专利名称：用于粒子束设备的高电压源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于粒子束设备的高电压源装置，以及包含该类型的高电压源装置的粒子束设备。
背景技术：
电子束设备，更具体地，扫描电子显微镜(SEM)或透射式电子显微镜(TEM)用于检测物体，以获得关于所述物体在特定条件下的特性和行为的知识。在SEM的情况下和在TEM的情况下，电子由束发生器产生。电子自束发生器发射，并形成电子束。电子因在束发生器和阳极之间的电势而被加速至一电势。为了这个目的，束发生器通常提供有负高电压。在SEM的情况下，所述电压例如为相对接地电势在-IkV至_30kV的范围内。在TEM的情况下，高电压例如为相对接地电势在-IOkV至-300kV的范围内。 为了在上述粒子束设备的情况下实现物体的高分辨率检测，期望通过高电压源装置获得不受制于大的波动的高电压。为了启动用于稳定高电压的相应措施，已知的是测量高电压的波动。以示例的方式，使用了具有电阻分压器或电容分压器的测量装置。电容分压器包括以高压电容器的形式的第一电容器和以测量电容器的形式的第二电容器。第一电容器被安置在外壳中，并以高电压屏蔽体包裹。然而，外壳和高电压屏蔽体具有大的重量，使得设置有电容分压器的测量装置非常重。以示例的方式，已知的设计用于200kV的测量装置的重量为几百千克。这样大的重量使已知的测量装置的处理和安装非常复杂。特别是，将测量装置运输至粒子束设备是费力的。因此，已知的测量装置的后续安装仅在相对高费用的情况下才是可能的。此外，在已知的测量装置中使用的高压电容器的生产是昂贵的。
发明内容
本发明基于这样的目标提供包括成本效益好且处理简单的用于测量高电压波动的测量装置的高电压源装置。根据本发明，该目标通过包括权利要求I的特征的高电压源装置实现。包括该类型的高电压源装置的粒子束设备由权利要求14的特征提供。根据本发明的高电压源装置的使用由权利要求13的特征描述。本发明的进一步的特征由以下的描述、权利要求和/或附图而变得明显易懂。本发明提供用于粒子束设备的高电压源装置。高电压源装置具有用于输送高电压的至少一条高压电缆。此外，高电压源装置设置有用于测量高电压的至少一个测量装置。测量装置具有至少一个第一电容器。第一电容器例如实施为高压电容器。此外，第一电容器通过高压电缆的至少一个第一部分形成。本发明基于对高电压源装置的高压电缆可用作电容器的意外洞察。作为电线，高压电缆本身具有特征变量，也就是单位长度的电容。该特征变量描述了高压电缆每单位长度的电容。如果对上述高压电缆的第一部分的长度有合适的选择，则第一电容器具有足够用于测量高电压的电容。由于第一电容器的制作简单，本发明首先具有测量装置的制造成本效益好的优点。其次，与现有技术相比，测量装置轻。因此，高电压源装置的运输和安装是简单的。而且，需要考虑的事项已经表明以该方式形成的第一电容器对要被测量的高电压仅具有小的影响，从而可以高精度地测量高电压。根据本发明的高电压源装置的一个实施例附加地或替代地将高压电缆设置为具有以下结构。高压电缆具有被至少一个第一绝缘体围绕的至少一个内部导体。第一绝缘体再被至少一个第一屏蔽体围绕。上面描述的高压电缆例如为具有导电外表面的高压电缆。第一屏蔽体在高压电缆的第一部分的至少一个第一区域和/或至少一个第二区域中被中断。此外，将高压电缆的第一部分设置为被第二屏蔽体围绕。第一屏蔽体和第二屏蔽体二者用于保护与根据本发明的高电压源装置一起工作的人。根据本发明的高电压源装置的另一实施例附加地或替代地将高压电缆的第一部 分设置为沿着高压电缆的纵轴延伸，而且具有第一纵向范围。此外，将第一区域设置为沿着高压电缆的纵轴延伸且具有第二纵向范围，其中第一区域的第二纵向范围比高压电缆的第一部分的第一纵向范围小。附加地或作为其替代，将第二区域设置为沿着高压电缆的纵轴延伸且具有第三纵向范围，其中第二区域的第三纵向范围比高压电缆的第一部分的第一纵向范围小。根据本发明的高电压源装置的再一个实施例附加地或替代地将内部导体设置为被至少一个第二绝缘体围绕。特别是，这在高压电缆具有至少两个内部导体时提供。第二绝缘体被至少一个第三屏蔽体围绕。