DE102017205231B3

DE102017205231B3 - Teilchenoptische Vorrichtung und Teilchenstrahlsystem

Info

Publication number: DE102017205231B3
Application number: DE102017205231.7A
Authority: DE
Inventors: Dirk Preikszas; Bernd Hafner
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2018-08-09
Anticipated expiration: 2037-03-29
Also published as: US10755889B2; US20200381206A1; CZ2018146A3; US11087949B2; US20180286625A1

Abstract

Ein Strahlablenker 1 umfasst eine magnetflussführende Struktur 3, welche eine Öffnung 13 aufweist, durch welche eine Strahlachse 5 verläuft, und wenigstens zwei Spulen 19, welche an der magnetflussführenden Struktur 3 angeordnet sind, wobei die zwei Spulen so an der magnetflussführenden Struktur 3 angeordnet sind, dass sie ein Magnetfeld Berzeugen, welches Feldlinien 23 aufweist, die die zwei Spulen nacheinander durchsetzen, die magnetflussführende Struktur an einem ersten Ort 25 auf einer ersten Seite bezüglich der Strahlachse 5 verlassen, die Strahlachse an einem zweiten Ort 29 queren, welcher mit Abstand entlang der Strahlachse von der magnetflussführenden Struktur angeordnet ist, in die magnetflussführende Struktur an einem dritten Ort 27 auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite wieder eintreten und von dem dritten Ort zu dem ersten Ort innerhalb der magnetflussführenden Struktur um die Öffnung herum verlaufen.

Description

Die Erfindung betrifft eine teilchenoptische Vorrichtung und ein teilchenoptisches System mit einer solchen teilchenoptischen Vorrichtung.
Teilchenoptische Vorrichtungen verwenden Strahlen geladener Teilchen, wie beispielsweise Elektronenstrahlen und Ionenstrahlen, für vielerlei Zwecke, wie beispielsweise zum Gewinnen von Information über Gegenstände und zum Strukturieren von Gegenständen. Beispielsweise werden Elektronenstrahl- oder Ionenstrahlmikroskope dazu eingesetzt, Informationen über untersuchte Materialien zu gewinnen, und Elektronenstrahllithografiegeräte, Elektronenstrahlschweißgeräte und Ionenstrahlgeräte werden dazu eingesetzt, die Struktur von Objekten zu verändern.
In einem Teilchenstrahlsystem werden ein oder mehrere Teilchenstrahlen durch eine Teilchenquelle erzeugt und auf ein Objekt gerichtet. Hierzu ist es notwendig, die Teilchenstrahlen mit geeigneten teilchenoptischen Vorrichtungen gezielt zu beeinflussen, um diese beispielsweise fokussiert auf einen gewünschten Ort an dem Objekt zu richten. Derartige teilchenoptische Vorrichtungen setzen zur Beeinflussung der Teilchenstrahlen magnetische und/oder elektrische Felder ein. Durch die Geometrie der zur Erzeugung der elektrischen und magnetischen Felder eingesetzten Elektroden bzw. Spulen wird die Ortsabhängigkeit und Symmetrie der erzeugten Felder bestimmt. Die Ortsabhängigkeit und Symmetrie der Felder bestimmt die Art der Beeinflussung der die Felder durchsetzenden Teilchenstrahlen durch die teilchenoptische Vorrichtung. Beispielsweise gibt es teilchenoptische Vorrichtungen, welche Felder bereitstellen, die als Linsen wirken, um die Konvergenz eines die Vorrichtung durchsetzenden Teilchenstrahls zu ändern, es gibt Vorrichtungen, die als Strahlablenker wirken, um einen die Vorrichtung durchsetzenden Teilchenstrahl um einen gewünschten Winkel abzulenken, und es gibt beispielsweise Vorrichtungen, welche als Stigmatoren wirken, um einen die Vorrichtung durchsetzenden Teilchenstrahl astigmatisch zu beeinflussen.
Ein teilchenoptisches System kann aus einer Vielzahl derartiger Vorrichtungen zusammengesetzt sein, um den einen oder die mehreren Teilchenstrahlen nacheinander auf verschiedene Weisen zu beeinflussen, wobei einige der Vorrichtungen auch dazu dienen, den Strahl innerhalb des Systems so einzustellen bzw. zu justieren, dass er auf eine gewünschte Weise in eine nachfolgende Vorrichtung eintritt. Die Auslegung eines teilchenoptischen Systems ist hierbei Randbedingungen unterworfen, welche unter anderem durch den Bauraum vorgegeben sind, welcher von den zur Erzeugung der Felder verwendeten Elektroden und Spulen und deren Haltestrukturen eingenommen wird. Deshalb ist es im Allgemeinen nicht möglich, für ein bestimmtes gewünschtes Teilchenstrahlsystem sämtliche gewünschte Ortsabhängigkeiten und Symmetrien von Feldern zur Beeinflussung der Teilchenstrahlen zu realisieren, da nur eine überschaubare Anzahl von teilchenoptischen Vorrichtungen zur Beeinflussung der Teilchenstrahlen zur Verfügung steht.
Die DE 692 24 506 T2 , die US 4 315 152 A und die US 4 882 486 A offenbaren beispielhaft einen herkömmlichen Typ von Magnetlinse, der häufig als Objektivlinse in Elektronenmikroskopen eingesetzt wird. Diese Magnetlinse umfasst eine magnetflussführende Struktur, welche eine Öffnung aufweist, die von einer Strahlachse, entlang der der zu fokussierende Elektronenstrahl propagiert, durchsetzt wird. Die Magnetlinse umfasst zur Erzeugung des fokussierenden Magnetfeldes ferner eine stromdurchflossene Spule, welche an der magnetflussführenden Struktur derart angeordnet ist, dass deren Windungen die Strahlachse umgreifen.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Probleme getätigt, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Flexibilität bei der Gestaltung von teilchenoptischen Systemen zu erhöhen.
Ausführungsformen der Erfindung stellen eine teilchenoptische Vorrichtung zum Beeinflussen eines Teilchenstrahls bereit, welche mit Spulen Magnetfelder erzeugt, welche quer zu einer Strahlrichtung eines die Vorrichtung durchsetzenden Teilchenstrahls orientiert sind und zwar mit einer signifikanten, das heißt den Strahl beeinflussenden Stärke, an Orten, welche, gesehen in Strahlrichtung, entfernt von den die Felder erzeugenden Spulen angeordnet sind. Diese Felder können beispielsweise dazu verwendet werden, den die Vorrichtung durchsetzenden Strahl abzulenken und/oder hinsichtlich seines Astigmatismus zu verändern. Herkömmliche Strahlablenker oder Stigmatoren stellen die den Strahl beeinflussenden Felder mit signifikanter Stärke an Orten bereit, welche, gesehen in Strahlrichtung, mit den Spulen zur Erzeugung der Felder im Wesentlichen überlappen. Im Unterschied hierzu können mit der teilchenoptischen Vorrichtung gemäß der erläuterten Ausführungsformen die die Teilchenstrahlen beeinflussenden signifikanten Magnetfelder mit Abstand in Richtung des die Vorrichtung durchsetzenden Strahls erzeugt werden, weshalb es mit der Vorrichtung möglich ist, in einem teilchenoptischen System den Teilchenstrahl in Bereichen entlang des Strahls zu beeinflussen, welche mit herkömmlichen Vorrichtungen nicht erreichbar waren. Somit können teilchenoptische Vorrichtungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Flexibilität bei der Auslegung von teilchenoptischen Systemen erhöhen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst die teilchenoptische Vorrichtung wenigstens zwei Spulen mit jeweils wenigstens einer Windung, welche insbesondere neben der Strahlachse angeordnet ist und diese nicht umschließt, wobei die Spulen, wenn deren Windungen stromdurchflossen sind und andere Spulen der teilchenoptischen Vorrichtung nicht stromdurchflossen sind, ein signifikantes magnetisches Ablenkfeld auf der Strahlachse erzeugen, wobei ein maximaler Abstand der Windungen von der Strahlachse ein erster Abstand ist, wobei eine magnetische Flussdichte des Magnetfeldes entlang der Strahlachse ein lokales Maximum ihres Betrags aufweist, wobei das lokale Maximum an einem Ort entlang der Strahlachse angeordnet ist, welcher von den Windungen einen zweiten Abstand entlang der Strahlachse aufweist, und wobei der zweite Abstand wenigstens 0,05 mal, insbesondere wenigstens 0,10 mal, insbesondere wenigstens 0,15 mal und insbesondere wenigstens 0,20 mal so groß ist wie der erste Abstand.
Der Verlauf der magnetischen Flussdichte entlang der Strahlachse kann bei einer gegebenen teilchenoptischen Vorrichtung experimentell durch Messung mit einer die magnetische Flussdichte messenden Sonde und Verschiebung derselben entlang der Strahlachse bestimmt werden. Bei Kenntnis der Geometrien der Spulen und übrigen Komponenten der teilchenoptischen Vorrichtung kann der Verlauf des Magnetfeldes auch durch numerische Simulation bestimmt werden. Entsprechend ist es möglich, den Ort entlang der Strahlachse zu bestimmen, an dem der Betrag der magnetischen Flussdichte des durch die Spulen erzeugten Magnetfeldes sein Maximum hat. Aus der Kenntnis der Geometrie der Spulen ist es dann möglich, den auf die Strahlachse projizierten Abstand dieses Ortes des Maximums von den Spulen zu bestimmen. Ebenso ist es möglich, von allen Orten, die in dem Volumen der Spulen ausschließlich ihrer Zuleitungen angeordnet sind, den Ort zu bestimmen, welcher den maximalen Abstand von der Strahlachse aufweist. Das Verhältnis dieser beiden Abstände kann dann die oben genannten Werte annehmen. Diese Werte besagen, dass das für die Beeinflussung des Teilchenstrahls maßgebliche Magnetfeld eine signifikante Wirkung an einem Ort ausüben kann, der entlang der Strahlachse entfernt von den Spulen angeordnet sein kann und insbesondere außerhalb des Bauraums liegen kann, welcher von den Spulen und anderen Komponenten der teilchenoptischen Vorrichtung eingenommen wird.
Gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen umfasst die teilchenoptische Vorrichtung wenigstens zwei Spulen eines ersten Typs beidseits der Strahlachse mit jeweils wenigstens einer Windung, welche, wenn sie beide stromdurchflossen sind und andere Spulen der teilchenoptischen Vorrichtung nicht stromdurchflossen sind, ein magnetisches Ablenkfeld auf der Strahlachse erzeugen, welches auf der Strahlachse einen Schwerpunkt an einem Ort z₀ aufweist, wobei jede der beiden Spulen jeweils einen Schwerpunkt an einem Ort ${\vec{r}}_{0}$
aufweist, und wobei gilt: ein Verhältnis zwischen einem Abstand des Ortes z₀ von einer Verbindungslinie zwischen den beiden Orten ${\vec{r}}_{0}$
und einem Abstand der beiden Orte ${\vec{r}}_{0}$
voneinander ist größer als 0,1, insbesondere größer als 0,2, insbesondere größer als 0,5 und insbesondere größer als 0,8.
