JPWO2014119586A1 - オービトロンポンプ、およびオービトロンポンプを備えた電子線装置 - Google Patents

Abstract

オービトロンポンプを構成する部品からのガス放出量を減らす。アノード（１）、吸着材料源（２）及び電子放出用フィラメント（３）がチャンバ（４）の内部に配置されたオービトロンポンプにおいて、アノード（１）を通電加熱できるようにする。これにより、ポンプ動作前にアノードを通電加熱して脱ガスでき、ポンプ動作中のガス放出量を低減できる。

Description

本発明は、電子線装置に用いる真空ポンプに関する。

従来の高輝度照射を目的とした走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や電子線描画装置（ＥＢ）は、電界放出型、ショットキー放出型または熱電子放出型の電子源から放出される電子線を加速し、電子レンズで細い電子ビームとし、これを一次電子ビームとして走査偏向器を用いて試料上に走査し、走査型電子顕微鏡であれば得られる二次電子あるいは反射電子を検出して像を得るものであり、電子線描画装置であればレジスト膜上にあらかじめ登録されたパターンを描画するものである。電子源の材料としてはタングステン、ジルコニア塗布タングステン、ジルコニア含有タングステンまたは六ホウ化ランタン（LaB₆）などが用いられる。

上記電子源から良好な電子ビームを長時間にわたって得るには、電子源周辺を超高真空〜極高真空（10^-7-10^-10Pa）に保つ必要がある。B. Cho et al., Applied Physics Letters, Volume 91 (2007), 012105（非特許文献1）には、タングステン電界放出型の電子源を用いる場合、電子源周辺の圧力が下がるほどビーム電流の安定性が向上することが記載されている。このため、従来においては、特開2002-358920号公報（特許文献１）に記載されているように、電子源をスパッタイオンポンプで排気する方法が取られている。ここで、スパッタイオンポンプとは、化学吸着排気機能とイオン化排気機能を有する真空ポンプであり、化学吸着排気機能とは、活性金属膜の持つガス分子に対する化学吸着能を利用した排気機能のことであり、イオン化排気機能とは、真空槽内のガス分子をイオン化して加速し活性金属膜に打込んで排気する機能のことである。

特開2000-149850号公報（特許文献２）には、電子光学系を小型化する手段として、鏡筒内にゲッターポンプを内蔵した荷電粒子線装置が開示されている。また米国特許第4833362号明細書（特許文献３）、特開平6-111745号公報（特許文献４）には、電子源室内に非蒸発ゲッターポンプを内蔵した荷電粒子線装置が開示されている。ここで、ゲッターポンプとは、加熱によりゲッターを活性化し昇華させ、ゲッターにガス分子を吸着する形式の真空ポンプである。また、非蒸発ゲッターポンプとは、ゲッターを昇華させずに加熱するだけでガス分子を吸着する合金を用いて構成された真空ポンプのことである。

米国特許第3244969号明細書（特許文献５）には、スパッタイオンポンプと同様に２つの排気機能を持つ真空ポンプであるオービトロンポンプが開示されている。オービトロンポンプは、ポンプチャンバ、チタン源、チタン源を保持するアノード、およびフィラメントから構成される。通常、アノードは、ポンプチャンバの中心軸上に配置される。アノードは、ポンプチャンバおよびフィラメントに対して正の高電圧が印加される。フィラメントは、ポンプチャンバに対して正の電圧が通常印加されるが、ポンプチャンバと同電位でも良い。ポンプチャンバは、通常接地電位である。

フィラメントを加熱することによりフィラメントから電子が放出される。フィラメントから放出された電子は、アノードおよびフィラメントならびにポンプチャンバの作る電界により加速され、アノードまたはアノードに保持されたチタン源に衝突する。電子の衝突によりチタン源が加熱されチタンが昇華し、ポンプチャンバ内壁に清浄なチタン膜が形成される。清浄なチタン膜は、ガス分子に対する化学吸着機能を有しており、化学的に活性なガスは、ポンプチャンバ内壁に形成されたチタン膜の化学吸着排気機能により排気される。

希ガスまたはメタンなどの化学的に安定なガス分子は、次のような機構により排気される。フィラメントから放出された電子の一部は、ガス分子に衝突してガス分子をイオン化する。イオン化されたガス分子は、ポンプチャンバ内の電界により加速され、ポンプチャンバ内壁に形成されたチタン膜内部に打込まれ排気される（イオン化排気機能）。

