JPH0451439A - 荷電粒子線装置 - 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】 【産業上の利用分野】

本発明は荷電粒子線装置の改良に関し、特にそれにおけ
る真空排気系の改良構成に係る。 ［従来の技術） 走査型電子顕微鏡など、荷電粒子線を細く集束して試料
上に照射する荷電粒子線装置においては、空間的な高分
解能を実現するために、通常、電界放出型の荷電粒子源
が用いられている。 この場合、安定な電界放出を行なわせるためには、荷電
粒子源付近をできるだけ高真空状態に維持することが必
要である。このため、電界放出型荷電粒子源を用いた荷
電粒子線装置においては、試料室側と荷電粒子源側との
間で差動排気が可能なように構成しておき、少なくとも
電界放出型荷電粒子源から荷電粒子線を電界放出させて
いる状態においては、試料室側を排気している排気ポン
プとは別の高真空用排気ポンプを用いて荷電粒子源側を
直接排気することにより、試料室側の真空度の如何に依
らず、荷電粒子源側を常に高真空状態に維持できるよう
な構成とされている。 一方、荷電粒子源側を大気圧の状態から排気し始める場
合や荷電粒子源側のベーキングによるガス出しを行なう
場合には、上記したような高真空用排気ポンプをそのま
ま用いるのは不適当なため、比較的低真空からでも動作
する別の排気ポンプに切り替えて排気を行なっている。 従来、このような排気ポンプの切り替えを行なうために
、荷電粒子源や電子光学系を収納する鏡筒の横脇に、排
気ポンプ切り替え用の配管やバルブが設けられていた。 そして、荷電粒子源側の低真空からの排気立上げやガス
出しを行なう際には、このバルブを開き、その先に接続
されている低真空ポンプによる排気を行ない、また、荷
電粒子源側がある程度の高真空に立上がったり、ガス出
しが完了した場合には、このバルブを閉じて、別の荷電
粒子源側用の高真空ポンプに切り替えることによって、
荷電粒子源側と試料室側との差動排気を行なっていた。 なお、このような差動排気系の構成については１例えば
、ジャーナルオブエレク１ヘロンマイクロスコピー、第
２２巻、第２号。 （１９７３年）、第１４１〜１４７頁（、ＪＯＵＲＮＡ
Ｌ　０ＦＥＬＩＥＣＴＲＯＮ　ＭＩＣＲＯ５ＣＯＰＹ、
Ｖｏｌ、、２２．Ｎｏ、２（１９７３）、ＰＰ１４１１
４７）において論じられている。

【発明が解決しようとする課題］ 荷電粒子線装置の電子光学系を全て静電レンズで構成す
ることにより、荷電粒子源および電子光学系から成る鏡
筒部分の構造を非常に小型かつ軽量にできる。このよう
に鏡筒部分を大幅に小型軽量化された荷電粒子線装置に
おいては、従来のように鏡筒の横脇に排気方式切り替え
用の配管やノ＋ルブを設けることは好ましくない。 つまり、折角鏡筒部分そのものは小型化されたにも拘ら
ず、上記した排気切り替え用の配管やバルブを設けるこ
とによって、これら配管やバルブの小型化が依然として
離しいため、装置全体としての小型化が実現できない。 仮に、これら排気用の配管やバルブをある程度小型にで
きたとしても、その小型化によって排気系のコンダクタ
ンスが大幅に低下してしまうという難点がある。 したがって、本発明の目的は、少なくとも荷電粒子源を
有する鏡筒部分と試料室とを少なくとも有する荷電粒子
線装置において、上記鏡筒部分の高真空差動排気時と低
真空排気時とでの排気方式の切り替えを容易に実現でき
るようにするための改良構造を提供することである。 本発明の他の目的は、鏡筒部分を小型化された荷電粒子
線装置において、鏡筒部分の小型化の利点を損なうこと
なく、むしろその利点を活かして、鏡筒部分の高真空差
動排気時と低真空排気時とでの排気方式の切り替えを容
易に行なうことができるようにし、もって、装置全体と
して小型かつ軽量な荷電粒子線装置を提供することであ
る。 【課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明においては、少な
くとも荷電粒子発生部を有する鏡筒部分を試料室に対し
て相対的に移動させることにより、荷電粒子線発生部と
試料室との間の排気コンダクタンスを変化させる手段を
付設してなることを特徴としている。 【作用】 上記した本発明の特徴的構成によれば、従来装置におけ
るような、鏡筒部分の高真空差動排気時と低真空排気時
とでの排気方式の切り替えを行なうための配管やバルブ
が不要となるため、荷電粒子線装置全体を大幅に小型化
してやることができる。

【実施例】

以下、本発明を走査形電子顕微鏡に適用した場合の一実
施例につき、第１図を参照して詳細に説明する。 第１図において、電界放出型の電子源１と引出電極３と
