JP2007287546A - 真空容器及び電子線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部容器と内部容器とを有する真空容器及びこのような真空容器構造を備える電子線装置において、外部容器の真空室内の内部空間と内部容器の内部空間との間を簡単な構成で遮断する。
【解決手段】真空容器１０１を、内部が真空状態にされる真空室１２０を有する外部容器１２１と、内部容器１１０であってその内外を連通する開口部１１７を有しこの開口部１１７を含んだ少なくともその一部分又は全体が真空室１２０内に収容される内部容器１１０と、備えて構成し、さらに内部容器１１０の内部空間を真空室１２０の内部空間から遮断する遮断機構１９１〜１９４とを外部容器に設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は一般に、外部容器とその内部に収容される内部容器とを備え、その内部が真空状態にされる真空容器に関する。特に、電子線を試料に照射する、例えば電子顕微鏡のような電子線装置であって、電子線発生装置を収容するための内部容器としての電子線鏡筒と、試料を収容する真空室を有する筐体を外部容器として有し、電子線鏡筒の少なくとも一部が真空室に収容される電子線装置に関する。より詳しくは、これら外部容器及び内部容器の一方を非真空状態にした場合に他方を真空状態に保つ技術に関する。

半導体デバイスなどの製造プロセスでは、エッチング装置や電子顕微鏡など、試料の製造工程や検査工程を真空中で行うために真空容器を使用する場合がある。例えば、半導体装置の表面に形成された微細パターンの外観を観察するためには、以下の図１に示すような走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）が使用されている。

走査型電子顕微鏡１は、試料Ｓ上で照射位置が走査するように電子ビームＥＢを照射する電子線鏡筒１０と、試料Ｓからの２次電子又は反射電子を検出するための電子検出器ＥＤと、を備え、試料Ｓ上で走査される電子ビームＥＢの各時点の照射位置と、それぞれの時点において電子線検出器ＥＤにて検出した電子量とを同期させて２次元の顕微鏡像を得る。
走査型電子顕微鏡１には、真空中で試料Ｓに電子ビームＥＢを照射するための真空試料室２０が設けられる。観察中の試料Ｓは、筐体２１によって外部と遮断された真空試料室２０内に置かれ、試料室２０の内部は不図示の真空ポンプにより高真空度に保たれている。

電子線鏡筒１０によって電子ビームＥＢを偏向できる範囲はごく狭いため、試料全体を観察するためには、試料Ｓと電子線鏡筒１０とを相対移動させて試料Ｓ上の所望の観察位置へ電子線鏡筒１０を位置付ける必要がある。このため従来の走査型電子顕微鏡１は、電子線鏡筒１０の真下に試料を移動させるためのステージ２２を備えている。ステージ２２は静電チャックなどの手段によって試料Ｓを保持したまま、水平に支持されたベース（定盤）３０上を２次元移動することによって、試料上の所望の観察位置を電子線鏡筒１０の真下に位置付ける。

さて、このような真空容器を使用する装置では、性能の向上及び新しい機能の実現のため、特に上記のような製造装置においてはスループット向上のために、外部容器とその内部に収容される内部容器とを備える二重構造を採用する場合がある。その例を図２に示す。
図２は、外部容器としての筐体２１と、電子銃などの電子線発生装置を収容する内部容器としての電子線鏡筒１０と、を有する走査型電子顕微鏡の概略構成図である。電子線鏡筒１０が外部容器としての筐体２１に収容されることで、走査型電子顕微鏡２は二重真空容器の構成を備える。

電子線露光装置２は、さらに電子線鏡筒１０を試料Ｓの観察面と平行な水平面（ＸＹ面）で移動させるためのＸ方向直線駆動機構６０ａ、６０ｂ及びＹ方向直線駆動機構７０を備え、電子線鏡筒１０を２次元平面内で移動させることによって、試料上の所望の観察位置の真上に電子線鏡筒１０を位置付ける。
本構成の電子線露光装置２によれば、ステージ２２を大きく移動しないので装置の床面積（フットプリント）を小さく構成することが可能となる。したがってクリーンルーム内での省スペース化が図られ半導体デバイス等の製造コストの削減に寄与する。

特許第３０３９５６２号公報 特開平１０−１５４４８１号公報 国際公開第ＷＯ９９／３４４１８号パンフレット 特開平８−１０１１２８号公報 特開平３−２５７１７０号公報 特開平４−３３３２６号公報

さて、上記のような真空容器を備える装置では、内部容器を真空状態に保ったまま、外部状態を真空状態から非真空状態（例えば大気圧状態）へと変更する必要が生じることがある。例えば、図２に示す走査型電子顕微鏡の例では、試料Ｓを搬入出する際には筐体２１に設けた試料入出口（図示せず）を開ける前に真空室２０を大気圧状態にするが、この間に電子線鏡筒１０内の電子ビーム発生装置を保護するために、電子線鏡筒１０内を真空に保つ必要がある。

