JPH08166500A

JPH08166500A - 真空保護装置

Info

Publication number: JPH08166500A
Application number: JP6333388A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Sugizaki; 克己杉崎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-12-15
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 1996-06-25

Abstract

(57)【要約】【目的】真空度を破壊する原因が生じても、真空を維持
すべき真空容器の真空度を十分に高く維持することがで
きる真空保護装置を提供する。【構成】真空度を維持しようとする第１の真空容器３０
１と、真空度が劣化するおそれのある第２の真空容器３
０２と、該第２の真空容器３０２の真空度を測定する真
空計と、両真空容器３０１，３０２を連通する管路３０
３と、該管路３０３に介在され、真空計によって測定し
た第２の真空容器３０２の真空度が既定値を下回ったと
きに作動する真空保護手段３０５と、を有する真空保護
装置において、真空保護手段３０５は、管路３０３を密
封することなく、該管路３０３のコンダクタンスを劣化
させるものであることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空の保護装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子を応用した機器は、近年急速に進歩
している。その背景には、高真空装置の発達によるもの
が大きい。なぜならば、自由空間にある電子は気体分子
の影響を受けやすく、自由空間にある電子の特性を利用
した装置では、電子の軌道を妨げない程度に、高真空を
維持した真空槽内で取扱うべきものだからである。例え
ば、電子顕微鏡など、高エネルギー電子を電子レンズに
て集束、拡大する電子光学系を備えた装置や、光電子、
散乱電子などを検出して分析する装置等は、一部の例外
を除いて、いずれも１０^-7Ｔｏｒｒから１０^-10Ｔｏｒ
ｒ以下の超高真空槽内で使用している。特に、近年急速
に発展しているシンクロトロン放射光発生装置などの高
エネルギー電子を利用した装置は、超高エネルギーの電
子が周回するため、電子の軌道部分は、１０^-10Ｔｏｒ
ｒ以下に保持される。

【０００３】これらの装置は、真空が保持できないと、
電子の軌道が妨げられて、性能を発揮できない。また、
光電子増倍管など、電子増倍のために高電圧を印加する
検出器などは、電極間に１ｋＶ前後の高電圧を印加する
ため、１０^-4Ｔｏｒｒ以下の高真空を維持しないと、電
子の軌道が妨げられて、効率が悪くなるだけでなく、気
体分子の電離などに誘発された、電極間の放電などが起
り、検出器自体が破損してしまう。そこで、これらの装
置では、高真空を維持するために、真空が劣化してきて
も、電子などが通る主要部分は高真空を維持できるよう
な工夫がされていることが多い。

【０００４】例えば、電子顕微鏡の鏡筒内などでは、試
料用の真空槽と、電子銃のある超高真空領域とで、真空
槽を分け、２つの真空槽との間は、ピンホールを用い、
コンダクタンスを非常に悪くすることにより、２つの真
空槽を隔離している。しかしながら、シンクロトロン放
射光発生装置のビームラインでは、例えば、Ｘ線などの
取出しビームの大きさは、数ミリ程度あり、ここに真空
槽を隔離するコンダクタンスの悪いピンホールを入れる
ことはできない。そのため、シンクロトロン内の電子軌
道を保護するために、ビームラインの先には真空度をモ
ニターするセンサー（真空計）が取付けられている。ビ
ームラインの先の真空計で、真空度の劣化が検知された
直後に、シンクロトロン本体の電子軌道に最も近い緊急
遮断用のバルブが閉じ、本体の超高真空を守るようにな
っている。また、ガスが進入してきたとき、ビームの大
きさの穴の開いた板を複数枚配置して、ガスの進入を遅
らせる遅延管を組合わせて、本体の超高真空を守るよう
になっている。

【０００５】真空度が劣化する恐れのある実験用真空容
器には真空計が取り付けられており、実験真空容器で、
リークなどの事故により真空度が劣化してくると、真空
計が事故をいち早く検知し、シンクロトロンのビームの
取り出し口の高速応答のゲートバルブを閉め、本体とビ
ームラインとを完全に隔離し、リークしたガスがシンク
ロトロン本体にまで進入しないようにし、本体の真空度
が劣化しないようにする工夫がなされている。

