JPH0465057A - 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、例えば電子顕微鏡、電子線描画装置。

イオン顕微鏡、二次イオン質量分析装置などの細く集束
された電子線またはイオン線を用いる荷電粒子線装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来、電子顕微鏡、電子線描画装置、イオン顕微鏡、二
次イオン質量分析装置などの細く集束された電子線また
はイオン線を用いる荷電粒子線装置では、電子源として
電界放出型電子源が用いられてきた。電界放出型電子源
は超高真空雰囲気を必要とするため、電子源室は連絡管
を介して取付けられたイオンポンプにより排気され、さ
らにレンズ系を収納した鏡筒部は別のイオンポンプによ
り排気され、その差動排気作用により電界放出型電子源
室が超高真空に維持されるようになっていた。

なお、この種のものにおいで関連するものに例えば特開
昭６３−１６０１４４号、特開昭６３−２５２３４７号
。

特公昭６３−６７７４３号公報に記載のものが挙げられ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

電界放出型電子源と静電型対物レンズを用いることによ
り、従来の磁界型レンズのものに較べて鏡筒部をはるか
に小型化した例えば電子顕微鏡は、電子源室を超高真空
に排気するためのポンプ系については超小型化の配慮が
されておらず、このため鏡筒部は小さくてもポンプ系が
相対的に大きくなり、真空排傑系も含めた電子顕微鏡全
体とし、で小型化できないという問題があった。

本発明の目的は、電界放出型電子源と静電対物レンズを
用いることにより鏡筒部を著しく小型化したものに、こ
れに対応した小型の真空ポンプを組込むことにより、装
置全体として著しく小型化Ｌ７た荷電粒子線袋「を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、荷電粒子線装置
の鏡筒部の真空容器を一部伸長させるかあるいは膨出さ
せ、その付加した真空容器の内外部に適切な電極あるい
は磁石を配置することにより、鏡筒部に近接するかある
いは一対となった真空ポンプを構築したものである。

また、鏡筒部に近接して設けた小さい真空容器部分で十
分な排気能力を有するポンプを実現するために、磁場と
電場を利用するイオンポンプの電極の構造と配置を円筒
容器の形状に合わせるようにしたものである。

さらに、小さい空間で十分な排気能力を実現するために
、フィラメントで発生させた電子を磁石を用いず電場だ
けで空間に滞留させて残留気体をイオン化し、壁面に捕
獲させるポンプとチタンゲッタ面を組合わせるようにし
たものである。

さらに、小さい空間で十分な排気能力を実現するために
、ジルコニウムとバナジウムと鉄からなるゲッタ材とポ
ンプ室内に組込むようにしたものである。

〔作用〕

荷電粒子線装置の鏡筒部と一体となった真空容器の一部
が真空ポンプとなるため、排気系をきわめてコンパクト
に構成できる。それによって、電界放出型電子源と静電
型対物レンズを用いることにより鏡体部を小型化した荷
電粒子線装置は、真空排気系も含めた全体システムで、
従来のものに較べてはるかに小型化することができる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例につき、図面を参照して詳細に説
明する。なお以下の実施例では、本発明を集束電子線を
用いる装置、特に走査形電子顕微鏡に適用した場合につ
いて述べるが、本発明はそれのみに限定されるものでは
なく、集束イオン線を用いる装置にも適用できるもので
あることは云うまでもない。

第１図は、本発明の一実施例になる走査形電子顕微鏡の
真空排気系の概略構成図である。図において、電界放出
型電子源１から放出された電子線は、静電型対物レンズ
などを含むレンズ系を収納した鏡筒部２で集束さ九、２
次元的に走査されながら試料３上に照射される。電子線
の照射によって試料３から発生した２次電子は２次電子
検出器４によって検出され、該検出信号を映像信号に変
換することにより、試料３の２次元２次電子像が得られ
る。

電界放出型電子銃１を収めた電子銃室５を超高真空に排
気するため、鏡筒部２を納めた真空容器６の上側フラン
ジ７の上部にフランジ８を介して、真空容器６と同じ径
を持つ真空容器９が接続され。

その内部にイオンポンプの電極１０及び１】が組み込ま
れ、外側には脱着可能な一対の磁石１２が配置されてい
る。この電極１０及び１１はポンプ室の上部フランジ２
７の電流導入端子２８及び２９に取り付けられ、荷電流
導入端子２８．２９により外の電源に接続される。また
真空容器６の側面からは接続管を介して超高真空バルブ
１３が配置され、さらにその先にはターボ分子ポンプ１
４と粗引ポンプ１５が接続されている。鏡筒部２は接続
部１６を介して真空容器６の下部フランジ１７に取り付
けられている。またフランジ１７によって電子顕微鏡は
独立の真空排気ポンプ１９を有する試料室１８に取り付
けられている。試料室１８と電子銃室５との間は真空的
には鏡筒部２の中の電子ビームの通過する微小な孔で通
じているが、双方の室が独立に真空ポンプを有している
のと、孔が微小でコンダクタンスが小さいので。