Der magnetische Schwerpunkt des Ablenkfeldes ist dabei der Ort z₀ entlang der Strahlachse, an dem das Magnetfeld scheinbar wirkt, d.h. an dem der in die Vorrichtung eintretende Teilchenstrahl bei geradliniger Verlängerung den aus der Vorrichtung austretenden abgelenkten Teilchenstrahl bei geradliniger Verlängerung schneidet. Dieser Ort wird auch als Kipppunkt eines Strahlablenkers bezeichnet. Ein an dem Ort des Kipppunkts auf den Teilchenstrahl wirkendes räumlich nicht ausgedehntes Ablenkfeld hätte auf den Strahl in großer Entfernung von dem Ablenkelement die gleiche Wirkung wie das räumlich ausgedehnte signifikante auf den Strahl wirkende magnetische Ablenkfeld. Der magnetische Schwerpunkt z₀ kann beispielsweise nach folgender Formel berechnet werden: $z_{0} = \frac{\int_{z min}^{z max} z B_{⊥} (z) d z}{\int_{z min}^{z max} B_{⊥} (z) d z}$
Hierbei wird entlang der in z -Richtung sich erstreckenden Strahlachse integriert. B_⊥(z) ist die orthogonal zur Strahlachse orientierte Komponente des magnetisches Ablenkfeldes (B₁), z_min und z_max sind obere und untere Integrationsgrenzen. Diese können, wie üblich, zu -∞ und +∞ gewählt werden. Allerdings ist die Ausdehnung eines Teilchenstrahlsystems, in das die Vorrichtung integriert ist, endlich. Deshalb kann der Integrationsbereich zwischen z_min und z_max in der Praxis beispielsweise so gewählt werden, dass dort die Werte von B_⊥ (z) größer sind als beispielsweise das 0,01-fache ihres Maximalwertes. Die Orte ${\vec{r}}_{0}$
können für jede Spule mit der folgenden Formel berechnet werden: ${\vec{r}}_{0} = \underset{{\vec{r}}_{s}}{arg max} | \int_{0}^{L} \frac{\vec{r} - {\vec{r}}_{s}}{{| \vec{r} - {\vec{r}}_{s} |}^{3}} \times \vec{d l} |$
Hierbei wird entlang dem die jeweilige Spule bildenden Stromleiter über dessen Länge L integriert. $\vec{r}$
sind die Orte auf der Mittellinie des Stromleiters der Spule und ${\vec{r}}_{s}$
sind Orte im Raum. Somit wird mit dieser Formel für ${\vec{r}}_{0}$
der Ort ${\vec{r}}_{s}$
ausgewählt, für den der Betrag des Integrals maximal ist. Das Integral entspricht dem Integral, welches auch in der Formel nach Biot-Savart $\vec{B} ({\vec{r}}_{s}) = \frac{μ_{0} \cdot I}{4 \cdot π} \int_{0}^{L} \frac{\vec{r} - {\vec{r}}_{s}}{{| \vec{r} - {\vec{r}}_{s} |}^{3}} \times \vec{d l}$
zur Berechnung des Magnetfeldes einer Luftspule durch Integration entlang der Spule verwendet wird. Die teilchenoptische Vorrichtung kann allerdings magnetflussführende Strukturen in der Nähe der Stromleiter aufweisen, so dass die Voraussetzung der Luftspule nicht gegeben ist. Die nach der oben angegebenen Formel bestimmten Orte ${\vec{r}}_{0}$
sind nahe bei den Orten, an denen Luftspulen mit einer Geometrie, die der Geometrie der Stromleiter gleich ist, ein im Wesentlichen maximales Feld erzeugen würden. Die Orte ${\vec{r}}_{0}$
dienen dazu, einen Ort an der Spule festzulegen, der in Relation zu dem Ort z₀ auf der Strahlachse gesetzt werden kann.
Gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen umfasst eine teilchenoptische Vorrichtung zum Beeinflussen eines Teilchenstrahls eine magnetflussführende Struktur, welche eine Öffnung aufweist, durch welche eine Strahlachse eines die teilchenoptische Vorrichtung durchsetzenden Teilchenstrahls verläuft. Ferner umfasst die teilchenoptische Vorrichtung wenigstens zwei Spulen mit jeweils wenigstens einer Windung, welche an der magnetflussführenden Struktur angeordnet sind. Die Spulen erzeugen, wenn sie stromdurchflossen sind, Magnetfelder innerhalb der magnetflussführenden Struktur und außerhalb der magnetflussführenden Struktur. Die Magnetfelder können durch Feldlinien repräsentiert werden. Dieses sind geschlossene Linien, welche die Spulen durchsetzen und sowohl in der magnetflussführenden Struktur als auch außerhalb von dieser, wie beispielsweise im Vakuum, verlaufen. Die Orte, an denen die magnetischen Felder auf den Teilchenstrahl wirken, liegen außerhalb der magnetflussführenden Struktur. Die magnetflussführende Struktur stellt für das Magnetfeld einen geringeren magnetischen Widerstand dar als beispielsweise das Vakuum oder andere außerhalb der magnetflussführenden Struktur angeordnete Körper, welche von dem Magnetfeld durchsetzt werden. Deshalb ist es möglich, den Verlauf des Magnetfeldes außerhalb der magnetflussführenden Struktur durch die Gestaltung der Geometrie der magnetflussführenden Struktur und der Anordnung der Spulen an derselben einzustellen. Insbesondere ist es möglich, durch die Gestaltung der magnetflussführenden Struktur und die Anordnung der Spulen an dieser den Verlauf des Magnetfeldes außerhalb der magnetflussführenden Struktur so einzustellen, dass eine signifikante Beeinflussung des die Vorrichtung entlang der Strahlachse durchsetzenden Teilchenstrahls in Bereichen erfolgt, welche außerhalb des von der magnetflussführenden Struktur und den Windungen der Spulen eingenommenen Bauraums angeordnet sind.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen hierin sind die magnetflussführende Struktur und die Windungen von zwei Spulen so gestaltet, dass, wenn diese beiden Spulen stromdurchflossen sind und eventuell andere vorhandene Spulen der teilchenoptischen Vorrichtung nicht stromdurchflossen sind, die Spulen ein signifikantes, den Strahl beeinflussendes Magnetfeld erzeugen, welches Feldlinien aufweist, die die folgenden Eigenschaften haben:

- Die Feldlinien durchsetzen zunächst eine erste der beiden Spulen und dann eine zweite der beiden Spulen. Zwischen den beiden Spulen können die Feldlinien in der magnetflussführenden Struktur oder außerhalb der magnetflussführenden Struktur verlaufen.
- Die Feldlinien verlassen die magnetflussführende Struktur an ersten Orten, welche auf einer ersten Seite bezüglich der Strahlachse angeordnet sind, das heißt an den ersten Orten gibt es Übergänge, an denen die Feldlinien aus der magnetflussführenden Struktur austreten und beispielsweise in das Vakuum eintreten.
- Die Feldlinien queren die Strahlachse an zweiten Orten, welche mit Abstand entlang der Strahlachse von der magnetflussführenden Struktur angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die Feldlinien die Strahlachse an den zweiten Orten schneiden. Insbesondere können die Feldlinien an den zweiten Orten orthogonal zur Strahlachse orientiert sein, andere Winkel sind jedoch möglich.
- Die Feldlinien treten in die magnetflussführende Struktur an dritten Orten wieder ein, welche jeweils auf einer den ersten Orten bezüglich der Strahlachse gegenüberliegenden Seite angeordnet sind. Insbesondere liegt der erste Ort, an dem eine gegebene Feldlinie aus der magnetflussführenden Struktur austritt, dem dritten Ort bezüglich der Strahlachse gegenüber, an dem diese gegebene Feldlinie in die magnetflussführende Struktur wieder eintritt. Insbesondere ist es möglich, dass die Feldlinien auf ihrem Weg von den ersten Orten über die zweiten Orte zu den dritten Orten ausschließlich im Vakuum verlaufen.
- Die Feldlinien verlaufen von den dritten Orten, an denen sie in die magnetflussführende Struktur eintreten, wenigstens teilweise innerhalb derselben zurück zu den ersten Orten. Hierbei können die Feldlinien den ganzen Weg zwischen den dritten Orten und den ersten Orten innerhalb der magnetflussführenden Struktur zurücklegen. Es ist jedoch auch möglich, dass sie zur Überwindung einiger Strecken wieder aus der magnetflussführenden Struktur austreten.

Die vorangehend angegebenen Eigenschaften der Feldlinien treffen für wenigstens einen Teil der Feldlinien des von den beiden Spulen erzeugten Feldes zu. Es ist nicht verlangt, dass diese Eigenschaften für alle Feldlinien zutreffen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen sind der erste Ort und der dritte Ort jeweils mit einem Abstand von der Strahlachse angeordnet, der größer ist als ein kleinster Abstand der Windungen der Spulen von der Strahlachse.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist der Abstand entlang der Strahlachse der zweiten Orte von der magnetflussführenden Struktur größer als ein 0,5-faches, insbesondere größer als ein 0,7-faches, insbesondere größer als ein 1,0-faches und insbesondere größer als ein 1,5-faches eines Abstands zwischen den ersten Orten und den zugehörigen dritten Orten. Diese Abstände können beispielsweise durch numerische Simulation für einzelne Feldlinien des von den beiden Spulen erzeugten Magnetfeldes bestimmt werden. Es ist nicht notwendig, dass die genannte numerische Bedingung für die Abstände für sämtliche Feldlinien des erzeugten Magnetfeldes zutrifft.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen sind die magnetflussführende Struktur und die beiden daran angebrachten Spulen so gestaltet und konfiguriert, dass, wenn eine der beiden Spulen stromdurchflossen ist und andere Spulen der teilchenoptischen Vorrichtung nicht stromdurchflossen sind, diese Spule ein Magnetfeld erzeugt, für das gilt: ein Betrag eines Winkels zwischen ${\vec{B}}_{m a x} (\vec{r})$
und der Strahlachse ist kleiner gleich 60°, wobei ${\vec{B}}_{m a x} (\vec{r})$
eine Flussdichte des Magnetfeldes an einem Ort $\vec{r}$
mit Koordinaten x, y und z repräsentiert, an dem ein Betrag der Flussdichte des Magnetfeldes maximal ist.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen sind Spulen neben der Strahlachse angeordnet und umschließen diese nicht.
Der Ort $\vec{r},$
an dem der Betrag des von der Spule erzeugten Magnetfeldes sein Maximum aufweist, kann bei einer gegebenen Vorrichtung experimentell bestimmt werden, indem beispielsweise der Raum in der Umgebung der magnetflussführenden Struktur und der Spulen systematisch mit einem Magnetfeldsensor, wie beispielsweise einer Hall-Effekt-Sonde, abgetastet wird. Ferner kann dieser Ort durch numerische Simulation aufgefunden werden. Ferner kann auf diese Weisen die Orientierung des Feldvektors an dem Ort des Maximums bestimmt werden. Aus dieser Orientierung kann wiederum der Winkel berechnet werden, den der Feldvektor, dessen Fuß am Ort des Maximums angeheftet ist, mit einer Geraden einschließt, welche den Ort des Maximums durchsetzt und parallel zur Strahlachse orientiert ist. Dieser Winkel ist kleiner gleich 60°, insbesondere kleiner gleich 30° und insbesondere gleich 0°, was bedeutet, dass der Feldvektor am Ort des Maximums parallel zur Strahlachse orientiert ist.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen stellt die magnetflussführende Struktur für das Magnetfeld Flusspfade bereit, welche zwischen dem Eintritt einer Feldlinie in die magnetflussführende Struktur und deren Austritt aus der magnetflussführenden Struktur ununterbrochen in der magnetflussführenden Struktur und um die Öffnung in der magnetflussführenden Struktur für den Durchtritt des Strahls herum verlaufen. Hierbei kann zwischen zwei Gruppen von Verläufen der Feldlinien unterschieden werden: eine erste Gruppe der Feldlinien verläuft auf Pfaden, welche sich der Strahlachse nicht weiter annähern bzw. deren Abstand von der Strahlachse überall größer ist als der geringste Abstand von der Strahlachse, den die wenigstens eine Spule einnimmt. Eine zweite Gruppe von Feldlinien verläuft umgekehrt auf Pfaden, welche sich innerhalb der magnetflussführenden Struktur der Strahlachse weiter annähern als es dem kleinsten Abstand der Spulen von der Strahlachse entspricht.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist die magnetflussführende Struktur so gestaltet, dass in ihr Feldlinien sowohl der ersten Gruppe als auch der zweiten Gruppe verlaufen. Gemäß hierzu alternativen beispielhaften Ausführungsformen ist die magnetflussführende Struktur so gestaltet, dass in ihr Feldlinien der zweiten Gruppe nicht existieren. Bei dieser Ausgestaltung ist es insbesondere möglich, dass Feldlinien aus der magnetflussführenden Struktur im Bereich von deren Öffnung austreten, die Öffnung durchsetzen und auf der gegenüberliegenden Seite wieder in die magnetflussführende Struktur eintreten, anstatt die Öffnung innerhalb der magnetflussführenden Struktur zu umgehen. Dies wird insbesondere dann geschehen, wenn die magnetflussführende Struktur einen großen magnetischen Widerstand bereitstellt, sodass Feldlinien zur Überwindung der Strecke zwischen dem oben erwähnten dritten Ort zum ersten Ort im Bereich der Öffnung aus der magnetischen Struktur austreten. Hierbei ist dann auch im Bereich der Öffnung an der Strahlachse ein magnetisches Feld vorhanden, welches den Teilchenstrahl ebenfalls beeinflussen kann.
