JP7057167B2 - 真空用接続機構、電子光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、メインチャンバに真空ポンプを接続する真空用接続機構に関する。

電子線を利用する電子線検査装置や電子線描画装置等の電子光学装置においては、電子線の安定性と直進性を確保するために、ウエハやマスク等の試料が配置されるメインチャンバには、高真空に排気可能なターボ分子ポンプ等の真空ポンプが接続され、真空に保持される必要がある。

ところで、ターボ分子ポンプのロータは高速回転するため、ターボ分子ポンプが生成する振動がメインチャンバに及ぼす影響を極力排除するために、メインチャンバとターボ分子ポンプ等の真空ポンプとは、ベローズなどを介して弾性的に接続されることが望ましい。

一方、ターボ分子ポンプは高速回転機械につき、運転中にロータロックやロータ破壊等の異常があった場合には、ポンプ自体のみならず、ポンプ取付部等に過大な力が生じ、ポンプ固定部等の強度が不十分な場合には、ポンプの脱落が生じることにより、周囲にある他の装置に損傷を発生させる危険性がある。したがって、ターボ分子ポンプは、剛性の確保された構造物に、十分な強度をもって取り付けられる必要がある。

図４は、従来の真空用接続機構の一例を示す概略図であり、メインチャンバ１２２の排気接続部１２２ａと真空ポンプ１２１とはベローズ１１２を介して弾性的に接続されており、真空ポンプ１２１の固定部は床等の固定側へ十分な剛性を確保して取り付けられている。しかしながら、図４に示す構成では、真空ポンプ１２１の振動をベローズ１１２の柔軟性により吸収できるものの、真空ポンプ１２１の吸引によってベローズ１１２が収縮することにより、ベローズ１１２から排気接続部１２２ａに対して下向きの力が作用してメインチャンバ１２２が傾いてしまう危険性がある。

これに対し、特許文献１には、図５に示すように、排気接続部１２２ａには、真空ポンプ１２１側のベローズ１１２ａと補助ベローズ１１２ｂとが上下対称に接続されており、ベローズ１１２ａの端部のフランジ１１３ａと補助ベローズ１１２ｂの端部の閉塞フランジ１１３ｂとが支持部材１１４により連結された構成が開示されている。この構成によれば、真空ポンプ１２１の振動をベローズ１１２ａの柔軟性により吸収できるともに、真空ポンプ１２１の吸引によってベローズ１１２ａおよび補助ベローズ１１２ａの両方に収縮力が作用するものの、ベローズ１１２ａから排気接続部１２２ａに対して作用する上向きの力と補助ベローズ１１２ｂから排気接続部１２２ａに対して作用する下向きの力とが上下対称につりあうことで、メインチャンバ１２２が傾いてしまうという問題が起こらないようになっている。

特開２０１４－１９６６９３号公報

ところで、図６を参照し、ベローズには、その蛇腹形状に起因して、伸縮方向（Ｚ方向）およびそれに垂直なＸＹ方向については軟らかいが、軸線回りの回転方向（θ方向）については硬い（剛性が高い）という特性を有する。そのため、図５に示す構成では、真空ポンプ１２１のＺ方向およびＸＹ方向の振動については、ベローズ１１２ａの柔軟性により吸収できるものの、軸線回りの回転方向（θ方向）の振動については、ベローズ１１２ａにおいて吸収できず、メインチャンバ１１２に伝達されて悪影響を及ぼす可能性がある。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明は、振動吸収効果が高められた真空用接続機構を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る真空用接続機構は、
第１軸方向において互いに対称に開口する第１主開口および第１副開口と、前記第１軸方向とは異なる第２軸方向において互いに対称に開口する第２主開口および第２副開口と、を有する本体部と、
一端が前記第１主開口に接続され、他端に真空ポンプ側に接続される第１フランジが設けられた第１主ベローズと、
一端が前記第１副開口に接続され、他端に第１閉塞フランジが設けられた第１副ベローズと、
前記第１フランジと前記第１閉塞フランジとを連結する第１支持部材と、
一端が前記第２主開口に接続され、他端にメインチャンバ側に接続される第２フランジが設けられた第２主ベローズと、
一端が前記第２主開口に接続され、他端に第２閉塞フランジが設けられた第２副ベローズと、
前記第２フランジと前記第２閉塞フランジとを連結する第２支持部材と、
を備える。