差動排気が十分に効き、試料室が中・高真空であっても
、電子銃室５は十分に超高真空を維持することができる
。

真空容器６の上部フランジ７の中心部には、電子源１を
保持する絶縁体からなるホルダ２０が脱着可能な形で取
り付けられている。フランジ７の中心からはずれた場所
には複数個の穴２１があけられており、電子銃室５と上
部ポンプ室９との間を真空的につないでいる。また電子
源１を通電が熱によりフラッシングするためのリード線
２２は、穴２１を通って下部の電流導入端子２３に接続
され、他の端子と共に真空系外へ電気的に接続されてい
る。上記フランジ７は下側に溶接されたベローズ２４を
介してもう１つのフランジ２５につながっている。フラ
ンジ２５には調整ネジ２６が設けられており、下側から
フランジ７を押すことにより、ベローズを変形させ、フ
ランジ２５に対するフランジ７の位置を動かすことがで
きる。つまり、フランジ７に取り付けられた電子源１の
位置を、鏡筒部２内の静電レンズ系に対して最適になる
ように、真空外から調整してやることができる。

次に、電子銃室５の真空排気の手順について説明する。

バルブ１３を開け、粗引ポンプ１５及びターボ分子ポン
プ１４登作動させて、鏡筒２の内部も含め、電子銃室５
及びポンプ室９を排気する。

同時に真空ポンプ１９も作動させて試料室１８内を排気
する。次に、磁石１２をはずし、真空容器６及びポンプ
室９の外側にヒータを配置して加熱し、ベーキングを行
う。ベーキングは通常２００〜３００℃の温度で行われ
、この間の放出ガスはターボ分子ポンプにより糸外に排
出される。ベーキングを完了して十分に脱ガスを行った
後、真空容器を常温にもどすと、電子銃室５内の圧力は
通常１Ｏ−８Ｐａの超高真空になる。再び磁石１２をポ
ンプ室９の外側の所定の位置に置き、陰極１１を容器と
同じアース電位とし、陽極１０に正の高電圧を印加する
と、ポンプ室９内はイオンポンプとして作動し、真空容
器６に対して排気を始め、電子銃室５の圧力はさらに下
がり、１０−８〜１０−ｇＰａとなる。ここで超高真空
バルブ１３を閉じてターボ分子ポンプ系を切り離し、上
部のイオンポンプのみの排気に切り換える。真空容器内
部は十分に脱ガスされているので、イオンポンプのみで
１０””〜１０−’Ｐａの超高真空が実現される。ター
ボ分子ポンプ１４及び粗引きポンプ１５は取り外し、電
子顕微鏡の本体の側面にはバルブ１３のみを残す。超高
真空が実現されたところで、電子源１を瞬間的に通電が
熱してフラッシングを行う。

その後、鏡筒２の内部の電極に電圧を印加して電子源１
から電子ビームを引出すと共に、静電レンズ系を働かせ
る。また、調整ネジ２６を動かして、電子源１の位置を
最適化して、電子顕微鏡としての動作を始めさせる。

以上が真空排気手順と、電子顕微鏡の操作手順であるが
、動作開始後、試料室の上側には鏡筒部を収納した真空
容器６と、これとほぼ同じ大きさのポンプ室９があるだ
けのきわめてコンパクトな構成となっている。例えば、
第２７図に示すような電界放出型電子源と静電対物レン
ズを用いることにより鏡筒部を小型化した電子顕微鏡に
本実施例のポンプ室及び真空ポンプを組み合わせると、
真空容器の径を３４ｍ１程度、上部フランジをＩＣＦ規
格の外径７０閣のコンフラツトフランジとすると、試料
室より上側の真空ポンプを含む電子顕微鏡の高さを２０
０〜２５０ｍｍ程度にすることが可能で、従来の磁界型
レンズの電子顕微鏡に較べて、真空ポンプ系も含めて、
体積的にも容積的にも１７１００以下に小型化すること
が可能である。以上のように本実施例によれば、真空排
気系も含めて電子顕微鏡を超小型化できる効果がある。

また本実施例ではフランジ８によってポンプ室を電子顕
微鏡の本体室と完全に切り離すことができるようになっ
ているので、ポンプのメンテナンスに対してもまた電子
源１の交換等のメンテナンスに対しても、極めて好都合
である構造となっている。

第２図は、第１図のポンプ室９の横断面を示したもので
ある。真空容器９と同じアース電位とした陰極１１は、
薄肉円筒でチタンで作られているやこの陰極内に多数の
ステンレス鋼製の円筒の束からなる陽極１０が置かれ、
その円筒の軸方向が一対の磁石１２により形成される磁
場３０の方向に一致するように配置されている７この状
況の斜視図を第３図に示す。

陰極〕−］−内で高電圧などにより生じた電子は、磁場
の作用によって陽極セル１０の中でらせん運動しながら
長い距離を走り、気体分子と衝突してイオンと２次電子
を生成する。２次電子は、やはり陽極セル１０内で磁場
の作用によりらせん運動をしながら対向する陰極間を往
復し、陽極に達するまでにきわめて長い距離を走り、そ
の間に飛来した気体分子に衝突してそれを電離する。生
じたイオンは、ただちに陰極１１に引き込まれ、表面を
衝撃し、陰極１１のチタン原子をスパッタする。

スパッタされたチタン原子は陽極セル１２の表面、ある
いは陰極］２１の他の表面に付着し、清浄なチタン膜を
形成し、飛来する気体分子を化学結合によりトラップす
るいわゆるゲッタ作用を生ずる。

以上のイオン化した気体分子の陰極面での捕獲とスパッ
タにより形成されたチタン膜のゲッタ作用により、上記
構成のポンプ室内の電極は排気作用を生ずる。

第４図は、他の実施例で、陰極１１の側面にスリット３
１を設けたものである。イオン衝撃によってスパッタさ
れたチタン原子の一部はこのスリット３１を通過して外
側の真空容器９の内面に付着し、そこでゲッタ作用を生
じる。陰極１１の表面だけでなく、容器表面もゲッタ作
用を有することになるので、排気能力を増強させること
ができる。