このような場合には従来、図３に示すように内部容器の外部の非真空状態と内部の真空状態とを分離するためにゲートバルブを、内部容器側に設けていた。
図３は、図２に示す電子線鏡筒１０の概略構成図である。図示の電子線鏡筒１０の構成例は、内部空間１３に電子銃１４、電磁レンズや静電レンズで実現される第１レンズ１５及び第２レンズ１６を備えたガウシアンビーム方式（ペンシルビーム方式）の電子光学系を収容する。電子銃１４で発生した電子ビームＥＢを、第１レンズ１５及び第２レンズ１６からなる電磁レンズ系によって絞ることによってスポット状の電子ビームＥＢを作り鏡筒開口部から試料Ｓへ照射する。

また電子線鏡筒１０には電子検出器ＥＤが設けられ、電子検出器ＥＤによって電子線鏡筒１０の開口部１７から電子を発射した際の試料Ｓからの電子を検出する。実際には、電子線鏡筒１０に対物アパーチャ、偏向電極や非点補正コイル等が設けられるが、ここでは説明を省略する。
さらに、電子線鏡筒１０には、電子ビームＥＢを出射する開口部１７を開閉するシャッター部１９が設けられており、試料室２０内を大気圧状態に開放しても、シャッター部１９により開口部１７を閉じることによって電子線鏡筒１０内の空間１３を真空状態に維持する。

しかしながら、シャッター部１９のようなゲートバルブを内部容器側に設ける構成は、機構的に複雑なものとなり操作性及び装置の信頼性を低下させるという問題があった。
例えば、真空容器が上述の電子線鏡筒１０のような可動内部容器を有する場合には、ゲートバルブを動作させるための駆動部を可動部位に設ける必要があり、その重量や配線の取り回しのために、可動内部容器の駆動機構に負担を生じることになる。
上記問題点に鑑み、本発明は、外部容器と内部容器とを有する真空容器及びこのような真空容器構造を備える電子線装置において、外部容器の真空室内の内部空間と内部容器の内部空間との間を遮断する機構を、簡易な構造で設けることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、内部容器の内部空間を外部容器内の真空室の内部空間から遮断する遮断機構を外部容器側に設ける。遮断機構を外部容器側に設置することによって、遮断機構の設置が容易となる。例えば遮断機構を外部容器側に設置すれば、内部容器が外部容器内を移動できるように真空容器を構成しても、内部容器を駆動する駆動機構に負担を生じることなく、遮断機構を設けることが可能となる。
すなわち本発明の第１形態による真空容器は、内部が真空状態にされる真空室を有する外部容器と、内部容器であってその内外を連通する開口部を有しこの開口部を含んだ少なくともその一部分又は全体が真空室内に収容される内部容器と、を有し、さらに内部容器の内部空間を真空室の内部空間から遮断する遮断機構が、外部容器に設けられる。

遮断機構を外部容器に設けるために様々な構成を採用することができる。
例えば、遮断機構は、内部容器の開口部を真空室から遮る位置とこの開口部を遮らない位置との間で移動する遮断部材を備えて構成してもよい。
この場合には内部容器の開口部に遮断部材を押圧する間、この押圧方向への内部容器の移動を止めるためのストッパを備えることが好ましい。これによって遮断部材を内部容器の開口部に押圧して内部容器の開口部を真空室から遮る際に、内部容器やその支持機構に過度の力が掛かるのを防止する。
または、遮断機構は、内部容器の開口部を真空室から遮るための遮断部材と、内部容器の開口部が遮断部材によって真空室から遮られる位置と遮られない位置との間で内部容器を移動させる移動機構と、を備えて構成してもよい。
遮断機構により真空室の内部空間から遮断された内部容器の内部を真空引きするポンプをさらに設けてもよい。外部容器の真空室内を非真空状態にする間に、内部容器内の真空度を、例えば焼き出し処理を行うことによって内部の残留物をガスにして吸引する等により、より高く維持することが可能となる。

さらに外部容器に真空室につながる退避室をさらに設けてもよい。そして遮断機構として、内部容器を真空室から退避室へ移動させる移動機構と、退避室と真空室との間を開閉する開閉機構と、を備えて構成してもよい。
このとき退避室と外部容器の外側との間を開閉する他の開閉機構をさらに備えてもよい。

また本発明の第２形態による電子線装置は、内部が真空状態にされる真空室を有する筐体と、電子線を放出する開口部を有する電子線鏡筒であって開口部を含んだ少なくともその一部分又は全体が真空室内に収容される電子線鏡筒と、を有し、電子線鏡筒の内部空間を真空室の内部空間から遮断する遮断機構が、筐体に設けられる。

