DE102024119459B3 - Beam generating device for a multi-particle beam system and multi-particle beam system - Google Patents

Beam generating device for a multi-particle beam system and multi-particle beam system

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DE102024119459B3
DE102024119459B3 DE102024119459.6A DE102024119459A DE102024119459B3 DE 102024119459 B3 DE102024119459 B3 DE 102024119459B3 DE 102024119459 A DE102024119459 A DE 102024119459A DE 102024119459 B3 DE102024119459 B3 DE 102024119459B3
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Michael Seidling
Dirk Zeidler
Uwe Niedermayer
Markus Koch
Gero Storeck
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Carl Zeiss Multisem GmbH
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Carl Zeiss Multisem GmbH
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    • H01J37/063Geometrical arrangement of electrodes for beam-forming
    • HELECTRICITY
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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/06Sources
    • H01J2237/063Electron sources
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Abstract

Strahlerzeugungsvorrichtung für ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, insbesondere für ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop, das mit einer Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen arbeitet, wobei die Strahlerzeugungsvorrichtung Folgendes aufweist: einen Teilchenemitter mit einer Kathodenspitze zum Emittieren geladener Teilchen, insbesondere mittels thermischer Feldemission, die einen geladenen Teilchenstrahl bilden; eine Extraktorelektrode, die von der Kathodenspitze beabstandet ist und die die geladenen Teilchen mittels einer zwischen der Kathodenspitze und der Extraktorelektrode im Betrieb anliegenden Extraktionsspannung aus der Kathodenspitze extrahiert; und eine Anodenelektrode, die von der Kathodenspitze weiter beabstandet ist als die Extraktorelektrode und die die extrahierten geladenen Teilchen mittels einer zwischen der Kathodenspitze und der Anodenelektrode im Betrieb anliegenden Beschleunigungsspannung weiter beschleunigt, wobei die Extraktorelektrode eine Form aufweist, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht. Beam generating device for a multi-particle beam system, in particular for a multi-beam particle microscope operating with a multiplicity of charged single-particle beams, wherein the beam generating device comprises: a particle emitter with a cathode tip for emitting charged particles, in particular by means of thermal field emission, which form a charged particle beam; an extractor electrode spaced apart from the cathode tip, which extracts the charged particles from the cathode tip by means of an extraction voltage applied between the cathode tip and the extractor electrode during operation; and an anode electrode spaced further apart from the cathode tip than the extractor electrode, which further accelerates the extracted charged particles by means of an accelerating voltage applied between the cathode tip and the anode electrode during operation, wherein the extractor electrode has a shape comprising or consisting of a spherical cap.

Description

Gebiet der ErfindungField of invention

Die Erfindung betrifft Teilchenstrahlsysteme, welche mit einer Vielzahl von Teilchenstrahlen arbeiten.The invention relates to particle beam systems which operate with a multitude of particle beams.

Stand der TechnikState of the art

Mit der kontinuierlichen Entwicklung immer kleinerer und komplexerer Mikrostrukturen wie Halbleiterbauelementen besteht ein Bedarf an der Weiterentwicklung und Optimierung von planaren Herstellungstechniken und von Inspektionssystemen zur Herstellung und Inspektion kleiner Abmessungen der Mikrostrukturen. Die Entwicklung und Herstellung der Halbleiterbauelemente erfordert beispielsweise eine Überprüfung des Designs von Testwafern, und die planaren Herstellungstechniken benötigen eine Prozessoptimierung für eine zuverlässige Herstellung mit hohem Durchsatz. Darüber hinaus wird neuerdings eine Analyse von Halbleiterwafern für das Reverse Engineering und eine kundenspezifische, individuelle Konfiguration von Halbleiterbauelementen gefordert. Es besteht deshalb ein Bedarf an Inspektionsmitteln, die mit hohem Durchsatz zur Untersuchung der Mikrostrukturen auf Wafern mit hoher Genauigkeit eingesetzt werden können.With the continuous development of increasingly smaller and more complex microstructures, such as semiconductor devices, there is a need for the further development and optimization of planar fabrication techniques and inspection systems for the production and inspection of these small microstructures. The development and fabrication of semiconductor devices, for example, requires verification of test wafer designs, and planar fabrication techniques necessitate process optimization for reliable, high-throughput manufacturing. Furthermore, the analysis of semiconductor wafers for reverse engineering and the customized configuration of semiconductor devices is increasingly required. Therefore, there is a need for inspection tools that can be used with high throughput to examine microstructures on wafers with high accuracy.

Typische Siliziumwafer, die bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet werden, haben Durchmesser von bis zu 300 mm. Jeder Wafer ist in 30 bis 60 sich wiederholende Bereiche („Dies“) mit einer Größe von bis zu 800 mm2 unterteilt. Eine Halbleitervorrichtung umfasst mehrere Halbleiterstrukturen, die durch planare Integrationstechniken in Schichten auf einer Oberfläche des Wafers hergestellt sind. Aufgrund der Herstellungsprozesse weisen Halbleiterwafer typischerweise eine ebene Oberfläche auf. Die Strukturgröße der integrierten Halbleiterstrukturen erstreckt sich dabei von wenigen µm bis zu den kritischen Abmessungen (engl. „critical dimensions“, CD) von einigen Nanometern, wobei in naher Zukunft die Strukturgrößen sogar noch kleiner werden; es wird erwartet, dass die Strukturgrößen oder kritischen Abmessungen (CD) in Zukunft den 3 nm, 2 nm oder noch kleineren Technologieknoten des internationalen Technologiefahrplans für Halbleiter (engl. „International Technology Roadmap for Semiconductors“ - (ITRS)) entsprechen werden. Bei den oben genannten kleinen Strukturgrößen müssen Defekte in der Größe der kritischen Abmessungen in kurzer Zeit auf einer sehr großen Fläche identifiziert werden. Für mehrere Anwendungen ist die Spezifikationsanforderung für die Genauigkeit einer von einem Inspektionsgerät bereitgestellten Messung sogar noch höher, beispielsweise um den Faktor zwei oder eine Größenordnung. Beispielsweise muss eine Breite eines Halbleitermerkmals mit einer Genauigkeit unter 1 nm, beispielsweise 0,3 nm oder sogar weniger, gemessen werden, und eine relative Position von Halbleiterstrukturen muss mit einer Überlagerungsgenauigkeit von unter 1 nm, beispielsweise 0,3 nm oder sogar weniger, bestimmt werden.Typical silicon wafers used in the fabrication of semiconductor devices have diameters of up to 300 mm. Each wafer is divided into 30 to 60 repeating regions (“dies”) with a size of up to 800 mm² . A semiconductor device comprises multiple semiconductor structures fabricated in layers on the wafer's surface using planar integration techniques. Due to the fabrication processes, semiconductor wafers typically have a flat surface. The feature size of the integrated semiconductor structures ranges from a few micrometers to critical dimensions (CDs) of a few nanometers, with feature sizes expected to become even smaller in the near future; it is anticipated that future feature sizes, or critical dimensions (CDs), will correspond to the 3 nm, 2 nm, or even smaller technology nodes of the International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS). For the aforementioned small feature sizes, defects of critical dimensions must be identified quickly over a very large area. For several applications, the specification requirement for the accuracy of a measurement provided by an inspection instrument is even higher, for example, by a factor of two or an order of magnitude. For instance, the width of a semiconductor feature must be measured with sub-1 nm accuracy, such as 0.3 nm or even less, and the relative position of semiconductor structures must be determined with a sub-1 nm superposition accuracy, such as 0.3 nm or even less.

Eine neuere Entwicklung auf dem Gebiet der geladenen Teilchensysteme (engl. „charged particle microscopes“, CPM) ist das mSEM, ein Mehrstrahl-Rasterelektronenmikroskop. Ein Mehrstrahl-Rasterelektronenmikroskop ist beispielsweise in US 7 244 949 B2 und in US 2019/0355544 A1 offenbart. In einem Mehrstrahl-Elektronenmikroskop oder mSEM wird eine Probe mit einer Vielzahl von Einzel-Elektronenstrahlen, die in einem Feld oder Raster angeordnet sind, gleichzeitig bestrahlt. Es können beispielsweise 4 bis 10000 Einzel-Elektronenstrahlen als Primärstrahlung vorgesehen sein, wobei jeder Einzel-Elektronenstrahl durch einen Abstand von 1 bis 200 Mikrometern von einem benachbarten Einzel-Elektronenstrahl getrennt ist. Zum Beispiel hat ein mSEM ungefähr 100 getrennte Einzel-Elektronenstrahlen (engl. „beamlets“), die beispielsweise in einem hexagonalen Raster angeordnet sind, wobei die Einzel-Elektronenstrahlen durch einen Abstand von ungefähr 10 µm getrennt sind. Die Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen (Primärstrahlen) wird durch eine gemeinsame Objektivlinse auf eine Oberfläche einer zu untersuchenden Probe fokussiert. Die Probe kann zum Beispiel ein Halbleiterwafer sein, der an einem Waferhalter befestigt ist, der auf einem beweglichen Tisch montiert ist. Während der Beleuchtung der Waferoberfläche mit den geladenen primären Einzel-Teilchenstrahlen gehen Wechselwirkungsprodukte, z.B. Sekundärelektronen oder Rückstreuelektronen, von der Oberfläche des Wafers aus. Ihre Startpunkte entsprechen den Orten auf der Probe, auf die die Vielzahl von primären Einzel-Teilchenstrahlen jeweils fokussiert ist. Die Menge und Energie der Wechselwirkungsprodukte hängt von der Materialzusammensetzung und der Topographie der Waferoberfläche ab. Die Wechselwirkungsprodukte bilden mehrere sekundäre Einzel-Teilchenstrahlen (Sekundärstrahlen), die von der gemeinsamen Objektivlinse gesammelt werden und durch ein Projektionsabbildungssystem des Mehrstrahlinspektionssystems auf einen Detektor treffen, der in einer Detektionsebene angeordnet ist. Der Detektor umfasst mehrere Detektionsbereiche, von denen jeder mehrere Detektionspixel umfasst, und der Detektor erfasst eine Intensitätsverteilung für jeden der sekundären Einzel-Teilchenstrahlen. Dabei wird ein Bildfeld von beispielsweise 100 µm × 100 µm erhalten.A more recent development in the field of charged particle microscopes (CPM) is the mSEM, a multi-beam scanning electron microscope. A multi-beam scanning electron microscope is used, for example, in US 7 244 949 B2 and in US 2019/0355544 A1 In a multi-beam electron microscope (mSEM), a sample is simultaneously irradiated with a multitude of single-electron beams arranged in a field or grid. For example, 4 to 10,000 single-electron beams can be provided as primary beams, with each beam separated from an adjacent beam by a distance of 1 to 200 micrometers. For instance, an mSEM has approximately 100 separate single-electron beams (beamlets) arranged, for example, in a hexagonal grid, with the beams separated by a distance of approximately 10 µm. The multitude of charged single-particle beams (primary beams) are focused by a common objective lens onto the surface of the sample under investigation. The sample can be, for example, a semiconductor wafer attached to a wafer holder mounted on a movable stage. During illumination of the wafer surface with charged primary single-particle beams, interaction products, such as secondary electrons or backscattered electrons, emanate from the wafer surface. Their starting points correspond to the locations on the sample onto which the multitude of primary single-particle beams are focused. The quantity and energy of the interaction products depend on the material composition and the topography of the wafer surface. The interaction products form several secondary single-particle beams (secondary beams), which are collected by the common objective lens and directed by a projection imaging system of the multi-beam inspection system onto a detector located in a detection plane. The detector comprises several detection areas, each containing multiple detection pixels, and the detector acquires an intensity distribution for each of the secondary single-particle beams. This results in an image field of, for example, 100 µm × 100 µm.

Das Mehrstrahl-Elektronenmikroskop des Standes der Technik umfasst eine Folge von elektrostatischen und magnetischen Elementen. Zumindest einige der elektrostatischen und magnetischen Elemente sind einstellbar, um die Fokusposition und die Stigmation der Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen anzupassen. Das Mehrstrahl-System mit geladenen Teilchen des Standes der Technik umfasst zudem mindestens eine Überkreuzungsebene der primären oder der sekundären geladenen Einzel-Teilchenstrahlen. Des Weiteren umfasst das System des Standes der Technik Detektionssysteme, um die Einstellung zu erleichtern. Das Mehrstrahl-Teilchenmikroskop des Standes der Technik umfasst mindestens einen Strahlablenker (engl. „deflection scanner“) zum kollektiven Abtasten eines Bereiches der Probenoberfläche mittels der Vielzahl von primären Einzel-Teilchenstrahlen, um ein Bildfeld der Probenoberfläche zu erhalten.The state-of-the-art multi-beam electron microscope comprises a series of electrostatic and magnetic elements. At least some of the electrostatic and magnetic elements The elements are adjustable to adapt the focus position and stigmatization of the multiple charged single-particle beams. The prior art multi-beam charged particle system also includes at least one intersection plane of the primary or secondary charged single-particle beams. Furthermore, the prior art system includes detection systems to facilitate adjustment. The prior art multi-beam particle microscope includes at least one deflection scanner for collectively scanning an area of the sample surface using the multiple primary single-particle beams to obtain an image field of the sample surface.

Zum Separieren des teilchenoptischen Strahlenganges der Primärstrahlen vom teilchenoptischen Strahlengang der Sekundärstrahlen wird eine sogenannte Strahlweiche (engl. „beam splitter“ oder „beam separator“ oder „beam divider“) verwendet. Dabei erfolgt eine Separation mittels spezieller Anordnungen von Magnetfeldern und / oder elektrostatischen Feldern, beispielsweise mittels eines Wien-Filters.To separate the particle-optical beam path of the primary beams from the particle-optical beam path of the secondary beams, a so-called beam splitter (also called a beam separator or beam divider) is used. This separation is achieved by means of special arrangements of magnetic fields and/or electrostatic fields, for example, using a Wien filter.

Bei Vielzahl-Teilchenstrahlsystemen wird grundsätzlich unterschieden nach Systemen, die mit einer Einzelsäule arbeiten, und Systemen, die mit mehreren Säulen arbeiten. Bei Systemen mit einer Einzelsäule erfolgt der Durchgang der Einzel-Teilchenstrahlen zumindest teilweise durch dieselbe Teilchenoptik bzw. durch eine oder mehrere globale Teilchenlinsen. Zudem liegen bei einer Einzelsäule die Einzel-Teilchenstrahlen verhältnismäßig nah beieinander. Trotz der teilweise globalen teilchenoptischen Elemente besteht auch bei Einzelsäulen das Bedürfnis nach einer individuellen Beeinflussbarkeit und/ oder Formbarkeit der Einzel-Teilchenstrahlen, um Abbildungsfehler wie Bildfeldkrümmung, Feldastigmatismus und andere Aberrationen zu korrigieren. Für diese individuelle Beeinflussung und/ oder Formung der Einzel-Teilchenstrahlen kann eine sog. Mikrooptik eingesetzt werden. Die Mikrooptik dient oft auch als Multistrahl-Generator zur Erzeugung und Formung einer Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen. Der Multistrahl-Generator bzw. die Mikrooptik umfasst dabei eine Abfolge von mehreren Multiaperturplatten, um zum einen eine Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen zu erzeugen und um zum anderen diese auch zu formen, so dass sie für die nachfolgende teilchenoptische Abbildung die benötigten Eigenschaften besitzen. Bei der Erzeugung der Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen trifft normalerweise ein aufgeweiteter Einzel-Teilchenstrahl nach dem Durchsetzen eines Kondensorlinsensystems auf eine erste Multiaperturplatte oder Filterplatte und durchsetzt deren Öffnungen, so dass nach dem Durchsetzten der Öffnungen anstelle des Einzel-Teilchenstrahls eine Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen vorliegt. Bei einer anschließenden Strahlformung mittels einer oder weiterer Multiaperturplatten werden Elektroden eingesetzt, die beispielsweise im Bereich der Aperturen einer Multiaperturplatte vorgesehen sind und die kollektiv oder individuell ansteuerbar sind.Multi-particle beam systems are generally divided into single-column and multi-column systems. In single-column systems, the individual particle beams pass at least partially through the same particle optics or through one or more global particle lenses. Furthermore, in a single-column system, the individual particle beams are relatively close together. Despite the partially global particle optics, even single-column systems require individual control and/or shaping of the individual particle beams to correct imaging errors such as field curvature, field astigmatism, and other aberrations. A so-called micro-optics unit can be used for this individual control and/or shaping of the individual particle beams. The micro-optics unit often also serves as a multi-beam generator for the production and shaping of a large number of individual particle beams. The multi-beam generator, or micro-optics, comprises a sequence of several multi-aperture plates to generate a multitude of single-particle beams and to shape them so that they possess the necessary properties for subsequent particle-optical imaging. In generating the multitude of single-particle beams, a widened single-particle beam typically strikes a first multi-aperture plate or filter plate after passing through a condenser lens system and passes through its apertures, resulting in a multitude of single-particle beams instead of a single beam. Subsequent beam shaping using one or more multi-aperture plates employs electrodes, which are positioned, for example, in the aperture area of a multi-aperture plate and can be controlled collectively or individually.

Bei dem beschriebenen Vielzahl-Teilchenstrahlsystem ist eine hohe Auflösung und ein hoher Durchsatz für eine zufriedenstellende und erfolgreiche Verwendung in der Praxis von hoher Relevanz. In diesem Zusammenhang ist es erforderlich, unter anderem die Intensität der Teilchenstrahlen einzustellen. Der Strahlstrom der Einzel-Teilchenstrahlen eines Vielzahl-Teilchenstrahlsystems muss für alle Einzel-Teilchenstrahlen möglichst uniform sein und Aberrationen müssen für alle Einzel-Teilchenstrahlen möglichst vermieden werden.For the described multi-particle beam system, high resolution and high throughput are of paramount importance for satisfactory and successful practical application. In this context, it is necessary, among other things, to adjust the intensity of the particle beams. The beam flux of the individual particle beams in a multi-particle beam system must be as uniform as possible for all individual particle beams, and aberrations must be avoided as far as possible for all individual particle beams.

