JP2006278208A

JP2006278208A - 真空シール構造及び真空シール構造を備える荷電粒子線装置

Info

Publication number: JP2006278208A
Application number: JP2005097508A
Authority: JP
Inventors: Susumu Aoki; 木進青
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】金属Ｏリングを使用しても気密性の高い真空シール構造及び当該真空シール構造を備えた荷電粒子線装置を提供する。
【解決手段】本発明における真空シール構造は、内部が真空排気されるライナーチューブ２３と、内部が真空排気される真空室７ａとの接続部における真空シール構造において、当該接続部近傍に位置するライナーチューブ２３の外周面に環状の突起部３２が設けられており、この突起部３２と真空室７ａとの間に配置された金属Ｏリング３１により当該接続部が真空シールされることを特徴としている。また、本発明における荷電粒子線装置は、当該真空シール構造を備えることを特徴としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、真空シール構造及び真空シール構造を備える荷電粒子線装置に関する。

図１は、従来の超高真空走査電子顕微鏡（荷電粒子線装置）を示したものである。同図に示す超高真空走査電子顕微鏡において、エミッタ１から放出されてアノード２を通過した電子線のほとんどは、円筒状のライナーチューブ３内に入射する。

このライナーチューブ３は、真空ポンプ４により真空排気される電子銃室５と、真空ポンプ６により真空排気される試料室７とを連通させるものであり、高真空を必要とする電子顕微鏡において用いられている。

そして、ライナーチューブ３に入射した電子線は、ガンアライメントコイル８によって軸調整が行われた後、第１コンデンサレンズ９、第２コンデンサレンズ１０、及び対物レンズ１１により、試料室７内に配置された試料１２上に細く絞られる。

また、電子線はスキャンコイル１３によりＸ方向及びＹ方向に偏向されるので、試料１２は電子線によって２次元的に走査される。このとき、試料１２から発生した２次電子は、図示しない検出器によって検出され、その検出信号に基づいて試料１２の表面の２次電子像が取得される。

ここで、図１に示す超高真空走査電子顕微鏡においては、ライナーチューブ３の電子銃側端部と電子銃室仕切板１４の間を真空シールするのに、金属Ｏリング１５が用いられている。この金属Ｏリング１５による真空シールについて説明すると、ライナーチューブ３の電子銃側端部は、電子銃室仕切板１４の中心孔Ｏに嵌め入れられている。

そして、金属Ｏリング１５は、ライナーチューブ３の角と電子銃室仕切板１４の角との隙間Δを電子銃室側から塞ぐように、ライナーチューブ３と仕切板１４間に置かれている。さらに、この金属Ｏリング１５は、電子線通過孔Ｏ’を有するフランジ１６でしっかりと押さえつけられており、上述したライナーチューブ３と電子銃室仕切板１４との隙間Δは完全にシールされている。このため、電子光学系鏡筒１７の内部の気体が隙間Δを通って電子銃室５内に流入することはなく、電子銃室５及びライナーチューブ３の内部は超高真空に保持される。

なお、金属Ｏリング１５は、フランジ１６に取り付けられたボルト１８を電子銃室仕切板１４にねじ込んでいくことによって、フランジ１６により押さえ付けられる。また、電子銃ヘッド１９は、ボルト２０によって電子銃室仕切板１４に取り付けられており、電子銃ヘッド１９と電子銃室仕切板１４との間は金属Ｏリング２１によって真空シールされている。

また、ライナーチューブ３の試料室側端部には、図示しないバイトンＯリングが設けられている。このバイトンＯリングにより、ライナーチューブ３と試料室７内に配置された対物レンズ１１の先端との間の隙間は真空シールされている。これにより、試料室チャンバ２２内部の試料室７は高真空に保持される。

ここで、図１に示す装置において、電子銃室仕切板１４と電子銃ヘッド１９によって電子銃容器が構成されている。また、対物レンズ１１は鏡筒１７の下端に取り付けられている。

なお、ライナーチューブの試料室側端部における対物レンズの先端の下方に金属Ｏリングが配置され、その金属Ｏリングによってライナーチューブの外周面と対物レンズの先端との間が真空シールされるものもある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−９３３５８号公報

上述したように、図１に示す超高真空走査電子顕微鏡においては、ライナーチューブ３の試料室側端部に設けられたバイトンＯリングにより、ライナーチューブ３と対物レンズ１１の先端との間が真空シールされている。

このため、装置のベーク温度をバイトンＯリングが変質する温度以下としなければならず、当該ベーク温度を高くすることができなかった。これにより、装置のベーク時間が長時間必要となり、ベーク作業の効率化を図ることができなかった。

また、バイトンＯリングは気体を透過してしまうことがあるので、バイトンＯリングを使用すると、装置内部を所望とする超高真空の真空度に到達させることが困難であるという要改善点があった。