Die magnetflussführende Struktur kann insbesondere als eine flache Platte ausgebildet sein, welche eine zentrale Öffnung für den Durchtritt des Teilchenstrahls aufweist und auf der die Spulen aufgebracht sind. Allerdings ist die Gestalt der magnetflussführenden Struktur nicht auf den speziellen Fall der flachen Platte beschränkt. Die magnetflussführende Struktur kann beispielsweise konisch oder kuppelförmig sein, wobei die Strahlachse eine Symmetrieachse der konischen oder kuppelförmigen Gestalt sein kann. Die magnetflussführende Struktur kann allerdings auch noch beliebiger ausgebildet sein und keine erkennbare Symmetrie aufweisen. Entsprechend müssen auch die an der magnetflussführenden Struktur angebrachten Spulen nicht Windungen haben, welche jeweils in einer Ebene angeordnet sind. Eine jede Windung kann sich entlang einer Fläche erstrecken, welche eine beliebig gekrümmte oder gewölbte Gestalt aufweist. Die Windungen der Spulen können auf die Oberfläche der magnetischen Struktur aufgebracht sein und beispielsweise durch Kleben oder andere Befestigungsmittel an dieser gehalten sein. Die Windungen der Spulen können allerdings auch in Gräben eingelassen sein, welche an der magnetflussführenden Struktur vorgesehen sind. Ferner können die Windungen der Spulen gänzlich in der magnetflussführenden Struktur eingebettet sein.
Ferner muss die magnetflussführende Struktur nicht als ein Körper ausgebildet sein, der geschlossene Flächenbereiche aufweist, an denen die Spulen ausgebildet sind. Vielmehr kann der Körper der magnetflussführenden Struktur perforiert sein, das heißt Öffnungen aufweisen. Insbesondere kann die magnetflussführende Struktur als ein Netz oder ein Gerüst aufgebaut sein, dessen Streben den Magnetfluss führen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist eine die Öffnung in der magnetflussführenden Struktur definierende Kante der magnetflussführenden Struktur, welche der Strahlachse zugewandt ist, mit einem geringeren Abstand von der Strahlachse angeordnet als ein jeder Ort, der von den Spulen eingenommen wird. Bei beispielhaften Ausführungsformen hierin ist in der magnetflussführenden Struktur wenigstens ein Schlitz bzw. eine Ausnehmung vorgesehen, welche sich ausgehend von dieser Kante nach radial außen, das heißt von der Strahlachse weg, erstreckt. Dieser Schlitz erhöht den magnetischen Widerstand für bestimmte Pfade von magnetischen Feldlinien innerhalb der magnetflussführenden Struktur und macht es für die Feldlinien insbesondere schwieriger, innerhalb der magnetflussführenden Struktur um die Öffnung herum auf die bezüglich der Strahlachse gegenüberliegende Seite zu gelangen. Feldlinien werden dann zur Überwindung dieses Wegs leichter im Bereich der Öffnung aus der magnetflussführenden Struktur austreten, die Öffnung durchsetzen und gegenüber wieder in die magnetflussführende Struktur eintreten.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen sind mehrere derartige Schlitze in Umfangsrichtung verteilt angeordnet vorgesehen. Gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen erstrecken sich die Schlitze jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneten Spulen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen sind zwei, vier, sechs oder acht Spulen in Umfangsrichtung um die Strahlachse verteilt angeordnet. Werden zwei Spulen eingesetzt, können diese insbesondere ein Dipolfeld auf der Strahlachse erzeugen, dessen Stärke durch Veränderung des Stromflusses durch die Spulen einstellbar ist. Die Orientierung dieses Dipolfeldes in Umfangsrichtung um die Strahlachse ist allerdings geometrisch festgelegt durch die Positionen der beiden Spulen in Umfangsrichtung um die Strahlachse. Beim Einsatz von vier Spulen ist es möglich, die Orientierung des Dipolfeldes um die Strahlachse herum durch Einstellen der Ströme durch die vier Spulen einzustellen. Die teilchenoptische Vorrichtung kann dann beispielsweise als Strahlablenker betrieben werden, welche den sie durchsetzenden Strahl in eine einstellbare Richtung um einen einstellbaren Winkel ablenken kann. Beim Einsatz von vier Spulen ist es ferner möglich, an der Strahlachse ein Quadrupolfeld zu erzeugen, dessen Orientierung in Umfangsrichtung allerdings nicht einstellbar ist. Bei dem Einsatz von acht Spulen ist es dann möglich, magnetische Quadrupolfelder auf der Strahlachse zu erzeugen, welche hinsichtlich ihrer Stärke und ihrer Orientierung um die Strahlachse einstellbar sind. Die teilchenoptische Vorrichtung kann dann insbesondere als Stigmator betrieben werden.
Gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen sind Paare von Spulen mit unterschiedlichen radialen Abständen von der Strahlachse vorgesehen. Wenn davon ausgegangen wird, dass eine Spule, welche mit dem größeren Abstand von der Strahlachse angeordnet ist, ihr den Teilchenstrahl signifikant beeinflussendes Magnetfeld mit größerem Abstand in Strahlrichtung von der Spule erzeugt als die Spule mit dem geringeren radialen Abstand von der Strahlachse, so kann durch die Einstellung der Ströme in den Spulen, welche mit unterschiedlichem radialen Abstand von der Strahlachse angeordnet sind, der Ort des Maximums des von den beiden Spulen gemeinsam erzeugten Magnetfeldes entlang der Strahlachse variiert werden.
Die in den vorangehend erläuterten Ausführungsformen beschriebenen Spulen sind Spulen eines ersten Typs, welche dann, wenn sie stromdurchflossen sind und andere Spulen der teilchenoptischen Vorrichtung nicht stromdurchflossen sind, wenigstens ein Magnetfeld zur Beeinflussung des Teilchenstrahls erzeugen, dessen Maximum auf der Strahlachse entlang der Strahlachse mit Abstand von den Spulen angeordnet ist. Je nach Ausgestaltung der magnetflussführenden Struktur hinsichtlich ihres magnetischen Widerstands können diese Spulen auch ein Magnetfeld innerhalb der Öffnung für den Strahldurchtritt in der magnetflussführenden Struktur erzeugen, welches den die Vorrichtung durchsetzenden Strahl ebenfalls beeinflussen kann. Wenn ein solches Magnetfeld innerhalb der Öffnung erzeugt wird, wird der die Vorrichtung durchsetzende Teilchenstrahl in zwei in Strahlrichtung hintereinander angeordneten Bereichen in einander entgegengesetzte Richtungen abgelenkt. Es ist somit möglich, einen so genannten „Doppelablenker“ zu realisieren.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst die teilchenoptische Vorrichtung ferner wenigstens zwei Spulen eines zweiten Typs mit jeweils wenigstens einer Windung, welche an der magnetfeldführenden Struktur so angeordnet sind, dass sie, wenn sie beide stromdurchflossen sind und andere Spulen der teilchenoptischen Vorrichtung nicht stromdurchflossen sind, ein Magnetfeld erzeugen, welches Feldlinien aufweist, die die erste und die zweite Spule des zweiten Typs nacheinander durchsetzen, die magnetflussführende Struktur an einem vierten Ort verlassen, der auf der zweiten Seite bezüglich der Strahlachse angeordnet ist, die Strahlachse an einem fünften Ort queren, in die magnetflussführende Struktur an einem sechsten Ort wieder eintreten, welcher auf der ersten Seite der Strahlachse angeordnet ist, und von dem sechsten Ort zu dem vierten Ort innerhalb der magnetflussführenden Struktur um die Öffnung herum verlaufen, wobei der vierte Ort und der sechste Ort jeweils mit einem Abstand von der Strahlachse angeordnet sind, der kleiner ist als ein kleinster Abstand der Windungen der Spulen des zweiten Typs von der Strahlachse.
Die Spulen des zweiten Typs erzeugen somit vornehmlich ein Magnetfeld, welches seine signifikante Wirkung zur Beeinflussung des die Vorrichtung durchsetzenden Teilchenstrahls innerhalb der Öffnung der magnetflussführenden Struktur entfaltet. Unter Zuhilfenahme der Spulen des zweiten Typs ist es somit möglich, den oben erwähnten „Doppelablenker“ so zu betreiben, dass die relativen Stärken der beiden Ablenkungen des Teilchenstrahls in einander entgegengesetzte Richtungen einstellbar sind. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung hierzu ein Stromquellensystem, welches dazu konfiguriert ist, den Spulen des ersten Typs und den Spulen des zweiten Typs jeweils einstellbare Ströme zuzuführen. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Stromquellensystem wenigstens einen Widerstand, um die Stromstärken der den Spulen des ersten Typs bzw. des zweiten Typs zugeführten Ströme in Abhängigkeit von der Größe des Widerstands aufzuteilen. Der Widerstand kann insbesondere veränderlich sein, um das Verhältnis dieser Stromstärken zu ändern. Es ist hierdurch auf einfache Weise möglich, beispielsweise einen „Doppelablenker“ bereitzustellen, welcher einen parallelen Versatz des Strahls herbeiführt.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist die magnetflussführende Struktur aus mehreren metallischen Plattenelementen zusammengesetzt, welche jeweils insbesondere grob gesehen die Gestalt eines Kreissektors aufweisen und welche jeweils ein oder mehrere Spulen des ersten Typs auf einer oder auf beiden Flachseiten tragen. Einige oder jedes der Plattenelemente kann ferner eine oder mehrere der Spulen des zweiten Typs tragen, welche um die Elemente herum gewickelt sind. Die mehreren Plattenelemente können durch eine Ringstruktur gehalten sein, welche insbesondere so ausgebildet sein kann, dass die Ringstruktur einen magnetischen Flusspfad um die Strahlachse herum bereitstellt.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist ferner ein Teilchenstrahlsystem vorgesehen, welches eine Teilchenquelle zur Erzeugung eines Teilchenstrahls aufweist und ferner eine teilchenoptische Vorrichtung gemäß den vorangehend erläuterten Ausführungsformen aufweist, welche von dem erzeugten Teilchenstrahl durchsetzt ist. Die Teilchenquelle kann eine Elektronenquelle oder eine Ionenquelle sein, und das Teilchenstrahlsystem kann insbesondere als Teilchenmikroskop oder als Teilchenstrahlsystem zur Manipulation von Objekten ausgebildet sein.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Die Erfindung ist allerdings nicht auf die anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen beschränkt.

1 ist eine Querschnittsansicht einer teilchenoptischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
2 ist eine Draufsicht auf die teilchenoptische Vorrichtung der 1;
3 ist ein Graph, welcher einen Verlauf eines durch die teilchenoptische Vorrichtung der 1 und 2 erzeugten Dipolfeldes entlang einer Strahlachse der Vorrichtung zeigt;
4 ist eine der 1 entsprechende Querschnittsdarstellung einer teilchenoptischen Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
5 ist eine den 1 und 4 entsprechende Querschnittsdarstellung einer teilchenoptischen Vorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform;
6 ist eine Draufsicht auf die teilchenoptische Vorrichtung der 5;
7 ist eine den 1, 4 und 5 entsprechende Querschnittsdarstellung einer teilchenoptischen Vorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform;
8 ist eine Draufsicht auf die teilchenoptische Vorrichtung der 7;
9 ist eine den 1, 4, 5 und 7 entsprechende Querschnittsdarstellung einer teilchenoptischen Vorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform;
10 ist eine Draufsicht auf die teilchenoptische Vorrichtung der 9;
11 ist eine schematische Darstellung eines Stromversorgungssystems für Spulen einer teilchenoptischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
12 ist eine den 2, 6, 8 und 10 entsprechende Draufsicht auf eine teilchenoptische Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
13 ist eine den 1, 4, 5, 7 und 9 entsprechende Querschnittsdarstellung einer teilchenoptischen Vorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform;
14 ist eine Draufsicht auf die teilchenoptische Vorrichtung der 13;
15 ist ein Graph, welcher einen Verlauf eines durch die teilchenoptische Vorrichtung der 13 und 14 erzeugten Dipolfeldes entlang einer Strahlachse der Vorrichtung zeigt;
16 ist eine den 1, 4, 5, 7, 9 und 13 entsprechende Querschnittsdarstellung einer teilchenoptischen Vorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform; und
17 ist eine schematische Querschnittsdarstellung durch ein teilchenoptisches System gemäß einer Ausführungsform.