特開2002-358920公報 特開2000-149850公報 米国特許第4833362明細書 特開平6-111745公報 米国特許第3244969明細書

B. Cho et al., Applied Physics Letters, Volume 91 (2007), 012105

本願発明者が、電界放出型の電子源にかかる真空ポンプなどの小型化について鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。

電界放出型の電子源を用いる場合、超高真空〜極高真空（圧力10^-7-10^-10Pa）が要求されるので、電子源の真空排気にはスパッタイオンポンプが用いられている。しかし、スパッタイオンポンプは、可動部が無く、通電のみにより10^-7Pa以下の圧力に維持できる長所があるものの、数十cm角以上の大きさを有する。更に、強磁場を発生するためのマグネットを有するため、電子源側に磁場シールドを設置する必要がある。

特開2002-358920号公報（特許文献１）に記載されている従来技術では、主排気ポンプであるスパッタイオンポンプが大きく、かつ磁場の漏れがあるために電子源から一定の距離を置いて設置する必要があり、小型化が困難であった。また、スパッタイオンポンプは、ペニング放電を利用したポンプであるため、真空度が良くなる（圧力が下がる）につれて排気効率が落ちるという欠点もあり、到達真空度（到達圧力；実現できる最も低い圧力）に制限があった。

非蒸発ゲッターポンプを用いれば小型化は可能となるが、非蒸発ゲッターポンプではヘリウムやアルゴンなどの希ガス類、メタン等の化学的に安定なガス分子の排気が困難であるという欠点がある。スパッタイオンポンプを併用すれば真空度は良くなる（圧力が下がる）が、先に述べたスパッタイオンポンプの持つ欠点を回避できない。

オービトロンポンプは、スパッタイオンポンプと異なり磁石を用いないため、磁場の遮蔽が必要無く、また構造も単純である。例えば、荷電粒子線装置の電子源の真空排気ポンプとして用いることで、装置の小型化が可能となる。また、スパッタイオンポンプのイオン化排気機能は、ペニング放電を利用したものであるため、真空槽内の圧力が下がると（真空度が上がると）イオン化排気機能は小さくなるが、一方、オービトロンポンプのイオン化排気機能は、フィラメントから供給する電子を利用したものであるため、真空槽内の圧力（真空度）とは無関係であり、真空槽内の圧力が下がっても（真空度が上がっても）イオン化排気機能は小さくならないという特長を持つ。

しかしながら、オービトロンポンプは、フィラメントから電子を放出しアノードに向かって加速するポンプであるため、フィラメントの加熱、および電子がアノードに衝突する際の発熱に伴う熱負荷が大きく、熱負荷によるガス放出が大きいという欠点がある。

真空槽内の単位時間当たりのガス放出量をQ（ポンプからのガス放出量をQ1，ポンプ以外からのガス放出量をQ2）、真空排気ポンプの実効排気速度をSとすると、到達できる圧力Pは

となり、ポンプからのガス放出量Q1が大きいほど到達できる圧力が上がる（真空度が下がる）。つまり、超高真空〜極高真空を実現するためには、オービトロンポンプ部品からのガス放出量を減らすことが必要である。

本発明の目的は、オービトロンポンプを構成する部品からのガス放出量を減らすことや、真空ポンプを用いる電子源などを小型化することに関する。

本発明は、アノード、吸着材料源および電子放出用フィラメントがチャンバの内部に配置されたオービトロンポンプにおいて、アノードが通電加熱されることに関する。

本発明により、一つの観点として、ポンプ動作中の熱負荷が大きい電子放出用フィラメントおよびアノードを、ポンプ動作前に通電加熱することにより脱ガスできるので、ポンプ動作中のガス放出量を低減できる。また、別の観点として、ポンプ動作中に電子放出用フィラメントへの熱負荷を上げること無く、吸着材料源を昇華できる。また、別の観点として、アノードからの輻射熱により吸着材料表面を清浄化できる。また、別の観点として、オービトロンポンプを電子源の近傍に配置できるので、電子源を含む真空槽の到達圧力を下げることができる。

実施例にかかるオービトロンポンプの基本構成を示す模式図 オービトロンポンプの第一の実施例を示す模式図（アノードの周りに吸着材料のワイヤを巻きつけたもの） オービトロンポンプの第一の実施例を示す模式図（アノードが吸着材料の塊を担持しているもの） オービトロンポンプの第一の実施例を示す模式図（アノードの表面に吸着材料を塗布したもの） オービトロンポンプの第二の実施例を示す模式図 オービトロンポンプの第三の実施例を示す模式図 オービトロンポンプの第四の実施例を示す模式図 オービトロンポンプの第五の実施例を示す模式図 オービトロンポンプの第六の実施例を示す模式図 オービトロンポンプを用いた走査型電子顕微鏡の第一の実施例を示す模式図 オービトロンポンプを用いた走査型電子顕微鏡の第二の実施例を示す模式図

