WO2017168557A1 - 真空装置及び真空ポンプ - Google Patents

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WO2017168557A1
WO2017168557A1 PCT/JP2016/060095 JP2016060095W WO2017168557A1 WO 2017168557 A1 WO2017168557 A1 WO 2017168557A1 JP 2016060095 W JP2016060095 W JP 2016060095W WO 2017168557 A1 WO2017168557 A1 WO 2017168557A1
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cathode
vacuum
evaporable getter
anode
pump
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Application number
PCT/JP2016/060095
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English (en)
French (fr)
Inventor
創一 片桐
卓 大嶋
Original Assignee
株式会社日立ハイテクノロジーズ
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L21/00—Vacuum gauges
    • G01L21/30—Vacuum gauges by making use of ionisation effects
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J41/00—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas; Discharge tubes for evacuation by diffusion of ions
    • H01J41/02—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas
    • H01J41/06—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas with ionisation by means of cold cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J41/00—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas; Discharge tubes for evacuation by diffusion of ions
    • H01J41/12—Discharge tubes for evacuating by diffusion of ions, e.g. ion pumps, getter ion pumps
    • H01J41/18—Discharge tubes for evacuating by diffusion of ions, e.g. ion pumps, getter ion pumps with ionisation by means of cold cathodes
    • H01J41/20—Discharge tubes for evacuating by diffusion of ions, e.g. ion pumps, getter ion pumps with ionisation by means of cold cathodes using gettering substances

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum apparatus and a vacuum pump.
  • a vacuum device such as a scanning electron microscope (SEM), a transmission electron microscope (TEM), or an electron beam drawing device (EB) emits electrons emitted from an electron gun constituted by a field emission type or thermal field emission type electron source.
  • SEM scanning electron microscope
  • TEM transmission electron microscope
  • EB electron beam drawing device
  • an ultrahigh vacuum (10 ⁇ 7 to 10 ⁇ 8 Pa) is formed around the electron source 115 of the conventional electron microscope apparatus 400 as shown in FIG. Need to keep.
  • the vacuum around the electron source is further increased to an extremely high vacuum level (10 ⁇ 9 to 10 ⁇ 10 Pa) to obtain a high-luminance and stable electron beam.
  • a method of differentially evacuating around the electron gun 116 with a plurality of ion pumps 113-1, 113-2, and 113-3 has been employed.
  • the ion pump has no moving parts and can be maintained at an ultra high vacuum of about 10 ⁇ 8 Pa only by energization, and the degree of vacuum (pressure in the vacuum chamber) can be measured by measuring the current flowing through the internal electrode of the ion pump.
  • it is generally a pump that requires a considerable volume, such as a magnetic shield on the electron gun side in order to generate a magnetic field in addition to having a size of several tens of cm square or more.
  • an electron gun incorporating a non-evaporable getter pump is disclosed.
  • Non-Patent Document 1 discloses that an even higher vacuum can be achieved by using a combination of the ion pump and the non-evaporable getter pump. Since the ion pump uses the residual gas molecules to sputter titanium to obtain the exhaust speed, the pressure decreases, and when the degree of vacuum increases to about 10 -8 Pa, the residual gas decreases, so the exhaust speed becomes almost zero. End up. Therefore, it was not possible to obtain a higher degree of vacuum with only the ion pump. By using this in combination with a non-evaporable getter pump, the degree of vacuum in the extremely high vacuum region can be obtained.
  • the ultra-high vacuum level is the limit. This cause depends on the exhaust principle of the non-evaporable getter pump.
  • the non-evaporable getter pump is a kind of hydrogen storage alloy, and obtains a pumping speed by adsorbing and fixing molecules adsorbable on the surface among gas molecules other than hydrogen.
  • these adsorbable gas molecules there are also gas molecules that cannot be adsorbed. This corresponds to rare gases such as argon and helium and electrically inert gases such as methane.
  • the atmosphere contains several percent of argon gas, and methane gas is often present as a residual gas in ultra-high vacuum. Therefore, it becomes difficult to obtain an extremely high vacuum with these gases by using a non-evaporable getter pump alone.
  • Patent Document 1 discloses a vacuum exhaust pump that combines an evaporation getter and a magnetron discharge. Since the hydrogen vapor pressure of titanium, which is an evaporation getter material, is in the vicinity of 10 ⁇ 8 Pa, it is essentially difficult to obtain an extremely high vacuum with this configuration. Further, since a strong permanent magnet is required on the outer periphery of the column as a magnetic field generating means, it is difficult to reduce the weight.
  • An optical column of a conventional charged particle beam apparatus such as an electron microscope or an electron beam drawing apparatus has an electron gun chamber 401 at the top as shown in FIG. 4, and an electron source 115 as a light source and an extraction electrode 112 inside. Is arranged.
  • a diaphragm 117 is installed in the optical column 1: 402 below it, and is connected to an ion pump 113-2 by a pipe 132.
  • a condenser lens 118 is installed in the optical column 2: 403 below it.
  • an objective lens 119 is installed in the sample chamber 404 in which the observation sample 120 is set, and is connected to the vacuum pump 121.
  • the optical column 2: 403 is connected to the ion pump 113-3 by a pipe 133.
  • Optical elements such as the extraction electrode 112, the diaphragm 117, the condenser lens 118, and the objective lens 119 from the electron source 115 are arranged in series.
  • the electron gun chamber 401, the optical column 1: 402, and the optical column 2: 403 form an optical column.
  • the position of the center of gravity of the optical barrel rises to the vicinity of the top and further from the optical axis to the horizontal At a distance of several tens of centimeters.
  • the portion of the electron gun chamber 401 is easily shaken as shown in the figure, and the position of the electron source 115 as a point light source is moved while the optical axis is shaken.
  • the electron beam emitted from this light source is narrowed down by an optical system and projected onto the surface of the observation sample 120, and an image is obtained by scanning the sample surface.
  • the illuminated position will also shake. Therefore, if an attempt is made to acquire a high-resolution image as required in recent years, the image is blurred and the resolution is lowered.
  • resolution degradation has conventionally been solved by increasing the rigidity of the lens barrel, but with the improvement in resolution required for the charged particle beam apparatus, it has become difficult to solve only by this countermeasure. .
  • the excitation source includes movement of the center of gravity associated with the drive of the stage on which the sample is placed, vibration of the turbo molecular pump for evacuation, and sound waves outside the device. Difficult from the point of view.
  • the degree of vacuum measured in the operating state of the ion pump cannot be measured. In other words, the vacuum cannot be measured simply by pursuing downsizing of the exhaust pump. Therefore, when the pressure in the vacuum chamber in which the electron source is provided rises beyond expectation, the electron beam is stopped to prevent the electron source from being damaged. It is necessary to consider such safety functions.
  • the present invention provides a vacuum apparatus and a vacuum pump that can solve the above-described problems and suppress a reduction in resolution caused by vibrations in the exhaust system. It is another object of the present invention to provide a vacuum apparatus and a vacuum pump that can measure the degree of vacuum without newly providing a vacuum measurement gauge.
  • an optical column having a vacuum apparatus, an electron gun chamber having an electron source therein, and an irradiation optical system for irradiating a sample with an electron beam emitted from the electron source
  • a cathode that is electrically insulated from the electron gun chamber and formed of a non-evaporable getter alloy, an anode that covers the periphery of the cathode at a predetermined interval from the cathode, and a magnetic field in a region between the cathode and the anode
  • a current detection unit for detecting a current flowing through the cathode.
