JPH0765762A

JPH0765762A - 電子銃

Info

Publication number: JPH0765762A
Application number: JP5211803A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Asai; 雅文浅井; Kazuo Okubo; 和生大窪
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-08-26
Filing date: 1993-08-26
Publication date: 1995-03-10

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】高い性能を有する超高真空排気系を組み込ん
だ極めて軽量コンパクトな電子銃を実現する。【構成】電子ビーム発生部４４，４６と、該電子ビー
ム発生部４４，４６を被う電子銃室４３、とを有する電
子銃において、電子ビーム発生部４４，４６の外側に配
置される遮蔽体４９と、該遮蔽体４９と電子銃室４３の
内壁との間に配置されるチタンフィラメント５１と、該
チタンフィラメント５１を加熱し、電子銃室４３内にお
ける分子吸着作用を有するチタン膜の蒸着を惹起し得る
加熱装置６５、とを含む、超高真空状態を形成し得るチ
タンサブリメーションポンプ装置を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ビーム発生部の周
辺を超高真空状態にすることが要求される電子銃に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、走査型電子顕微鏡等の電子ビーム
装置の電子銃においては、その陰極周囲を超高真空度に
するために、第１ステップとして、高真空排気系を用い
て、内部を所定真空度（陰極周囲に要求される真空度と
比較して１〜４桁悪い値）まで真空排気し、第２ステッ
プとして、スパッタイオンポンプ等の超高真空排気系を
用いて差動排気し、内部に所望の超高真空状態を形成す
るのが一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記スパッ
タイオンポンプは、例えば、約９０×９０×１７０の大
きさ（約１kgの重さ）で２ｌ／ｓの排気速度、約１５０
×８０×２００の大きさ（約２．５kgの重さ）で１０ｌ
／ｓの排気速度、というように、外形寸法の割には排気
速度が低いという欠点を有する。

【０００４】従って、電子銃単体よりもスパッタイオン
ポンプの方が大きくなるという装置上好ましくない事態
が起きることがある。特に、小型化が容易な冷陰極電界
放出型の陰極を用いた電子銃の場合に、それが顕著であ
り、ポンプ寸法に拘束されて全体を小型化できないとい
った困った事態となる。そこで、本発明においては、超
高真空排気系を組み込んだ外形寸法が従来のそれ単品の
それと殆ど変わらないにもかかわらず、従来品と同等若
しくはそれ以上に容易・迅速に効果的に超高真空度が形
成され得る合理的・経済的な電子銃を提供することをそ
の課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、電子ビーム発生部と、該電子ビーム発生部
を被う電子銃室、とを有する電子銃において、電子銃室
内に超高真空状態を形成し得るチタンサブリメーション
ポンプ装置を設けることを構成上の特徴とする。

【０００６】また、本発明は、電子ビーム発生部と、該
電子ビーム発生部を被う電子銃室、とを有する電子銃に
おいて、電子ビーム発生部の外側に配置される遮蔽体
と、該遮蔽体と電子銃室の内壁との間に配置されるチタ
ンフィラメントと、該チタンフィラメントを加熱し、電
子銃室内における分子吸着作用を有するチタン膜の蒸着
を惹起し得る加熱装置、とを含む、超高真空状態を形成
し得るチタンサブリメーションポンプ装置を設けること
を構成上の特徴とする。

【０００７】好ましくは、上記加熱装置は、少なくとも
電子ビーム発生部の真空圧又はこれを代表し得るパラメ
ータに応じてチタンフィラメントを通電加熱する装置で
ある。

【０００８】

【作用】電子銃室内に設けたチタンサブリメーションポ
ンプ装置により、電子銃室内には、所定の超高真空状態
が形成される。加熱装置を介してチタンフィラメントを
加熱すると、電子銃室内にチタン膜が蒸着され、このチ
タン膜の分子吸着作用により、電子銃室内には、超高真
空状態が形成され、このとき、電子ビーム発生部は、遮
蔽体により遮蔽される。

【０００９】チタンフィラメントは、加熱装置を介し
て、電子ビーム発生部の真空圧又はこれを代表し得るパ
ラメータに応じて通電加熱される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の一実施例の電子銃を組み込んだ
電子ビーム装置の全体概略構成図、図２は、図１の電子
銃の要部拡大図、図３は、通電加熱制御部の概略構成
図、図４は、放出電流と真空度との関係を示す図、図５
は、通電加熱制御のタイムチャート図である。