第５図は、ポンプ部の他の実施例の縦断面図である。す
なわち第６図に示すリング形状で径方向に互に逆向きに
磁化された磁石を上下方向に置くことにより、上下方向
の磁場を発生させることができる。このような一対の磁
石３２をポンプ室９の外側に円筒に沿って配置すると１
図で矢印３０で示したように、円筒形ポンプ室の軸方向
に沿った磁場を発生させることができる。さらに、ポン
プ室内に対向する一対の円板状のチタン電極３３を円筒
真空容器の軸と同一軸方向に設け、この間に円筒真空容
器の軸方向と同一方向の軸を持つ円筒電極３４を置く。

電極３４は上フランジ３６上の電流導入端子３５に接続
され、空間に保持されている。この配置でチタン電極３
３を真空容器と同じアース電位の陰極とし、円筒電極３
４に正の高電圧を印加して陽極とすると、第３図で説明
したものと同じ原理、すなわちイオン化した気体分子の
陰極面３３での捕獲と、スパッタされて陽極３０及び容
器９の内壁に付着したチタン原子のゲッタ作用により、
排気作用が生じる。第７図は、第５図のポンプ室の横断
面図で、陰極３３は周方向４ケ所で真空容器９の内壁に
保持されている。

第８図は電極の更に他の実施例の縦断面図である。円筒
真空容器９の中に、対向する一対の円板状のチタン電ｔ
ｉｊｉ３７を円筒真空容器の軸と同一の軸方向に配置し
、容器の外側に第６図と同じ構成の一対の磁石を配置し
て、円筒の軸に沿った上下方向の磁場を発生させる。容
器９をアース電位とし、陰極２７に負の高電圧を印加し
て陰極とすると、陰極３７間で発生した電子は、矢印３
０の方向を持つ磁場に捉えられてらせん運動を行いなが
ら陰極３７間を往復し、陽極にあたる真空容器９に入る
までにきわめて長い距離を走り、その間に飛来した気体
分子と衝突してイオン化する。イオン化した気体分子は
陰極３７に飛び込んで捕獲されると共に、チタンをスパ
ッタする。スパッタされたチタン原子は容器９の内壁に
付着し、ゲッタ作用により飛来した気体分子を捕獲する
。以上のイオントラップとゲッタ作用により排気作用が
生じる。

第９図は電極の更に他の実施例の縦断面図で、第８図と
基本的には同じであるが、陰極を円板でなく、１本のチ
タン製の線にしたもので、このチタン陰極３８を、円筒
容器９の軸線上に配置したものである。排気原理は第８
図の場合と同じで、磁場３０によってらせん運動を続け
る電子による気体分子のイオン化と、陰極３８に対する
イオン衝撃によってスパッタされ容器面上に付着したチ
タン原子のスパッタ作用によって排気が行われる。

また線状チタン電極３８に、別の電源より１通電して抵
抗加熱を行い、チタンを蒸発させて、容器壁へのチタン
原子の付着量を増し、排気能力を増強することも可能で
ある。

第１０図は電極の更に他の実施例の縦断面である。ポン
プ室９の中にチタン製の円筒形陰極４０と、線状の陽極
３９が円筒容器の軸方向と同一方向に配置され、容器の
外側には第６図と同じ構成の磁石が配置されている。真
空容器をアース電位とし、円筒チタン陰極４０を負の高
電圧に印加し、中心線上の陽極３９に正の電圧を印加す
る。磁場に捉えられた電子によってイオン化された気体
分子は容器９の内壁及び陽極３９に捕獲されると共に、
イオンによる陰極４０に対する衝撃によって発生したチ
タン原子のゲッタ作用により、ポンプ室内の排気作用が
生ずる。この原理は基本的に先の実施例と同じであるが
、本実施例では円筒チタン陰極４０の内外でスパッタ作
用が生じ、その効果が大きくなるという特徴がある。ま
た電極３９をアース電位に対し正の電圧になるように印
加しているが、電極３９の電位は容器壁と同じアース電
位でも、あるいは陰極４０に対して正の電位を保てれば
、アース電位に対して負になるように印加してもよい。

第１１図は電極の更に他の実施例の縦断面図である。基
本的構成は第１０図と同様であるが中心部の線状電極４
１をチタン製とする。容器９をアース電位として、円筒
電極４２をアースに対し正の電位となるように電圧印加
して陽極とし、中心部の線状電極４１が陰極になるよう
に負の電圧を印加する。この場合は生成されたイオンが
陰極４１を衝撃してチタン原子をスパッタする。排気原
理は前述の実施例と同じである。

以上述べた実施例でも、真空ポンプ部分は鏡体部とほぼ
同じ大きさで、真空排気系も含めて電子顕微鏡を小型化
できる効果がある。また、ポンプ部分を電気系も含めて
独立に切り離すことができるので、メンテナンス上も有
利である。

第１２図は電極の更に他の実施例の縦断面図で、ポンプ
室９及び磁石１２の配置は第１図と基本的には同じであ
る。ポンプ室内に、円筒状の陽極４３と、陽極円筒４３
の中心部にチタン捧の陰極４４が、それぞれの軸方向が
磁石１２による磁場の方向に合うように配置されている
。チタン陰極４４を容器と同じアース電位とし、円筒陽
極４３に正の高電圧を印加すると陽極内で放電が発生し
、イオン化された気体分子の陰極４４及び容器面への捕
獲と、スパッタされ陽極及び容器面に付着したチタン原
子のゲッタ作用により、排気作用が生じる。また電源４
５によりチタン電極を通電加熱し、チタンを蒸発させて
活性なチタン膜の付着量を増して、ゲッタによる排気能
力を増強させることも可能である。