Eine Ausführungsform einer teilchenoptischen Vorrichtung wird nachfolgend anhand der 1 bis 3 erläutert. Hierbei zeigt 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung, 1 einen Querschnitt durch die Vorrichtung entlang einer Linie I-I in 2 und 3 einen Verlauf eines durch die Vorrichtung erzeugten Magnetfeldes entlang einer Strahlachse.
Die in den 1 und 2 dargestellte teilchenoptische Vorrichtung 1 umfasst eine magnetflussführende Struktur 3, welche eine im Wesentlichen ringscheibenförmige Gestalt aufweist, die bezüglich einer Hauptachse 5 symmetrisch ist. Ein in den 1 und 2 gezeigtes Koordinatensystem 7 ist so gewählt, dass dessen z-Achse parallel zu der Hauptachse 5 der magnetflussführenden Struktur orientiert ist und sich ein ringscheibenförmiger Teil 9 der magnetflussführenden Struktur 3 in dessen xy-Ebene erstreckt. Die magnetflussführende Struktur weist ferner in der dargestellten Ausführungsform einen kreisrunden Außenrand 11 und eine zentrale Öffnung 13 auf, welche durch einen Innenrand 15 des ringscheibenförmigen Teils 9 begrenzt ist. Auf einer in 1 oberen Seite 17 des ringscheibenförmigen Teils 9 sind vier Spulen 19 angebracht, welche jeweils eine oder mehrere Windungen eines Drahtes aufweisen, welcher an eine in den Figuren nicht dargestellte Stromversorgung angeschlossen ist, welche dazu konfiguriert ist, einer jeden Spule einen einstellbaren Strom zuzuführen. Wenn eine Spule 19 stromdurchflossen ist, erzeugt sie ein Magnetfeld, wie es nachfolgend erläutert wird.
Die vier Spulen 19 sind in Umfangsrichtung um die Hauptachse 5 verteilt und nicht überlappend derart angeordnet, dass eine jede der Spulen 19 einen relativ großen Flächenanteil eines Quadranten auf der Fläche der oberen Seite 17 des ringscheibenförmigen Teils 9 umgreift.
Es sei angenommen, dass die in 2 gezeigte obere Spule 19 und untere Spule 19 nicht stromdurchflossen sind und die in 2 gezeigte linke Spule 19 und rechte Spule 19 stromdurchflossen sind, wobei Pfeile 21 in 2 die Richtung des Stromflusses anzeigen. Dieser Stromfluss erzeugt ein Magnetfeld B₁ außerhalb der magnetflussführenden Struktur 3, welches in 1 durch vier exemplarische Feldlinien 23₁, 23₂, 23₃ und 23₄ dargestellt ist. Die Feldlinien 23₁, 23₂, 23₃ und 23₄ treten aus der magnetflussführenden Struktur 3 an Orten 25₁, 25₂, 25₃ und 25₄ auf der oberen Seite 17 des ringscheibenförmigen Teils 9 aus und an Orten 27₁, 27₂, 27₃ und 27₄ auf der oberen Seite 17 wieder in die magnetflussführende Struktur 3 ein. Hierbei liegen die Orte 27₁ und 25₁, die Orte 27₂ und 25₂, 27₃ und 25₃ sowie 27₄ und 25₄ sich bezüglich der Hauptachse 5 diametral gegenüber. Die Feldlinien 231 bis 234 queren die Hauptachse 5 an Orten 29₁, 29₂, 29₃ bzw. 29₄. Auf der Hauptachse 5 sind die Feldlinien 23 in x-Richtung und damit orthogonal zur Hauptachse 5 orientiert. Es ist ersichtlich, dass das Magnetfeld B₁ auf der Hauptachse 5 die Symmetrie eines Dipolfeldes aufweist. Damit ist dieses Magnetfeld B₁ dazu geeignet, einen Strahl geladener Teilchen 31, welcher in 1 von oben kommend entlang der Hauptachse 5 auf die teilchenoptische Vorrichtung 1 gerichtet ist, eine Ablenkung erfährt, so dass er unter einem Winkel α zur Hauptachse 5 in y-Richtung abgelenkt ist, wenn er nach Durchsetzen der Öffnung 13 in der magnetflussführenden Struktur 3 aus der teilchenoptischen Vorrichtung 1 austritt. Die Ablenkung in y-Richtung erfolgt aus der Zeichenebene der Schnittdarstellung der 1 heraus. Allerdings ist die Ablenkung in der 1 als ein Knick in der den Strahl der geladenen Teilchen repräsentierenden Linie 31 dargestellt, um diese Ablenkung in der Zeichnung kenntlich zu machen.
3 zeigt einen Graphen mit einer Kurve 32, welche die Stärke der x-Komponente des Magnetfeldes B₁ in Millitesla in Abhängigkeit von der z-Position in Millimeter auf der Hauptachse 5 repräsentiert. Die sich einander gegenüberliegenden Spulen 19 werden hierbei mit einer Amperewindung erregt. Aus der Kurve 32 ist ersichtlich, dass ein Maximum des Feldes B_x(z) auf der Hauptachse 5 bei einer Position z_m von etwa 8 mm ein Maximum aufweist. In den Graphen der 3 ist ferner die Lage in z-Richtung einer der Spulen 19 und der magnetflussführenden Struktur 3 eingezeichnet. Ein Ort z_s innerhalb der Spule 19, welcher bei Projektion auf die Hauptachse 5 dem Maximum bei z_m am nächsten angeordnet ist, ist in 3 mit z_s bezeichnet und liegt etwa bei z = 2 mm. Es ist ersichtlich, dass das Maximum des Magnetfeldes B_x(z) auf der Hauptachse 5 mit einem Abstand von etwa 6 mm von den das Magnetfeld erzeugenden Spulen angeordnet ist. Ein maximaler Abstand, welchen innerhalb der Spulen angeordnete Orte von der Hauptachse 5 einnehmen, ist in 2 mit r_max bezeichnet und beträgt etwa 44 Millimeter. Ein Verhältnis $\frac{| z_{m} - z_{s} |}{r_{m a x}}$
ist somit etwa 0,14 und damit größer als 0,02, insbesondere größer als 0,05, insbesondere größer als 0,07 und insbesondere größer als 0,10.
Damit ist es mit der teilchenoptischen Vorrichtung 1 möglich, einen Teilchenstrahl 31, welcher entlang der Hauptachse 5 auf die teilchenoptische Vorrichtung 1 zu verläuft, in Bereichen entlang der Hauptachse 5 zu beeinflussen, welche entlang der Hauptachse 5 entfernt von den Komponenten 9, 19 angeordnet sind, welche die teilchenoptische Vorrichtung bilden. Diese Eigenschaft der räumlichen Trennung entlang der Hauptachse von den die teilchenoptische Vorrichtung bildenden Komponenten und den Orten an denen das durch diese Komponenten erzeugte Magnetfeld auf den Teilchenstrahl wirkt, erschließt der teilchenoptischen Vorrichtung neue Einsatzbereiche in teilchenoptischen Systemen und erhöht die Flexibilität bei der Entwicklung neuer teilchenoptischer Systeme.
Diese Eigenschaft zeigt sich auch an der nachfolgend erläuterten geometrischen Relation: In 3 ist ein Ort z₀ eingetragen, an welchem das orthogonal zur Strahlachse orientierte Magnetfeld seinen Schwerpunkt aufweist. Dieser Schwerpunkt kann mit folgender Formel berechnet werden: $z_{0} = \frac{\int_{z min}^{z max} z B_{⊥} (z) d z}{\int_{z min}^{z max} B_{⊥} (z) d z}$
Die Integrationsgrenzen z_min und z_max sind den Umständen entsprechend zu wählen. Aus 3 ist ersichtlich, dass außerhalb des Bereichs zwischen -2 mm und +60 mm keine wesentlichen Beiträge zu den Integralen entstehen, so dass dieser Bereich als der Integrationsbereich gewählt werden kann. Es ist auch möglich, für z_min und z_max andere Werte zu wählen, wie beispielsweise -100 mm bzw. +100 mm.
In dem hier erläuterten Beispiel ist z₀ gleich 16 mm. Ferner zeigt 3 einen Ort $\vec{r_{0}},$
an welchem die Geometrie der Spule 19 einen Wirkungsschwerpunkt aufweist. Dieser Ort kann gemäß folgender, vorangehend erläuterter Formel berechnet werden: ${\vec{r}}_{0} = \underset{{\vec{r}}_{s}}{arg max} | \int_{0}^{L} \frac{\vec{r} - {\vec{r}}_{s}}{{| \vec{r} - {\vec{r}}_{s} |}^{3}} \times \vec{d l} |$
Dieser Ort $\vec{r_{0}}$
weist in dem erläuterten Beispiel einen Abstand von der z-Achse von 16 mm auf. Mit dem Bezugszeichen 20 ist in 3 eine Verbindungslinie zwischen dem Ort $\vec{r_{0}},$
der basierend auf der Geometrie der Spule 19 berechnet wurde, und einem in 3 nicht dargestellten Ort bezeichnet, welcher aus der Geometrie der der in 3 gezeigten Spule 19 bezüglich der Strahlachse gegenüberliegenden Spule berechnet wurde und deren Wirkungsschwerpunkt beschreibt. Aufgrund der Symmetrie der in den 1 und 2 gezeigten Spulenanordnung ist diese Linie 20 orthogonal zur z-Achse in 3 und schneidet diese. Dies muss im Allgemeinen allerdings nicht so sein. Die Linie 20 hat eine Länge von 32 mm und von dem Ort z₀ einen Abstand von 15 mm. Damit hat das Verhältnis des Abstands des Ortes z₀ von der Verbindungslinie 20 zu der Länge der Verbindungslinie 20 bzw. zu dem Abstand der Orte $\vec{r_{0}}$
der beiden Spulen 19 voneinander einen Wert von 0,47. Auch die Größe dieses Wertes demonstriert die Eigenschaft der teilchenoptischen Vorrichtung dahingehend, dass ein wirksames ablenkendes Magnetfeld außerhalb der das magnetfelderzeugenden Struktur bereitgestellt werden kann.
Die Feldlinien des von den Spulen 19 erzeugten Magnetfeldes müssen geschlossen sein. In 2 stellen zwei Linien 35 dar, wie die in 1 exemplarisch gezeigte Feldlinie 23₂ nach ihrem Eintritt an dem Ort 27₂ in die magnetflussführende Struktur innerhalb derselben zu dem Ort 25₂ verläuft, an dem sie aus der magnetflussführenden Struktur 3 ausgetreten ist. Demnach teilt sich die Feldlinie nach ihrem Eintritt an dem Ort 27₂ auf und verläuft innerhalb der magnetflussführenden Struktur um die Öffnung 13 in der magnetflussführenden Struktur 3 herum zu dem Ort 25₂.
In 2 ist ferner ein minimaler Abstand von der Hauptachse 5, den Orte innerhalb der Spulen 19 einnehmen, mit r_min bezeichnet. Ein Abstand von der Hauptachse 5, des Ortes 25₁, an dem die exemplarisch gezeigte Feldlinie 231 aus der magnetflussführenden Struktur 3 austritt, ist mit d₁ bezeichnet und der Abstand von der Hauptachse 5 des Ortes 271, an dem diese Feldlinie 231 in die magnetflussführende Struktur 3 eintritt, ist mit d₃ bezeichnet. Für sämtliche in 1 exemplarisch gezeigten Feldlinien trifft zu, dass d₁ größer als r_min ist und dass d₃ größer als r_min ist. Dies entspricht auch der Tatsache, dass die exemplarisch gezeigten Feldlinien die beiden sich einander bezüglich der Hauptachse 5 gegenüberliegenden Spulen nacheinander durchsetzen.