このような態様によれば、真空ポンプの吸引によって各ベローズにそれぞれ収縮力が作用するものの、第１主ベローズおよび第１副ベローズからそれぞれ本体部に作用する力は第１軸方向において互いに逆向きでつりあうとともに、第２主ベローズおよび第２副ベローズからそれぞれ本体部に作用する力も第２軸方向において互いに逆向きでつりあうため、メインチャンバが真空ポンプ側に引き寄せられて傾いてしまうという問題は起こらない。また、真空ポンプの第１軸方向（Ｚ方向）およびそれに垂直なＸＹ方向の振動については、第１主ベローズと第１副ベローズの柔軟性により吸収できるとともに、真空ポンプの軸線回りの回転方向（θ方向）の振動についても、第２主ベローズと第２副ベローズの柔軟性により吸収できる。したがって、真空用接続機構における振動吸収効果を高めることができ、真空ポンプの振動がメインチャンバに伝達されて悪影響を及ぼす可能性を著しく低減できる。

本発明の一態様に係る真空用接続機構において、
前記第２軸方向は前記第１軸方向に対して直交する方向であってもよい。

本発明の一態様に係る真空用接続機構において、
前記第１軸方向は鉛直方向であり、前記第２軸方向は水平方向であってもよい。

本発明の一態様に係る真空用接続機構において、
前記第２主ベローズと前記第２副ベローズと前記第２支持部材とは、前記第１フランジと前記第１閉塞フランジとの間に配置されていてもよい。

このような態様によれば、真空用接続機構をコンパクトに構成できる。

本発明の一態様に係る真空用接続機構において、
前記本体部は、中空の箱形状を有してもよい。

本発明の一態様に係る真空用接続機構において、
前記本体部は、十字管形状を有してもよい。

本発明の一態様に係る電子光学装置は、
上述したいずれかの特徴を有する真空用接続機構と、
前記真空用接続機構の前記第１フランジ側に接続される真空ポンプと、
前記真空用接続機構の前記第２フランジ側に接続されるメインチャンバと、
前記メインチャンバに接続され、前記メインチャンバ内に配置された試料に電子線を供給する鏡筒と、
を備える。

本発明によれば、真空用接続機構における振動吸収効果を高めることができる。

図１は、一実施の形態に係る真空用接続機構を備えた電子光学装置の構成を示す図である。 図２は、図１に示す真空用接続機構の本体部の一例を示す斜視図である。 図３は、図１に示す真空用接続機構の本体部の一例を示す側面図である。 図４は、従来の真空用接続機構の一例を示す概略図である。 図５は、従来の真空用接続機構の一変形例を示す概略図である。 図６は、ベローズの特性を説明するための図である。

以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本明細書に添付する図面においては、図示の理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

図１は、一実施の形態に係る真空用接続機構１０を備えた電子光学装置２０の構成を示す図である。なお、以下の説明では、電子光学装置２０の一例として電子線検査装置について説明するが、電子光学装置２０は電子線検査装置に限られるものではなく、電子線照射装置、電子線描画装置または電子顕微鏡であってもよい。

図１に示すように、電子光学装置２０は、メインチャンバ２２と、メインチャンバ２２に接続され、メインチャンバ２２内に配置される試料に電子線を供給する鏡筒２３と、地面（床）に対してメインチャンバ２２を支持する除振台２４と、真空ポンプ２１と、メインチャンバ２２の排気接続部２２ａに真空ポンプ２１を接続する真空用接続機構１０とを備えている。

