CN105190824B - 带电粒子线装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供带电粒子线装置的真空排气结构具备:设置有带电粒子源的真空室;与真空室连接的真空配管;经由真空配管而连接,并对真空室内进行排气的主真空泵;设置于真空配管的真空室与主真空泵之间的位置的非蒸发吸气泵;以及连接于真空配管的真空室与非蒸发吸气泵之间的位置连接的粗排气口。粗排气口具备用于打开关闭粗排气口的粗排气用阀和用于将真空室进行大气开放的漏泄阀。
Description
技术领域
本发明涉及带电粒子线装置。
背景技术
在扫描电子显微镜、透射电子显微镜、离子显微镜、半导体检查装置等的带电粒子线装置中,在高真空环境下将产生的带电粒子线照射至试样,通过检测出由试样反射的电子、透射试样的电子或者从试样发射的二次电子等来取得试样的观察图像。
作为带电粒子线装置的代表的例子,有扫描型电子显微镜(SEM:ScanningElectron Microscope)。扫描型电子显微镜具备由电场发射型或热电场发射型的电子源构成的电子枪,对从电子枪发射的电子射线进行加速,通过电子透镜而做成较细的电子线。在扫描型电子显微镜中,将该电子线作为一次电子线而使用扫描偏向器在试样上进行扫描,检测出得到的二次电子或反射电子来得到图像。作为电子源的材料,在通用SEM的情况下,使用钨。另外,在半导体观察用的电子源存在使钨中含有氧化锆的情况。
为了从上述电子源长时间地发射良好的电子线,需要将电子源周围保持为高真空(10-7~10-8Pa)。因此,以往采用对电子枪周围以离子泵进行强制排气的方法。存在通过进一步内置有非蒸发吸气泵来得到更高的真空度的带电粒子线装置(例如,专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2009-4112号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本申请发明人对利用非蒸发吸气泵进行真空排气的真空室的大气开放进行伸入研究的结果,得到如下的认识。
非蒸发型吸气泵通常作为吸气材料使用以锆(Zr)为主体的多孔质合金。真空中残存的活性气体在吸气材料的表面被分解,与吸气材料形成氧化物、氮化物、碳化物从而进行化学地吸附。随着吸气材料的表面的吸附气体饱和,吸附速度降低,但对吸气材料进行加热,促进吸附气体成分向吸气材料内部的扩散(称为活性化),由此吸气材料表面变得清洁,从而能够进行更多的吸附。
就非蒸发型吸气而言,使锆以及其它的金属材料溶解而做成合金,在将得到的合金粉碎后,冲压成规定的形状而做成吸气材料。因此,发现如下可能,在打开漏泄阀将真空室大气开放时,若在空气流入真空室的流道上存在非蒸发吸气泵,则吸气材料的一部分因空气流而作为微粒子飞散,在真空室内部微粒子飞散。在微粒子在真空室内部飞散而附着于施加有高电压的电极的情况下,有可能在电子发射时放电,而使电子源破损。
本发明的目的在于防止非蒸发吸气泵的微粒子在真空室内飞散。
用于解决课题的方法
为了解决上述课题,例如采用如下记载的结构。本申请含有多种解决上述课题的方法,作为其中一个例子,提供具备将从带电粒子源(电子源、离子源等)发射的带电粒子线入射至试样上的带电粒子光学系统、用于对上述带电粒子光学系统进行排气的真空排气结构的带电粒子线装置。上述真空排气结构具备:设置有上述带电粒子源的真空室(电子枪室、离子枪室等);与上述真空室连接的真空配管;经由上述真空配管而连接,并对上述真空室内进行排气的主真空泵;设置于上述真空配管的上述真空室与上述主真空泵之间的位置的非蒸发吸气泵;以及连接于上述真空配管的上述真空室与上述非蒸发吸气泵之间的位置的粗排气口,该粗排气口具备打开关闭上述粗排气口的粗排气用阀和用于将上述真空室进行大气开放的漏泄阀。
另外,作为其它的例子,上述真空排气结构具备:设置有上述带电粒子源的真空室;与上述真空室连接的真空配管;经由上述真空配管而连接,并对上述真空室内进行排气的主真空泵;设置于上述真空配管的上述真空室与上述主真空泵之间的位置的非蒸发吸气泵;以及连接于上述真空室的粗排气口,该粗排气口具备打开关闭上述粗排气口的粗排气用阀和用于将上述真空室进行大气开放的漏泄阀。