の間に形成された引出電界により、該電子源１から電子
線が電界放出され、放出された電子線の一部が引出電極
３の中央開口−を通して引き出される。引き出された電
子線２は、上記引出電極３および集束レンズ系を構成す
る第二レンズ電極４、第一レンズ電極５並びに最終電極
６のそれぞれの電極間に形成されている電界により集束
作用を受け、細く集束されて試料７」二にフォーカスさ
れる。この例では、特に、集束レンズ系の光学収差を小
さくするために、アース電位とされている最終電極６に
対して、第一レンズ電極５が正の電位に保たれている。 試料７」−にフォーカスされた電子線２は、偏向コイル
８によって、第一レンズ電極５の内部空間内で偏向作用
を受け、試料７上で二次元的に走査される。さらに、電
子線２の光軸合わせのために、アラインメントコイル９
によって電子線２の光軸を任意にシフトできるようにな
っている。また、電子線２の非点収差補正を行なうため
に、スティグマコイル１０が設けられている。 電子線２の照射によって試料７から発生した二次電子１
１は、二次電子検出器」−２によって検出され、その検
出信号を映像信号として、陰極線管表示装置（図示せず
）などの表示画面」二に、試料７の表面像（二次元二次
電子像）が得られる。 上述したように、電子＠１は電界放出型の電子源である
ため、そこから安定な電界放出電子流を得るためには、
電子源１付近の真空度が１Ｏ−１０Ｔｏｒｒ程度の超高
真空であることが必要である。 従って、本実施例では、電子源側の鏡筒内部空間を排気
するための超高真空用排気ポンプとして、ゲッターイオ
ンポンプ１３が用いられている。また、試料室１４側は
、低真空用排気用のターボ分子ポンプ１５とロータリー
ポンプ１６とによって真空排気されている。そして、電
子源１、引出電極３、レンズ電極４．５，６からなる集
束レンズ系、および、ゲッターイオンポンプ１３を含む
鏡筒部１７が、ベローズ１８を介してフランジ１９に取
り付けられており、さらに、このフランジ１９が試料室
１４に気密に取り付けられている。 試料室側においては、試料の交換が頻繁に行なわれるた
め、たとえ、試料準備室を設けてやることによって試料
室内をできるだけ高真空度に保つように配慮している場
合であっても、試料室１４内の真空度は、せいぜい１０
−’Ｔｏｒｒ程度にしか高めることができない。そのた
め、試料室１４内の真空度はある程度悪くても、電子源
１の付近は超高真空を維持できるようにするために、電
子源上側の内部空間は、超高真空用ポンプ１３を用いて
試料室１４側から差動排気できるようになっている。つ
まり、ネジ２０’を弛め、ネジ２０を締めて、鏡筒下面
２１をフランジ上面２２に押しつけることにより、試料
室側内部空間と電子源側内部空間とは、電子線を通すた
めの最終電極６の中央開口を除いては空間的に連通して
いない状態（つまり、両者間の排気コンダクタンスが非
常に小さい状態）になる。この状態で、それぞれ別々の
ポンプ（電子源側はゲッターイオンポンプ１３、試料室
側はターボ分子ポンプ１５）を用いて差動排気すること
により、試料室１４内の真空度がある程度悪くても、電
子源１の付近は超高真空状態に維持できる。これにより
、電子源１からは安定な電界放出が得られるのである。 一方、電子源１側の真空を大気圧状態から立上げる時に
は、電子源１側の排気を最初から超高真空排気用のゲッ
ターイオンポンプ１３のみを用いて行なうことはできな
い。これは、ゲッターイオンポンプが１０−’Ｔｏｒｒ
以下の高真空状態においてしか正常に動作しないためで
ある。また、鏡＝９ 筒部のベーキングによるガス出し時においても、放出ガ
スによって電子源１側の真空度はかなり低下する。仮に
、１０−’Ｔｏｒｒよりも低真空においてもゲッターイ
オンポンプを動作させることができるとしても、そのよ
うな低真空においてこのポンプを動作させることは、ポ
ンプ寿命を著しく短くしてしまうことにつながる。した
がって、このような低真空にある時の電子′ｒｇｌ側の
排気を行なうためには、やはり、電子源１側の排気用と
しても、別に低真空排気用のポンプを用いる必要がある
。そして、電子源１側の低真空排気時と高真空排気時と
で、この低真空排気用ポンプと上記したゲッターイオン
ポンプなどの高真空排気用ポンプとを切り替えて使用し
てやる必要がある。 このようなポンプの切り替えを行なうために、従来は、
第２図に示すように、鏡筒１７’の横脇に配管２３．２
５およびバルブ２４を設けておき、高真空用ポンプ１３
′により鏡筒］７′側を高真空排気（試料室１４′側か
らの差動排気）する時には、バルブ２４によって、鏡筒
