JP2001332204A - 電子顕微鏡の排気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電子源として冷陰極電界放出電子源を有する電
子顕微鏡において、鏡筒に新たな排気ポートを設けるこ
となく、１０^-8〜１０^-9Ｐａで排気速度が小さいイオン
ポンプの排気性能を補い、冷陰極電界放出電子源を設置
する電子顕微鏡の電子源室を１０^-10 Ｐａ台の極高真空
あるいは極高真空に近い超高真空まで排気することので
きる排気装置を提供することにある。 【解決手段】電子源を設置する電子源室の排気用開口部
からスパッタイオンポンプ，バルブａ，蒸発型チタンゲ
ッタポンプ，バルブｂ及びターボ分子ポンプの順番で直
列に接続，連通するとともに、バルブｂとターボ分子ポ
ンプとの間にガス導入を行うリークバルブを設け、蒸発
型チタンゲッタポンプのチタン蒸着面を３００℃以上に
加熱可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子顕微鏡の電子
源室を極高真空あるいは極高真空に近い超高真空に排気
するのに好適な排気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子源として、例えば方位３１０方向に
鋭く尖らせたタングステン単結晶のような、冷陰極電界
放出素子を利用する走査型電子顕微鏡では、電子源を動
作させる環境として超高真空あるいはそれ以下の圧力領
域が必要とされ、かつ圧力が低いほど安定に動作する時
間が長くなるとともに、電子を放出させるために必要な
電圧が低くなるので、できるだけ低い圧力を実現するこ
とが望ましい。

【０００３】従来技術を図２に基づいて説明する。電子
顕微鏡は電子源１から放出された電子を集束レンズ１０
や対物レンズ１１を用いて細く絞るとともに、試料３上
に焦点をあわせて照射し、各種の検出器や測定機（図示
せず）を用いて様々な観察，測定を行う装置である。電
子を制御するためにいくつかの微少な開口部分が必要で
あり、この微少開口部を有する隔壁によって電子が飛行
する空間である鏡筒をいくつかの半独立の部屋とし、各
々の部屋毎に必要な圧力まで排気するようにポンプが配
置されている。

【０００４】通常の電子線を用いた観測においては、バ
ルブ７，バルブ８及びバルブ９は閉じられており、バル
ブ５は開いている。電子源室２２はイオンポンプ１２に
よって排気され、１０^-7〜１０^-8Ｐａの超高真空に保た
れる。イオンポンプの排気性能向上方法に就いては、特
許公告昭46−33458 号公報にみられる陰極，陽極の材
料，構造の改善、また特許公開昭和55−113247号公報に
みられる放電強化等が提案されているが、いずれも極高
真空排気を実現するためのものではない。電子源１から
電子を放出して集束レンズ１０や対物レンズ１１を用い
て試料室４内の試料３に焦点をあわせて電子を照射し、
観察や測定を行う。

【０００５】電子源１の電界放出素子を交換する場合の
ように電子顕微鏡全体が大気に解放された場合に、電子
源室２２を超高真空に排気するのは次のような手順で行
われる。先ず、バルブ５，バルブ７，バルブ８及びバル
ブ９を開いて電子顕微鏡全体をターボ分子ポンプ１５と
粗引き用のロータリポンプ１６からなる排気装置２４を
用いて排気する。このとき試料３は設置されていない。
鏡筒２内は排気管６及び試料室４を介して排気される。
鏡筒２内がイオンポンプの起動に必要な圧力に達する
と、イオンポンプ１２，イオンポンプ１３及びイオンポ
ンプ１４を起動しバルブ５，バルブ７，バルブ８及びバ
ルブ９を閉じる。電子源室２２をイオンポンプを用いて
排気しつつ加熱（ベーキング）して、冷陰極電界放出型
電子源１を初めとする各部に吸着した水等のガスを脱離
させ、排気して除去する。バルブ５，バルブ７，バルブ
８及びバルブ９を閉じるのは、電子源室２２が超高真空
になった場合に試料室４から電子源室２２にガスが流入
するのを防ぐためである。電子源室２２が冷えて超高真
空に達した後に試料３を試料室４に導入，設置し、電子
源１から電子を放出して集束レンズ１０や対物レンズ１
１を用いて試料３に焦点をあわせて電子を照射し、観
察，測定を行う。

