JPH04304617A - 荷電粒子線装置等の試料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】電子線露光装置等に代表される試
料の温度を厳密に制御する必要のある荷電粒子線装置等
の試料供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子線露光装置などの荷電粒子線装置で
は、試料の温度が変化すると熱膨張により試料の長さが
変化し高精度加工の妨げとなるため、従来は特開昭５８
−６１９３０号公報に記述されているように、試料交換
のための真空予備室内に、外部とは真空的に隔絶され、
しかも真空外から恒温水などを還流させるパイプなどを
設け、これに試料を接触させて試料の温度を一定に保つ
ことが重要であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、試料交換
のため真空予備室を排気する際に、排気される気体が急
激に膨張するため、この膨張が十分な熱伝導を伴わず断
熱的に行われるので気体温度が低下し、このため気体が
真空予備室内壁や試料交換機構に装填された試料から熱
を奪い試料温度を低下させる問題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】真空予備室の排気時に生
じる被排気気体の断熱膨張による温度低下を減らし、試
料の温度低下を軽減するためには、真空排気系に可変流
量バルブを付加し初期段階の排気速度を抑えて気体が断
熱的でなく排気されるようにすることによって、気体の
温度低下を防止し、ひいては試料の温度変化を防止する
。さらに、試料交換のため真空予備室を大気圧にリーク
する際に一般的に用いられる乾燥空気や乾燥窒素の代わ
りに、これらの気体より定積比熱の小さい気体を用いる
ことで効果を高める。

【０００５】

【作用】気体の体積を、外部から熱伝導によるエネルギ
の供給が十分に行われないよう急激に膨張させると、こ
の膨張によって気体が外部に行った仕事量Ｗに比例して
、気体の内部エネルギＵが低下し、結果として、気体の
温度Ｔが低下する。真空系の排気においては、排気用の
真空ポンプを稼働させておき、真空系と真空ポンプとの
間に設けた真空バルブを開放し大気圧から排気を始める
初期段階では、気体が急激に膨張するため、気体が断熱
的に膨張するので排気途中の残留気体の温度が低下し、
周囲の真空容器内壁や真空室内の物体から熱を奪い、こ
れらの温度を低下させる。このため、真空バルブを可変
流量方式とし排気の初期段階の排気速度を制限し、真空
内に置かれた試料の断熱膨張による温度変化を軽減する
。

【０００６】一方、気体の状態が準静的に変化するとと
すれば、気体の圧力をＰ、真空容器の体積をＶ、残留す
る気体のモル数をｎとし、気体の温度をＴ、気体定数を
Ｒとすれば、ボイル・シャルルの法則から、ＰＶ＝ｎＲ
Ｔ が成立する。したがって、真空排気の初期段階において
Ｐ／ｎの比を一定に保つように排気速度の制御を行えば
、 ＰＶ／ｎ＝ＲＴ から、右辺を一定に保つことができ試料の温度変化を防
止できる。

【０００７】さらに、真空をリークする際に一般的に用
いられている乾燥空気や乾燥窒素の代わりに、これらの
気体より定積比熱の小さい気体を用いることにより、気
体が真空容器内壁や真空内の試料から奪う熱量を少なく
することで、試料の温度変化防止の効果を高めることが
できる。

【０００８】

【実施例】図１は、請求項１の一つの実施例である。荷
電粒子線装置１にはゲートバルブ２を介して真空予備室
３と試料挿入フタ４が設けられており、真空予備室３の
内部に試料５と試料保持機構６、試料交換機構（図示せ
ず）が設けられている。真空予備室３には、初期段階の
排気を受け持つ粗引きポンプ７と可変流量バルブ８、さ
らに別系統で高真空排気を受け持つ主排気ポンプ９とバ
ルブ１０とが接続している。また、リークバルブ１１も
設けられている。

【０００９】試料交換の際には、ゲートバルブ２を閉じ
てリークバルブ１１を開放し、真空予備室３を大気圧に
する。この状態で試料挿入フタ４を開き、試料交換を実
行する。試料５の挿入が完了したら、試料挿入フタ４を
閉じ可変流量バルブ８を徐々に開放しながら真空予備室
３が所定の真空度に達するまで排気を行い、さらに、高
真空排気に切り換わる真空度まで可変流量バルブ８を全
開して粗引き排気を続行する。この後、可変流量バルブ
８を閉じ、バルブ１１を開放し主排気ポンプ９に排気を
行い、試料交換可能な所定の真空度に達したら、ゲート
バルブ２を開放し試料交換を行う。この排気に際して真
空予備室３に設置した真空計１２と可変流量バルブの直
前に設置した流量計１３でモニタしながら、可変流量バ
ルブ８の開放の度合を制御すれば、被排気気体の断熱膨
張による試料５の温度変化を防止できる。

