JPH04133253A - Electron beam device exhaust system using ion pump - Google Patents

Electron beam device exhaust system using ion pump

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JPH04133253A
JPH04133253A JP25463390A JP25463390A JPH04133253A JP H04133253 A JPH04133253 A JP H04133253A JP 25463390 A JP25463390 A JP 25463390A JP 25463390 A JP25463390 A JP 25463390A JP H04133253 A JPH04133253 A JP H04133253A
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JP
Japan
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ion pump
pump
high vacuum
chamber
ion
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Application number
JP25463390A
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Japanese (ja)
Inventor
Nagamitsu Yoshimura
吉村 長光
Haruo Hirano
平野 治男
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Jeol Ltd
Original Assignee
Jeol Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To maintain high speed of gas exhausting by driving an aux. ion pump prior to starting, starting a main ion pump to perform exhaustion along with the aux. ion pump, and turning off the aux. pump to permit the main pump solely to perform exhaustion. CONSTITUTION:When a pressure gauge G1 gives a judgement such that the pressure in an electron gun chamber 2 has sunk below a certain value P1, a normal ion pump IP1 to exhaust the chamber 2 to an intermediate level of super-high vacuum is started along with another ion pump IP3 which is for exhaustion of the mirror barrel part. When a certain time has elapsed, valves V1, V2 are closed while another V3 is opened, and an ion pump IP2 proprietary for super-high vacuum is actuated. After a certain period of time has elapsed, the pump IP1 is turned off, and now the chamber 2 is solely exhausted by the pump IP2. When the pressure in a camera chamber 4 exhausted by a turbo molecular pump TMP is judged by a pressure gauge G2 as having sunk below a specified level P2, an air lock valve AV is opened, and the observing operation of electron microscope 1 is started.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発閂は、電子顕微鏡等の電子線装置における排気シス
テムに関し、特に、イオンポンプの特性を有効に利用し
て極高真空排気が可能な2台以上の異なる特性のイオン
ポンプからなる排気システムに関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] This invention relates to an evacuation system for electron beam equipment such as an electron microscope, and in particular, to an exhaust system that can perform extremely high vacuum evacuation by effectively utilizing the characteristics of an ion pump. This invention relates to an exhaust system consisting of two or more ion pumps with different characteristics.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

イオンポンプ(スパッターイオンポンプ)は、第7図に
示すように、容器内に円筒を密に並べて蜂の巣のような
形状にした陽極を設け、これを両側から狭むように2枚
のチタン板からなる陰極を配置し、これらを収納する容
器の外部から陰極板に垂直に磁場を加えるようになって
いる高真空を得るのに適したポンプである。陽極と陰極
の間に電子が存在すると、それは磁場の影響でらせん運
動をしつつ円筒状の陽極に向かい、さらにこれを通り越
して再び引き返すという往復運動をくり返し、陽極には
容易に達することができない。そのため、高真空中でも
電子が残留気体分子を電離する確率が高い。そこで生じ
た正イオンは、電子に比べて質量が大きいため、直線的
に陰極に向かい、衝突によってチタンをスパッターする
。正イオンの一部はそのままチタン板内部にもぐり込み
捕獲されるというかたちで、排気作用が生じる。また、
スパッターされたチタン原子は主として陽極表面に付着
し、そこで形成された清浄なチタン膜によるゲッター作
用による排気効果も大きい。図に示したタイプ(2極型
)に対し、陽極と容器を0電位にして陰極に負の高電圧
を加えるタイプ(3極型)がある(岩波「理化学辞典」
第4版、第660頁より。)。
As shown in Figure 7, an ion pump (sputter ion pump) is equipped with an anode made of cylinders closely arranged in a honeycomb shape in a container, and a cathode made of two titanium plates narrowing from both sides. This pump is suitable for obtaining a high vacuum, as it applies a magnetic field perpendicularly to the cathode plate from the outside of the container that houses them. When electrons exist between the anode and cathode, they move in a spiral direction due to the influence of the magnetic field, heading toward the cylindrical anode, passing through it, and returning again, repeating a back-and-forth motion, making it impossible for them to reach the anode easily. . Therefore, there is a high probability that electrons will ionize residual gas molecules even in a high vacuum. Since the positive ions generated there have a larger mass than electrons, they head straight toward the cathode and sputter titanium by collision. A part of the positive ions sinks directly into the titanium plate and is captured, creating an exhaust effect. Also,
The sputtered titanium atoms mainly adhere to the anode surface, and the getter action of the clean titanium film formed there has a large exhaust effect. In contrast to the type shown in the figure (two-electrode type), there is a type (three-electrode type) in which the anode and container are placed at zero potential and a negative high voltage is applied to the cathode (three-electrode type).
From 4th edition, page 660. ).

