WO2015115000A1 - Electron beam device equipped with orbitron pump, and electron beam radiation method therefor - Google Patents

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WO2015115000A1 PCT/JP2014/084017 JP2014084017W WO2015115000A1 WO 2015115000 A1 WO2015115000 A1 WO 2015115000A1 JP 2014084017 W JP2014084017 W JP 2014084017W WO 2015115000 A1 WO2015115000 A1 WO 2015115000A1
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実 金田
伊藤 博之
村越 久弥
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株式会社 日立ハイテクノロジーズ
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    • H01J2237/18Vacuum control means
    • H01J2237/182Obtaining or maintaining desired pressure
    • H01J2237/1825Evacuating means

Definitions

  • Chemically inert gas molecules such as noble gases or methane are evacuated by the following mechanism. Some of the electrons emitted from the filament collide with the gas molecules and ionize the gas molecules. The ionized gas molecules are accelerated toward the inner wall of the pump chamber by the electric field in the pump, and are driven into the titanium film formed on the inner wall of the pump chamber and removed from the vacuum chamber (ionization exhaust function).
  • the material having a chemisorption exhaust function examples include transition metals such as titanium, tantalum, and zirconium, and alloys containing transition metals such as titanium-aluminum, zirconium-aluminum, and zirconium-vanadium-iron.
  • the entire cathode 104 may be composed of a material having a chemisorption exhaust function, or a material having a chemisorption exhaust function may be applied to the inner surface of the cathode 104.
  • the electrons emitted from the filament 101 and the secondary electrons emitted from the grid 103 and the cathode 104 by ion bombardment and the like do not leak out from the inside of the orbitron pump 120 and reach the accelerating electrode 201. Beam blurring of the beam is prevented and beam instability is improved.

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Abstract

Having such objective as preventing beam blurring from occurring for a primary electron beam (203) to remedy beam instability in an electron beam device equipped with an orbitron pump (120), the present invention relates to bringing the electric potential of an extraction electrode (201), which extracts the electron beam (203) from an electron source (200), to lower than the electric potential of the orbitron pump (120) filament (101), or the like, when the vacuum container holding the electron source (200) is being evacuated by the orbitron pump (120). According to the present invention, no electrons from the filament (101), or the like, leak out of the orbitron pump (120) and reach the extraction electrode (201). This prevents beam blurring from occurring for the primary electron beam (203) and remedies beam instability.

Description

オービトロンポンプを備えた電子線装置、およびその電子線照射方法Electron beam apparatus provided with orbitron pump and electron beam irradiation method thereof
 本発明は、電子顕微鏡(SEM)や電子線描画装置(EB)などの電子線装置に関する。 The present invention relates to an electron beam apparatus such as an electron microscope (SEM) or an electron beam drawing apparatus (EB).
 従来の高輝度照射を目的とした走査型電子顕微鏡や電子線描画装置は、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または反射電子など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などが用いられる。 Conventional scanning electron microscopes and electron beam lithography systems for high-intensity irradiation accelerate electron beams emitted from field emission, Schottky emission, or thermionic emission electron sources, and are thin with an electron lens. This is an electron beam that is scanned as a primary electron beam onto a sample using a scanning deflector, and an image is obtained by detecting secondary electrons or reflected electrons obtained by a scanning electron microscope. In the case of a line drawing apparatus, a pattern registered in advance on a resist film is drawn. As an electron source material, tungsten, zirconia-coated tungsten, zirconia-containing tungsten, lanthanum hexaboride, or the like is used.
 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、電子源を搭載した電子銃をスパッタイオンポンプで真空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、ゲッターイオンポンプの一種で、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、活性金属から成るゲッター材の持つガス分子に対する化学吸着能を利用した真空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から成るゲッター材に打ち込んで真空槽から除去する真空排気機能のことである。 In order to obtain a good electron beam from the electron source over a long period of time, it is necessary to maintain the periphery of the electron source at an ultrahigh vacuum to an extremely high vacuum (10 −7 −10 −10 Pa). In B. Cho et al., Applied Physics Letters, Volume 91 (2007), 012105 (Non-patent Document 1), when a tungsten field emission electron source is used, the beam current becomes more stable as the pressure around the electron source decreases. It is described that the property is improved. For this reason, conventionally, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-358920 (Patent Document 1), an electron gun equipped with an electron source is evacuated by a sputter ion pump. Here, the sputter ion pump is a type of getter ion pump, which is a vacuum pump having a chemisorption exhaust function and an ionization exhaust function. The chemisorption exhaust function is a chemical for gas molecules possessed by an active metal getter material. It is a vacuum exhaust function that uses the adsorption capacity, and the ionization exhaust function is a vacuum exhaust function that ionizes and accelerates gas molecules in the vacuum chamber, drives them into a getter material made of active metal, and removes them from the vacuum chamber. It is.
 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、鏡筒内にゲッターイオン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、加熱により活性金属から成るゲッター材料を昇華させポンプ内壁に化学活性なゲッター膜を形成し、ゲッター膜にガス分子を吸着する形式の真空ポンプである。そのような性質を持つゲッター材料としてチタンやタンタルなどの遷移金属が用いられる。また、非蒸発ゲッターポンプとは、活性金属から成るゲッター材料を昇華させずに加熱するだけでゲッター材が化学活性化し、ガス分子を吸着する金属、あるいは合金を用いて構成された真空ポンプのことである。そのような性質を持つ材料としては、チタンやジルコニウム、タンタルなどの遷移金属、チタンーアルミニウム、ジルコニウムーアルミニウム、ジルコニウムーバナジウムー鉄など遷移金属を成分として含む合金が用いられる。 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-149850 (Patent Document 2) discloses a charged particle beam apparatus in which a getter ion pump is incorporated in a lens barrel as means for reducing the size of an electron optical system. In addition, US Pat. No. 4,833,362 (Patent Document 3) and JP-A-6-1111745 (Patent Document 4) disclose a charged particle beam apparatus in which a non-evaporable getter pump is built in an electron source chamber. Here, the getter pump is a vacuum pump in which a getter material made of an active metal is sublimated by heating to form a chemically active getter film on the inner wall of the pump, and gas molecules are adsorbed on the getter film. Transition metals such as titanium and tantalum are used as getter materials having such properties. A non-evaporable getter pump is a vacuum pump that uses a metal or alloy that absorbs gas molecules by chemically activating the getter material simply by heating the getter material made of active metal without sublimation. It is. As materials having such properties, transition metals such as titanium, zirconium and tantalum, and alloys containing transition metals such as titanium-aluminum, zirconium-aluminum and zirconium-vanadium-iron as components are used.
 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つの真空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、ポンプチャンバー、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、カソードの中心軸上に配置される。アノードは、ポンプチャンバーおよびフィラメントに対して正の電圧が印加される。フィラメントはポンプチャンバーに対して正の電圧が通常印加される。 US Pat. No. 3,244,969 (Patent Document 5) discloses an orbitron pump, which is a vacuum pump having two evacuation functions, similar to a sputter ion pump. The orbitron pump is composed of a pump chamber, a titanium source, an anode holding a titanium source, and a filament. Usually, the anode is disposed on the central axis of the cathode. A positive voltage is applied to the anode with respect to the pump chamber and filament. A positive voltage is normally applied to the filament with respect to the pump chamber.
 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ーの作る電界により加速され、最終的に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。電子衝撃によりチタン源が加熱されてチタンが昇華し、ポンプチャンバー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排気機能を有しており、化学的に活性なガスは、ポンプチャンバー内壁に形成されたチタン膜の持つ化学吸着機能によりポンプチャンバー内部の空間から除去される。 ¡Electrons are emitted from the filament by heating the filament. Electrons emitted from the filament are accelerated by the electric field created by the anode and the filament and the pump chamber, and finally collide with the anode or the titanium source held on the anode. The titanium source is heated by electron impact to sublimate titanium, and a clean titanium film is formed on the inner wall of the pump chamber. The clean titanium film has a chemical adsorption exhaust function for gas molecules, and the chemically active gas is removed from the space inside the pump chamber by the chemical adsorption function of the titanium film formed on the inner wall of the pump chamber. The
 希ガスまたはメタンなどの化学的に不活性なガス分子は、次のような機構により真空排気される。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、ポンプ内の電界によりポンプチャンバー内壁に向かって加速され、ポンプチャンバー内壁に形成されたチタン膜内部に打ち込まれ真空槽から除去される(イオン化排気機能)。 Chemically inert gas molecules such as noble gases or methane are evacuated by the following mechanism. Some of the electrons emitted from the filament collide with the gas molecules and ionize the gas molecules. The ionized gas molecules are accelerated toward the inner wall of the pump chamber by the electric field in the pump, and are driven into the titanium film formed on the inner wall of the pump chamber and removed from the vacuum chamber (ionization exhaust function).