Die US 2017/0025241 A1 offenbart ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, bei dem die Stromdichte in den Teilchenstrahlen variierbar ist. Konkret erfolgt hierbei eine Einstellung der Beleuchtungsdichte, bevor aus dem primären Elektronenstrahl Multistrahlen gebildet werden. Für die Einstellung der Beleuchtungsdichte wird gemäß der US 2017/0025241 A1 ein Doppelkollimator verwendet, der in Strahlrichtung unmittelbar hinter der Strahlerzeugungseinheit angeordnet ist. Durch Variation der Linsenerregungen des Doppelkollimators kann die Stromdichte der Elektronen, die die Öffnungen einer dem Doppelkollimator nachfolgenden Multiaperturplatte passieren, variiert werden.The US 2017/0025241 A1 This reveals a multi-particle beam system in which the current density in the particle beams is variable. Specifically, the illumination density is adjusted before multi-beams are generated from the primary electron beam. The illumination density is adjusted according to the US 2017/0025241 A1 A double collimator is used, positioned immediately behind the beam-generating unit in the beam direction. By varying the lens excitations of the double collimator, the current density of electrons passing through the apertures of a multi-aperture plate following the double collimator can be varied.

Das oben beschriebene Vielzahl-Teilchenstrahlsystem stößt dann an seine Grenzen, wenn die Anzahl der verwendeten Teilchenstrahlen weiter erhöht wird. Um überhaupt ausreichende Strahlströme für die Einzelstrahlen zu erhalten, müssen möglichst viele Teilchen aus der Teilchenquelle verwendet werden. Dann aber gewinnt die Abstrahlcharakteristik der Teilchenquelle an Bedeutung, genauer gesagt eine Uniformität der Abstrahlcharakteristik über den gesamten verwendeten Abstrahlwinkel. Bei Verwendung von größeren Abstrahlwinkeln ist die Abstrahlcharakteristik von Teilchenquellen, z.B. von thermischen Feldemissionsquellen (TFEs), nicht mehr durchgehend gleichförmig. Entsprechend ist dann auch die Beleuchtungsdichte an einer Multiaperturplatte in einem entsprechenden TeilchenstrahlSystem nicht mehr durchgehend uniform und es kommt zu größeren Variationen bei den Stromdichten in verschiedenen Einzelstrahlen. Es ist bei Mehrteilchen-Inspektionssystemen aber wiederum eine Systemanforderung, dass es zwischen den verschiedenen Einzelstrahlen nur eine geringe Variation in den Stromstärken gibt, die typischerweise weniger als ein paar Prozent beträgt, so dass alle Einzelbildfelder des Multibildfeldes mit einer äquivalenten Anzahl von Teilchen bzw. Elektronen pro Pixel abgetastet werden. Dies ist z.B. eine Voraussetzung dafür, um Einzelbilder mit annähernd derselben Helligkeit zu erhalten.The multi-particle beam system described above reaches its limits when the number of particle beams used is further increased. To obtain sufficient beam currents for the individual beams, as many particles as possible from the particle source must be used. However, the emission characteristics of the particle source then become important, more precisely, the uniformity of the emission characteristics across the entire emission angle used. When using larger emission angles, the emission characteristics of particle sources, e.g., thermal field emission sources (TFEs), are no longer uniform. Accordingly, the illuminance at a multi-aperture plate in a corresponding particle beam system is also no longer uniform, and larger variations in the current densities occur in different individual beams. However, it is a system requirement for multi-particle inspection systems that there is only a small variation in the current intensities between the different individual beams, typically less than a few percent, so that all individual image fields of the multi-image field are illuminated with an equivalent number of particles or electrons per pixel. They are touched. This is, for example, a prerequisite for obtaining individual images with approximately the same brightness.

Bei Inspektionssystemen, die mit Mehrstrahl-Teilchenstrahlsystemen arbeiten, stellt die Verwendung von Teilchenquellen mit hohen Abstrahlwinkeln und gleichzeitig hohen Anforderungen an den Strom pro Einzelstrahl aufgrund der variierenden Abstrahlcharakteristik also eine Herausforderung dar. Ähnliche Anforderungen gibt es auch für andere Vielzahl-Teilchenstrahlsysteme wie z.B. Vielstrahl-Lithographiesysteme.For inspection systems that operate with multi-beam particle beam systems, the use of particle sources with high beam angles and simultaneously high current requirements per individual beam presents a challenge due to the varying beam characteristics. Similar requirements exist for other multi-beam particle beam systems, such as multi-beam lithography systems.

Bei der Verwendung einer Strahlerzeugungsvorrichtung wird deshalb ein Kompromiss eingegangen zwischen der Nutzung eines möglichst großen Abstrahlwinkels eines Teilchenemitters zur Erzeugung eines hohen Gesamtstrahlstromes einerseits und der dabei noch gewährleisteten Strahluniformität andererseits. In der Praxis wird deshalb ein Außenbereich des vom Teilchenemitter erzeugten geladenen Einzel-Teilchenstrahles mittels einer Blende (Anodenblende) abgeschnitten. In diesem Außenbereich ist der Teilchenstrom stark erhöht. Dieser hohe Strahlstrom im Außenbereich erklärt sich durch Feldüberhöhungen an den Außenkanten der flachen Frontfacette einer Emitterspitze. An diesen Außenkanten werden wegen der Feldüberhöhung besonders viele geladene Teilchen emittiert. Genutzt wird bzw. sinnvoll nutzbar ist in einem Vielzahl-Teilchenstrahlsystem aber nur der weitgehend uniforme Abstrahlbereich des Teilchenemitters, also nur die von der flachen Frontfacette emittierten Teilchen bzw. Elektronen, nicht die Teilchen, die aus dem Bereich nahe den Außenkanten der flachen Frontfacette emittiert worden sind.When using a beam generation device, a compromise is therefore made between utilizing the largest possible emission angle of a particle emitter to generate a high total beam flux on the one hand, and ensuring beam uniformity on the other. In practice, an outer region of the charged single-particle beam generated by the particle emitter is therefore cut off by an aperture (anode aperture). In this outer region, the particle flux is significantly increased. This high beam flux in the outer region is explained by field enhancements at the outer edges of the flat front facet of an emitter tip. Due to the field enhancement, a particularly large number of charged particles are emitted at these outer edges. However, in a multi-particle beam system, only the largely uniform emission region of the particle emitter is used, i.e., only the particles or electrons emitted from the flat front facet, not the particles emitted from the region near the outer edges of the flat front facet.

Ein Problem ist außerdem die Tatsache, dass wegen der beschriebenen Problematik in der Strahlerzeugungsvorrichtung aus den emittierten geladenen Teilchen später erzeugte weiter außen liegenden Einzel-Teilchenstrahlen im Vergleich zu zentraler angeordneten Einzel-Teilchenstrahlen vermehrt Aberrationen aufweisen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Anzahl der Einzel-Teilchenstrahlen bzw. deren Feld groß ist bzw. noch weiter erhöht werden soll. Es ist deshalb wünschenswert, die auftretenden Aberrationen auch der außen liegenden Einzel-Teilchenstrahlen zu verringern, und zwar ohne notgedrungen die Anzahl der Einzel-Teilchenstrahlen deswegen zu reduzieren bzw. einen geringeren Abstrahlwinkel des Teilchenemitters für die nachfolgende Erzeugung von Einzel-Teilchenstrahlen zu nutzen.Another problem is that, due to the described issues in the beam generation device, individual particle beams generated later from the emitted charged particles and located further out exhibit more aberrations compared to those arranged more centrally. This is especially true when the number of individual particle beams or their field is large or is to be increased further. It is therefore desirable to reduce the aberrations occurring in the outermost individual particle beams as well, without necessarily reducing the number of individual particle beams or using a smaller emission angle of the particle emitter for the subsequent generation of individual particle beams.

DE 11 2007 000 045 T5 offenbart eine Elektronenkanone für ein Einzelstrahlsystem. Es ist eine Idee der DE 11 2007 000 045 T5 , eine Feldstärke am Emitter bzw. der Kathode zu erhöhen, um einen Substanzverlust bzw. die auftretende Sublimation am Emitter bzw. der Kathode zu verringern und eine längere Verwendung der Elektronenkanone zu ermöglichen. Um dies zu erreichen, schlägt die DE 11 2007 000 045 T5 im Prinzip zwei Maßnahmen vor:

  1. (a) Die Extraktorelektrode wird als sphärisch konkave Fläche ausgebildet. In der Nähe der Elektronenemissionsfläche ist bei einer sphärisch konkaven Ausbildung der Extraktorelektrode ein starker Intensitätsanstieg des elektrischen Feldes zu verzeichnen. (b) Als weitere Maßnahme zur Steigerung der elektrischen Feldstärke in der Nähe der Elektronenemissionsfläche wird eine spitzere Kathode mit einem Konuswinkel von 50° oder weniger vorgeschlagen. In der DE 11 2007 000 045 T5 wird die Nutzung eines großen Abstrahlwinkels nicht thematisiert. Es geht zudem nirgends um die Verringerung von Aberrationen. Strahlstromuniformitäten von einer Vielzahl von Elektronenstrahlen werden für das Einzelstrahlsystem der DE 11 2007 000 045 T5 ebenfalls nicht diskutiert.
DE 11 2007 000 045 T5 reveals an electron gun for a single-beam system. It is an idea of DE 11 2007 000 045 T5 , to increase the field strength at the emitter or cathode in order to reduce substance loss or sublimation at the emitter or cathode and to allow for longer use of the electron gun. To achieve this, the DE 11 2007 000 045 T5 Basically, two measures are proposed:
  1. (a) The extractor electrode is designed as a spherically concave surface. Near the electron emission surface, a strong increase in the intensity of the electric field is observed with a spherically concave extractor electrode. (b) As a further measure to increase the electric field strength near the electron emission surface, a more pointed cathode with a cone angle of 50° or less is proposed. In the DE 11 2007 000 045 T5 The use of a large beam angle is not addressed. Furthermore, the reduction of aberrations is not discussed anywhere. Beam current uniformity from a multitude of electron beams is not considered for the single-beam system of the DE 11 2007 000 045 T5 also not discussed.

DE 10 2019 005 362 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Vielzahl-Teilchenstrahlsystems an unterschiedlichen Arbeitspunkten. Für jeden der Arbeitspunkte ist es möglich, die numerische Apertur so einzustellen, dass die Auflösung des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems optimal ist. Dabei wird als Randbedingung der Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel-Teilchenstrahlen auf der abzurasternden Probe konstant gehalten. Es erfolgen zur Variation der numerischen Apertur keinerlei mechanische Umbauten am System. DE 10 2019 005 362 A1 This document discloses a method for operating a multi-particle beam system at different operating points. For each operating point, the numerical aperture can be adjusted to optimize the resolution of the multi-particle beam system. As a boundary condition, the beam spacing between adjacent single-particle beams on the sample being scanned is kept constant. No mechanical modifications to the system are required to vary the numerical aperture.

US 2019/0198284 A1 diskutiert die Ausbildung einer Spitze, insbesondere bei einem Schottky-Emitter, in einem Einzelstrahlsystem. Der Emitter ist drahtartig ausgebildet und hat an seiner Spitze eine Elektronenemissionsfläche. Diese Elektronenemissionsfläche hat eine auf bestimmte Weise gekrümmte Oberfläche, die dazu dient, die virtuelle Quelle punktförmiger zu machen und dadurch einen besseren Richtstrahlwert zu erhalten. Es wird eine Extraktorelektrode mit einer sphärischen Form gezeigt, die konzentrisch zur sphärischen Form der Oberfläche der Spitze ausgebildet ist. Die elektrische Potenzialverteilung ist sphärisch symmetrisch und Elektronen werden in einer Richtung ausgesendet. Eine virtuelle Trajektorie konvergiert in einem sphärischen Mittelpunkt. Ein sphärischer Extraktor wird hier also in dem Zusammenhang offenbart, dass er den Durchmesser der virtuellen Quelle verringert. US 2019/0198284 A1 This paper discusses the formation of a tip, particularly in a Schottky emitter, within a single-beam system. The emitter is wire-like and has an electron emission surface at its tip. This electron emission surface has a specifically curved shape, which serves to make the virtual source more point-like and thus achieve a better directional beam. An extractor electrode with a spherical shape is shown, which is concentric to the spherical shape of the tip's surface. The electrical potential distribution is spherically symmetrical, and electrons are emitted in one direction. A virtual trajectory converges at a spherical center point. A spherical extractor is thus revealed here in the context of reducing the diameter of the virtual source.

US 2007/0228922 A1 offenbart verschiedene Typen von Elektronenkanonen. Der Aufbau dieser Elektronenkanonen zeigt unter anderem eine sogenannte „beam drawing electrode“ mit einer „convex spherical shape“. Es werden verschiedene Simulationen für verschiedene Typen von Elektronenkanonen offenbart. US 2007/0228922 A1 The diagram reveals various types of electron guns. The structure of these electron guns includes, among other things, a so-called "beam drawing electrode" with a "convex" "Spherical shape". Various simulations for different types of electron guns are revealed.

US 4 218 635 A offenbart konkav geformte Elektroden und insbesondere eine Anode. Die gesamte Elektronenkanone ist aber völlig anders aufgebaut als heutige Elektronenkanonen, wie sie in modernen Vielstrahl-Teilchenstrahlsystemen verbaut würden. US 4 218 635 A It reveals concave-shaped electrodes and, in particular, an anode. However, the entire electron gun is constructed completely differently from today's electron guns, such as those used in modern multi-beam particle beam systems.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Teilchenstrahlsystem, das mit einer Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen arbeitet, bereitzustellen, das auch bei einer Verwendung einer großen Anzahl von Einzel-Teilchenstrahlen und gleichzeitig hohem Strahlstrom für jeden Einzel-Teilchenstrahl eine hohe Strahl-Uniformität zwischen den Einzel-Teilchenstrahlen gewährleistet und Aberrationen der Einzel-Teilchenstrahlen reduziert. Bei einer Strahlerzeugungsvorrichtung für das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem soll ein großer Aperturbereich möglichst homogen ausgeleuchtet werden.The object of the present invention is therefore to provide a particle beam system operating with a plurality of charged single-particle beams, which ensures high beam uniformity between the individual particle beams and reduces aberrations of the individual particle beams, even when using a large number of single-particle beams and simultaneously a high beam current for each individual particle beam. In a beam generation device for the plurality-particle beam system, a large aperture area should be illuminated as homogeneously as possible.

Die Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.The problem is solved by the independent patent claims. Advantageous embodiments of the invention are described in the dependent patent claims.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, existierende Strahlerzeugungsvorrichtungen für Teilchenstrahlsysteme speziell an die oben beschriebenen Anforderungen von Vielzahl-Teilchenstrahlsystemen anzupassen. Es wird vorgeschlagen, eine Extraktorelektrode sphärisch auszulegen bzw. als Kugelkalotte zu formen. Dadurch kann am Teilchenemitter bzw. an der Emitterspitze ein isotropes elektrisches Feld erzeugt werden. Dadurch wird zum einen ein großer Aperturbereich des Teilchenemitters nutzbar, zum anderen kann die Entstehung von sphärischen Aberrationen dadurch prinzipiell vermieden werden.The invention is based on the idea of adapting existing beam generation devices for particle beam systems specifically to the requirements of multi-particle beam systems described above. It is proposed to design an extractor electrode spherically or to shape it as a spherical cap. This allows an isotropic electric field to be generated at the particle emitter or at the emitter tip. This enables the utilization of a large aperture range of the particle emitter and, in principle, prevents the formation of spherical aberrations.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf eine Strahlerzeugungsvorrichtung für ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, insbesondere für ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop, das mit einer Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen arbeitet, wobei die Strahlerzeugungsvorrichtung Folgendes aufweist:

  • einen Teilchenemitter mit einer Kathodenspitze zum Emittieren geladener Teilchen insbesondere mittels thermischer Feldemission, die einen geladenen Teilchenstrahl bilden;
  • eine Suppressorelektrode, die den Teilchenemitter zumindest teilweise umgibt, wobei zwischen der Kathodenspitze und der Suppressorelektrode im Betrieb eine Suppressorspannung anliegt,
  • eine Extraktorelektrode, die von der Kathodenspitze beabstandet ist und die die geladenen Teilchen mittels einer zwischen der Kathodenspitze und der Extraktorelektrode im Betrieb anliegenden Extraktionsspannung aus der Kathodenspitze extrahiert; und
  • eine Anodenelektrode, die von der Kathodenspitze weiter beabstandet ist als die Extraktorelektrode und die die extrahierten geladenen Teilchen mittels einer zwischen der Kathodenspitze und der Anodenelektrode im Betrieb anliegenden Beschleunigungsspannung weiter beschleunigt,
  • wobei die Extraktorelektrode eine Form aufweist, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht,
  • wobei die Suppressorelektrode eine Form aufweist, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht.
According to a first aspect of the invention, this relates to a beam generating device for a plurality of particle beam system, in particular for a multi-beam particle microscope operating with a plurality of charged single-particle beams, wherein the beam generating device comprises the following:
  • a particle emitter with a cathode tip for emitting charged particles, in particular by means of thermal field emission, which form a charged particle beam;
  • a suppressor electrode that at least partially surrounds the particle emitter, with a suppressor voltage applied between the cathode tip and the suppressor electrode during operation,
  • an extractor electrode spaced apart from the cathode tip, which extracts the charged particles from the cathode tip by means of an extraction voltage applied between the cathode tip and the extractor electrode during operation; and
  • an anode electrode that is further away from the cathode tip than the extractor electrode and that further accelerates the extracted charged particles by means of an accelerating voltage applied between the cathode tip and the anode electrode during operation,
  • wherein the extractor electrode has a shape that includes or consists of a spherical cap,
  • wherein the suppressor electrode has a shape that includes or consists of a spherical cap.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf eine Strahlerzeugungsvorrichtung für ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, insbesondere für ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop, das mit einer Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen arbeitet, wobei die Strahlerzeugungsvorrichtung Folgendes aufweist:

  • einen Teilchenemitter mit einer Kathodenspitze zum Emittieren geladener Teilchen, insbesondere mittels thermischer Feldemission, die einen geladenen Teilchenstrahl bilden;
  • eine Extraktorelektrode, die von der Kathodenspitze beabstandet ist und die die geladenen Teilchen mittels einer zwischen der Kathodenspitze und der Extraktorelektrode im Betrieb anliegenden Extraktionsspannung aus der Kathodenspitze extrahiert; und
  • eine Anodenelektrode, die von der Kathodenspitze weiter beabstandet ist als die Extraktorelektrode und die die extrahierten geladenen Teilchen mittels einer zwischen der Kathodenspitze und der Anodenelektrode im Betrieb anliegenden Beschleunigungsspannung weiter beschleunigt,
  • wobei die Extraktorelektrode eine Form aufweist, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht,
  • wobei die Anodenelektrode eine Form aufweist, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht,
  • wobei die Kugelkalotte der Extraktorelektrode einen Kugelmittelpunkt ME aufweist,
  • wobei die Kugelkalotte der Anodenelektrode einen Kugelmittelpunkt MA aufweist,
  • wobei die Positionen der beiden Kugelmittelpunkte ME und MA miteinander übereinstimmen.
According to a second aspect of the invention, it relates to a beam generating device for a plurality of particle beam system, in particular for a multi-beam particle microscope operating with a plurality of charged single-particle beams, wherein the beam generating device comprises the following:
  • a particle emitter with a cathode tip for emitting charged particles, in particular by means of thermal field emission, which form a charged particle beam;
  • an extractor electrode spaced apart from the cathode tip, which extracts the charged particles from the cathode tip by means of an extraction voltage applied between the cathode tip and the extractor electrode during operation; and
  • an anode electrode that is further away from the cathode tip than the extractor electrode and that further accelerates the extracted charged particles by means of an accelerating voltage applied between the cathode tip and the anode electrode during operation,
  • wherein the extractor electrode has a shape that includes or consists of a spherical cap,
  • wherein the anode electrode has a shape that includes or consists of a spherical cap,
  • wherein the spherical cap of the extractor electrode has a spherical center ME,
  • wherein the spherical cap of the anode electrode has a spherical center MA,
  • where the positions of the two sphere centers ME and MA coincide.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf eine Strahlerzeugungsvorrichtung für ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, insbesondere für ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop, das mit einer Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen arbeitet, wobei die Strahlerzeugungsvorrichtung Folgendes aufweist:

  • einen Teilchenemitter mit einer Kathodenspitze zum Emittieren geladener Teilchen insbesondere mittels thermischer Feldemission, die einen geladenen Teilchenstrahl bilden;
  • eine Extraktorelektrode, die von der Kathodenspitze beabstandet ist und die die geladenen Teilchen mittels einer zwischen der Kathodenspitze und der Extraktorelektrode im Betrieb anliegenden Extraktionsspannung aus der Kathodenspitze extrahiert; und
  • eine Anodenelektrode, die von der Kathodenspitze weiter beabstandet ist als die Extraktorelektrode und die die extrahierten geladenen Teilchen mittels einer zwischen der Kathodenspitze und der Anodenelektrode im Betrieb anliegenden Beschleunigungsspannung weiter beschleunigt,
  • eine Kondensorelektrode, die weiter von der Kathodenspitze beabstandet ist als die Anodenelektrode,
  • wobei die Extraktorelektrode eine Form aufweist, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht,
  • wobei die Anodenelektrode eine Form aufweist, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht,
  • wobei die Kondensorelektrode eine Form aufweist, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht.
According to a third aspect of the invention, it relates to a beam generating device for a plurality of particle beam system, in particular for a multi-beam particle microscope operating with a plurality of charged single-particle beams, wherein the beam generating device comprises the following:
  • a particle emitter with a cathode tip for emitting charged particles, in particular by means of thermal field emission, which form a charged particle beam;
  • an extractor electrode spaced apart from the cathode tip, which extracts the charged particles from the cathode tip by means of an extraction voltage applied between the cathode tip and the extractor electrode during operation; and
  • an anode electrode that is further away from the cathode tip than the extractor electrode and that further accelerates the extracted charged particles by means of an accelerating voltage applied between the cathode tip and the anode electrode during operation,
  • a condenser electrode that is further away from the cathode tip than the anode electrode,
  • wherein the extractor electrode has a shape that includes or consists of a spherical cap,
  • wherein the anode electrode has a shape that includes or consists of a spherical cap,
  • wherein the condenser electrode has a shape that includes or consists of a spherical cap.

Der Begriff Kugelkalotte wird in Zusammenhang mit dieser Patentanmeldung wie in der Mathematik üblich definiert. Die Anforderung an die Form einer Kugelkalotte muss dabei im Wesentlichen erfüllt sein. Es ist beispielsweise möglich, dass die Kugelkalotte eine oder mehrere Öffnungen beispielsweise für den Durchtritt von geladenen Teilchen aufweist. Es ist auch möglich, dass nur eine innere oder eine äußere Oberfläche der Kugelkalotte eine exakte Sphäre aufweist. Sinnvollerweise wird die oder werden die Oberflächen der Extraktorelektrode eine exakte Kugelkalottenform aufweisen, an denen es aus teilchenoptischen Gründen besonders wichtig ist, dass auf dieser Oberfläche die Feldlinien des elektrostatischen Feldes exakt senkrecht stehen. Außerdem hat eine Strahlerzeugungsvorrichtung normalerweise eine Vorzugsrichtung hinsichtlich des emittierten Teilchenstrahles, nämlich entlang der teilchenoptischen Achse Z. Die Form der Extraktorelektrode als Kugelkalotte liegt dann zumindest in dem Bereich um die teilchenoptische Achse Z herum und zumindest auf der Seite vor, die der Kathodenspitze zugewandt ist. Weiter entfernte Bereiche oder Außenbereiche der Extraktorelektrode können auch eine andere Form als die einer Kugelkalotte aufweisen.The term "spherical cap" is defined in this patent application in accordance with standard mathematical practice. The requirement for the shape of a spherical cap must be essentially fulfilled. For example, the spherical cap may have one or more openings, such as for the passage of charged particles. It is also possible that only an inner or outer surface of the spherical cap has a perfect sphere. Ideally, the surface(s) of the extractor electrode will have a perfect spherical cap shape, as it is particularly important for particle optics reasons that the field lines of the electrostatic field are exactly perpendicular to this surface. Furthermore, a beam-generating device typically has a preferred direction with respect to the emitted particle beam, namely along the particle-optical axis Z. The extractor electrode then has a spherical cap shape at least in the region around the particle-optical axis Z and at least on the side facing the cathode tip. More distant regions or outer areas of the extractor electrode may have a shape other than that of a spherical cap.

Die in Zusammenhang mit der vorliegenden Patentanmeldung verwendeten Begriffe Kathode und Anode sind nicht einschränkend hinsichtlich der Art der vom Teilchenemitter emittierten geladenen Teilchen zu verstehen. Zum besseren Verständnis der Erfindung werden aber die Begriffe so verwendet, wie sie Konvention sind, wenn es sich bei den emittierten geladenen Teilchen um Elektronen bzw. Elektronenstrahlen handelt. Bei den geladenen Teilchen kann es sich erfindungsgemäß aber auch um Positronen, Myonen oder Ionen oder andere geladene Teilchen bzw. Teilchenstrahlen handeln. Die Begriffe Kathode und Anode sind dann entsprechend auszulegen.The terms cathode and anode used in connection with the present patent application are not to be understood as restrictive with regard to the type of charged particles emitted by the particle emitter. For a better understanding of the invention, however, the terms are used as they are conventionally when the emitted charged particles are electrons or electron beams. According to the invention, the charged particles can also be positrons, muons, ions, or other charged particles or particle beams. The terms cathode and anode are then to be interpreted accordingly.

Der Teilchenemitter umfasst eine Kathodenspitze. Diese Kathodenspitze ist annähernd punktförmig und bildet somit den Ausgangspunkt des emittierten geladenen Teilchenstrahls. In der Praxis kann die Kathodenspitze der ebenen Endfacette einer Frontfacette einer Wolframkathode entsprechen, die beispielsweise mit einer Zirkonoxidschicht bedampft sein kann. Durch die Zirkonoxidschicht kann eine Austrittsarbeit der Elektronen aus der Wolframkathode erniedrigt werden, sodass eine Aufheizung der Kathode auf etwa 1500°C bereits ausreicht, damit Elektronen aus der Wolfram-Einkristallspitze austreten (thermische Feldemissionskathode bzw. Schottky-Emitter). Der Teilchenemitter mit seiner Kathodenspitze kann aber auch anders ausgebildet sein.The particle emitter includes a cathode tip. This cathode tip is approximately point-like and thus forms the starting point of the emitted charged particle beam. In practice, the cathode tip can correspond to the planar end facet of a front facet of a tungsten cathode, which may, for example, be coated with a zirconium oxide layer. The zirconium oxide layer can lower the work function of the electrons leaving the tungsten cathode, so that heating the cathode to approximately 1500°C is sufficient for electrons to be emitted from the tungsten single-crystal tip (thermal field emission cathode or Schottky emitter). However, the particle emitter with its cathode tip can also be configured differently.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Anodenelektrode eine Öffnung auf, durch die der geladene Teilchenstrahl im Betrieb der Strahlerzeugungsvorrichtung hindurchtritt und deren Größe so bemessen ist, dass der geladene Teilchenstrahl beim Hindurchtreten durch die Öffnung in einem Randbereich beschnitten wird. Dadurch werden die oben schon beschriebenen Intensitätsspitzen des geladenen Teilchenstrahls, die sich aufgrund von Feldüberhöhungen an der Kante der Endfassette bilden können, abgeschnitten. Die Öffnung der Anodenelektrode wird dadurch möglichst homogen ausgeleuchtet. Für eine nachfolgende Bildung von Einzel-Teilchenstrahlen bedeutet dies, dass die Einzel-Teilchenstrahlen jeweils etwa denselben Strahlstrom aufweisen können.According to a preferred embodiment of the invention, the anode electrode has an opening through which the charged particle beam passes during operation of the beam-generating device. The size of this opening is such that the charged particle beam is clipped at the edge as it passes through the opening. This clips the intensity peaks of the charged particle beam, which can form at the edge of the end facet due to field enhancements, as described above. The opening of the anode electrode is thus illuminated as homogeneously as possible. This is beneficial for the subsequent formation of individual particle beams. This means that the individual particle beams can each have approximately the same beam flux.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kugelkalotte der Extraktorelektrode einen Kugelmittelpunkt ME auf, und die Positionen der Kathodenspitze einerseits und des Kugelmittelpunktes ME andererseits stimmen miteinander im Wesentlichen überein. Die Toleranz der Übereinstimmung kann z.B. 50µm oder 20µm oder 10µm absolut betragen oder in der Größenordnung der Größe der Kathodenspitze gewählt werden. Bei dieser Anordnung stehen die elektrischen Feldlinien des Extraktionsfeldes zwischen der Kathodenspitze und der Extraktorelektrode senkrecht auf der Oberfläche der Extraktorelektrode und die Krümmung der Feldlinien von der Kathodenspitze zum Extraktor wird minimiert. An der Kathodenspitze selbst wird deshalb ein isotropes Feld erzeugt. Es kann ein verhältnismäßig großer Aperturbereich des Teilchenemitters bzw. der Kathodenspitze genutzt werden. Dadurch, dass die Extraktorelektrode als Kugelkalotte bzw. als (Teil einer) Kugellinse ausgebildet ist, sind sphärische Aberrationen reduziert. Ganz allgemein gilt, dass bei einer punktförmigen Quelle und deren Abbildung durch perfekte Kugellinsen systembedingt keine sphärischen Aberrationen auftreten. Konkret kann also verhindert werden, dass Außenbereiche des von der Kathodenspitze emittierten Teilchenstrahls bereits aufgrund der Strahlerzeugung sphärische Aberrationen aufweisen. Es ist also prinzipiell möglich, in dem Vielzahl-Teilchenstrahlsystem das Feld aus geladenen Einzel-Teilchenstrahlen zu vergrößern bzw. darin eine höhere Anzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen anzuordnen, sodass die Uniformitäts-Bedingung für die Einzel-Teilchenstrahlen erhalten bleibt.According to a preferred embodiment of the invention, the spherical cap of the extractor electrode has a spherical center ME, and the positions of the cathode tip and the spherical center ME are substantially aligned. The tolerance of this alignment can be, for example, 50 µm, 20 µm, or 10 µm absolute, or it can be on the order of the size of the cathode tip. In this arrangement, the electric field lines of the extraction field between the cathode tip and the extractor electrode are perpendicular to the surface of the extractor electrode, and the curvature of the field lines from the cathode tip to the extractor is minimized. An isotropic field is therefore generated at the cathode tip itself. A relatively large aperture range of the particle emitter or the cathode tip can be utilized. Because the extractor electrode is designed as a spherical cap or as (part of) a spherical lens, spherical aberrations are reduced. In general, it is true that with a point source and its imaging by perfect spherical lenses, no spherical aberrations occur due to the system's inherent properties. Specifically, this prevents the outer regions of the particle beam emitted from the cathode tip from exhibiting spherical aberrations simply as a result of the beam generation process. Therefore, it is fundamentally possible to increase the field of charged single-particle beams in the multi-particle beam system, or to arrange a greater number of charged single-particle beams within it, while still maintaining the uniformity condition for the single-particle beams.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Strahlerzeugungsvorrichtung des Weiteren eine Suppressorelektrode auf, die den Teilchenemitter zumindest teilweise umgibt. Dabei liegt zwischen der Kathodenspitze und der Suppressorelektrode im Betrieb eine Suppressorspannung an. Die Suppressorelektrode weist eine Form auf, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht. Die Form der Suppressorelektrode ist zumindest in Richtung der teilchenoptischen Achse der Strahlerzeugungsvorrichtung Kugelkalotten-förmig. In den Randbereichen kann die Suppressorelektrode auch anders als sphärisch ausgebildet sein.According to a further preferred embodiment of the invention, the beam generating device further comprises a suppressor electrode that at least partially surrounds the particle emitter. During operation, a suppressor voltage is applied between the cathode tip and the suppressor electrode. The suppressor electrode has a shape that encompasses or consists of a spherical cap. The shape of the suppressor electrode is spherical cap-shaped at least in the direction of the particle-optical axis of the beam generating device. In the peripheral regions, the suppressor electrode can also have a shape other than spherical.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Suppressorelektrode eine Öffnung auf, durch die der Teilchenemitter der Kathodenspitze hervorragt. Aufgrund dieser Anordnung wird verhindert, dass aus anderen Bereichen des Teilchenemitters, die nicht der Kathodenspitze zuzurechnen sind, Elektronen bzw. geladene Teilchen aus dem Teilchenemitter austreten.According to a further preferred embodiment of the invention, the suppressor electrode has an opening through which the particle emitter of the cathode tip protrudes. This arrangement prevents electrons or charged particles from escaping the particle emitter from other areas of the particle emitter that are not part of the cathode tip.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kugelkalotte der Suppressorelektrode einen Kugelmittelpunkt MS auf und die Kugelkalotte der Extraktorelektrode weist einen Kugelmittelpunkt ME auf. Dabei stimmen die Positionen der beiden Kugelmittelpunkte MS und ME miteinander überein. Die Genauigkeit dieser Übereinstimmung beträgt beispielsweise +/- 50µm oder +/- 10µm. Durch die beschriebene Anordnung der Suppressor-Kugelkalotte und der Extraktor-Kugelkalotte zueinander wird zwischen diesen beiden Elektroden ein Abstand gebildet, der im Westlichen über den gesamten Kugelkalotten-Bereich gleich groß ist. Elektrostatische Feldlinien zwischen der Suppressorelektrode und der Extraktorelektrode stehen wiederum senkrecht auf der jeweiligen Elektrodenoberfläche und die Feldlinienkrümmung ist minimiert. Auch hier handelt es sich also um eine Anordnung mit einer teilchenoptischen Kugellinse, die wiederum die Reduktion von sphärischen Aberrationen ermöglicht. Es ist bei dieser Ausführungsvariante der Erfindung lediglich nicht mehr möglich, dass der Kugelmittelpunkt ME der Extraktor-Kugelkalotte mit der Kathodenspitze des Teilchenemitters übereinstimmt. Dies ist jedoch wiederum nicht notwendig, sollte ein facettierter Emitter verwendet werden.According to a preferred embodiment of the invention, the spherical cap of the suppressor electrode has a spherical center MS, and the spherical cap of the extractor electrode has a spherical center ME. The positions of the two spherical centers MS and ME coincide. The accuracy of this coincidence is, for example, ±50 µm or ±10 µm. Due to the described arrangement of the suppressor and extractor spherical caps relative to each other, a distance is formed between these two electrodes that is uniform across the entire spherical cap area. Electrostatic field lines between the suppressor and extractor electrodes are perpendicular to the respective electrode surfaces, and the curvature of the field lines is minimized. This arrangement also incorporates a particle-optical spherical lens, which in turn enables the reduction of spherical aberrations. In this embodiment of the invention, it is simply no longer possible for the center point ME of the extractor spherical cap to coincide with the cathode tip of the particle emitter. However, this is unnecessary if a faceted emitter is used.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gilt für einen minimalen Abstand dSE zwischen der Suppressorelektrode und der Extraktorelektrode folgende Relation: 300µm ≤ dSE ≤ 3000µm, bevorzugt 550µm ≤ dSE ≤ 3000µm oder 1000µm ≤ dSE ≤ 3000µm. Der minimale Abstand dSE kann dabei einem konstanten Abstand zwischen konzentrisch ineinander angeordneten Kugelkalotten entsprechen. Dies muss aber nicht der Fall sein, beispielsweise bei gleichen Radien der Kugelkalotten von Suppressorelektrode und Extraktorelektrode.According to a preferred embodiment of the invention, the following relationship applies to the minimum distance dSE between the suppressor electrode and the extractor electrode: 300 µm ≤ dSE ≤ 3000 µm, preferably 550 µm ≤ dSE ≤ 3000 µm or 1000 µm ≤ dSE ≤ 3000 µm. The minimum distance dSE can correspond to a constant distance between concentrically arranged spherical caps. However, this need not be the case, for example, if the spherical caps of the suppressor electrode and the extractor electrode have the same radii.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Anodenelektrode eine Form auf, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht. Dabei weist zumindest der Bereich der Anodenelektrode in Richtung der teilchenoptischen Achse Z bzw. um diese herum die Form einer Kugelkalotte auf. In Randbereichen kann die Form der Anodenelektrode von der Form der Kugelkalotte abweichen. Auch diese Kugelkalottenform der Anodenelektrode hat einen positiven Einfluss auf die Reduzierung von Aberrationen, insbesondere von sphärischen Aberrationen.According to a further preferred embodiment of the invention, the anode electrode has a shape that comprises or consists of a spherical cap. At least the region of the anode electrode in the direction of, or around, the particle-optical axis Z has the shape of a spherical cap. In peripheral regions, the shape of the anode electrode may deviate from the shape of a spherical cap. This spherical cap shape of the anode electrode also has a positive effect on the reduction of aberrations, in particular spherical aberrations.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kugelkalotte der Extraktorelektrode einen Kugelmittelpunkt ME auf und die Kugelkalotte der Anodenelektrode weist einen Kugelmittelpunkt MA auf. Dabei stimmen die Positionen der beiden Kugelmittelpunkte ME und MA miteinander überein. Die beiden Positionen können beispielsweise bis auf +/-50µm oder +/-10µm übereinstimmen. Es ist möglich, dass die Strahlerzeugungsvorrichtung zum Ausrichten der Extraktorelektrode und der Anodenelektrode zueinander einen Ausrichtungsmechanismus aufweist. Beispielsweise ist es möglich, die Anodenelektrode in einer Ebene orthogonal zur teilchenoptischen Achse Z der Strahlerzeugungsvorrichtung zu verschieben. Zusätzlich oder alternativ kann eine Verschiebemöglichkeit der Anodenelektrode relativ zu Extraktorelektrode entlang der teilchenoptischen Achse Z, also in z-Richtung, vorgesehen sein.According to a further preferred embodiment of the invention, the spherical cap of the extractor electrode has a spherical center ME and the spherical cap of the anode electrode has The beam generating device has a sphere center MA. The positions of the two sphere centers ME and MA coincide. These two positions can coincide to within, for example, +/-50 µm or +/-10 µm. The beam generating device may have an alignment mechanism for aligning the extractor electrode and the anode electrode relative to each other. For example, the anode electrode can be moved in a plane orthogonal to the particle-optical axis Z of the beam generating device. Additionally or alternatively, the device may allow the anode electrode to be moved relative to the extractor electrode along the particle-optical axis Z, i.e., in the z-direction.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Strahlerzeugungsvorrichtung eine Kondensorelektrode auf. Diese ist weiter von der Kathodenspitze beabstandet als die Anodenelektrode. Die Kondensorelektrode weist eine Form auf, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht. Dabei ist es wiederum so, dass die Kugelkalotten-Form der Kondensorelektrode zumindest im Bereich in Richtung der teilchenoptischen Achse Z der Strahlerzeugungsvorrichtung bzw. des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems vorhanden ist. In Randbereichen kann die Form der Kondensorelektrode von der Kugelkalottenform abweichen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist also eine Kondensorelektrode bzw. Kondensorlinse in die Strahlerzeugungsvorrichtung integriert. Diese Integration bietet sich wegen der Kugelkalottenform der Kondensorelektrode an, insbesondere dann, wenn die Kondensorelektrode in spezieller Weise zu der sphärischen Anodenelektrode ausgerichtet ist. According to a further preferred embodiment of the invention, the beam generating device includes a condenser electrode. This electrode is positioned further from the cathode tip than the anode electrode. The condenser electrode has a shape that encompasses or consists of a spherical cap. The spherical cap shape of the condenser electrode is present at least in the region along the particle-optical axis Z of the beam generating device or the multiple particle beam system. In peripheral regions, the shape of the condenser electrode may deviate from the spherical cap shape. In this embodiment of the invention, a condenser electrode or condenser lens is thus integrated into the beam generating device. This integration is advantageous because of the spherical cap shape of the condenser electrode, particularly when the condenser electrode is specifically oriented relative to the spherical anode electrode.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kugelkalotte der Anodenelektrode einen Kugelmittelpunkt MA auf und die Kugelkalotte der Kondensorelektrode weist einen Kugelmittelpunkt MK auf. Dabei stimmen die beiden Kugelmittelpunkte MA und MK miteinander überein. Bei dieser Ausführungsform ist der Abstand zwischen der Anodenelektrode und der Kondensorelektrode über einen weiten Bereich, nämlich über den Bereich der Kugelkalotten, gleich groß. Dies hat wiederum zur Folge, dass die elektrischen Feldlinien zwischen der Anodenelektrode und der Kondensorelektrode jeweils orthogonal zu den Oberflächen der Elektroden orientiert sind und dass die Feldlinienkrümmung minimiert ist, mithin wird wiederum das Feld einer Kugellinse erzeugt. Auch durch diese Maßnahme können wiederum sphärische Aberrationen insbesondere in Randbereichen des emittierten Teilchenstrahls reduziert werden.According to a preferred embodiment of the invention, the spherical cap of the anode electrode has a spherical center MA, and the spherical cap of the condenser electrode has a spherical center MK. The two spherical centers MA and MK coincide. In this embodiment, the distance between the anode electrode and the condenser electrode is constant over a wide area, namely over the area of the spherical caps. This, in turn, results in the electric field lines between the anode electrode and the condenser electrode being oriented orthogonally to the surfaces of the electrodes, and the curvature of the field lines is minimized, thus generating a spherical lens effect. This measure also reduces spherical aberrations, particularly in the edge regions of the emitted particle beam.