【００１０】図２は、請求項２の一つの実施例である。 真空計１２の指示信号１４と流量計１３の指示信号１５
を制御装置１６に取り込み、制御装置内のマイクロコン
ピュータ（図示せず）で信号１５から残留気体のモル数
を演算で求め信号１４との比を計算して、この比を一定
に保つように可変流量バルブ８の開放率をを制御し、試
料５の温度低下を防止する。

【００１１】また、図２に示したように、請求項３の一
つの実施例では、リークバルブ１１の大気側に減圧弁１
７と気体ボンベ１８を結合し、真空予備室３をリークす
るときに気体ボンベ１８に充填されている定積比熱の低
い気体を用いる場合を示している。このとき、リーク気
体として図３に示すようにアルゴン（Ａｒ）のような不
活性ガスを用いると、荷電粒子線装置１の内壁や真空予
備室３の内部の機構系の表面状態を変化させることがな
く、汚染を防止できるという利点もある。

【００１２】

【発明の効果】本発明は、電子線露光装置のように試料
の厳密な温度管理を必要とする荷電粒子線装置で、真空
予備室の中に置かれた試料の温度変化を防止することが
でき、高精度な加工や観察を実現できる。さらに、荷電
粒子線装置の本体や真空予備室の高真空排気を受け持つ
ポンプ、例えば、クライオポンプなどに対して、乾燥空
気や乾燥窒素に近い排気速度を持つ気体、例えばアルゴ
ン（Ａｒ）などを選択することが実用上大切である。か
りに、排気速度の小さい気体を用いると、高真空排気に
要する時間が長くなり、装置のスループットが著しく低
下するので好ましくない。以上総合すると、試料交換時
にリーク気体としてアルゴン（Ａｒ）を選択することは
、断熱膨張による温度変化防止に効果があり、真空容器
や内部の機構系の汚染を防止し、実用上十分な排気速度
を持つなど、多くの利点を持ち効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す図である。

【図２】本発明の他実施例を示す図である。

【図３】気体の比熱の比較表を示す図である。

【符号の説明】

１…荷電粒子線装置、２…ゲートバルブ、３…真空予備
室、４…試料挿入フタ、５…試料、６…試料保持機構、
７…粗引きポンプ、８…可変流量バルブ、９…主排気ポ
ンプ、１０…バルブ、１１…リークバルブ、１２…真空
計、１３…流量計、１４…指示信号、１５…指示信号、
１６…制御装置、１７…減圧弁、１８…気体ボンベ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ゲートバルブを介して設けられた真空予備
   室と、真空予備室内にあってゲートバルブを通して荷電
   粒子線装置本体内の試料保持機構に試料を供給する試料
   供給機構とを有する荷電粒子線装置において、前記真空
   予備室と真空排気ポンプとの間に可変流流量バルブを設
   け、真空排気時には真空予備室が所定の真空度に達する
   まで排気速度を調節することを特徴とする荷電粒子線装
   置等の試料供給装置。
2. 【請求項２】請求項１の試料供給装置において、真空予
   備室が所定の真空度に達するまで被排気気体の状態を準
   静的に保ち、真空予備室の真空度と真空予備室に残留す
   る気体のモル数の比を一定に保つよう可変流量バルブを
   制御することを特徴とする荷電粒子線等の試料供給装置
   。
3. 【請求項３】請求項１ないし２の試料供給装置において
   、真空予備室にリークバルブと減圧弁ならびに乾燥空気
   もしくは乾燥窒素よりも定積比熱の小さい気体を充填し
   たボンベを結合し、試料交換時に前記ゲートバルブを閉
   じた後に、前記リークバルブと減圧弁と通じて前記充填
   気体をリークすることを特徴とする荷電粒子線装置等の
   試料供給装置。
4. 【請求項４】請求項３の試料供給装置において、前記充
   填気体として不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを
   用いることを特徴とする荷電粒子線等の試料供給装置。