【０００６】また、検出器にＭＣＰ（マイクロチャンネ
ルプレート）などの高電圧を印加して使用する検出器を
利用することが多い、Ｘ線光学系を利用した装置も、高
真空の下で利用しなければならない。たとえばＸ線顕微
鏡は、Ｘ線源、Ｘ線照明光学系、試料、Ｘ線拡大光学
系、検出器よりなっており、Ｘ線検出器は、Ｘ線光電変
換面、ＭＣＰなどによって構成されるものがよく用いら
れ、これは電子の不要な放電を防ぐために１０^-6Ｔｏｒ
ｒ程度の高真空中に置かれる。Ｘ線顕微鏡によって観察
する試料は、水を含んだ生物試料であることが多い。水
を含んだ試料２１は、図５のような２枚のＸ線透過窓２
２からなる試料カプセルに入れて観察するが、Ｘ線透過
窓２２は、Ｘ線の吸収をさけるため、非常に薄い膜でで
きている。そのため、この薄いＸ線透過窓は非常に破れ
やすく、実際にたびたび破損する。Ｘ線顕微鏡本体内
は、Ｘ線の吸収を避け、Ｘ線検出器を使用するために通
常は１０^-6Ｔｏｒｒ程度の真空度に保たれており、この
状態で試料カプセルのＸ線透過窓が破損し、中の水を含
んだ試料が漏れ出すと、試料に含まれる水や、有機物な
どが気化してガスとなり、鏡筒内の高真空が汚染され、
ガスがＸ線検出器まで進入し、Ｘ線検出器を汚し、最悪
の場合、放電によってＸ線検出器を破壊してしまう。そ
のため、Ｘ線顕微鏡などにより生物試料を観察する場合
には、試料から発生するガスにより、検出器が破壊され
ることを防ぐために、上記のシンクロトロン放射光の保
護装置のような緊急遮断装置の設置が検討されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この様に、電子応用機
器や、Ｘ線光学装置の開発と共に、高真空装置の技術開
発も進み、緊急遮断用の特殊な高速バルブが出現してい
る。最も高速な緊急遮断バルブでも完全に閉るまでに約
１０ｍｓｅｃ程度を要する。通常、気体は５００ｍ／ｓ
程度の速度で動き回っているため、気体の移動速度を考
えると保護すべき本体にガスが進入しないようバルブを
閉じるとしても、１０ｍｓｅｃで進むガスが、本体に到
達しないよう充分（５メートル以上）離して配置する必
要がある。充分離すだけでなく、長い遅延管を配置する
ため、装置が非常に大がかりになってしまうという問題
点があった。また、上述のように例えばＸ線光学系の場
合、光学系の配置の問題から距離を離したり、遅延管を
利用したりすることができない場合が多い。例えば、実
験室用のＸ線顕微鏡などの装置の場合、リークの可能性
のあるＸ線源や、試料位置から、高真空のＸ線検出器ま
では１〜２メートル程度が要求されている。例えば、保
護すべき高真空装置から１メートル離れたところでガス
が発生した場合、発生したガスは２ｍｓｅｃで検出器に
到達し、検出器を破壊させる。これでは、最も早い緊急
遮断バルブを用いたとしても間に合わない。従って、真
空系以外の他の要請から、リークする恐れのある真空装
置から保護すべき真空槽が、５メートル以内の位置にな
ってしまうものに対しては基本的には緊急遮断バルブで
は間に合わない。

【０００８】また、ビームを細くしぼれる電子光学系を
利用した電子顕微鏡などは、電子ビームが絞られる部分
を利用し、電子ビームがぎりぎり通る小さなピンホール
を配置し、コンダクタンスを非常に悪くしておき、超高
真空を保持するようになっている。しかしながら、Ｘ線
光学系などを利用する場合、Ｘ線を小さいビームにする
ことが困難なので、コンダクタンスの悪い部分を作った
としても、光学系のビームサイズなどに制限されるた
め、コンダクタンスは充分悪くならず、この方法は適用
できない。すなわち光学系のビーム径が数ミリ以上の大
きなものの場合、遅延管を配置したとしてもほとんど効
果は望めず、真空装置を保護できないという問題点があ
った。したがって本発明は、真空度を破壊する原因が生
じても、真空を維持すべき真空容器の真空度を十分に高
く維持することができる真空保護装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記従来の
真空保護装置の問題点を解決するもので、すなわち、真
空度を維持しようとする第１の真空容器と、真空度が劣
化するおそれのある第２の真空容器と、該第２の真空容
器の真空度を測定する真空計と、両真空容器を連通する
管路と、該管路に介在され、真空計によって測定した第
２の真空容器の真空度が既定値を下回ったときに作動す
る真空保護手段と、を有する真空保護装置において、真
空保護手段は、管路を密封することなく、該管路のコン
ダクタンスを劣化させるものであることを特徴とする真
空保護装置である。