该实施例例如涉及具有被另一绝缘体(即第一绝缘体)围绕的多个被绝缘和屏蔽的内部导体(即通过第二绝缘体和通过第三屏蔽体)的高压电缆，该另一绝缘体再被屏蔽(即通过第一屏蔽体)。进一步的实施例将两个或更多的内部导体中的每个设置为被第二绝缘体围绕，并且这些两个或更多的内部导体然后被共同的第三屏蔽体围绕。在根据本发明的高电压源装置的下一个实施例中，高电压源装置具有以下特征中的至少一个第一屏蔽体被至少一个第一护套围绕，或在高压电缆的第一部分中，第二屏蔽体被至少一个第二护套围绕。以示例的方式，第一护套和第二护套中的至少一个由橡胶和/或塑料形成。根据本发明的高电压源装置的再一个实施例附加地或替代地将第一屏蔽体设置为处于接地电势。然而，第一屏蔽体在高压电缆的第一部分中不是在接地电势。然而，将第二屏蔽体附加地或替代地设置为处于接地电势。然而，根据本发明的高电压源装置的又一个实施例附加地或替代地设置为高压电缆具有在10pF/m至1000pF/m的范围内的每单位长度的电容，或高压电缆具有在50pF/m至500pF/m的范围内的每单位长度的电容，或高压电缆具有在80pF/m至250pF/m的范围内的每单位长度的电容。清楚地指出本发明并非限制于上面提及的值。而是可选择每单位长度的电容的任何合适的值。
根据本发明的高电压源装置的再一个实施例附加地或替代地将测量装置设置为具有至少一个电容分压器，其中电容分压器包括第一电容器和至少一个第二电容器。作为其替代，例如将测量装置设置为具有用于测量高电压的至少一个测量电阻。以示例的方式，测量电阻布置在电压测量装置中。因此，测量电阻可直接为电压测量装置的一部分。然而，根据本发明的高电压源装置的又一个实施例附加地或替代地将高压电缆设置为包括至少一个第二部分。第一部分布置为离开第二部分一距离。以示例的方式，将第二部分设置为实施为与第一部分相同。例如，这些示例实施例将多个第一电容器设置为形成于高压电缆上。在每一,清况中，第一部分和第二部分二者都形成第一电容器。本发明也涉及包括至少一个上述特征或包括至少两个上述特征的高电压源装置的用于测量高电压的波动和/或用于产生用来调节高电压源装置的测量信号的用途。此外，本发明涉及包括用于产生粒子束的至少一个束发生器、包括用于聚焦粒子束到至少一个物体上的至少一个物镜、且包括至少一个高电压源装置的粒子束设备，其中高电压源装置具有至少一个上述特征或至少两个上述特征。 根据本发明的粒子束设备的一个实施例附加地或替代地将高电压源装置设置为被设计为给具有高电压的电子源或电极(例如引出电极(extraction electrode)或阳极)供电。附加的或作为其替代，将高电压源装置设置为被设计为给粒子束设备的进一步的组件(例如校正器或分光仪的至少一个电极)供电。此外，粒子束设备例如实施为电子束装置或离子束装置。
基于以附图方式的示例实施例，以下将更详细地说明本发明，在附图中图I示出了以透射式电子显微镜的形式的粒子束设备的示意图；图2示出了以扫描电子显微镜的形式的粒子束设备的示意图；图3示出了具有根据现有技术的测量装置的高电压源装置的示意图；图4示出了具有根据本发明的测量装置的高电压源装置的示意图；图5示出了实施为电容器的高压电缆的第一实施例的示意图；图6示出了实施为电容器的高压电缆的第二实施例的示意图；图7示出了实施为电容器的高压电缆的第三实施例的放大部分的示意图；图8示出了实施为电容器的高压电缆的第四实施例的放大部分的示意图；以及图9示出了具有两个第一电容器的高压电缆的示意图。
具体实施例方式下面基于以透射式电子显微镜(下文中通常称为TEM)和扫描电子显微镜(下文中通常称为SEM)形式的粒子束设备对本发明进行描述。然而，此时已经指出本发明不限制于TEM或SEM。相反地，本发明可用于任何粒子束设备中，例如也用于离子束装置中。图I示出了 TEM 11的示意图。TEM 11具有以热场发射源形式的电子源I。然而，当然也可使用一些其他的电子源。沿着TEM 11的光轴0A，引出电极2布置在电子源I的下游，由于所述电极的电势，电子从电子源I引出。此外，设置用于聚焦源位置的第一电极3和用于加速电子的第二电极4。