さらに、バイトンＯリングが低温となると弾性力が損なわれてしまうため、低温観察用走査電子顕微鏡には使用することができなかった。

なお、上記特許文献１には、ライナーチューブの試料室側端部における対物レンズの先端の下方に配置された金属Ｏリングによって真空シールを行っているが、この金属Ｏリングをその厚さ方向につぶして使用した際に、当該金属Ｏリングが横方向（当該厚さ方向に直交する方向）に十分に広がらないことがある。この場合、真空シールの気密性を損なうという要改善点があった。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、金属Ｏリングを使用しても気密性の高い真空シール構造及び当該真空シール構造を備えた荷電粒子線装置を提供することにある。

本発明に基づく真空シール構造は、内部が真空排気されるチューブと、内部が真空排気される真空室との接続部における真空シール構造であって、当該接続部近傍に位置するチューブの外周面に環状の突起部が設けられており、この突起部と真空室との間に配置された金属Ｏリングにより当該接続部が真空シールされることを特徴とする。

また、本発明に基づく荷電粒子線装置は、当該真空シール構造を備えることを特徴とする。

本発明においては、接続部近傍に位置するチューブの外周面に環状の突起部が設けられており、この突起部と真空室との間に配置された金属Ｏリングにより当該接続部が真空シールされる。

よって、チューブに設けられた環状の当該突起部と金属Ｏリングとの密着性、及び真空室と金属Ｏリングとの密着性を確実なものとすることにより、当該接続部の気密度を高くすることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図２は、本発明に基づく真空シール構造を備えた超高真空走査電子顕微鏡（荷電粒子線装置）を示す概略構成図である。ここで、同図において、図１中の構成要素と同じものには、同一の番号を付している。

図２に示す超高真空走査電子顕微鏡において、エミッタ１から放出されてアノード２を通過した電子線のほとんどは、中空の円筒形状とされたライナーチューブ２３内に入射する。このライナーチューブ２３は、図示しない真空ポンプにより真空排気される電子銃室５と、真空ポンプ６により真空排気される試料室７とを連通させるものであり、電子光学鏡筒３７内に配置されている。

そして、ライナーチューブ２３に入射した電子線は、ガンアライメントコイル８によって軸調整が行われた後、第１コンデンサレンズ９、第２コンデンサレンズ１０、及び対物レンズ１１により、試料室７内に配置された試料１２上に細く絞られる。ここで、対物レンズ１１は、電子光学鏡筒３７の先端に取り付けられており、試料室７内に位置している。

また、ライナーチューブ２３の内部を除く電子光学鏡筒３７内及び対物レンズ１１内は、常圧となっている。そして、試料室７内に位置する電子光学鏡筒３７の外側面及び対物レンズ１１の外側面と試料室チャンバ２２の内側面とにより囲われた空間が真空室７ａを構成している。

電子線はスキャンコイル１３によりＸ方向及びＹ方向に偏向されるので、試料１２は電子線によって２次元的に走査される。このとき、試料１２から発生した２次電子は、図示しない検出器によって検出され、その検出信号に基づいて試料１２の表面の２次電子像が取得される。

ここで、ライナーチューブ２３は、その基端部（電子銃室側の端部）にフランジ部２４を有している。このフランジ部２４は、電子線が通過してライナーチューブ２３の孔と通じる開口を備えている。そして、複数のボルト２６がフランジ部２４に取り付けられている。また、フランジ部２４と電子銃室仕切板１４との間には、金属Ｏリング２５が配置されている。

各ボルト２６が電子銃室仕切板１４にねじ込まれることによって、金属Ｏリング２５は、フランジ部２４と電子銃室仕切板１４とに密着する。これにより、フランジ部２４と電子銃室仕切板１４との間隙の真空シールが行われる。

一方、ライナーチューブ２３の先端部（試料室側の端部）は、対物レンズ１１の先端磁極片３６を通過し、試料室７の内部まで到達している。このライナーチューブ２３の先端部と対物レンズ１１の先端磁極片３６との間隙には、本発明に基づくシール構造が設けられている。なお、当該先端部と当該先端磁極片３６との間隙は当該シール構造によって接続されており、これにより当該間隙には接続部が形成されている。以下、このシール構造について説明する。

ライナーチューブ２３の外周面であって当該接続部の近傍に位置する箇所には、環状の突起部３２が設けられている。特に、本実施の形態においては、ライナーチューブ２３の先端部の手前側であって対物レンズ１１内に位置する箇所に、この突起部３２が形成されている。

そして、当該突起部３２と対物レンズ１１の先端磁極片３６との間には、金属材料から構成される金属Ｏリング３１が配置されている。この金属Ｏリング３１は、インジウム、鉛、アルミニウム、又は金のうちのいずれか一つの金属材料から構成されており、上記接続部は、当該金属Ｏリング３１により真空シールされることとなる。

また、ライナーチューブ２３において、上記先端磁極片３６を通過して試料室７の内部まで到達している先端部の外周面にはネジ部３５が形成されている。このネジ部３５にはナット３４が螺合している。ここで、このナット３４と当該先端磁極片３６との間には、ワッシャ３３が配置されている。