In 1 ist ein Abstand entlang der Hauptachse 5 von der magnetflussführenden Struktur 3 des Ortes 29₁, an welchem die exemplarisch gezeigte Feldlinie 23₁ die Hauptachse 5 quert, mit d₂ bezeichnet. Bei der in den 1 und 2 gezeigten Symmetrie der magnetflussführenden Struktur 3 und der Spulen 19 gilt d₁ = d₃. Bei Abwandlungen der Geometrien der magnetflussführenden Struktur und der Spulen muss dies allerdings nicht erfüllt sein. Ferner kann das Verhältnis $\frac{d_{2}}{d_{1} + d_{3}} = x$
gebildet werden, und zwar für jede mögliche Feldlinie des Feldes B₁, welche an einem ersten Ort (25) aus der magnetflussführenden Struktur 3 austritt, die Hauptachse 5 an einem zweiten Ort (29) quert und an einem dritten Ort (27) wieder in die magnetflussführende Struktur 3 eintritt. Für die in 1 exemplarisch gezeigte Feldlinie 23₁ gilt x = 0,385, für die Feldlinie 23₂ gilt x = 0,415, für die Feldlinie 23₃ gilt x = 0,505 und für die Feldlinie 23₄ gilt x = 0,660. Daraus ist ersichtlich, dass das Magnetfeld B₁ Feldlinien aufweist, für die die Verhältnisse x₁ bzw. x₃ größer als 0,5, insbesondere größer als 0,7 und insbesondere größer als 1,0 sind. Diese Bedingungen müssen allerdings nicht für sämtliche Feldlinien des Magnetfeldes B₁ zutreffen. Die Werte dieser Verhältnisse verkörpern ebenfalls die Eigenschaft des in 3 gezeigten Verlaufs des Magnetfeldes entlang der Hauptachse 5, wonach das magnetische Feld den Teilchenstrahl 31 in Bereichen beeinflusst, welche mit Abstand entlang der Hauptachse 5 von den die teilchenoptische Vorrichtung 1 bildenden Komponenten 9, 19 angeordnet sind.
Dieser Verlauf des magnetischen Feldes B₁ wird dadurch erreicht, dass eine jede der Spulen 19, für sich genommen, ein Magnetfeld erzeugt, welches in 1 durch Vektoren $\vec{B_{s}}$
dargestellt ist. Aus 1 ist ersichtlich, dass das von einer jeden Spule 19 erzeugte Magnetfeld $\vec{B_{s}}$
parallel zu der Hauptachse 5 orientiert ist. In der Praxis muss das Magnetfeld $\vec{B_{s}}$
nicht exakt parallel zu der Hauptachse 5 orientiert sein, und es kann je nach Ausgestaltung der magnetflussführenden Struktur beispielsweise unter einem Winkel von einigen Grad zu der Hauptachse 5 orientiert sein, so dass dennoch ein überwiegender Anteil des Magnetfelds $\vec{B_{s}}$
in Richtung der Hauptachse 5 orientiert ist. Diese Tatsache führt dazu, dass das Magnetfeld Feldlinien aufweist, welche die Hauptachse 5 mit verhältnismäßig großem Abstand entlang der Achse 5 von den Komponenten der Vorrichtung 1 queren.
Der das Magnetfeld einer jeden der Spulen 19 charakterisierende Vektor $\vec{B_{s}}$
kann wie folgt bestimmt werden: zunächst wird ein Ort $\vec{r_{s}}$
bestimmt, an dem der Vektor $\vec{B_{s}}$
im Bereich der jeweiligen Spule 19 mit seinem Fuß bzw. seiner Spitze angeheftet ist. Der Ort $\vec{r_{s}}$
kann bestimmt werden, indem der Schwerpunkt der jeweiligen Spule über ein Linearintegral entlang der Windungen der Spule berechnet wird gemäß der nachfolgenden Formel (1): ${\vec{r}}_{s} = \frac{1}{L} \int_{0}^{L} \vec{r} d l$
Hierbei gibt L die Länge des die Windungen der Spule bildenden Drahtes an, welcher sich entlang der Kurve $\vec{r} (l)$
im Raum erstreckt, wobei 0 ≤ l < L ist.
Das Magnetfeld $\vec{B} ({\vec{r}}_{s})$
an dem Ort $\vec{r_{s}}$
kann dann durch numerische Simulation, beispielsweise unter Verwendung einer Finite-Elemente-Methode, bestimmt werden.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen der teilchenoptischen Vorrichtung anhand weiterer Figuren beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung werden Komponenten, welche den in den 1 bis 3 gezeigten Komponenten hinsichtlich ihrer Eigenschaften und/oder Funktionen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es werden im wesentlichen Unterschiede zwischen den verschiedenen Ausführungsformen erläutert werden und die Beschreibung von Gemeinsamkeiten wird zur Erzielung einer erforderlichen Knappheit der Beschreibung weggelassen. Zum Verständnis einer jeden Ausführungsform ist deshalb auf die vorangehende Beschreibung und die nachfolgende Beschreibung Bezug zu nehmen.
4 zeigt einen der 1 entsprechenden Querschnitt durch eine teilchenoptische Vorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Auch diese teilchenoptische Vorrichtung 1 umfasst vier Spulen 19, welche in Umfangsrichtung um eine Hauptachse 5 verteilt angeordnet sind und eine magnetflussführende Struktur 3, welche eine zentrale Öffnung 13 aufweist. Im Unterschied zu der teilchenoptischen Vorrichtung der 1 ist ein die magnetflussführende Struktur 3 bildender Körper 9 nicht in der Geometrie einer flachen Scheibe sondern der eines Konus ausgebildet. Entsprechend sind die Windungen der Spulen 19 nicht plan in der xy-Ebene angeordnet sondern entlang einer gekrümmt im Raum verlaufenden Kurve.
In 4 sind auch Vektoren $\vec{B_{s}}$
dargestellt, welche ein Magnetfeld charakterisieren, das von einer jeden der Spulen 19 erzeugt wird. Aufgrund der konischen Ausgestaltung des die magnetfeldführende Struktur 3 bildenden Körpers 9 sind die Vektoren $\vec{B_{s}}$
nicht, wie in 1, parallel zur Hauptachse 5 orientiert sondern unter einem Winkel β zu dieser. Dieser Winkel β ist kleiner als 60°, insbesondere kleiner als 50° und insbesondere kleiner als 40° und führt dazu, dass Feldlinien des erzeugten Magnetfeldes die Hauptachse 5 mit Abstand entlang der Hauptachse 5 von der magnetflussführenden Struktur queren.
Diese Eigenschaft des von den Spulen jeweils erzeugten Magnetfeldes $\vec{B_{s}}$
kann auch bei anderen Geometrien der magnetflussführenden Struktur und der Spulen erreicht werden, als diese in den 1, 2 und 4 gezeigt sind. Der die magnetflussführende Struktur 3 bildende Körper 9 kann hinsichtlich seiner Gestalt weit variiert werden, solange die Bedingung erreicht wird, dass ein Winkel zwischen der Hauptachse 5, entlang welcher während des Betriebes auch ein geladener Teilchenstrahl zur Beeinflussung verlaufen kann, und dem Vektor $\vec{B_{s}}$
kleiner als 60°, kleiner als 50° oder kleiner als 40° ist. Bei der in 4 gezeigten Geometrie ist die Verwendung der obigen Gleichung (1) zur Berechnung des Ortes $\vec{r_{s}},$
an welchem der Fuß oder die Spitze des Vektors $\vec{B_{s}}$
angeheftet ist, ungünstig, da, bei Verwendung der Formel (1) der berechnete Wert $\vec{r_{s}},$
der dem Schwerpunkt der Spule 19 entspricht, an der unteren Seite 18 des Konus 9 angeordnet wäre, wo kein Magnetfeld im Vakuum erzeugt wird. Hier ist es vorteilhaft, den Ort $\vec{r_{s}}$
zu bestimmen, indem das Maximum des Betrages des von der Spule 19 erzeugten Magnetfeldes in der Umgebung der teilchenoptischen Vorrichtung 1 gesucht wird. Dies kann experimentell erfolgen oder durch numerische Simulation für eine ausreichende Vielzahl von verschiedenen Orten in der Umgebung der Vorrichtung und Auswahl des Ortes, an dem das jeweils berechnete Magnetfeld seinen größten Betrag aufweist. Dieses Verfahren zur Berechnung des Ortes $\vec{r_{s}}$
kann auch bei der anhand der 1 bis 3 erläuterten Vorrichtung und den nachfolgend erläuterten Vorrichtungen eingesetzt werden. Es kann sich hierbei ein etwas anderer Ort $\vec{r_{s}}$
ergeben als bei der Berechnung mit der Formel (1), mit der Folge eines ebenfalls etwas verschiedenen Vektors $\vec{B_{s}},$
für den allerdings auch gelten wird, dass der Winkel des Vektors zur Hauptachse 5 kleiner als 60°, kleiner als 50° oder kleiner als 40° sein wird.
In 4 sind auch die vorangehend erläuterten Orte $\vec{r_{0}}$
bezeichnet, welche nach der vorangehend erläuterten Formel berechnet wurden. Diese Orte beschreiben Eigenschaften der Geometrie der Spulen 19 und fallen mit Orten zusammen, welche sich bei entsprechender Anwendung der Formel gemäß Biot-Savart zur Berechnung von Magnetfeldern ergeben würden. Es ist allerdings ersichtlich, dass an dem Ort $\vec{r_{0}}$
aufgrund der magnetflussführenden Struktur im Wesentlichen kein Magnetfeld vorliegt, da die Spule 19 keine Luftspule ist.
Eine weitere Ausführungsform einer teilchenoptischen Vorrichtung 1 ist in den 5 und 6 gezeigt, und zwar in 6 in Draufsicht und in 5 im Querschnitt entlang der Linie V-V in 6. Die Konfiguration der teilchenoptischen Vorrichtung 1 der 5 und 6 ist der Konfiguration der anhand der 1 bis 3 erläuterten teilchenoptischen Vorrichtung weitgehend ähnlich, unterscheidet sich von dieser jedoch im Wesentlichen dadurch, dass in der die magnetflussführende Struktur 3 bildenden Ringplatte 9 Schlitze 41 vorgesehen sind, welche sich ausgehend von dem Innenrand 15 der Öffnung 13 in der magnetflussführenden Struktur 3 bezüglich der Hauptachse 5 nach radial außen erstrecken. Diese Schlitze 41 verändern den magnetischen Widerstand der magnetflussführenden Struktur 3 gegenüber dem Fluss des Magnetfeldes. Insbesondere verhindern die Schlitze 41 den Verlauf von Feldlinien, wie sie in 2 mit den Linien 35 dargestellt sind. Dieser magnetische Widerstand führt dazu, dass ein Teil der exemplarisch in 5 gezeigten Feldlinie 232, welche an dem Ort 272 in die magnetflussführende Struktur 3 eintritt, entlang einer in 6 mit 43 bezeichneten Linie um die Öffnung 13 und die Schlitze 41 herum verläuft, um zu dem Ort 25₂ zu gelangen, an welchem er wieder aus der magnetflussführenden Struktur 3 austritt. Ein zweiter Teil von Feldlinien verläuft innerhalb der magnetflussführenden Struktur 3 von dem Ort 27₂ hin zur Hauptachse 5, tritt am Rand 15 der Öffnung 13 aus der magnetflussführenden Struktur 3 aus, quert die Hauptachse im Vakuum und tritt danach weder über den Rand 15 in die magnetflussführende Struktur ein, um zu dem Ort 25₂ zu gelangen.