  • a vacuum pump includes a cathode formed of a non-evaporable getter alloy, an anode that covers the periphery of the cathode at a predetermined interval from the cathode, and the cathode and anode And a current detection unit for detecting a current flowing in the cathode.
  • the vacuum device when the vacuum device is a charged particle beam device, it is possible to suppress a decrease in resolution caused by the exhaust system. Further, it is possible to provide a vacuum apparatus capable of measuring the degree of vacuum without newly providing a vacuum measurement gauge. Further, it is possible to install the ultra-high vacuum exhaust pump at a desired location (improvement of the installation position tolerance).
  • FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining an evacuation function in the ultra-high evacuation pump shown in FIG. 2, the upper figure is a state before electrons collide with gas molecules, and the lower figure is ionized after the electrons collide with gas molecules. It shows how gas molecular ions are exhausted. It is sectional drawing of the whole structure of the scanning electron microscope provided with the conventional field emission electron gun.
  • FIG. 1 is an overall configuration cross-sectional view of a vacuum apparatus (scanning electron microscope) according to a first embodiment of the present invention. It is a perspective view which shows the other example of the ultra-high vacuum exhaust pump in the vacuum apparatus which concerns on 1st Example of this invention. It is a perspective view which shows the other example of the cathode in the ultra-high vacuum exhaust pump in the vacuum apparatus which concerns on the 2nd Example of this invention. It is a perspective view which shows the other example of the cathode in the ultra-high vacuum exhaust pump in the vacuum apparatus which concerns on the 2nd Example of this invention. It is a perspective view which shows the other example of the ultra-high vacuum exhaust pump in the vacuum apparatus which concerns on the 2nd Example of this invention.
  • the inventors have studied the above problems, and made the non-evaporable getter pump a cathode with a shape that is long in one direction, surrounded a part of the periphery with a cylindrical electrode, and applied a positive high voltage to the electrode to make it an anode.
  • a means for applying a magnetic field along the cathode having a long shape in the direction was provided, and electrons were injected into this structure to obtain a magnetron-structure ultra-high vacuum pump.
  • the means for measuring the current value flowing through the cathode may be any means that can measure the current value flowing through the cathode as a result.
  • the current value flowing through the cathode may be measured directly or by measuring the current flowing into the ground in the power supply system. good.
  • an inert gas such as helium that cannot be exhausted by a conventional non-evaporable getter pump alone or methane gas can be exhausted by ionizing and decomposing by using a non-evaporable getter pump as a magnetron structure.
  • the inside of the electron gun can be made extremely high vacuum without using.
  • the magnetron structure using the non-evaporable getter pump as the cathode (the ultra-high vacuum pump of this structure is referred to below)
  • the weight of the ultra-high vacuum pump can be greatly reduced, and vibration of the optical column can be suppressed.
  • the magnetron non-evaporable getter pump can measure the degree of vacuum at the same time as evacuation in response to the need to provide a vacuum gauge.
  • the configuration eliminates the need for a separate vacuum gauge.
  • a charged particle beam apparatus such as a scanning electron microscope (SEM) will be described as an example.
  • SEM scanning electron microscope
  • the present invention is not limited thereto, and can be applied to a vacuum apparatus.
  • symbol shows the same component.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the overall configuration of the scanning electron microscope 500 showing the case where the present invention is applied to the scanning electron microscope 500.
  • the configuration of the present scanning electron microscope 500 is basically the same as that of the conventional scanning electron microscope apparatus 400 described with reference to FIG. 4.
  • a field emission type cold cathode electron source 115 having a high monochromaticity and a small light source diameter is placed in the electron gun.
  • An optical column (barrel) provided.
  • the scanning electron microscope 500 has an electron source (field emission cold cathode electron source) 115 as a light source in the uppermost electron gun chamber 501, as in the conventional scanning electron microscope apparatus 400 described with reference to FIG. And an extraction electrode 112 thereunder, optical elements such as an aperture 117 in the optical system column 1: 502, a condenser lens 118 in the optical system column 2: 503, and an objective lens 119 in the sample chamber 504 are arranged in series on the observation sample 120. Take a structure to irradiate the electron beam.
  • an electron source field emission cold cathode electron source
  • the sample chamber 504 is connected to a vacuum pump 121 in order to release the atmosphere and evacuate the inside when the sample 120 is taken in and out.
  • the optical system column 1: 502 is connected to the exhaust ion pump 113-2 through a pipe 531. Further, the optical system column 2: 503 is connected to the exhaust ion pump 113-3 through a pipe 532.
  • the conventional structure has a differential exhaust structure of about three stages as shown in FIG.
  • the chambers are exhausted by ion pumps 113-1, 113-2, and 113-3, respectively, and the ion pump 113-1 and the non-evaporable getter pump 114 are used for exhausting the most upstream electron gun chamber 501 including the electron source 115.
  • the differential exhaust is not limited to three stages and may be two stages or four stages.
  • the exhaust ion pump 113-1 and the non-evaporable getter pump 114 indicated by the dotted line are used together.
  • a magnetron non-evaporable getter pump 230 described later is arranged.
  • the ion pump 113-1 and the non-evaporable getter pump 114 which are conventionally required as indicated by a broken line, can be eliminated, and the size and weight can be reduced.
  • the degree of vacuum in the extremely high vacuum region inside the electron gun chamber 501 can be measured.
  • the magnetron non-evaporable getter pump 230 includes a rod-like cathode 1001, an anode 103, and a thermoelectron source 124 that serve both as a non-evaporable getter pump and a vacuum degree measuring means inside a vacuum chamber 200 connected to an electron gun chamber 501.
  • a Helmholtz coil 104 for forming a parallel magnetic field is attached along the rod-shaped anode 103 outside the vacuum chamber 200.
  • the rod-shaped cathode 1001 includes a heater (not shown) inside.
  • a flange 210 is attached near the end of the rod-like cathode 1001, and the flange 210 is fixed to the vacuum chamber 200 via an insulator 202.
  • the rod-like cathode 1001 that is electrically insulated from the vacuum chamber 200 is grounded via the current measuring means 201.
  • magnetron non-evaporable getter pump 230 is connected to a high-voltage power source 106 that applies a voltage to the anode 103 and a constant current source 203 that supplies a constant current to the thermoelectron source 124.
  • the cathode 1001 has both the function of a non-evaporable getter pump and the function of a vacuum degree measuring means, and this is combined with the anode 103 and the Helmholtz coil 104 as a magnetic field generating means, thereby providing a non-evaporable getter pump.
  • the vacuum exhaust capacity is increased.
  • a plurality of non-evaporable getter alloys 105 such as the cathode 101 shown in FIG.
  • the gas adsorption surface as the non-evaporable getter pump 150 is configured to have a large surface area by arranging and fixing at intervals.
  • the non-evaporable getter pump 150 in this embodiment includes a heater jacket 1022, a rod-shaped heater 102 having a heater wire 1021 therein, and a heater jacket 1022 of the rod-shaped heater 102.
  • a plurality of non-evaporable getter alloys 105 formed in a ring shape are arranged and fixed at a predetermined interval, and a vacuum sealing flange 210 is fixed to the heater mantle 1022.
  • the portion used as the cathode 101 is precisely sealed (vacuum sealed) at the heater jacket 1022 into which the heater wire 1021 is inserted (the portion opposite to the side where the heater wire 1021 is inserted into the heater jacket 1022).