第１３図は、電極の更に他の実施例の縦断面図で、電極
の形状と配置は第１２図と基本的には同じであるが、円
筒電極４６の材料をチタンにすると共に容器と同じアー
ス電位の陰極とし、電極４７に正の高電圧を印加する。

陰極４６内では逆マグネトロン放電が発生し、イオン化
された気体分子の陰極４６及び容器面への捕獲と、イオ
ンによってスパッタされ、電極及び容器面に付着したチ
タン原子のゲッタ作用により、排気作用が生じる。

本実施例のポンプ室は、レンズ系を収納した鏡筒部から
十分層れているので、磁石の漏洩磁場の影響はほとんど
ないが、必要に応じて第１３図の示したような磁気シー
ルド４８を設置″ｊてもよい４、第１４図はポンプ部の
更に他の実施例の縦断面図である。第１図と同じようｒ
、ニア、鏡筒部真空８雅の上フランジ７の上にフランジ
８を介し１て１円筒形のポンプ室９が接続されている。

ポンプ室９の中心線上にチタン控の電極５０が設けら九
ている。

一方、中心線から偏心した位置にフイラメン）・４９が
設けられ、熱電子が供給される１、容器をアース電位と
し、陽極５０を正の高電圧に印加すると、フィラメント
４９から放出された電子はキングトン軌道を描きながら
陽極５０のまわりを周回し、きわめて長い距離を走り、
その間に気体分子と衝突してイオン化する。イオン化さ
れた気体分子は、電場によって陰極である容器９に打ち
込まＩｃ、捕獲される。また熱電子及び電離により生じ
た２次電子は電場で加速さｈでチタン陽％　５０を衝撃
し、加熱する６電子衡撃と加熱により陽極５０のチタン
はスパッタさ九、容器９の内面に付着し、ゲッタ作用を
生ずる。以上のようなイオン化による捕獲とゲッタ作用
により、本実施例のポンプは排気作用を生む。第１３図
までの実施例と比較し７て、本実施例は、フィラメント
を設置するだけで、磁石が不要となるため、よりコンバ
ク１、な真空ポンプを構成できるという特徴がある。。

また、スパッタされたチタン原子が電子顕微鏡の鏡筒側
へ飛ぶことを防ぐため、遮蔽板５］を設けることもある
。

第１５図はポンプ率の更に他の実施例の縦断面図で、第
１４図の実施例のものに、容器内にチタンの蒸発源５３
を設置したものである。陽極５２はチタンでもそれ以外
の金属でもよい。気体分子のイオン化による排気作用ま
では第１４図と同しであるが１本実施例では通電加熱に
より、蒸発源５３からチタンを蒸発させ、チタン原子の
付着量と範囲を増やすことにより、ポンプ作用を増強さ
せたことにある７ 第１６図はポンプの更に他の実施例の縦断面図である。

第１図と同様に鏡筒部の真空容器の上フランジ７の−に
側りこ、フランジ８４介してポンプ室９を取り付け、そ
の内部にコンスタンタンなど非磁性の薄板にジルコニウ
ムとバナジウｌいと鉱の合金からなる粉末をコーティン
グしたバルクゲッタ５４を設置する。そして、第１図の
場合と同様にターボ分子ポンプで排気しながら、ポンプ
室をヒータ５５で加熱し、バルクゲッタを活性化する。

加熱温度は４５０°０程度が最も望ましいが、２５０℃
〜３００℃程度でも加熱時間を長くすればよい。

真空中での加熱により、バルクゲッタは、吸蔵していた
水素を放出すると共に一酸化炭素など他の吸着ガスを内
部拡散によりバルク内部に取り込む。

活性化を終えて常温にもどすと、バルクゲッタ５４はゲ
ッタ作用による排気を始め、ポンプとして働き始める。

第１７図は、ポンプの更に他の実施例の縦断面図で、バ
ルクゲッタをコーティングした薄板を用いる代りに、ジ
ルコニウムとバナジウムと鉄の合金からなる粉末を直接
ポンプ９の内壁にコーティングし、内壁をバルクゲッタ
５６としたものである。このようにすると前記と同じ操
作をすれば、ポンプ室の内壁自身がポンプ作用登行う。

なお、ポンプ容器りを液体窒素などで冷却すれば、更１
＝ポンプ能力を増強させることができる。

以上の実施例のポンプは、磁石や電極、電源が不要で、
必要なのはヘーキングと共用できるヒータだけてありき
わめて簡便である。また構造もコンパクトであり、真空
排気系も含めた電子顕微鏡の小型化に対１７て、非常に
有効である。