 米国特許第3407991号明細書(特許文献6)には、改良を加えたオービトロンポンプが開示されている。本例においては、ポンプチャンバー、チタン源、アノード、フィラメント、グリッド電極から構成される。アノードとフィラメントはグリッド電極の内側に配置され、ポンプチャンバーはグリッド電極の外側に配置される。アノードはグリッド電極およびフィラメントに対して正の電圧が印加される。フィラメントはグリッド電極に対して同電位とするのが好ましく、グリッド電極はポンプチャンバーに対して正の電圧が印加される。 US Pat. No. 3,340,791 (Patent Document 6) discloses an improved orbitron pump. In this example, it is composed of a pump chamber, a titanium source, an anode, a filament, and a grid electrode. The anode and the filament are arranged inside the grid electrode, and the pump chamber is arranged outside the grid electrode. A positive voltage is applied to the anode with respect to the grid electrode and the filament. The filament is preferably at the same potential with respect to the grid electrode, and the grid electrode is applied with a positive voltage to the pump chamber.
 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ーの作る電界により加速され、最終的にアノードに衝突する。アノードにチタン源が担持されている場合、電子衝撃によりチタン源が加熱されてチタンが昇華し、ポンプチャンバー内壁に清浄なチタン膜が形成される。チタン源をアノードとは別に設けた場合には、チタン源を通電加熱してチタンを昇華し、ポンプチャンバー内壁に清浄なチタン膜を形成する。清浄なチタン膜は、ガス分子に対する化学吸着排気機能を有しており、化学的に活性なガスは、ポンプチャンバー内壁に形成されたチタン膜の化学吸着排気機能により真空排気される。 ¡Electrons are emitted from the filament by heating the filament. The electrons emitted from the filament are accelerated by the electric field created by the anode and the filament and the pump chamber, and finally collide with the anode. When a titanium source is supported on the anode, the titanium source is heated by electron impact to sublimate titanium, and a clean titanium film is formed on the inner wall of the pump chamber. When the titanium source is provided separately from the anode, the titanium source is heated by energization to sublimate the titanium, thereby forming a clean titanium film on the inner wall of the pump chamber. The clean titanium film has a chemisorption exhaust function for gas molecules, and the chemically active gas is evacuated by the titanium film chemisorption exhaust function formed on the inner wall of the pump chamber.
 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真空排気される。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、ポンプチャンバー内の電界によりポンプチャンバー内壁に向かって加速され、ポンプチャンバー内壁に形成されたチタン膜内部に打ち込まれ真空排気される(イオン化排気機能)。本例ではグリッド電極とポンプチャンバーの作る電界によりイオンを加速することで真空排気効率を上げる工夫がなされている。 Chemically stable gas molecules such as noble gases or methane are evacuated by the following mechanism. Some of the electrons emitted from the filament collide with the gas molecules and ionize the gas molecules. The ionized gas molecules are accelerated toward the inner wall of the pump chamber by the electric field in the pump chamber, and are injected into the titanium film formed on the inner wall of the pump chamber to be evacuated (ionization exhaust function). In this example, a device for increasing the evacuation efficiency by accelerating ions by the electric field generated by the grid electrode and the pump chamber is devised.
特開2002-358920公報JP 2002-358920 A 特開2000-149850公報JP 2000-149850 JP 米国特許第4833362明細書US Pat. No. 4,833,362 特開平6-111745公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-11745 米国特許第3244969明細書US Patent 3,244,969 米国特許第3407991明細書U.S. Pat.
 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。 The inventor of the present application diligently investigated the miniaturization of a vacuum pump or the like applied to a field emission type electron source, and as a result, the following knowledge was obtained.
 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、電子銃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。 When a field emission type electron source is used, an ultra-high vacuum to an extremely high vacuum (pressure 10 −7 −10 −10 Pa) is required, and therefore a sputter ion pump is used for evacuating the electron gun. However, the sputter ion pump has no movable part and has a merit that it can be maintained at a pressure of 10 −7 Pa or less only by energization, but has a size of several tens of cm square or more. Furthermore, since it has a magnet for generating a strong magnetic field, it is necessary to install a magnetic field shield on the electron source side.
 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、主真空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)につれて真空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。 In the prior art described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-358920 (Patent Document 1), the sputter ion pump as the main vacuum exhaust pump is large and has a certain distance from the electron source due to magnetic field leakage. It was necessary to install it, and miniaturization was difficult. In addition, since the sputter ion pump uses penning discharge, there is a disadvantage that the vacuum exhaust efficiency decreases as the degree of vacuum improves (the pressure decreases), and the ultimate vacuum (attainment pressure; lowest pressure that can be achieved). ) Was limited.
 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真空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。 The use of a non-evaporable getter pump enables miniaturization, but the non-evaporable getter pump has a drawback that it is difficult to evacuate chemically stable gas molecules such as rare gases such as helium and argon and methane. If a sputter ion pump is used in combination, the degree of vacuum is improved (pressure is reduced), but the disadvantages of the sputter ion pump described above cannot be avoided.
 一方、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銃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。したがって、オービトロンポンプを電子銃の真空排気ポンプとして用いることで、電子銃の小型化と低圧力化が両立できる。 On the other hand, unlike the sputter ion pump, the orbitron pump does not use a magnet, so it does not require shielding of the magnetic field and has a simple structure. For example, the apparatus can be miniaturized by using it as an evacuation pump of an electron gun of a charged particle beam apparatus. In addition, since the ionization exhaust function of the sputter ion pump uses Penning discharge, when the pressure in the vacuum chamber decreases (when the degree of vacuum increases), the ionization exhaust function decreases. Since the ionization exhaust function uses electrons supplied from the filament, it has no relation to the pressure (vacuum level) in the vacuum chamber, even if the pressure in the vacuum chamber decreases (even if the vacuum level increases). The ionization exhaust function has the feature that it does not become small. Therefore, by using the orbitron pump as an evacuation pump for an electron gun, it is possible to achieve both a reduction in size and a reduction in pressure of the electron gun.
 しかしながら、本願発明者は、オービトロンポンプを真空排気ポンプとして用いた電子銃には、フィラメントから供給される電子、またはグリッドとカソードにイオン化したガスが衝突することによってグリッドとカソードから放出される二次電子が、オービトロンポンプ内部から漏れ出し、電子源から電子線を引き出すための引出電極に到達する欠点があることを見出した。オービトロンポンプから漏れ出した電子が引出電極に到達すると、それらの一部は一次電子ビームに混入するが、オービトロンポンプから漏れ出す電子と電子源から放出される電子ではエネルギーの違いから集束条件が異なるために一次電子ビームにビームぼけが生じ、例えば、電子顕微鏡の場合には、分解能劣化の原因となる。また、引出電極に大量の電子が吸収されると電圧を供給する電源の負荷となり引出電圧が安定せず、一次電子ビームが不安定となる。 However, the present inventor has found that an electron gun using an orbitron pump as an evacuation pump has two electrons emitted from the grid and cathode by collision of electrons supplied from the filament or ionized gas on the grid and cathode. It has been found that the secondary electrons leak from the inside of the orbitron pump and reach the extraction electrode for extracting the electron beam from the electron source. When electrons leaking from the orbitron pump reach the extraction electrode, some of them are mixed into the primary electron beam. However, the electrons leaking from the orbitron pump and the electrons emitted from the electron source have different focusing conditions due to energy differences. Therefore, for example, in the case of an electron microscope, it causes degradation of resolution. Further, when a large amount of electrons are absorbed by the extraction electrode, it becomes a load of a power source for supplying a voltage, the extraction voltage is not stable, and the primary electron beam becomes unstable.
 本発明の目的は、オービトロンポンプを備えた電子線装置において、一次電子ビームのビームぼけを防止し、ビーム不安定性を改善することに関する。 An object of the present invention relates to preventing beam blur of a primary electron beam and improving beam instability in an electron beam apparatus equipped with an orbitron pump.
 本発明は、電子源を保持する真空容器をオービトロンポンプにより真空排気するときに、電子源から電子線を引き出す引出電極の電位を、オービトロンポンプのフィラメントなどの電位より低くすることに関する。 The present invention relates to lowering the potential of an extraction electrode that draws an electron beam from an electron source lower than that of an filament of an orbitron pump when a vacuum vessel holding an electron source is evacuated by an orbitron pump.