  • the non-evaporable getter alloy 105 is arranged around the non-evaporable getter alloy 105.
  • the entire structure shown in FIG. .
  • the cathode 101 is surrounded by a cylindrical anode 103, and a positive DC high voltage (about 0.01 to 10 kV) is applied by a high voltage power source 106. It was set as the structure to do. Further, a Helmholtz coil 104 is disposed at a position surrounding the rod-shaped cathode 101 with the anode 103 interposed therebetween, so that a uniform magnetic field (100 to 600 G) is formed along the cathode 101.
  • the Helmholtz coil is not necessarily required, but a configuration in which the magnetic field on the central axis of the coil is uniform is desirable.
  • a current is supplied from the outside to the Helmholtz coil 104 to generate a substantially uniform magnetic field along the cathode 101, and a DC high voltage is applied from the high voltage power source 106 to the anode 103 in a vacuum.
  • the electrons 107 enter between the anode 103 and the cathode 101 (non-evaporable getter alloy 105)
  • the electrons 107 are affected by the electric field and the magnetic field as shown in FIG. It moves to rotate around the alloy 105).
  • the chance of collision with the wall surface is reduced, and the mean free path is lengthened.
  • the gas molecules 108 are Ionize and ionize.
  • the magnetron non-evaporable getter pump 230 in this embodiment is ionized to form charged particles 109. This makes it possible to exhaust with a non-evaporable getter pump, and a practical exhaust speed can be obtained.
  • reference numeral 107-2 indicates electrons after colliding with the gas molecules 108 and ionizing the gas molecules by ionization.
  • the Helmholtz coil 104 is applied as means for generating a uniform magnetic field
  • a solenoid coil or a permanent magnet may be used.
  • ring-shaped permanent magnets 110 may be arranged at both ends of the anode 103 so that the north and south poles face each other.
  • connecting the two magnets with a yoke increases the strength of the magnetic field formed between the cathode 101 and the anode 103, which is more desirable.
  • the magnetron non-evaporable getter pump 230 exhausts by the mechanism described so far, the collision between electrons and gas molecules is increased by increasing the number of electrons entering the region sandwiched between the cathode 101 and the anode 103. The probability increases and the exhaust speed can be improved.
  • the ionized gas molecules are transferred to the non-evaporable getter pump 150, which is the cathode 101, to transmit charges.
  • the non-evaporable getter pump 150 which is the cathode 101
  • the degree of vacuum is determined from the current value measured by using the data indicating the relationship between the current value and the degree of vacuum obtained in advance. It is possible to know the degree of vacuum by calculating.
  • the exhaust mechanism of the non-evaporable getter pump 150 using the non-evaporable getter alloy 105 will be described. Since the non-evaporable getter alloy 105 is basically a hydrogen storage alloy, hydrogen is stored until the stored hydrogen in the alloy is saturated. Other gas molecules are exhausted by adsorbing on the surface of the non-evaporable getter alloy 105. However, as a precondition, the surface of the non-evaporable getter alloy 105 is a clean surface, and it is necessary to minimize the amount of substances other than the alloy. is there.
  • the non-evaporable getter alloy 105 In order to obtain such a clean surface, the non-evaporable getter alloy 105 needs to be heated in vacuum before use. By doing so, the molecules adsorbed on the surface are diffused into the non-evaporable getter alloy 105 to clean the surface. At this time, since a large amount of hydrogen that has already been occluded is also discharged, it is heated as an initialization process before use.
  • the heating heater 102 has a structure in which a heater jacket 1022 provided with a heater wire 1021 is inserted into the vacuum chamber 200 from the atmosphere side, and has an output capable of raising the temperature to 500 to 600 ° C. It was.
  • the non-evaporable getter alloy 105 used this time has a specification that can be activated by heating at 350 ° C. or higher, and can be sufficiently activated by heating for about 1 hour after the temperature rise. After heating, natural cooling may be performed, and it is sufficient to wait for cooling to room temperature.
  • a magnetron non-evaporable getter pump is applied in place of the ion pump 113-1 and non-evaporable getter pump 114 used for differential pumping of the electron gun of the conventional scanning electron microscope shown in FIG. explained. Needless to say, a magnetron non-evaporable getter pump may be used in place of other ion pumps.
  • two ion pumps 113-1, 113-2 may be replaced from the upstream side, or all three ion pumps 113-1, 113-2, 113-3 may be replaced.
  • exhaustion was demonstrated, it is obvious that 1 unit
  • the anode voltage applied to the anode 103 from the high voltage power source 106 may be adjusted in the range of 0.01 to 10 kV, and the magnetic field generated in the Helmholtz coil 104 may be adjusted in the region of about 100 to 500 G.
  • the degree of vacuum in the electron gun is known by measuring the degree of ultimate vacuum from the current value flowing through the cathode 101 measured by the current measuring means 201. Therefore, after confirming that a sufficient degree of ultimate vacuum has been obtained, the electron source A procedure for emitting an electron beam from 115 may be taken.
  • the ultimate degree of vacuum after the electron gun chamber 501 is started up is as high as 10 ⁇ 10 Pa from the detection result of the ammeter 201. A vacuum could be obtained.
  • the level is 10 ⁇ 8 Pa, and when the ion pump and the non-evaporable getter pump are used together, the level is 10 ⁇ 10 Pa. Therefore, it was confirmed that an extremely high vacuum of the order of 10 ⁇ 10 Pa was obtained without using an ion pump for the first time by using the magnetron non-evaporable getter pump 230 according to this example.
  • the weight reduction due to the removal of one ion pump was approximately 20 kg.
  • the vibration of the optical barrel composed of the electron gun chamber 501, the optical system column 1: 502 having the irradiation optical system, and the optical system column 2: 503 is compared with the optical barrel having the conventional structure shown in FIG.
  • the image was reduced by 10% or more, and the image shake was reduced or eliminated, and the reduction in resolution was suppressed.
  • the scanning electron microscope 500 has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this, but is not limited to this.
  • Other vacuum devices may be used.
  • the case where a cold cathode electron source is used as an electron source is illustrated, but this is because the amount of current emitted is greatly affected by the degree of vacuum compared to other electron sources. Yes.
  • the electron source is a thermionic source, a Schottky electron source, or another electron source, the effects described in the present application are obtained.
  • the present embodiment it is possible to provide a vacuum apparatus in which the extreme vacuum exhaust pump can be installed at a desired location. Further, when the vacuum device is a charged particle beam device, it is possible to suppress a decrease in resolution caused by the exhaust system. Furthermore, the degree of vacuum in the electron gun can be constantly measured and monitored.
  • the non-evaporable getter pump 150 used as the cathode 101 in Example 1 has a structure in which a plurality of non-evaporable getter alloys 105 sintered in a disk shape are arranged as shown in FIGS.
  • a metal sheet 7011 having a non-evaporable getter alloy film formed on the front and back surfaces of a metal sheet is folded into a bellows, and around the central heater 102.
  • a bent cathode 701 (non-evaporable getter pump 750) having a wound structure was obtained.
  • the back of the sheet is cut by leaving the upper and lower ends at the ridgeline of the mountain fold portion of the metal sheet 7012 of the non-evaporable getter pump wound around the bellows around the central heater 102.
  • the bent cathode 702 non-evaporable getter pump 751 having a structure in which the non-evaporable getter alloy is exposed, it is also possible to obtain a surface area enlargement effect with respect to the structure simply folded as shown in FIG.