このようなイオンポンプにおいては、例えば10th 
AVS National Vac、Symp、 (1
963)pp、 185−190にも記載されているよ
うに、磁場強度B (k gausS)と陽極の円筒の
直径d (inch)との積Bxdが大きくなると、放
電強度(1/P)が急減することなく非常に低い圧力の
極高真空領域にまで伸びる。イオンポンプの排気速度S
(、e/s)は放電強度(1/P)に比例するので、B
Xdの大きいポンプは極高真空圧力で比較的大きな排気
速度を維持している。BXdの値を大きくするのには、
γノード円筒の径dを大きくする方が容易のように考え
られるが、■使用可能なカソード面積に組み込めるγノ
ードセル数がd2に反比例して減少する、■大きなdの
セルでは、マグネットの端近くに位置するγノードに対
して磁力線が円筒軸に対して曲ってしまうので、ペニン
グ放電の電子密度が薄くなる、等の不都合が生じる。そ
のため、BXdを大きくし、しかも放電セルに平行な磁
力線をもつ効率の高いペニング放電セルを得るためには
、Bを1. 5k  gauss程度にまで大きくする
必要がある(6〜20mmの場合)。これに対して、B
Xdの比較的小さい通常のイオンポンプ(B = 1 
、  Ok gauss前後)は、比較的低真空(10
”’〜10−’)領域においては、上記のようなりXd
の大きい超真空用イオンポンプに比較して同程度かより
大きい排気速度Sを有している。
In such an ion pump, for example, 10th
AVS National Vac, Symp, (1
963) pp. 185-190, when the product Bxd of the magnetic field strength B (k gausS) and the diameter d (inch) of the anode cylinder increases, the discharge intensity (1/P) sharply decreases. Extends to extremely high vacuum regions at very low pressures without causing any damage. Ion pump pumping speed S
(, e/s) is proportional to the discharge intensity (1/P), so B
A pump with a large Xd maintains a relatively high pumping speed at extremely high vacuum pressure. To increase the value of BXd,
It may be easier to increase the diameter d of the γ-node cylinder, but the number of γ-node cells that can be incorporated into the usable cathode area decreases in inverse proportion to d2. For the γ node located at the γ node, the lines of magnetic force are bent with respect to the cylinder axis, resulting in problems such as a decrease in the electron density of the Penning discharge. Therefore, in order to increase BXd and obtain a highly efficient Penning discharge cell with lines of magnetic force parallel to the discharge cell, B must be increased to 1. It is necessary to increase the size to about 5k gauss (in the case of 6 to 20 mm). On the other hand, B
Ordinary ion pump with relatively small Xd (B = 1
, around Ok gauss) is relatively low vacuum (10
``'~10-') region, Xd as shown above.
Compared to ultra-vacuum ion pumps with large pumping speeds, the pump has a pumping speed S that is comparable to or greater than that of ultra-vacuum ion pumps.

ところで、従来、例えば電子顕微鏡において、10−”
 Torrオーダの極高真空が必要な電界電子放出電子
銃を装着する電子銃室には、1台のイオンポンプが取り
付けられ、この1台のイオンポンプによって比較的高い
圧力の高真空から非常に圧力の低い超高真空まで排気し
ていた。
By the way, conventionally, for example, in an electron microscope, 10-"
One ion pump is installed in the electron gun chamber, which is equipped with a field emission electron gun that requires an extremely high vacuum on the order of Torr. It was evacuated to an ultra-high vacuum.

〔発明が解決しようとする課m〕[Problem that the invention seeks to solve]

このように広い圧力範囲をカバーするため、従来のイオ
ンポンプにおいては、そのペニング放電のためのパラメ
ータ設計において、広い動作圧力範囲の略中夫の約I 
X 10−’Torr前後で大きな公称排気速度が得ら
れるように設計されており、電界電子放出電子銃の動作
圧力である1 0−10Torr領域での排気速度は非
常に小さくなっている。
In order to cover such a wide pressure range, in conventional ion pumps, when designing parameters for Penning discharge, approximately the middle of the wide operating pressure range is used.
It is designed to obtain a large nominal pumping speed around X 10-' Torr, and the pumping speed in the 10-10 Torr region, which is the operating pressure of a field emission electron gun, is very small.