 本発明によれば、フィラメントなどからの電子がオービトロンポンプから漏れ出し、引出電極に到達することが無くなる。これにより、一次電子ビームのビームぼけを防止し、ビーム不安定性を改善する。 According to the present invention, electrons from the filament or the like do not leak from the orbitron pump and reach the extraction electrode. This prevents beam blurring of the primary electron beam and improves beam instability.
実施例にかかるオービトロンポンプを用いた電子銃の基本構成を示す模式図The schematic diagram which shows the basic composition of the electron gun using the orbitron pump concerning an Example オービトロンポンプにより真空排気される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模式図Schematic diagram showing a first embodiment of a scanning electron microscope equipped with an electron gun evacuated by an orbitron pump オービトロンポンプにより真空排気される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模式図Schematic diagram showing a second embodiment of a scanning electron microscope equipped with an electron gun evacuated by an orbitron pump オービトロンポンプにより真空排気される電子銃を搭載した走査型電子顕微鏡の第三の実施例を示す模式図Schematic diagram showing a third embodiment of a scanning electron microscope equipped with an electron gun evacuated by an orbitron pump. オービトロンポンプにより真空排気される電子銃を搭載した走査型電子顕微鏡の第四の実施例を示す模式図Schematic diagram showing a fourth embodiment of a scanning electron microscope equipped with an electron gun evacuated by an orbitron pump. オービトロンポンプにより真空排気される電子銃を搭載した走査型電子顕微鏡の第五の実施例を示す模式図Schematic diagram showing a fifth embodiment of a scanning electron microscope equipped with an electron gun evacuated by an orbitron pump. オービトロンポンプにより真空排気される電子銃を搭載した走査型電子顕微鏡の第六の実施例を示す模式Schematic showing a sixth embodiment of a scanning electron microscope equipped with an electron gun evacuated by an orbitron pump
 図1に、オービトロンポンプにより真空排気される電子銃の基本構成を示す。電子銃は、オービトロンポンプ120、電子源(エミッタ)200、引出電極201、加速電極202、バルブ210~212、ポンプ220~221、エミッタ電源230、および引出電源231から構成される。オービトロンポンプ120は、アノード100、フィラメント101、グリッド103、カソード104、ポンプチャンバー102、アノード電源110、フィラメントバイアス電源111、フィラメント加熱電源112、グリッド電源113、およびカソード電源114から構成される。なお、グリッド103とそれに電位を付与するグリッド電源113や、カソード104とそれに電位を付与するカソード電源114は無くても良い。電子源200には、エミッタ電源230から負の電位V0が与えられ、引出電極201には、引出電源231から電子源200に対して正の電位V1が与えられる。したがって、引出電極201の電位Veは、V0+V1となる。また、オービトロンポンプのアノード100の電位Vaは、アノード電源110から供給される電圧V3に等しくVa=V3、フィラメント101の電位Vfは、フィラメントバイアス電源111から供給される電圧V4に等しくVf=V4、グリッド103の電位Vgは、グリッド電源113から供給される電圧V5に等しくVg=V5、カソード104の電位Vcは、カソード電源から供給される電圧V6に等しくVc=V6となる。引出電極201の電位Veが、フィラメント101の電位Vf、グリッド103の電位Vg、カソード103の電位Vcのいずれよりも低いことにより、フィラメントから供給される電子、またはグリッドとカソードにイオン化したガスが衝突することによってグリッドとカソードから放出される二次電子が、オービトロンポンプから漏れ出し、電子源から電子線を引き出すための引出電極に到達することが無くなる。これにより、一次電子ビームのビームぼけが防止され、また一次電子ビームの不安定性が改善される。 Fig. 1 shows the basic structure of an electron gun that is evacuated by an orbitron pump. The electron gun includes an orbitron pump 120, an electron source (emitter) 200, an extraction electrode 201, an acceleration electrode 202, valves 210 to 212, pumps 220 to 221, an emitter power source 230, and an extraction power source 231. The orbitron pump 120 includes an anode 100, a filament 101, a grid 103, a cathode 104, a pump chamber 102, an anode power supply 110, a filament bias power supply 111, a filament heating power supply 112, a grid power supply 113, and a cathode power supply 114. Note that the grid 103 and the grid power supply 113 for applying a potential thereto, and the cathode 104 and the cathode power supply 114 for applying a potential thereto may not be provided. The electron source 200 is given a negative potential V0 from the emitter power supply 230, and the extraction electrode 201 is given a positive potential V1 from the extraction power supply 231 to the electron source 200. Therefore, the potential Ve of the extraction electrode 201 is V0 + V1. Further, the potential Va of the anode 100 of the orbitron pump is equal to the voltage V3 supplied from the anode power supply 110, Va = V3, and the potential Vf of the filament 101 is equal to the voltage V4 supplied from the filament bias power supply 111 Vf = V4. The potential Vg of the grid 103 is equal to the voltage V5 supplied from the grid power supply 113 and Vg = V5, and the potential Vc of the cathode 104 is equal to the voltage V6 supplied from the cathode power supply and Vc = V6. Since the potential Ve of the extraction electrode 201 is lower than any of the potential Vf of the filament 101, the potential Vg of the grid 103, and the potential Vc of the cathode 103, electrons supplied from the filament or ionized gas collide with the grid and the cathode. As a result, secondary electrons emitted from the grid and the cathode leak out of the orbitron pump and do not reach the extraction electrode for extracting the electron beam from the electron source. Thereby, the beam blur of the primary electron beam is prevented, and the instability of the primary electron beam is improved.
 実施例では、電子源と、電子源を保持する真空容器と、電子源から電子線を引き出す引出電極と、真空容器を真空排気するオービトロンポンプを備えた電子線装置であって、オービトロンポンプが、ポンプチャンバーと、電子を放出するフィラメントと、ポンプチャンバーおよびフィラメントに対して正の電圧が印加されるアノードを有し、引出電極の電位が、フィラメントの電位より低いものを開示する。 In an embodiment, an electron beam apparatus comprising an electron source, a vacuum container holding the electron source, an extraction electrode for extracting an electron beam from the electron source, and an orbitron pump for evacuating the vacuum container, the orbitron pump Discloses a pump chamber, a filament emitting electrons, an anode to which a positive voltage is applied to the pump chamber and the filament, and the potential of the extraction electrode is lower than the potential of the filament.
 また、実施例では、電子源と、電子源を保持する真空容器と、電子源から電子線を引き出す引出電極と、真空容器を真空排気するオービトロンポンプを備えた電子線装置の電子線照射方法であって、オービトロンポンプのアノードに、オービトロンポンプのポンプチャンバー、および電子を放出するフィラメントに対して正の電圧を印加し、引出電極の電位を、フィラメントの電位より低くするものを開示する。 Further, in the embodiment, an electron beam irradiation method for an electron beam apparatus comprising an electron source, a vacuum container holding the electron source, an extraction electrode for extracting an electron beam from the electron source, and an orbitron pump for evacuating the vacuum container A method in which a positive voltage is applied to an anode of an orbitron pump with respect to the pump chamber of the orbitron pump and a filament that emits electrons to make the potential of the extraction electrode lower than the potential of the filament is disclosed. .
 また、実施例では、引出電極の電位を、フィラメントから放出された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ーの内壁に向かって加速させるグリッドの電位より低くすることを開示する。 Also, the embodiment discloses that the potential of the extraction electrode is made lower than the potential of the grid that accelerates the gas molecules ionized by the reaction with the electrons emitted from the filament toward the inner wall of the pump chamber.
 また、実施例では、引出電極の電位を、ポンプチャンバーの内部にあるガスを吸着排気するカソードの電位より低くすることを開示する。 Also, in the embodiment, it is disclosed that the potential of the extraction electrode is made lower than the potential of the cathode that adsorbs and exhausts the gas inside the pump chamber.
 また、実施例では、引出電極の電位を、フィラメントから放出された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ーの内壁に向かって加速させるグリッドの電子と、ポンプチャンバーの内部にあるガスを吸着排気するカソードの電位よりも低くすることを開示する。 In the embodiment, the potential of the extraction electrode is set such that the gas molecules ionized by the reaction with the electrons emitted from the filament are accelerated toward the inner wall of the pump chamber and the gas inside the pump chamber. It is disclosed that the potential is lower than the potential of the cathode for adsorption and exhaust.
 また、実施例では、真空容器と前記オービトロンポンプが配管により接続されている電子線装置を開示する。 Also, in the embodiment, an electron beam apparatus in which a vacuum vessel and the orbitron pump are connected by piping is disclosed.
 また、実施例では、真空容器とオービトロンポンプが一体であり、真空容器がポンプチャンバーを兼ねる電子線装置を開示する。 Also, in the embodiment, an electron beam apparatus is disclosed in which a vacuum vessel and an orbitron pump are integrated, and the vacuum vessel also serves as a pump chamber.