このうちメインチャンバ２２、鏡筒２３、および除振台２４の構成は、従来の電子光学装置と同様であり、詳細な説明は省略する。

真空ポンプ２１は、メインチャンバ２２内を高真空に排気可能なものであれば、特に限定されるものではないが、たとえば、ターボ分子ポンプやドライポンプが用いられる。図１に示す例では、真空ポンプ２１は、地面（床）に対して十分な強度をもって取り付けられている。

図１に示すように、本実施の形態に係る真空用接続機構１０は、本体部１１と、本体部１１に対して第１軸方向Ｄ１において互いに対称に配置された第１主ベローズ１２ａおよび第１副ベローズ１２ｂと、本体部１１に対して第２軸方向Ｄ２において互いに対称に配置された第２主ベローズ１２ｃおよび第２副ベローズ１２ｄと、第１支持部材１４ａと、第２支持部材１４ｂとを有している。

ここで、第２軸方向Ｄ２は、第１軸方向Ｄ１とは異なる方向であり、たとえば、第１軸方向Ｄ１に対して直交する方向である。図１に示す例では、第１軸方向Ｄ１が鉛直方向であり、第２軸方向Ｄ２が水平方向であるが、これに限定されるものではなく、第１軸方向Ｄ１および第２軸方向Ｄ２が互いに直交する水平方向であってもよい。

図２は、本体部１１の一例を示す斜視図である。図２に示す例では、本体部１１は、中空の箱形状を有しており、第１軸方向Ｄ１において互いに対称に（逆向きに）開口する第１主開口１１ａおよび第１副開口１１ｂと、第２軸方向Ｄ２において互いに対称に（逆向きに）開口する第２主開口１１ｃおよび第２副開口１１ｄと、を有している。

図示された例では、第１主開口１１ａおよび第１副開口１１ｂは同じ大きさであり、第２主開口１１ｃおよび第２副開口１１ｄは同じ大きさである。第１主開口１１ａ、第１副開口１１ｂ、第２主開口１１ｃおよび第２副開口１１ｄが全て同じ大きさであってもよい。この場合、真空用接続機構１０の組み立て時に、本体部１１の向きを気にする必要がなくなるため、作業性がよい。

なお、本体部１１の形状は、図２に示すような中空の箱形状に限定されるものではなく、たとえば、図３に示すように、十字菅（クロス）形状であってもよい。本体部１１の材質としては、たとえばステンレスなどの金属が用いられる。

図１に示すように、第１主ベローズ１２ａは、一端が本体部１１の第１主開口１１ａに接続されており、他端には真空ポンプ２１側に接続される第１フランジ１３ａが設けられている。第１フランジ１３ａは真空ポンプ２１の吸気口フランジに直接接続されてもよいし、吸気口フランジに不図示の配管を介して接続されてもよい。

第１副ベローズ１２ｂは、一端が本体部１１の第１副開口１１ｂに接続されており、他端には第１閉塞フランジ１３ｂが設けられている。

第１主ベローズ１２ａおよび第１副ベローズ１２ｂとしては、金属（たとえばステンレス）製の溶接ベローズが用いられる。図示された例では、第１主ベローズ１２ａおよび第１副ベローズ１２ｂは同じ形状を有している。

図１に示すように、第１主ベローズ１２ａの端部の第１フランジ１３ａと第１副ベローズ１２ｂの端部の第１閉塞フランジ１３ｂとは、第１支持部材１４ａにより連結されている。そのため、真空ポンプ２１の吸引により第１主ベローズ１２ａおよび第１副ベローズ１２ｂの内部が負圧になって第１軸方向Ｄ１に沿った収縮力が作用しても、両端部が第１支持部材１４ａにより支持されていることで、第１主ベローズ１２ａおよび第１副ベローズ１２ｂが収縮変形することが防止される。