  • FIG. 9 is a perspective view showing an example of a magnetron non-evaporable getter pump 730 in the scanning electron microscope according to the present embodiment.
  • a non-evaporable getter alloy was attached to the front and back surfaces of the metal sheet 7011 as described in FIG. It has the thing which folded the thing in the bellows and wound around the cylindrical heater and fixed. By adopting such a form, it becomes possible to increase the surface area of the non-evaporable getter alloy, and there is an effect that an improvement in exhaust speed and an improvement in the degree of vacuum measurement can be achieved at the same time.
  • the not-evaporated getter alloy on the back surface of the sheet is exposed by cutting a ridge line of the mountain fold portion of the metal sheet of the non-evaporable getter pump wound around the bellows as shown in FIG. It is also possible to obtain a surface area enlargement effect for a simple folding structure.
  • the relationship between the resulting cathode current and the measured degree of vacuum is shown in FIG.
  • the data 1102 when the bent cathode 703 is used has an effect that the degree of vacuum measurement sensitivity is higher by one digit or more than the data 1101 when the cylindrical cathode is used.
  • the relationship between the measurement sensitivity indicating the relationship and the relationship between the anode voltage and the exhaust speed was as shown in FIG. From the graph of FIG. 12, it was confirmed that the data 1202 when the bent cathode 703 is used has an effect of about twice the exhaust speed as compared with the data 1201 when the cylindrical cathode is used.
  • the magnetron non-evaporable getter pump 730 shown in FIG. 9 was replaced with the magnetron non-evaporable getter pump 230 of the scanning electron microscope 500 shown in FIG. It was confirmed that the image was suppressed, the image shake was eliminated, and the resolution was suppressed.
  • the vacuum apparatus which can install a very vacuum exhaust pump in a desired location was able to be provided. Further, when the vacuum device is a charged particle beam device, it is possible to suppress a decrease in resolution caused by the exhaust system. In addition, the degree of vacuum in the electron gun can be constantly measured and monitored.
  • An evacuation pump in which a non-evaporable getter alloy is a rod-shaped cathode, a part of the periphery of the cathode is surrounded by a cylindrical anode, and a positive DC voltage is connected to the anode.
  • a vacuum evacuation pump comprising means for measuring a current value caused by the flow of a gas.
  • a vacuum exhaust pump characterized in that the vacuum exhaust pump according to (2) has a structure in which a sheet having a non-evaporable getter alloy attached to the front and back surfaces of a metal sheet is wound as a rod-like cathode.
  • the charged particle beam characterized in that the evacuation means according to any one of (1) to (4) is provided in the evacuation unit of the container including the charged particle source. apparatus.

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Abstract

　排気系の振動が引き起こす解像度の低下を抑制することができるようにするとともに、新たに真空測定ゲージを設けることなく真空度の測定を可能にするために、真空装置を、内部に電子源を備えた電子銃室と、電子源から放出される電子線を試料に照射する照射光学系を有する光学鏡筒と、電子銃室と電気的に絶縁され、非蒸発ゲッター合金にて形成されたカソードと、カソードから所定の間隔をあけてカソードの周囲を覆うアノードと、カソードとアノードとの間の領域に磁場を形成する磁場形成部と、カソードに流れる電流を検出する電流検出部とを備えて構成した。

Description

真空装置及び真空ポンプ
本発明は、真空装置及び真空ポンプに関する。