【００１０】

【作用】本発明による作用を図３を用いて説明する。真
空度を維持しようとする第１の真空容器３０１と、真空
度が劣化するおそれのある第２の真空容器３０２とが、
管路３０３によって連通しており、これらの容器３０
１，３０２と管路３０３とは、第１の真空容器３０１に
取り付けた排気装置３０４によって排気されている。第
１の真空容器３０１には、例えば真空度の劣化から保護
しようとする検出器３１０が配置されており、管路３０
３にはコンダクタンス劣化装置３０５が介在されてい
る。

【００１１】ここで第１の真空容器３０１の通常状態で
の真空度をＰ_1a、第２の真空容器３０２の真空度が劣化
したときの第１の真空容器３０１の真空度をＰ_1bとし、
第２の真空容器３０２の通常状態での真空度をＰ_2a、真
空度が劣化したときの真空度をＰ_2bとし、第１の真空容
器３０１から発生するガス量をＱ₁とし、第２の真空容
器３０２から通常状態に発生するガス量をＱ_2a、真空度
が劣化したときに発生するガス量をＱ_2bとし、管路３０
３の通常状態でのコンダクタンスをＣ_a、コンダクタン
ス劣化装置３０５を作動させて劣化させたときのコンダ
クタンスをＣ_bとし、排気装置３０４による実効排気速
度をＳとすると、通常状態では、Ｑ₁＋Ｑ_2a＝Ｓ・Ｐ_1a Ｑ_2a＝Ｃ_a・（Ｐ_2a−Ｐ_1a）である。同様に第２の真空容器３０２の真空度が劣化し
たときには、Ｑ₁＋Ｑ_2b＝Ｓ・Ｐ_1b Ｑ_2b＝Ｃ_b・（Ｐ_2b−Ｐ_1b）である。

【００１２】先ず通常状態において、例えばＳ＝６０・
ｌ／ｓ、Ｐ_1a＝１×１０^-6Ｔｏｒｒ、Ｑ₁＝Ｑ_2aとすれ
ば、Ｑ₁＝Ｑ_2a＝Ｓ・Ｐ_1a／２＝３×１０^-5Ｔｏｒｒ・ｌ／
ｓとなり、Ｐ_2a＝２×１０^-6Ｔｏｒｒとすれば、Ｃ_a＝Ｑ_2a／（Ｐ_2a−Ｐ_1a）＝３０・ｌ／ｓとなる。次いで第２の真空容器３０２の真空度が劣化し
てＰ_2b＝１Ｔｏｒｒとなり、このときＰ_1b＝１×１０^-5
Ｔｏｒｒを維持しようとすると、Ｃ_b＝Ｑ_2b／（Ｐ_2b−Ｐ_1b）＝（Ｓ・Ｐ_1b−Ｑ₁）／（Ｐ_2b−Ｐ_1b）＝５．７×１０^-4・ｌ／ｓとなる。

【００１３】すなわち管路３０３のコンダクタンスを３
０・ｌ／ｓから５．７×１０^-4・ｌ／ｓに劣化させるこ
とにより、第１の真空容器３０１の真空度を１×１０^-5
Ｔｏｒｒに維持することができる。コンダクタンスを０
にして第１の真空容器３０１を隔離しようとすると、ゲ
ートバルブのように作動時間に長時間を要することにな
るが、コンダクタンスがある値以下になれば良いという
のであれば、作動時間を著しく短縮化することが可能と
なり、これにより真空度を維持しようとする第１の真空
容器３０１の当該真空度を、十分に高く保つことができ
る。またゲートバルブを併用して、ゲートバルブが完全
に作動し終るまでの期間だけの真空度を確保し、あるい
は保護しようとする検出器３１０などの機器側におい
て、保護措置を取り終るまでの期間だけの真空度を確保
しようとするときには、その期間でのコンダクタンスは
なお一層高くても構わないことになり、したがって作動
時間の一層の短縮化を図ることができる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明による真空保護装置をＸ線顕微
鏡に適用した第１実施例を示す。Ｘ線顕微鏡は図１に示
したとおり、Ｘ線源１、Ｘ線照明光学系２、試料容器
３、Ｘ線拡大光学系４及び検出器６を有する。Ｘ線源
１、Ｘ線照明光学系２、試料容器３及びＸ線拡大光学系
４は第２の真空容器１４内に設置されており、検出器６
は第１の真空容器１１内に設置されており、検出器６に
は光電変換機構や電子増倍機構などが組み込まれてお
り、検出した信号は第１の真空容器１１外に設置したモ
ニター１２によって観測できるように構成されている。
両真空容器１４，１１は真空鏡筒１３によって連通して
おり、また両真空容器１４，１１にはそれぞれ排気装置
７，８が取り付けられている。第２の真空容器１４には
超高速で作動する真空計９が取り付けられており、真空
鏡筒１３には超高速で作動するコンダクタンス劣化装置
５が組み込まれている。真空計９によって測定した真空
度信号は監視装置１０に送られ、監視装置１０は、真空
度が既定値を下回ったときにコンダクタンス劣化装置５
を作動するように構成されている。