Eine Außenseite der Kondensorelektrode muss hingegen nicht unbedingt die Form einer Kugelkalotte aufweisen, diese Seite der Kondensorelektrode weist von dem Teilchenemitter weg. Stattdessen kann die Formgebung der äußeren Oberfläche der Kondensorelektrode so gewählt sein, dass sie mit im teilchenoptischen Strahlengang des Vielzahl-Teilchenstrahlsystem weiter entfernt vom Teilchenemitter angeordneten teilchenoptischen Linsen und den damit erzeugten elektrostatischen oder magnetischen Feldern am besten harmoniert oder technisch zusammenspielt.The outer surface of the condenser electrode, however, does not necessarily have to have the shape of a spherical cap; this side of the condenser electrode faces away from the particle emitter. Instead, the shape of the outer surface of the condenser electrode can be chosen so that it best harmonizes or interacts with the particle-optical lenses located further away from the particle emitter in the particle-optical beam path of the multiple particle beam system, and with the electrostatic or magnetic fields they generate.

Insgesamt ist es möglich, dass die Suppressorelektrode, die Extraktorelektrode, die Anodenelektrode und bevorzugt auch die Kondensorelektrode eine Sequenz von Kugelkalotten bilden, deren Kugelmittelpunkte idealerweise miteinander übereinstimmen.Overall, it is possible that the suppressor electrode, the extractor electrode, the anode electrode and preferably also the condenser electrode form a sequence of spherical caps whose sphere centers ideally coincide.

Die Abstände zwischen den verschiedenen Kugelkalotten können jeweils identisch sein, sie können aber auch innerhalb der Sequenz von Kugelkalotten variieren. Für sämtliche Elektroden der Strahlerzeugungsvorrichtung, die eine Form aufweisen, die eine Kugelkalotte umfasst oder die aus einer Kugelkalotte besteht, gilt folgendes: Die Elektroden können auf unterschiedliche Weise hergestellt werden. Die Elektroden selbst können beispielsweise aus einem Metallblech bestehen. Dieses kann mittels einer Form rundgepresst werden. Eine Elektrodenöffnung kann dann beispielsweise unter Verwendung von mikro-EDM (Englisch „electrical discharge machining“) oder mittels Laserbohren erzeugt werden. Eine Alternative zum Rundpressen ist auch der Aufbau der Elektroden mittels 3D-Druck: Zum einen kann ein metallischer 3D-Druck für die Herstellung verwendet werden. Es ist aber auch möglich, einen Plastik-3D-Druck für die Herstellung zu verwenden und die so hergestellte Form, die Kugelkalottenform, anschließend metallisch zu beschichten. Die hier aufgeführten Herstellungsverfahren für eine Elektrode in Kugelkalottenform sind nicht abschließend zu verstehen.The spacing between the individual spherical caps can be identical, but it can also vary within a sequence of spherical caps. The following applies to all electrodes of the beam generation device that have a shape encompassing or consisting of a spherical cap: The electrodes can be manufactured in various ways. The electrodes themselves can, for example, consist of a metal sheet. This can be pressed into a cylindrical shape using a die. An electrode opening can then be created, for example, using micro-EDM (electrical discharge machining) or laser drilling. An alternative to pressing is the fabrication of the electrodes using 3D printing: A metallic 3D print can be used for manufacturing. However, it is also possible to use a plastic 3D print and subsequently coat the resulting spherical cap shape with a metallic coating. The manufacturing methods for a spherical cap electrode listed here are not exhaustive.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Extraktorelektrode eine singuläre Öffnung für das Hindurchtreten des geladenen Teilchenstrahls auf. Diese Öffnung ist bevorzugt rund und kann beispielsweise einen Radius von etwa 150µm, 170µm, 190µm 200µm, 210µm 220µm, 300µm oder einen anderen Radius aufweisen.According to a preferred embodiment of the invention, the extractor electrode has a single opening for the passage of the charged particle beam. This opening is preferably round and can, for example, have a radius of about 150 µm, 170 µm, 190 µm, 200 µm, 210 µm, 220 µm, 300 µm, or another radius.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist die Extraktorelektrode anstelle der singulären Öffnung einen Teilchendurchtrittsbereich auf, der eine Vielzahl von Aperturen umfasst, durch die der geladene Teilchenstrahl unter Bildung einer Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen hindurchtritt. Diese Ausführungsform dient wiederum der Reduktion von Aberrationen im Vielzahl-Teilchenstrahlsystem: Eine Ursache für Aberrationen ist die Coulomb-Wechselwirkung der geladenen Teilchen miteinander. Ein Großteil der ursprünglich erzeugten geladenen Teilchen wird in dem Vielzahl-Teilchenstrahlsystem aber gar nicht für die Bilderzeugung benötigt, sondern beispielsweise mittels einer Filterplatte, insbesondere im Bereich des Multistrahl-Generators, herausgeschnitten. Mit dem beschriebenen Teilchendurchtrittsbereich in der Extraktorelektrode kann dieses Ausdünnen der geladenen Teilchen bzw. die Erzeugung einer Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen schon früher und quellennäher erfolgen, weshalb im weiteren Verlauf des teilchenoptischen Strahlenganges Aberrationen aufgrund von Coulomb-Wechselwirkung geringer sind. Der beschriebene Teilchendurchtrittsbereich kann anstelle einer Filterplatte im Bereich des Multistrahl-Generators oder zusätzlich zu einer weiteren Filterplatte, insbesondere im Bereich des Multistrahl-Generators, vorgesehen sein.According to an alternative embodiment of the invention, the extractor electrode, instead of having a single opening, has a particle passage region comprising a plurality of apertures through which the charged particle beam passes, forming a plurality of single-particle beams. This embodiment, in turn, serves to reduce aberrations in the plurality-particle beam system: One cause of aberrations is the Coulomb interaction of the charged particles with each other. A large proportion of the originally generated charged particles are not actually needed for image generation in the multi-particle beam system, but are instead filtered out, for example, by a filter plate, particularly in the area of the multi-beam generator. With the described particle pass-through region in the extractor electrode, this thinning of the charged particles, or the generation of a multitude of individual particle beams, can occur earlier and closer to the source. Therefore, aberrations due to Coulomb interaction are reduced further along the particle-optical beam path. The described particle pass-through region can be used instead of a filter plate in the area of the multi-beam generator or in addition to another filter plate, particularly in the area of the multi-beam generator.

Außerdem ist es so, dass durch das Vorsehen eines Teilchendurchtrittsbereichs anstelle der singulären Öffnung das elektrische Feld nicht wie bei einer singulären Öffnung stark verbogen ist. Durch das fehlende Verbiegen der Feldlinien ist es wiederum möglich, Aberrationen noch weiter zu reduzieren.Furthermore, by providing a particle passage region instead of a singular opening, the electric field is not as strongly bent as it would be with a singular opening. The absence of bending in the field lines, in turn, makes it possible to further reduce aberrations.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Suppressorelektrode eine singuläre Öffnung auf. Dies ist wiederum der Standardfall.According to another preferred embodiment of the invention, the suppressor electrode has a single opening. This is again the standard case.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Anodenelektrode anstelle der singulären Öffnung einen Teilchendurchtrittsbereich auf, der eine Vielzahl von Aperturen umfasst, durch die der geladene Teilchenstrahl unter Bildung einer Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen hindurchtritt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung erfolgt das beschriebene Ausdünnen der geladenen Teilchen und damit das Unterdrücken von Coulomb-Wechselwirkungen ebenfalls gut.According to a further preferred embodiment of the invention, the anode electrode, instead of having a single opening, has a particle passage region comprising a plurality of apertures through which the charged particle beam passes, forming a plurality of individual particle beams. In this embodiment of the invention, the described thinning of the charged particles and thus the suppression of Coulomb interactions also occurs effectively.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Teilchendurchtrittsbereich der Extraktorelektrode und/oder der Anodenelektrode im Wesentlichen planar ausgebildet. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist der Teilchendurchtrittsbereich im Wesentlichen gekrümmt ausgebildet. Bevorzugt folgt er der Form der Kugelkalotte der jeweiligen Elektrode, in der der Teilchendurchtrittsbereich angeordnet ist. Beide Ausführungsvarianten (planar oder gekrümmt) generieren nur geringe Aberrationen.According to a preferred embodiment of the invention, a particle passage region of the extractor electrode and/or the anode electrode is essentially planar. According to an alternative embodiment, the particle passage region is essentially curved. Preferably, it follows the shape of the spherical cap of the respective electrode in which the particle passage region is arranged. Both embodiments (planar or curved) generate only minor aberrations.

Im Falle einer singulären Öffnung ist es auch möglich, die Form der Öffnung selbst bzw. den konkreten Wandverlauf der Öffnung so zu wählen, dass aufgrund der Formgebung innerhalb der Öffnung entlang der z-Richtung der Strahlerzeugungsvorrichtung Aberrationen, die durch die Öffnung hervorgerufen werden, reduziert werden.In the case of a singular opening, it is also possible to choose the shape of the opening itself or the specific wall profile of the opening in such a way that, due to the shaping within the opening along the z-direction of the beam generating device, aberrations caused by the opening are reduced.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gilt für einen minimalen Abstand dKA zwischen der Kathodenspitze und der Anodenelektrode folgende Relation: 5,0mm ≤ dKA ≤ 14,0mm, bevorzugt 6,0mm ≤ dKA ≤ 11,0mm und höchst bevorzugt 7,5mm ≤ dKA ≤ 9,5mm.According to a preferred embodiment of the invention, the following relationship applies for a minimum distance dKA between the cathode tip and the anode electrode: 5.0 mm ≤ dKA ≤ 14.0 mm, preferably 6.0 mm ≤ dKA ≤ 11.0 mm and most preferably 7.5 mm ≤ dKA ≤ 9.5 mm.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gilt für eine Größe dA der Öffnung der Anodenelektrode folgende Relation: dA ≥ 180µm, bevorzugt dA ≥ 200µm oder höchst bevorzugt dA ≥ 220µm. Zusätzlich oder alternativ gilt für einen Gesamtstrahlstrom Ig, der im Betrieb die Öffnung der Anodenblende durchsetzt, folgende Relation: Ig ≥ 1µA oder Ig ≥ 10µA, bevorzugt Ig ≥ 100µA.According to a further preferred embodiment of the invention, the following relationship applies for an anode electrode opening size dA: dA ≥ 180 µm, preferably dA ≥ 200 µm, or most preferably dA ≥ 220 µm. Additionally or alternatively, the following relationship applies for a total beam current Ig passing through the anode aperture during operation: Ig ≥ 1 µA or Ig ≥ 10 µA, preferably Ig ≥ 100 µA.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen für eine Strahlerzeugungsvorrichtung können ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden, sofern durch die Kombination keine technischen Widersprüche hervorgerufen werden.The embodiments of a beam-generating device described above can be combined wholly or partially, provided that the combination does not cause any technical contradictions.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem mit einer Strahlerzeugungsvorrichtung wie vorstehend in mehreren Ausführungsvarianten beschrieben. Das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem kann beispielsweise als Vielzahl-Teilchenmikroskop ausgebildet sein. Es kann auch als Vielzahl-Lithographiesystem gebildet sein.According to a second aspect of the invention, it relates to a multi-particle beam system with a beam-generating device as described above in several embodiments. The multi-particle beam system can, for example, be configured as a multi-particle microscope. It can also be configured as a multi-lithography system.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung arbeitet das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem mit einer Vielzahl N von Einzel-Teilchenstrahlen, wobei gilt: N ≥ 61, insbesondere N ≥ 91 oder N ≥ 100. Je größer das Feld der Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen ist, desto mehr ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Strahlerzeugungsvorrichtung von Bedeutung. Mit einem Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, das über eine erfindungsgemäße Strahlerzeugungsvorrichtung verfügt, kann eine notwendige Strahluniformität auch von noch mehr Einzel-Teilchenstrahlen gut realisiert werden, beispielsweise von 1027 Teilchenstrahlen oder noch mehr Teilchenstrahlen.According to a preferred embodiment of the invention, the multiple particle beam system operates with a multiple N of individual particle beams, where N ≥ 61, in particular N ≥ 91 or N ≥ 100. The larger the field of the multiple individual particle beams, the more important the inventive design of the beam generation device becomes. With a multiple particle beam system that has a beam generation device according to the invention, the necessary beam uniformity can be readily achieved even with a larger number of individual particle beams, for example, 10²⁷ particle beams or even more.