另外,作为其它的例子,上述真空排气结构具备:设置有上述带电粒子源的真空室;与上述真空室连接的真空配管;经由上述真空配管而连接,并对上述真空室内进行排气的主真空泵;设置于上述真空配管的上述真空室与上述主真空泵之间的位置的非蒸发吸气泵;连接于上述真空配管的上述主真空泵与上述非蒸发吸气泵之间的位置的粗排气口,该粗排气口具备打开关闭上述粗排气口的粗排气用阀和用于将上述真空室进行大气开放的漏泄阀;以及设置于上述粗排气口与上述真空配管的连接位置的空气导入引导件,上述空气导入引导件的导入口相比上述非蒸发吸气泵延伸至上述真空室侧。
发明的效果
根据本发明,即使大气开放,非蒸发吸气泵的微粒子向主真空泵的方向飞散、被主真空泵暂时捕捉的微粒子在大气开放后的真空排气时向真空室的方向再次飞散的可能性也较小,因此能够防止微粒子向真空室内飞散。
与本发明相关的其它的特征将根据本说明书的记述、附图而变得明确。另外,上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施例的说明将变得明确。
附图说明
图1是应用本发明的一实施例的扫描电子显微镜的概要结构图。
图2是表示第一实施例的真空排气结构的图。
图3是说明第一实施例的评价实验的图。
图4是说明比较例的评价实验的图。
图5是表示第二实施例的真空排气结构的图。
图6是表示第三实施例的真空排气结构的图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施例进行说明。此外,附图表示符合本发明的原理的具体的实施例,它们是为了本发明的理解,而不是为了用于对本发明进行限定地解释。
带电粒子线装置是将电子、阳离子等带有电荷的粒子(带电粒子)在电场中加速并照射至试样的装置。带电粒子线装置利用试样与带电粒子的相互作用,来进行试样的观察、分析、加工等。本发明能够应用于扫描电子显微镜、扫描透射电子显微镜、透射电子显微镜、离子显微镜、聚焦离子线装置、它们与试样加工装置的复合装置、或是应用它们的解析检查装置。
以下,作为带电粒子线装置的一个例子,对扫描电子显微镜(SEM)进行说明。图1是应用本发明的一实施例的扫描电子显微镜的概要结构图。扫描电子显微镜具备将从电子源发射的电子线照射至试样上的电子光学系统和用于对电子光学系统进行排气的真空排气结构。
电子显微镜中,从镜体1内的电子源4照射的一次电子射线2照射至试样3,将由此产生的二次电子射线由检测器检测,来进行试样3的观察。
镜体1包含电子源4、对一次电子射线2进行偏向的偏向器、将一次电子射线2聚焦在试样3上的物镜13、以及多个缝隙(例如,缝隙电极31)等。此外,镜体1既可以除此以外包含透镜或电极、检测器,也可以是一部分与上述不同,电子光学系统的结构并不限于此。
电子源4使用使<310>晶向的单结晶钨线的前端尖锐化的部件。电子源4固定于钨丝5的前端,并设置在真空室6中。真空室6由主真空泵20和辅助真空泵23(非蒸发吸气泵)排气,保持在1×10-8Pa以下,特别是保持在1×10-9Pa以下。通过辅助真空泵23暂时由加热部24加热,即便之后变为常温也继续进行排气。
真空室6经由引出电极11的中心的细孔(光阑)而与第一中间室7连接。再有,第一中间室7经由加速电极12的光阑而与第二中间室8连接。该第二中间室8更上部的结构通常用作FE电子枪。第二中间室8经由物镜13的光阑而与试样室9连接。第一中间室7由离子泵21排气,第二中间室8由离子泵22排气,试样室9由涡轮分子泵25排气。因此,本实施例是将多个真空室经由开口而结合的差动排气结构。
首先,将电子源4由溢流电源16进行溢流(对电子源4进行短时间加热的操作)直到成为在表面没有吸附层的状态。之后,在电子源4与引出电极11之间由高压电源33施加引出电压,从电子源4发射电子射线2。
电子射线2被在电子源4与加速电极12之间由高压电源33施加的加速电压加速,并到达第二中间室8。将电子射线2通过设置于缝隙电极31的光阑而取出外周部,从而来决定使用的电子射线2的发射角。另外,在缝隙电极31连接电流检测部15,由此来监控发射电流的变化。发射电流的监控也能够替换为由电流检测部15检测从电子源4发射的全电流。
之后,电子射线2被物镜13聚焦,并照射至设置在试样台26上的试样3。而且,由发射电子检测部32检测从试样3发射的电子,通过控制器17进行处理来取得观察图像。取得的观察像通过操作器19的操作而显示于显示器18。