【００１５】図２は本実施例によるコンダクタンス劣化
装置５を示し、このコンダクタンス劣化装置５は、シャ
ッター機構などを用いたものである。すなわち真空鏡筒
１３の通路を遮断するように設けた仕切り板（図示せ
ず）に開口部１０６を開口し、この仕切り板に面して遮
蔽羽根１０１が設置されている。遮蔽羽根１０１は一対
のリンク棒１０２，１０２によって仕切り板と平行な方
向に移動可能に形成され、上端に移動したときには仕切
り板の開口部１０６を開放し、下端に移動したときには
開口部１０６を覆うように構成されている。遮蔽羽根１
０１にはバネ１０５が取り付けられており、このバネ１
０５によって遮蔽羽根１０１は下端方向に付勢されてい
る。遮蔽羽根１０１にはまた磁性体１０３が取り付けら
れており、この磁性体１０３に対向して電磁石１０４が
設置されている。こうして遮蔽羽根１０１を上端に移動
させた状態で電磁石１０４に通電すると、電磁石１０４
はバネ１０５の弾性力に抗して遮蔽羽根１０１を上端位
置に保持し、監視装置１０からの信号によって電磁石１
０４への通電を解除すると、バネ１０５の弾性力によっ
て遮蔽羽根１０１は急速に下端に移動して、仕切り板の
開口部１０６を覆うように構成されている。遮蔽羽根１
０１は下端位置に移動したときにも、仕切り板の開口部
１０６を密閉することはなく、漏洩ガス流を許容するよ
うに構成されており、したがって遮蔽羽根１０１の下端
位置への移動速度を著しく高速にすることができる。

【００１６】本実施例は以上のように構成されており、
試料容器３からは試料を挟むＸ線透過窓の破損によって
ガスが発生する恐れがあり、Ｘ線源１からはリークが起
りやすいが、これらの場合に第２の真空容器１４の真空
度が既定値以下に劣化すると、コンダクタンス劣化装置
５が直ちに作動して真空鏡筒１３のコンダクタンスを劣
化させ、検出器６の入っている第１の真空容器１１への
ガスの進入を最小限にとどめて真空度の劣化を抑えて、
検出器６を保護することができる。なお本実施例のコン
ダクタンス劣化装置５では、遮蔽羽根１０１が仕切り板
の片側を遮蔽する場合を示したが、遮蔽羽根を２枚設け
て仕切り板の両側を遮蔽することもできる。また仕切り
板を複数枚設けてこれらをサンドイッチ状に挟むように
遮断羽根を設けることもできる。更に別の態様のコンダ
クタンス劣化装置として、真空鏡筒１３の一部をゴム管
によって形成し、このゴム管を挟着してコンダクタンス
を劣化させることもできる。

【００１７】図４は本発明の第２実施例を示し、本実施
例は、放射光を利用したマイクロビーム照射装置に本発
明を適用したものである。本装置は、Ｘ線源となる放射
光発生装置２０１、分光器２０２、集光光学系２０３、
試料ステージ２０４、透過Ｘ線検出器２０５、蛍光Ｘ線
検出器２０６などの機器を備えている。放射光発生装置
２０１は第１の真空容器に相当し、分光器２０２と集光
光学系２０３とは、Ｘ線の吸収を避けるために第２の真
空容器２１１内に設置されている。放射光発生装置２０
１と第２の真空容器２１１は、それぞれの排気装置２１
３、２１４によって排気されている。放射光発生装置２
０１と第２の真空容器２１１との間の管路に、ゲートバ
ルブ２０７とコンダクタンス劣化装置２０８とが直列に
組み込まれている。第２の真空容器２１１には真空計２
０９が取り付けられており、真空計２０９によって測定
した真空度信号は監視装置２１０に送られ、監視装置２
１０は、真空度が既定値を下回ったときに、コンダクタ
ンス劣化装置２０８とゲートバルブ２０７とを作動する
ように構成されている。コンダクタンス劣化装置２０８
としては、第１実施例で用いたものと同じものを用いる
ことができる。

