JP5353555B2

JP5353555B2 - 電子線装置

Info

Publication number: JP5353555B2
Application number: JP2009191656A
Authority: JP
Inventors: 茂宏三田村; 徹高島
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2029-08-21
Also published as: JP2011044330A

Description

本発明は、試料を配置するための試料室と該試料に対して電子線を照射するための電子銃部とを備えた電子線装置に関し、特には、高真空下で電子銃を用いる電子線プローブ微小分析装置や電子顕微鏡等の電子線装置に関する。

電子線プローブ微小分析装置（Electron Probe MicroAnalyser：ＥＰＭＡ）では、高エネルギーを有する微小径の電子線を励起線として試料に照射し、それによって試料の含有成分の内殻電子が励起された際に外部に放出される固有Ｘ線を検出、測定することにより、元素の同定や定量を行ったり、元素の分布を調べたりする（例えば、特許文献１を参照）。

前記ＥＭＰＡは、試料を収容する試料室、該試料に対して電子線を照射するための電子銃を備えた電子銃部を含んでおり、電子線の照射時は試料室及び電子銃部の内部が真空ポンプによってそれぞれ所定の真空度に維持される。

電子銃は、電子発生部材を含むカソード端子部を有している。カソード端子部から発生する電子線の照射軸線の位置合わせのため、電子銃は、電子銃部に位置調節可能に設けられた支持部材に支持されている。
また、消耗品であるカソード端子部は、交換が可能であり、例えば特許文献２には、ヒンジで連結された上部容器及び下部容器からなる真空容器を備えた電子銃部が記載されている。特許文献２の電子銃部では、ヒンジを支点として上部容器を回動させて真空容器を開放することにより、上部容器に収容されている電子銃のカソード端子部を交換することができる。

ＥＰＭＡでは、電子銃部の上部容器と下部容器との間、支持部材の取付部位といった可動部における気密性を確保するため、該可動部にシール機構を設けて電子銃内部の真空度を維持するようにしている。

特開2007-127511号公報特開2009-68973号公報

従来、前記電子銃部においては、電子源としてタングステン製のフィラメントを用いるのが一般的であったが、近年では、ＣｅＢ_６カソードをはじめとする結晶タイプのカソードも広く用いられるようになっている。結晶タイプのカソードは、タングステンフィラメントに比べて長寿命であり、高い分解能が得られるという特徴があるが、その反面、安定して作動させるためには高い真空度が要求される。具体的には、タングステン製フィラメントを用いる場合、電子銃部内を１×１０^−３Ｐａ程度以下の真空度でよいのに対し、結晶タイプのカソードを用いる場合には１×１０⁻⁶Ｐａ程度以下の真空度とする必要がある。

従来のタングステン製フィラメントを用いるＥＰＭＡでは、電子銃部周辺の可動部や開閉部における気密性確保のためのシール機構として、エラストマーから成るＯリングが用いられていた。しかし、こうしたエラストマー製のＯリングは、より高真空が求められる結晶タイプのカソードを備えたＥＰＭＡにおいてはシール性が不十分な場合があった。一方、前記シール機構として金属製のＯリング（メタルシール）や金属ベローズを用いれば高真空化に対応できるが、その場合、該開閉部や可動部の構造が複雑になる。特に、前記開閉部にメタルシールを用いる場合には、前記開閉部をボルト等によって固定する必要が生じるため、開閉や位置調整等を行う際にスパナ等の工具が必要となり、ユーザの作業負担が増大するという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、高真空下においても良好なシール性能を達成することができる電子線装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る電子線装置は、
試料が収容される試料室と、前記試料室に収容された試料に照射するための電子線を発生する電子銃を内部に含む電子銃部と、前記電子銃部の内部を排気するための真空排気機構とを備えた電子線装置であって、
前記電子銃部は、筒状の容器本体、該容器本体の上部開口を開閉する蓋部、前記容器本体と前記蓋部との間に設けられた容器シール機構を有し、
前記容器シール機構は、容器本体の軸方向及び軸方向と直交する径方向の少なくとも一方向に離れて設けられた２個のＯリングから成り、
前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間を排気する容器シール用真空ポンプを備えることを特徴とする。
なお、容器本体は円筒状に限らないが、本発明では便宜上、軸方向と直交する方向を径方向と称する。