Es entstehen somit zwei Arten von Flusspfaden innerhalb der magnetflussführenden Struktur, wobei die eine Art, exemplarisch dargestellt durch die Linien 43 in 6, um die Öffnung 13 herum verläuft, und die andere Art, exemplarisch dargestellt durch die Linie 45 in 6, die Öffnung 13 durchsetzt und damit zu einem Magnetfeld B₂ auf der Hauptachse 5 führt, welches den die teilchenoptische Vorrichtung 1 durchsetzenden Teilchenstrahl 31 ebenfalls beeinflusst. Dieses Magnetfeld B₂ ist in 5 durch drei exemplarische Feldlinien 47 dargestellt. Dieses Magnetfeld B₂ führt dazu, dass der Teilchenstrahl 31 nach der Ablenkung in eine Richtung durch das Magnetfeld B₁, welches mit Abstand entlang der Achse 5 von der Vorrichtung 1 gebildet wird, beim Durchsetzen der Öffnung 13 der magnetflussführenden Struktur 3 in eine hierzu entgegengesetzte Richtung abgelenkt wird. Die Beträge der Ablenkwinkel, welche durch das Feld B₁ und das Feld B₂ erzeugt werden, müssen nicht gleich sein. In 5 ist eine Situation dargestellt, in der die Beträge dieser Ablenkwinkel jedoch gleich sind, sodass der Teilchenstrahl 31 nach dem Durchsetzen der teilchenoptischen Vorrichtung 1 wieder parallel zu der Hauptachse 5 verläuft, entlang der er auch auf die teilchenoptische Vorrichtung 1 zugelaufen ist. Allerdings ist der Teilchenstrahl 31 nach dem Durchlaufen der teilchenoptischen Vorrichtung 1 um einen Betrag m in y-Richtung gegenüber einer Geraden versetzt, entlang der er auf die teilchenoptische Vorrichtung 1 zu verlaufen ist. Die Ablenkung in y-Richtung erfolgt aus der Zeichenebene der Schnittdarstellung der 5 heraus. Allerdings sind, ähnlich wie bei 1, die Ablenkungen in der 5 als Knicke in der den Strahl der geladenen Teilchen repräsentierenden Linie 31 dargestellt, um diese Ablenkungen in der Zeichnung kenntlich zu machen.
Eine weitere Ausführungsform einer teilchenoptischen Vorrichtung wird nun anhand der 7 und 8 erläutert, wobei 8 eine Draufsicht auf die teilchenoptische Vorrichtung 1 und 7 einen Querschnitt entlang der Linie VII-VII in 8 zeigt. Die in den 7 und 8 dargestellte teilchenoptische Vorrichtung 1 unterscheidet sich von der in den 5 und 6 dargestellten teilchenoptischen Vorrichtung im Wesentlichen in der Ausgestaltung der Schlitze 41, welche in einer die magnetflussführende Struktur 3 bildenden Ringplatte 9 vorgesehen sind. Im Vergleich zu 6 erstrecken sich die Schlitze 41 in der 8 bezüglich einer Hauptachse 5 der Vorrichtung weiter radial nach außen und dort dann auch teilweise in Umfangsrichtung. Dies führt dazu, dass der in 6 durch die Linien 43 dargestellte magnetische Flusspfad, der um die Öffnung 13 herum verläuft, einen noch höheren magnetischen Widerstand erfährt. Dies führt dazu, dass im Vergleich zur Ausführungsform der 5 und 6 ein noch größerer Teil von Feldlinien entlang dem in 6 mit der Linie 45 dargestellten Flusspfad verläuft und aus der magnetflussführenden Struktur 3 am Rand 15 der Öffnung 13 austritt, die Hauptachse 5 quert und dann wieder in die magnetflussführende Struktur 3 eintritt. Dies wiederum führt dazu, dass die Stärke des Magnetfeldes B₂ relativ zu der Stärke des Magnetfeldes B₁ im Vergleich zu der in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsform zunimmt. In 7 ist dies dadurch repräsentiert, dass für das Magnetfeld B₂ vier exemplarische Feldlinien 47 dargestellt sind, im Unterschied zu den in 5 gezeigten drei exemplarischen Feldlinien 47 für das Magnetfeld B₂.
Aus einem Vergleich zwischen den anhand der 5 und 6 einerseits und den anhand der 7 und 8 andererseits dargestellten Ausführungsformen wird ersichtlich, dass das Verhältnis der Wirkungen, welche die Magnetfelder B₁ und B₂ auf den die Vorrichtung durchsetzenden Teilchenstrahl ausüben, durch die geometrische Gestaltung der Schlitze 41 in der magnetflussführenden Struktur eingestellt werden kann. Dies führt dazu, dass der die teilchenoptische Vorrichtung durchsetzende Teilchenstrahl nacheinander zwei Ablenkungen in einander entgegengesetzte Richtungen erfährt, wobei das Verhältnis der Beträge der jeweiligen Ablenkwinkel durch die Geometrie der Schlitze 41 in der magnetflussführenden Struktur 9 eingestellt werden kann. Durch Einstellen des Stroms, welcher durch die Windungen der Spulen 19 fließt, kann die Größe der jeweiligen Ablenkwinkel verändert werden, wobei das Verhältnis der Beträge der Ablenkwinkel jedoch erhalten bleibt.
Anhand der 9 und 10 wird nun eine Ausführungsform erläutert, bei welcher auch das Verhältnis der Beträge der Ablenkwinkel der beiden aufeinanderfolgenden Ablenkungen, die der Teilchenstrahl durch die Magnetfelder B₁ und B₂ erfährt, eingestellt werden kann. Hierbei ist wiederum 10 eine Draufsicht auf die teilchenoptische Vorrichtung und 9 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie IX-IX in 10.
Die teilchenoptische Vorrichtung 1 der 9 und 10 weist wiederum vier Spulen 19 des Typs auf, wie sie in den vorangehenden Ausführungsformen erläutert wurden. Die magnetflussführende Struktur weist wiederum eine im Wesentlichen ringscheibenförmige Struktur auf. Hierbei ist sie allerdings aus einzelnen Elementen zusammengesetzt, nämlich aus vier sektorförmigen Platten 9₁, 9₂, 9₃ und 9₄ sowie Außenringen 51, mit welchen die Sektoren 9₁ bis 9₄ durch Schrauben 53 verbunden sind. Die Sektoren 9₁ bis 9₄ werden durch die Außenringe 51 so gehalten, dass sie sich nicht berühren und dadurch zwischen den Sektoren wiederum Schlitze 41 in der magnetflussführenden Struktur 3 bestehen, welche den Widerstand von magnetischen Flusspfaden um die Öffnung 13 herum erhöhen. Allerdings stellen die Außenringe 51 magnetische Flusspfade bereit, welche um die Öffnung 13 herum verlaufen. Der magnetische Widerstand dieser Flusspfade kann weiter erhöht werden, indem die Außenringe 51 aus einem Material gefertigt werden, welches eine relativ geringe Magnetisierbarkeit aufweist. Insbesondere kann hierbei die Magnetisierbarkeit des Materials, aus dem die Außenringe 51 gefertigt sind, geringer sein als die Magnetisierbarkeit des Materials aus dem die sektorförmigen Platten 9₁, 9₂, 9₃ und 9₄ gefertigt sind.
Eine jede der sektorförmigen Platten 9₁ bis 9₄ trägt eine der Spulen 19 dieses ersten Typs, wie dies auch bei den vorangehend erläuterten Ausführungsformen der Fall ist. Zudem trägt eine jede der sektorförmigen Platten 9₁ bis 9₄ eine Spule 55 eines zweiten Typs. Die Spulen 55 können wiederum eine oder mehrere Windungen aufweisen und sind bezüglich der Hauptachse 5 am Außenrand der Platten 9₁ bis 9₄ angeordnet und um die jeweilige Platte herum gewickelt, so dass die Windungen der Spulen 55 nicht nur entlang der oberen Seite 17 einer jeden Platte 9 sondern auch entlang von deren unteren Seite 18 verlaufen.
Ein Stromfluss durch die in 10 rechte Spule 55 und die in 10 linke Spule 55 erzeugt somit Feldlinien, welche beispielsweise in der Platte 92 auf die Hauptachse 5 zu verlaufen, am Rand 15 der Öffnung 13 der magnetflussführenden Struktur 3 aus dieser austreten, die Hauptachse 5 queren und gegenüber wieder in die magnetflussführende Struktur 3 eintreten, und damit zu dem durch die Feldlinien 47 in 9 dargestellten Magnetfeld B₂ zur Ablenkung des Teilchenstrahls beim Durchsetzen der Öffnung 13 beitragen.
Diese Feldlinien verlaufen dann in der Platte 9₄ weiter radial nach außen, durchsetzen die in 10 links angeordnete Spule 55 und verlaufen dann durch den Außenring 51 wieder zurück zu der in 10 rechts angeordneten und dargestellten Spule 55. Die in 10 links angeordnete Spule 55 ist in 10 nicht dargestellt, um die Ausgestaltung des die Spule 55 tragenden Teils der Platte 94 erkennbar zu machen.
Durch das Verhältnis, mit welchem die Spulen des ersten Typs 19 und die Spulen des zweiten Typs 55 mit den ihnen zugeführten Strömen erregt werden, lässt sich das Verhältnis der Beträge der Ablenkwinkel der Ablenkungen somit einstellen, die der Teilchenstrahl 31 beim Durchlaufen der Magnetfelder B₁ und B₂ nacheinander erfährt. Ein hierfür geeignetes Stromversorgungssystem 57 ist in 11 schematisch dargestellt. Dieses Stromversorgungssystem 57 versorgt zwei bezüglich der Hauptachse 5 einander gegenüberliegende Spulen 19 des ersten Typs und zwei bezüglich der Hauptachse 5 einander genauso gegenüberliegende Spulen 55 des zweiten Typs. Diese vier Spulen 19, 55 werden durch eine einzige Stromquelle 59 versorgt, deren bereitgestellter Strom einstellbar ist. Ein Teiler-Widerstand 63 ist parallel zu den Spulen 19, 55 an die Stromquelle 59 angeschlossen. Ein Widerstand 61 verbindet einen Punkt zwischen den Spulen 19 und 55 und einen Teilungspunkt des Teiler-Widerstands 63. Durch Ändern des Widerstands 63 kann das Verhältnis der den Spulen 19 des ersten Typs und den Spulen 55 des zweiten Typs zugeführten Ströme verändert werden. Dies führt zu einer Änderung des Verhältnisses der Absolutbeträge der Ablenkwinkel der beiden Ablenkungen durch die Magnetfelder B₁ und B₂. Durch Ändern des von der Stromquelle 59 bereitgestellten Stroms können die Ablenkwinkel unter Beibehaltung von deren durch den Widerstand 63 vorgegebenem Verhältnis geändert werden.
Es ist jedoch auch möglich, die Spulen 19 und Spulen 55 durch separate Stromquellen zu versorgen. Dies führt zu einer größeren Flexibilität, da auch das Vorzeichen des Verhältnisses der dem Spulenpaar 19 und dem Spulenpaar 55 zugeführten Ströme einstellbar ist. Dann ist es auch möglich, dass die Ablenkung durch das Spulenpaar 19 in eine andere Richtung in der x-y-Ebene erfolgt als die Ablenkung durch das Spulenpaar 55. In einem solchen Fall ist der aus der teilchenoptischen Vorrichtung austretende Strahl windschief zu dem in die teilchenoptischen Vorrichtung eintretenden Strahl.
In den vorangehend erläuterten Ausführungsformen weist die teilchenoptische Vorrichtung 1 jeweils vier Spulen 19 des ersten Typs auf, wobei jeweils die in den 2, 6, 8 und 10 links und rechts dargestellten Spulen 19 so stromdurchflossen sind, dass auf der Hauptachse 5 ein in x-Richtung orientiertes Dipolfeld entsteht. Die Orientierung dieses Dipolfeldes in Umfangsrichtung um die Hauptachse kann geändert werden, indem auch den in den 2, 6, 8 und 10 oben und unten dargestellten Spulen 19 Strom zugeführt wird. Falls nur den in diesen Figuren oben und unten dargestellten Spulen 19 Strom zugeführt wird, würden diese ein in y-Richtung orientiertes Dipolfeld auf der Hauptachse 5 erzeugen. Durch Einstellen des Verhältnisses der den links und rechts dargestellten Spulen einerseits und der den oben und unten dargestellten Spulen andererseits zugeführten Ströme kann die Orientierung des auf der Hauptachse erzeugten Dipolfeldes in Umfangsrichtung um die Hauptachse beliebig eingestellt werden.