【００１８】本実施例では、集光光学系２０３によりＸ
線を集光して試料ステージ２０４上の試料に照射し、試
料を透過したＸ線や、Ｘ線によって励起された蛍光Ｘ線
などを検出して、試料の分析を行うものであるが、試料
は、第２の真空容器２１１内ではなく、大気中に置か
れ、Ｘ線ビームは第２の真空容器２１１に形成したＸ線
取出し窓２１２から取出される。Ｘ線取出し窓２１２は
Ｘ線の吸収を避けるために非常に薄いものを利用する。
そのため、常にＸ線取出し窓２１２が破損し、そこから
リークが起る可能性があるが、本実施例によれば、第２
の真空容器２１１の真空度が劣化したときにはコンダク
タンス劣化装置２０８を高速にて作動させることができ
るから、放射光発生装置２０１の真空度の劣化を防止す
ることができる。

【００１９】また第１実施例において、試料が割れた場
合には、試料からガスが完全に放出されきってしまえ
ば、ガスの発生源はなくなるが、この第２実施例の場合
には、Ｘ線取出し窓２１２が破損した場合は、Ｘ線取出
し窓を交換しない限り、ずっとガスの発生源となる。そ
のため、リークしている間は、放射光発生装置２０１
や、第２の真空容器２１１を排気している排気装置２１
３、２１４に負荷がかかったままになるため、本実施例
では、コンダクタンス劣化装置２０８を動作させるのと
同時にゲートバルブ２０７を閉め、放射光発生装置２０
１と第２の真空容器２１１とを切離し、第２の真空容器
２１１を排気している排気装置２１４を停止させ、排気
装置２１４の負荷を減らすように構成している。このよ
うな構成にしておけば、リークが起った直後のガスの進
入はコンダクタンス劣化装置２０８でくい止め、その
後、ゲートバルブ２０７を閉じて、第２の真空容器２１
１を切離して、放射光発生装置２０１を排気する排気装
置２１３を保護することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上の通り、本発明による真空保護装置
では、管路を密封することなく管路のコンダクタンスを
劣化させる真空保護手段を用いているから、真空保護手
段の作動時間を著しく短縮化することができ、したがっ
て保護すべき真空容器の直前に充分長い遅延管が設置で
きない場合などでも、簡単な装置で高真空を保護するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１実施例を示す概略図である。

【図２】該実施例に用いるコンダクタンス劣化装置を示
す概略図である。

【図３】本発明による作用を説明する説明図である。

【図４】本発明による第２実施例を示す概略図である。

【図５】Ｘ線顕微鏡の試料容器を示す概略図である。

【符号の説明】

１…Ｘ線源２…Ｘ線照明光学系３
…試料容器４…Ｘ線拡大光学系５…コンダクタンス劣化装置６…検出器７，８…排気装置９
…真空計１０…監視装置１１…第１の真空容器１
２…モニター１３…真空鏡筒１４…第２の真空容器２１…試料２２…Ｘ線透過窓１０１…遮蔽羽根１０２…リンク棒１
０３…磁性体１０４…電磁石１０５…バネ１
０６…開口部２０１…放射光発生装置（第１の真空容器）２
０２…分光器２０３…集光光学系２０４…試料ステージ２
０５…透過Ｘ線検出器２０６…蛍光Ｘ線検出器２０７…ゲートバルブ２０８…コンダクタンス劣化装置２
０９…真空計２１０…監視装置２１１…第２の真空容器２
１２…Ｘ線取出し窓２１３，２１４…排気装置３０１…第１の真空容器３０２…第２の真空容器３
０３…管路３０４…排気装置３０５…コンダクタンス劣化
装置３１０…検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ２１Ｋ 5/02 ＸＨ０１Ｊ 37/18 49/24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空度を維持しようとする第１の真空容器
と、真空度が劣化するおそれのある第２の真空容器と、
該第２の真空容器の真空度を測定する真空計と、前記両
真空容器を連通する管路と、該管路に介在され、前記真
空計によって測定した第２の真空容器の真空度が既定値
を下回ったときに作動する真空保護手段と、を有する真
空保護装置において、前記真空保護手段は、前記管路を密封することなく、該
管路のコンダクタンスを劣化させるものであることを特
徴とする真空保護装置。
【請求項２】前記管路に、該管路を密封するゲートバル
ブを、前記真空保護手段と直列に介在させた、請求項１
記載の真空保護装置。
【請求項３】前記第１の真空容器内に、Ｘ線検出器が配
置されている、請求項１又は２記載の真空保護装置。
【請求項４】前記第１の真空容器が、放射光発生装置で
ある、請求項１又は２記載の真空保護装置。