 また、実施例では、アノードを通電加熱することを開示する。 In addition, the embodiment discloses that the anode is heated by energization.
 なお、実施例では、走査型電子顕微鏡への適用例を説明するが、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などに用いることもできる。 In addition, although an Example demonstrates the application example to a scanning electron microscope, this invention is not limited to this, It can also be used for a transmission electron microscope, an electron beam drawing apparatus, etc.
 以下、上記およびその他の本発明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。 Hereinafter, the above and other novel features and effects of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the drawings are used exclusively for understanding the invention and do not limit the scope of rights.
 図2に、オービトロンポンプにより真空排気される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。 FIG. 2 shows a first embodiment of a scanning electron microscope equipped with an electron gun evacuated by an orbitron pump.
 本実施例にかかる走査型電子顕微鏡は、オービトロンポンプ120、電子源(エミッタ)200、引出電極201、加速電極202、絞り204、対物レンズ205、試料206と試料台207と検出器208を内部の空間に有する試料室209、バルブ210、211、212、試料室バルブ213、ポンプ220、221、222、エミッタ電源230および引出電源231を有する。また、本実施例にかかるオービトロンポンプ120は、アノード100、フィラメント101、ポンプチャンバー102、アノード電源110、フィラメントバイアス電源111、およびフィラメント加熱電源112から構成される。 The scanning electron microscope according to this embodiment includes an orbitron pump 120, an electron source (emitter) 200, an extraction electrode 201, an acceleration electrode 202, a diaphragm 204, an objective lens 205, a sample 206, a sample stage 207, and a detector 208. A sample chamber 209, valves 210, 211, and 212, a sample chamber valve 213, pumps 220, 221 and 222, an emitter power source 230, and an extraction power source 231. The orbitron pump 120 according to the present embodiment includes an anode 100, a filament 101, a pump chamber 102, an anode power source 110, a filament bias power source 111, and a filament heating power source 112.
 電子源200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である。電子源200を含む空間はオービトロンポンプ120によって真空排気され、引出電極201と加速電極202の間の空間はポンプ220に真空排気され、加速電極202と試料室209の間の空間はポンプ221によって真空排気され、試料室209はポンプ222によって真空排気される。ポンプ220、221には、例えば、スパッタイオンポンプなどが用いられ、ポンプ222には、例えば、ターボ分子ポンプなどが用いられる。電子源200には、エミッタ電源230から負の電位V0が印加され、引出電極201には、引出電源231により電子源200に対して正の電位V1が印加される。加速電極202は通常接地して用いられるが、図示されていない加速電源を用いて電圧を印加しても良い。バルブ210~212は、電子源200を含む空間、引出電極201と加速電極202の間の空間、および加速電極202と試料室209の間の空間と粗排気系を分離するために設けられている。試料室バルブ213は試料室と粗排気系を分離するために設けられている。 The electron source 200 is a field emission type, a Schottky emission type, or a thermal electron emission type electron source. The space containing the electron source 200 is evacuated by the orbitron pump 120, the space between the extraction electrode 201 and the acceleration electrode 202 is evacuated by the pump 220, and the space between the acceleration electrode 202 and the sample chamber 209 is evacuated by the pump 221. The sample chamber 209 is evacuated by the pump 222. For example, a sputter ion pump or the like is used for the pumps 220 and 221, and for example, a turbo molecular pump or the like is used for the pump 222. A negative potential V0 is applied to the electron source 200 from the emitter power supply 230, and a positive potential V1 is applied to the extraction electrode 201 from the extraction power supply 231 with respect to the electron source 200. The acceleration electrode 202 is normally used while being grounded, but a voltage may be applied using an acceleration power source (not shown). The valves 210 to 212 are provided to separate the space including the electron source 200, the space between the extraction electrode 201 and the acceleration electrode 202, and the space between the acceleration electrode 202 and the sample chamber 209 and the rough exhaust system. . The sample chamber valve 213 is provided to separate the sample chamber and the rough exhaust system.
 引出電極201により電子源200から引き出された電子(電界放出、ショットキー放出または熱電子放出された電子)は、加速電極202によって加速されて電子線203を形成する。電子線203は、絞り204および対物レンズ205によって細く集束され、一次電子ビームを形成し、試料台207に設置された試料206に照射される。一次電子ビーム照射によって試料206から放出される二次電子または反射電子は検出器208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。 Electrons extracted from the electron source 200 by the extraction electrode 201 (electrons emitted by field emission, Schottky emission, or thermal electron emission) are accelerated by the acceleration electrode 202 to form an electron beam 203. The electron beam 203 is finely focused by the diaphragm 204 and the objective lens 205, forms a primary electron beam, and is irradiated onto the sample 206 installed on the sample stage 207. Secondary electrons or reflected electrons emitted from the sample 206 by the primary electron beam irradiation are detected by the detector 208. By scanning the electron beam, a two-dimensional contrast image proportional to the yield of secondary electrons or reflected electrons can be obtained.
 ポンプチャンバー102は、取り付け口を有する円筒形チャンバであり、その内側にアノード100およびフィラメント101が配置されている。アノード100は、細い金属棒または金属線で構成され、材料としては、例えば、タングステンなどを用いることができる。フィラメント101は電子放出源であり、フィラメント加熱電源112により加熱されることで熱電子を発生させる。フィラメント101の材料としては、タングステンフィラメント、イットリアコートタングステンフィラメント、イットリアコートレニウムフィラメントまたはイットリアコートイリジウムフィラメントなどを用いることができる。また、熱フィラメントの代わりに、電界放出電子源やショットキー電子源、フィールドエミッタアレイなどを用いることもできる。ポンプチャンバー102は、その内壁に化学吸着排気機能を持つ材料で構成される。化学吸着排気機能を持つ材料としては、例えば、チタン、タンタルもしくはジルコニウムなどの遷移金属、またはチタン-アルミニウム、ジルコニウム-アルミニウムもしくはジルコニウム-バナジウム-鉄などの遷移金属を含む合金がある。ポンプチャンバー102内壁に化学吸着排気機能を持つ材料を形成する方法として、ポンプチャンバー102全体を化学吸着排気機能を持つ材料で構成しても良いし、ポンプチャンバー102内壁に化学吸着排気機能を持つ材料を塗布して形成しても良いし、昇華もしくはスパッタリングなどにより化学吸着排気機能を持つ材料をポンプチャンバー102内壁に膜形成してもよいし、またはポンプチャンバー102の内壁を化学吸着機能を持つ材料で構成された金属箔で覆うことで形成しても良い。 The pump chamber 102 is a cylindrical chamber having an attachment port, and an anode 100 and a filament 101 are disposed inside thereof. The anode 100 is composed of a thin metal rod or metal wire, and as the material, for example, tungsten can be used. The filament 101 is an electron emission source and generates thermoelectrons when heated by a filament heating power source 112. As a material of the filament 101, a tungsten filament, a yttria-coated tungsten filament, a yttria-coated rhenium filament, a yttria-coated iridium filament, or the like can be used. Further, a field emission electron source, a Schottky electron source, a field emitter array, or the like can be used instead of the hot filament. The pump chamber 102 is made of a material having a chemical adsorption exhaust function on its inner wall. Examples of the material having a chemisorption exhaust function include transition metals such as titanium, tantalum, and zirconium, and alloys containing transition metals such as titanium-aluminum, zirconium-aluminum, and zirconium-vanadium-iron. As a method of forming a material having a chemical adsorption / exhaust function on the inner wall of the pump chamber 102, the entire pump chamber 102 may be formed of a material having a chemical adsorption / exhaust function, or a material having a chemical adsorption / exhaust function on the inner wall of the pump chamber 102. May be formed by coating a material having a chemical adsorption exhaust function by sublimation or sputtering, or a material having a chemical adsorption function on the inner wall of the pump chamber 102. You may form by covering with the metal foil comprised by this.
 アノード100およびフィラメント101には、アノード電源110およびフィラメントバイアス電源111よりV3>V4を満たす電位V3、V4がそれぞれ印加される。ポンプチャンバー102は通常接地して用いられる。 The potentials V3 and V4 satisfying V3> V4 are applied to the anode 100 and the filament 101 from the anode power source 110 and the filament bias power source 111, respectively. The pump chamber 102 is normally used while being grounded.