外部容器と内部容器とを有する真空容器及びこのような真空容器構造を備える電子線装置において、外部容器の真空室内の内部空間と内部容器の内部空間との間を簡単な構成で遮断することが可能となり、装置のコストダウン及び信頼性に寄与する。

以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図４の（Ａ）は、本発明による真空容器の第１実施例の概略構成を示す立面図であり、図４の（Ｂ）は、図４の（Ａ）の真空容器１０１の平面図であり、図４の（Ｃ）は、図４の（Ａ）に示す内部容器１１０の部分切断図である。このうち図４の（Ａ）では真空容器１０１の外部容器１２１の手前側の壁が取り除かれた状態で示し、図４の（Ｂ）では外部容器１２１の上面の壁が取り除かれた状態で示す。

真空容器１０１は、外部容器１２１と、その内部の真空室１２０に収容される内部容器１１０と備える。図示するとおり内部容器１１０は、その全体が真空室１２０に収容されて二重構造を成し、真空二重容器を構成する。
図４の（Ａ）に示すとおり、外部容器１２１には真空ポンプ１５１が接続されて、非真空状態（例えば大気圧状態）になっている真空室１２０を真空引きすることによって真空室１２０内部を真空状態にすることが可能である。さらに外部容器１２１にはガス源１５２も接続されて、真空状態にされた真空室１２０に所定の充填ガスを注入することによって、真空室１２０内部を非真空状態に戻すことが可能である。

さらに、外部容器１２１には開口部１２３と、開口部１２３を開閉する開閉機構１２４が設けられており、かかる開口部１２３を経由して外部容器１２１の真空室１２０内に被収容物を搬入出する。
真空室１２０内に被収容物を搬入出する際には、ガス源１５２から真空室１２０に充填ガスを注入して大気圧状態にしてから、開閉機構１２４により開口部１２３を開ける。そして被収容物を搬入出が終了すると、開閉機構１２４により開口部１２３を閉じ、その後に真空ポンプ１５１で真空引きすることによって真空室１２０内部を真空状態にする。

また、図４の（Ａ）及び図４の（Ｂ）に示すとおり、外部容器１２１には、真空室１２０内に収容された内部容器１１０を２次元移動させるための移動機構を備える。かかる移動機構は、第１の方向に沿って内部容器１１０を移動させるための１対の第１方向ガイド１６０ａ及び１６０ｂと、第２の方向に沿って電子線鏡筒１０を移動させるための可動第２方向ガイド１７０と、可動第２方向ガイド１７０を支持したまま第１の方向に延在する第１方向ガイド１６０ａ及び１６０ｂにそれぞれ沿って移動する１対の第１方向移動部１６１ａ及び１６１ｂと、内部容器１１０を支持したまま第２方向に延在する可動第２方向ガイド１７０に沿って移動する第２方向移動部１７１と、を備えて構成される。

各移動部１６１ａ、１６１ｂ及び可動第２方向ガイド１７０からなる組立体を第１方向に移動させるため、及び第２方向移動部１７１を第２方向への移動させるために、様々な直線駆動機構を使用することが可能である。
例えば、第１方向ガイドの一方の１６０ａに回転可能なボールネジ（図示せず）を第１の方向に沿って設け、第１方向各移動部１６１ａにナット（図示せず）を設けてボールネジと螺合させる。そして第１方向ガイド１６０ａを固定した状態で、図示しないモータによってボールネジを回転させることによって、第１方向各移動部１６１ａに対して第１の方向の駆動力を加えることとしてよい。
また可動第２方向ガイド１７０に、回転可能なボールネジ（図示せず）をＹ方向に沿って設け、第２方向各移動部１７１にナット（図示せず）を設けてボールネジと螺合させる。そして第２の方向について可動第２方向ガイド１７０を固定した状態で、図示しないモータによってボールネジを回転させることによって、第２方向各移動部１７１に対して第２の方向の駆動力を加えることとしてよい。
このようなボールネジ機構によって内部容器１１０を支持する第２方向移動部１７１を可動第２方向ガイド１７０に沿って駆動し、この可動第２方向ガイド１７０を支持する第１方向移動部１６１ａ及び１６１ｂを第１方向ガイド１６０ａ及び１６０ｂにそれぞれ沿って駆動することにより、内部容器１１０を２次元移動させる。なお直線駆動機構としてベルト駆動機構を使用してもよい。

図４の（Ｃ）に示すように、内部容器１１０の面１１８には、その内部空間１１１と内部容器の外側とを連通する開口部１１７が設けられる。そして内部容器１１０は、その開口部１１７が空いた状態で真空室１２０が真空状態にされると、その内部空間１１１も真空状態になる。
図４の（Ａ）に示すように、本実施例による真空容器１０１は、開口部１１７が設けられた内部容器１１０の面１１８に遮断部材１９１を押しつけることによって、内部容器１１０の内部空間１１１を真空室１２０の内部空間から遮断する遮断機構を、外部容器１２１側に有する。