図１に、実施例にかかるオービトロンポンプの基本構成を示す。実施例にかかるオービトロンポンプは、アノード１、吸着材料源２、フィラメント３およびポンプチャンバ４から構成され、アノード１が通電加熱可能であることを特徴とする。ポンプ動作中の熱負荷が大きいフィラメント３およびアノード１をポンプ動作前に通電加熱脱ガスすることで、ポンプ動作中のガス放出量を低減することができる。

また、実施例にかかるオービトロンポンプのイオン化排気機能は、フィラメント３から放出される電子が担っており、一方、化学吸着排気機能は、アノード１への通電加熱が担っている。従来のオービトロンポンプでは、化学吸着排気機能もフィラメントからの電子が担っており、吸着材料源の昇華に必要なエミッション電流を賄うためにフィラメントへの熱負荷が大きかった。一方、実施例にかかるオービトロンポンプでは、フィラメント３への熱負荷を上げること無く、吸着材料源の昇華が可能であり、吸着材料源の昇華時のフィラメントへの熱負荷によるガス放出も低減できる。

実施例にかかるオービトロンポンプを用いることにより、オービトロンポンプ部品からのガス放出量が低減し、式(1)で与えられる関係によりオービトロンポンプおよびオービトロンポンプを含む真空槽の到達圧力を下げることができる（到達真空度が改善する）。また、真空ポンプとしてオービトロンポンプを用いることにより、電子源、電子源から電子線を引き出すための電極、および電子源近傍を真空排気する真空ポンプなどから構成される電子銃を小型化でき、小型化した電子銃を有する走査電子顕微鏡および電子線描画装置などの電子線装置を得ることができる。

実施例では、アノード、吸着材料源および電子放出用フィラメントがチャンバの内部に配置され、アノードが通電加熱されるオービトロンポンプを開示する。また、オービトロンポンプおよび電子線を形成する手段を備えた電子線装置を開示する。また、オービトロンポンプが、電子源その内部に配置している電子源室に直結していることを開示する。また、電子源が、オービトロンポンプに組み込まれていることを開示する。

また、実施例では、オービトロンポンプのアノードが、そのチャンバの内部で折り返された形状であることを開示する。また、吸着材料源がアノードに保持されていること開示する。また、ワイヤ状の吸着材料源がアノードに巻き付けられていることを開示する。また、吸着材料源の塊がアノードに担持されていることを開示する。また、吸着材料源がアノードの表面に塗布されていることを開示する。

また、実施例では、吸着材料源が前記アノードと前記チャンバの間の空間に配置されていることを開示する。また、吸着材料源がチャンバの内壁に形成されていることを開示する。

また、実施例では、オービトロンポンプが吸着材料源を保持するヒーターを備え、オービトロンポンプのアノードと吸着材料源が分離していることを開示する。また、ヒーターがチャンバの内部で折り返された形状であり、通電加熱されることを開示する。また、吸着材料源がヒーターに保持されていること開示する。また、ワイヤ状の吸着材料源がヒーターに巻き付けられていることを開示する。また、吸着材料源の塊がヒーターに担持されていることを開示する。また、吸着材料源がアノードの表面に塗布されていることを開示する。

また、実施例では、オービトロンポンプが、その電子放出用フィラメントから放出される電子を、そのチャンバ内に閉じ込めるリフレクタ電極を有することを開示する。また、オービトロンポンプが、電子放出用フィラメントから放出される電子との反応によってイオン化されたガス分子を、そのチャンバ内壁に向かって加速するグリッド電極を有することを開示する。また、吸着材料源が前記グリッド電極と前記チャンバの内壁の間にあることを開示する。

また、実施例では、アノードからの輻射熱により吸着材料源を清浄化することを開示する。

以下、上記およびその他の新規な特徴および効果について図面を参酌して説明する。なお、図面はもっぱら発明の理解のために用いるものであり、権利範囲を限定するものではない。

