axis OA. The radial stops 22 . 32 and 42 are aligned concentrically to the optical axis OA. Advantageously, a maximum deviation from an ideal concentric arrangement of less than 10 microns, more preferably less than 2 microns can be adjusted.

Der Isolationsweg zwischen der z. B. auf einer Hochspannung von einigen kV bis zu einigen 10 kV liegenden ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2, die z. B. auf einem Potential zwischen dieser Hochspannung und Erdpotential liegt, verläuft in radialer Richtung. Vorzugsweise ist zur Verlängerung des Isolationswegs zwischen der inneren Elektrodenhalterung 20 und der äußeren Elektrodenhalterung 30 auf einem Radius r3 (r1 > r3 > r2) eine vollständig kreisförmig umlaufende Axialauswölbung 50 gebildet. Die Axialauswölbung 50 umfasst mindestens eine innere Rippe 51 (Axialrippe), die eine vorzugsweise abgerundete Stirnfläche aufweist und sich in einer Richtung parallel zur optischen Achse OA erhebt, so dass der Isolationsweg entlang der Oberfläche des Trägerelements 10 um die zweifache Höhe der inneren Rippe 51 vergrößert wird. Alternativ oder zusätzlich ist eine vollständig umlaufende Radialauswölbung 60 mit mindestens einer äußeren Rippe 61 (Radialrippe) mit einer vorzugsweise abgerundeten Stirnfläche auf der Seitenkante 15 zwischen der ersten und der dritte Elektrode 1, 3 angeordnet, so dass der Isolationsweg entlang der Oberfläche des Trägerelements 10 zwischen der ersten und dritten Elektrode 1, 3 um die zweifache Breite der Radialauswölbung 60 vergrößert wird. In einer bevorzugten Variante betragen die Isolationswege pro kV der maximalen Spannungsdifferenzen mindestens 1 mm, besonders bevorzugt mindestens 2 mm.The isolation path between the z. B. at a high voltage of a few kV to several 10 kV lying first electrode 1 and the second electrode 2 that z. B. is at a potential between this high voltage and ground potential, runs in the radial direction. Preferably, to extend the isolation path between the inner electrode support 20 and the outer electrode holder 30 on a radius r3 (r1>r3> r2) a completely circular circumferential axial bulge 50 educated. The axial bulge 50 includes at least one inner rib 51 (Axial rib), which has a preferably rounded end face and rises in a direction parallel to the optical axis OA, so that the isolation path along the surface of the support element 10 about twice the height of the inner rib 51 is enlarged. Alternatively or additionally, a completely circumferential radial bulge 60 with at least one outer rib 61 (Radial rib) with a preferably rounded end face on the side edge 15 between the first and third electrodes 1 . 3 arranged so that the isolation path along the surface of the support element 10 between the first and third electrodes 1 . 3 by twice the width of the radial bulge 60 is enlarged. In a preferred variant, the isolation paths per kV of the maximum voltage differences are at least 1 mm, particularly preferably at least 2 mm.

Zur Fixierung von Elektroden an dem Trägerelement 10 sind Sackbohrungen 33 und 43 mit Innengewinden an den Vorder- und Rückseiten 11, 12 des Trägerelements 10 vorgesehen. An der Vorderseite 11 des Trägerelements 10 sind auf dem äußeren Axialanschlags 31 mindestens zwei Sackbohrungen 33, um einen Winkel θ um die optische Achse OA zueinander versetzt angeordnet. Des Weiteren sind mindestens zwei Sackbohrungen 43 auf der Rückseite 12 des Trägerelements 10 angeordnet, wobei diese um einen Winkel θ' versetzt zu den Sackbohrungen 33 auf der Vorderseite 11 sind. Die Gewinde sind als Sackgewinde ausgeführt, so dass keine direkte elektrische Verbindung zwischen der ersten und der dritten Elektrode 1, 3 gebildet werden kann, die einen verkürzten Isolationsweg entlang des Gewindes zur Folge hätte.For fixing electrodes to the carrier element 10 are blind holes 33 and 43 with internal threads on the front and back 11 . 12 the carrier element 10 intended. On the front side 11 the carrier element 10 are on the outer axial stop 31 at least two blind holes 33 , offset by an angle θ about the optical axis OA to each other. Furthermore, there are at least two blind holes 43 on the back side 12 the carrier element 10 arranged, which by an angle θ 'offset to the blind holes 33 on the front side 11 are. The threads are designed as blind threads, so no direct electrical connection between the first and the third electrode 1 . 3 can be formed, which would have a shortened isolation path along the thread result.