第１８図はポンプの更に他の実施例の縦断面図である。

鏡筒部２を納めた円筒状の真空容器６゜を外側に広げて
作った真空空器にイオンポンプの電極等を配［してポン
プ室６１としたことを特徴としている。図で、対向する
一対の磁石６２は第６図と同し原理によりポンプ室６１
内に上に方向の磁場を生じる。該ポンプ室内に一対のド
ーナツ円板形のチタン電極６３を配置し、そのチタン電
極間に、軸方向を磁場方向に合わせて）−′Ｔ：方向と
した円筒電極６４を周方向に円環状に並べる。チタン電
極６３を真空容器６０と共にアース電位どし、円筒電極
６４に正の高電圧を印加すると、第５図で説明したのと
同じ原理により、イオンボンプとしての排気作用を始め
る。鏡筒部２の外側には円筒状高透磁率合金、例えばパ
ーマロイなどの磁気シールド６５を設けている。磁気シ
ールド６５は、スパッタされた陰極６３のチタンが鏡筒
内部に飛来することも防いでいる。排気手順としては、
第１図の説明と同様である。すなわち、装置全体をベー
キングしながらターボ分子ポンプ６８で排気し、ベーキ
ングを終えた後、電極６４に電圧を印加してイオンポン
プとして作動させると、ポンプ室６１及び電子銃室５は
、１０−６〜１０−’Ｐａの超高真空となる。バルブ６
７を閉じ、ターボ分子ポンプ系統を切り離してもよい。

ポンプ室の上側のフランジ６６の中心部には電子′ｇ１
を支持するフランジ６９が取り付けられている。

調整ネジ７１によってベローズ７０を変形させることに
より、電子源１の位置を鏡筒部２内の静電レンズ系に対
して最適になるように、真空外から調整することができ
る。また、必要に応じて鏡筒２を取り囲むように、パー
マロイなど高透磁率合金からなる円筒形の磁気シールド
６５を設けてもよい。以上の実施例によっても、真空排
気系を含めた電子顕微鏡全体を型化できる効果がある。

第１９図は第１８図の電極の実施例の斜視図で、ポンプ
室６０内に多数の孔のあいた円筒電極７２を周方向に並
べ、各円筒の中心部にチタンの線状電極７３を置く。磁
場は円筒の軸方向に発生させておく。容器をアース電位
とし、チタン線状電極に負の高電圧を印加し、円筒電極
が陽極になるように正の電圧を印加すると、第１１図の
実施例と同じ原理でポンプ作用が生じる。円筒電極に多
数の孔をあけておくことにより、線状チタン陰極のスパ
ッタされたチタン原子の一部は真空容器の内壁に付着す
るので、排気能力を増すことができる。

なお、円筒陽極の電位を容器と同じアース電位とするこ
とも可能である。

第２０図は更に他の実施例の縦断面図である。

鏡筒２のまわりに円筒形のパーマロイなどからなる磁気
シールド６５が配置され、真空容器６０と同じアース電
位に保たれている。一対の磁石６２によってポンプ室６
１には円筒容器の軸に沿って上下方向の磁場が生じてい
る。磁気シールド６５と容器の間の空間に、円筒容器の
軸方向を向いた線状のチタン電極７４を周方向に何が所
が配置し、負の高電圧を印加すると、空間で生じた電子
は磁場にトラップされてらせん運動をしながら長い距離
を走り、気体分子と衝突してイオンと２次電子を発生す
る。生じたイオンはチタン陰極７４の飛び込むと共に、
チタンをスパッタする。気体分子のイオン化による捕獲
と、容器や磁気シールド板に付着したチタン原子のゲッ
タ作用により、ポンプ作用が生ずるのは、前述の実施例
と同じである。

第２０図で、チタン陰極７５は、直接通電もできるよう
になっている。通電加熱によってチタンを蒸発させ、チ
タンゲッタ膜の量を増すことによって、排気能力を増強
させるものである。

第２１図は更に他の実施例である。ポンプ室６１内に円
筒形のチタン電極７６を円筒容器６゜の軸方向に沿って
配置し、一対の磁石６２によって同じ上下方向に磁場を
発生させた上で、容器６０と鏡筒部２を取り囲んだ磁気
シールド６５をアース電極とし、円筒チタン電極に負の
高電圧を印加する。これまでの実施例で説明したのと同
じ原理である陰極でのイオン捕獲と陽極面に付着したチ
タン原子のゲッタ作用により、排気が行われ、電子銃室
５が超高真空に保たれる。

以上の実施例は、いずれも真空排気系を含む電子顕微鏡
全体を小型化する上で効果的である。

また上フランジ６６をはずすことによりポンプのメンテ
ナンスが可能であり、さらにフランジ６９をはずすこと
で電子源１のメンテナンスができることも好都合である
。

第２２図及び第２３図は更に他の実施例である。

ポンプ室６１内で鏡筒部２を囲むように円筒電極７７を
設は該円筒電極７７と真空容器６０の間にフィラメント
７８を配置し、フィラメントに通電して熱電子を発生さ
せると共に、容器６０をアース電位とし、円筒電極７７
に正の電圧を印加する。

フィラメントから放出された電子はキングトン軌道を描
きながら陽極７７のまわりを周囲し、きわめて長い距離
を走り、その間に気体分子と衝突してイオン化する。イ
オン化された気体分子は電場によって陰極である容器６
０に打ち込まれ捕獲される。また熱電子及び電離によっ
て生じた２次電子は電場で加速されて最後には円筒チタ
ン陽極を衝撃し、局所的に加熱する。電子衝撃と加熱に
より陽極のチタンの一部はスパッタされ、容器９の内面
に付着しゲッタ作用を生ずる。以上のようなイオン化に
よる捕獲とゲッタ作用により、本実施例のポンプは排気
作用を生む。

チタンのゲッタ源７９を配置したことにより、ポンプ室
６］に通電加熱によって蒸発させることのできるチタン
ゲッタ源７９を電極７７と別に設けることで、ゲッタ膜
を広範囲に安定して生成することができるので、排気能
力を増強させることができる。第２３図は、第２２図の
断面で、フィラメント７８及びチタンゲッタ源７９を２
個ずつ配置した例である。