例えば遮断機構は、図４の（Ａ）に示すように蓋状の遮断部材１９１と、外部容器１２１に支持され遮断部材１９１を昇降させる昇降部１９２と、を備えて構成してよい。昇降部１９２の可動部への駆動力を真空室１２０の外側から供給する場合には、真空室１２０内の気密を維持するために、昇降部１９２の可動部分と外部容器１２１の壁部との間の間隙を覆う可撓性のカバー部材１９３を備えて構成してもよい。
内部容器１１０の内部空間１１１を真空室１２０の内部空間から遮断する際には、２次元移動機構１６０ａ、１６０ｂ、１６１ａ、１６１ｂ、１７０及び１７１によって、内部容器１１０を図の点線に示した位置から、実線で示した位置へと移動させた後に、昇降部１９２によって遮断部材１９１を内部容器１１０の面１１８に押し当てる。

このとき、遮断部材１９１を介して昇降部１９２から過度な押圧力が加わり、内部容器１１０が変位したり、また２次元移動機構１６０ａ、１６０ｂ、１６１ａ、１６１ｂ、１７０及び１７１に過度な押圧力が加わることを防止するために、外部容器１２１は、この押圧方向への内部容器１１０の移動を止めるためのストッパ１２５を備える。ストッパ１２５は、遮断部材１９１が押し当てられる内部容器１１０の面１１８の反対側の面に当接して内部容器１１０の移動を止める押止部材でもよく、内部容器１１０を把持して内部容器１１０の移動を止めるクランプでもよい。

図５は、本発明による真空容器１０１の第２実施例の概略構成図である。本実施例では、遮断機構を、遮断部材１９１と、これを昇降させる昇降部１９２と、昇降部１９２の可動部への駆動力を発生させる駆動力発生部１９４とにより構成し、これらを真空室１２０内部に設ける。

図６の（Ａ）は図４に示す遮断機構の第２構成例を示す図であり、図６の（Ｂ）は図５に示す遮断機構の第２構成例を示す図である。これらの構成例では、遮断部材１９１により内部容器１１０の内部空間１１１が真空室１２０の内部空間から遮断する間に、真空ポンプ１５３によって内部容器１１０の内部空間１１１を真空引きする。
このため、遮断部材１９１には、内部容器１１０の面１１８に押し当てられたときに、真空室１２０の内部空間から遮断された内部容器１１０の内部空間１１１を真空ポンプ１５３に連通する開口部１９５と、連通路１９６とが設けられる。

図７は、本発明による真空容器１０１の第３実施例の概略構成図である。図４及び図５を参照して説明した実施例では、内部容器１１０の全体が真空室１２０に収容されていたが、本発明はこのように内部容器１１０の全体が外部容器１２１に収容された二重構造を成し、完全な真空二重容器を構成する態様に限定されるものではない。
例えば、図７に示すように、内部容器１１０の全体のうち、開口部１１７を含む一部分だけが、外部容器１２１に真空室１２０に収容される態様であっても、図４及び図５を参照して説明した実施例と同様の効果を有するため、これも本発明の対象である。

図８の（Ａ）及び図８の（Ｂ）は、本発明による真空容器の第４実施例の概略構成図である。本構成において内部容器１１０の内部空間を真空室１２０の内部空間から遮断する遮断機構は、真空室１２０内に固定された遮断部材１９１と、内部容器１１０を移動させる移動機構１６０ａ、１６０ｂ、１６１ａ、１６１ｂ、１７０、１７１、１８０及び１８１とを備えて構成される。
この移動機構は、内部容器１１０の開口部１１７が遮断部材１９１によって真空室１２０から遮られない位置から、遮られる位置へと、内部容器１１０を移動させ、内部容器１１０の開口部１１７が設けられた面１１８に遮断部材１９１を押し当てて内部容器１１０の内部空間を真空室１２０の内部空間から遮断する。

内部容器１１０を移動させる移動機構は、内部容器１１０の姿勢を変えない平行移動のほか、内部容器１１０の姿勢が変わる回転運動など、様々な態様で内部容器１１０を移動させる移動機構を採用してよい。
例えば図８の（Ａ）及び図８の（Ｂ）に示す例では、図の下方、すなわち上記第１及び第２の方向に直角な第３の方向に向いた開口部１１７を、その下方に設けた遮断部材１９１に押し当てて遮断するために、内部容器１１０を第３方向に移動させる第３方向直動機構１８０、１８１を採用する。
第三方向直動機構は、第２方向可動部１７１に支持され第３の方向に沿って内部容器１１０を移動させるための可動第３方向ガイド１８０と、内部容器１１０を支持したまま第３方向に延在する可動第３方向ガイド１８０に沿って移動する第３方向移動部１８１によって構成される。第三方向直動機構にも上記ボールネジ機構やベルト駆動機構を使用してよい。