Ferner ist der Winkel θ' vorzugsweise gewählt, dass zwischen benachbarten Gewinden eine ausreichende Stärke des Trägerelements 10 bleibt. Beispielsweise ist unter praktischen Bedingungen mit einem Radius des äußeren Axialanschlags 31 von r1 = 35 mm und Sackgewinden mit einem Durchmesser von 4 mm und einer minimalen Isolatorstärke von 2 mm ein minimaler Winkelversatz von θ' > 10° gewählt. In einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt der Winkelversatz θ' = θ/2. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind zur Anordnung der Sackgewinde Gewindebuchsen in passende Sackbohrungen in das Trägerelement 10 eingelötet oder eingeklebt. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Sackgewinde direkt in das Material des Trägerelements 10, beispielsweise mittels Gewindeschneiden oder -schleifen, eingebracht. In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen können mindestens drei (wie dargestellt), in besonders vorteilhaften Ausführungsformen mindestens sechs Gewinde jeweils auf den Vorder- und Rückseiten 11, 12 des Trägerelements 10 vorgesehen sein.Furthermore, the angle θ 'is preferably chosen such that between adjacent threads a sufficient thickness of the carrier element 10 remains. For example, under practical conditions with a radius of the outer axial stop 31 from r1 = 35 mm and blind threads with a diameter of 4 mm and a minimum insulator thickness of 2 mm, a minimum angular offset of θ '> 10 ° is selected. In an advantageous embodiment, the angular offset is θ '= θ / 2. In a further advantageous embodiment, threaded bushes are in matching blind holes in the support element for the arrangement of the blind thread 10 soldered or glued. In a particularly advantageous embodiment, the blind threads are directly in the material of the carrier element 10 , for example by means of tapping or grinding introduced. In further advantageous embodiments, at least three (as shown), in particularly advantageous embodiments at least six threads each on the front and back sides 11 . 12 the carrier element 10 be provided.

Im Bereich des inneren Axialanschlags 21 sind weiterhin mindestens zwei Durchgangslöcher 24 für Schrauben angeordnet, so dass die zweite, innen positionierte Elektrode 2 (siehe 3) mit durch das Trägerelement 10 gesteckten Schrauben festgeschraubt werden kann. Die Durchgangslöcher 24 weisen auf der Rückseite 12 Einsenkungen 26 zur Aufnahme von Schraubenköpfen auf. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zusätzlich ein weiteres Durchgangsloch 25 vorgesehen, durch welches eine elektrische Kontaktierung der innen positionierten Elektrode 2 erfolgen kann.In the area of the inner axial stop 21 are still at least two through holes 24 arranged for screws, leaving the second, internally positioned electrode 2 (please refer 3 ) with through the support element 10 bolted screws can be screwed. The through holes 24 show on the back 12 depressions 26 for receiving screw heads. In an advantageous embodiment, in addition, a further through hole 25 provided by which an electrical contact of the internally positioned electrode 2 can be done.

3 illustriert die Verwendung der erfindungsgemäßen Elektrodenträgereinrichtung 100 zum Aufbau einer elektronen-optischen Linse 200 für elektrisch geladene Teilchen. Die elektronen-optische Linse 200 umfasst die drei Elektroden 1, 2 und 3 jeweils mit der Gestalt eines Hohlkonusstumpfs (schematisch, teilweise gezeigt). Die z. B. auf einer Hochspannung von einigen 10 kV liegende erste Elektrode 1 liegt mit einer planen Elektrodenbasis 1A auf dem entsprechenden Axialanschlag 31 des Trägerelements 10, und sie wird mit einem umlaufenden Vorsprung 1B an der Elektrodenbasis 1A entlang des entsprechenden Radialanschlags 32 des Trägerelements 10 radial geführt. Die sich berührenden Oberflächen und radialen Passungen der Elektroden sind so gestaltet, dass diese senkrecht bzw. parallel zur optischen Achse OA ausgerichtet sind. Dies kann vorteilhafterweise bereits dadurch erreicht werden, dass die Anschläge 31, 32 zusammen mit der innen liegenden Linsenkontur in einem gemeinsamen Arbeitsgang hergestellt werden. Entsprechendes gilt auch für die weiteren Elektroden. 3 illustrates the use of the electrode carrier device according to the invention 100 for the construction of an electron-optical lens 200 for electrically charged particles. The electron-optical lens 200 includes the three electrodes 1 . 2 and 3 each with the shape of a hollow cone (schematically, partially shown). The z. B. at a high voltage of some 10 kV lying first electrode 1 lies with a flat electrode base 1A on the corresponding axial stop 31 the carrier element 10 and she is having a circumferential lead 1B at the electrode base 1A along the corresponding radial stop 32 the carrier element 10 guided radially. The contacting surfaces and radial fits of the electrodes are designed so that they are aligned perpendicular or parallel to the optical axis OA. This can advantageously already be achieved in that the attacks 31 . 32 be made together with the inner lens contour in a single operation. The same applies to the other electrodes.