Die Erfindung wird noch besser verstanden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Dabei zeigen:

  • 1: zeigt ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem in schematischer Darstellung;
  • 2: zeigt schematisch eine Strahlerzeugungsvorrichtung;
  • 3: zeigt schematisch eine Strahlerzeugungsvorrichtung;
  • 4: zeigt schematisch eine Strahlerzeugungsvorrichtung;
  • 5: zeigt schematisch eine Strahlerzeugungsvorrichtung;
  • 6: zeigt schematisch eine Strahlerzeugungsvorrichtung;
  • 7: zeigt schematisch eine Strahlerzeugungsvorrichtung;
  • 8: zeigt schematisch Strahltrajektorien gemäß einer ersten Ausführungsvariante;
  • 9: zeigt schematisch Strahltrajektorien gemäß einer zweiten Ausführungsvariante;
  • 10: zeigt schematisch eine Strahlerzeugungsvorrichtung mit einem Teilchendurchtrittsbereich zur Bildung einer Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen; und
  • 11: zeigt schematisch eine Strahlerzeugungsvorrichtung mit einem Teilchendurchtrittsbereich zur Bildung einer Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen.
The invention will be better understood with reference to the accompanying figures. These show:
  • 1 : shows a multi-particle beam system in schematic representation;
  • 2 : schematically shows a beam generating device;
  • 3 : schematically shows a beam generating device;
  • 4 : schematically shows a beam generating device;
  • 5 : schematically shows a beam generating device;
  • 6 : schematically shows a beam generating device;
  • 7 : schematically shows a beam generating device;
  • 8 : schematically shows beam trajectories according to a first implementation variant;
  • 9 : schematically shows beam trajectories according to a second implementation variant;
  • 10 Figure 1 schematically shows a beam generation device with a particle passage area for the formation of a multitude of single-particle beams; and
  • 11 Figure 1 schematically shows a beam generation device with a particle passage area for the formation of a multitude of single-particle beams.

1 zeigt schematisch ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem 1 in Form eines Vielstrahl-Teilchenmikroskops 1. Das Vielstrahl-Teilchenmikroskop 1 verfügt über eine Strahlerzeugungsvorrichtung 300 mit einer Teilchenquelle, beispielsweise einer Elektronenquelle. Mittels der Strahlerzeugungsvorrichtung 300 werden geladenen Teilchen bzw. Elektronen beispielsweise mittels thermischer Feldemission erzeugt. Die emittierten geladenen Teilchen bilden einen divergierenden Teilchenstrahl 309, dieser wird durch eine Abfolge von Kondensorlinsen 303.1 und 303.2 kollimiert und trifft auf einen Vielstrahl-Teilchengenerator 305 mit einer Multiaperturanordnung. Der Vielstrahl-Teilchengenerator 305 umfasst mehrere Multiaperturplatten 304, 306 und eine Feldlinse 307. Durch den Vielstrahl-Teilchengenerator 305 wird eine Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen 3 bzw. Einzel-Elektronenstrahlen 3 erzeugt, die in einem Feld angeordnet sind, welches auf ein weiteres Feld abgebildet wird, welches durch Strahlflecken 5 in der Objektebene 101 gebildet wird. Der Abstand zwischen Mittelpunkten von Aperturen einer Multiaperturplatte 306 kann beispielsweise 5 µm, 100 µm oder 200 µm betragen. Die Durchmesser D der Aperturen sind kleiner als der Abstand der Mittelpunkte der Aperturen, Beispiele der Durchmesser sind das 0,2-Fache, das 0,4-Fache und das 0,8-Fache der Abstände zwischen den Mittelpunkten der Aperturen. 1 Figure 1 schematically shows a multi-beam particle beam system 1 in the form of a multi-beam particle microscope 1. The multi-beam particle microscope 1 has a beam generation device 300 with a particle source, for example, an electron source. Charged particles or electrons are generated by the beam generation device 300, for example, by thermal field emission. The emitted charged particles form a diverging particle beam 309, which is collimated by a sequence of condenser lenses 303.1 and 303.2 and strikes a multi-beam particle generator 305 with a multi-aperture arrangement. The multi-beam particle generator 305 comprises several multi-aperture plates 304, 306 and a field lens 307. The multi-beam particle generator 305 produces a multitude of single-particle beams 3 or single-electron beams 3, which are arranged in a field that is projected onto another field formed by beam spots 5 in the object plane 101. The distance between the centers of apertures of a multi-aperture plate 306 can be, for example, 5 µm, 100 µm, or 200 µm. The diameters D of the apertures are smaller than the distance between the centers of the apertures; examples of diameters are 0.2 times, 0.4 times, and 0.8 times the distances between the centers of the apertures.

Die Multiaperturanordnung 305 und die Feldlinse 308 sind dazu konfiguriert, in einer Fläche 321 eine Vielzahl von Fokuspunkten 323 von Primärstrahlen 3 in einer Rasteranordnung zu erzeugen. Die Fläche 321 muss keine ebene Fläche sein, sondern kann eine sphärisch gekrümmte Fläche sein, um eine Bildfeldwölbung des nachfolgenden teilchenoptischen Systems vorzuhalten.The multi-aperture arrangement 305 and the field lens 308 are configured to generate a multitude of focal points 323 of primary beams 3 in a grid arrangement on a surface 321. The surface 321 need not be a flat surface, but can be a spherically curved surface to accommodate field curvature of the subsequent particle optical system.

Das Vielstrahl-Teilchenmikroskop 1 umfasst des Weiteren ein System von elektromagnetischen Linsen 103 und eine Objektivlinse 102, die die Strahlfoki 323 aus der Zwischenbildfläche 321 in die Objektebene 101 verkleinert abbilden. Die ersten Einzel-Teilchenstrahlen 3 passieren dazwischen die Strahlweiche 400 und ein kollektives Strahlablenkungssystem 500, mit welchem die Vielzahl der ersten Einzel-Teilchenstrahlen 3 im Betrieb abgelenkt wird und das Bildfeld abgescannt wird. Die in die Objektebene 101 auftreffenden ersten Einzel-Teilchenstrahlen 3 bilden beispielsweise ein im Wesentlichen regelmäßiges Feld, wobei Abstände zwischen benachbarten Auftrefforten 5 beispielsweise 1 µm, 10 µm oder 40 µm betragen können. Das durch die Auftrefforte 5 gebildete Feld kann beispielsweise eine rechteckige oder eine hexagonale Symmetrie aufweisen.The multi-beam particle microscope 1 further comprises a system of electromagnetic lenses 103 and an objective lens 102, which reduce the size of the beam foci 323 from the intermediate image plane 321 onto the object plane 101. The first individual particle beams 3 pass through the beam splitter 400 and a collective beam deflection system 500, which deflects the multitude of the first individual particle beams 3 during operation and scans the image field. The first individual particle beams 3 incident on the object plane 101 form, for example, a substantially regular field, with distances between adjacent point locations 5 being, for example, 1 µm, 10 µm, or 40 µm. The field formed by the point locations 5 can, for example, have a rectangular or hexagonal symmetry.

Das zu untersuchende Objekt 7 kann von einer beliebigen Art sein, beispielsweise ein Halbleiterwafer oder eine biologische Probe, und es kann eine Anordnung miniaturisierter Elemente oder dergleichen umfassen. Die Oberfläche 15 des Objekts 7 ist in der Objektebene 101 der Objektivlinse 102 angeordnet. Die Objektivlinse 102 kann eine oder mehrere elektronenoptische Linsen umfassen. Es kann sich beispielsweise um eine magnetische Objektivlinse und/oder eine elektrostatische Objektivlinse handeln.The object 7 to be examined can be of any type, for example a semiconductor wafer or a biological sample, and it can comprise an array of miniaturized elements or the like. The surface 15 of the object 7 is located in the object plane 101 of the objective lens 102. The objective lens 102 can comprise one or more electron-optical lenses. It can be, for example, a magnetic objective lens and/or an electrostatic objective lens.

Die auf das Objekt 7 treffenden Primärteilchen 3 generieren Wechselwirkungsprodukte wie beispielsweise Sekundärelektronen, Rückstreuelektronen oder Primärteilchen, die aus anderweitigen Gründen eine Bewegungsumkehr erfahren haben, welche von der Oberfläche des Objekts 7 oder von der ersten Ebene 101 bzw. Objektebene 101 ausgehen. Die von der Oberfläche 15 des Objekts 7 ausgehenden Wechselwirkungsprodukte werden durch die Objektivlinse 102 zu sekundären Teilchenstrahlen 9 geformt. Dabei durchsetzen die Sekundärstrahlen 9 nach der Objektivlinse 102 die Strahlweiche 400 und werden einem Projektionssystem 200 zugeführt. Das Projektionssystem 200 verfügt über ein Abbildungssystem 205 mit Projektionslinsen 206, 208 und 210, eine Kontrastblende 214 und einen Multi-Teilchendetektor 207. Auftrefforte 25 der zweiten Einzel-Teilchenstrahlen 9 auf Detektionsbereiche des Multi-Teilchendetektors 207 liegen in einem dritten Feld mit einem regelmäßigen Abstand zueinander. Beispielhafte Werte sind 10 µm, 100 µm und 200 µm.The primary particles 3 striking object 7 generate interaction products such as secondary electrons, backscattered electrons, or primary particles that have undergone a reversal of motion for other reasons. These products originate from the surface of object 7 or from the first plane 101 or object plane 101. The interaction products emanating from the surface 15 of object 7 are shaped into secondary particle beams 9 by the objective lens 102. After passing through the objective lens 102, the secondary beams 9 pass through the beam splitter 400 and are directed to a projection system 200. The projection system 200 comprises an imaging system 205 with projection lenses 206, 208, and 210, a contrast diaphragm 214, and a multi-particle detector 207. The impact points 25 of the second single-particle beams 9 on the detection areas of the multi-particle detector 207 are located in a third field at regular intervals. Exemplary values are 10 µm, 100 µm, and 200 µm.

Das Vielstrahl-Teilchenmikroskop 1 weist des Weiteren ein Computersystem oder eine Kontrolleinheit oder Steuerung 10 auf, die ihrerseits einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein kann, und das bzw. die sowohl zur Steuerung der einzelnen teilchenoptischen Komponenten des Vielstrahl-Teilchenmikroskops 1 ausgebildet ist als auch zur Auswertung und Analyse der mit dem Multi-Detektor 207 bzw. der Detektionseinheit gewonnenen Signale.The multi-beam particle microscope 1 further comprises a computer system or control unit or controller 10, which in turn is a single unit or may be designed in multiple parts, and which is designed both for controlling the individual particle-optical components of the multi-beam particle microscope 1 and for evaluating and analyzing the signals obtained with the multi-detector 207 or the detection unit.

Die erfindungsgemäße Strahlenerzeugungsvorrichtung kann in das in 1 gezeigte Vielzahl-Teilchenstrahlsystem 1 integriert werden.The radiation generation device according to the invention can be integrated into the 1 The multi-particle beam system 1 shown can be integrated.

Weitergehende Informationen zu solchen Vielstrahl-Teilchenstrahlsystemen bzw. Vielstrahl-Teilchenmikroskopen 1 und darin eingesetzten Komponenten, wie etwa Teilchenquellen, Multiaperturplatte und Linsen, kann aus den internationalen Patentanmeldungen WO 2005 / 024881 A2 , WO 2007 / 028595 A2 , WO 2007 / 028596 A1 , WO 2011 / 124352 A1 und WO 2007 / 060017 A 2 und den deutschen Patentanmeldungen DE 10 2013 016 113 A1 und DE 10 2013 014 976 A1 erhalten werden, deren Offenbarung vollumfänglich durch Inbezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.Further information on such multi-beam particle beam systems or multi-beam particle microscopes 1 and the components used therein, such as particle sources, multi-aperture plates and lenses, can be found in the international patent applications. WO 2005 / 024881 A2 , WO 2007 / 028595 A2 , WO 2007 / 028596 A1 , WO 2011 / 124352 A1 and WO 2007 / 060017 A 2 and the German patent application DE 10 2013 016 113 A1 and DE 10 2013 014 976 A1 will be obtained, the disclosure of which is fully incorporated into the present application by reference.

2 zeigt schematisch eine Strahlerzeugungsvorrichtung 300 gemäß dem Stand der Technik. Die Strahlerzeugungsvorrichtung 300 umfasst einen Teilchenemitter 350 mit einer Kathodenspitze 351 zum Emittieren geladener Teilchen, beispielsweise von Elektronen. Des Weiteren umfasst die Strahlerzeugungsvorrichtung 300 eine Extraktorelektrode 353 sowie optional eine Suppressorelektrode 356. Teilchenemitter, Suppressorelektrode und Extraktorelektrode bilden gemeinsam den sogenannten Strahlkopf. Dies ist in 2 durch das punktierte Viereck 366 angedeutet. Die Suppressorelektrode 356 und die Extraktorelektrode 353 weisen jeweils eine Zylinderform auf mit einem zylindrischen Mantel und einem flachen Frontbereich: Der flache Frontbereich 359 der Suppressorelektrode 356 umfasst eine Öffnung 360, durch die die Kathodenspitze 351 hervorragt. Die Extraktorelektrode 353 weist einen ebenen Frontbereich 357 auf, der wiederum über eine Öffnung 358 verfügt. Diese Öffnung wird von dem emittierten Teilchenstrahl 352 durchsetzt. Der Teilchenstrahl 352 trifft sodann auf eine Anodenelektrode 354 bzw. Anodenblende 354, die eben ausgebildet ist und eine Öffnung 355 aufweist. Mittels dieser Öffnung 355 wird der geladene Teilchenstrahl 352 beschnitten und erhält die Form des divergierenden Teilchenstrahls 309, der auch in 1 schematisch dargestellt ist. 2 Figure 1 schematically shows a beam generation device 300 according to the prior art. The beam generation device 300 comprises a particle emitter 350 with a cathode tip 351 for emitting charged particles, for example, electrons. Furthermore, the beam generation device 300 comprises an extractor electrode 353 and, optionally, a suppressor electrode 356. The particle emitter, suppressor electrode, and extractor electrode together form the so-called beam head. This is shown in 2 as indicated by the dotted rectangle 366. The suppressor electrode 356 and the extractor electrode 353 each have a cylindrical shape with a cylindrical shell and a flat front region: The flat front region 359 of the suppressor electrode 356 includes an opening 360 through which the cathode tip 351 protrudes. The extractor electrode 353 has a flat front region 357, which in turn has an opening 358. This opening is penetrated by the emitted particle beam 352. The particle beam 352 then strikes an anode electrode 354 or anode aperture 354, which is flat and has an opening 355. By means of this opening 355, the charged particle beam 352 is truncated and takes the form of the diverging particle beam 309, which is also in 1 is shown schematically.

Die Anodenelektrode 354 kann relativ zum Strahlkopf 366 verschoben werden, und zwar sowohl in z-Richtung als auch in einer Ebene orthogonal zur teilchenoptischen Achse Z.The anode electrode 354 can be moved relative to the beam head 366, both in the z-direction and in a plane orthogonal to the particle-optical axis Z.

Im Betrieb der Strahlerzeugungsvorrichtung 300 bzw. im Betrieb des zugehörigen Vielzahl-Teilchenstrahlsystems 1 liegt zwischen der Kathodenspitze 351 und der Extraktorelektrode 353 eine Extraktionsspannung von beispielsweise einigen kV an, beispielsweise etwa +/- 2kV, +/- 3kV, +/- 4kV oder +/- 5kV.During operation of the beam generating device 300 or during operation of the associated multi-particle beam system 1, an extraction voltage of, for example, a few kV is applied between the cathode tip 351 and the extractor electrode 353, for example, approximately +/- 2kV, +/- 3kV, +/- 4kV or +/- 5kV.

Zwischen der Kathodenspitze 351 und der Anodenelektrode 354 liegt im Betrieb eine Beschleunigungsspannung von einigen 10kV an, beispielsweise +/- 10 kV, +/- 25kV, +/- 27kV, +/- 30kV, +/- 35kV, +/- 40kV oder deutlich mehr, beispielsweise bis hin zu +/- 300kV. Dabei ist es bevorzugt so, dass die Anodenelektrode 354 auf Erdpotential liegt oder nur mit einer Niederspannung beaufschlagt ist, während am Teilchenemitter 350 die eigentliche Hochspannung anliegt.Between the cathode tip 351 and the anode electrode 354, an accelerating voltage of several tens of kV is applied during operation, for example, ±10 kV, ±25 kV, ±27 kV, ±30 kV, ±35 kV, ±40 kV or significantly higher, for example up to ±300 kV. Preferably, the anode electrode 354 is at ground potential or is only subjected to a low voltage, while the actual high voltage is applied to the particle emitter 350.

Zwischen der optional vorgesehenen Suppressorelektrode 356 und dem Teilchenemitter 350 liegt im Betrieb der Strahlerzeugungsvorrichtung 300 eine Suppressorspannung an, die beispielsweise einige 100 Volt betragen kann, z. B. +/- 200V, +/- 300V, +/- 400V, +/- 500V oder +/- 600V.During operation of the beam generation device 300, a suppressor voltage is applied between the optionally provided suppressor electrode 356 and the particle emitter 350, which can be, for example, several hundred volts, e.g. +/- 200V, +/- 300V, +/- 400V, +/- 500V or +/- 600V.

In 2 sind die beschriebenen Spannungen zwischen den Elektroden schematisch dargestellt für den Fall, dass die Teilchenquelle 350 Elektronen emittiert. Bei einer Emission von positiv geladenen Teilchen würden sich die Verhältnisse umkehren. Das in 2 dargestellte Beispiel ist insofern nicht einschränkend zu verstehen. Gleiches gilt für die folgenden Figuren, in denen auch wiederum lediglich beispielhaft solche Teilchenemitter dargestellt sind, die negativ geladene Teilchen bzw. Elektronen emittieren.In 2 The described voltages between the electrodes are schematically represented for the case where the particle source emits 350 electrons. With the emission of positively charged particles, the relationships would be reversed. This is shown in 2 The example shown should therefore not be understood as restrictive. The same applies to the following figures, which again only illustrate particle emitters that emit negatively charged particles or electrons.