由于第二电极4，由电子源I发出的电子通过电极电压被加速到期望的以及可调的能量。为了这个目的，电子源I经由高压电缆101连接至高电压源装置100。这将在以下更详细地讨论。在光轴OA的更远的进程中，布置具有三个磁透镜5至7 (即第一磁透镜5，第二磁透镜6和第三磁透镜7)的多级聚光器，所述聚光器之后为设为磁透镜形式的物镜8。物平面9布置在物镜8处，在物平面处，可通过样品控制器布置被检测的物体。通过第一磁透镜5、第二磁透镜6、第三磁透镜7以及物镜8的工作参数(例如透镜电流)的相应设定，可具体设定物平面9的照明场。实施为磁透镜的衍射透镜15安置在与电子源I相反的方向的物镜8的下游。衍射透镜15首先将物镜8的后焦平面10成像至衍射中间像平面21中。此外，物镜8产生物平面9的实中间像14。衍射透镜15将物平面9的中间像14 二次成像至投射系统的入口像平面17，投射系统由第一投射透镜18和第二投射透镜19组成。然后，投射系统18、19在检测器20上产生布置在物平面9中并成像至投射系统18、19中的物体的图像。通过投射系统18、19上的相应切换，也可以将后焦平面10或衍射中间像平面21成像至检测器20上(或至端部像平面中)。该类型的TEM 11可具有另外的透镜以及偏转和校正系统(例如象散 校正装置和校正器)和/或分光仪。图2示出了以SEM 12形式的另外的粒子束设备，在该粒子束设备上本发明得以实现。粒子束设备具有电子柱体22，其设置有光轴23、以电子源24 (阴极)形式的束发生器、引出电极25和阳极26 (其同时形成束引导管27的一端)。以示例的方式，电子源24为热场发射体。由于电子源24和阳极26之间的电势差，由电子源24发出的电子被加速至阳极电势。相应地，提供了以电子束形式的粒子束。在该示例实施例中，同样地，电子源24经由高压电缆101连接至高电压源装置100。此外，提供具有供束引导管27通过的孔的物镜28。物镜28还具有极靴(polesh0es)29，在极靴29中布置线圈30。静电延迟器件连接至束引导管27的下游。所述器件由单独电极31和管电极32组成。管电极32位于与承载元件33相对的束引导管27的端部。承载元件33用于容纳被检测的物体。管电极32与束引导管27 —起处于阳极电势，而单独电极31和布置在承载元件33上的物体处于低于阳极电势的电势。以该方式，粒子束的电子可减速至用于检查布置在承载元件33上的物体所需的期望的能量。另外，电子柱体22具有扫描装置34，通过扫描装置34电子束可偏转并扫描布置在承载元件33上的物体。为了成像的目的，由于电子束和布置在承载元件33上的物体的相互作用产生的二次电子和/或背散射电子通过布置在束引导管27中的检测器35检测。由检测器35产生的信号被传送至用于成像目的的电子装置(未示出)。图3示出了迄今用于测量TEM 11和/或SEM 12中的高电压的现有技术的示意图。高电压源装置100经由高压电缆101连接至TEM 11或SEM 12。高电压源装置100具有高电压发生器102，高电压调节器104和用于高电压调节器104的电阻103。高电压调节器104和电阻103用于调节由高电压源装置100得到的高电压。在该情况下，以示例的方式，在高电压调节器104中，参考信号与经由电阻103获得的实际信号相比较，以及高电压调节器104以实际信号与参考信号相对应的方式设定高电压发生器102。为了测量高电压，提供具有高压电容器106的测量装置105。高压电容器106经由支线(tap)连接至测量单元107。具有高压电容器106的测量装置105可替代地直接集成在高电压源装置100中，于是在该情况下不需要分离的外壳(housing)。测量单元107显示由高电压源装置100得到的高电压的波动。在该情况下，波动被理解为例如意味着在从大约1/lOHz至许多的IOOkHz范围内的振荡(亦即慢波动(大约1/lOHz)至非常高频的波动(大于100kHz))。测量单元107的这种测量信号可用于评定高电压源装置100的稳定性。附加地或替代地，也可利用该测量信号稳定高电压源装置100的调节。图4示出了根据本发明的高电压源装置100的示意图。图4基于图3。因此，相同的部件设置有相同的附图标记。