図２に、オービトロンポンプの第一の実施例を示す。

本実施例にかかるオービトロンポンプは、アノード１、吸着材料源２、フィラメント３、ポンプチャンバ４、リフレクタ電極５およびグリッド電極６から構成される。ポンプチャンバ４は、取り付け口を有する円筒形チャンバである。このポンプチャンバ４の中心近傍に、アノード１および吸着材料源２が配置されている。アノード１は、逆Ｕ字形状であり、ポンプチャンバ４内で折り返された形状となっており、通電加熱が可能である。材料としては、タングステンなどの金属線である。吸着材料源２として、ワイヤ状の吸着材料が、アノード１に巻き付けられている。吸着材料としては、活性金属または活性金属から成る合金を用いればよく、例えば純チタンがその一例である。フィラメント３は、ポンプチャンバ４とアノード１の間に配置されている。リフレクタ電極５は、フィラメント３から放出される電子をポンプチャンバ４内に閉じ込めるためのものである。グリッド電極６は、フィラメント３から放出される電子との反応によってイオン化されたガス分子をポンプチャンバ４内壁に向かって加速するためのものである。なお、リフレクタ電極５およびグリッド電極６は無くても良い。

フィラメント３を加熱することによりフィラメント３から電子が放出される。フィラメント３から放出された電子は、フィラメント３に対して正の高電圧を印加されたアノード１およびフィラメント３ならびにポンプチャンバ４の作る電界により加速され、アノード１またはアノード１に保持された吸着材料源２に衝突する。電子の衝突により吸着材料源２が加熱され吸着材料が昇華し、ポンプチャンバ４内壁に清浄な吸着膜が形成される。若しくは、アノード１を通電加熱することにより吸着材料源２を昇温し、吸着材料源２を昇華させてポンプチャンバ４内壁に清浄な吸着膜を形成しても良い。清浄な吸着膜は、ガス分子に対する化学吸着機能（ゲッター作用）を有しており、化学的に活性なガスは、ポンプチャンバ４内壁に形成された吸着膜のゲッター作用により排気される。希ガスまたはメタンなどの化学的に安定なガス分子は、次のような機構により排気される。フィラメント３からアノード１に到達するまでに一部の電子はガス分子と衝突する。フィラメント３から放出された電子がガス分子に衝突すると、ガス分子がイオン化される。イオン化されたガス分子は電界により加速され、ポンプチャンバ４内壁に形成された吸着膜内部に叩き込まれ排気される（イオン化排気機能）。また、熱負荷の大きいフィラメント３およびアノード１をポンプ動作前に通電加熱して十分脱ガスすることにより、ポンプ動作中のガス放出量を低減することができる。ここで、リフクレクタ電極５は、フィラメント３から放出された電子がポンプチャンバ４の外部に出ていくことを防止し、ポンプの排気効率の向上を図る。グリッド電極６は、グリッド電極６とポンプチャンバ４間に電位差を設けることにより、電子と衝突することにより生成されたイオンを加速し、効率的にポンプチャンバ４内壁に叩き込み排気する。

具体的な立ち上げ手順は以下のようになる。図示されていない粗引きポンプにより、ポンプ内部の圧力を高真空まで真空排気する。その後、超高真空以上の真空が要求される真空槽とオービトロンポンプを加熱脱ガスするベーキングと呼ばれる作業を実施する。ベーキング終了直前にアノード１およびフィラメント３に通電して加熱脱ガスを実施し、ベーキング作業を終了する。アノード１およびフィラメント３の通電加熱脱ガスをベーキング中に一回、あるいは複数回実施しても良い。ベーキング終了後の真空槽およびオービトロンポンプの温度が下がる途中でオービトロンポンプを動作させて粗引き系を閉じることにより、超高真空〜極高真空が実現される。

吸着材料源２として、本実施例では、吸着材料をワイヤ状にしてアノード１に巻き付けたものを用いているが、図３のようにアノード１の中途に吸着材料の塊を担持したもの、または図４のようにアノード１の表面に吸着材料を塗布したものを用いても良い。

図５に、オービトロンポンプの第二の実施例を示す。以下、第一の実施例との相違点を中心に説明する。

本実施例にかかるオービトロンポンプは、アノード１、吸着材料源２、フィラメント３、ポンプチャンバ４、リフレクタ電極５およびグリッド電極６から構成されている。ここで、吸着材料源２は、グリッド電極６とポンプチャンバ４の間に配置されている。あるいは、吸着材料源２はポンプチャンバ４の内壁に形成されていても良い。なお、リフレクタ電極５およびグリッド電極６は無くても良い。