3 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Strahlerzeugungsvorrichtung 300. Die Strahlerzeugungsvorrichtung 300 weist wiederum einen Teilchenemitter 350 mit einer Kathodenspitze 351 zum Emittieren geladener Teilchen, insbesondere mittels thermischer Feldemission, auf. Die emittierten geladenen Teilchen bilden einen geladenen Teilchenstrahl (in 3 nicht explizit dargestellt). Die Strahlerzeugungsvorrichtung 300 umfasst des Weiteren eine Extraktorelektrode 353, die von der Kathodenspitze 351 beabstandet ist und die die geladenen Teilchen mittels einer zwischen der Kathodenspitze 351 und der Extraktorelektrode 353 im Betrieb der Strahlerzeugungsvorrichtung 300 anliegenden Extraktionsspannung aus der Kathodenspitze 351 extrahiert. Des Weiteren umfasst die Strahlerzeugungsvorrichtung 300 eine Anodenelektrode 354, die von der Kathodenspitze 351 weiter beabstandet ist als die Extraktorelektrode 353 und die die extrahierten geladenen Teilchen mittels einer zwischen der Kathodenspitze 351 und der Anodenelektrode 354 im Betrieb der Strahlerzeugungsvorrichtung 300 anliegenden Beschleunigungsspannung weiter beschleunigt. Erfindungsgemäß weist die Extraktorelektrode 353 eine Form auf, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht. Im gezeigten Beispiel besteht die Form der Extraktorelektrode 353 aus einer Kugelkalotte. Zumindest im Bereich um die teilchenoptische Achse Z herum ist aber eine Kugelkalottenform der Extraktorelektrode 353 stets vorgesehen. Im gezeigten Beispiel weist die Extraktorelektrode 353 eine kreisförmige Öffnung 358 auf. Diese wird im Betrieb von den geladenen Teilchen, die von dem Teilchenemitter 350 emittiert werden, durchsetzt. Die emittierten Teilchen treffen sodann auf die Anodenelektrode 354 und werden durch diese beschnitten. Nur ein Teil der geladenen Teilchen durchsetzt die im gezeigten Beispiel kreisförmige Öffnung 355 mit dem Durchmesser dA der Anodenelektrode 354. 3 Figure 1 schematically shows an embodiment of a beam generating device 300. The beam generating device 300 in turn has a particle emitter 350 with a cathode tip 351 for emitting charged particles, in particular by means of thermal field emission. The emitted charged particles form a charged particle beam (in 3 (not explicitly shown). The beam generating device 300 further comprises an extractor electrode 353, which is spaced apart from the cathode tip 351 and which extracts the charged particles from the cathode tip 351 by means of an extraction voltage applied between the cathode tip 351 and the extractor electrode 353 during operation of the beam generating device 300. The beam generating device 300 further comprises an anode electrode 354, which is spaced further apart from the cathode tip 351 than the extractor electrode 353 and which extracts the charged particles by means of an extraction voltage applied between the cathode tip 351 and the anode electrode 354 during operation of the beam generating device. The accelerating voltage applied to the electrode is further accelerated. According to the invention, the extractor electrode 353 has a shape that comprises or consists of a spherical cap. In the example shown, the shape of the extractor electrode 353 consists of a spherical cap. However, at least in the region around the particle-optical axis Z, a spherical cap shape is always provided for the extractor electrode 353. In the example shown, the extractor electrode 353 has a circular opening 358. During operation, this opening is penetrated by the charged particles emitted by the particle emitter 350. The emitted particles then strike the anode electrode 354 and are clipped by it. Only a portion of the charged particles penetrate the circular opening 355, which in the example shown has the diameter dA of the anode electrode 354.

Im gezeigten Beispiel weist die Kugelkalotte der Extraktorelektrode 353 einen Kugelmittelpunkt ME auf, dessen Position der Position der Kathodenspitze 351 entspricht. Das elektrische Feld zwischen Kathodenspitze 351 und der dem Teilchenemitter 350 zugewandten Oberfläche der Extraktorelektrode 353 bildet also an der Kathodenspitze 351 ein isotropes elektrisches Feld aus. Die von der Spitze 351 emittierten geladenen Teilchen befinden sich also im Feld einer Kugellinse, das geometriebedingt frei von sphärischen Aberrationen ist. Deswegen ist es möglich, einen größeren Aperturbereich von der Teilchenquelle 351 zu nutzen als bei der in 2 dargestellten Variante einer Strahlerzeugungsvorrichtung 300. Für die an den Elektroden in 3 anliegenden Spannungen gilt im Prinzip dasselbe, wie dies bereits in Zusammenhang mit 2 beschrieben wurde. Die anliegenden Spannungen bewegen sich jeweils im selben Bereich. Zusätzlich kann bei diesem Ausführungsbeispiel auch eine zylinderförmige bzw. im Frontbereich flache Suppressorelektrode 356 wie in 2 dargestellt vorgesehen sein (in 3 nicht explizit dargestellt).In the example shown, the spherical cap of the extractor electrode 353 has a spherical center ME whose position corresponds to the position of the cathode tip 351. The electric field between the cathode tip 351 and the surface of the extractor electrode 353 facing the particle emitter 350 thus forms an isotropic electric field at the cathode tip 351. The charged particles emitted from the tip 351 are therefore located in the field of a spherical lens, which, due to its geometry, is free of spherical aberrations. For this reason, it is possible to utilize a larger aperture range from the particle source 351 than in the example shown. 2 The illustrated variant of a beam generating device 300. For the electrodes in 3 The same principle applies to the applied tensions as already stated in connection with 2 as described. The applied voltages are in the same range. In addition, in this embodiment, a cylindrical or, in the front region, flat suppressor electrode 356 can also be used, as described in 2 depicted as intended (in 3 (not explicitly shown).

Für eine Größe dA der Öffnung 355 der Anodenelektrode 354 kann im gezeigten Beispiel folgende Relation gelten: dA ≥ 180µm bevorzugt dA ≥ 200µm und höchst bevorzugt dA ≥ 220µm. Zusätzlich oder alternativ kann für einen Gesamtstrahlstrom Ig, der im Betrieb die Öffnung 355 der Anodenblende 354 durchsetzt, die folgende Relation gelten: Ig ≥ 1µA oder Ig ≥ 10µA oder Ig ≥ 100µA.For a size dA of the opening 355 of the anode electrode 354, the following relationship can apply in the example shown: dA ≥ 180 µm, preferably dA ≥ 200 µm, and most preferably dA ≥ 220 µm. Additionally or alternatively, for a total beam current Ig passing through the opening 355 of the anode aperture 354 during operation, the following relationship can apply: Ig ≥ 1 µA, Ig ≥ 10 µA, or Ig ≥ 100 µA.

Zusätzlich oder alternativ kann für einen minimalen Abstand dKA zwischen der Kathodenspitze 351 und der Anodenelektrode 354 folgende Relation gelten: 5,0mm ≤ dKA ≤ 14,0mm, bevorzugt 6,0mm ≤ dKA ≤ 11,0mm oder höchst bevorzugt 7,5mm ≤ dKA ≤ 9,5mm. Der minimale Abstand dKA zwischen der Kathodenspitze 351 wird in 3 auf der teilchenoptischen Achse Z gemessen, und zwar bis zum Beginn der Öffnung 355. Die Abstände in 3 sind (wie auch in allen anderen Figuren) nicht maßstabsgetreu dargestellt.Additionally or alternatively, the following relationship can apply for a minimum distance dKA between the cathode tip 351 and the anode electrode 354: 5.0 mm ≤ dKA ≤ 14.0 mm, preferably 6.0 mm ≤ dKA ≤ 11.0 mm, or most preferably 7.5 mm ≤ dKA ≤ 9.5 mm. The minimum distance dKA between the cathode tip 351 is determined in 3 Measured on the particle-optical axis Z, specifically up to the beginning of aperture 355. The distances in 3 are (as in all other figures) not depicted to scale.

4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strahlerzeugungsvorrichtung 300. Anders als das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel weist die Anodenelektrode 354 eine Form auf, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht. In dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Form der Anodenelektrode 354 aus einer Kugelkalotte. Die Kugelkalotte weist einen Radius rA auf. Demgegenüber weist die Kugelkalotte der Extraktorelektrode 353 einen Radius rE auf. Die Kugelkalotte der Extraktorelektrode 354 weist einen Kugelmittelpunkt ME auf und die Kugelkalotte der Anodenelektrode weist einen Kugelmittelpunkt MA auf. Die Positionen der beiden Kugelmittelpunkte ME und MA stimmen miteinander im Wesentlichen überein. Im gezeigten Beispiel stimmen die Kugelmittelpunkte ME und MA des Weiteren im Wesentlichen mit der Position der Kathodenspitze 351 überein. Durch die spezielle Anordnung aus Kugelkalotten-förmiger Extraktorelektrode 353 und Kugelkalotten-förmiger Anodenelektrode 354 ist es möglich, Aberrationen weiter zu reduzieren. Den größten Anteil an dieser Reduktion hat allerdings die sphärische Ausgestaltung der Extraktorelektrode 353. Im gezeigten Beispiel ist der Abstand zwischen der Anodenelektrode 354 und der Extraktorelektrode 353 zumindest um den Bereich der teilchenoptischen Achse Z herum konstant. In den Randbereichen ist diese Konstanz nicht exakt gegeben bzw. muss auch nicht exakt gegeben sein. 4 Figure 3 shows a further embodiment of the beam generating device 300 according to the invention. Unlike the one in Figure 300, the beam generating device shown in Figure 300 is shown in Figure 300. 3 In the illustrated embodiment, the anode electrode 354 has a shape that comprises or consists of a spherical cap. In the embodiment shown 4 In the illustrated embodiment, the anode electrode 354 is shaped like a spherical cap. The spherical cap has a radius r<sub> A </sub>. In contrast, the spherical cap of the extractor electrode 353 has a radius r<sub> E </sub>. The spherical cap of the extractor electrode 354 has a spherical center ME, and the spherical cap of the anode electrode has a spherical center MA. The positions of the two spherical centers ME and MA are essentially identical. In the illustrated example, the spherical centers ME and MA also essentially coincide with the position of the cathode tip 351. The specific arrangement of the spherical extractor electrode 353 and the spherical anode electrode 354 makes it possible to further reduce aberrations. The greatest contribution to this reduction, however, is due to the spherical design of the extractor electrode 353. In the example shown, the distance between the anode electrode 354 and the extractor electrode 353 is constant at least around the region of the particle-optical axis Z. In the boundary regions, this constancy is not exactly given, nor does it need to be.

5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Strahlerzeugungsvorrichtung 300. Anders als in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Strahlerzeugungsvorrichtung 300 des Weiteren eine Kondensorelektrode 361 auf, die weiter von der Kathodenspitze 351 beabstandet ist als die Anodenelektrode 354. Dabei weist die Kondensorelektrode 361 eine Form auf, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht. Im gezeigten Beispiel besteht die Anoden-nahe Oberfläche 362 der Kondensorelektrode 361 aus einer Kugelkalottenform. Die Anoden-ferne Oberfläche 367 ist im gezeigten Beispiel zwar ebenfalls sphärisch ausgebildet, der Mittelpunkt dieser Sphäre entspricht aber nicht dem gemeinsamen Mittelpunkt mit der Kugelkalotten-förmigen Anoden-nahen Oberfläche 362. Im gezeigten Beispiel entsprechen die Mittelpunkte der Kondensorelektrode MK, der Anodenelektrode MA und der Extraktorelektrode ME einander im Wesentlichen. Im gezeigten Beispiel stimmen sie des Weiteren mit der Position der Kathodenspitze 351 überein. Durch das Übereinstimmen der Mittelpunkte MK und MA ist es auch im elektrostatischen Feld zwischen der Anodenelektrode 354 und der Extraktorelektrode 361 so, dass die Feldlinien auf der Oberfläche der Elektroden senkrecht stehen. Dadurch wird also wiederum im Wesentlichen das elektrostatische Feld einer Kugellinse ausgebildet, was Aberrationen noch weiter reduzieren kann. Zusätzlich kann bei diesem Ausführungsbeispiel auch eine zylinderförmige bzw. im Frontbereich flache Suppressorelektrode 356 wie in 2 dargestellt vorgesehen sein (in 5 nicht explizit dargestellt). 5 shows a further embodiment of a beam generating device 300 according to the invention. Unlike in the 4 In the illustrated embodiment, the beam generating device 300 further comprises a condenser electrode 361, which is located further from the cathode tip 351 than the anode electrode 354. The condenser electrode 361 has a shape that encompasses or consists of a spherical cap. In the illustrated example, the surface 362 of the condenser electrode 361 closest to the anode is spherical. While the surface 367 furthest from the anode is also spherical in the illustrated example, its center point does not coincide with the common center point of the spherical cap-shaped surface 362 closest to the anode. In the illustrated example, the centers of the condenser electrode MK, the anode electrode MA, and the extractor electrode ME are essentially identical. Furthermore, in the illustrated example, they coincide with the position of the cathode tip 351. Due to the coincidence of the centers MK and MA, it is also possible in the electrostatic The field between the anode electrode 354 and the extractor electrode 361 is arranged such that the field lines on the surface of the electrodes are perpendicular. This essentially creates the electrostatic field of a spherical lens, which can further reduce aberrations. Additionally, in this embodiment, a cylindrical or, in the front region, flat suppressor electrode 356 can also be used, as shown in 2 depicted as intended (in 5 (not explicitly shown).

6 zeigt eine weitere Ausführungsvariante für eine Strahlerzeugungsvorrichtung 300, bei der neben einer sphärischen Extraktorelektrode 353 auch eine sphärische Suppressorelektrode 356 vorgesehen ist. Die Suppressorelektrode 356 umgibt den Teilchenemitter 350 zumindest teilweise, im gezeigten Beispiel weist die Suppressorelektrode 356 eine Öffnung 360 auf, durch die der Teilchenemitter 350 mit der Kathodenspitze 351 hervorragt. Im gezeigten Beispiel besteht die Form der Suppressorelektrode 356 aus einer Kugelkalotte. Es ist aber auch möglich, dass die Form der Suppressorelektrode 356 lediglich eine Kugelkalotte umfasst, dies sollte dann im Bereich um die teilchenoptische Achse Z herum der Fall sein. Weiter außen liegende Bereiche der Suppressorelektrode 356 sind für die teilchenoptischen Eigenschaften der Strahlerzeugungsvorrichtung nicht so entscheidend. 6 Figure 1 shows another embodiment of a beam generation device 300, in which, in addition to a spherical extractor electrode 353, a spherical suppressor electrode 356 is also provided. The suppressor electrode 356 surrounds the particle emitter 350 at least partially. In the example shown, the suppressor electrode 356 has an opening 360 through which the particle emitter 350 protrudes with its cathode tip 351. In the example shown, the shape of the suppressor electrode 356 consists of a spherical cap. However, it is also possible for the shape of the suppressor electrode 356 to consist solely of a spherical cap; this should then be the case in the region around the particle-optical axis Z. Areas of the suppressor electrode 356 located further outwards are not as critical for the particle-optical properties of the beam generation device.

Die Kugelkalotte der Suppressorelektrode 356 weist im gezeigten Beispiel einen Radius rS auf, die Extraktorelektrode 353 weist im gezeigten Beispiel einen Radius rE auf. Des Weiteren weist die Kugelkalotte der Suppressorelektrode einen Kugelmittelpunkt MS auf und die Extraktorelektrode 353 weist eine Kugelmittelpunkt ME auf. Die Positionen der beiden Kugelmittelpunkte MS und ME stimmen miteinander überein. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung fallen aber natürlich die beiden Kugelmittelpunkte MS und ME nicht mehr mit der Position der Kathodenspitze 351 zusammen. Dennoch ist das zwischen der Suppressorelektrode 356 und der Extraktorelektrode 353 gebildete elektrostatische Feld das Feld einer Kugellinse und die Feldlinien stehen jeweils senkrecht auf den Oberflächen auf den Elektroden 353 und 356. Die beiden sphärisch ausgebildeten Elektroden 353 und 356 werden im gezeigten Beispiel mit einer nicht-sphärisch ausgebildeten Anodenelektrode 354 kombiniert. Die an der Strahlerzeugungsvorrichtung 300 anliegenden Spannungen entsprechen im Wesentlichen den Spannungen, die beispielhaft in Zusammenhang mit 2 bereits beschrieben worden sind.In the example shown, the spherical cap of the suppressor electrode 356 has a radius r<sub> S </sub>, and the extractor electrode 353 has a radius r<sub> E </sub>. Furthermore, the spherical cap of the suppressor electrode has a spherical center MS, and the extractor electrode 353 has a spherical center ME. The positions of the two spherical centers MS and ME coincide. However, in this embodiment of the invention, the two spherical centers MS and ME no longer coincide with the position of the cathode tip 351. Nevertheless, the electrostatic field formed between the suppressor electrode 356 and the extractor electrode 353 is the field of a spherical lens, and the field lines are perpendicular to the surfaces of the electrodes 353 and 356, respectively. In the example shown, the two spherically shaped electrodes 353 and 356 are combined with a non-spherically shaped anode electrode 354. The voltages applied to the beam generating device 300 essentially correspond to the voltages that are described by way of example in connection with 2 have already been described.