また、本発明の電子線装置は、
前記蓋部が、筒状の蓋本体、前記蓋本体の内周部に位置調節可能に取り付けられ、前記蓋本体の内周部を閉塞すると共に前記電子銃を支持する支持板と、前記支持板と前記蓋本体との間に設けられた蓋シール機構を有し、
前記蓋シール機構が、前記蓋本体の軸方向及び軸方向と直交する径方向の少なくとも一方向に離れて設けられた２個のＯリングから成り、
前記蓋シール機構の２個のＯリング間の空間を排気する蓋シール用真空ポンプを備えることを特徴とする。
なお、蓋本体は円筒状に限らないが、本発明では便宜上、軸方向と直交する方向を径方向と称する。

上記電子線装置においては、前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間と前記蓋シール機構の２個のＯリング間の空間とを繋ぐバイパス通路を前記蓋本体に形成し、前記容器シール用真空ポンプと前記蓋シール用真空ポンプを兼用する１個の共通ポンプで各シール機構のＯリング間の空間を排気すると、真空ポンプの数を少なくすることができる。

この場合、前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間と容器本体の外部とを連通させる排気通路を前記容器本体に形成し、
前記排気通路を介して前記共通ポンプと前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間とを接続すると良い。
上記構成によれば、前記排気通路と共通ポンプを接続するための配管を容器本体に設けることができる。電子銃のカソード端子部を交換するために開閉される蓋部と異なり容器本体は固定部材(非可動部材）であるため、蓋部の開閉時に容器本体における配管接続部に無理な力が加わることがなく、当該配管接続部の信頼性の向上を図ることができる。

本発明の電子線装置によれば、電子銃部の可動部や開閉部におけるシール機構を容器本体の軸方向及び径方向に離れて設けられた２個のＯリングで構成したため、可動部や開閉部の構成を簡単に、確実にシールすることができる。しかも、２個のＯリング間の空間を真空ポンプで真空排気するようにしたので、電子銃部内を高真空に維持することができる。また、可動部や開閉部におけるシール機構を２個のＯリングから構成したため、開閉部の開閉や位置調整等の作業を容易に行うことができる。

本発明の一実施例に係るＥＰＭＡの電子銃部周辺の構造を示す縦断面図。蓋を開放した状態で示す図１相当図。電子銃部の２個のシール機構を拡大して示す縦断面図。本実施例に係るＥＰＭＡの全体構成を示す模式図。

以下、本発明をＥＰＭＡに適用した一実施例について図面を参照しながら説明する。図４は、本実施例に係るＥＰＭＡの概略構成図である。図４に示すＥＰＭＡ１０は、試料を収容する試料室１２、試料室１２内の試料に対して電子線を照射するための電子銃１４(図１等参照）を備えた電子銃部１６、電子銃１４から放射される電子線を制御するコンデンサレンズ１８を備えている。

試料室１２内には、試料を支持する試料台１２１、試料から放射されるＸ線を波長別に分光する分光素子１２２と分光された特性Ｘ線を検出するＸ線検出器１２３等が収容されている。試料台１２１はＸＹステージを備えており、電子線の照射軸線と直交する平面内で試料を移動させることができる。
電子銃１４は電子発生部材を有するカソード端子部２０を備えている。本実施例のＥＰＭＡ１０では、電子発生部材として結晶タイプのカソードのひとつであるＣｅＢ_６カソードが用いられている。
コンデンサレンズ１８は、電磁偏向レンズとして機能する筒状のコイル部１８１、コイル部１８１の中心を通る筒状の電子通路１８２を有している。電子銃１４から放射された電子線Ｅは電子通路１８２を通って試料室１２内の試料に照射される。コンデンサレンズ１８と電子銃部１６とは小さなオリフィスで連結されている。