与现有技术相比，本发明现在将高压电缆101设置为具有实施为高压电容器的第一部分108。图5示出了高压电缆101的第一个实施例的示意图，高压电缆101被构造为关于纵轴116对称。高压电缆101具有被第一绝缘体110围绕的内部导体109。第一绝缘体110再被第一屏蔽体111围绕。现在，高压电缆101具有形成第一电容器的第一部分108。 高压电缆101的第一部分108具有第一端114和第二端115。第一区域112布置在第一端114处。相反地，第二区域113布置在第二端115处。第一屏蔽体111在第一区域112和第二区域113 二者中被分离。换言之，第一屏蔽体111在第一区域112和第二区域113中被中断。第一屏蔽体111的布置在第一区域112和第二区域113之间的部分117形成实施为第一电容器的第一部分108的电极。第一屏蔽体111在高压电缆101的整个长度上被第一护套118围绕。然而，这里也将第一护套118设置为在第一区域112和第二区域113 二者中被分离。在第一部分108中，第二屏蔽体119布置在第一护套118上，所述第二屏蔽体沿着纵轴116延伸跨过第一区域112和第二区域113 二者。第二屏蔽体119再被第二护套120围绕。第一屏蔽体111和第二屏蔽体119 二者都处于接地电势，并且用于保护与高电压源装置100 —起工作的人。明确地指出了第一护套118和/或第二护套120对于本发明不是绝对必需的。一些实施例不具有上述两个护套中的至少之一。高压电缆101可在第一部分108中例如具有在10pF/m至1000pF/m范围内、或在50pF/m至500pF/m范围内、或在80pF/m至250pF/m范围内的每单位长度的电容。图5在示意图中也示出了电压测量的两种可能的类型。在第一测量类型A中，测量装置105具有电容分压器121。电容分压器121具有实施为第一电容器(高压电容器)的第一部分108和第二电容器122 (低压电容器)。第二电容器上的压降通过测量单元107测量。在第二测量类型B中，测量电阻123设置于测量装置105中，所述电阻上的压降通过测量单元107测量。附加地或替代地，测量电阻123可为测量单元107的一部分；换言之，测量单元107的内部电阻可直接为测量电阻123。图6不出了高压电缆101的进一步的实施例。图6基于图5。相同的部件设置有相同的附图标记。与图5中的示例实施例相比，图6中的实施例具有围绕内部导体109的第二绝缘体124。替代地，多个内部导体109设置于高压电缆101中。第三屏蔽体125布置在第二绝缘体124周围。在进一步的示例实施例中，可提供多个内部导体109，其中每一个单独内部导体109在每一情况中被第二绝缘体124围绕。替代地，将所有的内部导体109设置为被共同的第三屏蔽体125围绕。测量单元107的高电压通过测量装置105测量。另夕卜，将保护电路(未示出)设置为在电压击穿情况中作为测量装置105的过电压保护。为了该目的，使用二极管保护电路，例如其可附加地通过电容电路和/或电阻电路得到补充。图7示出了高压电缆101的第一部分108的第二端115的放大的示意图。图7基于图5。相同的部件设置有相同的附图标记。可成形的绝缘体126布置在第二区域113中，所述绝缘体完全充满第二区域113，并与第一绝缘体110邻接。此外，可成形的绝缘体126与第一屏蔽体111，第二屏蔽体119以及第一护套118邻接。第二屏蔽体119以第二屏蔽体119的第一端127靠着第一屏蔽体111方式在其第一端127处以S形方式弯曲。因此，第一屏蔽体111和第二屏蔽体119互相接触。它们因此互相电接触。也可不同地产生电接触，例如通过电缆连接。第二护套120以其靠着第一护套118的方式导引，然后导引至第二屏蔽体119上。该实施例具有在单独组件的过渡位置处不能产生高场强的优点。图8示出了高压电缆101的第一部分108的第二端115的进一步的放大的示意图。图8中的不例实施例基于图7。相同的部件设置有相同的附图标记。与图7中的不例实施例相比，在图8中的示例实施例中，第一屏蔽体111以及第一屏蔽体111的布置在第一区域112和第二区域113之间的部分117在第一屏蔽体111和第一绝缘体110之间以及也在第 一屏蔽体111的部分117和第一绝缘体110之间的边界区域中具有切口(cutout) 130。