7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Strahlerzeugungsvorrichtung 300. Anders als in 6 ist nun auch die Anodenelektrode 354 sphärisch ausgebildet, das heißt die Anodenelektrode 354 weist eine Form auf, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht. Im gezeigten Beispiel entspricht ein Kugelmittelpunkt der Anodenelektroden-Kugelkalotte MA dem Kugelmittelpunkt ME der sphärischen Extraktorelektrode 353. Im gezeigten Beispiel entsprechen diese beiden Mittelpunkte MA und ME des Weiteren dem Kugelmittelpunkt MS der Suppressorelektrode. Die Extraktor-ferne Oberfläche 364 der Anodenelektrode 354 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel zwar auch sphärisch ausgebildet, der Mittelpunkt dieser Sphäre bzw. Kugelkalotte entspricht aber nicht exakt dem Mittelpunkt MA. Dies könnte aber der Fall sein. 7 Figure 3 shows a further embodiment of a beam generating device 300 according to the invention. Unlike in Figure 300, the embodiment shown in Figure 300 is further illustrated in Figure 300. 6 The anode electrode 354 is now also spherically shaped, meaning that the anode electrode 354 has a shape that encompasses or consists of a spherical cap. In the example shown, the center point MA of the anode electrode's spherical cap corresponds to the center point ME of the spherical extractor electrode 353. In the example shown, these two centers MA and ME also correspond to the center point MS of the suppressor electrode. While the surface 364 of the anode electrode 354 furthest from the extractor is also spherically shaped in the illustrated embodiment, the center point of this sphere or spherical cap does not exactly correspond to the center point MA. However, this could be the case.

Es ist allgemein möglich, die Unterschiede zwischen den einzelnen Radien der Kugelkalotten zu variieren, die Unterschiede könnten aber auch bzw. die Abstände zwischen den einzelnen Schalen können auch konstant gehalten werden. Gesichtspunkte bei der konkreten Auslegung der Strahlerzeugungsvorrichtung können Stabilisierungsfragen der anliegenden Hochspannungen und die Durchschlagsfestigkeit zwischen den Kugelschalen-förmigen Elektroden sein.It is generally possible to vary the differences between the individual radii of the spherical caps, but these differences, or the distances between the individual caps, could also be kept constant. Considerations in the specific design of the beam generation device can include stabilization of the applied high voltages and the dielectric strength between the spherical cap electrodes.

8 zeigt schematisch Strahltrajektorien gemäß einer ersten Ausführungsvariante V1 der Erfindung. Dabei ist in dem obersten Diagramm die x-z-Ebene und in dem unteren Diagramm die y-z-Ebene der Strahltrajektorien dargestellt. Bei der Ausführungsvariante V1 ist eine im Wesentlichen sphärische Suppressorelektrode 356 sowie eine im Wesentlichen sphärische Extraktorelektrode 353 vorgesehen. Die Suppressorelektrode 356 weist eine singuläre Öffnung auf, durch die ein Teilchenemitter 350 mit seiner Kathodenspitze 351 hervorragt. Die Krümmungsradien der Suppressorelektrode 356 und der Extraktorelektrode 353 sind so gewählt, dass bei dieser Ausführungsvariante V1 die dazugehörigen Kugelmittelpunkte MS und ME (nicht eingezeichnet) miteinander übereinstimmen. Die z-Koordinate wurde so festgesetzt, dass die Position der Kathodenspitze 351 exakt bei z=0 angeordnet ist. Dargestellt ist in 8 auch jeweils die Position der Anodenblende 354, wobei die Anodenblende nicht sphärisch, sondern in einem zentralen Bereich um die Anodenöffnung herum planar ausgebildet ist. Die Anodenelektrode 354 beschneidet jeweils den emittierten Teilchenstrahl 352. Die Position der Anodenblende bzw. ihr Abstand dA zur Kathodenspitze 351 beträgt etwas weniger als 11mm. 8 Figure 1 schematically shows beam trajectories according to a first embodiment V1 of the invention. The uppermost diagram depicts the xz-plane and the lower diagram the yz-plane of the beam trajectories. In embodiment V1, a substantially spherical suppressor electrode 356 and a substantially spherical extractor electrode 353 are provided. The suppressor electrode 356 has a singular opening through which a particle emitter 350 protrudes with its cathode tip 351. The radii of curvature of the suppressor electrode 356 and the extractor electrode 353 are selected such that, in this embodiment V1, the corresponding sphere centers MS and ME (not shown) coincide. The z-coordinate was set such that the position of the cathode tip 351 is located exactly at z=0. This is shown in Figure 1. 8 The position of the anode aperture 354 is also specified, whereby the anode aperture is not spherical but planar in a central area around the anode opening. The anode electrode 354 clips the emitted particle beam 352. The position of the anode aperture, or its distance dA from the cathode tip 351, is slightly less than 11 mm.

9 zeigt schematisch Strahltrajektorien gemäß einer zweiten Ausführungsvariante V2. Im Unterschied zu der Ausführungsvariante V1 in 8 ist die sphärische Extraktorelektrode 353 weiter entfernt von der Kathodenspitze 351 angeordnet. Der Krümmungsradius der Extraktorelektrode 353 wurde dabei unverändert belassen. Dadurch ist es bei der in 9 dargestellten Ausführungsvariante so, dass die Kugelmittelpunkte ME und MS der sphärischen Extraktorelektrode 353 und der sphärischen Suppressorelektrode 356 miteinander nicht übereinstimmen. Der Kugelmittelpunkt ME und die Position der Kathodenspitze 351 stimmen im Wesentlichen überein. Das elektrostatische Feld ausgehend von der Kathodenspitze 351 hin zum Extraktor 353 ist also bestmöglich isotrop, was die sphärischen Aberrationen der Strahlerzeugungsvorrichtung 300 bestmöglich reduziert. 9 schematically shows beam trajectories according to a second implementation variant V2. In contrast to the implementation variant V1 in 8 The spherical extractor electrode 353 is positioned further away from the cathode tip 351. The radius of curvature of the extractor electrode 353 was left unchanged. Therefore, it at the in 9 In the illustrated embodiment, the centers ME and MS of the spherical extractor electrode 353 and the spherical suppressor electrode 356 do not coincide. The center ME and the position of the cathode tip 351 essentially coincide. The electrostatic field emanating from the cathode tip 351 towards the extractor 353 is therefore as isotropic as possible, which minimizes the spherical aberrations of the beam-generating device 300.

Bei den in 8 und 9 dargestellten Strahltrajektorien handelt es sich um simulierte Strahltrajektorien, die mittels geeigneter Simulationsprogramme hinsichtlich ihrer teilchenoptischen Eigenschaften weiter ausgewertet werden können. Vorliegend wurden die beiden Ausführungsvarianten V1 und V2 zum einen miteinander und zum anderen mit einer Ausführungsvariante verglichen, bei der die Form der Extraktorelektrode 353 nicht erfindungsgemäß sphärisch, sondern eben bzw. flach ausgestaltet ist. Untersucht wurde für diese drei Ausführungsvarianten die Emittanz, wobei die elektrische Feldstärke des Extraktionsfeldes bei allen drei Ausführungsvarianten konstant eingestellt wurde. Die Emittanz bei den Ausführungsvarianten V1 und V2 ist jeweils deutlich reduziert verglichen mit der ebenen Ausführungsvariante einer Extraktorelektrode: Bei der Ausführungsvariante V1 ist die Emittanz um etwa -32% reduziert, bei der Ausführungsvariante V2 um etwa -21%. Eine reduzierte Emittanz bedeutet aber einen besseren Richtstrahlwert (englisch „brightness“). Durch die sphärische Ausbildung der Extraktorelektrode 353 ist es also möglich, den Richtstrahlwert zu erhöhen, dies gilt auch für den reduzierten Richtstrahlwert, bei dem der Strom nicht nur auf den Raumwinkel und die durchsetzte Fläche, sondern zusätzlich auch auf die Beschleunigungsspannung normiert ist. Je größer der reduzierte Richtstrahlwert ist, desto besser ist die minimal erreichbare Auflösung in einem Vielzahl-Teilchenstrahlsystem. Ursprünglich ist der Richtstrahlwert durch die Teilchenquelle selbst festgelegt, dieser muss jedoch beim Durchgang durch die Teilchenoptik möglichst erhalten werden. Aberrationen verringern den Richtstrahlwert, weshalb die Reduktion der Aberrationen für eine gute Auflösung sehr wichtig ist.In the 8 and 9 The beam trajectories shown are simulated and can be further evaluated with regard to their particle-optical properties using suitable simulation programs. Here, the two embodiments V1 and V2 were compared with each other and with an embodiment in which the shape of the extractor electrode 353 is not spherical according to the invention, but planar or flat. The emittance was investigated for these three embodiments, with the electric field strength of the extraction field being set constant for all three. The emittance of embodiments V1 and V2 is significantly reduced compared to the planar embodiment of an extractor electrode: In embodiment V1, the emittance is reduced by approximately -32%, and in embodiment V2 by approximately -21%. A reduced emittance, however, means a better directional beam (brightness). The spherical design of the extractor electrode 353 makes it possible to increase the directional beam value. This also applies to the reduced directional beam value, where the current is normalized not only to the solid angle and the area penetrated, but also to the accelerating voltage. The higher the reduced directional beam value, the better the minimum achievable resolution in a multi-particle beam system. The directional beam value is initially determined by the particle source itself, but it must be preserved as much as possible during the passage through the particle optics. Aberrations reduce the directional beam value, which is why reducing aberrations is crucial for good resolution.

10 zeigt schematisch eine weitere Strahlerzeugungsvorrichtung 300. Die in 10 dargestellte Ausführungsvariante entspricht dabei im Wesentlichen der in 6 dargestellten Ausführungsvariante. Anders als in 6 ist aber in der Extraktorelektrode 353 um die teilchenoptische Achse Z herum ein Teilchendurchtrittsbereich 365 vorgesehen, durch den der von der Kathodenspitze 351 emittierte geladene Teilchenstrahl unter Bildung einer Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen (nicht dargestellt) hindurchtritt. Im gezeigten Beispiel ist der Teilchendurchtrittsbereich 356 als Filterelement bzw. Filterplatte mit einer Vielzahl von Aperturen ausgebildet. Das Vorsehen eines Teilchendurchtrittsbereichs 365 innerhalb der Extraktorelektrode 353 kann weiter dazu beitragen, Aberrationen zu reduzieren: Der ursprünglich emittierte Teilchenstrahl 352 wird frühzeitig im teilchenoptischen Strahlengang ausgedünnt, was die Coulomb-Wechselwirkung zwischen den geladenen Teilchen bzw. Elektronen stark reduziert. Je früher im teilchenoptischen Strahlengang diese Ausdünnung geschieht, desto besser ist es für die späteren Abbildungseigenschaften bzw. die Uniformität und Qualität der erzeugten Einzel-Teilchenstrahlen. 10 Figure 300 schematically shows another beam generating device. The figure in 10 The depicted design variant essentially corresponds to the one shown in 6 depicted version variant. Unlike in 6 However, a particle passage region 365 is provided in the extractor electrode 353 around the particle-optical axis Z, through which the charged particle beam emitted from the cathode tip 351 passes, forming a multitude of individual particle beams (not shown). In the example shown, the particle passage region 356 is designed as a filter element or filter plate with a multitude of apertures. Providing a particle passage region 365 within the extractor electrode 353 can further contribute to reducing aberrations: The originally emitted particle beam 352 is thinned out early in the particle-optical beam path, which greatly reduces the Coulomb interaction between the charged particles or electrons. The earlier this thinning occurs in the particle-optical beam path, the better it is for the subsequent imaging properties and the uniformity and quality of the generated individual particle beams.

Entsprechend ist im Ausführungsbeispiel gemäß 11 ein Teilchendurchtrittsbereich 365 innerhalb der Anodenelektrode 356 vorgesehen. Auch hier befindet sich der Teilchendurchtrittsbereich 365 in einem Bereich um die teilchenoptische Achse Z herum.Accordingly, in the exemplary embodiment according to 11 A particle passage region 365 is provided within the anode electrode 356. Here too, the particle passage region 365 is located in a region around the particle-optical axis Z.

Sowohl hinsichtlich des Teilchendurchtrittsbereichs 365 in 10 als auch hinsichtlich des Teilchendurchtrittsbereichs 365 in 11 gilt, dass eine Oberfläche des Teilchendurchtrittsbereichs 365 im Wesentlichen planar oder im Wesentlichen gekrümmt ausgebildet sein kann. Die Krümmung sollte vorteilhaft dann im Wesentlichen der Krümmung der entsprechenden Kugelkalotte der jeweiligen Elektrode 353, 356 entsprechen. Die Krümmung kann aber auch anders gewählt werden. Die jeweiligen Öffnungen bzw. die Abmessungen der darin angeordneten Teilchendurchtrittsbereiche 356 sind so klein bemessen, dass die Oberflächenform für die Reduktion von Aberrationen nicht entscheidend ist. Entscheidend ist vielmehr die Reduzierung der Coulomb-Wechselwirkung zwischen verschiedenen geladenen Teilchen. Außerdem ist das Vorsehen eines Teilchendurchtrittsbereich 365 innerhalb der Extraktorelektrode 353 oder innerhalb der Anodenelektrode 354 deshalb von Vorteil, weil die Öffnung innerhalb der Elektroden-Kugelschale jeweils reduziert bzw. weitestgehend geschlossen wird. Dies sorgt dafür, dass das elektrostatische Feld nicht wie im Bereich einer (etwas größeren) singulären Öffnung verbogen wird. Dies hat wiederum einen positiven Einfluss auf die Strahlqualität und das Verringern von Aberrationen. Die Aperturen in den Teilchendurchtrittsbereichen 365 können beispielsweise in der Größenordnung von einigen 100nm bis hin zu wenigen Mikrometern liegen.Both with regard to the particle passage range 365 in 10 as well as with regard to the particle passage range 365 in 11 It is true that the surface of the particle passage region 365 can be essentially planar or essentially curved. Advantageously, the curvature should then essentially correspond to the curvature of the corresponding spherical cap of the respective electrode 353, 356. However, the curvature can also be chosen differently. The respective openings or the dimensions of the particle passage regions 356 arranged therein are dimensioned so small that the surface shape is not crucial for the reduction of aberrations. Rather, the reduction of the Coulomb interaction between different charged particles is crucial. Furthermore, providing a particle passage region 365 within the extractor electrode 353 or within the anode electrode 354 is advantageous because the opening within the electrode spherical shell is reduced or largely closed. This ensures that the electrostatic field is not distorted as it would be in the area of a (somewhat larger) singular opening. This in turn has a positive effect on beam quality and the reduction of aberrations. The apertures in the particle transmission regions 365, for example, can range in size from a few hundred nm to a few micrometers.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nicht einschränkend für die Erfindung zu verstehen. Stattdessen dienen sie nur dem besseren Verständnis der Erfindung.The embodiments of the invention described above are not to be understood as limiting the invention. Instead, they serve only to improve understanding of the invention.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, Vielstrahl-TeilchenmikroskopMulti-beam particle system, multi-beam particle microscope
33
primäre Teilchenstrahlen, erste Einzel-Teilchenstrahlenprimary particle beams, first single-particle beams
55
Strahlflecken, AuftrefforteRay spots, points of impact
77
Objekt, Probe, Waferobject, sample, wafer
99
sekundäre Teilchenstrahlen, zweite Einzel-Teilchenstrahlensecondary particle beams, second single-particle beams
1010
Computersystem, SteuerungComputer system, control
1515
Probenoberfläche, WaferoberflächeSample surface, wafer surface
2525
Bildpunkt eines zweiten Einzel-Teilchenstrahlspixel of a second single-particle beam
101101
ObjektebeneObject level
102102
Objektivlinseobjective lens
103103
FeldlinseField lens
105105
Achseaxis
108108
Strahlüberkreuzung, Cross-OverBeam crossing, crossover
200200
DetektorsystemDetector system
205205
ProjektionslinsensystemProjection lens system
206206
ProjektionslinseProjection lens
207207
Multi-TeilchendetektorMulti-particle detector
208208
ProjektionslinseProjection lens
210210
ProjektionslinseProjection lens
212212
Strahlüberkreuzung, Cross-OverBeam crossing, crossover
214214
Aperturfilter, KontrastblendeAperture filter, contrast aperture
222222
Kollektives Anti-DeflektionssystemCollective anti-deflection system
300300
StrahlerzeugungsvorrichtungBeam generating device
303303
Kollimationslinsensystem, KondensorlinsensystemCollimation lens system, condenser lens system
304304
Multiaperturplatte, FilterplatteMulti-aperture plate, filter plate
305305
Vielstrahl-Teilchengeneratormulti-beam particle generator
306306
MultiaperturplatteMulti-aperture plate
307307
FeldlinseField lens
308308
FeldlinseField lens
309309
TeilchenstrahlParticle beam
311311
Beleuchtender TeilchenstrahlIlluminating particle beam
321321
ZwischenbildebeneIntermediate image plane
323323
StrahlfokiBeam focus
350350
TeilchenemitterParticle emitter
351351
Kathodenspitzecathode tip
352352
geladener Teilchenstrahlcharged particle beam
353353
ExtraktorelektrodeExtractor electrode
354354
Anodenelektrodeanode electrode
355355
singuläre Öffnung der Anodenelektrodesingular opening of the anode electrode
356356
Suppressorelektrodesuppressor electrode
357357
ebener Frontbereich der Extraktorelektrodeflat front area of the extractor electrode
358358
singuläre Öffnung der Extraktorelektrodesingular opening of the extractor electrode
359359
ebener Frontbereich der Suppressorelektrodeflat front area of the suppressor electrode
360360
singuläre Öffnung der Suppressorelektrodesingular opening of the suppressor electrode
361361
KondensorelektrodeCondenser electrode
362362
Anoden-nahe Oberflächesurface near the anode
363363
Extraktor-nahe OberflächeExtractor-near surface
364364
Extraktor-ferne Oberflächeextractor-remote surface
365365
TeilchendurchtrittsbereichParticle passage area
366366
StrahlkopfBeam head
367367
Anoden-ferne OberflächeAnode-distant surface
400400
Strahlweiche, MagnetanordnungBeam switch, magnet arrangement
500500
Scan-AblenkerScan distractor
600600
Verfahrtisch oder PositioniereinrichtungMoving table or positioning device
xx
RichtungDirection
yy
RichtungDirection
zz
RichtungDirection
ZZ
Teilchenoptische AchseParticle optical axis
rEre
Radius ExtraktorelektrodeRadius extractor electrode
rArA
Radius AnodenelektrodeRadius of anode electrode
rSrS
Radius SuppressorelektrodeRadius suppressor electrode
rKrK
Radius KondensorelektrodeRadius condenser electrode
MEME
Kugelmittelpunkt der ExtraktorelektrodeSpherical center of the extractor electrode
MAMA
Kugelmittelpunkt der AnodenelektrodeSpherical center of the anode electrode
MSMS
Kugelmittelpunkt der SuppressorelektrodeSpherical center of the suppressor electrode
MKMK
Kugelmittelpunkt der KondensorelektrodeSpherical center of the condenser electrode
dSEdSE
Abstand zwischen Suppressorelektrode und ExtraktorelektrodeDistance between suppressor electrode and extractor electrode
dAdA
Durchmesser AnodenöffnungAnode opening diameter
dKAdKA
Abstand Kathodenspitze zu AnodenelektrodeDistance between cathode tip and anode electrode