電子銃部１６の内部は主真空用ポンプ（例えばイオンポンプ）２２によって排気されるようになっている。また、電子銃部１６はバルブ２４が介在する配管２６によって補助真空ポンプ(例えばロータリーポンプ）２８に接続され、前記配管２６と試料室１２とはバイパスバルブ３０を介して接続されている。さらに、試料室１２には、バルブ３２を介して主真空用ポンプ（例えばディフュージョンポンプ）３４が接続され、さらに主真空用ポンプ３４は、配管３６を介して補助真空用ポンプ(例えばロータリーポンプ)３８に接続されている。
電子銃部１６及び試料室１２は、バルブの切り換えにより真空排気、大気導入が行われる。

次に、電子銃部１６の構成について図１〜図３を参照して説明する。図１は電子銃部１６の内部構成を示す縦断面図である。電子銃部１６はコンデンサレンズ１８の上端部に取り付けられており、円筒型の容器４０と、容器４０内に収容された電子銃１４とを有する。

コンデンサレンズ１８の上端面には環状凹部４２が形成されており、電子銃部１６の下面には前記環状凹部４２内に配置される環状凸部４４が形成されている。コンデンサレンズ１８の電子通路１８２は前記環状凹部４２の内周の突出部の中心から軸方向(上下方向)に延びている。
環状凸部４４は環状凹部４２内を移動できるように構成されている。コンデンサレンズ１８の上部には外周面から環状凹部４２に向かって延びる複数の孔が形成されており、前記孔にビス４７を螺挿し、その先端で環状凸部４４を押圧することにより環状凸部４４，つまり電子銃部１６が水平方向に移動されるようになっている。これにより、電子通路１８２の中心軸線と電子線の照射軸線との位置合わせをすることができる。

容器４０は、容器本体４０１と、この容器本体４０１にヒンジ４０２を介して連結された、該容器本体４０１の上部開口を開閉する蓋部４０４とから構成されている。容器本体４０１内の下部には該容器本体４０１の内部を電子銃室４０５とその下のバルブ室４０６とに仕切る仕切板４０７が設けられている。仕切板４０７の中央には導入孔５０ａを有する電子導入部材５０が取り付けられている。電子銃１４から放射された電子線は導入孔５０ａを通ってバルブ室４０６内に導入される。

バルブ室４０６の下面の中央には開口４０８が形成されており、該バルブ室４０６内には前記開口４０８を開閉する弁部材５２が移動可能に収容されている。弁部材５２は電子銃部１６の外部に設けられたピストン５４によって移動される。コンデンサレンズ１８の電子通路１８２の上端は前記開口４０８内に突出しており、弁部材５２によって開口４０８が閉鎖されていないときはバルブ室４０６を介して電子通路１８２と導入孔５０ａ(電子銃室４０５)とが連通する。

蓋部４０４は、中央に開口４０９ａを有するフランジ部４０９（本発明の蓋本体に相当）と、前記開口４０９ａを塞ぐようにフランジ部４０９の上部に取り付けられたカバー４１０とから成る。また、フランジ部４０９の開口４０９ａ内には電子銃１４を支持する支持板４１１が取り付けられている。電子銃１４はコネクタ部１４１を介して高圧ケーブル（一点鎖線で図示）と接続されており、その下端部にカソード２０が交換可能に取り付けられている。なお、図示しないが、フランジ部４０９には外周面から開口４０９ａに向かって延びる複数の孔が形成されている。これらの孔にビスを螺挿して支持板４１１を押圧することにより該支持板４１１が水平方向に移動され、もって電子銃１４のカソード端子部２０の位置合わせが成される。

蓋部４０４を開いた様子を図２に示す。蓋部４０４はヒンジ４０２を支点として回動する。蓋部４０４を上方に回動させることにより蓋部４０４に固定された電子銃１４も上方に移動し、電子銃１４の先端のカソード端子部２０を交換することができる。

上記構成のＥＰＭＡ１０は、可動部である電子銃部１６とコンデンサレンズ１８との間、電子銃部１６の開閉部である蓋部４０４と容器本体４０１との間、可動部である支持板４１１とフランジ部４０９との間に、それぞれ特徴的なシール機構を備えている。以下、これらシール機構について順に説明する。