本実施例では、アノード１を通電加熱することによりアノード１から輻射熱が放出され、アノード１からの輻射熱により吸着材料源２を昇温することにより吸着材料源２の表面が清浄化される。清浄な吸着材料表面は、ガス分子に対する化学吸着機能（ゲッター作用）を有しており、化学的に活性なガスは、吸着材料源２のゲッター作用により排気される。希ガスまたはメタンなどの化学的に安定なガス分子は、次のような機構により排気される。フィラメント３からアノード１に到達するまでに一部の電子はガス分子と衝突する。フィラメント３から放出された電子がガス分子に衝突すると、ガス分子がイオン化される。イオン化されたガス分子は電界により加速され、吸着材料源２の内部に叩き込まれ排気される（イオン化排気機能）。

図６に、オービトロンポンプの第三の実施例を示す。以下、第一の実施例との相違点を中心に説明する。

本実施例では、ポンプチャンバ４、２つのフィラメント３、２つのアノード１、２組のリフクレクタ電極５および２つの円筒形のグリッド電極６を有している。２つの円筒形のグリッド電極６の中心近傍に、アノード１および吸着材料源２がそれぞれ配置されている。２つのフィラメント３は、それぞれの円筒形のグリッド電極６とアノード１の間にそれぞれ配置されている。つまり、本実施例では、１つのポンプチャンバ４内に、オービトロンポンプ機能を持つセル（１つのセルは、フィラメント３、アノード１、グリッド電極６およびリフクレクタ電極５から構成される）を２つ有する。なお、図６では２つのセルを有する場合を図示しているが、３つ以上のセルを有していても良い。また、リフクレクタ電極５は無くても良い。

図７に、オービトロンポンプの第四の実施例を示す。以下、第一および第三の実施例との相違点を中心に説明する。

本実施例では、ポンプチャンバ４、２つのフィラメント３、１つのアノード１、２組のリフクレクタ電極５および２つの円筒形のグリッド電極６を有している。１つのアノード１は、大きな逆Ｕ字形状であり、ポンプチャンバ４内で折り返された形状となっており、通電加熱が可能である。２つの円筒形のグリッド電極６の中心近傍に、アノード１のそれぞれの端部が配置されている。吸着材料源２として、ワイヤ状の吸着材料が、アノード１のそれぞれの端部に巻き付けられている。２つのフィラメント３は、それぞれの円筒形のグリッド電極６とアノード１のそれぞれの端部の間にそれぞれ配置されている。つまり、本実施例では、１つのアノード１が２つのポンプセルのアノードの役割を同時に担う構造となっている。

図７では、２つのセルを有する場合を図示しているが、４つ以上のセルを有していても良い。４つのセルを有する場合には、４つのフィラメント３、４組のリフクレクタ電極５、４つのグリッド電極６、２つのアノード１から構成され、２つのアノード１が、４つのポンプセルのアノードの役割を担うことになる。また、リフクレクタ電極５は無くても良い。

図８に、オービトロンポンプの第五の実施例を示す。以下、第一ないし第四の実施例との相違点を中心に説明する。

本実施例では、ポンプチャンバ４、２つのフィラメント３、２つのアノード１、２組のリフクレクタ電極５、２つの円筒形のグリッド電極６、ならびに１つの吸着材料源２およびヒーター７を有している。２つの円筒形のグリッド電極６の中心近傍に、アノード１がそれぞれ配置されている。吸着材料を保持していないアノード１は、逆Ｕ字形状であり、ポンプチャンバ４内で折り返された形状となっており、通電加熱が可能である。２つのフィラメント３は、それぞれの円筒形のグリッド電極６とアノード１の間にそれぞれ配置されている。

つまり、１つのポンプチャンバ４内に、オービトロンポンプ機能を持つセル（１つのセルは、フィラメント３、アノード１、グリッド電極６およびリフクレクタ電極５から構成される）を２つ有する。そして、ヒーター７および吸着材料源２は、ポンプチャンバ１の中心近傍であって、２つのオービトロン機能を持つセルの間に配置されている。ヒーター７は、逆Ｕ字形状であり、ポンプチャンバ４内で折り返された形状となっており、通電加熱が可能である。材料としては、タングステンなどの金属線である。吸着材料源２として、ワイヤ状の吸着材料が、ヒーター７に巻き付けられている。つまり、本実施例では、吸着材料源とアノードを分離した構成となっている。なお、図８では、２つのセルを有する場合を図示しているが、３つ以上のセルを有していても良い。また、リフクレクタ電極５は無くても良い。