１７′側への低真空用ポンプ１５’、１６’の接続を断
って高真空用ポンプ１３′を鏡筒１７′側に接続してや
り、また、鏡筒１７′側を低真空排気する時には、鏡筒
１７′側への高真空用ポンプ１３′の接続を断って低真
空用ポンプ１５’、１６’を鏡筒１７′側に直接接続し
てやるようにしていた。 従来、磁界レンズを用いた走査型電子顕微鏡における鏡
筒部１７′は、その外径寸法が１５０〜２００ｍｍ程度
、高さが６００ｍｍ程度とかなり大きく、しかも、その
ために必要な高真空用ポンプ１３′も必然的に大きかっ
たため、配管２３゜２５やバルブ２４を付は加えても、
そのことによって装置全体の大きさはほとんど変わるこ
とはなかった。 しかし、集束レンズ系に磁界レンズを用いることなく、
該集束レンズ系を全て静電レンズを用いて構成すること
により、第１図に示すように、外径寸法が３４．　ｍ　
ｍで、高さが約１２０ｍｍというような、非常に小型な
鏡筒が実現できるようになってきている。このような小
型な鏡筒の場合には、その排気のためのゲッターイオン
ポンプ１３も小さな排気容量のもので足りるため、この
小型化された鏡筒部構造を用いることにより、装置全体
を非常に小型化できるものと期待されている。 ところが、このような場合にも、第３図に示すように、
従来同様の配管２３．２５やバルブ２４を設ける構造に
すれば、これら配管やバルブ部分の大きさのために、鏡
筒部を小型化したことの利点が損なわれ、結局、装置全
体としては大きなものとなってしまう。また、たとえ、
この配管やバルブ部分をある程度小型化できたとしても
、その小型化した分だけ低真空用ポンプと電子源付近と
の間の排気コンダクタンスも小さくなってしまい、満足
し得る排気を行なうことができないという不都合が生ず
る。 第］−図の実施例では、上述したように鏡筒１７が非常
に小型軽量にできているため、鏡筒自体を動かすことは
容易である。そこで、本実施例では、鏡筒１７自体を動
かすことによって、排気用ポンプの切り替え、つまり、
切り替えバルブとしての機能を実現させている。 すなわち、鏡筒側を高真空排気（差動排気）する場合に
は、前述したように、ネジ２０′を弛め。 ネジ２０を締めることによって、鏡筒下面２１をフラン
ジ上面２２に押しつけた状態にする。第１図（Ａ）は、
まさに、この状態を示している。また、大気圧からの真
空排気など、低真空用ポンプでの電子源付近の排気が必
要な場合には、第１図（Ｂ）に示すように、ネジ２０を
弛め、ネジ２０′を締めることによって、鏡筒１７を上
方に押し」二げ、もって、鏡筒下面２１とフランジ上面
２２との間に間隙２６を生じさせる。つまり、これによ
り、鏡筒側内部空間と試料室側内部空間との間の排気コ
ンダクタンスを大きくしてやる。そして、この間隙２６
を利用して、試料室側の排気ポンプであるターボ分子ポ
ンプ１５やロータリーポンプ１．６で電子源１側の低真
空排気時 の様に構成することで、配管２３．２５やバルブ２４が
不要となり、装置全体を非常に小型化することができて
いる。 また、第３図示の従来構成において、配管２３゜２５や
バルブ２４を小型化した場合には、試料室側の排気系１
５、〕−６から見た電子源１側の排気コンダクタンスは
大幅に低下してしまうが、第１図示の本発明実施例の構
成では、間隙２６が鏡筒部下面２１の外周縁上全体に亘
って形成されるので、この間隙部分での排気コンダクタ
ンスを十分大きくとることができる。しかも、鏡筒部下
面とフランジ上面との間の間隙長を適当に調節すること
によって、必要に応じて排気コンダクタンスを任意に選
定してやることができる。 本実施例では、鏡筒部下面２１とフランジ上面２２とは
、両面を押しつけた時のその接触面間からの気体の漏れ
ができるだけ少なくなるように、両面ともきれいな平面
に研磨しである。これによって、電子源１側と試料室１
４との間での所望の差動排気機能を実現している。なお
、この接触面からの気体漏れをより確実に防止するため
に、第４図（Ａ）に示すように、接触面間に○リング等
のシール部材２７を介在させるようにしてもよいし、あ
るいはまた、第４図（Ｂ）に示すように、接触面間にＡ
　ｕ　ｒ　Ａ　ｇ　ｒ　Ａ　］等の金属から成るシール
部材２８を介在させ、該金属シール部材に鏡筒部下面に
設けた円周状突起２９を食いこませるような構造として
もよい。 なお、上記においては、電子源側の高真空排気をより容
易にするために、電子源側を試料室側から差動排気する
際には、鏡筒部下面をフランジ」二面に気密接触させる
ことによって、接触面を介しての気体漏れがないように
することを前提として説明してきたが、本来、この高真
空排気時においても、電子源側と試料室側とは最終電極