Die erste Elektrode 1 ist mit Schrauben 1C in den Sackgewinden der Sackbohrungen 33 befestigt. Vorzugsweise sind die Schrauben 1C der ersten Elektrode 1 so in der Elektrode 1 versenkt, dass sie nicht über die Außenkontur der Elektrode 1 hervorstehen und so eine Überhöhung der elektrischen Feldstärke im Bereich der Schrauben 1C vermieden wird. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können in der Elektrode 1 mit Abstand von teilchenoptisch relevanten Bereichen Bohrungen 1E vorgesehen sein. Die Bohrungen 1E bieten den Vorteil, dass durch eine zusätzliche offene Fläche das erreichbare Vakuum im Innenbereich der elektronen-optischen Linse 200 verbessert wird.The first electrode 1 is with screws 1C in the blind threads of the blind holes 33 attached. Preferably, the screws 1C the first electrode 1 so in the electrode 1 sunk that they do not have the outer contour of the electrode 1 protrude and so an increase in the electric field strength in the screws 1C is avoided. In a further advantageous embodiment, in the electrode 1 by far from particle-relevant areas bores 1E be provided. The holes 1E offer the advantage that the achievable vacuum in the interior of the electron-optical lens by an additional open area 200 is improved.

Die zweite, innen liegenden Elektrode 2 liegt ebenfalls mit einer planen Elektrodenbasis 2A auf dem entsprechenden Axialanschlag 21 des Trägerelements 10 auf und wird mit einem umlaufenden Vorsprung 2B an der Elektrodenbasis 2A entlang des entsprechenden Radialanschlags 22 des Trägerelements 10 radial geführt. Die Befestigung der zweiten Elektrode erfolgt mit durch Durchgangslöcher 25 des Trägerelements 10 gesteckten Schrauben 2C von der Rückseite 12 her. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind dabei die Schraubenköpfe so in dem Trägerelement 10 versenkt, dass diese nicht über die Rückseite 12 des Trägerelements 10 hervorstehen. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird eine Kontaktierung 2D der zweiten Elektrode 2 durch das dafür vorgesehene Durchgangsloch 25 zur Rückseite 12 hin herausgeführt.The second, internal electrode 2 also lies with a flat electrode base 2A on the corresponding axial stop 21 the carrier element 10 up and will with a circumferential lead 2 B at the electrode base 2A along the corresponding radial stop 22 the carrier element 10 guided radially. The attachment of the second electrode is made through through holes 25 the carrier element 10 inserted screws 2C from the back 12 ago. In an advantageous embodiment, the screw heads are in the carrier element 10 sunk that these are not over the back 12 the carrier element 10 protrude. In a further advantageous embodiment, a contacting 2D the second electrode 2 through the provided through hole 25 to the back 12 led out.

Die dritte Elektrode 3 ist mit Schrauben 3C an den Sackbohrungen 43 auf der Rückseite 12 des Trägerelements 10 befestigt. Die dritte Elektrode 3 liegt plan auf dem Axialanschlag 41 der rückseitigen Elektrodenhalterung 40, und sie ragt durch die zentrale Durchgangsbohrung 13 des Trägerelements 10, wobei sie an deren Innenfläche 13, insbesondere dem Radialanschlag 42 radial geführt ist.The third electrode 3 is with screws 3C at the blind holes 43 on the back side 12 the carrier element 10 attached. The third electrode 3 lies flat on the axial stop 41 the back electrode holder 40 , and it protrudes through the central through-hole 13 the carrier element 10 , being on the inner surface 13 , in particular the radial stop 42 is guided radially.