　真空装置、例えば走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、電子線描画装置（ＥＢ）は、電界放出型もしくは、熱電界放出型の電子源により構成される電子銃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、ＳＥＭ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、ＴＥＭであれば、透過する電子ビームを結像するものである。また、ＥＢでは、試料上に塗布されたレジスト膜上に予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、汎用ＳＥＭの場合は、タングステンを用いている。また、半導体用の電子源には、タングステンにジルコニアを含有させる場合がある。さらに、ＥＢの場合には、ＬａＢ６を用いることがある。
　上記電子源から良好な電子ビームを長期間にわたって放出させるには、図４に示すような従来の電子顕微鏡装置４００の電子源１１５の周りを超高真空（１０－7～１０－8Ｐａ）に保つ必要がある。特に冷陰極電界放出電子源を用いる場合には電子源周りの真空をさらに上げて極高真空レベル（１０－９～１０－１０Ｐａ）にすることで高輝度かつ、安定な電子ビームを得ることができることが知られている。
　このために、従来においては、超高真空を得る構成として電子銃１１６の周りを複数のイオンポンプ１１３－１、１１３－２、１１３－３で差動排気する方法が取られていた。イオンポンプは、可動部がなく通電のみにより１０－８Ｐａ程度の超高真空に維持でき、イオンポンプの内部電極に流れる電流を測定することで真空度（真空チャンバ内の圧力）を測定できるといった長所があるものの、数十ｃｍ角以上の大きさを有する上に、磁場を発生するために、電子銃側に磁気シールドが必要になるなど、相当の容積を必要とするポンプであることが一般的に知られている。また、イオンポンプを排除して、小型化する方法として、非蒸発ゲッターポンプを内蔵する電子銃が開示されている。
　また、非特許文献１には、上記のイオンポンプと非蒸発ゲッターポンプを併用する構成とすることによりさらに高い極高真空を達成できることが開示されている。イオンポンプは残留ガス分子を利用してチタンをスパッタすることで排気速度を得るので、圧力が低下し１０－８Ｐａ程度まで真空度が向上すると残留ガスが減るために排気速度はほぼゼロとなってしまう。従って、イオンポンプのみではこれ以上の真空度を得ることはできなかった。これに非蒸発ゲッターポンプを併用することで極高真空領域の真空度が得られる。
　一方、非蒸発ゲッターポンプのみを用いた場合も、超高真空レベルが限界である。この原因は非蒸発ゲッターポンプの排気原理に依存している。非蒸発ゲッターポンプは水素吸蔵合金の一種であり、水素以外のガス分子のうち表面に吸着可能な分子を吸着固定することから排気速度を得ている。これら吸着可能なガス分子の他に吸着できないガス分子もある。アルゴン、ヘリウムといったレアガスやメタンのような電気的に不活性なガスがこれに相当する。大気中にはアルゴンガスが数％含まれており、またメタンガスも超高真空中の残留ガスとしてよく存在する。したがって、これらのガスにより極高真空を非蒸発ゲッターポンプ単独で得ることは困難になる。
　さらに、特許文献１には蒸発ゲッターとマグネトロン放電を組み合わせた真空排気ポンプが開示されている。蒸発ゲッター材であるチタンの水素蒸気圧は１０－８Ｐａ付近にあるため本構成で極高真空を得ることは本質的に困難である。また、磁場発生手段として強力な永久磁石をカラム外周に必要とするので軽量化は困難である。　
特開平７－３１２２０２号公報
"Stabilization of a Tungsten <310> Cold Field Emitter", Journal of Vacuum Science and Technology B 28(5), Sep/Oct 2010（ジャーナル オブ バキューム サイエンス アンド テクノロジー Ｂ ボリューム２８ ナンバー５）
　電子顕微鏡、電子線描画装置といった従来の荷電粒子線装置の光学系鏡筒は、図４に示すように最上部に電子銃室４０１があり、その内部に光源としての電子源１１５と引出電極１１２が配置されている。その下の光学カラム１:４０２には絞り１１７が設置され、配管１３２でイオンポンプ１１３‐２と接続されている。さらにその下の光学カラム２：４０３にはコンデンサレンズ１１８が設置されている。最後に観察試料１２０がセットされる試料チャンバ４０４には対物レンズ１１９が設置され、真空ポンプ１２１と接続されている。また、光学カラム２:４０３は、配管１３３でイオンポンプ１１３‐３に接続されている。
　電子源１１５から引出電極１１２、絞り１１７、コンデンサレンズ１１８、対物レンズ１１９といった光学要素は、直列に配置されている。また、電子銃室４０１と光学カラム１:４０２、光学カラム２：４０３とで光学鏡筒を形成している。
　このような構造において最上部にイオンポンプ１１３－１と非蒸発ゲッターポンプ１１４を配置して配管１３１で接続すると、光学鏡筒の重心位置は最上部近辺にまで高くなり、さらに光学軸から水平方向に数十センチメートル離れた位置にくる。このような状態で装置が加振されると電子銃室４０１の部分が図示のように揺れやすくなり、光軸が揺れ動くと共に点光源である電子源１１５の位置が動くことになる。この光源から出た電子線は光学系により細く絞られて観察試料１２０面上に投影され、試料面上を走査することで画像を得るのであるが、光源位置が振動により揺れ動くことにより電子ビームが照明される位置も揺れ動いてしまう。従って、近年に求められるような高解像度の画像を取得しようとすると、画像がボヤけて解像度が低下してしまう。このような解像度劣化は従来、鏡筒の剛性を上げることで解決してきているが、荷電粒子線装置に要求される分解能の向上に伴い、この対策のみで解決することは困難になってきている。
　また別の理由として、半導体デバイスの微細パターン形状あるいは、寸法を測定する測長ＳＥＭにおいては、観察試料であるウェハサイズの大口径化により装置の大型化と重量増加が避けられない。このような条件下において、従来の剛性向上による振動抑止はますます重量増加を招くので困難になってきている。なお、加振源としては試料を載置するステージの駆動に伴う重心移動、真空排気用のターボ分子ポンプの振動、装置外部の音波などであり、これらを完全に排除することは装置の実装上の観点からみて難しい。
　また、重量物であるイオンポンプを排除して排気系を構成した場合、イオンポンプの動作状態にて測定していた真空度が測定できなくなる。すなわち、単に排気ポンプの小型化を追求するのみでは真空度を測定できないので、電子源が備えられる真空室内の圧力が予想を超えて上昇した場合に電子線を停止して電子源の破損を防ぐといったセーフティ機能を検討する必要が生じる。
　本発明は、上記した課題を解決して、排気系の振動が引き起こす解像度の低下を抑制することができるような真空装置及び真空ポンプを提供するものである。また、新たに真空測定ゲージを設けることなく真空度の測定が可能な真空装置及び真空ポンプを提供するものである。
　上記した課題を解決するために、本発明では、真空装置を、内部に電子源を備えた電子銃室と、電子源から放出される電子線を試料に照射する照射光学系を有する光学鏡筒と、電子銃室と電気的に絶縁され、非蒸発ゲッター合金にて形成されたカソードと、カソードから所定の間隔をあけてカソードの周囲を覆うアノードと、カソードとアノードとの間の領域に磁場を形成する磁場形成部と、カソードに流れる電流を検出する電流検出部とを備えて構成した。
　また、上記した課題を解決するために、本発明では、真空ポンプを、非蒸発ゲッター合金にて形成されたカソードと、カソードから所定の間隔をあけてカソードの周囲を覆うアノードと、カソードとアノードとの間の領域に磁場を形成する磁場形成部と、カソードに流れる電流を検出する電流検出部とを備えて構成した。
　本発明によれば、真空装置が荷電粒子線装置の場合、排気系に起因する解像度の低下を抑制することができる。また、新たに真空測定ゲージを設けることなく真空度の測定が可能な真空装置を提供することができる。また、極高真空排気ポンプを所望の箇所に設置可能（設置位置の裕度向上）させることができる。