６の中央開口を介して連通しており、該開口を介して両
者間の差動排気を行なっている訳であるから、該開口を
通じてのある程度の気体漏れは常に存在しているのであ
るから、電子源側排気用の高真空ポンプの排気容量が許
すならば、必ずしも、鏡筒部下面とフランジ上面との接
触面を介しての気体漏れを完全に防止してやることにこ
だわる必要はないことは云うまでもない。 以上、本発明を実施例に沿って説明してきたが、本発明
は、これら実施例に示された具体的構成のみに限定され
るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上
記実施例では、本発明を走査形電子顕微鏡に適用する場
合について説明したが、本発明は、その他にも、電子線
測長装置や電子線描画装置等の他の電子線装置、さらに
は、集束イオンビーム装置や二次イオン質量分析装置等
のイオンビーム装置などの類似の荷電粒子線装置にもそ
のまま応用することが可能であり、本発明はそのような
場合をも含むものであることは云うまでもない。 ［発明の効果］ 本発明によれば、荷電粒子線発生部と集束レンズ系の両
方またはどちらか一方を試料室に対して相対的に移動さ
せて荷電粒子線発生部と試料室との排気コンダクタンス
を変化させることにより、電子光学鏡筒の小型化を損な
うことなく複数のポンプを切り替える機構を実現し、装
置全体として非常に小型の荷電粒子線装置を実現できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例になる走査形電子顕微鏡の
基本的構成を示す縦断面概略図、第２図は、従来の走査
型電子顕微鏡における排気方式切り替え用の配管および
バルブの構成を示す模式図。 第３図は、鏡筒部を小型化された走査型電子顕微鏡に従
来方式による排気方式切り替え用の配管やバルブを組み
合わせた場合の概略構成を示す模式図、第４図は、第１
図に示した本発明実施例における鏡筒部と試料室間の真
空シール構造の他の構成例を示す部分断面概略図、であ
る。 図中、 １−ｍ−電子源、２−ｍ−電子線、３−ｍ−引出電極、
４−ｍ−第二レンズ電極、５−−一第一レンズ電極、６
−−−最終電極、７−−−試料、８−ｍ＝偏向コイル、
９−ｍ−アラインメントコイル、 １０−ｍ−スティグマコイル、ｉｌ−ｍ−二次電子、１
２−−−二次電子検出器、 １３−ｍ−ゲツターイオンポンプ、１４−ｍ−試料室、
１５−ｍ−ターボ分子ポンプ、 ］６−−−ロータリーポンプ、１７−−−鏡筒、１８−
一一ベローズ、１９−ｍ−フランジ、２０．２０’−−
−ネジ、２１−−一鏡筒下面、２２−ｍ−フランジ上面
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、その内部に試料を設置するための試料室と、上記試
   料に照射するための荷電粒子線を発生させる荷電粒子線
   発生部を少なくとも有する鏡筒部と、上記荷電粒子線発
   生部の内部空間を排気するための第１の真空排気系と、
   上記試料室内を排気するための第２の真空排気系とから
   なる荷電粒子線装置において、上記鏡筒部を上記試料室
   に対して相対的に移動させることにより、上記荷電粒子
   線発生部と上記試料室との間の排気コンダクタンスを変
   化させる手段を付加してなることを特徴とする荷電粒子
   線装置。 ２、上記の排気コンダクタンスを変化させる手段は、上
   記鏡筒部と上記試料室との間に接触面を有しており、上
   記鏡筒部を上記試料室に対して相対的に移動させること
   により、該接触面間の相対距離を変えることによって、
   上記の排気コンダクタンスを変化させるものであること
   を特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。 ３、上記の接触面間には、真空シール用部材が介在せし
   められていることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子
   線装置。 ４、上記の鏡筒部は、上記荷電粒子線発生部からの荷電
   粒子線を上記試料上に集束させるための集束レンズ系を
   さらに含んでおり、かつ、該集束レンズ系は全て静電レ
   ンズによって構成されたものであることを特徴とする請
   求項１乃至３のいずれかに記載の荷電粒子線装置。 ５、上記荷電粒子線発生部における荷電粒子源は、電界
   放出型の荷電粒子源であることを特徴とする請求項１乃
   至４のいずれかに記載の荷電粒子線装置。 ６、上記の荷電粒子線は電子線であることを特徴とする
   請求項１乃至５のいずれかに記載の荷電粒子線装置。