本実施例においても、図６の（Ａ）及び図６の（Ｂ）に示す遮断機構と同様に、遮断部材１９１により内部容器１１０の内部空間１１１が真空室１２０の内部空間から遮断する間に、内部容器１１０の内部空間１１１を真空引きする真空ポンプ１５３を備えてもよい。

図９の（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明による真空容器の第５実施例の概略構成図である。本構成では、真空室１２０につながる退避室１２６を外部容器１２１に設け、内部容器１１０の内部空間を真空室１２０の内部空間から遮断する遮断機構として、内部容器１１０を真空室１２０から退避室１２６へ移動させる移動機構１６０、１６１と、退避室１２６と真空室１２０との間を開閉するゲートバルブなどの開閉機構１８３を備える。
図示の構成例では、移動機構１６０、１６１は、内部容器１１０を支持するアーム部材１６０と、ボールネジ機構やベルト駆動機構を用いてアーム部材１６０をその長手方向に移動させる駆動部１６１からなる直動機構で構成してよい。

図９の（Ａ）に示すように開閉機構１２４により開口部１２３を閉じ、真空室１２０の内部を真空状態にしている状態では、開閉機構１８３を開けて、退避室１２６から真空室１２０へとアーム部材１６０を突き出して、真空室１２０内に内部容器１１０を移動させる。

図９の（Ｂ）に示すように、真空室１２０を大気圧状態にして開閉機構１２４により開口部１２３を開く場合には、アーム部材１６０及び内部容器１１０を退避室１２６に収容し、開閉機構１８３を閉じることによって内部容器１１０の内部空間を真空室１２０の内部空間から遮断する。
また退避室１２６には、例えば内部容器１１０を外部容器１２１内から搬出または搬入するように、外部容器１２１の外部へとつながる開口部１２７とその開閉部１２８を備えてもよい。そして開閉機構１８３を閉じた状態で、真空ポンプ１５４によって退避室１２６を真空引きし、又はガス源１５５から退避室１２６内へ充填ガスを注入することによって、真空室１２０を真空状態に保ったまま開閉部１２８を開閉して、内部容器１１０の点検交換を行えるように構成してもよい。

図１０の（Ａ）及び図１０の（Ｂ）は、本発明による真空容器の第６実施例の概略構成図である。本構成では、図９の（Ａ）に示す構成と同様に真空室１２０につながる退避室１２６を設け、そして図１０の（Ｂ）に示すように真空室１２０を大気圧状態にする場合には、移動機構１６０、１６２によって内部容器１１０を退避室１２６へ退避させて、開閉機構１８３を閉じることによって内部容器１１０の内部空間を真空室１２０の内部空間から遮断する。
そのために本構成では、アーム部材１６０を回転させて内部容器１１０を退避室１２６に収容する回転駆動部１６２を備える。他の構成要素は、図９の（Ａ）に示す構成と同様としてよい。

本発明による真空容器の電子線装置への適用例を以下に示す。ここでは走査型電子顕微鏡を例にして説明するが、本発明はこれに限定されず電子線露光装置等の他の電子線装置にも広く適用することが可能である。図１１は、本発明による走査型電子顕微鏡（以下単に「顕微鏡」と記す）の第１実施例の内部構成を示す斜視図であり、図１２は図１１に示す顕微鏡２の内部構成を示す立面図である。図１１において顕微鏡２の内部状態を示すために、筐体２１と、筐体２１に設けられた試料取り出し口２３及びその開閉機構２４を点線にて示し、図１２において筐体２１の上面の壁が取り除かれた状態で示す。

顕微鏡２には、真空中で試料に電子ビームＥＢを照射するための真空室２０が設けられる。真空試料室２０は筐体２１によって外部と遮断され、真空ポンプ５１によって、非真空状態になっている真空室２０を真空引きすることによって内部を真空状態にする。またはガス源５２によって真空状態にされた真空室２０に所定の充填ガスを注入し、真空室２０内部を非真空状態に戻す。室内には試料を静電チャックなどの手段により保持するための試料保持台２２が設けられる。

顕微鏡２は、試料上で照射位置が走査するように電子ビームＥＢを照射する電子線鏡筒１０を備える。電子線鏡筒１０には試料Ｓからの電子を検出するための電子検出器ＥＤが設けられており（図１３を参照して後述する）、試料Ｓ上で走査される電子ビームＥＢの各時点の照射位置と、それぞれの時点において電子線検出器ＥＤにて検出した電子量とを同期させることにより２次元の顕微鏡像を得る。