ヒーター７を通電加熱することにより吸着材料源２を昇温し、吸着材料源２を昇華させてポンプチャンバ４内壁に清浄な吸着膜を形成する。清浄な吸着膜は、ガス分子に対するゲッター作用を有しており、化学的に活性なガスはポンプチャンバ４内壁に形成された吸着膜のゲッター作用により排気される。希ガスまたはメタンなどの化学的に安定なガス分子は、イオン化排気機能により排気される。また、熱負荷の大きいフィラメント３およびアノード１をポンプ動作前に通電加熱し十分脱ガスすることにより、ポンプ動作中のガス放出量を低減することができる。

吸着材料源２として、本実施例では、ヒーター７の表面に吸着材料を塗布したもの用いているが、図２のように吸着材料をワイヤ状にしてヒーター７に巻き付けたもの、または図３のようにヒーター７の中途に吸着材料の塊を担持したものを用いても良い。

図９に、オービトロンポンプの第六の実施例を示す。以下、第一ないし第五の実施例との相違点を中心に説明する。

本実施例では、ポンプチャンバ４、２つのフィラメント３、１つのアノード１、２組のリフクレクタ電極５、２つの円筒形のグリッド電極６ならびに１つの吸着材料源２およびヒーター７を有している。吸着部材を保持していない１つのアノード１は、大きな逆Ｕ字形状であり、ポンプチャンバ４内で折り返された形状となっており、通電加熱が可能である。２つの円筒形のグリッド電極６の中心近傍に、アノード１のそれぞれの端部が配置されている。２つのフィラメント３は、それぞれの円筒形のグリッド電極６とアノード１のそれぞれの端部の間にそれぞれ配置されている。そして、ヒーター７および吸着材料源２は、ポンプチャンバ１の中心近傍であって、２つのオービトロン機能を持つセルの間に配置されている。つまり、本実施例では、吸着材料源２とアノード１を分離した構成となっている。

また、１つのアノード１が、２つのポンプセルのアノード１の役割を同時に担う構造となっている。図９では２つのセルを有する場合を図示しているが、４つ以上のセルを有していても良い。４つのセルを有する場合には、４つのフィラメント３、４組のリフクレクタ電極５、４つのグリッド電極６、２つのアノード１から構成され、２つのアノード１が、４つのポンプセルのアノードの役割を担うことになる。また、リフクレクタ電極５は無くても良い。

図１０に、主排気ポンプとしてオービトロンポンプを用いた電子銃を搭載した走査型電子顕微鏡の第一の実施例を示す。以下、オービトロンポンプにかかる第一との相違点を中心に説明する。

本実施例にかかる走査型電子顕微鏡は、主に、オービトロンポンプユニット１０および電子源室などから構成される電子銃、鏡筒、試料室ならびに粗排気系２０から構成される。電子源室には、電子源１１、引出電極１２および加速電極１３が配置されている。鏡筒は、絞り１４および対物レンズ１５を含む真空槽である。試料室は、試料１６を載置する試料ステージ１７および二次電子検出器１８を含む真空槽である。バルブ１９ａは、鏡筒と粗排気系２０を接続するものである。バルブ１９ｂは、試料室と粗排気系２０を接続するものである。粗排気系２０は、バルブ２１を介して、電子源室とオービトロンポンプユニット１０を接続する配管と、接続されている。

本実施例では、オービトロンポンプユニット１０として、実施例１にかかるオービトロンポンプを用いたが、実施例２ないし実施例６にかかるものであってもよい。

電子源１１から電界放出、ショットキー放出または熱電子放出によって放出された電子は、引出電極１２および加速電極１３によって引き出し加速されて電子線２３を形成する。電子線２３は、電子源１１の下流に設けられたガンバルブ２２を通過して、鏡筒および試料室に導かれる。絞り１４および対物レンズ１５によって電子線２３は集束され、試料ステージ１７に設置された試料１６に照射される。電子線照射によって試料１６から放出される二次電子または反射電子は、二次電子検出器１８で検出される。電子線を走査することにより、二次電子または反射電子の収量に比例した二次元のコントラスト像が得られる。

電子源１１は、オービトロンポンプユニット１０によって排気され、超高真空〜極高真空の圧力に維持される。スパッタイオンポンプと異なり、オービトロンポンプユニット２０は、小型化や軽量化が可能であり、オービトロンポンプユニット１０および電子源室などから構成される電子銃の小型化や耐振動性能向上が可能となる。また、漏洩磁場の影響が無いため、スパッタイオンポンプに比べて電子源１１の近傍に配置することができ、したがってポンプ排気速度と配管コンダクタンスで決まる実効排気速度が向上し、スパッタイオンポンプの場合と比べて低い圧力が得られる。電子源１１としてタングステン電界放出の電子源を用いた場合には、高輝度かつ電流変動の少ない電子線を利用できる時間が従来より伸びる。したがって、色々な試料を観察や分析する汎用ＳＥＭにおいては、高分解能像が安定して得られるメリットがある。半導体パターンの寸法を測長する測長ＳＥＭにおいては、ショットキー型の電子源１１よりも高分解能の測長を実施できる。