 本実施例におけるオービトロンポンプの動作原理は以下の通りである。水素や窒素、水、一酸化炭素など化学的に活性なガスは、ポンプチャンバー102の内壁に形成された化学吸着排気機能を持つ材料によりポンプチャンバー102内部の空間から除去される。一方、ヘリウムやアルゴンなどの希ガス類、メタンなど化学的に安定なガスは、次のような原理で真空排気される。フィラメント101から放出された電子は、アノード100とポンプチャンバー102の間の電界によりアノード100の周りを周回する。フィラメント101から放出され、アノード100の周りを周回する電子の一部は、周回中にポンプチャンバー102内に残留するガスと衝突し、ガスを分解、またイオン化する。ガスの分解片の一部は、化学的に活性となり、ポンプチャンバー102内壁に形成された化学吸着排気機能を持つ材料によりポンプチャンバー102内部の空間から除去される。イオン化されたガスは、オービトロンポンプ120内部の電界によってポンプチャンバー102内壁に向かって加速され、ポンプチャンバー102内壁に形成された化学吸着排気機能を持つ材料に打ち込まれることにより、ポンプチャンバー102内部の空間から除去される。 The operating principle of the orbitron pump in this embodiment is as follows. Chemically active gases such as hydrogen, nitrogen, water, and carbon monoxide are removed from the space inside the pump chamber 102 by a material having a chemisorption and exhaust function formed on the inner wall of the pump chamber 102. On the other hand, noble gases such as helium and argon and chemically stable gases such as methane are evacuated based on the following principle. The electrons emitted from the filament 101 circulate around the anode 100 by the electric field between the anode 100 and the pump chamber 102. A part of the electrons emitted from the filament 101 and orbiting around the anode 100 collide with the gas remaining in the pump chamber 102 during the orbit, decomposing and ionizing the gas. A part of the gas decomposition pieces becomes chemically active and is removed from the space inside the pump chamber 102 by a material having a chemical adsorption exhaust function formed on the inner wall of the pump chamber 102. The ionized gas is accelerated toward the inner wall of the pump chamber 102 by an electric field inside the orbitron pump 120, and is injected into a material having a chemisorption exhaust function formed on the inner wall of the pump chamber 102. Removed from space.
 本実施例において、引出電極201の電位Ve=V0+V1は、フィラメント101の電位Vf=V4より低くなるように設定される。このとき、フィラメント101から放出される電子がオービトロンポンプ120内部から漏れ出して加速電極201に到達することが無くなり、一次電子ビームのビームぼけが防止され、またビーム不安定性が改善される。 In this embodiment, the potential Ve = V0 + V1 of the extraction electrode 201 is set to be lower than the potential Vf = V4 of the filament 101. At this time, electrons emitted from the filament 101 do not leak from the inside of the orbitron pump 120 and reach the accelerating electrode 201, thereby preventing beam blur of the primary electron beam and improving beam instability.
 図3に、オービトロンポンプにより真空排気される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、第一の実施例との相違点を中心に説明する。 FIG. 3 shows a second embodiment of a scanning electron microscope equipped with an electron gun evacuated by an orbitron pump. Hereinafter, the difference from the first embodiment will be mainly described.
 本実施例にかかるオービトロンポンプ120は、アノード100、フィラメント101、ポンプチャンバー102、グリッド103、アノード電源110、フィラメントバイアス電源111、フィラメント加熱電源112、およびグリッド電源113から構成される。 The orbitron pump 120 according to this embodiment includes an anode 100, a filament 101, a pump chamber 102, a grid 103, an anode power source 110, a filament bias power source 111, a filament heating power source 112, and a grid power source 113.
 ポンプチャンバー102は、取り付け口を有する円筒形チャンバであり、その内側に円筒形のグリッド103が配置され、グリッド103の内側にアノード100およびフィラメント101が配置されている。グリッド103はグリッド103の内側で発生したイオンが透過できる形状であり、例えば金属メッシュが適している。 The pump chamber 102 is a cylindrical chamber having an attachment port. A cylindrical grid 103 is disposed inside the pump chamber 102, and an anode 100 and a filament 101 are disposed inside the grid 103. The grid 103 has a shape that allows ions generated inside the grid 103 to pass therethrough, and for example, a metal mesh is suitable.
 アノード100、フィラメント101およびグリッド103には、アノード電源110、フィラメントバイアス電源111およびグリッド電源113よりV3>V4>V5>0を満たす電位V3、V4、V5がそれぞれ印加される。ポンプチャンバー102は通常接地して用いられる。 The potentials V3, V4, and V5 satisfying V3> V4> V5> 0 are applied to the anode 100, the filament 101, and the grid 103 from the anode power source 110, the filament bias power source 111, and the grid power source 113, respectively. The pump chamber 102 is normally used while being grounded.
 本実施例において、引出電極201の電位Ve=V0+V1は、フィラメント101の電位Vf=V4、グリッド103の電位Vg=V5のいずれよりも低くなるように設定される。このとき、フィラメント101から放出される電子、およびグリッド103からイオン衝撃などにより放出される二次電子が、オービトロンポンプ120内部から漏れ出して加速電極201に到達することが無くなり、一次電子ビームのビームぼけが防止され、またビーム不安定性が改善される。 In this embodiment, the potential Ve = V0 + V1 of the extraction electrode 201 is set to be lower than both the potential Vf = V4 of the filament 101 and the potential Vg = V5 of the grid 103. At this time, the electrons emitted from the filament 101 and the secondary electrons emitted from the grid 103 by ion bombardment or the like do not leak out from the inside of the orbitron pump 120 and reach the acceleration electrode 201. Beam blur is prevented and beam instability is improved.
 図4に、オービトロンポンプにより真空排気される電子銃を搭載した走査型電子顕微鏡の第三の実施例を示す。以下、第一ないし第二の実施例との相違点を中心に説明する。 FIG. 4 shows a third embodiment of a scanning electron microscope equipped with an electron gun evacuated by an orbitron pump. Hereinafter, the difference from the first to second embodiments will be mainly described.
 本実施例にかかるオービトロンポンプ120は、アノード100、フィラメント101、ポンプチャンバー102、グリッド103、カソード104、アノード電源110、フィラメントバイアス電源111、フィラメント加熱電源112、グリッド電源113、およびカソード電源114から構成される。なお、グリッド103と、グリッド103に電圧を供給するグリッド電源113は無くても良い。 The orbitron pump 120 according to this embodiment includes an anode 100, a filament 101, a pump chamber 102, a grid 103, a cathode 104, an anode power supply 110, a filament bias power supply 111, a filament heating power supply 112, a grid power supply 113, and a cathode power supply 114. Composed. Note that the grid 103 and the grid power supply 113 that supplies a voltage to the grid 103 may be omitted.
 ポンプチャンバー102は、取り付け口を有する円筒形チャンバであり、その内側に円筒形のカソード104が配置され、カソード104の内側に円筒形のグリッド103が配置され、グリッド103の内側にアノード100およびフィラメント101が配置される。グリッド103はグリッド103の内側で発生したイオンが透過できる形状であり、例えば金属メッシュが適している。カソード104は、その内面に化学吸着排気機能を持つ材料で構成される。化学吸着排気機能を持つ材料としては、例えば、チタン、タンタルもしくはジルコニウムなどの遷移金属、またはチタン-アルミニウム、ジルコニウム-アルミニウムもしくはジルコニウム-バナジウム-鉄などの遷移金属を含む合金がある。カソード104内面に化学吸着排気機能を持つ材料を形成する方法として、カソード104全体を化学吸着排気機能を持つ材料で構成しても良いし、カソード104内面に化学吸着排気機能を持つ材料を塗布して形成しても良いし、昇華もしくはスパッタリングなどにより化学吸着排気機能を持つ材料をカソード104内面に膜形成してもよいし、またはカソード104の内面を化学吸着機能を持つ材料で構成された金属箔で覆うことで形成しても良い。 The pump chamber 102 is a cylindrical chamber having an attachment port. A cylindrical cathode 104 is disposed inside the pump chamber 102, a cylindrical grid 103 is disposed inside the cathode 104, and the anode 100 and the filament are disposed inside the grid 103. 101 is arranged. The grid 103 has a shape that allows ions generated inside the grid 103 to pass therethrough, and for example, a metal mesh is suitable. The cathode 104 is made of a material having a chemical adsorption exhaust function on the inner surface thereof. Examples of the material having a chemisorption exhaust function include transition metals such as titanium, tantalum, and zirconium, and alloys containing transition metals such as titanium-aluminum, zirconium-aluminum, and zirconium-vanadium-iron. As a method of forming a material having a chemisorption exhaust function on the inner surface of the cathode 104, the entire cathode 104 may be composed of a material having a chemisorption exhaust function, or a material having a chemisorption exhaust function may be applied to the inner surface of the cathode 104. The material having a chemisorption exhaust function may be formed on the inner surface of the cathode 104 by sublimation or sputtering, or the inner surface of the cathode 104 is made of a material having a chemisorption function. You may form by covering with foil.