Die gesamte Baulänge der elektronen-optischen Linse 200 entlang der optischen Achse OA ist nur durch den Abstand zwischen der ersten und der letzten Elektrode 1 und 3 der elektronen-optischen Linse 200 entlang der optischen Achse gegeben. Da ein Potentialunterschied zwischen den Elektroden in radialer Richtung, und nicht wie bei herkömmlichen Bauformen in longitudinaler Richtung, abfällt, ist die Baulänge der erfindungsgemäßen elektronen-optischen Linse 200 nicht von dem benötigten Isolationsweg entlang der Oberfläche des Trägerelements bestimmt. Um eine ausreichende mechanisch Stabilität des Trägerelements 10 zu gewährleisten, hat eine vorteilhafte Ausführungsform eine Baulänge im Bereich von 0.2·r1 bis 0.4·r1. Beispielsweise ergibt sich bei einer maximalen Spannungsdifferenz von 20 kV und einem Durchmesser von 2r1 = 80 mm eine Baulänge von 8 mm bis maximal 16 mm, so dass die Baulänge des Trägerelements gegenüber den bekannten Bauformen aus hintereinander gestapelten Isolatoren oder Keramikkugeln auf 15%–30% dieser Baulänge reduziert wird.The overall length of the electron-optical lens 200 along the optical axis OA is only by the distance between the first and the last electrode 1 and 3 the electron-optical lens 200 given along the optical axis. Since a potential difference between the electrodes in the radial direction, and not in the longitudinal direction, as in conventional designs, drops, the length of the inventive electron-optical lens 200 not determined by the required isolation path along the surface of the carrier element. To ensure sufficient mechanical stability of the support element 10 to ensure an advantageous embodiment has a length in the range of 0.2 · r1 to 0.4 · r1. For example, results in a maximum voltage difference of 20 kV and a diameter of 2r1 = 80 mm a length of 8 mm to a maximum of 16 mm, so that the length of the support element compared to the known types of stacked insulators or ceramic balls to 15% -30% this length is reduced.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die Baulänge so gewählt, dass sich die Fokalebene 7 außerhalb des Trägerelements 10, insbesondere der elektronen-optischen Linse 200 und außerhalb der rückseitig befestigten dritten Elektrode 3 befindet. Dadurch wird es ermöglicht, am Ort der Fokalebene 7 eine auflösungssteigernde Blende oder eine Anordnung aus mehreren Blenden, zu positionieren. Da im Gegensatz zu herkömmlichen Techniken der maximal zur Verfügung stehende Durchmesser nicht durch den Innendurchmesser der dritten Elektrode 3 beschränkt ist, können an dieser Stelle Antriebe zur Positionierung der Blenden mit besonders hoher Präzision angeordnet werden. Besonders vorteilhaft sind dabei Antriebe mit piezoelektrischen Stellelementen. Äußerst vorteilhaft sind dabei Antriebe, die ein Rücklesen der momentanen Position erlauben. In a particularly advantageous embodiment, the overall length is chosen so that the focal plane 7 outside the support element 10 , in particular the electron-optical lens 200 and outside the back-mounted third electrode 3 located. This makes it possible, at the location of the focal plane 7 a resolution-increasing aperture or an array of multiple apertures to position. Since, in contrast to conventional techniques, the maximum available diameter is not determined by the inner diameter of the third electrode 3 is restricted, drives for positioning the aperture can be arranged with very high precision at this point. Particularly advantageous are drives with piezoelectric actuators. Extremely advantageous are drives that allow reading back the current position.

Ebenso kann an der Position der Fokalebene 7 eine Multipollinse angeordnet werden, so dass ein eventuell auftretender Astigmatismus und/oder weitere Bildfehler durch Erzeugen eines Multipolfeldes höherer Ordnung kompensiert werden können.Likewise, at the position of the focal plane 7 a multipole lens can be arranged so that any astigmatism and / or further aberrations that may occur can be compensated by generating a multipole field of higher order.

Besonders vorteilhaft ist dabei, dass der maximal zur Verfügung stehende Durchmesser für die Multipollinse nicht durch den Innendurchmesser der dritten Elektrode 3 beschränkt ist, so dass Multipole mit einer idealen Polgeometrie, beispielsweise in Form von Hyperbelflächen, angeordnet werden können.It is particularly advantageous that the maximum available diameter for the multipole lens not by the inner diameter of the third electrode 3 is limited, so that multipoles can be arranged with an ideal pole geometry, for example in the form of hyperbolic surfaces.