なお、図示された例では、第１支持部材１４ａは、第１軸方向Ｄ１と平行な棒形状を有しているが、これに限定されるものではなく、第１主ベローズ１２ａ、第１副ベローズ１２ｂおよび本体部１１を筒状に取り囲む形状を有していてもよい。この場合、第１支持部材１４ａには、メインチャンバ２２の排気接続部２２ａを通すための穴が開いていればよい。

図１に示すように、第２主ベローズ１２ｃは、一端が本体部１１の第２主開口１１ｃに接続されており、他端にはメインチャンバ２２側に接続される第２フランジ１３ｃが設けられている。第２フランジ１３ｃはメインチャンバ２２の排気接続部２２ａに直接接続されてもよいし、排気接続部２２ａに不図示の配管を介して接続されてもよい。

第２副ベローズ１２ｄは、一端が本体部１１の第２副開口１１ｄに接続されており、他端には第２閉塞フランジ１３ｄが設けられている。

第２主ベローズ１２ｃおよび第２副ベローズ１２ｄとしては、金属（たとえばステンレス）製の溶接ベローズが用いられる。図示された例では、第２主ベローズ１２ｃおよび第２副ベローズ１２ｄは同じ形状を有している。

図１に示すように、第２主ベローズ１２ｃの端部の第２フランジ１３ｃと第２副ベローズ１２ｄの端部の第２閉塞フランジ１３ｄとは、第２支持部材１４ｂにより連結されている。そのため、真空ポンプ２１の吸引により第２主ベローズ１２ｃおよび第２副ベローズ１２ｄの内部が負圧になって第２軸方向Ｄ２に沿った収縮力が作用しても、両端部が第２支持部材１４ｂにより支持されていることで、第２主ベローズ１２ｃおよび第２副ベローズ１２ｄが収縮変形することが防止される。

なお、図示された例では、第２支持部材１４ｂは、第２軸方向Ｄ２と平行な棒形状を有しているが、これに限定されるものではなく、第２主ベローズ１２ｃ、第２副ベローズ１２ｄおよび本体部１１を筒状に取り囲む形状を有していてもよい。この場合、第２支持部材１４ｂには、第１主ベローズ１２ａおよび第１副ベローズ１２ｂを通すための穴が開いていればよい。

本実施の形態では、図１に示すように、第２主ベローズ１２ｃと第２副ベローズ１２ｄと第２支持部材１４ｂとは、第１主ベローズ１２ａの端部の第１フランジ１３ａと第１副ベローズ１２ｂの端部の第１閉塞フランジ１３ｂとの間に配置されている。そのため、真空用接続機構１０の第１軸方向Ｄ１の寸法は、第１フランジ１３ａと第１閉塞フランジ１３ｂとの間の間隔により規定され、すなわち第１支持部材１４ａの第１軸方向Ｄ１の長さにより規定され、それ以上嵩張ることがない。したがって、真空用接続機構１０をコンパクトに構成できる。

ところで、発明が解決しようとする課題の欄で言及したように、ベローズには、その蛇腹形状に起因して、伸縮方向（Ｚ方向）およびそれに垂直なＸＹ方向については軟らかいが、軸線回りの回転方向（θ方向）については硬い（剛性が高い）という特性を有する（図６参照）。そのため、図５に示すような従来の真空用接続部材の構成では、真空ポンプ１２１のＺ方向およびＸＹ方向の振動については、ベローズ１１２ａの柔軟性により吸収できるものの、軸線回りの回転方向（θ方向）の振動については、ベローズ１１２ａにおいて吸収できず、メインチャンバ１１２に伝達されて悪影響を及ぼす可能性があった。

これに対し、本実施の形態によれば、真空ポンプ２１の吸引によって各ベローズ１２ａ～１２ｄにそれぞれ収縮力が作用するものの、第１主ベローズ１２ａおよび第１副ベローズ１２ｂからそれぞれ本体部１１に作用する力は第１軸方向Ｄ１において互いに逆向きでつりあうとともに、第２主ベローズ１２ｃおよび第２副ベローズ１２ｄからそれぞれ本体部１１に作用する力も第２軸方向Ｄ２において互いに逆向きでつりあうため、メインチャンバ２２が真空ポンプ２１側に引き寄せられて傾いてしまうという問題は起こらない。