本実施例における真空立ち上げ手順は、大別すると、最初に、電子源室およびオービトロンポンプユニット１０などから構成される電子銃の真空排気、次に、鏡筒および試料の真空排気の順となる。鏡筒および試料室の真空排気は、試料１６の交換の度に必要となる。しかし、試料交換の際にガンバルブ２２およびバルブ２１と閉じた状態とすることにより、電子銃の真空排気を試料交換の度に実施する必要は無い。

電子銃の真空排気は、次の手順による。バルブ１９ａ、１９ｂおよびガンバルブ２２を閉じた状態とし、バルブ２１を開いた状態とした上で、粗排気系２０を起動して、電子銃の粗排気を行う。電子銃の圧力を高真空（10^-5〜10^-6 Pa）まで排気した後、電子銃のベーキング作業を実施する。ベーキング終了前に、オービトロンポンプユニット１０のアノードおよびフィラメントを通電加熱脱ガスし、ベーキング作業を終了する。ベーキング終了直後にバルブ２１を閉じ、オービトロンポンプユニット１０を起動することにより、電子銃を超高真空〜極高真空まで排気できる。

鏡筒及び試料室の真空排気は、ガンバルブ２２およびバルブ２１を閉じた状態とし、バルブ１９ａおよび１９ｂを開いた状態とした上で、粗排気系２０で排気すればよい。

図１１に、主排気ポンプとしてオービトロンポンプを用いた電子銃を搭載した走査型電子顕微鏡の第二の実施例を示す。以下、オービトロンポンプを用いた走査電子顕微鏡にかかる第一の実施例との相違点を中心に説明する。

本実施例にかかる走査型電子顕微鏡は、主に、オービトロンポンプユニット２０と直結した電子源室、鏡筒、試料室および粗排気系２０から構成される。電子源１１は、オービトロンポンプユニット２０の取り付け口の近傍に配置されている。粗排気系２０は、バルブ２１を介して、電子源室と接続されている。つまり、本実施例では、図１０で示した走査電子顕微鏡の第一の実施例と異なり、電子源室とオービトロンポンプユニット１０が配管を通すこと無く直結されていることを特徴とする。

なお、実施例１ないし実施例８は適宜組合せることが可能であり、本願明細書は当該組合せ形態についても開示する。

また、実施例７および実施例８では、主排気ポンプとしてオービトロンポンプを用いた電子銃の適用例として走査型電子顕微鏡を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、透過型電子顕微鏡や電子線描画装置に用いることもできる。

１：アノード、２：吸着材料源、３：フィラメント、４：ポンプチャンバ
５：リフレクタ電極、６：グリッド電極、７：ヒーター
１０：オービトロンポンプユニット、１１：電子源、１２：引出電極、１３：加速電極
１４：絞り、１５：対物レンズ、１６：試料、１７：試料ステージ
１８：二次電子検出器、１９：バルブ、２０：粗排気系、２１：バルブ
２２：ガンバルブ、２３：電子線

Claims (28)