Claims (24)

Strahlerzeugungsvorrichtung (300) für ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem (1), das mit einer Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen (3) arbeitet, wobei die Strahlerzeugungsvorrichtung (300) Folgendes aufweist: Einen Teilchenemitter (350) mit einer Kathodenspitze (351) zum Emittieren geladener Teilchen, die einen geladenen Teilchenstrahl (352) bilden; eine Suppressorelektrode (356), die den Teilchenemitter (350) zumindest teilweise umgibt, wobei zwischen der Kathodenspitze (351) und der Suppressorelektrode (356) im Betrieb eine Suppressorspannung anliegt, eine Extraktorelektrode (353), die von der Kathodenspitze (351) beabstandet ist und die die geladenen Teilchen mittels einer zwischen der Kathodenspitze (351) und der Extraktorelektrode (353) im Betrieb anliegenden Extraktionsspannung aus der Kathodenspitze (351) extrahiert; und eine Anodenelektrode (354), die von der Kathodenspitze (351) weiter beabstandet ist als die Extraktorelektrode (353) und die die extrahierten geladenen Teilchen mittels einer zwischen der Kathodenspitze (351) und der Anodenelektrode (354) im Betrieb anliegenden Beschleunigungsspannung weiter beschleunigt, wobei die Extraktorelektrode (353) eine Form aufweist, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht, und wobei die Suppressorelektrode (356) eine Form aufweist, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht.Beam generating device (300) for a plurality of particle beam system (1) operating with a plurality of charged single-particle beams (3), the beam generating device (300) comprising: A particle emitter (350) with a cathode tip (351) for emitting charged particles forming a charged particle beam (352); A suppressor electrode (356) that at least partially surrounds the particle emitter (350), wherein a suppressor voltage is applied between the cathode tip (351) and the suppressor electrode (356) during operation; An extractor electrode (353) that is spaced apart from the cathode tip (351) and that extracts the charged particles from the cathode tip (351) by means of an extraction voltage applied between the cathode tip (351) and the extractor electrode (353) during operation; and an anode electrode (354) which is further spaced from the cathode tip (351) than the extractor electrode (353) and which further accelerates the extracted charged particles by means of an accelerating voltage applied between the cathode tip (351) and the anode electrode (354) during operation, whereby the extractor electrode (353) has a shape that includes or consists of a spherical cap, and whereby the suppressor electrode (356) has a shape that includes or consists of a spherical cap. Strahlerzeugungsvorrichtung (300) gemäß Anspruch 1, wobei die Anodenelektrode (354) eine Öffnung (355) aufweist, durch die der geladene Teilchenstrahl (352) im Betrieb hindurchtritt und deren Größe so bemessen ist, dass der geladene Teilchenstrahl (352) beim Hindurchtreten durch die Öffnung (355) in einem Randbereich beschnitten wird.Beam generating device (300) according to Claim 1 , wherein the anode electrode (354) has an opening (355) through which the charged particle beam (352) passes during operation and the size of which is such that the charged particle beam (352) is clipped in a marginal region when passing through the opening (355). Strahlerzeugungsvorrichtung (300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Suppressorelektrode (356) eine Öffnung (360) aufweist, durch die der Teilchenemitter (350) mit der Kathodenspitze (351) hervorragt.Beam generating device (300) according to one of the preceding claims, wherein the suppressor electrode (356) has an opening (360) through which the particle emitter (350) protrudes with the cathode tip (351). Strahlerzeugungsvorrichtung (300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kugelkalotte der Suppressorelektrode (356) einen Kugelmittelpunkt MS aufweist, und wobei die Kugelkalotte der Extraktorelektrode (353) einen Kugelmittelpunkt ME aufweist, wobei die Positionen der beiden Kugelmittelpunkte MS und ME miteinander übereinstimmen.Beam generating device (300) according to one of the preceding claims, in which the spherical cap of the suppressor electrode (356) has a spherical center MS, and in which the spherical cap of the extractor electrode (353) has a spherical center ME, in which the positions of the two spherical centers MS and ME coincide. Strahlerzeugungsvorrichtung (300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für einen minimalen Abstand dSE zwischen der Suppressorelektrode (356) und der Extraktorelektrode (353) folgende Relation gilt: 300µm ≤ dSE ≤ 3000µm, insbesondere 550µm ≤ dSE ≤ 800µm oder 1000µm ≤ dSE ≤ 3000µm.Beam generating device (300) according to one of the preceding claims, wherein the following relationship applies for a minimum distance dSE between the suppressor electrode (356) and the extractor electrode (353): 300µm ≤ dSE ≤ 3000µm, in particular 550µm ≤ dSE ≤ 800µm or 1000µm ≤ dSE ≤ 3000µm. Strahlerzeugungsvorrichtung (300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anodenelektrode (354) eine Form aufweist, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht.Beam generating device (300) according to one of the preceding claims, wherein the anode electrode (354) has a shape comprising or consisting of a spherical cap. Strahlerzeugungsvorrichtung (300) für ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem (1), das mit einer Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen (3) arbeitet, wobei die Strahlerzeugungsvorrichtung (300) Folgendes aufweist: einen Teilchenemitter (350) mit einer Kathodenspitze (351) zum Emittieren geladener Teilchen, die einen geladenen Teilchenstrahl (352) bilden; eine Extraktorelektrode (353), die von der Kathodenspitze (351) beabstandet ist und die die geladenen Teilchen mittels einer zwischen der Kathodenspitze (351) und der Extraktorelektrode (353) im Betrieb anliegenden Extraktionsspannung aus der Kathodenspitze (351) extrahiert; und eine Anodenelektrode (354), die von der Kathodenspitze (351) weiter beabstandet ist als die Extraktorelektrode (353) und die die extrahierten geladenen Teilchen mittels einer zwischen der Kathodenspitze (351) und der Anodenelektrode (354) im Betrieb anliegenden Beschleunigungsspannung weiter beschleunigt, wobei die Extraktorelektrode (353) eine Form aufweist, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht, wobei die Anodenelektrode (354) eine Form aufweist, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht, wobei die Kugelkalotte der Extraktorelektrode (353) einen Kugelmittelpunkt ME aufweist, wobei die Kugelkalotte der Anodenelektrode (354) einen Kugelmittelpunkt MA aufweist, wobei die Positionen der beiden Kugelmittelpunkte ME und MA miteinander übereinstimmen.Beam generating device (300) for a plurality of particle beam system (1) operating with a plurality of charged single-particle beams (3), the beam generating device (300) comprising: a particle emitter (350) with a cathode tip (351) for emitting charged particles forming a charged particle beam (352); an extractor electrode (353) spaced apart from the cathode tip (351) and extracting the charged particles from the cathode tip (351) by means of an extraction voltage applied between the cathode tip (351) and the extractor electrode (353) during operation; and an anode electrode (354) which is spaced further away from the cathode tip (351) than the extractor electrode (353) and which further accelerates the extracted charged particles by means of an accelerating voltage applied between the cathode tip (351) and the anode electrode (354) during operation, whereby the extractor electrode (353) has a shape comprising or consisting of a spherical cap, whereby the anode electrode (354) has a shape comprising or consisting of a spherical cap, whereby the spherical cap of the extractor electrode (353) has a spherical center ME, whereby the spherical cap of the anode electrode (354) has a spherical center MA, wherein the positions of the two spherical centers ME and MA coincide. Strahlerzeugungsvorrichtung (300) gemäß Anspruch 7, die des Weiteren eine Kondensorelektrode (361) aufweist, die weiter von der Kathodenspitze (351) beabstandet ist als die Anodenelektrode (354), wobei die Kondensorelektrode (361) eine Form aufweist, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht.Beam generating device (300) according to Claim 7 , which further comprises a condenser electrode (361) which is spaced further away from the cathode tip (351) than the anode electrode (354), wherein the condenser electrode (361) has a shape comprising or consisting of a spherical cap. Strahlerzeugungsvorrichtung (300) gemäß Anspruch 8, wobei die Kugelkalotte der Anodenelektrode (354) einen Kugelmittelpunkt MA aufweist, und wobei die Kugelkalotte der Kondensorelektrode (361) einen Kugelmittelpunkt MK aufweist, wobei die Positionen der beiden Kugelmittelpunkte MA und MK miteinander übereinstimmen.Beam generating device (300) according to Claim 8 , wherein the spherical cap of the anode electrode (354) has a spherical center MA, and wherein the spherical cap of the condenser electrode (361) has a sphere center MK, wherein the positions of the two sphere centers MA and MK coincide. Strahlerzeugungsvorrichtung (300) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Kugelkalotte der Extraktorelektrode (353) einen Kugelmittelpunkt ME aufweist, und wobei die Positionen der Kathodenspitze (351) und des Kugelmittelpunkts ME miteinander übereinstimmen.Beam generating device (300) according to one of the Claims 7 until 9 , wherein the spherical cap of the extractor electrode (353) has a sphere center ME, and wherein the positions of the cathode tip (351) and the sphere center ME coincide. Strahlerzeugungsvorrichtung (300) für ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem (1), das mit einer Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen (3) arbeitet, wobei die Strahlerzeugungsvorrichtung (300) Folgendes aufweist: Einen Teilchenemitter (350) mit einer Kathodenspitze (351) zum Emittieren geladener Teilchen, die einen geladenen Teilchenstrahl (352) bilden; eine Extraktorelektrode (353), die von der Kathodenspitze (351) beabstandet ist und die die geladenen Teilchen mittels einer zwischen der Kathodenspitze (351) und der Extraktorelektrode (353) im Betrieb anliegenden Extraktionsspannung aus der Kathodenspitze (351) extrahiert; und eine Anodenelektrode (354), die von der Kathodenspitze (351) weiter beabstandet ist als die Extraktorelektrode (353) und die die extrahierten geladenen Teilchen mittels einer zwischen der Kathodenspitze (351) und der Anodenelektrode (354) im Betrieb anliegenden Beschleunigungsspannung weiter beschleunigt, eine Kondensorelektrode (361), die weiter von der Kathodenspitze (351) beabstandet ist als die Anodenelektrode (354), wobei die Extraktorelektrode (353) eine Form aufweist, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht, wobei die Anodenelektrode (354) eine Form aufweist, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht, wobei die Kondensorelektrode (361) eine Form aufweist, die eine Kugelkalotte umfasst oder aus einer Kugelkalotte besteht.Beam generating device (300) for a plurality of particle beam system (1) operating with a plurality of charged single-particle beams (3), the beam generating device (300) comprising: A particle emitter (350) with a cathode tip (351) for emitting charged particles forming a charged particle beam (352); An extractor electrode (353) spaced apart from the cathode tip (351) and extracting the charged particles from the cathode tip (351) by means of an extraction voltage applied between the cathode tip (351) and the extractor electrode (353) during operation; and an anode electrode (354) that is further spaced from the cathode tip (351) than the extractor electrode (353) and that further accelerates the extracted charged particles by means of an accelerating voltage applied between the cathode tip (351) and the anode electrode (354) during operation, a condenser electrode (361) that is further spaced from the cathode tip (351) than the anode electrode (354), whereby the extractor electrode (353) has a shape that includes or consists of a spherical cap, whereby the anode electrode (354) has a shape that includes or consists of a spherical cap, whereby the condenser electrode (361) has a shape that includes or consists of a spherical cap Strahlerzeugungsvorrichtung (300) gemäß Anspruch 11, wobei die Kugelkalotte der Anodenelektrode (354) einen Kugelmittelpunkt MA aufweist, und wobei die Kugelkalotte der Kondensorelektrode (361) einen Kugelmittelpunkt MK aufweist, wobei die Positionen der beiden Kugelmittelpunkte MA und MK miteinander übereinstimmen.Beam generating device (300) according to Claim 11 , wherein the spherical cap of the anode electrode (354) has a spherical center MA, and wherein the spherical cap of the condenser electrode (361) has a spherical center MK, the positions of the two spherical centers MA and MK being identical. Strahlerzeugungsvorrichtung (300) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei die Kugelkalotte der Extraktorelektrode (353) einen Kugelmittelpunkt ME aufweist, und wobei die Positionen der Kathodenspitze (351) und des Kugelmittelpunkts ME miteinander übereinstimmen.Beam generating device (300) according to one of the Claims 11 until 12 , wherein the spherical cap of the extractor electrode (353) has a sphere center ME, and wherein the positions of the cathode tip (351) and the sphere center ME coincide. Strahlerzeugungsvorrichtung (300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Extraktorelektrode (353) eine singuläre Öffnung (358) für das Hindurchtreten des geladenen Teilchenstrahls (352) aufweist.Beam generating device (300) according to one of the preceding claims, wherein the extractor electrode (353) has a singular opening (358) for the passage of the charged particle beam (352). Strahlerzeugungsvorrichtung (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Extraktorelektrode (353) einen Teilchendurchtrittsbereich (365) aufweist, der eine Vielzahl von Aperturen umfasst, durch die der geladene Teilchenstrahl unter Bildung einer Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen hindurchtritt.Beam generating device (300) according to one of the Claims 1 until 13 , wherein the extractor electrode (353) has a particle passage area (365) comprising a plurality of apertures through which the charged particle beam passes, forming a plurality of single-particle beams. Strahlerzeugungsvorrichtung (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Anodenelektrode (354) eine singuläre Öffnung (355) aufweist.Beam generating device (300) according to one of the Claims 1 until 15 , wherein the anode electrode (354) has a singular opening (355). Strahlerzeugungsvorrichtung (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Anodenelektrode (354) einen Teilchendurchtrittsbereich (365) aufweist, der eine Vielzahl von Aperturen umfasst, durch die der geladene Teilchenstrahl unter Bildung einer Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen hindurchtritt.Beam generating device (300) according to one of the Claims 1 until 15 , wherein the anode electrode (354) has a particle passage area (365) comprising a plurality of apertures through which the charged particle beam passes, forming a plurality of single-particle beams. Strahlerzeugungsvorrichtung (300) gemäß einem der Ansprüche 15 oder 17, wobei der Teilchendurchtrittsbereich (365) im Wesentlichen planar ausgebildet ist.Beam generating device (300) according to one of the Claims 15 or 17 , wherein the particle passage region (365) is essentially planar. Strahlerzeugungsvorrichtung (300) gemäß einem der Ansprüche 15 oder 17, wobei der Teilchendurchtrittsbereich (365) im Wesentlichen gekrümmt ausgebildet ist.Beam generating device (300) according to one of the Claims 15 or 17 , wherein the particle passage region (365) is essentially curved. Strahlerzeugungsvorrichtung (300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für einen minimalen Abstand dKA zwischen der Kathodenspitze (351) und der Anodenelektrode (354) folgende Relation gilt: 5,0mm ≤ dKA ≤ 14,0mm, insbesondere 6,0mm ≤ dKA ≤ 11,0mm oder 7,5mm ≤ dKA ≤ 9,5mm.Beam generating device (300) according to one of the preceding claims, wherein the following relationship applies for a minimum distance dKA between the cathode tip (351) and the anode electrode (354): 5.0 mm ≤ dKA ≤ 14.0 mm, in particular 6.0 mm ≤ dKA ≤ 11.0 mm or 7.5 mm ≤ dKA ≤ 9.5 mm. Strahlerzeugungsvorrichtung (300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anodenelektrode (354) eine Öffnung (355) aufweist, durch die der geladene Teilchenstrahl (352) im Betrieb hindurchtritt und deren Größe so bemessen ist, dass der geladene Teilchenstrahl (352) beim Hindurchtreten durch die Öffnung (355) in einem Randbereich beschnitten wird, wobei für eine Größe dA der Öffnung (355) der Anodenelektrode (354) folgende Relation gilt: dA ≥ 180µm, insbesondere dA ≥ 200µm oder dA ≥ 220µm; und/ oder wobei für einen Gesamtstrahlstrom Ig, der im Betrieb die Öffnung (355) der Anodenelektrode (354) durchsetzt, folgende Relation gilt: Ig ≥ 10µA, insbesondere Ig ≥ 100µA.Beam generating device (300) according to one of the preceding claims, wherein the anode electrode (354) has an opening (355) through which the charged particle beam (352) passes during operation and the size of which is dimensioned such that the charged particle beam (352) is clipped in a marginal region when passing through the opening (355), wherein the following relationship applies for a size dA of the opening (355) of the anode electrode (354): dA ≥ 180 µm, in particular dA ≥ 200 µm or dA ≥ 220 µm; and/or where the following relation applies for a total beam current Ig which passes through the opening (355) of the anode electrode (354) during operation: Ig ≥ 10µA, in particular Ig ≥ 100µA. Vielzahl-Teilchenstrahlsystem (1) mit einer Strahlerzeugungsvorrichtung (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21.Multi-particle beam system (1) with a beam generating device (300) according to one of the Claims 1 until 21 . Vielzahl-Teilchenstrahlsystem (1) gemäß Anspruch 22, das mit einer Vielzahl N von Einzel-Teilchenstrahlen (3) arbeitet, wobei gilt N ≥ 61, insbesondere N ≥ 91 oder N ≥ 100.Multi-particle beam system (1) according to Claim 22 , which operates with a plurality N of single-particle beams (3), where N ≥ 61, in particular N ≥ 91 or N ≥ 100. Vielzahl-Teilchenstrahlsystem (1) gemäß einem der Ansprüche 22 bis 23, wobei das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem (1) ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop (1) ist.Multi-particle beam system (1) according to one of the Claims 22 until 23 , wherein the multi-particle beam system (1) is a multi-beam particle microscope (1).
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