 アノード100、フィラメント101、グリッド103、およびカソード104には、アノード電源110、フィラメントバイアス電源111、グリッド電源113、およびカソード電源114よりV3>V4>V5>V6を満たす電位V3、V4、V5、V6がそれぞれ印加される。ポンプチャンバー102は通常接地して用いられる。 The anode 100, the filament 101, the grid 103, and the cathode 104 have potentials V3, V4, V5, and V6 that satisfy V3> V4> V5> V6 from the anode power supply 110, the filament bias power supply 111, the grid power supply 113, and the cathode power supply 114. Are applied respectively. The pump chamber 102 is normally used while being grounded.
 本実施例におけるオービトロンポンプの動作原理は以下の通りである。水素や窒素、水、一酸化炭素など化学的に活性なガスは、カソード104の内面に形成された化学吸着排気機能を持つ材料によりポンプチャンバー102内部の空間から除去される。一方、ヘリウムやアルゴンなどの希ガス類、メタンなど化学的に安定なガスは、次のような原理で真空排気される。フィラメント101から放出された電子は、アノード100とポンプチャンバー102の間の電界によりアノード100の周りを周回する。フィラメント101から放出され、アノード100の周りを周回する電子の一部は、周回中にポンプチャンバー102内に残留するガスと衝突し、ガスを分解、またはイオン化する。ガスの分解片の一部は、化学的に活性となり、カソード104内面に形成された化学吸着排気機能を持つ材料によりポンプチャンバー102内部の空間から除去される。イオン化されたガスは、オービトロンポンプ120内部の電界によってカソード104内面に向かって加速され、カソード104内面に形成された化学吸着排気機能を持つ材料に打ち込まれることにより、ポンプチャンバー102内部の空間から除去される。 The operating principle of the orbitron pump in this embodiment is as follows. Chemically active gases such as hydrogen, nitrogen, water, and carbon monoxide are removed from the space inside the pump chamber 102 by a material having a chemical adsorption exhaust function formed on the inner surface of the cathode 104. On the other hand, noble gases such as helium and argon and chemically stable gases such as methane are evacuated based on the following principle. The electrons emitted from the filament 101 circulate around the anode 100 by the electric field between the anode 100 and the pump chamber 102. A part of the electrons emitted from the filament 101 and orbiting around the anode 100 collide with the gas remaining in the pump chamber 102 during the orbit, and decompose or ionize the gas. A part of the decomposition pieces of the gas is chemically activated and is removed from the space inside the pump chamber 102 by a material having a chemical adsorption exhaust function formed on the inner surface of the cathode 104. The ionized gas is accelerated toward the inner surface of the cathode 104 by an electric field inside the orbitron pump 120, and is injected into a material having a chemisorption exhaust function formed on the inner surface of the cathode 104. Removed.
 本実施例において、引出電極201の電位Ve=V0+V1は、フィラメント101の電位Vf=V4、グリッド103の電位Vg=V5、カソード104の電位Vc=V6のいずれよりも低くなるように設定される。このとき、フィラメント101から放出される電子、グリッド103およびカソード104からイオン衝撃などにより放出される二次電子が、オービトロンポンプ120内部から漏れ出して加速電極201に到達することが無くなり、一次電子ビームのビームぼけが防止され、またビーム不安定性が改善される。 In this embodiment, the potential Ve = V0 + V1 of the extraction electrode 201 is set to be lower than any of the potential Vf = V4 of the filament 101, the potential Vg = V5 of the grid 103, and the potential Vc = V6 of the cathode 104. At this time, the electrons emitted from the filament 101 and the secondary electrons emitted from the grid 103 and the cathode 104 by ion bombardment and the like do not leak out from the inside of the orbitron pump 120 and reach the accelerating electrode 201. Beam blurring of the beam is prevented and beam instability is improved.
 図5に、オービトロンポンプにより真空排気される電子銃を搭載した走査型電子顕微鏡の第四の実施例を示す。以下、第三の実施例との相違点を中心に説明する。 FIG. 5 shows a fourth embodiment of a scanning electron microscope equipped with an electron gun evacuated by an orbitron pump. Hereinafter, the difference from the third embodiment will be mainly described.
 本実施例にかかるオービトロンポンプ120は、通電加熱可能なアノード100、フィラメント101、ポンプチャンバー102、グリッド103、カソード104、アノード電源110、フィラメントバイアス電源111、フィラメント加熱電源112、グリッド電源113、カソード電源114、およびアノード加熱電源115から構成される。なお、グリッド103と、グリッド103に電圧を供給するグリッド電源113は無くても良い。 The orbitron pump 120 according to this embodiment includes an anode 100, a filament 101, a pump chamber 102, a grid 103, a cathode 104, an anode power supply 110, a filament bias power supply 111, a filament heating power supply 112, a grid power supply 113, and a cathode that can be heated and energized. A power source 114 and an anode heating power source 115 are included. Note that the grid 103 and the grid power supply 113 that supplies a voltage to the grid 103 may be omitted.
 アノード100は、アノード加熱電源115を用いて通電加熱することが可能であり、アノード100を通電加熱することによりアノードから放出されるガス量を低減することができる。 The anode 100 can be energized and heated using the anode heating power source 115, and the amount of gas released from the anode can be reduced by energizing and heating the anode 100.
 本実施例において、引出電極201の電位Ve=V0+V1は、フィラメント101の電位Vf=V4、グリッド103の電位Vg=V5、カソード104の電位Vc=V6のいずれよりも低くなるように設定される。このとき、フィラメント101から放出される電子、グリッド103およびカソード104からイオン衝撃などにより放出される二次電子が、オービトロンポンプ120内部から漏れ出して加速電極201に到達することが無くなり、一次電子ビームのビームぼけが防止され、またビーム不安定性が改善される。 In this embodiment, the potential Ve = V0 + V1 of the extraction electrode 201 is set to be lower than any of the potential Vf = V4 of the filament 101, the potential Vg = V5 of the grid 103, and the potential Vc = V6 of the cathode 104. At this time, the electrons emitted from the filament 101 and the secondary electrons emitted from the grid 103 and the cathode 104 by ion bombardment and the like do not leak out from the inside of the orbitron pump 120 and reach the accelerating electrode 201. Beam blurring of the beam is prevented and beam instability is improved.
 図6に、オービトロンポンプにより真空排気される電子銃を搭載した走査型電子顕微鏡の第五の実施例を示す。以下、第三の実施例との相違点を中心に説明する。 FIG. 6 shows a fifth embodiment of a scanning electron microscope equipped with an electron gun evacuated by an orbitron pump. Hereinafter, the difference from the third embodiment will be mainly described.
 本実施例にかかる走査型電子顕微鏡は、オービトロンポンプ120、電子源(エミッタ)200、引出電極201、加速電極202、絞り204、対物レンズ205、試料206と試料台207と検出器208を内部の空間に有する試料室209、バルブ210、211、212、試料室バルブ213、ポンプ220、221、222、エミッタ電源230、および引出電源231を有する。また、本実施例にかかるオービトロンポンプ120は、アノード100、フィラメント101、ポンプチャンバー102、グリッド103、カソード104、アノード電源110、フィラメントバイアス電源111、フィラメント加熱電源112、グリッド電源113、およびカソード電源114から構成される。第三の実施例では、電子源200を含む空間とオービトロンポンプ120が配管を通して接続されていたが、本実施例では、電子源200を含む空間にオービトロンポンプ120が直結されている。ポンプチャンバー102は電子源を含む真空槽の壁そのものとなっている。 The scanning electron microscope according to this embodiment includes an orbitron pump 120, an electron source (emitter) 200, an extraction electrode 201, an acceleration electrode 202, a diaphragm 204, an objective lens 205, a sample 206, a sample stage 207, and a detector 208. A sample chamber 209, valves 210, 211, and 212, a sample chamber valve 213, pumps 220, 221, and 222, an emitter power source 230, and an extraction power source 231. The orbitron pump 120 according to the present embodiment includes an anode 100, a filament 101, a pump chamber 102, a grid 103, a cathode 104, an anode power supply 110, a filament bias power supply 111, a filament heating power supply 112, a grid power supply 113, and a cathode power supply. 114. In the third embodiment, the space including the electron source 200 and the orbitron pump 120 are connected through piping. However, in this embodiment, the orbitron pump 120 is directly connected to the space including the electron source 200. The pump chamber 102 is the wall of the vacuum chamber containing the electron source.