また、10−10Torrレンジを主な動作圧力領域と
するイオンポンプにおいては、その活性な内部表面の酸
化等の不都合を防ぐためには、できるだけ低い圧力の超
高真空から起動させることが望ましい。しかしながら、
従来においては、イオンポンプが起動可能な高真空圧力
までターボ分子ポンプや油拡散ポンプからなる補助ポン
プで排気してから、イオンポンプにスイッチが入れられ
ていた。
Further, in an ion pump whose main operating pressure range is in the 10-10 Torr range, it is desirable to start it from an ultra-high vacuum at the lowest possible pressure in order to prevent problems such as oxidation of its active internal surface. however,
Conventionally, the ion pump was turned on after the ion pump was evacuated using an auxiliary pump such as a turbomolecular pump or an oil diffusion pump to a high vacuum pressure at which the ion pump could be started.

また、ときには電子銃室とイオンポンプ自身のベーキン
グ時の排気においても、イオンポンプ自身で行うことも
あった。これはターボ分子ポンプや油拡散ポンプのライ
ンからの放出ガスを電子銃室に侵入させないためである
が、このようなイオンポンプの動作により、従来はイオ
ンポンプの到達可能圧力を不都合に高くしてしまってい
た。
In addition, sometimes the ion pump itself was used to evacuate the electron gun chamber and the ion pump itself during baking. This is to prevent the emitted gas from the turbomolecular pump or oil diffusion pump line from entering the electron gun chamber, but this operation of the ion pump has traditionally caused the achievable pressure of the ion pump to be undesirably high. It was put away.

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、
その目的は、例えば電界電子放出電子銃の動作圧力であ
る10〜10To’r1領域においても高い排気速度で
排気が可能で、かつ、極めて低い到達可能圧力を有する
排気システムを提供することである。
The present invention was made in view of this situation, and
The purpose is to provide an evacuation system that is capable of evacuation at a high evacuation speed even in the 10 to 10 To'r1 region, which is the operating pressure of a field emission electron gun, and has an extremely low achievable pressure.

〔課題を解決するだめの手段〕[Failure to solve the problem]

上記目的を達成するための本発明の電子線装置における
イオンポンプを用いた排気システムは、イオンポンプを
用いて電子線装置の超高真空室を極高真空に排気するた
めの排気システムにおいて、少なくともイオンポンプの
平均磁束密度と放電セル円筒径の積が相対的に大きい主
イオンポンプと前記積が相対的に小さい補助用イオンポ
ンプとを超高真空室に取り付けて構成し、排気システム
の起動時においては、補助用イオンポンプを先行して駆
動し、その後、主イオンポンプを起動して補助用イオン
ポンプと共に排気し、その後、補助用イオンポンプの駆
動を停止するか補助用イオンポンプを遮断して主イオン
ポンプのみにより排気するようにしたことを特徴とする
ものである。
To achieve the above object, an evacuation system using an ion pump in an electron beam apparatus according to the present invention includes at least A main ion pump with a relatively large product of the average magnetic flux density of the ion pump and the discharge cell cylinder diameter and an auxiliary ion pump with a relatively small product are installed in an ultra-high vacuum chamber, and when the exhaust system is started. In this case, the auxiliary ion pump is driven first, then the main ion pump is started and exhausted together with the auxiliary ion pump, and then the drive of the auxiliary ion pump is stopped or the auxiliary ion pump is shut off. The main ion pump is used to exhaust air using only the main ion pump.

〔作用〕[Effect]

本発明においては、超高真空においても高い排気速度を
有する主イオンポンプと補助用イオンポンプとを超高真
空室に取り付け、排気システムの起動時においては、補
助用イオンポンプを先行して駆動し、その後、主イオン
ポンプを起動して補助用イオンポンプと共に排気し、そ
の後、補助用イオンポンプの駆動を停止するか補助用イ
オンポンプを遮断して主イオンポンプのみにより排気す
るようにして、主イオンポンプと補助イオンポンプとに
排気圧力範囲を分担させており、例えば10−” To
rrレンジでの極高真空領域においても高い排気速度が
確保できる。しかも、主イオンポンプの起動時の圧力を
補助用イオンポンプの排気により低くして、その活性な
内部表面の酸化等を極tで少なくすることができ、極高
真空排気に適した内部表面状能を常に維持できるので、
その排気性能が劣化することはない。さらに、水蒸気等
のガス放出が多いターボ分子ポンプや油拡散ポンプ等の
補助排気系は、補助用イオンポンプを起動すると遮断さ
れるので、主イオンポンプによる排気時に非常に低い圧
力の極高真空が達成できる。
In the present invention, a main ion pump and an auxiliary ion pump, which have a high pumping speed even in an ultra-high vacuum, are installed in an ultra-high vacuum chamber, and the auxiliary ion pump is driven in advance when the evacuation system is started. Then, the main ion pump is started to exhaust air together with the auxiliary ion pump, and then either the auxiliary ion pump is stopped, or the auxiliary ion pump is shut off, and the auxiliary ion pump is exhausted only by the main ion pump. The ion pump and the auxiliary ion pump share the exhaust pressure range, for example, 10-” To
High pumping speed can be ensured even in the extremely high vacuum region of the rr range. Furthermore, the pressure at startup of the main ion pump can be lowered by exhausting the auxiliary ion pump, and oxidation of the active internal surface can be minimized, resulting in an internal surface condition suitable for extremely high vacuum pumping. Because you can always maintain your ability,
Its exhaust performance will not deteriorate. Furthermore, auxiliary exhaust systems such as turbomolecular pumps and oil diffusion pumps that release a lot of gas such as water vapor are shut off when the auxiliary ion pump is started. It can be achieved.