〔電子銃部とコンデンサレンズとの間のシール機構〕
図１に示すように、電子銃部１６とコンデンサレンズ１８との間のシール機構６０は直径寸法が異なる２個のＯリング６１，６２を備えている。これらＯリング６１，６２はいずれもエラストマー製で、電子通路１８２の中心軸線を中心とする同心円から成る。一方のＯリング６１は、コンデンサレンズ１８の環状凹部４２と電子銃部１６の環状凸部４４の間に配置されており、他方のＯリング６２は、コンデンサレンズ１８の環状凹部４２で囲まれた凸部の上面と電子銃部１６の下面との間に配置されている。いずれのＯリング６１，６２も電子銃部１６の下面に形成された環状溝部６３，６４に収容されている。これら大小２個のＯリング６１，６２からなる二重シール構造により電子銃部１６とコンデンサレンズ１８との間の間隙が気密に封止される。

また、コンデンサレンズ１８には、環状凹部４２のうち環状凸部４４が位置しない領域の下面からコンデンサレンズ１８の外周部に向かって延びる排気通路６５が形成されている。この排気通路６５は排気管６６を介して真空ポンプ６７に接続されている。

〔電子銃部の容器本体と蓋部との間のシール機構〕
図１〜図３に示すように、電子銃部１６の容器本体４０１と蓋部４０４との間のシール機構７０(本発明の容器シール機構に相当)は直径寸法が異なる２個のエストラマー製のＯリング７１，７２を備えている。容器本体４０１の周壁部の上端面は内周側が外周側よりも低い段違い面７３になっており、これに対応して蓋部４０４（フランジ部４０９）の下面にも段違い面７４が設けられている。２個のＯリング７１，７２は容器本体４０１の段違い面７３と蓋部４０４の段違い面７４の間に配置されている。具体的には、一方のＯリング７１は，容器本体４０１の段違い面７３の上段に形成された環状溝部７５に収容されており、他方のＯリング７２は段違い面７３の下段に形成された環状溝部７６に収容されている。段違い面７３の上段及び下段に環状溝部７５，７６を形成したことにより、大小２個のＯリング７１，７２は容器本体４０１の内外方向（径方向）及び上下方向（軸方向）に離れて配置される。これら大小２個のＯリング７１，７２からなる二重シール構造により容器本体４０１と蓋部４０４との間の間隙が気密に封止される。

また、容器本体４０１の段違い面７３の下段と上段との間には環状の排気溝７７が形成されている。容器本体４０１の周壁部には前記排気溝７７と外部とを連通する排気通路７８が形成されており、該排気通路７８は排気管７９を介して真空ポンプ８０に接続されている。

〔蓋部のフランジ部と支持板との間のシール機構〕
図１〜図３に示すように、蓋部４０４のフランジ部４０９と支持板４１１との間のシール機構８１(本発明の蓋シール機構に相当)は直径寸法が異なる２個のエストラマー製のＯリング８２，８３を備えている。フランジ部４０９の内周面には全周にわたって凹溝８４が形成されており、この凹溝８４よりも下部には内周に向かって突出する突出部８５が設けられている。支持板４１１は、その周縁部が凹溝８４に入り込んだ状態で突出部８５の上面に支持されている。

突出部８５の上面は、内周部が低い段違い面８６になっており、これに対応して、支持板４１１の外周部の下面にも段違い面８７が形成されている。２個のＯリング８２，８３は突出部８５の段違い面８６と支持板４１１の段違い面８７の間に配置されている。具体的には、一方のＯリング８２は、突出部８５の段違い面８６の上段に形成された環状溝部８８に収容されており、他方のＯリング８３は段違い面８６の下段に形成された環状溝部８９に収容されている。段違い面８６の上段及び下段に環状溝部８８，８９を形成したことにより、大小２個のＯリング８２，８３は蓋部４０４の内外方向及び上下方向に離れて配置される。これら大小２個のＯリング８２，８３からなる二重シール構造により蓋部４０４のフランジ部４０９と支持板４１１との間の間隙が気密に封止される。

また、フランジ部４０９の段違い面８６の下段と上段との間には環状の排気溝９０が形成されている。さらに、フランジ部４０９には、前記排気溝９０と容器本体４０１の排気溝７７とを繋ぐバイパス通路９１が形成されている。前記バイパス通路９１により、排気溝９０は真空ポンプ８０に接続される。