以上の実施例ではポンプ磁石が不要であるため、さらに
コンパクトな装置として構成できる効果がある。

第２４図は更に他の実施例であるポンプ室６１の内に、
薄肉円筒の内外の表面にジルコニウムとバナジウムと鉄
の合金からなる粉末をコーティングしたバルクゲッタ８
０を設置する。バルクゲッタを用いた排気手順は第１６
図及び第１７図の実施例と同様で、ターボ分子ポンプで
排気しなからヒータ８１で２５０℃〜４５０℃で加熱し
て活性化する。常温にもどすと、バルクゲッタはポンプ
として働き始める。本実施例では、電子源〕−を取り囲
むようにバルクゲッタ８０が配置されているため、電子
銃室５に刻する排気効果に優れており、極めて高い真空
度を得ることができる。

第２４図の実施例の他に、第１７図の実施例と同様に、
真空容器６０の内面にジルコニウムとバナジウムと鉄の
合金からなる粉末をコーティングし、バルクゲッタとす
る構成も、もちろん可能である。

第２５図は更に他の実施例で、鏡筒部２を収納した真空
容器６の側面、特に電子源１のすぐ横に連絡管８２を設
け、その先に円筒容器のポンプ室８３を、鏡筒部２の軸
方向に平行に取り付けたものである。ポンプ室の電極あ
るいはポンプ要素の構造は、第１図から第１７図までの
実施例のいずれのものでもよいが、第２５図では第５図
の実施例と同じ構造のものを載せている。また、磁石を
用いるポンプの場合は、ポンプ室８３と電子顕微鏡の本
体の容器６の間に磁気シールド８４を設けてもよい。本
実施例によっても、真空排気系も含め電子顕微鏡全体を
小型できる効果がある。また、真空ポンプ部８３を独立
にメンテナンスすることが可能で、電子銃１もフランジ
９０をはずすことで独立にメンテナンスできることも好
都合である。

第２６図ば更に他の実施例である。第２５図と同じよう
に、電子源］の側方に連絡管８２を配置しているが、そ
の先にフランジ８４を設け、ポンプ室８６のフランジ８
５と取り合うようにしている。また円筒形のポンプ室８
６の軸方向の向きが。

本体の真空容器６の軸方向と直角方向を向くように取り
付けている。ポンプ室８６の中のポンプ要素は、第３図
から第１７図はでの実施例のどれでもよいが、第２６図
では第５図と同じ構造のものを載せている。本実施例で
は、ポンプ部分をフランジ８５によって電子顕微鏡本体
と容器ごと切り離すことができるという点で、組み立て
及びメンテナンスなどでさらに好都合である。また、本
実施例によっても、真空排気系を含め電子顕微鏡全体を
小型化できる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に述べるような効果を奏する。