本発明の第１の実施例に係る真空装置における真空度測定可能な極高真空排気ポンプの構成を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る真空装置における極高真空排気ポンプの一例を示す斜視図である。 図２に示す極高真空排気ポンプにおける真空排気機能を説明するための横断面図であり、上図は電子がガス分子に衝突する前の状態、下図は電子がガス分子に衝突した後電離したガス分子イオンが排気される様子を示す。 従来の電界放出電子銃を備えた走査電子顕微鏡の全体構成断面図である。 本発明の第１の実施例に係る真空装置（走査電子顕微鏡）の全体構成断面図である。 本発明の第１の実施例に係る真空装置における極高真空排気ポンプの他の例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施例に係る真空装置における極高真空排気ポンプにおけるカソードの他の例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施例に係る真空装置における極高真空排気ポンプにおけるカソードの他の例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施例に係る真空装置における極高真空排気ポンプの他の例を示す斜視図である。 本発明の第１の実施例に係る真空装置における極高真空排気ポンプのカソードを説明するための側面図である。 本発明の第２の実施例に係る真空度測定感度の実験結果を説明するためのグラフである。 本発明の第２の実施例に係る排気速度の実験結果を説明するためのグラフである。
　発明者等は上記課題について検討し、非蒸発ゲッターポンプを一方向に長い形状のカソードとし、その周囲の一部を円筒状の電極で囲い、該電極にプラスの高圧電圧を加えアノードとし、一方向に長い形状のカソードに沿って磁場を与える手段を備え、この構造体に電子を注入してマグネトロン構造の極高真空排気ポンプとした。
　さらに、一方向に長い形状のカソードをポンプ筐体と絶縁保持してカソードに流れる電流値を測定する手段を備えた。これにより、極高真空排気ポンプの小型・軽量化が図れ、真空排気ポンプを真空装置の所望の箇所に設置でき（設置位置の裕度向上）、かつ、排気と同時に真空度の測定を可能にした。なお、ここでいうカソードに流れる電流値を測定する手段は、結果的にカソードに流れる電流値を測定できればよく、例えば直接測定しても良いし、電源系統においてアースへ流れ込む電流を測定しても良い。
　また、本発明では、従来構造の非蒸発ゲッターポンプ単体では排気できないヘリウムなどの不活性ガスやメタンガスを非蒸発ゲッターポンプをマグネトロン構造とすることにより電離分解して排気することを可能にし、イオンポンプを用いることなく電子銃内を極高真空にできるようにした。
　このように、極高真空排気ポンプとして、従来のイオンポンプと非蒸発ゲッターポンプを併用する構成に代えて、非蒸発ゲッターポンプをカソードとしたマグネトロン構造（この構造の極高真空排気ポンプを以下、マグネトロン非蒸発ゲッターポンプと呼ぶ）とすることにより、極高真空排気ポンプの重量を大幅に低減することができ、光学鏡筒の振動を抑えられるようにした。
　その結果、荷電粒子線装置において取得する画像揺れが解消され、解像度の低下を抑制することができるという効果が得られるようになった。
　さらに、イオンポンプを省略すると真空度測定が不可能になり、別に真空計を備える必要性があるという課題に対して、マグネトロン非蒸発ゲッターポンプにおいて、真空排気と同時に真空度の測定も可能にする構成とし、真空計を別途備える必要を無くした。
　以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。実施例において、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の荷電粒子線装置を例にとって説明するが、本発明はそれに限定されず、真空装置に適用可能である。なお、同一符号は同一構成要素を示す。
　本発明の第１の実施例について図を用いて説明する。図５は、本発明を走査型電子顕微鏡５００に適用した場合を示す、走査電子顕微鏡５００の全体構成断面図である。本走査電子顕微鏡５００の構成は、基本的には図４で説明した従来の走査電子顕微鏡装置４００と同様に、単色性が高く光源径の小さい電界放出型冷陰極電子源１１５を電子銃内に備えた光学カラム（鏡筒）を備えている。
　また、本走査電子顕微鏡５００は、図４で説明した従来の走査電子顕微鏡装置４００と同様に、最上部の電子銃室５０１の内部に光源としての電子源（電界放出型冷陰極電子源）１１５とその下に引出電極１１２を備え、光学系カラム１：５０２に絞り１１７、光学系カラム２：５０３にコンデンサレンズ１１８、試料チャンバ５０４に対物レンズ１１９といった光学要素が直列に配置され観察試料１２０上に電子ビームを照射する構造を取る。
　試料チャンバ５０４は、試料１２０を出し入れするときに内部を大気解放・真空排気を行うために、真空ポンプ１２１が接続されている。また、光学系カラム１：５０２は配管５３１を介して排気用イオンポンプ１１３‐２と接続している。更に、光学系カラム２：５０３は、配管５３２を介して排気用イオンポンプ１１３‐３と接続している。
　通常、電子源１１５を設置する電子銃室５０１内の真空度を極高真空にする場合には、図４に示したように従来の構造においては３段程度の差動排気構造をとり、各室をそれぞれイオンポンプ１１３－１、１１３－２、１１３－３で排気すると共に、電子源１１５を備える最上流の電子銃室５０１の排気にはイオンポンプ１１３－１と非蒸発ゲッターポンプ１１４を併用する構造をとる。言うまでもないが、差動排気は３段に限らず２段でも４段でもよい。
　それに対して本実施例においては、図５に示すように、最上流の電子源１１５のある電子銃室５０１において、点線で示した排気用イオンポンプ１１３－１と非蒸発ゲッターポンプ１１４とを併用する従来の構成に代え、後述するマグネトロン非蒸発ゲッターポンプ２３０を配置する構成とした。これにより破線で示した従来必要であったイオンポンプ１１３－１と非蒸発ゲッターポンプ１１４を排除でき、小型軽量化を可能にした。さらに、後述するように電流測定手段２０１を備えることで、電子銃室５０１の内部の極高真空領域における真空度を測定することも可能にした。
　次に、本実施例によるマグネトロン非蒸発ゲッターポンプ２３０の構成について、図１を用いて説明する。本実施例によるマグネトロン非蒸発ゲッターポンプ２３０は、電子銃室５０１と接続する真空チャンバ２００の内部に、非蒸発ゲッターポンプと真空度測定手段を兼ねる棒状のカソード１００１、アノード１０３、熱電子源１２４を備え、真空チャンバ２００の外部には棒状のアノード１０３に沿って平行な磁場を形成するためのヘルムホルツコイル１０４が取り付けられている。
　棒状のカソード１００１は、内部に図示していないヒータを備えている。また、棒状のカソード１００１の端部付近にはフランジ２１０が取り付けられており、フランジ２１０は絶縁碍子２０２を介して真空チャンバ２００に固定されている。このように真空チャンバ２００に対して電気的に絶縁されている棒状のカソード１００１は、電流測定手段２０１を介して接地されている。
　さらに、マグネトロン非蒸発ゲッターポンプ２３０には、アノード１０３に電圧を印加する高圧電源１０６、熱電子源１２４に一定の電流を流す定電流源２０３が接続されている。
　本実施例においては、カソード１００１に非蒸発ゲッターポンプの機能と真空度測定手段の機能とを兼ね備えさせ、これとアノード１０３及び磁場発生手段としてのヘルムホルツコイル１０４とを組み合わせることにより、非蒸発ゲッターポンプとしてカソード１００１単体で用いた場合と比べて真空の排気容量が大きくなるようにした。これにより、図５に点線で示したように、従来高真空側においてイオンポンプ１１３‐１とゲッターポンプ１１４とを組合せて用いていた構成を、マグネトロン非蒸発ゲッターポンプ２３０単体に置き換えることを可能にした。
　次に、本実施例に係るマグネトロン非蒸発ゲッターポンプ２３０の詳細な構成について、図２を用いて説明する。
　本実施例においては、非蒸発ゲッターポンプとしての効果を高めるために、図１に示した棒状のカソード１００１を、図２に示したカソード１０１のように、非蒸発ゲッター合金１０５を複数枚所定の間隔で並べて固定して、非蒸発ゲッターポンプ１５０としてのガス吸着面の表面積が大きくなるような構成にした。
　本実施例における非蒸発ゲッターポンプ１５０(カソード１０１)は、図２に示すように、ヒータ外套１０２２とその内部にヒータ線１０２１を備えた棒状のヒータ１０２と、この棒状のヒータ１０２のヒータ外套１０２２の周りにリング形状に成形された非蒸発ゲッター合金１０５を複数枚所定の間隔で並べて固定した構成を有し、ヒータ外套１０２２には、真空封止用のフランジ２１０が固定されている。