〔実施例〕〔Example〕

次に、図面を参照にして本発明の実施例について説明す
る。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は透過型電子顕微鏡に本発明の1実施例の排気シ
ステムを適用した場合の構成を示す図であり、電子顕微
鏡1は、電界電子放出電子銃を収容する電子銃室2と、
集束レンズ室、試料室、結像レンズ室からなる鏡筒部3
と、像観察部とカメラ部からなるカメラ室4とからなる
。鏡筒部3とカメラ室4との間には、フィルム交換時に
鏡筒部3に大気が進入しないようにするエアロツクバル
ブAVが設けられている。電子銃室2には、通常のイオ
ンポンプIPIと、平均磁束密度がペニング放電室(陽
極円筒)においてイオンポンプIP1のそれ(約1 、
  Q k gauss)に比較して5割程強く約1.
5 k gaussに設計された超高真空専用のイオン
ポンプIP2とが取り付けられている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration when an exhaust system according to an embodiment of the present invention is applied to a transmission electron microscope. The electron microscope 1 includes an electron gun chamber 2 that accommodates a field emission electron gun,
Lens barrel section 3 consisting of a focusing lens chamber, a sample chamber, and an imaging lens chamber
and a camera room 4 consisting of an image observation section and a camera section. An air valve AV is provided between the lens barrel section 3 and the camera chamber 4 to prevent atmospheric air from entering the lens barrel section 3 during film exchange. In the electron gun chamber 2, there is a normal ion pump IPI, and the average magnetic flux density is that of the ion pump IP1 in the Penning discharge chamber (anode cylinder) (approximately 1,
It is about 50% stronger than Q k gauss) and about 1.
An ion pump IP2 designed for ultra-high vacuum and designed for 5k Gauss is installed.

そして、通常のイオンポンプ[’lにはバルブV1を介
してターボ分子ポンプTMP (又は、油拡散ポンプ)
が接続されており、起動時にこのターボ分子ポンプTM
Pにより補助排気される。また、鏡筒部3とカメラ室4
は、それぞれバルブV2、V3を介してターボ分子ポン
プTMPに接続されている。ターボ分子ポンプTMPの
排気側にはロータリーポンプRPが接続されている。ま
た、鏡筒部3には、鏡筒部排気用イオンポンプIP3が
取り付けられている。さらに、最終ポンプである超高真
空専用のイオンポンプIP2と鏡筒部排気用イオンポン
プrP3、及び、電子銃室2には、べ−り用のヒータ5
が設けられている。また、電子銃室2とカメラ室4には
それぞれ圧力計01、G2が取り付けられている。
Then, a normal ion pump ['l is connected to a turbo molecular pump TMP (or oil diffusion pump) via valve V1.
is connected to this Turbomolecular PumpTM at startup.
P provides auxiliary exhaust. In addition, the lens barrel section 3 and the camera chamber 4
are connected to the turbomolecular pump TMP via valves V2 and V3, respectively. A rotary pump RP is connected to the exhaust side of the turbo molecular pump TMP. Further, an ion pump IP3 for exhausting the lens barrel portion is attached to the lens barrel portion 3. Furthermore, an ion pump IP2 dedicated to ultra-high vacuum, which is the final pump, an ion pump rP3 for exhausting the lens barrel, and a heater 5 for the beam in the electron gun chamber 2.
is provided. Moreover, pressure gauges 01 and G2 are attached to the electron gun chamber 2 and the camera chamber 4, respectively.