 ポンプチャンバー102の内側に円筒形のカソード104が配置され、カソード104の内側に円筒形のグリッド103が配置され、グリッド103の内側にアノード100およびフィラメント101が配置される。グリッド103はグリッド103の内側で発生したイオンが透過できる形状であり、例えば金属メッシュが適している。カソード104は、その内面に化学吸着排気機能を持つ材料で構成される。化学吸着排気機能を持つ材料としては、例えば、チタン、タンタルもしくはジルコニウムなどの遷移金属、またはチタン-アルミニウム、ジルコニウム-アルミニウムもしくはジルコニウム-バナジウム-鉄などの遷移金属を含む合金がある。カソード104内面に化学吸着排気機能を持つ材料を形成する方法として、カソード104全体を化学吸着排気機能を持つ材料で構成しても良いし、カソード104内面に化学吸着排気機能を持つ材料を塗布して形成しても良いし、昇華もしくはスパッタリングなどにより化学吸着排気機能を持つ材料をカソード104内面に膜形成してもよいし、またはカソード104の内面を化学吸着機能を持つ材料で構成された金属箔で覆うことで形成しても良い。なお、グリッド103と、グリッド103に電圧を供給するグリッド電源113、ならびにカソード104と、カソード104に電圧を供給するカソード電源114は無くても良い。カソード104が無い場合、ポンプチャンバー102にカソード104の機能を持たせれば良い。即ち、ポンプチャンバー102をその内面に化学吸着排気機能を持つ材料で構成すればよい。ポンプチャンバー102内壁に化学吸着排気機能を持つ材料を形成する方法として、ポンプチャンバー102全体を化学吸着排気機能を持つ材料で構成しても良いし、ポンプチャンバー102内壁に化学吸着排気機能を持つ材料を塗布して形成しても良いし、昇華もしくはスパッタリングなどにより化学吸着排気機能を持つ材料をポンプチャンバー102内壁に膜形成してもよいし、またはポンプチャンバー102の内壁を化学吸着機能を持つ材料で構成された金属箔で覆うことで形成しても良い。 A cylindrical cathode 104 is arranged inside the pump chamber 102, a cylindrical grid 103 is arranged inside the cathode 104, and an anode 100 and a filament 101 are arranged inside the grid 103. The grid 103 has a shape that allows ions generated inside the grid 103 to pass therethrough, and for example, a metal mesh is suitable. The cathode 104 is made of a material having a chemical adsorption exhaust function on the inner surface thereof. Examples of the material having a chemisorption exhaust function include transition metals such as titanium, tantalum, and zirconium, and alloys containing transition metals such as titanium-aluminum, zirconium-aluminum, and zirconium-vanadium-iron. As a method of forming a material having a chemisorption exhaust function on the inner surface of the cathode 104, the entire cathode 104 may be composed of a material having a chemisorption exhaust function, or a material having a chemisorption exhaust function may be applied to the inner surface of the cathode 104. The material having a chemisorption exhaust function may be formed on the inner surface of the cathode 104 by sublimation or sputtering, or the inner surface of the cathode 104 is made of a material having a chemisorption function. You may form by covering with foil. Note that the grid 103, the grid power supply 113 that supplies a voltage to the grid 103, and the cathode 104 and the cathode power supply 114 that supplies a voltage to the cathode 104 may be omitted. When there is no cathode 104, the pump chamber 102 may have the function of the cathode 104. That is, the pump chamber 102 may be made of a material having a chemical adsorption exhaust function on the inner surface thereof. As a method of forming a material having a chemical adsorption / exhaust function on the inner wall of the pump chamber 102, the entire pump chamber 102 may be formed of a material having a chemical adsorption / exhaust function, or a material having a chemical adsorption / exhaust function on the inner wall of the pump chamber 102. May be formed by coating a material having a chemical adsorption exhaust function by sublimation or sputtering, or a material having a chemical adsorption function on the inner wall of the pump chamber 102. You may form by covering with the metal foil comprised by this.
 アノード100、フィラメント101、グリッド103、およびカソード104にはアノード電源110、フィラメントバイアス電源111、グリッド電源113、およびカソード電源114よりV3>V4>V5>V6を満たす電位V3、V4、V5、V6がそれぞれ印加される。ポンプチャンバー102は通常接地して用いられる。 The anode 100, filament 101, grid 103, and cathode 104 have potentials V3, V4, V5, and V6 satisfying V3> V4> V5> V6 from the anode power supply 110, filament bias power supply 111, grid power supply 113, and cathode power supply 114, respectively. Each is applied. The pump chamber 102 is normally used while being grounded.
 本実施例において、引出電極201の電位Ve=V0+V1は、フィラメント101の電位Vf=V4、グリッド103の電位Vg=V5、カソード104の電位Vc=V6のいずれよりも低くなるように設定される。このとき、フィラメント101から放出される電子、グリッド103およびカソード104からイオン衝撃などにより放出される二次電子が、オービトロンポンプ120内部から漏れ出して加速電極201に到達することが無くなり、一次電子ビームのビームぼけが防止され、またビーム不安定性が改善される。 In this embodiment, the potential Ve = V0 + V1 of the extraction electrode 201 is set to be lower than any of the potential Vf = V4 of the filament 101, the potential Vg = V5 of the grid 103, and the potential Vc = V6 of the cathode 104. At this time, the electrons emitted from the filament 101 and the secondary electrons emitted from the grid 103 and the cathode 104 by ion bombardment and the like do not leak out from the inside of the orbitron pump 120 and reach the accelerating electrode 201. Beam blurring of the beam is prevented and beam instability is improved.
 図7に、オービトロンポンプにより真空排気される電子銃を搭載した走査型電子顕微鏡の第六の実施例を示す。以下、第五の実施例との相違点を中心に説明する。 FIG. 7 shows a sixth embodiment of a scanning electron microscope equipped with an electron gun evacuated by an orbitron pump. Hereinafter, the difference from the fifth embodiment will be mainly described.
 本実施例にかかるオービトロンポンプ120は、アノード100、フィラメント101、ポンプチャンバー102、グリッド103、カソード104、アノード電源110、フィラメントバイアス電源111、フィラメント加熱電源112、グリッド電源113、およびカソード電源114から構成される。本実施例では、電子源200を含む空間にオービトロンポンプ120が直結され、ポンプチャンバー102は電子源を含む真空槽の壁そのものとなっている。第五の実施例では、オービトロンポンプ120の部品に電圧を印加する電源が接地されていたが、本実施例では、電子源200に電圧を供給するエミッタ電源230に接続されている。 The orbitron pump 120 according to this embodiment includes an anode 100, a filament 101, a pump chamber 102, a grid 103, a cathode 104, an anode power supply 110, a filament bias power supply 111, a filament heating power supply 112, a grid power supply 113, and a cathode power supply 114. Composed. In this embodiment, the orbitron pump 120 is directly connected to the space including the electron source 200, and the pump chamber 102 is the wall of the vacuum chamber including the electron source. In the fifth embodiment, the power source for applying a voltage to the components of the orbitron pump 120 is grounded. However, in this embodiment, the power source is connected to an emitter power source 230 for supplying a voltage to the electron source 200.
 アノード100、フィラメント101、グリッド103、およびカソード104にはアノード電源110、フィラメントバイアス電源111、グリッド電源113、およびカソード電源114より、電子源200に対してV3>V4>V5>V6を満たす電位差V3、V4、V5、V6がそれぞれ印加される。ポンプチャンバー102は通常接地して用いられる。 The anode 100, the filament 101, the grid 103, and the cathode 104 have a potential difference V3 that satisfies V3> V4> V5> V6 from the anode power source 110, the filament bias power source 111, the grid power source 113, and the cathode power source 114 with respect to the electron source 200. , V4, V5, V6 are applied, respectively. The pump chamber 102 is normally used while being grounded.
 本実施例において、引出電極201の電位Ve=V0+V1は、フィラメント101の電位Vf=V0+V4、グリッド103の電位Vg=V0+V5、カソード104の電位Vc=V0+V6のいずれよりも低くなるように設定される。このとき、フィラメント101から放出される電子、グリッド103およびカソード104からイオン衝撃などにより放出される二次電子が、オービトロンポンプ120内部から漏れ出して加速電極201に到達することが無くなり、一次電子ビームのビームぼけが防止され、またビーム不安定性が改善される。 In this embodiment, the potential Ve = V0 + V1 of the extraction electrode 201 is set to be lower than any of the potential Vf = V0 + V4 of the filament 101, the potential Vg = V0 + V5 of the grid 103, and the potential Vc = V0 + V6 of the cathode 104. At this time, the electrons emitted from the filament 101 and the secondary electrons emitted from the grid 103 and the cathode 104 by ion bombardment and the like do not leak out from the inside of the orbitron pump 120 and reach the accelerating electrode 201. Beam blurring of the beam is prevented and beam instability is improved.