Die 4 und 5 illustrieren beispielhaft Varianten der Radialauswölbung 60 mit mindestens einer äußeren Rippe 61 und der Axialauswölbung 50 mit mindestens einer inneren Rippe 51. Gemäß 4A sind zwei äußere Rippen 61 am äußeren Umfang des Trägerelements 10 (Seitenkante 15) angeordnet. Dadurch ist es einerseits möglich, bei gleicher Potentialdifferenz zwischen einer ersten und einer dritten Elektrode, die an den Axial- und Radialanschlägen 31, 32 bzw. am Axialanschlag 41 gehaltert sind, einen geringeren Außendurchmesser des Trägerelements 10 zu wählen. Andererseits kann bei gleichem Außendurchmesser eine höhere Potentialdifferenz realisiert werden.The 4 and 5 Illustrate exemplary variants of the radial bulge 60 with at least one outer rib 61 and the axial bulge 50 with at least one inner rib 51 , According to 4A are two outer ribs 61 on the outer circumference of the carrier element 10 (Side edge 15 ) arranged. This makes it possible on the one hand, with the same potential difference between a first and a third electrode, at the axial and radial stops 31 . 32 or at the axial stop 41 are held, a smaller outer diameter of the support element 10 to choose. On the other hand, with the same outer diameter, a higher potential difference can be realized.

Gemäß 4B ist eine Anzahl weiterer äußerer Rippen 61 auf dem äußeren Umfang des Trägerelements 10 hinzugefügt, so dass bei gleichbleibendem Außendurchmesser eine höhere Potentialdifferenz zwischen einer ersten und einer dritten Elektrode realisiert werden kann.According to 4B is a number of other outer ribs 61 on the outer circumference of the carrier element 10 added, so that with a constant outer diameter, a higher potential difference between a first and a third electrode can be realized.

4C illustriert eine einzige äußere Rippe 61 am Beispiel einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung, bei der der Radialanschlag 42 zur Führung der rückseitig befestigten dritten Elektrode 3 auf der Rückseite 12 des Trägerelements 10 vorgesehen ist. Die radiale Führung einer rückseitig befestigten dritten Elektrode 3 erfolgt dabei auf dem so gebildeten Außendurchmesser des Radialanschlags 42 wie mit der Führung der ersten Elektrode 1 auf der Vorderseite 11. In dieser Variante kann daher der Radialanschlag auf der Innenfläche 14 der zentralen Durchgangsbohrung 13 (siehe 2) entfallen, wodurch ein erhöhter Isolationsweg zwischen der zweiten und der dritten Elektrode 2, 3 entsteht. 4C illustrates a single outer rib 61 the example of a modified embodiment of the invention, in which the radial stop 42 for guiding the back-mounted third electrode 3 on the back side 12 the carrier element 10 is provided. The radial guidance of a back-mounted third electrode 3 takes place on the thus formed outer diameter of the radial stop 42 as with the guidance of the first electrode 1 on the front side 11 , In this variant, therefore, the radial stop on the inner surface 14 the central through-hole 13 (please refer 2 ), whereby an increased isolation path between the second and the third electrode 2 . 3 arises.

5 zeigt Varianten der Gestaltung des Isolationswegs zwischen den Elektrodenhalterungen zur Halterung der ersten und zweiten Elektrode 1, 2 (siehe 3). Gemäß 5A ist keine Axialauswölbung im Zwischenraum zwischen dem inneren (21) und dem äußeren (31) Axialanschlag vorgesehen, so dass der so gewonnene Platz genutzt werden kann, um den Vorstand 12 (siehe 2) des inneren Axialanschlags 21 gegenüber dem äußeren Axialanschlag 31 zu reduzieren. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Abstand 12 entfallen, d. h. die Axialanschläge 21, 31 sind in Bezug auf die Axialrichtung auf gleicher Höhe (wie dargestellt). 5 shows variants of the design of the insulation path between the electrode holders for holding the first and second electrodes 1 . 2 (please refer 3 ). According to 5A is no axial bulge in the space between the inner ( 21 ) and the outer ( 31 ) Axial stop provided so that the space thus gained can be used to the board 12 (please refer 2 ) of the inner axial stop 21 opposite the outer axial stop 31 to reduce. In an advantageous embodiment, the distance 12 omitted, ie the axial stops 21 . 31 are at the same height with respect to the axial direction (as shown).