電子線鏡筒１０によって電子ビームＥＢを偏向できる範囲はごく狭いため、試料全体を観察するためには、試料Ｓと電子線鏡筒１０を相対移動させて試料上の所望の観察位置へ電子線鏡筒１０を位置付ける必要がある。このために走査型電子顕微鏡１は、電子線鏡筒１０を、試料Ｓの観察面（ＸＹ面）に平行な面内で２次元移動させるための移動機構を備える。

かかる移動機構は、試料の観察面を成す第１方向であるＸ方向と第２方向であるＹ方向のうち、Ｘ方向に沿って電子線鏡筒１０を移動させるための１対のＸ方向ガイド６０ａ及び６０ｂと、Ｙ方向に沿って電子線鏡筒１０を移動させるための可動Ｙ方向ガイド７０と、可動Ｙ方向ガイド７０を支持したままＸ方向に延在するＸ方向ガイド６０ａ及び６０ｂにそれぞれ沿って移動する１対のＸ方向移動部６１ａ及び６１ｂと、電子線鏡筒１０を支持したままＹ方向に延在する可動Ｙ方向ガイド７０に沿って移動するＹ方向移動部７１と、を備えて構成される。
各移動部６１ａ、６１ｂ及び可動Ｙ方向ガイド７０からなる組立体のＸ方向への駆動、並びにＹ方向移動部７１のＹ方向への駆動のために、様々な直線駆動機構を使用でき、例えば上記説明したボールネジ機構やベルト駆動機構を用いることが可能である。

図１３は、図１１に示す電子線鏡筒１０の内部構成例を示す図である。図示の電子線鏡筒１０の例は、その鏡筒内の空間１３に電子銃１４、電磁レンズや静電レンズで実現される第１レンズ１５及び第２レンズ１６を備えたガウシアンビーム方式（ペンシルビーム方式）の電子光学系を備える。電子銃１４で発生した電子ビームＥＢを、第１レンズ１５及び第２レンズ１６からなる電磁レンズ系によって絞ることによってスポット状の電子ビームＥＢを作り、鏡筒の外面１８に設けられた開口部１７から試料Ｓへ照射する。
また電子線鏡筒１０には電子検出器ＥＤが設けられ、電子検出器ＥＤによって電子線鏡筒１０の開口部１７から電子を発射した際の試料Ｓからの電子を検出する。実際には、電子線鏡筒１０に対物アパーチャ、偏向電極や非点補正コイル等が設けられるが、ここでは説明を省略する。

図１２に戻り、本実施例による顕微鏡２は、開口部１７が設けられた電子線鏡筒１０の面１８に遮断部材９１を押しつけることによって、電子線鏡筒１０の内部空間１３を真空室２０の内部空間から遮断する遮断機構を、筐体２１側に有する。
例えば遮断機構は、蓋状の遮断部材９１と、筐体２１に支持され遮断部材９１を昇降させる昇降部９２とを備えて構成してよい。昇降部９２の可動部への駆動力を真空室２０の外側から供給する場合には、真空室内の２０の気密を維持するために、昇降部９２の可動部分と筐体２１の壁部との間の間隙を覆う可撓性のカバー部材９３を備えて構成してもよい。

電子線鏡筒１０の内部空間１３を真空室２０の内部空間から遮断する際には、２次元移動機構６０ａ、６０ｂ、６１ａ、６１ｂ、７０及び７１によって、電子線鏡筒１０を図の点線に示した位置から、実線で示した位置へと移動させた後に、昇降部９２によって遮断部材９１を電子線鏡筒１０の面１８に押し当てる。
このとき、遮断部材９１の押圧により電子線鏡筒１１０が変位したり、また２次元移動機構６０ａ、６０ｂ、６１ａ、６０ｂ、７０及び７１に過度な押圧力が加わることを防止するために、筐体２１は、この押圧方向への電子線鏡筒１０の移動を止めるためのストッパ２５を備える。ストッパ２５は、遮断部材９１が押し当てられる面１８の反対側の面に当接して電子線鏡筒１０の移動を止める押止部材でもよく、電子線鏡筒１０を把持するクランプでもよい。

また顕微鏡２は、図５に示した真空容器１０１と同様に、遮断部材９１を昇降させる昇降部９２の可動部への駆動力を発生させる駆動力発生部９４を、真空室２０内部に設けてもよい。
また図６の（Ａ）及び図６の（Ｂ）に示す遮断機構の構成例と同様に、遮断部材９１により電子線鏡筒１０の内部空間１３が真空室２０の内部空間から遮断する間に、電子線鏡筒１０内を真空引きする真空ポンプ５３を設けてもよい。
また顕微鏡２は、図７に示した真空容器１０１と同様に、内部容器１０としての電子線鏡筒１０の全体が、外部容器としての筐体２１や真空室２０に収容されず、少なくとも開口部１７を含む一部分だけが、筐体２１や真空室２０に収容される態様で構成してもよい。