12 zeigt eine weitere Ausführungsform einer teilchenoptischen Vorrichtung 1 in einer Darstellung in Draufsicht, die den Darstellungen der 2, 6, 8 und 10 entspricht. Im Unterschied zu den vorangehend erläuterten Ausführungsformen umfasst die in 12 dargestellte Ausführungsform der teilchenoptischen Vorrichtung nicht vier sondern acht Spulen 19 des ersten Typs, welche in Umfangsrichtung um die Hauptachse 5 der teilchenoptischen Vorrichtung verteilt angeordnet sind. Durch Zuführen von geeigneten Strömen zu diesen acht Spulen 19 ist es möglich, ein Magnetfeld B₁ zu erzeugen, welches entlang der Strahlachse 5 mit Abstand von der teilchenoptischen Vorrichtung 1 auf einen Teilchenstrahl wirken kann und die Symmetrie eines Dipolfeldes oder eines Quadrupolfeldes oder eines mit einem Dipolfeld überlagerten Quadrupolfeldes aufweist, welches hinsichtlich seiner Stärke und Orientierung um die Hauptachse 5 einstellbar ist. Mit einem solchen Quadrupolfeld kann beispielsweise der Astigmatismus des die teilchenoptischen Vorrichtung 1 durchsetzenden Teilchenstrahls verändert werden.
Anhand der 3 wurde erläutert, dass das Maximum des von den Spulen 19 des ersten Typs erzeugten Magnetfeldes B₁ entlang der Hauptachse 5 mit Abstand von den Komponenten 19, 9 der teilchenoptischen Vorrichtung angeordnet ist. Anhand der 13, 14 und 15 wird nun eine Ausführungsform einer teilchenoptischen Vorrichtung 1 erläutert, bei der dieser Abstand einstellbar ist. Hierbei zeigt 14 eine den 2, 6, 8 und 10 entsprechende Darstellung, welche eine Draufsicht auf die teilchenoptische Vorrichtung 1 zeigt, 13 zeigt die teilchenoptische Vorrichtung im Schnitt entlang der Linie XIII-XIII in 14 und 15 eine der 3 entsprechende Darstellung, welche Verläufe von durch diese Vorrichtung erzeugten Magnetfeldern entlang der Hauptachse 5 zeigt. Im Unterschied zu den vorangehend erläuterten Ausführungsformen weist die anhand der 14 und 15 erläuterte teilchenoptische Vorrichtung 1 zwei verschiedene Arten von Spulen 19 des ersten Typs auf, nämlich eine erste Art von Spulen 191 und eine zweite Art von Spulen 19₂. Die Spulen 19₁ der ersten Art sind hierbei mit größerem Abstand von der Hauptachse 5 angeordnet als die Spulen 19₂ der zweiten Art. Die Spulen 192 der zweiten Art erzeugen ein Magnetfeld B₁₂, welches in 13 durch exemplarische Feldlinien 23₁₂, 23₂₂ und 23₃₂ dargestellt ist. Die Spulen 19₁ der ersten Art erzeugen ein Magnetfeld B₁₁, welches in 13 durch exemplarische Feldlinien 23₄₁, 23₅₁ und 23₆₁ dargestellt ist. Es ist ersichtlich, dass das durch die Spulen 191 der ersten Art erzeugte Magnetfeld mit größerem Abstand entlang der Hauptachse 5 von der teilchenoptischen Vorrichtung 1 wirkt als das von den Spulen 19₂ der zweiten Art erzeugte Magnetfeld B₁₂. Dies geht auch aus dem Graphen der 15 hervor, in dem der Verlauf des Betrages des von den Spulen 19₁ der ersten Art bei Erregung mit einer Amperewindung erzeugten Magnetfeldes entlang der Hauptachse 5 durch eine Kurve 32₁ dargestellt ist und der Betrag des durch die Spulen 19₂ der zweiten Art bei Erregung mit einer Amperewindung erzeugten Magnetfeldes B₁₂ entlang der Hauptachse als Kurve 32₂ dargestellt ist. Das Maximum der Kurve 321 liegt bei einer Position z_m1 von etwa 8 mm, und das Maximum der Kurve 32₂ liegt bei einer Position z_m2 von etwa 4 mm. Damit beträgt der Abstand z_m1 - z_s des Maximums des von den Spulen 191 der ersten Art erzeugten Magnetfeldes von den Komponenten der teilchenoptischen Vorrichtung etwa 6 mm und der entsprechende Abstand zm2 - z_s des von den der Spulen 19₂ der zweiten Art des erzeugten Magnetfeldes etwa 2 mm. Durch Einstellen des Verhältnisses des Stromflusses durch die Spulen 19₁ der ersten Art und die Spulen 19₂ der zweiten Art ist es somit möglich, den Ort des Maximums des durch die Spulen 19₁ und 19₂ gemeinsam erzeugten Feldes zwischen z_m2 und z_m1 stufenlos zu verändern.
Die Spulen 191 der ersten Art und die Spulen 192 der zweiten Art können wiederum durch separate Stromquellen erregt werden. Es ist jedoch auch möglich, jeweils zwei einander bezüglich der Hauptachse 5 gegenüberliegende Spulen 191 der ersten Art und die diesen radial benachbarten Spulen 192 der zweiten Art mit einer einzigen Stromquelle zu erregen, wie sie anhand der 11 erläutert wurde. Für die vier Spulen 191 der ersten Art und die vier Spulen 192 der zweiten Art, wie sie in 14 gezeigt sind, wären dann zwei derartige Stromquellen nötig. Der Ort des Maximums der durch die Spulen 191 und 192 gemeinsam erzeugten Felder kann dann durch Verändern der Einstellung der Widerstände 63 der beiden Schaltungen 57 gemäß 11 eingestellt werden.
In den vorangehend erläuterten Ausführungsformen sind die Spulen 19 des ersten Typs jeweils auf einer einzigen Seite der magnetflussführenden Struktur angeordnet, nämlich in den Darstellungen der 1, 5, 7, 9 und 13 auf der oberen Seite 17 der magnetflussführenden Struktur 3. 16 zeigt eine Ausführungsform einer teilchenoptische Vorrichtung 1 im Schnitt, bei welcher Spulen 19 des ersten Typs sowohl auf der oberen Seite 17 als auch auf der unteren Seite 18 der magnetflussführenden Struktur 3 angeordnet sind. Die an der oberen Seite 17 der magnetflussführenden Struktur 3 angeordneten Spulen 19 erzeugen ein Magnetfeld B₁, welches in 16 oberhalb der magnetflussführenden Struktur 3 auf den Teilchenstrahl 31 wirkt, wie dies auch bei den vorangehend dargestellten Ausführungsformen der Fall war. Die an der unteren Seite 18 der magnetflussführenden Struktur 3 angeordneten Spulen 19 des ersten Typs erzeugen ein Magnetfeld B₃, welches in der Darstellung der 16 unterhalb der magnetflussführenden Struktur auf den Teilchenstrahl 31 wirkt. Die beiden Magnetfelder B₁ und B₃ können durch entsprechendes Zuführen von Strömen zu den Spulen 19, welche an der oberen Seite 17 bzw. der unteren Seite 18 der magnetflussführenden Struktur 3 angeordnet, hinsichtlich ihrer Größe und Orientierung beliebig eingestellt werden. Insbesondere ist es damit unter anderem möglich, einen sogenannten „Doppelablenker“ für den die teilchenoptische Vorrichtung 1 durchsetzenden Teilchenstrahl bereitzustellen.
Die in 16 dargestellte Ausführungsform kann weiterhin abgewandelt werden, indem beispielsweise Schlitze 41 in die magnetflussführende Struktur 3 eingebracht werden. Diese Schlitze 41 führen wiederum dazu, dass im Bereich der Öffnung 13 in der magnetflussführenden Struktur 3 das in den 5 und 7 gezeigte Magnetfeld B₂ entsteht, sodass insgesamt drei Magnetfelder B₁, B₂ und B₃ zur Ablenkung des Teilchenstrahls erzeugt werden können. Werden zudem ferner Spulen 55 des zweiten Typs bereitgestellt, so kann jedes der Felder B₁, B₂ und B₃ durch Mischen der Spulenströme einzeln verändert werden, um einen „Dreifachablenker“ zu erzeugen, bei welchem drei Ablenkwinkel frei einstellbar sind. Ein solcher „Dreifachablenker“ kann beispielsweise dazu eingesetzt werden, einen Teilchenstrahl wahlweise auf zwei oder mehr Aperturen bzw. Öffnungen unterschiedlicher Geometrie in einer Platte zu richten, welche entlang der Hauptachse 5 im Bereich der Öffnung 13 angeordnet ist, und den Teilchenstrahl nachfolgend wieder auf die Hauptachse 5 zurückzulenken. Die Öffnungen der unterschiedlichen Geometrien können somit als unterschiedliche Blenden auf den Strahl wirken.
17 zeigt ein teilchenoptisches System 71, welches eine Ausführungsform der vorangehend erläuterten teilchenoptischen Vorrichtung 1 umfasst. Das teilchenoptische System umfasst eine Teilchenquelle 73 zur Erzeugung eines Strahls geladener Teilchen, welcher das teilchenoptische System 71 entlang einer Hauptachse 5 durchsetzt. Die Teilchenquelle 73 weist eine Kathodenspitze 75, eine Suppressorelektrode 77 und eine Extraktorelektrode 79 auf. Die von der Kathodenspitze 75 emittierten geladenen Teilchen durchsetzen eine Öffnung in der Extraktorelektrode 79 und werden hin zu einer Anode 81 beschleunigt, durchsetzen eine Öffnung in der Anode 81 und treten in ein Strahlrohr 83 ein. Die teilchenoptische Vorrichtung 71 kann ferner beispielsweise einen Tisch aufweisen, auf welchem ein Objekt angeordnet werden kann, auf welches der Teilchenstrahl nach Durchlaufen des Strahlrohrs 83 und einer Objektivlinse gerichtet wird.
Die Elemente 75, 77 und 79 sind durch Isolatoren 76 voneinander isoliert, und auch die Anode 81 ist durch einen Isolator 82 vom Rest des Systems 71 elektrisch isoliert. Gemäß einem Beispiel beträgt das Potential der Kathodenspitze 75 -20 kV, das Potential der Suppressorelektrode 77 -20,3 kV, das Potential der Extraktorelektrode -16 kV und das Potential der Anode 81 8 kV. Eine Spannungsversorgung zur Zuführung dieser Potentiale an die verschiedenen Komponenten ist in 17 nicht dargestellt. Die Teilchenquelle 73 ist im Ultrahochvakuum angeordnet, um eine Feldemission von Elektronen von der Kathodenspitze 75 zu ermöglichen. In der Praxis ist es schwierig, die Kathodenspitze 75, die Suppressorelektrode 77, die Extraktorelektrode 79 und die Anode 81 mit so großer Präzision bezüglich der Hauptachse 5 zu justieren, dass der erzeugte Teilchenstrahl auch mit einer gewünschten Genauigkeit entlang der Hauptachse verläuft. Ferner ist es wünschenswert, dass der Teilchenstrahl die Kondensorlinse 85 zentral auf deren optischer Achse durchsetzt, um Wirkungen von Linsenfehlern auf die Fokussierung des Strahls zu verringern. Deshalb ist es wünschenswert, zwischen der Anode 81 und der Kondensorlinse 85 einen Strahlablenker vorzusehen, um die Lage des Strahls relativ zu der Hauptachse 5 einstellen zu können.
Das in 17 dargestellte teilchenoptische System umfasst ferner eine Kondensorlinse 85 zur Kollimierung des von der Teilchenquelle 73 erzeugten Teilchenstrahls. Hierzu weist die Kondensorlinse 85 einen Spulenkörper 87 und Polschuhe 89 auf, welche mit Abstand voneinander angeordnet sind und ein Magnetfeld erzeugen, welches auf den Teilchenstrahl die Wirkung einer fokussierenden Rundlinse hat.