　なお、図１０に示すようにカソード１０１として用いる部分は、正確にはヒータ線１０２１が挿入されたヒータ外套１０２２（ヒータ線１０２１がヒータ外套１０２２に挿入される側の反対側部分で密閉（真空封止）されている）の周りに複数の非蒸発ゲッター合金１０５が配置された部分１０１１であるが、ここでは図１０に示した構成全体をカソード１０１とし、非蒸発ゲッターポンプ１５０と同一符号を付す。
　図２に示した本実施例におけるマグネトロン非蒸発ゲッターポンプ２３０では、このカソード１０１の周囲を円筒状のアノード１０３で囲み、プラスの直流高電圧（０．０１～１０ｋＶ程度）を高圧電源１０６により印加する構成とした。さらにアノード１０３を挟み、棒状のカソード１０１を囲む位置にヘルムホルツコイル１０４を配置して、カソード１０１に沿って一様な磁場（１００～６００Ｇ）を形成するようにした。なお、必ずしもヘルムホルツコイルである必要はないが、コイルの中心軸上の磁場が一様になる構成が望ましい。
　図２に示したような構成において、ヘルムホルツコイル１０４に外部から電流を流してカソード１０１に沿ってほぼ一様な磁場を発生させ、真空中でアノード１０３に高圧電源１０６から直流高電圧を印加する。このような状態において、電子１０７がアノード１０３とカソード１０１（非蒸発ゲッター合金１０５）の間に進入すると、電子１０７は図３に示すように電場と磁場の影響を受けてカソード１０１（非蒸発ゲッター合金１０５）の周囲を回転するように運動する。このように電子１０７が同じ方向に運動することにより壁面への衝突の機会が減り、平均自由工程が長くなることにより、長距離を運動する過程において浮遊するガス分子１０８に衝突するとガス分子１０８が電離してイオン化する。
　これにより、ガス分子１０８が通常の非蒸発ゲッターポンプでは排気困難なヘリウムなどの不活性ガスやメタン分子であっても、本実施例におけるマグネトロン非蒸発ゲッターポンプ２３０では電離させて荷電粒子１０９とすることにより非蒸発ゲッターポンプで排気することが可能となり、実用的な排気速度を得ることができる。なお、図３において符号１０７－２は、ガス分子１０８に衝突してガス分子を電離させてイオン化した後の電子を示す。
　一様な磁場を発生する手段としてここではヘルムホルツコイル１０４を適用したが、ソレノイドコイルや永久磁石を用いてもよい。永久磁石を用いる際は、図６に示すようにアノード１０３の両端にリング状の永久磁石１１０をＮ極とＳ極が対向するように配置すればよい。両磁石間を図示していないヨークで繋ぐとカソード１０１とアノード１０３の間に形成される磁場強度が増して、より望ましくなることは明らかである。
　本実施例によるマグネトロン非蒸発ゲッターポンプ２３０は、ここまで説明してきたメカニズムで排気するので、カソード１０１とアノード１０３に挟まれる領域に進入する電子の数を増やすことにより、電子とガス分子との衝突確率が増し排気速度を向上させることができる。
　さらに、電離したガス分子はカソード１０１である非蒸発ゲッターポンプ１５０に吸着されることで電荷を伝えることになる。この電荷量とマグネトロン非蒸発ゲッターポンプ２３０の周りの真空度には比例関係がある。そこで、カソード１０１に溜まる電荷を接地部に流すことで得られる電流値を測定し、予め測定して求めておいた電流値と真空度の関係を示すデータを用いて測定した電流値から真空度を算出することにより、真空度を知ることが可能となる。
　次に、非蒸発ゲッター合金１０５を用いた非蒸発ゲッターポンプ１５０の排気メカニズムについて説明する。非蒸発ゲッター合金１０５は、基本的に水素吸蔵合金であるので水素は合金内部の吸蔵水素が飽和するまで吸蔵する。その他のガス分子は非蒸発ゲッター合金１０５の表面に吸着することで排気することになるが、前提条件として非蒸発ゲッター合金１０５の表面が清浄面となっており合金以外の物質が極力少ない必要がある。
　このような清浄面をえるために非蒸発ゲッター合金１０５は使用前に真空中で加熱する必要がある。こうすることで表面に吸着していた分子が非蒸発ゲッター合金１０５の内部に拡散して表面が清浄になるものである。この際、既に吸蔵されている大量の水素も排出されるので、使用前の初期化処理として加熱することになる。
　本実施例においては、加熱用ヒータ１０２は、ヒータ線１０２１を内部に備えたヒータ外套１０２２を大気側から真空チャンバ２００の挿入する構造であり、５００～６００℃まで昇温可能な出力を持たせた。これに対して今回用いた非蒸発ゲッター合金１０５は３５０℃以上の加熱で活性化可能な仕様のものを用いており、昇温後１時間程度加熱することで十分に活性化できるものである。加熱後は自然冷却すればよく、室温まで冷却するのを待てばよい。
　本実施例においては図４に示した従来の走査電子顕微鏡の電子銃の差動排気に用いているイオンポンプ１１３－１と非蒸発ゲッターポンプ１１４に代えて、マグネトロン非蒸発ゲッターポンプを適用した例について説明した。言うまでもないが、マグネトロン非蒸発ゲッターポンプを他のイオンポンプの代わりに用いてもよい。
　例えば、上流側から２台のイオンポンプ１１３－１、１１３－２を入れ替えてもよいし、３台のイオンポンプ１１３－１、１１３－２、１１３－３を全て置き換えてもよい。また、ポンプを３台の差動排気で構成した例で説明しているが、１台でも２台でもそれ以上でもよいことは自明である。
　高圧電源１０６からアノード１０３に印加するアノード電圧としては０.０１～１０ｋＶ、ヘルムホルツコイル１０４で発生する磁場としては１００～５００Ｇ程度の領域で調整するとよい。同時に電流測定手段２０１で測定したカソード１０１に流れる電流値から到達真空度を測定することで電子銃内の真空度が知れるので、十分な到達真空度が得られたことを確認した後に、電子源１１５から電子ビームを放出させる手順を取ればよい。
　本実施例に係るマグネトロン非蒸発ゲッターポンプ２３０を設置した走査電子顕微鏡５００における電子銃室５０１の真空立上げ後の到達真空度としては、電流計２０１の検出結果から１０－１０Ｐａ台の極高真空を得ることができた。同一の電子銃室５０１をイオンポンプのみで排気した場合は１０－８Ｐａ台であり、イオンポンプと非蒸発ゲッターポンプを併用した場合は１０－１０Ｐａ台が得られている。従って、本実施例に係るマグネトロン非蒸発ゲッターポンプ２３０を用いることで初めてイオンポンプなしで１０－１０Ｐａ台の極高真空が得られることを確認した。
　さらに、イオンポンプ１台を排除できたことによる軽量化分はおよそ２０ｋｇであった。これにより、電子銃室５０１、照射光学系を有する光学系カラム１:５０２、光学系カラム２:５０３で構成される光学鏡筒の振動が、図４に示した従来構造の光学鏡筒と比べて１０％以上低減され、画像揺れが低減・解消され、解像度の低下が抑制された。それと同時に、真空計を別途装着しなくても真空度の測定が可能であり、電子銃室５０１内の到達真空度の検知が常時可能なため、装置の異常で真空度が劣化した場合の検知が可能であり装置の安全な稼働を可能としている。
　本実施例においては走査電子顕微鏡５００を例にとって説明したが、これに限らず、電子ビーム描画装置や透過型電子顕微鏡、イオンビームを用いた加工装置や観察装置等の荷電粒子線装置、更にはそれ以外の真空装置でもよい。さらに、本実施例では電子源に冷陰極電子源を用いた場合を例示したが、これは他の電子源と比べても放出される電流量が真空度に大きな影響を受けることに起因している。しかしながら、電子源が熱電子源、ショットキー電子源やその他の電子源であっても本出願にて説明した効果があることは言うまでもない。
　以上、本実施例によれば、極真空排気ポンプを所望の箇所に設置可能な真空装置を提供することができるようになった。また、真空装置が荷電粒子線装置の場合、排気系に起因する解像度の低下を抑制することができるようになった。さらに電子銃内の真空度を常時測定しモニタすることを可能にした。
　本発明の第２の実施例に係る極高真空排気ポンプについて説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。また、実施例１と同じ構成の部品には、実施例１と同じ番号を付した。
　実施例１においてカソード１０１として用いた非蒸発ゲッターポンプ１５０は、図２及び図６に示すように円板状に焼結した非蒸発ゲッター合金１０５を複数並べた構造のものを用いた。これに対して本実施例においては、例えば図７に示すように、金属製のシートの表裏面上に非蒸発ゲッター合金を成膜した金属シート７０１１を蛇腹に折りたたみ、中心のヒータ１０２の周りに巻きつけた構造の折り曲げカソード７０１（非蒸発ゲッターポンプ７５０）とした。