図１４の（Ａ）及び図１４の（Ｂ）は、本発明による走査型電子顕微鏡２の第２実施例の概略構成図である。本構成において電子線鏡筒１０の内部空間を真空室２０の内部空間から遮断する遮断機構は、真空室２０内に固定された遮断部材９１と、電子線鏡筒１０を移動させる移動機構６０ａ、６０ｂ、６１ａ、６１ｂ、７０、７１、８０及び８１とを備えて構成される。
この移動機構は、電子線鏡筒１０の開口部１７が遮断部材９１によって真空室２０から遮られない位置から、遮られる位置へと、電子線鏡筒１０を移動させ、電子線鏡筒１０の開口部１７が設けられた面１８に遮断部材９１を押し当てて、電子線鏡筒１０の内部空間を真空室２０の内部空間から遮断する。
電子線鏡筒１０を移動させる移動機構は、電子線鏡筒１０の姿勢を変えない平行移動のほか、電子線鏡筒１０の姿勢が変わる回転運動など、様々な態様で電子線鏡筒１０を移動させる移動機構を採用してよい。

例えば図１４の（Ａ）及び図１４の（Ｂ）に示す例では、Ｚ方向に向いた開口部１７を、その先に設けた遮断部材９１に押し当てて遮断するために、電子線鏡筒１０をＺ方向に移動させるＺ方向直動機構８０、８１を採用する。
Ｚ方向直動機構は、Ｙ方向可動部７１に支持されＺ方向に沿って電子線鏡筒１０を移動させるための可動Ｚ方向ガイド８０と、電子線鏡筒１０を支持したままＺ方向に延在する可動Ｚ方向ガイド８０に沿って移動するＺ方向移動部８１によって構成される。Ｚ方向直動機構にも上記ボールネジ機構やベルト駆動機構を使用してよい。
なお、本実施例においても、図６の（Ａ）及び図６の（Ｂ）に示す遮断機構と同様に、遮断部材９１により電子線鏡筒１０の内部空間１３が真空室２０の内部空間から遮断する間に、電子線鏡筒１０内を真空引きする真空ポンプ５３を設けてもよい。

図１５の（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明による走査型電子顕微鏡２の第３実施例の概略構成図である。本構成では、真空室２０につながる退避室２６を筐体２１に設け、電子線鏡筒１０の内部空間を真空室２０の内部空間から遮断する遮断機構として、電子線鏡筒１０を真空室２０から退避室２６へ移動させる移動機構６０、６１と、退避室２６と真空室２０との間を開閉するゲートバルブなどの開閉機構８３を備える。
図示の構成例では、移動機構６０、６１は、電子線鏡筒１０を支持するアーム部材６０と、ボールネジ機構やベルト駆動機構を用いてアーム部材６０をその長手方向に移動させる駆動部６１からなる直動機構で構成してよい。

図１５の（Ａ）に示すように開口部２３を閉じ真空室２０の内部を真空状態にしている状態では、開閉機構８３を開けて、退避室２６から真空室２０へとアーム部材６０を突き出して、真空室２０内へ電子線鏡筒１０を移動させる。
また図１５の（Ｂ）に示すように、真空室２０を大気圧状態にして開口部２３を開く場合には、アーム部材６０及び電子線鏡筒１０を退避室２６に収容し、開閉機構８３を閉じることによって電子線鏡筒１０の内部空間を真空室２０の内部空間から遮断する。

また退避室２６には、電子線鏡筒１０を筐体外部から点検または交換できるように、筐体２１の外部へとつながる開口部２７とその開閉部２８を備えてもよい。そして開閉機構８３を閉じた状態で、真空ポンプ５４によって退避室２６を真空引きし、又はガス源５５から退避室２６内へ充填ガスを注入することによって、真空室２０を真空状態に保ったまま開閉部２８を開閉できるように構成してもよい。

図１６（Ａ）及び図１６の（Ｂ）は、本発明による走査型電子顕微鏡２の第４実施例の概略構成図である。本構成では、図１５の（Ａ）に示す構成と同様に真空室２０につながる退避室２６を設け、そして図１６の（Ｂ）に示すように真空室２０を大気圧状態にする場合には、移動機構６０、６２によって電子線鏡筒１０を退避室２６へ退避させて、開閉機構８３を閉じることによって電子線鏡筒１０の内部空間を真空室２０の内部空間から遮断する。
そのために本構成では、アーム部材６０を回転させて電子線鏡筒１０を退避室２６に収容する回転駆動部６２を備える。他の構成要素は、図１６の（Ａ）に示す構成と同様としてよい。

本発明は、外部容器とその内部に収容される内部容器とを備え、その内部が真空状態にされる真空容器に広く利用可能である。好適には、電子線を試料に照射するための、例えば電子顕微鏡や電子線露光装置などの電子線装置に利用可能である。