【００１１】先ず、図１を参照すると、本実施例の電子
ビーム装置１は、試料チャンバ３の内部底部に載置され
る試料（被測定物）４を観察するための電子顕微鏡（電
子レンズ系により結像される電子の性質を応用して試料
の像を拡大する装置）として具現化される。尚、言うま
でもないが、本発明自体は、このような具体化例に限定
されるものではない。

【００１２】試料チャンバ３内部の天井側には、いわゆ
るＸＹステージ６が配設され、その下面部分には、Ｚス
テージ８が付設される。Ｚステージ８から片持ち式に延
びる水平サポート９の自由端側には、超高真空状態（１
×１０^-5Ｐａ以下）形成用のチタンサブリメーションポ
ンプ装置が組み込まれた電子銃１１（詳細は後述する）
が取着され、電子銃１１の下端部には、偏向器及び対物
レンズ等から成る電子レンズ系１５が取着される。

【００１３】試料チャンバ３外部には、電子銃制御部２
１、電子レンズ系制御部２３、高真空状態（１×１０^-3
Ｐａ以下）形成用のロータリーポンプ２５及びターボ分
子ポンプ２７（高真空排気系）等が配設される。ところ
で、試料チャンバ３は、試料交換時に大気開放され、従
って内部が必然的に大気圧状態となるが、電子銃１１や
電子レンズ系１５の内部までも、その都度大気圧状態に
戻すのは、不経済である。そこで、本実施例では、試料
交換時に、ＸＹステージ６及びＺステージ８を駆使し
て、電子レンズ系１５の鏡筒３１の下端中央の穴（開口
部）３２を、試料近傍に配設されたべース３５上の半球
状ゴム体３６に押し付けることにより一時的に塞ぎ（同
図の破線位置を参照のこと）、電子レンズ系１５（電子
銃１１）の内部を所定真空度レベル（例えば、１×１０
^-2Ｐａ以下）に少なくとも保持しておく。このように取
り扱うことにより、試料交換後に、短時間で試料観察が
再開可能となる。尚、上記穴３２閉塞時に、後述するチ
タンサブリメーションポンプ装置を適宜作動させて、更
に低い真空圧力レベルに内部保持するようにしてもよ
い。

【００１４】さて、本実施例のチタンサブリメーション
ポンプ装置が内蔵された電子銃１１の構造につき図２及
び３を参照して以下詳細に説明する。電子銃１１の中空
のハウジング４１の内部に画成される電子銃室４３の中
央には、電子ビーム発生用の陰極４４が配置され、その
直ぐ下側には、加速用のアノード４６が配置され、陰極
４４及びアノード４６の外側には、それらを取り囲むよ
うな円筒状の金属筒（遮蔽体）４９が配置される。尚、
ハウジング４１は、複数の部品から組立・構成され、必
要に応じて所定の気密シールが施される。

【００１５】この金属筒４９の外側には、チタンサブリ
メーションポンプ装置の要部を成すチタンフィラメント
５１（５２，５３）がそれを輪状に取り巻くように２つ
配置される。尚、この形状とは異なる、例えば、リング
状、あるいはヘアピン状、又は螺旋状のチタンフィラメ
ントを適当に配置して構成することもできる。また、チ
タンフィラメント５１を２つ用いるのは、後述するチタ
ン蒸着面を出来る限り大きくするためであり、本実施例
では交互に加熱されるが、同時加熱してもよく、３以上
のフィラメントを用いることもでき、あるいは、一方を
常用、他方を予備として用いるように構成することもで
きる。

【００１６】陰極４４の電圧印加用の導入端子５７、ア
ノード４６の電圧印加用の導入端子５９、及びチタンフ
ィラメント５１の通電加熱用の導入端子６１の各々は、
そのハウジング４１を貫通する部分がいわゆるハーメチ
ックシールを用いて気密封止される。電子銃１１とその
下方側の電子レンズ系１５との間には、電子ビームの取
り出し部でもある、両者を連通する直径１００μｍ程度
の差動排気用のコンダクタンスの小さなオリフィス６３
が形成される。