在第一屏蔽体111的区域中的切口 130中形成有导电层128，所述导电层与可成形的绝缘体126的凸起部131接触，并延伸直到沿着第一屏蔽体111的部分117的切口 130。此外，在第一屏蔽体111的部分117处，在切口 130中，附加地布置绝缘层129，其部分地覆盖导电层128并且同样地与可成形的绝缘体126的凸起部131邻接。这确保第一屏蔽体111的部分117进一步地与第一屏蔽体111绝缘。在该实施例中，过渡位置变得更窄，亦即布置为相互接近。该实施例也具有在单独部件的过渡位置处不能产生高场强的优点。指出了图8中图示的实施例不限制于导电层128的和绝缘层129的图示布置。相反地，可提供任何期望的导电层128和绝缘层129的布置。以示例的方式，导电层128和绝缘层129可实施为关于图8中图示的布置呈镜面反转(mirror-inverted)的方式。图8和7中图示的实施例也可提供给第一部分108的第一区域112。在图9中图示的实施例中，第一部分108和第二部分132布置在高压电缆101上，其中第二部分132可实施为与第一部分108结构上相同。在每一情况中，第一部分108和第二部分132 二者形成第一电容器(高压电容器)。它们可在每一情况中用于高电压测量和用于高电压源装置100的调节以及稳定(比较图4)。本发明基于对高电压源装置100的高压电缆101可用作电容器的意外洞察。高压电缆101本身具有每单位长度的电容。如果高压电缆101的第一部分108和/或第二部分132的长度有合适的选择，则第一电容器具有足够用于测量高电压的电容。附图标记目录I电子源2引出电极3第一电极4第二电极5第一磁透镜6第二磁透镜
7第三磁透镜8 物镜9物平面10后焦平面IlTEM12SEM1314实中间像 15衍射透镜1617投射透镜的入口像平面18第一投射透镜19第二投射透镜20检测器/端部像平面21衍射中间像平面22电子柱体23 光轴24电子源25引出电极26 阳极27束引导管28 物镜29 极靴3O 线圈31单独电极32管电极33承载元件34扫描装置35检测器100高电压源装置101高压电缆102高电压发生器103 电阻104高电压调节器105测量装置106高压电容107测量单元108高压电缆的第一部分109内部导体
110第一绝缘体111第一屏蔽体112 第一区域113 第二区域114 第一端115 第二端116 纵轴117第一屏蔽的部分
118 第一护套119第二屏蔽体120 第二护套121电容分压器122 第二电容123测量电阻124第二绝缘体125第三屏蔽126可成形的绝缘体127第二屏蔽体的第一端128导电层129绝缘层130 切口131凸起部132高压电缆的第二部分OA 光轴
权利要求
1.用于粒子束设备(11、12)的高电压源装置(100)，包括 用于输送高电压的至少一条高压电缆(101)，并且包括 用于测量高电压的至少一个测量装置(105)，其中所述测量装置(105)具有至少一个第一电容器(108、132)， 其中所述第一电容器由所述高压电缆(101)的至少一个第一部分(108)形成。
2.根据权利要求I所述的高电压源装置(100)，其中 所述高压电缆(101)具有至少一个内部导体(109)， 所述内部导体(109)被至少一个第一绝缘体(I 10)围绕， 所述第一绝缘体(110)被至少一个第一屏蔽体(111)围绕， 所述第一屏蔽体(111)在所述高压电缆(101)的所述第一部分(108)的至少一个第一区域(112)和/或至少一个第二区域(113)中被中断，并且其中 所述高压电缆(101)的所述第一部分(108)被至少一个第二屏蔽体(119)围绕。