超高真空排気のためのポンプ部分を、鏡筒部４収納した
真空容器と一体に構成し２ているので、真空ポンプ系も
含めた電子顕微鏡全体を非常に小さくする。二とができ
る。また、ポンプ要素自体も小型化に適した電極形状と
配置としているため、小型で高性能の超高真空ポンプを
提供することができる。さらに、磁石を必要としないバ
ルクゲッタなどをポンプ要素に用いた場合は、小型でか
つ簡便な構成とすることができる。さらに、鏡筒部を収
納した真空容器と、ポンプ要素を収納した真空容器をフ
ランジで取り合っているので、小型でコンパクトにして
いるにもかかわらず、ポンプのメンテナンス及び電子源
のメンテナンスを簡便に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図は第１図
のポンプ部のＡ−Ａ横断面図、第３図は電極の斜視図、
第４図は電極の他の実施例の斜視図、第５図はポンプ部
の他の実施例の縦断面図、第６図は磁石部の縦断面図、
第７図は第５図のポンプのＢ−Ｂ横断面図、第８図、第
９図、第１０図、第１１図、第１２図及び第１３図はそ
れぞれポンプの電極に関する他の実施例の縦断面図、第
１４図及び第１５図はそれぞれ磁石を使わないポンプ部
の更に他の実施例の縦断面図、第１６図及び第１７図は
それぞれバルクゲッタを用いたポンプの更に他の実施例
の縦断面図、第１８図はポンプの更に他の実施例の縦断
面図、第１９図は第１８図の電極の斜視図、第２０図、
第２１図、第２２図はそれぞれ更に他の実施例の縦断面
図、第２３図は第２２図のＣ−Ｃ横断面図、第２４図は
更に他の実施例の縦断面図、第２５図及び第２６図はそ
れぞれ電子顕微鏡本体に対する小型ポンプの取り付は方
についての更に他の実施例の縦断面図、第２７図は本発
明を組込むのに好適な電子顕微鏡の縦断面図である。 １・・・電子源、２・・・鏡筒、６・・・鏡筒部の真空
容器、９．６０，８３．８６・・・ポンプ部の真空容器
、１０．３４，３９，４２，４３，４７，５０゜５２．
６４，７２，７７・・・陽極、１１，３３゜３７．３８
，４０，４１，４４，４６，６３゜７３．７４．７６・
・・チタン陰極、１２，３２゜６２．８７・・・磁石、
４９．７８・・・フィラメント、５３．７５．７９・・
・チタン蒸発源、５４．５６゜第１図 第 図 第７１１ 竿 口 第 δ 茅 図１ 茅 図 陽蓬 第 霞 Ｌ −ヨ 第 第 図 乙ケ 汽桶 第７６国 茅 ／７ 霞 手タンｒｉ石ｎ 第 ｚＯ 霞 第ｚｚ（２］ 第２３０ 第 ７乙 ラーフン’　ｐｔ　’ｉ−４雇 第２４目 ８０・ ハ′ｌし７′丁゛・／り 第２７図 期と丸釈へ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、荷電粒子源から荷電粒子線を発生させる荷電粒子線
   発生手段と、荷電粒子線を試料上に集束させるための少
   なくとも対物レンズを含む荷電粒子線集束手段と、前記
   荷電粒子線発生手段と前記荷電粒子線集束手段を収納す
   る鏡筒部の真空排気のための手段を有する荷電粒子線装
   置において、前記鏡筒部の軸上、上部側に真空ポンプ室
   を設けたことを特徴とする荷電粒子線装置。 ２、真空ポンプ室を円筒容器とし、その内部に円筒状の
   チタン電極を円筒容器と同軸方向に配置し、該チタン電
   極内部に円筒容器の軸方向と直角の方向に軸を持つ多数
   の円筒の束、あるいは多孔板からなる非磁性電極を設け
   ると共に、該非磁性電極の束状の円筒の軸方向あるいは
   多孔板の孔の軸方向と同一の方向の磁場を発生する着脱
   可能な一対の磁石を該円筒真空容器の外側に設け、前記
   チタン電極を真空容器と同じアース電位とすると共に、
   最内部の非磁性電極に正の高電圧を印加しうるようにし
   たことを特徴とする荷電粒子線装置。 ３、第１項記載の円筒状のチタン電極の側面に、孔また
   はスリットを設けたことを特徴とする荷電粒子線装置。 ４、第１項記載のものにおいて、ポンプ室を円筒容器と
   し、その内部の円筒軸方向に対向する一対の円板状のチ
   タン電極を設け、該チタン電極間に真空円筒容器の軸方
   向と同一方向の軸方向を持つ円筒あるいは円筒の末から
   なる非磁性電極を設けると共に、円筒真空容器の外側に
   円筒の軸方向と同一方向の磁場を発生する着脱可能な一
   対の磁石を設け、前記チタン電極を真空容器と同じアー
   ス電位とすると共に、円筒あるいは円筒の束からなる非
   磁性電極に正の電位を印加しうるようにしたことを特徴
   とする荷電粒子線装置。 ５、第１項記載のものにおいて、真空ポンプ室を円筒容
   器とし、その内部に対向する一対の円板状のチタン電極
   をその軸方向が円筒容器の軸方向と一致するように配置
   し、さらに該円筒容器の軸方向と同一方向の磁場を発生
   する脱着可能な一対の磁石を該円筒容器の外側に配置し
   、該容器をアース電位とすると共に、円板電極に負の高
   電圧を印加しうるようにしたことを特徴とする荷電粒子
   線装置。 ６、第５項記載のものにおいて、チタン製の陰極を線状
   として、円筒容器の中心軸上に配置したことを特徴とす
   る荷電粒子線装置。 ７、第６項記載のものにおいて、線状チタン電極を随時
   通電加熱して、チタンを蒸発させることができるように
   したことを特徴とする荷電粒子線装置。 ８、第１項記載のものにおいて、真空ポンプ室を円筒容
   器とし、その内部に円筒容器と同一の軸方向を持つチタ
   ン製の円筒電極を配置し、その中心線状に線状の電極を
   設け、さらに該円筒容器の軸方向と同一方向の磁場を発
   生する脱着可能な一対の磁石を該円筒容器の外側に配置
   し、真空容器をアース電位にすると共に、チタン円筒形
   電極に負の高電圧を印加し、さらに中心部の線状電極に
   チタン円筒電極に対して正の電位を持つよう電圧印加し
   たことを特徴とする荷電粒子線装置。 ９、第８項記載のものにおいて、中心線上の線状電極の
   材料をチタンとし、真空容器をアース電位とすると共に
   、円筒形電極に正の電圧を印加し、線状電極に負の高電
   圧を印加したことを特徴とする荷電粒子線装置。 １０、第１項記載のものにおいて、真空ポンプ室の外側