【００１７】チタンフィラメントを通電加熱する通電加
熱装置６５（図３）は、電子銃制御部２１からの所定信
号に対応するしきい値を設定可能な２つのしきい値設定
器６７と、両者を比較するコンパレータ６９と、これに
基づいて各チタンフィラメント５２，５３への電流供給
のｏｎ／ｏｆｆ制御を行う制御部７１等を含む。チタン
フィラメント５１（５２，５３）の通電加熱は、経常的
に行わずに、電子銃室４３が所定の超高真空圧力レベル
を越えた。（or上回った）時のみ、それを補償するよう
に交互に所定時間（Δｔ）だけ行われる。より詳細に
は、通電加熱中及びその直後に、チタンフィラメント自
体及びその周辺部が温度上昇して圧力が一時的に上昇
（悪化）する現象が起き易いことに鑑み、予め設定した
圧力（しきい値Ａ）に達したら、一方を所定時間通電加
熱し、その終了後は、別の圧力（しきい値Ｂ）を下回っ
た（悪化）時に初めて他方の通電加熱を行う、というよ
うに構成・制御される（図５）。尚、電子銃室４３の真
空圧力は、真空計（図示せず）を用いて直接に計測可能
であるが、本実施例では、陰極４４からの放出電流と圧
力（真空度）とが相互関係を有することから（図４）、
当該放出電流を測定し、それから所定演算（換算）によ
り間接的に求められる。

【００１８】以上の構成を有する本実施例においては、
予め高真空排気系（２５，２７）で少なくとも電子銃１
１の内部に１×１０^-3Ｐａ以下程度の高真空状態を作出
しておいた場合に、チタンフィラメント５１を通電加熱
すると、電子銃室４３の内周面や金属筒４９の外周面に
チタン膜（図示せず）が蒸着され、このチタン蒸着膜の
分子吸着作用による真空排気作用により、電子銃室４３
は、局所的に、迅速に１×１０^-5Ｐａ以下の超高真空状
態になる。すなわち、これにより、試料チャンバ３（図
１）内の試料観察を簡易・簡便にそして迅速に再開ない
し開始することができる。

【００１９】しかも、従来のスパッタイオンポンプ付き
の電子銃と比べて、占有面積が１０分の１あるいはそれ
以下、重さも１００分の１以下でありながら、従来と同
等若しくはそれ以上の排気速度を得られ、極めて実用的
・実際的である。尚、本発明は、上記タイプの陰極に限
定されるものではなく、様々の陰極、例えば、電界放出
型陰極、又は熱電界放出型陰極又は六ホウ化ランタン熱
陰極を用いた装置にも適用され得ることは言うまでもな
い。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、高性能の
超高真空排気系を組み込んだ極めて軽量コンパクトな電
子銃を得ることが可能となり、実用価値が著しく向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例の電子銃を組み込ん
だ電子ビーム装置の全体概略構成図である。

【図２】図２は、図１の電子銃の要部拡大図である。

【図３】図３は、通電加熱制御部の概略構成図である。

【図４】図４は、放出電流と真空度との関係を示す図で
ある。

【図５】図５は、通電加熱制御のタイムチャート図であ
る。

【符号の説明】

１…電子ビーム装置３…試料チャンバ４３…電子銃室４４…陰極４６…アノード４９…金属筒５１…チタンフィラメント６３…オリフィス６５…通電加熱装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子ビーム発生部（４４，４６）と、該
電子ビーム発生部（４４，４６）を被う電子銃室（４
３）、とを有する電子銃において、電子銃室（４３）内
に超高真空状態を形成し得るチタンサブリメーションポ
ンプ装置（６５，５１）を設けることを特徴とする電子
銃。
【請求項２】電子ビーム発生部（４４，４６）と、該
電子ビーム発生部（４４，４６）を被う電子銃室（４
３）、とを有する電子銃において、電子ビーム発生部（４４，４６）の外側に配置される遮
蔽体（４９）と、該遮蔽体（４９）と電子銃室（４３）の内壁との間に配
置されるチタンフィラメント（５１）と、該チタンフィラメント（５１）を加熱し、電子銃室（４
３）内における分子吸着作用を有するチタン膜の蒸着を
惹起し得る加熱装置（６５）、とを含む、超高真空状態を形成し得るチタンサブリメー
ションポンプ装置を設けることを特徴とする電子銃。
【請求項３】上記加熱装置（６５）は、少なくとも電
子ビーム発生部（４４，４６）の真空圧又はこれを代表
し得るパラメータに応じてチタンフィラメント（５１）
を通電加熱する装置であることを特徴とする請求項２に
記載の電子銃。