3.根据权利要求2所述的高电压源装置(100)，其中所述高压电缆(101)的所述第一部分(108)沿着所述高压电缆(101)的纵轴(116)延伸，并且具有第一纵向范围，以及其中 所述第一区域(112)沿着所述高压电缆(101)的所述纵轴(116)延伸且具有第二纵向范围，其中所述第一区域(112)的所述第二纵向范围比所述高压电缆(101)的所述第一部分(108)的所述第一纵向范围小，和/或其中 所述第二区域(113)沿着所述高压电缆(101)的所述纵轴(116)延伸且具有第三纵向范围，其中所述第二区域(113)的所述第三纵向范围比所述高压电缆(101)的所述第一部分(108)的所述第一纵向范围小。
4.根据权利要求2或3所述的高电压源装置(100)，其中 所述内部导体(109)被至少一个第二绝缘体(124)围绕，并且其中 所述第二绝缘体(124)被至少一个第三屏蔽体(125)围绕。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的高电压源装置(100)，其中所述高电压源装置(100)具有以下特征中的至少一个 所述第一屏蔽体(111)被至少一个第一护套(118)围绕，或 在所述高压电缆(101)的所述第一部分(108)中，第二屏蔽体(119)被至少一个第二护套(120)围绕。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的高电压源装置(100)，其中 所述第一屏蔽体(111)处于接地电势，和/或 所述第二屏蔽体(119)处于接地电势。
7.根据上述权利要求中任一项所述的高电压源装置(100)，其中 所述高压电缆(101)具有在10pF/m至1000pF/m的范围内的每单位长度的电容，或 所述高压电缆(101)具有在50pF/m至500pF/m的范围内的每单位长度的电容，或 所述高压电缆(101)具有在80pF/m至250pF/m的范围内的每单位长度的电容。
8.根据上述权利要求中任一项所述的高电压源装置(100)，其中所述测量装置(105)具有至少一个电容分压器(121)，其中所述电容分压器(121)包括所述第一电容器(108)和至少一个第二电容器(122)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的高电压源装置(100)，其中所述测量装置(105)具有用于测量所述高电压的至少一个测量电阻(123)。
10.根据权利要求9所述的高电压源装置(100)，其中所述测量电阻布置在电压测量单元(107)中。
11.根据上述权利要求中任一项所述的高电压源装置(100)，其中 所述高压电缆(101)包括至少一个第二部分(132)，并且 所述第一部分(108 )离开所述第二部分(132 ) —距离。
12.根据权利要求11所述的高电压源装置(100)，其中所述第二部分(132)实施为与所述第一部分(108)相同。
13.根据上述权利要求中任一项所述的高电压源装置(100)用于测量高电压的波动和/或用于产生用来调节所述高电压源装置(100)的测量信号的用途。
14.粒子束设备(11、12)，包括 用于产生粒子束的至少一个束发生器(1、24)， 用于聚焦粒子束到至少一个物体上的至少一个物镜(8、28)，以及 根据上述权利要求I至12中任一项所述的至少一个高电压源装置(100)。
15.根据权利要求14所述的粒子束设备(11、12)，其中所述高电压源装置(100)被设计为给所述束发生器(I、24 )提供高电压。
16.根据权利要求14或15所述的粒子束设备(11、12)，其中所述粒子束设备实施为电子束设备或尚子束设备。
全文摘要
本发明提供了一种用于粒子束设备的高电压源装置。本发明涉及用于粒子束设备(11、12)的高电压源装置(100)和包含该类型的高电压源装置(100)的粒子束设备(11、12)。高电压源装置(100)具有用于输送高电压的至少一个高压电缆(101)，并包括用于测量高电压的至少一个测量装置(105)，其中测量装置(105)具有至少一个第一电容器(108)，并且其中第一电容器由高压电缆(101)的至少一个第一部分(108)形成。
文档编号H01J37/248GK102832093SQ201210204678
公开日2012年12月19日 申请日期2012年6月18日 优先权日2011年6月16日
发明者J.福伯, M.休杰尔曼 申请人:卡尔蔡司显微镜有限责任公司