Ferner ist es wünschenswert, die Kondensorlinse 85 möglichst nahe an der Teilchenquelle 73 anzuordnen, um eine starke Aufweitung des Strahls vor der Kondensorlinse 85 zu vermeiden. Deshalb steht zwischen der Baugruppe der Kondensorlinse 85 und der Baugruppe 81 der Anode mit zugehörigem Isolator 82 ein Bauraum für die Anordnung eines Deflektors zur Verfügung, welcher hinsichtlich seiner Ausdehnung entlang der Hauptachse 5 verhältnismäßig klein ist. In diesem begrenzten Bauraum kann die vorangehend erläuterte teilchenoptische Vorrichtung 1 auf vorteilhafte Weise eingebracht werden, um dort als Strahlablenker zur Justage des Teilchenstrahls eingesetzt zu werden, wobei das zur Strahlablenkung erzeugte Magnetfeld im Bereich der Anode 81 wirkt.

Claims

Teilchenoptische Vorrichtung zum Beeinflussen eines Teilchenstrahls (31), welcher die teilchenoptische Vorrichtung entlang einer Strahlachse (5) durchsetzt, wobei die teilchenoptische Vorrichtung umfasst: eine magnetflussführende Struktur (3), welche eine Öffnung (13) aufweist, durch welche die Strahlachse (5) verläuft, wenigstens zwei Spulen (19) eines ersten Typs mit jeweils wenigstens einer Windung, welche an der magnetflussführenden Struktur (3) angeordnet sind, wobei jede der wenigstens zwei Spulen (19) des ersten Typs, wenn sie stromdurchflossen ist und andere Spulen der teilchenoptischen Vorrichtung nicht stromdurchflossen sind, ein Magnetfeld erzeugt, für das gilt: ein Betrag eines Winkels zwischen ${\vec{B}}_{max} (\vec{r})$
und der Strahlachse ist kleiner gleich 60°, wobei ${\vec{B}}_{max} (\vec{r})$
eine Flussdichte des Magnetfeldes an einem Ort mit Koordinaten x, y und z repräsentiert, an dem ein Betrag der Flussdichte des Magnetfeldes maximal ist.
Teilchenoptische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die magnetflussführende Struktur (3) für das Magnetfeld um die Strahlachse (5) herum geschlossene Flusspfade (35, 43) bereitstellt.
Teilchenoptische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei eine erste Gruppe der um die Strahlachse (5) herum geschlossenen Flusspfade (43) mit einem größeren Abstand von der Strahlachse angeordnet ist als die wenigstens eine Windung (19) der Spulen des ersten Typs.
Teilchenoptische Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine zweite Gruppe der um die Strahlachse herum geschlossenen Flusspfade (35) mit einem kleineren Abstand von der Strahlachse (5) angeordnet ist als die wenigstens eine Windung der Spulen (19) des ersten Typs.
Teilchenoptische Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei um die Strahlachse herum geschlossene Flusspfade (35), welche mit einem kleineren Abstand von der Strahlachse angeordnet sind als die wenigstens eine Windung der Spulen des ersten Typs, nicht existieren.
Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Oberfläche der magnetflussführende Struktur (9) eine Mehrzahl von geschlossenen Oberflächenbereichen (9₁, 9₂, 9₃, 9₄) aufweist, und wobei die wenigstens eine Windung einer jeden der Spulen (19) des ersten Typs an einem solchen Oberflächenbereich (9₁, 9₂, 9₃, 9₄) angeordnet ist.
Teilchenoptische Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei sich der geschlossene Oberflächenbereich (9₁, 9₂, 9₃, 9₄) hin zu der Strahlachse (5) erstreckt, so dass eine der Strahlachse (5) am nächsten angeordnete Kante (15) des geschlossenen Oberflächenbereichs näher an der Strahlachse angeordnet ist als die wenigstens eine Windung der Spule (19) des ersten Typs, welche an dem geschlossenen Oberflächenbereich angeordnet ist.
Teilchenoptische Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei sich wenigstens ein Schlitz (41) in der Oberfläche der magnetflussführenden Struktur (3) ausgehend von der der Strahlachse (5) am nächsten angeordnete Kante (15) bezüglich der Strahlachse (5) nach radial außen erstreckt.
Teilchenoptische Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der wenigstens eine Schlitz (41) zwischen zwei in Umfangsrichtung um die Strahlachse benachbarten Spulen (19) des ersten Typs verläuft.
Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei zwei, vier, sechs oder acht Spulen (19) des ersten Typs vorgesehen sind, welche in Umfangsrichtung um die Strahlachse (5) verteilt angeordnet sind.
Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei wenigstens ein Paar der Spulen (19) des ersten Typs so angeordnet ist, dass die wenigstens eine Windung einer ersten Spule (19₂) des Paars mit einem geringeren Abstand von der Strahlachse angeordnet ist als die wenigstens eine Windung einer zweiten Spule (19₁) des Paars.
Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend wenigstens zwei Spulen (55) eines zweiten Typs mit jeweils wenigstens einer Windung, welche an der magnetfeldführenden Struktur (3) so angeordnet sind, dass sie, wenn sie beide stromdurchflossen sind und andere Spulen der teilchenoptischen Vorrichtung nicht stromdurchflossen sind, ein Magnetfeld erzeugen, welches Feldlinien aufweist, die die erste und die zweite Spule (55) des zweiten Typs nacheinander durchsetzen, die magnetflussführende Struktur (3) an einem vierten Ort verlassen, der auf der zweiten Seite bezüglich der Strahlachse (5) angeordnet ist, die Strahlachse (5) an einem fünften Ort queren, in die magnetflussführende Struktur (3) an einem sechsten Ort wieder eintreten, welcher auf der ersten Seite der Strahlachse (5) angeordnet ist, und von dem sechsten Ort zu dem vierten Ort innerhalb der magnetflussführenden Struktur (3) um die Öffnung herum verlaufen, wobei der vierte Ort und der sechste Ort jeweils mit einem Abstand von der Strahlachse angeordnet sind, der kleiner ist als ein kleinster Abstand der Windungen der Spulen des zweiten Typs von der Strahlachse.
Teilchenoptische Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der vierte Ort und der sechste Ort jeweils an einer auf die Strahlachse zu weisenden Oberfläche der magnetflussführenden Struktur angeordnet sind.
Teilchenoptische Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, ferner umfassend ein Stromversorgungssystem (57), welches dazu konfiguriert ist, der ersten und der zweiten Spule (19) des ersten Typs jeweils einen einstellbaren ersten Strom zuzuführen und der ersten und der zweiten Spule (55) des zweiten Typs jeweils einen einstellbaren zweiten Strom zuzuführen.
Teilchenoptische Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das Stromversorgungssystem (57) eine Stromquelle (59) umfasst, die einen einzigen einstellbaren Strom liefert, der den ersten und den zweiten Strom bereitstellt, und wobei ein Verhältnis des ersten Stroms zu dem zweiten Strom durch wenigstens einen änderbaren Widerstand einstellbar ist.
Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die magnetflussführende Struktur ein oder mehrere metallische Plattenelemente (9₁, 9₂, 9₃, 9₄) umfasst, wobei ein jedes der ein oder mehreren Plattenelemente eine oder mehrere der Spulen (19) des ersten Typs trägt.
Teilchenoptische Vorrichtung zum Beeinflussen eines Teilchenstrahls (31), welcher die teilchenoptische Vorrichtung entlang einer Strahlachse (5) durchsetzt, wobei die teilchenoptische Vorrichtung wenigstens zwei Spulen (19) mit jeweils wenigstens einer Windung umfasst, welche, wenn sie beide stromdurchflossen sind und andere Spulen der teilchenoptischen Vorrichtung nicht stromdurchflossen sind, ein magnetisches Ablenkfeld (B₁) auf der Strahlachse (5) erzeugen, wobei ein maximaler Abstand (r_max) der Windungen von der Strahlachse (5) ein erster Abstand ist, wobei eine magnetische Flussdichte des Magnetfeldes ein Maximum ihres Betrags entlang der Strahlachse aufweist, wobei das Maximum an einem Ort (z_m) entlang der Strahlachse (5) angeordnet ist, welcher von den Windungen einen zweiten Abstand (z_m -z_s) entlang der Strahlachse (5) aufweist, und wobei der zweite Abstand wenigstens 0,02 mal so groß ist wie der erste Abstand, oder wenigstens 0,05 mal so groß ist wie der erste Abstand, oder wenigstens 0,07 mal so groß ist wie der erste Abstand oder wenigstens 0,10 mal so groß ist wie der erste Abstand.
Teilchenoptische Vorrichtung zum Beeinflussen eines Teilchenstrahls (31), welcher die teilchenoptische Vorrichtung entlang einer Strahlachse (5) durchsetzt, wobei die teilchenoptische Vorrichtung wenigstens zwei Spulen (19) eines ersten Typs beidseits der Strahlachse (5) mit jeweils wenigstens einer Windung umfasst, welche, wenn sie beide stromdurchflossen sind und andere Spulen der teilchenoptischen Vorrichtung nicht stromdurchflossen sind, ein magnetisches Ablenkfeld (B_⊥) auf der Strahlachse (5) erzeugen, welches auf der Strahlachse (5) einen Schwerpunkt an einem Ort z₀ aufweist, wobei jede der beiden Spulen jeweils einen Schwerpunkt an einem Ort ${\vec{r}}_{0}$
aufweist, und wobei gilt: ein Verhältnis zwischen einem Abstand des Ortes z₀ von einer Verbindungslinie zwischen den beiden Orten ${\vec{r}}_{0}$
und einem Abstand der beiden Orte ${\vec{r}}_{0}$
voneinander ist größer als 0,1 oder größer als 0,2 oder größer als 0,5 oder größer als 0,8, wobei $z_{0} = \frac{\int_{z min}^{z max} z B_{⊥} (z) d z}{\int_{z min}^{z max} B_{⊥} (z) d z} ist,$
wobei entlang der in z -Richtung sich erstreckenden Strahlachse integriert wird, B_⊥(z) die orthogonal zur Strahlachse orientierte Komponente des magnetisches Feldes (B₁) auf der Strahlachse ist und z_min und z_max Orte auf der Strahlachse sind und auf dieser einen Bereich begrenzen, in welchem die Werte von B_⊥(z) größer sind als das 0,01-fache des maximalen Werts von B_⊥(z) , und wobei ${\vec{r}}_{0} = \underset{{\vec{r}}_{s}}{argmax} | \int_{0}^{L} \frac{\vec{r} - {\vec{r}}_{s}}{{| \vec{r} - {\vec{r}}_{s} |}^{3}} \times \vec{d l} | ist,$
wobei entlang dem die jeweilige Spule bildenden Stromleiter über dessen Länge L integriert wird, $\vec{r}$
die Orte auf der Mittellinie des die Spule bildenden Stromleiters sind und ${\vec{r}}_{s}$
Orte im Raum sind.
Teilchenstrahlsystem mit einer Teilchenquelle zur Erzeugung eines Teilchenstrahls und einer teilchenoptischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei ein Strahlengang des Teilchenstrahls die teilchenoptische Vorrichtung entlang der Strahlachse durchsetzt.
Teilchenstrahlsystem nach Anspruch 19, wobei die Teilchenquelle eine Elektronenquelle und/oder einen Ionenquelle umfasst.
Teilchenoptische Vorrichtung zum Beeinflussen eines Teilchenstrahls, insbesondere in Kombination mit der teilchenoptischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, mit einer magnetflussführenden Struktur (3), welche eine Öffnung (13) aufweist, durch welche die Strahlachse (5) verläuft, wenigstens einer ersten Flachspule (19) und einer zweiten Flachspule (19), die bezüglich der Öffnung (13) einander im Wesentlichen symmetrisch gegenüberliegend an der magnetflussführenden Struktur (3) angeordnet sind, und mit mindestens einem Stromversorgungssystem, das dazu konfiguriert ist, die erste Flachspule und die zweite Flachspule so mit Strom zu versorgen, dass die durch die beiden Flachspulen erzeugten Magnetfelder in einander entgegengesetzte Richtungen orientiert sind.
Teilchenoptische Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die erste und die zweite Flachspule im Wesentlichen symmetrisch zueinander ausgebildet sind.
Teilchenoptische Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, wobei die erste und die zweite Flachspule jeweils eine Zylinderspule mit einem Spulendurchmesser und einer Spulenlänge ist, deren Spulendurchmesser größer als deren Spulenlänge ist.
Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei die Windungen der ersten und der zweiten Flachspule in einer Ebene liegen, die orthogonal zu der Strahlachse orientiert ist.