このような排気システムにおいて、超高真空専用のイオ
ンポンプIP2は、通常のイオンポンプIPIによる排
気により超高真空(10−’Torrレンジ以下の圧力
)になった領域でのみ起動させられるようになっている
。上記IPIとIF5の同時排気により、10−BTo
rrレンジまで排気された後は、起動用のIPIは通常
スイッチが切られ、IF5により10−” Torr以
上の極高真空まで排気される。ここで、IPIのスイッ
チを切る理由は、IPIは比較的高い圧力の真空中から
排気しているので、その陰極面には多量のガスがチタン
化合物の形態等で付着しており、スイッチが入ったまま
で超高真空専用イオンポンプIP2で排気されると、こ
の付着されたガスが再放出し、IPlがガス放出源とな
るのに対し、スイッチを切っておくと、付着したガスは
安定な形態のままで留まり、ガスを殆ど再放出しなくな
ることによる。
In such an evacuation system, the ion pump IP2, which is dedicated to ultra-high vacuum, can only be activated in areas that have become ultra-high vacuum (pressure below the 10-'Torr range) due to exhaust by the normal ion pump IPI. ing. By simultaneously exhausting the above IPI and IF5, 10-BTo
After being evacuated to the rr range, the IPI for startup is normally switched off, and IF5 is used to evacuate to an extremely high vacuum of 10-” Torr or more.Here, the reason for switching off the IPI is that the IPI is Since the vacuum is being evacuated under high pressure, a large amount of gas is attached to the cathode surface in the form of titanium compounds. This is due to the fact that this attached gas is re-released and IPl becomes a gas release source, whereas when the switch is turned off, the attached gas remains in a stable form and almost no gas is re-released. .

第2図にこのような動作のためのフローチャートを示す
。まず、STIにおいて、ターボ分子ポンプTMPとロ
ータリーポンプRPを起動し、ST2において、バルブ
v3、AVを閉じてからバルブV1、V2を關き、ター
ボ分子ポンプTMPにより電子銃室2と鏡筒邪3の排気
を始める。Sr3において、圧力計61により測定され
る電子銃室2の圧力が所定の値P1より小さくなったか
否かを判定し、この値P1より小さくなったと判定され
ると、Sr1において、電子銃室2を中間の超高真空ま
で排気する通常のイオンポンプIP1と鏡筒部排気用イ
オンポンプIP3とを起動する。
FIG. 2 shows a flowchart for such an operation. First, in STI, turbo molecular pump TMP and rotary pump RP are started, and in ST2, after closing valves v3 and AV, valves V1 and V2 are opened, and turbo molecular pump TMP is used to open electron gun chamber 2 and lens barrel Start exhausting. In Sr3, it is determined whether the pressure in the electron gun chamber 2 measured by the pressure gauge 61 has become smaller than a predetermined value P1.If it is determined that the pressure in the electron gun chamber 2 has become smaller than this value P1, in Sr1 The normal ion pump IP1 for evacuating to an intermediate ultra-high vacuum and the ion pump IP3 for evacuating the lens barrel are started.

Sr5により所定の時間経過を測定後(電子銃室2の圧
力は上記のように10−8TorrLノンジ以下までに
低下している。)、Sr1において、バルブv1、V2
を閉じ、バルブV3を關シ)だ後、Sr7において、超
高真空専用のイオンポンプIP2のスイッチを入れて起
動させる。その後、Sr1において、所定の時間経過を
測定後(電子銃室2J)圧力は上記のようにIPIとI
F5により10′□9Tt:rrレンジまでj、て低下
しでいる。)、S79において、イオンポンプIPit
切る。これにより、電子銃室2はイオンポンプIP2に
よって排気される。ターボ分子ポンプTMPにより排気
されるカメラ室4の圧力は、5TIOにおいて、圧力計
02により測定され、所定の値P2より小さくなったか
否かが判定される。この値P2より小さくなったと判定
されると、5TIIにおいて、エアロツタバルブAVを
開いて、電子顕微鏡1の観察動作を開始可能にする。
After measuring the passage of a predetermined time using Sr5 (the pressure in the electron gun chamber 2 has decreased to below 10-8 TorrL as described above), the valves v1 and V2 are opened at Sr1.
After closing the valve V3 (close the valve V3), turn on the ion pump IP2 dedicated to ultra-high vacuum at Sr7 and start it up. After that, in Sr1, after measuring the passage of a predetermined time (electron gun chamber 2J), the pressure is changed to IPI and I as described above.
By F5, it has decreased to 10'□9Tt:rr range. ), in S79, the ion pump IPit
Cut. Thereby, the electron gun chamber 2 is evacuated by the ion pump IP2. At 5TIO, the pressure in the camera chamber 4 exhausted by the turbo molecular pump TMP is measured by the pressure gauge 02, and it is determined whether the pressure has become smaller than a predetermined value P2. When it is determined that the value has become smaller than this value P2, the aerostat valve AV is opened at 5TII, and the observation operation of the electron microscope 1 can be started.