　また、図８に示すように、中心のヒータ１０２の周りに蛇腹に巻きつけた非蒸発ゲッターポンプの金属シート７０１２の山折り部分の稜線に上下の両端を残して切り込みを入れてシート裏面にある非蒸発ゲッター合金を露出させる構造の折り曲げカソード７０２（非蒸発ゲッターポンプ７５１）とすることで、図７に示したような単に折りたたむ構造に対してさらに表面積の拡大効果を得ることも可能である。
　このような折り曲げカソード７０１又は７０２を採用することにより本実施例では、排気速度の向上と真空度測定感度の向上が同時に図れる効果がある。もちろん、円盤状に焼結された非蒸発ゲッター合金１０５を多孔質にして表面積を拡大しても同様の効果を得ることができる。
　図９は、本実施例に係る走査電子顕微鏡におけるマグネトロン非蒸発ゲッターポンプ７３０の一例を示す斜視図である。
　本実施例に係る本マグネトロン非蒸発ゲッターポンプ７３０は、折り曲げカソード７０１である非蒸発ゲッターポンプ７５０として、図７で説明したような、金属シート７０１１の表裏面上に非蒸発ゲッター合金を付着させたものを蛇腹に折りたたんで円柱ヒータに巻きつけて固定したもの有している。このような形態をとることで非蒸発ゲッター合金の表面積を広くとることが可能となり、排気速度の向上と真空度測定感度の向上が同時に図れる効果がある。
　また、図８に示すように蛇腹に巻きつけた非蒸発ゲッターポンプの金属シートの山折り部分の稜線に切り込みを入れてシート裏面にある非蒸発ゲッター合金を露出させることで図７に示したような単に折りたたむ構造に対してさらに表面積の拡大効果を得ることも可能である。
　実際にカソードに用いる非蒸発ゲッターポンプの形状を図９に示した折り曲げカソード７０１とした場合と円筒(図１に示した棒状カソード１００１に相当)とした場合と比較実験を行った。
　その結果のカソード電流と測定された真空度との関係を図１１に示す。この図１１のグラフに示すように、円筒カソードを用いた場合のデータ１１０１と比べて折り曲げカソード７０３を用いた場合のデータ１１０２の方が、真空度測定感度が一桁以上高いという効果があることが判る。関係を示す測定感度の
　また、アノード電圧と排気速度との関係は、図１２に示すような結果が得られた。この図１２のグラフから、円筒カソードを用いた場合のデータ１２０１と比べて折り曲げカソード７０３を用いた場合のデータ１２０２の方が、排気速度も２倍程度の効果があることが確認できた。
　図９に示すマグネトロン非蒸発ゲッターポンプ７３０を、実施例１において説明した図５に示す走査電子顕微鏡５００のマグネトロン非蒸発ゲッターポンプ２３０と取り換えて取り付けて像観察を行ったところ、光学鏡筒の振動が抑えられ、画像揺れが解消され、解像度の低下が抑制されることが確認できた。
　以上、本実施例によれば、実施例１と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施例によれば、極真空排気ポンプを所望の箇所に設置可能な真空装置を提供することができた。また、真空装置が荷電粒子線装置の場合、排気系に起因する解像度の低下を抑制することができるようになった。さらに電子銃内の真空度を常時測定し、モニタすることが可能になった。
　以上、本願発明を詳細に説明したが、以下に主な発明の形態を列挙する。
　（１）真空排気ポンプであって、非蒸発ゲッター合金を棒状のカソードとし、該カソードの周囲の一部を円筒状のアノードで囲い、該アノードにプラスの直流電圧が接続され、該アノードの上下の開口部を挟み、かつ、該棒状のカソードを囲むようにコイルまたはリング状の永久磁石を備え、前期棒状カソードと前期アノードの間隙に電子を供給する電子源と、該棒状のカソードに溜まる電荷が流れることによる電流値を測定する手段を備えたことを特徴とする真空排気ポンプ。
　（２）前記（１）記載の真空排気ポンプにおいて、棒状カソードをポンプ筐体から絶縁し、該棒状カソードと接地電極を結ぶ電線に流れる電流値を測定する手段を備えたことを特徴とする真空排気ポンプ。
　（３）前記（２）記載の真空排気ポンプにおいて棒状カソードとして金属シートの表裏面に非蒸発ゲッター合金を付着したシートを巻きつけた構造としたことを特徴とする真空排気ポンプ。
　（４）前記（２）記載の真空排気ポンプにおいて蛇腹に巻きつけた該非蒸発ゲッター合金が付着したシートの一部を切り裂いて該シート裏面の非蒸発ゲッター合金面を露出させたことを特徴とする真空排気ポンプ。
　（５）荷電粒子線装置において、荷電粒子源を備える容器の真空排気手段に前記（１）～（４）のいずれか一項に記載の真空排気ポンプを備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
　１０１：カソード　　１０２：ヒータ　　１０３：円筒状のアノード　　１０４：ヘルムホルツコイル　　１０５：非蒸発ゲッター合金　　１０６：高圧電源　　１１０：リング状の永久磁石　　１１３－１、１１３－２、１１３－３：イオンポンプ　　１１５：冷陰極電子源　　１１７：絞り　　１１８：コンデンサレンズ　　１１９：対物レンズ　　１２０：試料　　７０１１，７０１２：金属シート上に成膜した非蒸発ゲッター合金　　１２４：熱電子源　　１５０，７５０，７５１・・・非蒸発ゲッターポンプ　　２０１：電流測定手段　　２０２：絶縁碍子　　２０３：定電流電源　　２３０：マグネトロン非蒸発ゲッターポンプ　７０１，７０２・・・折り曲げカソード。

Claims (10)

  1. 　内部に電子源を備えた電子銃室と、
    　前記電子源から放出される電子線を試料に照射する照射光学系を有する光学鏡筒と、
    　前記電子銃室と電気的に絶縁され、非蒸発ゲッター合金にて形成されたカソードと、
    　前記カソードから所定の間隔をあけて前記カソードの周囲を覆うアノードと、
    前記カソードと前記アノードとの間の領域に磁場を形成する磁場形成部と、
    前記カソードに流れる電流を検出する電流検出部と
    を備えたことを特徴とする真空装置。
  2. 　請求項１記載の真空装置であって、前記電流検出部は、前記カソードに流れる電流を検出した情報に基づいて、真空度に関する情報を検出することを特徴とする真空装置。
  3. 　請求項１記載の真空装置であって、前記カソードと前記アノードとの間の領域に電子を供給する電子源部と、前記カソードと前記アノードとの間の領域に電子を供給する電子源部に電流を供給する定電流電源とを更に備えることを特徴とする真空装置。
  4. 　請求項３記載の真空装置であって、前記非蒸発ゲッター合金は、円板状に形成した金属板の上に非蒸発ゲッター合金を焼結して形成したものを複数枚重ねて形成したことを特徴とする真空装置。
  5. 　請求項３記載の真空装置であって、前記非蒸発ゲッター合金は、金属シートの表面に非蒸発ゲッター合金を成膜した金属シートを蛇腹状に折り畳んで形成されたものであることを特徴とする真空装置。
  6. 　請求項３記載の真空装置であって、前記電子源部は定電流電源と接続されており、前記電子源部は前記定電流電源から電流を供給された状態で熱電子を発生させ、前記発生した熱電子を前記カソードと前記アノードとの間の領域に供給することを特徴とする真空装置。
  7. 　請求項３記載の真空装置であって、前記電子源は電界放出型冷陰極電子源であることを特徴とする真空装置。
  8. 　非蒸発ゲッター合金にて形成されたカソードと、
    　前記カソードから所定の間隔をあけて前記カソードの周囲を覆うアノードと、
    前記カソードと前記アノードとの間の領域に磁場を形成する磁場形成部と、
    前記カソードに流れる電流を検出する電流検出部と
    を備えたことを特徴とする真空ポンプ。
  9. 　請求項８記載の真空ポンプであって、前記電流検出部は、前記カソードに流れる電流を検出した情報に基づいて、真空度に関する情報を検出することを特徴とする真空ポンプ。
  10. 　請求項８記載の真空ポンプであって、前記カソードと前記アノードとの間の領域に電子を供給する電子源部と、前記カソードと前記アノードとの間の領域に電子を供給する電子源部に電流を供給する定電流電源とを更に備えることを特徴とする真空ポンプ。
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