従来の走査型電子顕微鏡の概略構成図である。 従来の他の走査型電子顕微鏡の概略構成図である。 図２に示す電子線鏡筒の概略構成図である。 本発明による真空容器の第１実施例の概略構成図である。 本発明による真空容器の第２実施例の概略構成図である。 （Ａ）は図４に示す遮断機構の第２構成例を示す図であり、（Ｂ）は図５に示す遮断機構の第２構成例を示す図である。 本発明による真空容器の第３実施例の概略構成図である。 本発明による真空容器の第４実施例の概略構成図である。 本発明による真空容器の第５実施例の概略構成図である。 本発明による真空容器の第６実施例の概略構成図である。 本発明による走査型電子顕微鏡の第１実施例の内部構成を示す斜視図である。 図１１に示す走査型電子顕微鏡の内部構成を示す立面図である。 図１１に示す電子線鏡筒の概略構成図である。 本発明による走査型電子顕微鏡の第２実施例の概略構成図である。 本発明による走査型電子顕微鏡の第３実施例の概略構成図である。 本発明による走査型電子顕微鏡の第４実施例の概略構成図である。

符号の説明

１０１ 真空容器
１１０ 内部容器
１２０ 真空室
１２１ 外部容器
１９１ 遮断部材
１９２ 昇降部

Claims (14)

1. 内部が真空状態にされる真空室を有する外部容器と、
   内部容器であってその内外を連通する開口部を有し、該開口部を含んだ少なくともその一部分又は全体が前記真空室内に収容される内部容器と、
   を有する真空容器であって、
   前記内部容器の内部空間を前記真空室の内部空間から遮断する遮断機構を、前記外部容器に設けることを特徴とする真空容器。
2. 前記遮断機構は、前記内部容器の開口部を前記真空室から遮る位置と遮らない位置との間で移動する遮断部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の真空容器。
3. 前記内部容器の開口部に前記遮断部材を押圧する間、この押圧方向への前記内部容器の移動を止めるためのストッパを備えることを特徴とする請求項２に記載の真空容器。
4. 前記遮断機構は、
   前記内部容器の開口部を前記真空室から遮るための遮断部材と、
   前記内部容器の開口部が前記遮断部材によって前記真空室から遮られる位置と遮られない位置との間で、前記内部容器を移動させる移動機構と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の真空容器。
5. 前記遮断機構により前記真空室の内部空間から遮断された前記内部容器の内部を真空引きするポンプをさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の真空容器。
6. 前記外部容器は、前記真空室につながる退避室をさらに備え、
   前記遮断機構は、
   前記内部容器を、前記真空室から前記退避室へ移動させる移動機構と、
   前記退避室と前記真空室との間を開閉する開閉機構と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の真空容器。
7. 前記開閉機構を第１の開閉機構とし、
   前記退避室と前記外部容器の外側との間を開閉する第２の開閉機構をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の真空容器。
8. 内部が真空状態にされる真空室を有する筐体と、
   電子線を放出する開口部を有する電子線鏡筒であって、前記開口部を含んだ少なくともその一部分又は全体が前記真空室内に収容される電子線鏡筒と、
   を有する電子線装置であって、
   前記電子線鏡筒の内部空間を前記真空室の内部空間から遮断する遮断機構を、前記筐体に設けることを特徴とする電子線装置。
9. 前記遮断機構は、前記電子線鏡筒の開口部を前記真空室から遮る位置と遮らない位置との間で移動する遮断部材を備えることを特徴とする請求項８に記載の電子線装置。
10. 前記電子線鏡筒の開口部に前記遮断部材を押圧する間、この押圧方向への前記電子線鏡筒の移動を止めるためのストッパを備えることを特徴とする請求項９に記載の電子線装置。
11. 前記遮断機構は、
    前記電子線鏡筒の開口部を前記真空室から遮るための遮断部材と、
    前記電子線鏡筒の開口部が前記遮断部材によって前記真空室から遮られる位置と遮られない位置との間で、前記電子線鏡筒を移動させる移動機構と、
    を備えることを特徴とする請求項８に記載の電子線装置。
12. 前記遮断機構により前記真空室の内部空間から遮断された前記電子線鏡筒の内部を真空引きするポンプをさらに備えることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一項に記載の電子線装置。
13. 前記筐体は、前記真空室につながる退避室をさらに備え、
    前記遮断機構は、
    前記電子線鏡筒を、前記真空室から前記退避室へ移動させる移動機構と、
    前記退避室と前記真空室との間を開閉する開閉機構と、
    を備えることを特徴とする請求項８に記載の電子線装置。
14. 前記開閉機構を第１の開閉機構とし、
    前記退避室と前記筐体の外側との間を開閉する第２の開閉機構をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の電子線装置。

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