さて、電子銃室2、イオンポンプIP2等を大気に曝す
と、これらの内面に水蒸気等が付着して排気初期に大き
なガス放出が起こるので、ベーキング処理(真空焼き出
し処理)を行う必要がある。
Now, if the electron gun chamber 2, ion pump IP2, etc. are exposed to the atmosphere, water vapor will adhere to their inner surfaces and a large amount of gas will be released during the initial stage of exhaust, so it is necessary to perform a baking process (vacuum baking process). .

電子銃室2とイオンポンプIP2とIF5の真空焼き出
し時には、ベータ用ヒータ5を導通して補助ポンプTM
Pにより電子銃室2とイオンポンプIP2とIF5をベ
ータ処理する。初期の大きなガス放出が終わり定常的な
ガス放出の時点以降では、TPIを動作させ、補助ボン
ブラインを遮断しτ゛、IPIの排気によりこれ以降の
べ・−り処理が行なわれる。、、第3図にこのような動
作のだとのフローチャートを示すが、手順は図より明ら
かであるので詳細な説明は省く。
During vacuum baking of the electron gun chamber 2 and ion pumps IP2 and IF5, the beta heater 5 is electrically connected to the auxiliary pump TM.
P beta-processes the electron gun chamber 2 and ion pumps IP2 and IF5. After the initial large gas release is finished and steady gas release occurs, the TPI is operated, the auxiliary bomb line is shut off, and the IPI is exhausted to perform the subsequent baking process. . . , FIG. 3 shows a flowchart of such an operation, but since the procedure is clear from the diagram, a detailed explanation will be omitted.

第4図に第1図の変形例を示す、、第17徒)実施例と
の違い)ま、起動用のイオンポンプIPIを遮断バルブ
■4を介して電子銃室2に取り付けるようにした炭であ
る。この場合は、lPiとIF5による同時排気にはり
L 0−9Torrレンジまで排気;また後に、IPI
のスイッチを切る代わりに遮断バルブv4を閉じること
により、IF5のみにより10′□l0Torr以上の
極高真空まで排気する。この町うlこすると、超高真空
専用イオンポンプIP2により極高真空まで排気する際
、1Plは完全に電子銃室2から切り離されるので、多
量のガスが何着しているイオンポンプIPIがガス放出
源となる:とは全くなくなり、より低い圧力の極高真空
まで到達できることになる。なお、遮断バルブV4を閉
じた後、イオンポンプIPIのスイッチは切るようにし
てもよいが、必ずしも必要なことではない。第5図にこ
の場合の排気動作のだtのフローチャートを、第6図に
ベーク処理時の排気動作のだ於のフローチャートを示す
。これらはそれぞれ第2図、第3図E、:対応する。第
2図、穿3図の場合と異なるのは、バルブV4の開閉動
作が加わり、IPIのスイッチを切る動作がなくフ一る
点のみで、他は同様である。手順は図より吠らかである
ので、詳紅な説明は省く。
Fig. 4 shows a modification of Fig. 1. Differences from the embodiment 17) The ion pump IPI for startup is attached to the electron gun chamber 2 via the cutoff valve 4. It is. In this case, simultaneous exhaust by lPi and IF5 is required to exhaust to the L 0-9 Torr range;
By closing the cutoff valve v4 instead of turning off the switch, the vacuum is evacuated to an extremely high vacuum of 10'□l0 Torr or more using only IF5. In other words, when evacuating to ultra-high vacuum using the ultra-high vacuum dedicated ion pump IP2, 1Pl is completely separated from the electron gun chamber 2, so the ion pump IPI, which is attached to a large amount of gas, is This means that the emission source is completely eliminated, and it is possible to reach extremely high vacuums at lower pressures. Note that after closing the cutoff valve V4, the ion pump IPI may be turned off, but this is not always necessary. FIG. 5 shows a flowchart of the exhaust operation in this case, and FIG. 6 shows a flowchart of the exhaust operation during the baking process. These correspond to FIGS. 2 and 3E, respectively. The only difference from the cases shown in FIGS. 2 and 3 is that the opening/closing operation of the valve V4 is added, and there is no operation of turning off the IPI switch, and the other points are the same. The steps are more detailed than shown in the diagram, so a detailed explanation will be omitted.