Gemäß 5B weist die Axialauswölbung zusätzlich zu der inneren Rippe 51 eine weitere umlaufende innere Rippe 52 zwischen dem inneren Axialanschlag 21 und der Innenfläche 14 der Durchgangsbohrung 13 bzw. dem Radialanschlag 42 zur Halterung der dritten Elektrode 3 auf. Entsprechend verlängert sich der Isolationsweg entlang der Oberfläche des Trägerelements 10 zwischen der zweiten und der dritten Elektrode 2, 3. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn eine hohe Potentialdifferenz zwischen der zweiten und der dritten Elektrode 2, 3 benötigt wird, wie dies beispielsweise bei Kathodenlinsen mit einer auf erdnahem Potential liegenden ersten und dritten Elektrode der Fall ist.According to 5B has the axial bulge in addition to the inner rib 51 another circumferential inner rib 52 between the inner axial stop 21 and the inner surface 14 the through hole 13 or the radial stop 42 for holding the third electrode 3 on. Accordingly, the isolation path extends along the surface of the carrier element 10 between the second and third electrodes 2 . 3 , This embodiment is particularly advantageous when a high potential difference between the second and the third electrode 2 . 3 is required, as is the case, for example, with cathode lenses with lying at near-potential first and third electrode.

Gemäß 5C sind weitere innere Rippen 51 im Bereich zwischen dem inneren (21) und äußeren (31) Axialanschlag vorgesehen. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft bei Anwendungen, die eine besonders hohe Potentialdifferenz zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode 1, 2 benötigen. Insbesondere ist auch eine Kombination aus den in den 5B und 5C gezeigten Varianten vorteilhaft, wenn eine besonders hohe Potentialdifferenz jeweils zwischen allen Elektroden benötigt wird.According to 5C are more inner ribs 51 in the area between the inner ( 21 ) and outer ( 31 ) Axial stop provided. This embodiment is particularly advantageous in applications involving a particularly high potential difference between a first and a second electrode 1 . 2 need. In particular, a combination of the in the 5B and 5C shown variants advantageous when a particularly high potential difference between each electrode is required.

6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer elektronenoptischen Linse 200 mit einer Anwendung der Elektrodenträgereinrichtung 100 zur Halterung von mehr als drei Elektroden 1 bis 6. Eine Elektrodenanordnung mit mehr als drei Elektroden und deren Anwendung zu Korrektur der chromatischen Aberration eines Elektronenmikroskops mittels gepulster Anregung wird beispielsweise von Schönhense et al. in J. Vac. Sci. Technol. B 20, 2002, S. 2526–2534 beschrieben. Zur Halterung der Elektroden 1 bis 6 weist das erfindungsgemäße verwendete Trägerelement 10 in radialer Richtung mit steigendem Durchmesser mehrere Elektrodenhalterungen jeweils mit Axial- und Radialanschlägen auf, wie sie oben unter Bezug auf die 1 und 2 beschrieben wurden. Die Elektroden 1 bis 6 liegen auf den Axialanschlägen (z. B. 31) auf und werden an den zugehörigen Radialanschlägen (z. B. 32) radial geführt. Vorzugsweise sind zwischen den Elektrodenhalterungen umlaufende innere Rippen 51 vorgesehen. 6 shows a further embodiment of an electron-optical lens 200 with an application of the electrode carrier device 100 for holding more than three electrodes 1 to 6 , An electrode arrangement with more than three electrodes and their application for correcting the chromatic aberration of an electron microscope by means of pulsed excitation is described, for example, by Schönhense et al. in J. Vac. Sci. Technol. B 20, 2002, pp. 2526-2534. For holding the electrodes 1 to 6 has the carrier element used according to the invention 10 in the radial direction with increasing diameter more electrode holders each with axial and radial stops, as described above with respect to the 1 and 2 have been described. The electrodes 1 to 6 lie on the axial stops (eg 31 ) and are at the associated radial stops (eg. 32 ) guided radially. Preferably, between the electrode holders circumferential inner ribs 51 intended.