【０００６】従来技術では、電子源室２２の排気は専ら
イオンポンプで行われる。イオンポンプの到達圧力は１
０^-8〜１０^-9Ｐａであり、かつ到達圧力付近では排気速
度が小さくなるために電子源室は１０^-7〜１０^-8Ｐａに
保たれていた。また、鏡筒にイオンポンプ及び粗引き用
の排気管６が接続されており、新たに超，極高真空領域
を排気するのに好適なポンプを接続する空間的な余裕は
無かった。このため、従来技術では冷陰極電界放出型電
子源１を長時間にわたって安定に動作させることが難し
いという欠点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、鏡筒
に新たな排気ポートを設けることなく、１０^-8〜１０^-9
Ｐａで排気速度が小さいイオンポンプの排気性能を補
い、電界放出型電子源を設置する電子顕微鏡の電子源室
を１０^-10 Ｐａ台の極高真空あるいは極高真空に近い超
高真空まで排気することのできる排気装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】電子源として冷陰極電界
放出電子源を有する電子顕微鏡において電子源を設置す
る電子源室の排気用開口部からスパッタイオンポンプ，
バルブａ，蒸発型チタンゲッタポンプ，バルブｂ及びタ
ーボ分子ポンプの順番で直列に接続，連通するととも
に、バルブｂとターボ分子ポンプとの間にガス導入を行
うリークバルブを設け、蒸発型チタンゲッタポンプのチ
タン蒸着面を３００℃以上に加熱可能とすることによっ
て、上記の課題を解決することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を、図１により説
明する。図１は本発明にかかる排気装置を設置した電子
顕微鏡である。電界放出素子を用いた電子源１を設置し
た電子源室２２はイオンポンプ１２，バルブａ１７，蒸
発型チタンゲッタポンプ１８，バルブｂ１９，ターボ分
子ポンプ２０及びロータリポンプ２１を直列に接続した
排気装置で排気される。集束レンズ１０や対物レンズ１
１を設置する部屋には各々イオンポンプ１３あるいはイ
オンポンプ１４が設置されるとともに、バルブ８あるい
はバルブ９を介して粗引き用の排気管６に接続され、更
に排気管６は試料室４に接続されてターボ分子ポンプ１
５及びロータリポンプ１６からなる排気装置で排気され
る。

【００１０】通常の電子線を用いた観測においては、バ
ルブ７，バルブ８，バルブ９及びバルブ１９は閉じられ
ており、バルブ５及びバルブ１７は開いている。バルブ
２３は開いていて停止した排気装置２５は大気圧となっ
ており、像観察や測定において排気装置２５の振動の影
響は除かれている。電子源室２２はイオンポンプ１２及
び蒸発型チタンゲッタポンプ１８によって排気される。
蒸発型チタンゲッタポンプは極高真空領域においても大
きな排気速度を有しており、蒸発型チタンゲッタポンプ
によって殆ど吸着されないアルゴン，ヘリウムやメタン
等の微量の不活性なガスはイオンポンプ１２によって排
気されるので電子源室２２は極高真空或は極高真空に近
い超高真空に保たれる。冷陰極電界放出電子源１はガス
がきわめて少ない雰囲気に保持されるので長時間、安定
に電子を放出することができる。

【００１１】電子顕微鏡が大気に解放された場合に電子
源室２２を超高真空に排気するのは、次のような手順で
行われる。先ず、バルブ１７及びバルブ２３が閉じられ
ていることを確認して、ターボ分子ポンプ２０及び粗引
き用のロータリポンプ２１からなる排気装置２５を起動
する。続いてバルブ５，バルブ７，バルブ８及びバルブ
９を開いて鏡筒２及び試料室４をターボ分子ポンプ１５
及び粗引き用のロータリポンプ１６からなる排気装置２
４を用いて排気する。このとき試料３は設置されていな
い。鏡筒２内がイオンポンプを起動するのに必要な圧力
に達すると、バルブ１７及びバルブ１９を開き、イオン
ポンプ１３及びイオンポンプ１４を起動する。

【００１２】こうして電子顕微鏡を排気装置２４，排気
装置２５，イオンポンプ１３及びイオンポンプ１４で排
気しつつ電子源室２２，イオンポンプ１２，バルブ１
７，蒸発型チタンゲッタポンプ１８，バルブ１９を加熱
（ベーキング）して冷陰極電界放出型電子源１を含む電
子源室２２並びにイオンポンプ１２，バルブ１７，蒸発
型チタンゲッタポンプ１８及びバルブ１９の各部に吸着
した水等のガスを脱離させ、排気して除去する。このと
き、蒸発型チタンゲッタポンプ１８のチタン蒸着面は３
００℃以上に加熱する。この電子源室２２等の加熱が終
了すると、蒸発型チタンゲッタポンプ１８に新しいチタ
ンを蒸着した後バルブ５，バルブ７，バルブ８、及びバ
ルブ９を閉じる。加熱した部分が室温まで冷えるとイオ
ンポンプ１２を起動してバルブ１９を閉じ、排気装置２
５を停止してしかる後にバルブ２３を開いて排気装置２
５に大気を導入して大気圧とする。