ところで、第1図の実施例におけるイオンポンプIPI
、IF5の形態と(、で、全く独立にW成された2つの
ポンプを用いる代わりに、1つのイオンポンプに2つの
ペニング放電スパッタ室(ポンプエレメント室)を設け
、片方の放電スパッタ室の磁場強度は従来の七の稈度(
B=i、  1kgaUSS前後)にし、他の放電スパ
ッタ室の磁場強度は超高真空での排気のためにより強<
  (B=I。
By the way, the ion pump IPI in the embodiment of FIG.
, IF5 configuration and (), instead of using two pumps that are constructed completely independently, one ion pump is provided with two Penning discharge sputtering chambers (pump element chambers), and the magnetic field of one discharge sputtering chamber is The strength is the same as the conventional 7 culm degree (
B = i, around 1 kga USS), and the magnetic field strength of other discharge sputtering chambers is stronger due to exhaustion in ultra-high vacuum.
(B=I.

5 k gauss前後)し、各々に独立した駆動電源
を接続し、第2図又は第3図に示したように、各々を独
立したイオンポンブ止シ、て制御するようにすることも
できる。
It is also possible to connect each of them to an independent drive power source and to control each of them using an independent ion pump, as shown in FIG. 2 or 3.

また、電子銃室2に取り付ける超高真空専用のイオンポ
ンプIP2の製作上の変形としては、磁場強度の強い(
B=1. 5k gauss ) 放電セルを簡単に実
現するために、永久磁石そのものは従来の材質、厚みで
製作し、磁極間ギャップ長を従来のものの約2/3に狭
め、それに伴って放電セル円筒(アノード)の高さや、
アノード/カソード(T1)間距離も小さくし、磁石材
を変更することなく、また、磁性材ヨークの厚みを何ら
増すことなく、磁界強度の強い超高真空専用のイオンポ
ンプを実現することもできる。
In addition, as a manufacturing modification of the ion pump IP2 dedicated to ultra-high vacuum installed in the electron gun chamber 2, there is a strong magnetic field strength (
B=1. 5k gauss) In order to easily realize a discharge cell, the permanent magnet itself is manufactured using the conventional material and thickness, and the gap length between the magnetic poles is narrowed to about 2/3 of that of the conventional one, and accordingly the discharge cell cylinder (anode) The height of
By reducing the distance between the anode and cathode (T1), and without changing the magnet material or increasing the thickness of the magnetic material yoke, it is possible to realize an ion pump dedicated to ultra-high vacuum with strong magnetic field strength. .