Die Befestigung der Elektroden 1 bis 4 erfolgt der Reihe nach von innen nach außen mittels der eingesenkten Schrauben 1C an den entsprechenden Sackgewinden in Sackbohrungen (z. B. 33). Die innere Elektrode 5 wird mit einer Schraube 5C von der Rückseite 12 des Trägerelements 10 her befestigt. Die innerste Elektrode 6 steckt in der Durchgangsbohrung 13. Eine Kontaktierung 1D der im Inneren der Elektrodenanordnung liegenden und nicht direkt zugänglichen Elektroden 2 bis 5 erfolgt durch die Durchgangslöcher 25.The attachment of the electrodes 1 to 4 is done in order from inside to outside by means of the countersunk screws 1C on the corresponding blind threads in blind holes (eg. 33 ). The inner electrode 5 will with a screw 5C from the back 12 the carrier element 10 attached. The innermost electrode 6 stuck in the through hole 13 , A contact 1D the lying inside the electrode assembly and not directly accessible electrodes 2 to 5 done through the through holes 25 ,

Die erfindungsgemäße Elektrodenträgereinrichtung 100 gemäß 6 ist besonders vorteilhaft, da die Anordnung von vielen Elektroden entlang der optischen Achse (OA) ermöglicht wird, wobei zwischen den Elektroden hohe Potentialunterschiede herrschen können. Die Abmessungen des Trägerelements 10 beeinflussen dabei nicht die Baulänge der teilchenoptischen Anordnung. Insbesondere addieren sich nicht die mechanischen Fehler der Ausrichtung einzelner Elektroden zueinander, wie dies bei der herkömmlichen hintereinander folgenden Stapelung einzelner Elektroden, mittels einzelner Isolatoren, der Fall ist und dort regelmäßig zusätzliche Aberrationen durch eine nicht rotationssymmetrische Feldverteilung verursacht.The electrode carrier device according to the invention 100 according to 6 is particularly advantageous because the arrangement of many electrodes along the optical axis (OA) is made possible, with high potential differences can prevail between the electrodes. The dimensions of the carrier element 10 do not affect the length of the particle-optical arrangement. In particular, the mechanical errors of the alignment of individual electrodes do not add to one another, as is the case in the conventional successive stacking of individual electrodes, by means of individual insulators, which regularly causes additional aberrations due to a non-rotationally symmetric field distribution.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination oder Unterkombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.The features of the invention disclosed in the foregoing description, drawings and claims may be significant to the realization of the invention in its various forms both individually and in combination or sub-combination.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100: ElektrodenträgereinrichtungElectrode carrier device
1010: Trägerelementsupport element
1111: Vorderseitefront
1212: Rückseiteback
1313: DurchgangsbohrungThrough Hole
1414: Innenfläche der DurchgangsbohrungInner surface of the through hole
1515: Seitenkanteside edge
20, 30, 4020, 30, 40: Elektrodenhalterungelectrode holder
21, 31, 4121, 31, 41: Axialanschlagaxial stop
22, 32, 4222, 32, 42: Radialanschlagradial stop
24, 2524, 25: DurchgangslochThrough Hole
33, 4333, 43: Sackbohrungblind hole
2626: Einsenkungdepression
5050: AxialauswölbungAxialauswölbung
5151: Ripperib
6060: RadialauswölbungRadialauswölbung
6161: Ripperib
OAOA: optische Achseoptical axis
200200: elektronen-optischen Linseelectron optical lens
1, 2, 3, 4, 5, 61, 2, 3, 4, 5, 6: Elektrodeelectrode
77: Fokalebenefocal plane
1A, 2A1A, 2A: Elektrodenbasiselectrode base
1B, 2B1B, 2B: Vorsprunghead Start
1C, 2C, 3C1C, 2C, 3C: Schraubescrew
1D, 2D1D, 2D: Kontaktierungcontact
1E1E: Bohrungdrilling

Claims

Electrode carrier device ( 100 ), which are used to hold a plurality of mutually insulated electrodes ( 1 . 2 . 3 , ...) an electron-optical lens ( 200 ), comprising - a plate-shaped carrier element ( 10 ) of an insulator material that extends along a radial main plane and a front side ( 11 ), a back ( 12 ) and a through hole ( 13 ), wherein the through-bore ( 13 ) in an axial direction perpendicular to the radial main plane and to the passage of the optical axis (OA) of the electron-optical lens ( 200 ), characterized by - at least two front electrode holders ( 20 . 30 ), each for positioning one of the electrodes ( 1 . 2 . 3 , ...) on the front side ( 11 ) of the carrier element ( 10 ) are arranged and different radial distances from the through hole ( 13 ), wherein - each front electrode holder ( 20 . 30 ) an axial stop ( 21 . 31 ) extending parallel to the radial main plane and arranged to position an electrode in the axial direction, and a radial stop (FIG. 22 . 32 ) which extends parallel to the axial direction and is arranged to position the electrode perpendicular to the axial direction.