【００１３】これによって電子顕微鏡の像観察や測定に
おいて排気装置２５の振動の影響を除去することができ
る。蒸発型チタンゲッタポンプ１８のチタン蒸着面が３
００℃以上に加熱されるとチタン膜に吸着，吸蔵された
ガスが効果的に除去されるため、その上に新しいチタン
を蒸着すると極高真空領域においても大きな排気速度が
得られる。蒸発型チタンゲッタポンプはアルゴン，ヘリ
ウムやメタン等の不活性なガスを殆ど吸着しないが、イ
オンポンプがこれらのガスを排気するので、電子源室２
２は極高真空或は極高真空に近い超高真空に排気され
る。バルブ７，バルブ８及びバルブ９を閉じるのは、電
子源室２２が超高真空あるいは極高真空になった場合に
試料室４から電子源室２２にガスが流入するのを防ぐた
めである。電子源室２２が冷えて超高真空あるいは極高
真空に達した後に試料３を試料室４に導入，設置し、バ
ルブ５を開いて電子源１から電子を放出して集束レンズ
１０や対物レンズ１１を用いて試料３に焦点をあわせて
電子を照射し、観察，測定を行う。

【００１４】蒸発型チタンゲッタポンプ１８は排気を継
続すると、チタン蒸着膜にガスが吸着して排気能力が低
下する。このときは新しいチタンを蒸着することによっ
て、排気能力を回復することができる。新しいチタンを
蒸着しても十分に排気能力が回復しない場合は、チタン
膜中に水素を主とするガスが多量に吸蔵されているの
で、このガスを除去する必要が生じる。このような場合
にはバルブ５，バルブ１７及びバルブ２３を閉じて排気
装置２５を起動し、排気装置２５が所定の排気速度に達
するとバルブ１９を開いて蒸発型チタンゲッタポンプ１
８，バルブ１９，バルブ２３及びバルブ１９並びにこれ
らとターボ分子ポンプ２０を連絡する排気管を加熱す
る。バルブ７，バルブ８、及びバルブ９は閉じられてい
る。

【００１５】このとき、蒸発型チタンゲッタポンプ１８
のチタン蒸着面は３００℃以上に加熱する。加熱する各
部分から水が十分に除去され、かつ蒸発型チタンゲッタ
ポンプ１８に蒸着されたチタン膜から十分に水素が除去
されたところで加熱を停止する。蒸発型チタンゲッタポ
ンプ１８の加熱を停止した時点で新しいチタンを蒸着
し、温度が室温まで低下するのを待つ。蒸発型チタンゲ
ッタポンプ１８が室温になった時点でバルブ１９を閉じ
てバルブ１７を開き、排気装置２５を停止してしかる後
にバルブ２３を開いて排気装置２５を大気圧とする。電
子源室２２が超高真空あるいは極高真空に達した後に、
バルブ５を開いて電子源１から電子を放出して集束レン
ズ１０や対物レンズ１１を用いて試料３に焦点をあわせ
て電子を照射し、観察，測定を行う。

【００１６】スパッタイオンポンプと蒸発型ゲッタポン
プを直列に接続しており、鏡筒２に新しい排気口を設け
ることなく蒸発型ゲッタポンプを増設することが可能
で、バルブａから先の部品は容易に接続することがで
き、かつ鏡筒２に近接した空間を占有することがない。

【００１７】

【発明の効果】実施例の説明において詳しく述べたよう
に、本発明によれば、蒸発型チタンゲッタポンプが極高
真空領域においても大きな排気速度を有し、蒸発型チタ
ンゲッタポンプによって排気されないアルゴン，ヘリウ
ムやメタン等の不活性ガスはイオンポンプによって排気
されるので、電子源室を極高真空或は極高真空に近い超
高真空に排気することができる。さらに新しい排気口を
設けることなく蒸発型チタンゲッタポンプをコンパクト
に設置することが可能なことから実施が容易であり、冷
陰極電界放出電子源１をガスがきわめて少ない雰囲気に
保持して長時間、安定に電子放出させるのに好適な排気
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電子顕微鏡の縦断面図
である。

【図２】従来技術を示す電子顕微鏡の縦断面図である。

【符号の説明】

１…電子源、２…超高真空ポンプ、３…試料、４…試料
室、５，７，８，９，１７，１９，２３…バルブ、６…
排気管、１０…集束レンズ、１１…対物レンズ、１２，
１３，１４…イオンポンプ、１５，２０…ターボ分子ポ
ンプ、１６，２１…ロータリポンプ、１８…蒸発型ゲッ
タポンプ、２２…電子源室、２４，２５…排気装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子源として冷陰極電界放出電子源を有す
   る電子顕微鏡において、電子源を設置する電子源室の排
   気用開口部からスパッタイオンポンプ，バルブａ，蒸発
   型チタンゲッタポンプ，バルブｂ及びターボ分子ポンプ
   の順番で直列に接続，連通するとともに、バルブｂとタ
   ーボ分子ポンプとの間にガス導入を行うリークバルブを
   設け、蒸発型チタンゲッタポンプのチタン蒸着面を３０
   ０℃以上に加熱することを可能としたことを特徴とする
   電子顕微鏡の排気装置。