此外,使用装置前或数月一次的维修保养时进行由电子枪加热部30对真空室6进行加热的烘烤操作。通过进行烘烤使得从真空室6的壁面发射的气体耗尽,能够在稳定状态下将真空室6保持在1×10-8Pa以下的压力。烘烤也在第一中间室7和第二中间室8中进行。烘烤时,打开粗排气阀27、粗排气阀28、粗排气阀29,同时使用离子泵21、离子泵22、涡轮分子泵25来进行排气。
以下使用图来进行说明,但本实施例中,形成兼用粗排气口以及大气泄露用排气口的结构。具备粗排气阀27的粗排气口分岔为两个,在分岔的一方的部分结合粗排气用泵,在分岔的另一方的部分设置漏泄阀。大气开放通过打开粗排气阀27以及漏泄阀来进行。
[第一实施例]
图2是表示第一实施例的真空排气结构的图。在配置有电子源4的真空室6连接有真空配管40。真空室6经过真空配管40而与主真空泵20结合。辅助真空泵23设置在真空配管40的主真空泵20与真空室6之间的位置。即,辅助真空泵23相比主真空泵20配置于真空室6侧。
粗排气口(粗排气孔)41连接于真空配管40的辅助真空泵23与真空室6之间的位置。即,粗排气口41相比辅助真空泵23配置于真空室6侧。
粗排气口41具备粗排气阀27。另外,粗排气口41分岔成两个,在分岔的一方的部分结合粗排气用泵43,在分岔的另一方的部分设置漏泄阀42。另外,在粗排气口41与真空配管40的结合部分设置有空气导入引导件44。空气导入引导件44的导入口44a朝向真空室6侧。
作为从高真空到大气的基本的泄露工序,在将粗排气阀27开口后,将漏泄阀42开口,放置到成为大气压为止。
在上述泄露工序中进行大气开放的情况下的微粒子的飞散实验,从而对本实施例的效果进行评价。评价实验对两个情况实施。其一为,本实施例的结构,如图3所示,在真空室6与辅助真空泵23之间设置粗排气口41的结构。另一个是比较例,如图4所示,将粗排气口41相比辅助真空泵23配置于主真空泵20侧的结构。在图3以及图4中,表示微粒子50、大气开放时的微粒子50的行迹51、大气开放时的空气的流动52。
图3中,大气开放时的空气的流动52因空气导入引导件44而朝向真空室6的方向。空气流经真空室6内后,流向主真空泵20。因此,大气开放时的微粒子50的行迹51成为朝向主真空泵20侧的移动。因此,能够防止微粒子50向设置有电子源4的真空室6的飞散。飞散至主真空泵20侧的微粒子50在大气开放后的真空室6的真空排气过程中飞散至主真空泵20侧,被主真空泵20捕捉。被主真空泵20暂时捕捉的微粒子50在大气开放后的真空排气时向真空室6的方向再次飞散的可能性较小。
图4中,大气开放时的空气的流动52成为真空室6侧和主真空泵20侧双方向。图4中,粗排气口41设置在辅助真空泵23与主真空泵20之间,因此微粒子50向真空室6和主真空泵20双方向飞散,能够防止微粒子50向真空室6的飞散。
根据本实施例,能够提供具备同时使用辅助真空泵23(非蒸发吸气泵)和主真空泵20的电子枪室的带电粒子线装置。辅助真空泵23设置在真空配管40的主真空泵20与真空室6之间的位置,即,相比主真空泵20设置于真空室6侧。另外,粗排气口(粗排气孔)41连接于真空配管40的辅助真空泵23与真空室6之间的位置,即,相比辅助真空泵23配置于真空室6侧。根据该结构,防止真空室内的实行排气速度的降低,并且在进行大气开放时能够防止辅助真空泵23(非蒸发吸气泵)的微粒子50的飞散。
另外,根据本实施例,在粗排气口41与真空配管40的结合部分,设置有空气导入引导件44,空气导入引导件44的导入口44a朝向真空室6侧。根据该结构,能够使大气开放时的空气更有效地朝向真空室6的方向,朝向真空室6的空气的流动也稳定。另外,空气的流动变得平稳,因此能够在短时间内进行大气开放。
此外,本实施例中,在粗排气口41与真空配管40的结合部分,设置有空气导入引导件44,但并不限定于此,也可以是没有设置空气导入引导件44的结构。
[第二实施例]
图5表示第二实施例的真空排气结构。在本实施例,粗排气口41不经过真空配管40而直接与真空室6连接。例如,粗排气口41连接于在真空室6中与真空配管40对置的位置。
根据本实施例,大气开放时的空气的流动52成为从真空室6向主真空泵20的方向。因此,微粒子50的行迹51成为向主真空泵20方向移动的行迹,因此能够防止微粒子50向设置有电子源4的真空室6的飞散。另外,粗排气口41是直接连接于真空室6的结构,因此空气将直接流至真空室6,从而能够短时间地进行大气开放。
[第三实施例]