   に、該ポンプ室を横切る方向の磁場を有する一対の脱着
   可能な磁石を配置し、容器内部に磁場方向と同一方向の
   軸を持つ円筒電極を設けると共に、該円筒電極の中心軸
   上に線状のチタン電極を配置し、容器の電位をアース電
   位にすると共に、円筒電極に正の高電圧を印加して陽極
   とし、線状チタン電極を陰極としたことを特徴とする荷
   電粒子線装置。 １１、第１０項記載のものにおいて、円筒電極の材質を
   チタンとし、容器をアース電位とすると共に、線状電極
   に正の高電圧を印加し、円筒電極が線状電極に対して陰
   極になるようにしたことを特徴とする荷電粒子線装置。 １２、第１１項記載のものにおいて、ポンプ室と荷電粒
   子源を収納する鏡筒部の間に磁気シールド板を設けたこ
   とを特徴とする荷電粒子線装置。 １３、第１項記載のものにおいて、真空ポンプ室を円筒
   容器とし、その内部の中心軸上にチタンの電極を設ける
   と共に、中心軸からずれた容器内部空間にフィラメント
   を設け、真空容器をアース電位とし、フィラメントに通
   電加熱して熱電子を発生させると共にチタン電極に正の
   電圧を印加しうるようにしたことを特徴とする荷電粒子
   線装置。 １４、第１項記載のものにおいて、真空ポンプ室を円筒
   容器とすると共にアース電位とし、その内部の中心軸上
   に棒状の陽極を配置すると共に、中心軸からずれた容器
   内部空間にフィラメントを設け、さらに陽極及びフィラ
   メントからずれた位置に通電加熱が可能であるチタン蒸
   発源を配置し、随時通電が熱によりチタンを蒸発させる
   ことができるようにしたことを特徴とする荷電粒子線装
   置。 １５、第１項記載のものにおいて、ポンプ室にジルコニ
   ウムとバナジウムと鉄からなる粉末を表面にコーティン
   グした非磁性の薄板を設置し、該ポンプ室の外側に脱着
   可能なヒータを設けたことを特徴とする荷電粒子線装置
   。 １６、第１項記載のものにおいて、ポンプ室の内壁に、
   ジルコニウムとバナジウムと鉄からなる粉末をコーティ
   ングすると共に、ポンプ室の外側に脱着可能なヒータを
   設けたことを特徴とする荷電粒子線装置。 １７、荷電粒子源から荷電粒子線を発生させる荷電粒子
   線発生手段と、前部荷電粒子線を試料上に集束させるた
   めの少なくとも対物レンズを含む荷電粒子線集束手段と
   、前記荷電粒子線発生手段と、荷電粒子線手段を収納す
   る鏡筒部の真空排気のための手段を有する荷電粒子線装
   置において、前記鏡筒部の外側に同心の円筒形状のポン
   プ室を設けたことを特徴とする荷電粒子線装置。 １８、第１７項記載のものにおいて、ポンプ室内に鏡筒
   と同一軸方向を有する対向する一対のドーナツ形の円板
   状のチタン電極を設け、該チタン電極間に鏡筒と同一軸
   方向を有する円筒状の電極を周方向に円環状に並べ、前
   記ポンプ室の外側に円筒の軸方向と同一方向の磁場を発
   生する着脱可能な一対の磁石を設け、前記チタン電極を
   真空容器と同じアース電位とすると共に、円環状に並べ
   た円筒群の電極に正の電位を印加しうるようにしたこと
   を特徴とする荷電粒子線装置。 １９、第１７項記載のものにおいて、ポンプ室内に鏡筒
   の軸方向と同じ方向の軸を持つ円筒状電極を円環部の周
   方向に沿つて並べると共に、円筒電極の中心軸上に線状
   のチタン電極を配置し、該円筒状電極の軸方向と同一方
   向の磁場を発生する着脱可能な一対の磁石をポンプ室の
   外側に設け、円筒群の電極を真空容器と同じアース電位
   とすると共に、線状チタン電極に負の高電圧を印加しう
   るようにしたことを特徴とする荷電粒子線装置。 ２０、第１７項記載のものにおいて、ポンプ室内の内側
   の鏡筒との間に磁気シールドを兼ねた円筒状の高透磁率
   合金の電極を設け、該円筒電極と真空容器壁との間の円
   環状の空間内に線状のチタン電極を周方向に配置し、該
   円筒状電極の軸方向と同一方向の磁場を発生する着脱可
   能な一対の磁石をポンプ室外側に設け、該円筒電極を真
   空容器と同じアース電位とすると共に、線状チタン電極
   に負の高電圧を印加しうるようにしたことを特徴とする
   荷電粒子線装置。 ２１、第１９又は第２０項記載のものにおいて、線状チ
   タン電極を随時通電加熱できるようにしたことを特徴と
   する荷電粒子線装置。 ２２、第２０項記載のものにおいて、ポンプ室内に設け
   るチタンの陰極の形状を円筒形とし、円筒真空容器と同
   軸になるように配置したことを特徴とする荷電粒子線装
   置。 ２３、第１７項記載のものにおいて、円環状のポンプ室
   の内部にフィラメントを設置すると共に、内側鏡筒部に
   近接して鏡筒部を囲むように円筒形のチタン電極を設け
   、真空容器をアース電位とし、該円筒チタン電極に正の
   高電圧を印加して陽極としたことを特徴とする荷電粒子
   線装置。 ２４、第２３項記載のものにおいて、陽極と陰極である
   真空容器の間にチタンゲツタ源を配置し、随時通電加熱
   によりチタンを蒸発させることができるようにしたこと
   を特徴とする荷電粒子線装置。 ２５、第１５項記載のものにおいて、ポンプ室内にジル
   コニウムとバナジウムと鉄の合金からなる粉末を表面に
   コーティングした薄板を設置し、該ポンプ室の外側に脱
   着可能なヒータを設けたことを特徴とする荷電粒子線装
   置。 ２６、荷電粒子源から荷電粒子線を発生させる荷電粒子
   線発生手段と、前記荷電粒子線を試料上に集束させるた
   めの少なくとも対物レンズを含む荷電粒子線集束手段と
   、前記荷電粒子線発生手段と荷電粒子線手段を収納する
   鏡筒部の真空排気のための手段を有する荷電粒子線装置
   において、前記鏡筒部の様にごく短い連絡管を介して接
   続された鏡筒部と同じ円筒状のポンプ室が鏡筒部と平行
   に配置され、該ポンプ室内に更にポンプが組み込まれて
   いることを特徴とする荷電粒子線装置。 ２７、第２６項記載のものにおいて、円筒状ポンプ室が
   鏡筒と互に軸方向でみて直角に接続されていることを特
   徴とする荷電粒子線装置。