本発明における真空シール構造においては、当該ネジ部３５に螺合したナット３４を締め付けることにより、ライナーチューブ２３の突起部３２が上記先端磁極片３６側に微少移動する。これにより、金属Ｏリング３１は、当該突起部３２と当該先端磁極片３６とにより挟まれることとなる。

この結果、金属Ｏリング３１は、ナット３４を締め付けた際での締め付けトルクによって厚さ方向につぶれることとなり、当該金属Ｏリング３１は当該突起部３２及び当該先端磁極片３６に確実に密着する。これにより、上記接続部における真空シールの気密性を高くすることができる。なお、本発明の実施の形態においては、金属Ｏリング３１が当該突起部３２及び当該先端磁極片３６に確実に密着していれば、当該金属Ｏリング３１の横方向（当該厚さ方向に直交する方向）への広がりは問題とならない。

このように、本発明では、内部が真空排気されるライナーチューブ２３と、内部が真空排気される真空室７ａとの接続部における真空シール構造において、当該接続部の近傍に位置するライナーチューブ２３の外周面に環状の突起部３２を設けられており、この突起部３２と真空室７ａとの間に配置された金属Ｏリング３１により当該接続部が真空シールされている。具体的には、真空室７ａを構成する対物レンズ１１の先端磁極片３６と当該突起部３２との間に金属Ｏリング３１が配置されており、この金属Ｏリング７ａによって真空シールされている。

よって、ライナーチューブ２３に設けられた環状の当該突起部３２と金属Ｏリング３１との密着性、及び真空室７ａを構成する当該先端磁極片３６と金属Ｏリング３１との密着性を確実なものとすることにより、当該接続部の気密度を高くすることができる。

なお、ライナーチューブ２３の形状についての第１の変形例を図３に示す。同図に示すライナーチューブ２３の孔の内周面には、環状の段差部２３ａが形成されている。そして、この段差部２３ａを境に、上記接続部側に位置するチューブ壁２３ｂの厚さに対して、その反対側に位置するチューブ壁２３ｃの厚さは薄くなるように当該ライナーチューブ２３は形成されている。また、当該ライナーチューブ２３の装置取り付け前での当初の長さは、実際に所望とする寸法より短めになっている。

この第１の変形例においては、ライナーチューブ２３を装置に取り付けた後、ライナーチューブ２３の先端部に形成されたネジ部３５に螺合されたナット３４を締め付ける際に、薄い厚さとされたチューブ壁２３ｃが伸長して突起部３２が微少移動しやすく、当該締め付け作業を容易に行うことができる。

次に、ライナーチューブ２３の形状についての第２の変形例を図４に示す。同図に示すライナーチューブ２３の中間部には、ベローズ部２３ｄが設けられている。また、当該ライナーチューブ２３の装置取り付け前での当初の長さも、実際に所望とする寸法より短めになっている。

この第２の変形例においては、ライナーチューブ２３を装置に取り付けた後、ライナーチューブ２３の先端部に形成されたネジ部３５に螺合されたナット３４を締め付ける際に、ベローズ部２３ｄが伸長して突起部３２が微少移動しやすくなり、当該締め付け作業を容易に行うことができる。

従来の超高真空走査電子顕微鏡（荷電粒子線装置）を示す概略構成図である。本発明に基づく真空シール構造を備えた超高真空走査電子顕微鏡を示す概略構成図である。本発明におけるライナーチューブの第１の変形例を示す図である。本発明におけるライナーチューブの第２の変形例を示す図である。

符号の説明

７…試料室、７ａ…真空室、２３…ライナーチューブ（チューブ）、３１…金属Ｏリング、３２…突起部

Claims

内部が真空排気されるチューブと、内部が真空排気される真空室との接続部における真空シール構造において、当該接続部近傍に位置するチューブの外周面に環状の突起部が設けられており、この突起部と真空室との間に配置された金属Ｏリングにより当該接続部が真空シールされることを特徴とする真空シール構造。
チューブの内周面には環状の段差部が形成されており、この段差部を境に前記接続部側に位置するチューブ壁の厚さに対して、その反対側に位置するチューブ壁の厚さが薄く形成されていることを特徴とする請求項１記載の真空シール構造。
チューブには、ベローズ部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の真空シール構造。
真空室内に位置するチューブの外周面にネジ部が形成されており、このネジ部にナットが螺合されていることを特徴とする請求項１乃至３何れか記載の真空シール構造。
金属Ｏリングは、インジウム、鉛、アルミニウム、又は金のうちのいずれか一つの金属材料から構成されていることを特徴とする請求項１乃至４何れか記載の真空シール構造。
請求項１乃至５何れか記載の真空シール構造を備える荷電粒子線装置。
電子光学鏡筒内に配置されたライナーチューブと、試料室内に位置する対物レンズの磁極片との接続部に、請求項１乃至５何れか記載のシール構造を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。