また、本実施の形態によれば、真空ポンプ２１の第１軸方向Ｄ１（Ｚ方向）およびそれに垂直なＸＹ方向の振動については、第１主ベローズ１２ａと第１副ベローズ１２ｂの柔軟性により吸収できる。さらに、真空ポンプ２１の軸線回りの回転方向（θ方向）の変位は、第２主ベローズ１２ｃ、および第２副ベローズ１２ｄの立場から見れば、伸縮方向（Ｚ方向）およびそれに垂直なＸＹ方向の変位の合成に過ぎないから、真空ポンプ２１の軸線回りの回転方向（θ方向）の変位についても、第２主ベローズ１２ｃと第２副ベローズ１２ｄの柔軟性により効果的に吸収できる。したがって、本実施の形態によれば、真空用接続機構１０における振動吸収効果を高めることができ、真空ポンプ２１の振動がメインチャンバ２２に伝達されて悪影響を及ぼす可能性を著しく低減できる。

以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。

１０ 真空用接続機構
１１ 本体部
１１ａ 第１主開口
１１ｂ 第１副開口
１１ｃ 第２主開口
１１ｄ 第２副開口
１２ａ 第１主ベローズ
１２ｂ 第１副ベローズ
１２ｃ 第２主ベローズ
１２ｄ 第２副ベローズ
１３ａ 第１フランジ
１３ｂ 第１閉塞フランジ
１３ｃ 第２フランジ
１３ｄ 第２閉塞フランジ
１４ａ 第１支持部材
１４ｂ 第２支持部材
２０ 電子光学装置
２１ 真空ポンプ
２２ メインチャンバ
２３ 鏡筒
２４ 除振台
Ｄ１ 第１軸方向
Ｄ２ 第２軸方向

Claims (7)

1. 第１軸方向において互いに対称に開口する第１主開口および第１副開口と、前記第１軸方向とは異なる第２軸方向において互いに対称に開口する第２主開口および第２副開口と、を有する本体部と、
   一端が前記第１主開口に接続され、他端に真空ポンプ側に接続される第１フランジが設けられた第１主ベローズと、
   一端が前記第１副開口に接続され、他端に第１閉塞フランジが設けられた第１副ベローズと、
   前記第１フランジと前記第１閉塞フランジとを連結する第１支持部材と、
   一端が前記第２主開口に接続され、他端にメインチャンバ側に接続される第２フランジが設けられた第２主ベローズと、
   一端が前記第２主開口に接続され、他端に第２閉塞フランジが設けられた第２副ベローズと、
   前記第２フランジと前記第２閉塞フランジとを連結する第２支持部材と、
   を備えた真空用接続機構。
2. 前記第２軸方向は前記第１軸方向に対して直交する方向である
   ことを特徴とする請求項１に記載の真空用接続機構。
3. 前記第１軸方向は鉛直方向であり、前記第２軸方向は水平方向である
   ことを特徴とする請求項２に記載の真空用接続機構。
4. 前記第２主ベローズと前記第２副ベローズと前記第２支持部材とは、前記第１フランジと前記第１閉塞フランジとの間に配置されている
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の真空用接続機構。
5. 前記本体部は、中空の箱形状を有する
   ことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の真空用接続機構。
6. 前記本体部は、十字管形状を有する
   ことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の真空用接続機構。
   
   
7. 請求項１～６のいずれかに記載の真空用接続機構と、
   前記真空用接続機構の前記第１フランジ側に接続される真空ポンプと、
   前記真空用接続機構の前記第２フランジ側に接続されるメインチャンバと、
   前記メインチャンバに接続され、前記メインチャンバ内に配置された試料に電子線を供給する鏡筒と、
   を備えた電子光学装置。

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