1. アノード、吸着材料源および電子放出用フィラメントがチャンバの内部に配置されたオービトロンポンプにおいて、
   前記アノードが通電加熱されることを特徴とするオービトロンポンプ。
2. 請求項１記載のオービトロンポンプにおいて、
   前記アノードが前記チャンバの内部で折り返された形状であることを特徴とするオービトロンポンプ。
3. 請求項１記載のオービトロンポンプにおいて、
   前記吸着材料源が前記アノードに保持されていることを特徴とするオービトロンポンプ。
4. 請求項３記載のオービトロンポンプにおいて、
   ワイヤ状の前記吸着材料源が前記アノードに巻き付けられているか、前記吸着材料源の塊が前記アノードに担持されているか、または前記吸着材料源が前記アノードの表面に塗布されていることを特徴とするオービトロンポンプ。
5. 請求項１記載のオービトロンポンプにおいて、
   前記吸着材料源が前記アノードと前記チャンバの間の空間に配置されていることを特徴とするオービトロンポンプ。
6. 請求項１記載のオービトロンポンプにおいて、
   前記吸着材料源が前記チャンバの内壁に形成されていることを特徴とするオービトロンポンプ。
7. 請求項１記載のオービトロンポンプにおいて、
   前記吸着材料源を保持するヒーターを備え、
   前記アノードと前記吸着材料源が分離していることを特徴とするオービトロンポンプ。
8. 請求項７記載のオービトロンポンプにおいて、
   前記ヒーターが前記チャンバの内部で折り返された形状であり、通電加熱されることを特徴とするオービトロンポンプ。
9. 請求項７記載のオービトロンポンプにおいて、
   ワイヤ状の前記吸着材料源が前記ヒーターに巻き付けられているか、前記吸着材料源の塊が前記ヒーターに担持されているか、または前記吸着材料源が前記ヒーターの表面に塗布されていることを特徴とする電子線装置。
10. 請求項１記載のオービトロンポンプにおいて、
    前記電子放出用フィラメントから放出される電子を前記チャンバ内に閉じ込めるリフレクタ電極を有することを特徴とするオービトロンポンプ。
11. 請求項１記載のオービトロンポンプにおいて、
    前記電子放出用フィラメントから放出される電子との反応によってイオン化されたガス分子を前記チャンバ内壁に向かって加速するグリッド電極を有することを特徴とするオービトロンポンプ。
12. 請求項１１記載のオービトロンポンプにおいて、
    前記吸着材料源が前記グリッド電極と前記チャンバの内壁の間にあることを特徴とするオービトロンポンプ。
13. 請求項１記載のオービトロンポンプにおいて、
    前記アノードからの輻射熱により前記吸着材料源を清浄化することを特徴とするオービトロンポンプ。
14. アノード、吸着材料源および電子放出用フィラメントがチャンバの内部に配置されたオービトロンポンプならびに電子線を形成する手段を備えた電子線装置において、
    前記アノードが通電加熱されることを特徴とする電子線装置。
15. 請求項１４記載の電子線装置において、
    前記アノードが前記チャンバの内部で折り返された形状であることを特徴とする電子線装置。
16. 請求項１４記載の電子線装置において、
    前記吸着材料源が前記アノードに保持されていることを特徴とする電子線装置。
17. 請求項１６記載の電子線装置において、
    ワイヤ状の前記吸着材料源が前記アノードに巻き付けられているか、前記吸着材料源の塊が前記アノードに担持されているか、または前記吸着材料源が前記アノードの表面に塗布されていることを特徴とする電子線装置。
18. 請求項１４記載の電子線装置において、
    前記吸着材料源が前記アノードと前記チャンバの間の空間に配置されていることを特徴とする電子線装置。
19. 請求項１４記載の電子線装置において、
    前記吸着材料源が前記チャンバの内壁に形成されていることを特徴とする電子線装置。
    
20. 請求項１４記載の電子線装置において、
    前記吸着材料源を保持するヒーターを備え、
    前記アノードと前記吸着材料源が分離していることを特徴とする電子線装置。
21. 請求項２０記載の電子線装置において、
    前記ヒーターが前記チャンバの内部で折り返された形状であり、通電加熱されることを特徴とする電子線装置。
22. 請求項２０記載の電子線装置において、
    ワイヤ状の前記吸着材料源が前記ヒーターに巻き付けられているか、前記吸着材料源の塊が前記ヒーターに担持されているか、または前記吸着材料源が前記ヒーターの表面に塗布されていることを特徴とする電子線装置。
23. 請求項１４記載の電子線装置において、
    前記電子放出用フィラメントから放出される電子を前記チャンバ内に閉じ込めるリフレクタ電極を有することを特徴とする電子線装置。
24. 請求項１４記載の電子線装置において、
    前記電子放出用フィラメントから放出される電子との反応によってイオン化されたガス分子を前記チャンバ内壁に向かって加速するグリッド電極を有することを特徴とする電子線装置。
25. 請求項２４記載の電子線装置において、
    前記吸着材料源が前記グリッド電極と前記チャンバの内壁の間にあることを特徴とする電子線装置。
26. 請求項１４記載の電子線装置において、
    前記アノードからの輻射熱により前記吸着材料源を清浄化することを特徴とする電子線装置。
27. 請求項１４記載の電子線装置において、
    前記オービトロンポンプが、前記電子源をその内部に配置している電子源室に直結していることを特徴とする電子線装置。
28. 請求項１４記載の電子線装置において、
    前記電子源が、前記オービトロンポンプに組み込まれていることを特徴とする電子線装置。

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