Electrode carrier device according to claim 1, comprising - at least one rear-side electrode holder ( 40 ) for positioning an electrode on the back ( 12 ) of the carrier element ( 10 ) is arranged and a radial distance from the through hole ( 13 ), wherein - the back electrode holder ( 40 ) an axial stop ( 41 ) extending parallel to the radial main plane and arranged to position an electrode in the axial direction, and a radial stop (FIG. 42 ) parallel to the Extend axially and is arranged to position the electrode perpendicular to the axial direction.

Electrode carrier device according to claim 2, in which - the radial stop ( 42 ) of the rear electrode holder ( 40 ) by an inner surface ( 14 ) of the through hole ( 13 ) is formed.

Electrode carrier device according to one of the preceding claims, in which - each axial stop ( 21 . 31 . 41 ) comprises a flat annular surface which is concentric with the center of the through hole ( 13 ), and - each radial stop ( 22 . 32 . 42 ) comprises a cylindrical or conical surface which is concentric with the center of the through hole ( 13 ) is arranged.

Electrode carrier device according to claim 4, in which - an inner axial stop ( 21 ) of the front electrode holder ( 20 ) has a smaller radius than an outer axial stop ( 31 ) the front electrode holder ( 30 ), and - the inner axial stop ( 21 ) relative to the outer axial stop ( 31 ) is raised or lowered in the axial direction.

Electrode carrier device according to one of the preceding claims, in which - at least one of the axial stops ( 21 . 31 . 41 ) of the front or rear electrode holders ( 20 . 30 . 40 ) at least two blind holes ( 33 . 43 ) for fixing one of the electrodes ( 1 . 2 . 3 , ...) having.

Electrode carrier device according to claim 6, in which - at least one of the axial stops ( 21 . 31 ) of the front electrode holders ( 20 . 30 ) and the axial stop ( 41 ) of the rear electrode holder ( 40 ) at least two blind holes ( 33 . 43 ), wherein - the blind bores ( 33 ) on the front side ( 11 ) opposite the blind holes ( 43 ) on the back side ( 12 ) are arranged offset by an angle (θ ').

An electrode carrier device according to claim 7, wherein - The angle (θ ') is at least 10 °.

Electrode carrier device according to one of claims 6 to 8, in which - the blind bores ( 33 . 43 ) Have sack threads which are formed directly in the insulator material or of a different thread material of the insulator material, in the blind holes ( 33 . 43 ) is arranged.

Electrode carrier device according to one of the preceding claims, in which - at least one of the axial stops ( 21 ) of the front electrode holders ( 20 ) at least two through holes ( 24 . 25 ) for fixing and / or electrical contacting of one of the electrodes ( 1 . 2 . 3 , ...) are provided.

Electrode carrier device according to claim 10, in which - at least one of the through holes ( 24 . 25 ) on the back side ( 12 ) of the carrier element ( 10 ) a sink ( 26 ) with increased diameter.

Electrode carrier device according to one of the preceding claims, in which - the carrier element ( 10 ) on its front side ( 11 ) at a radial distance between the at least two front electrode holders ( 20 . 30 ) at least one around the through hole ( 13 ) circumferential axial bulge ( 50 ) which extends parallel to the axial direction.

Electrode carrier device according to one of the preceding claims, in which - the carrier element ( 10 ) on one side edge ( 15 ) between its front and back sides ( 11 . 12 ) at least one circumferential radial bulge ( 60 ) which extends perpendicular to the axial direction.

Electrode carrier device according to one of the preceding claims, with at least one of the features - the thickness of the carrier element ( 10 ) is less than 0.2 times its diameter, and - the insulator material comprises at least one of oxide ceramics, glass ceramics and plastics.

Electron-optical lens ( 200 ), comprising - an electrode carrier device ( 100 ) according to one of the preceding claims, and - a plurality of electrodes ( 1 . 2 . 3 , ...), each on the electrode holders ( 20 . 30 . 40 , ...) are fixed.

Use of an electrode carrier device ( 100 ) or an electron-optical lens ( 200 ) according to one of the preceding claims - in an imaging electron microscope, - in the generation of electron or positron beams, or - in the generation of ion beams.