图6是表示第三实施例的真空排气结构的图。本实施例中,粗排气口41在真空配管40中设置于辅助真空泵23与主真空泵20之间。另外,在粗排气口41与真空配管40的结合部分,设置有空气导入引导件44。空气导入引导件44的导入口44a朝向真空室6侧。另外,空气导入引导件44的导入口44a相比辅助真空泵23延伸至真空室6侧的位置。
根据本实施例,大气开放时的空气的流动52成为从真空室6向主真空泵20的方向。空气在流经真空室6内后,流向主真空泵20。空气导入引导件44的导入口44a相比辅助真空泵23延伸至真空室6侧的位置,因此朝向真空室6的空气的流动中不会混入微粒子50。如图6所示,例如,落在空气导入引导件44上的微粒子50的行迹51成为向主真空泵20方向移动的行迹。由此,能够防止微粒子50向设置有电子源4的真空室6的飞散。
此外,本发明并不限定于上述的实施例,包含多种变形例。例如,上述的实施例是为了使本发明易于理解地说明而进行的详细地说明,并不限定于必须具有说明的全部结构。另外,可以将某一实施例的结构的一部分置换为其它实施例的结构,另外,还能够在某一实施例的结构追加其它实施例的结构。另外,对各实施例的结构的一部分能够进行其它结构的追加、削除、置换。
符号的说明
1—镜体,2—电子射线,3—试样,4—电子源,5—钨丝,6—真空室,7—第一中间室,8—第二中间室,9—试样室,11—引出电极,12—加速电极,13—物镜,15—电流检测部,16—溢流电源,17—控制器,18—显示器,19—操作器,20—主真空泵,21、22—离子泵,23—辅助真空泵,24—加热部,25—涡轮分子泵,26—试样台,27、28、29—粗排气阀,30—电子枪加热部,31—缝隙电极,32—发射电子检测部,33—高压电源,40—真空配管,41—粗排气口,42—漏泄阀,43—粗排气用泵,44—空气导入引导件,44a—导入口。
Claims (5)
1.一种带电粒子线装置,具备将从带电粒子源发射的带电粒子线入射至试样上的带电粒子光学系统、用于对上述带电粒子光学系统进行排气的真空排气结构,上述带电粒子线装置的特征在于,
上述真空排气结构具备:
设置有上述带电粒子源的真空室;
与上述真空室连接的真空配管;
经由上述真空配管而连接,并对上述真空室内进行排气的主真空泵;
设置于上述真空配管的上述真空室与上述主真空泵之间的位置的非蒸发吸气泵;以及
连接于上述真空配管的上述真空室与上述非蒸发吸气泵之间的位置的粗排气口,该粗排气口具备打开关闭上述粗排气口的粗排气用阀和用于将上述真空室进行大气开放的漏泄阀。
2.根据权利要求1所述的带电粒子线装置,其特征在于,
还具备设置于上述粗排气口与上述真空配管的连接位置的空气导入引导件,上述空气导入引导件的导入口朝向上述真空室侧。
3.一种带电粒子线装置,具备将从带电粒子源发射的带电粒子线入射至试样上的带电粒子光学系统、用于对上述带电粒子光学系统进行排气的真空排气结构,上述带电粒子线装置的特征在于,
上述真空排气结构具备:
设置有上述带电粒子源的真空室;
与上述真空室连接的真空配管;
经由上述真空配管而连接,并对上述真空室内进行排气的主真空泵;
设置于上述真空配管的上述真空室与上述主真空泵之间的位置的非蒸发吸气泵;以及
连接于上述真空室的粗排气口,该粗排气口具备打开关闭上述粗排气口的粗排气用阀和用于将上述真空室进行大气开放的漏泄阀。
4.根据权利要求3所述的带电粒子线装置,其特征在于,
上述粗排气口连接于上述真空室中与上述真空配管对置的位置。
5.一种带电粒子线装置,具备将从带电粒子源发射的带电粒子线入射至试样上的带电粒子光学系统、用于对上述带电粒子光学系统进行排气的真空排气结构,上述带电粒子线装置的特征在于,
上述真空排气结构具备:
设置有上述带电粒子源的真空室;
与上述真空室连接的真空配管;
经由上述真空配管而连接,并对上述真空室内进行排气的主真空泵;
设置于上述真空配管的上述真空室与上述主真空泵之间的位置的非蒸发吸气泵;
连接于上述真空配管的上述主真空泵与上述非蒸发吸气泵之间的位置的粗排气口,该粗排气口具备打开关闭上述粗排气口的粗排气用阀和用于将上述真空室进行大气开放的漏泄阀;以及
设置于上述粗排气口与上述真空配管的连接位置的空气导入引导件,
上述空气导入引导件的导入口相比上述非蒸发吸气泵延伸至上述真空室侧。
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