上記ＥＰＭＡ１０では、試料室１２に搬入された試料に対して電子線が照射されるとき、試料室１２及び電子銃部１６は補助真空ポンプ２８，３８及び主真空ポンプ２２，３４によって排気され、高真空にされる。
このとき、電子銃部１６の３箇所の可動部にそれぞれ設けられたシール機構６０，７０，８１を大小２個のＯリングからなる二重シール構造としたため、電子銃部１６内の真空度をより高く保つことができる。
しかも、各シール機構６０，７０，８１のＯリング間の空間を真空ポンプで排気するようにしたため、エラストマー製のＯリングを用いても十分なシール性を確保することができる。また、シール機構７０，８１のＯリング間の排気溝７７，９０をバイパス通路９１で繋いだ。このため、１個の真空ポンプ８０で両方の排気溝７７，９０を排気することができる。つまり、本実施例では、真空ポンプ８０が本発明の共通ポンプに相当する。

また、本実施例では、各シール機構６０，７０，８１を構成する２個Ｏリングを容器本体４０１や蓋部４０４の内外方向及び上下方向に離れて配置した。特に、外周側のＯリングを内周側のＯリングよりも高い位置に設けたため、Ｏリング間の空間を排気するための排気通路を、該空間から容器本体４０１の外周部に向かって直接延ばすことができる。従って、容器本体４０１に排気通路を容易に加工することができる。

尚、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、例えば各シール機構のＯリング間の空間をそれぞれ別の真空ポンプで排気する等、適宜の変更が可能である。

１０…ＥＰＭＡ
１２…試料室
１４…電子銃
１６…電子銃部
１８…コンデンサレンズ
２０…カソード
４０…容器
４０１…容器本体
４０４…蓋部
４０５…電子銃室
４１１…支持板
６０…シール機構
６１，６２，７１，７２，８２，８３・・・Ｏリング
６７…真空ポンプ
７０…シール機構(容器シール機構)
７５，７６，８８，８９・・・環状溝部(保持溝)
８０・・・真空ポンプ(共通ポンプ）
８１…シール機構(蓋シール機構)
９１・・・バイパス通路

Claims

試料が収容される試料室と、
前記試料室に収容された試料に照射するための電子線を発生する電子銃を内部に含む電子銃部と、
前記電子銃部の内部を排気するための真空排気機構と
を備えた電子線装置において、
前記電子銃部は、筒状の容器本体、該容器本体の上部開口を開閉する蓋部、前記容器本体と前記蓋部との間に設けられた容器シール機構を有し、
前記容器シール機構は、容器本体の軸方向及び軸方向と直交する径方向の少なくとも一方向に離れて設けられた２個のＯリングから成り、
前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間を排気する容器シール用真空ポンプを備えることを特徴とする電子線装置。
前記容器シール機構の２個のＯリングは、軸方向及び径方向に離れて設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子線装置。
請求項１又は２に記載の電子線装置において、
前記蓋部は、筒状の蓋本体、前記蓋本体の内周部に位置調節可能に取り付けられ、前記蓋本体の内周部を閉塞すると共に前記電子銃を支持する支持板と、前記支持板と前記蓋本体との間に設けられた蓋シール機構を有し、
前記蓋シール機構は、前記蓋本体の軸方向及び軸方向と直交する径方向の少なくとも一方向に離れて設けられた２個のＯリングから成り、
前記蓋シール機構の２個のＯリング間の空間を排気する蓋シール用真空ポンプを備えることを特徴とする電子線装置。
前記蓋シール機構の２個のＯリングは、軸方向及び径方向に離れて設けられていることを特徴とする請求項３に記載の電子線装置。
前記蓋本体に形成され、前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間と前記蓋シール機構の２個のＯリング間の空間とを繋ぐバイパス通路と、
前記容器シール用真空ポンプと前記蓋シール用真空ポンプを兼用する１個の共通ポンプとを備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の電子線装置。
前記容器本体に形成され前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間と容器本体の外部とを連通させる排気通路を備え、
前記共通ポンプは、前記排気通路を介して前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の電子線装置。