なお、以上に透過型電子顕微鏡の電子銃室を例にとって
排気する場合について説明してきたが、本発明はこれに
限らず、他の電子線装置の排気装置に適用できることは
明らかである。また、上記実施例に限定されず種々の変
形が可能なことも明らかである。
Although the case where the electron gun chamber of a transmission electron microscope is evacuated has been described above, it is clear that the present invention is not limited to this and can be applied to an exhaust device of other electron beam devices. It is also clear that the present invention is not limited to the above embodiments and that various modifications are possible.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明の電子線装置にあけるイオンポンプを用いた排気
システムによると、超高真空においても高い排気速度を
有する主イオンポンプと補助用イオンポンプとを超高真
空室に取り付け、排気システムの起動時においては、補
助用イオンポンプを先行して駆動し、その後、主イオン
ポンプを起動して補助用イオンポンプと共に排気し、そ
の後、補助用イオンポンプの駆動を停止するか補助用イ
オンポンプを遮断して主イオンポンプのみにより排気す
るようにして、主イオンポンプと補助イオンポンプとに
排気圧力範囲を分担させており、例えば10 ” To
rrレンジでの極高真空領域においても高い排気速度が
確保できる。しかも、主イオンポンプの起動時の圧力を
補助用イオンポンプの排気により低くして、その活性な
内部表面の酸化等を極めて少なくすることができ、極高
真空排気に適した内部表面状能を常に維持できるので、
その排気性能が劣化することはない。さらに、水蒸気等
のガス放出が多いターボ分子ポンプや油拡散ポンプ等の
補助排気系は、補助用イオンポンプを起動すると遮断さ
れるので、主イオンポンプによる排気時に非常に低い圧
力の極高真空が達成できる。
According to the evacuation system using an ion pump provided in the electron beam apparatus of the present invention, a main ion pump and an auxiliary ion pump, which have a high evacuation speed even in an ultra-high vacuum, are installed in an ultra-high vacuum chamber, and when the evacuation system is started, In this case, the auxiliary ion pump is driven first, then the main ion pump is started and exhausted together with the auxiliary ion pump, and then the drive of the auxiliary ion pump is stopped or the auxiliary ion pump is shut off. The main ion pump and the auxiliary ion pump share the exhaust pressure range, for example, 10" To
High pumping speed can be ensured even in the extremely high vacuum region of the rr range. In addition, the pressure at startup of the main ion pump can be lowered by exhausting the auxiliary ion pump, and oxidation of the active internal surface can be minimized, resulting in an internal surface condition suitable for extremely high vacuum pumping. You can always maintain
Its exhaust performance will not deteriorate. Furthermore, auxiliary exhaust systems such as turbomolecular pumps and oil diffusion pumps that release a lot of gas such as water vapor are shut off when the auxiliary ion pump is started. It can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は透過型電子顕微鏡に本発明の1実施例の排気シ
ステムを適用した場合の構成を示す図、第2図は第1図
の排気システムの起動時の動作のフローチャート、第3
図は第1図の排気システムのベータ処理時の動作のフロ
ーチャート、第4図は別の実施例の構成を示す図、第5
図は第4図の排気システムの第2図と同様なフローチャ
ート、第6図は第4図の排気システムの第3図と同様な
フローチャート、第7図はイオンポンプの構成と作用を
説明するための図である。 l・・・透過型電子顕微鏡、2・・・電子銃室、3・・
・鏡筒部、4・・・カメラ室、5・・・ヒータ、AV・
・・エアロツクバルブ、IPI・・・通常のイオンポン
プ、IF5・・・超高真空専用イオンポンプ、Vl、V
2、v3、V4・・・バルブ、TMP・・・ターボ分子
ポンプ、RP・・・ロータリーポンプ、G1、G2・・
・圧力計箱1fi 出  願  人 日本電子株式会社 代理人 弁理士 韮  澤   弘(外7名)P 第4 図 P
FIG. 1 is a diagram showing the configuration when an exhaust system according to an embodiment of the present invention is applied to a transmission electron microscope, FIG. 2 is a flowchart of the operation at startup of the exhaust system in FIG. 1, and FIG.
The figures are a flowchart of the operation of the exhaust system in Figure 1 during beta processing, Figure 4 is a diagram showing the configuration of another embodiment, and Figure 5 is a diagram showing the configuration of another embodiment.
Figure 6 is a flowchart similar to Figure 2 for the exhaust system in Figure 4, Figure 6 is a flowchart similar to Figure 3 for the exhaust system in Figure 4, and Figure 7 is for explaining the configuration and operation of the ion pump. This is a diagram. l...Transmission electron microscope, 2...Electron gun chamber, 3...
・Lens barrel part, 4...Camera chamber, 5...Heater, AV・
...Aerodynamic valve, IPI...Normal ion pump, IF5...Ion pump for ultra-high vacuum, Vl, V
2, v3, V4...valve, TMP...turbo molecular pump, RP...rotary pump, G1, G2...
・Pressure gauge box 1fi Applicant: JEOL Co., Ltd. Agent Patent attorney: Hiroshi Nirasawa (7 others) P Figure 4 P

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)イオンポンプを用いて電子線装置の超高真空室を
極高真空に排気するための排気システムにおいて、少な
くともイオンポンプの平均磁束密度と放電セル円筒径の
積が相対的に大きい主イオンポンプと前記積が相対的に
小さい補助用イオンポンプとを超高真空室に取り付けて
構成し、排気システムの起動時においては、補助用イオ
ンポンプを先行して駆動し、その後、主イオンポンプを
起動して補助用イオンポンプと共に排気し、その後、補
助用イオンポンプの駆動を停止するか補助用イオンポン
プを遮断して主イオンポンプのみにより排気するように
したことを特徴とする電子線装置におけるイオンポンプ
を用いた排気システム。
(1) In an exhaust system for evacuating an ultra-high vacuum chamber of an electron beam device to an extremely high vacuum using an ion pump, the main ion whose product of at least the average magnetic flux density of the ion pump and the discharge cell cylinder diameter is relatively large is A pump and an auxiliary ion pump whose product is relatively small are installed in an ultra-high vacuum chamber, and when the exhaust system is started, the auxiliary ion pump is driven first, and then the main ion pump is driven. An electron beam device characterized in that the electron beam device is started and evacuated together with the auxiliary ion pump, and then the drive of the auxiliary ion pump is stopped or the auxiliary ion pump is shut off so that exhaust is performed only by the main ion pump. Exhaust system using an ion pump.
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