100:アノード、101:フィラメント、102:ポンプチャンバー、
103:グリッド、104:カソード、110:アノード電源、
111:フィラメントバイアス電源、112:フィラメント加熱電源、
113:グリッド電源、114:カソード電源、
115:アノード加熱電源、120:オービトロンポンプ、
200:電子源(エミッタ)、201:引出電極201:加速電極、
203:電子線(一次電子ビーム)、204:絞り、205:対物レンズ、
206:試料、207:試料台、208:検出器、209:試料室、
210~212:バルブ、213:試料室バルブ、
220~222:ポンプ、230:エミッタ電源、231:引出電源
100: anode, 101: filament, 102: pump chamber,
103: Grid, 104: Cathode, 110: Anode power supply,
111: Filament bias power source, 112: Filament heating power source,
113: Grid power supply, 114: Cathode power supply,
115: Anode heating power source, 120: Orbitron pump,
200: electron source (emitter), 201: extraction electrode 201: acceleration electrode,
203: Electron beam (primary electron beam), 204: Aperture, 205: Objective lens,
206: Sample, 207: Sample stage, 208: Detector, 209: Sample chamber,
210 to 212: Valve, 213: Sample chamber valve,
220 to 222: pump, 230: emitter power supply, 231: extraction power supply

Claims (14)

  1.  電子源と、前記電子源を保持する真空容器と、前記電子源から電子線を引き出す引出電極と、前記真空容器を真空排気するオービトロンポンプを備えた電子線装置であって、
     前記オービトロンポンプが、ポンプチャンバーと、電子を放出するフィラメントと、前記ポンプチャンバーおよび前記フィラメントに対して正の電圧が印加されるアノードを有し、
     前記引出電極の電位が、前記フィラメントの電位より低いことを特徴とする電子線装置。
    An electron beam apparatus comprising: an electron source; a vacuum container that holds the electron source; an extraction electrode that extracts an electron beam from the electron source; and an orbitron pump that evacuates the vacuum container,
    The orbitron pump has a pump chamber, a filament emitting electrons, and an anode to which a positive voltage is applied to the pump chamber and the filament;
    An electron beam apparatus, wherein a potential of the extraction electrode is lower than a potential of the filament.
  2.  請求項1記載の電子線装置において、
     前記オービトロンポンプが、前記フィラメントから放出された電子との反応によってイオン化されたガス分子を前記ポンプチャンバーの内壁に向かって加速させるグリッドを有し、
     前記引出電極の電位が、前記グリッドの電位より低いことを特徴とする電子線装置。
    The electron beam apparatus according to claim 1,
    The orbitron pump has a grid for accelerating gas molecules ionized by reaction with electrons emitted from the filament toward the inner wall of the pump chamber;
    An electron beam apparatus, wherein a potential of the extraction electrode is lower than a potential of the grid.
  3.  請求項1記載の電子線装置において、
     前記オービトロンポンプが、前記ポンプチャンバーの内部にあるガスを吸着排気するカソードを有し、
     前記引出電極の電位が、前記カソードの電位より低いことを特徴とする電子線装置。
    The electron beam apparatus according to claim 1,
    The orbitron pump has a cathode that adsorbs and exhausts gas inside the pump chamber;
    An electron beam apparatus characterized in that the potential of the extraction electrode is lower than the potential of the cathode.
  4.  請求項1記載の電子線装置において、
     前記オービトロンポンプが、前記フィラメントから放出された電子との反応によってイオン化されたガス分子を前記ポンプチャンバーの内壁に向かって加速させるグリッドと、前記ポンプチャンバーの内部にあるガスを吸着排気するカソードを有し、
     前記引出電極の電位が、前記前記グリッドの電位と前記カソードの電位よりも低いことを特徴とする電子線装置。
    The electron beam apparatus according to claim 1,
    The orbitron pump has a grid that accelerates gas molecules ionized by reaction with electrons emitted from the filament toward the inner wall of the pump chamber, and a cathode that adsorbs and exhausts gas inside the pump chamber. Have
    The electron beam apparatus according to claim 1, wherein a potential of the extraction electrode is lower than a potential of the grid and a potential of the cathode.
  5.  請求項1記載の電子線装置であって、
     前記真空容器と前記オービトロンポンプが配管により接続されていることを特徴とする電子線装置。
    The electron beam apparatus according to claim 1,
    The electron beam apparatus, wherein the vacuum vessel and the orbitron pump are connected by piping.
  6.  請求項1記載の電子線装置であって、
     前記真空容器と前記オービトロンポンプが一体であり、前記真空容器が前記ポンプチャンバーを兼ねることを特徴とする電子線装置。
    The electron beam apparatus according to claim 1,
    The electron beam apparatus, wherein the vacuum vessel and the orbitron pump are integrated, and the vacuum vessel also serves as the pump chamber.
  7.  請求項1記載の電子線装置において、
     前記アノードを通電加熱できることを特徴とする電子線装置。
    The electron beam apparatus according to claim 1,
    An electron beam apparatus characterized in that the anode can be energized and heated.
  8.  電子源と、前記電子源を保持する真空容器と、前記電子源から電子線を引き出す引出電極と、前記真空容器を真空排気するオービトロンポンプを備えた電子線装置の電子線照射方法であって、
     前記オービトロンポンプのアノードに、オービトロンポンプのポンプチャンバー、および電子を放出するフィラメントに対して正の電圧を印加し、
     前記引出電極の電位を、前記フィラメントの電位より低くすることを特徴とする電子線照射方法。
    An electron beam irradiation method for an electron beam apparatus comprising: an electron source; a vacuum container that holds the electron source; an extraction electrode that extracts an electron beam from the electron source; and an orbitron pump that evacuates the vacuum container. ,
    Applying a positive voltage to the anode of the orbitron pump, the pump chamber of the orbitron pump, and the filament emitting electrons,
    An electron beam irradiation method, wherein the potential of the extraction electrode is made lower than the potential of the filament.
  9.  請求項8記載の電子線照射方法において、
     前記引出電極の電位を、前記フィラメントから放出された電子との反応によってイオン化されたガス分子を前記ポンプチャンバーの内壁に向かって加速させるグリッドの電位より低くすることを特徴とする電子線照射方法。
    In the electron beam irradiation method of Claim 8,
    An electron beam irradiation method characterized in that the potential of the extraction electrode is made lower than the potential of a grid that accelerates gas molecules ionized by reaction with electrons emitted from the filament toward the inner wall of the pump chamber.
  10.  請求項8記載の電子線照射方法において、
     前記引出電極の電位を、前記ポンプチャンバーの内部にあるガスを吸着排気するカソードの電位より低くすることを特徴とする電子線照射方法。
    In the electron beam irradiation method of Claim 8,
    An electron beam irradiation method, wherein the potential of the extraction electrode is made lower than the potential of a cathode that adsorbs and exhausts a gas inside the pump chamber.
  11.  請求項8記載の電子線照射方法において、
     前記引出電極の電位を、前記フィラメントから放出された電子との反応によってイオン化されたガス分子を前記ポンプチャンバーの内壁に向かって加速させるグリッドの電子と、前記ポンプチャンバーの内部にあるガスを吸着排気するカソードの電位よりも低くすることを特徴とする電子線照射方法。
    In the electron beam irradiation method of Claim 8,
    The potential of the extraction electrode adsorbs and exhausts the electrons in the grid that accelerate the gas molecules ionized by the reaction with the electrons emitted from the filament toward the inner wall of the pump chamber and the gas in the pump chamber. An electron beam irradiation method characterized by lowering the potential of the cathode.
  12.  請求項8記載の電子線照射方法であって、
     前記電子線装置が、前記真空容器と前記オービトロンポンプが配管により接続されている電子線装置であることを特徴とする電子線照射方法。
    The electron beam irradiation method according to claim 8,
    The electron beam irradiation method, wherein the electron beam device is an electron beam device in which the vacuum vessel and the orbitron pump are connected by a pipe.
  13.  請求項8記載の電子線照射方法であって、
     前記電子線装置が、前記真空容器と前記オービトロンポンプが一体であり、前記真空容器が前記ポンプチャンバーを兼ねる電子線装置であることを特徴とする電子線照射方法。
    The electron beam irradiation method according to claim 8,
    An electron beam irradiation method, wherein the electron beam apparatus is an electron beam apparatus in which the vacuum vessel and the orbitron pump are integrated, and the vacuum vessel also serves as the pump chamber.
  14.  請求項8記載の電子線照射方法において、
     前記アノードを通電加熱することを特徴とする電子線照射方法。
    In the electron beam irradiation method of Claim 8,
    An electron beam irradiation method, wherein the anode is energized and heated.
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