JP6174054B2 - Orbitron pump and electron beam apparatus equipped with orbitron pump - Google Patents

Orbitron pump and electron beam apparatus equipped with orbitron pump Download PDF

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Description

本発明は、電子線装置に用いる真空ポンプに関する。   The present invention relates to a vacuum pump used in an electron beam apparatus.

従来の高輝度照射を目的とした走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や電子線描画装置（ＥＢ）は、電界放出型、ショットキー放出型または熱電子放出型の電子源から放出される電子線を加速し、電子レンズで細い電子ビームとし、これを一次電子ビームとして走査偏向器を用いて試料上に走査し、走査型電子顕微鏡であれば得られる二次電子あるいは反射電子を検出して像を得るものであり、電子線描画装置であればレジスト膜上にあらかじめ登録されたパターンを描画するものである。電子源の材料としてはタングステン、ジルコニア塗布タングステン、ジルコニア含有タングステンまたは六ホウ化ランタン（LaB6）などが用いられる。Conventional scanning electron microscopes (SEM) and electron beam lithography systems (EB) for high-intensity irradiation accelerate electron beams emitted from field emission, Schottky emission, or thermal electron emission electron sources. Then, the electron lens makes a thin electron beam, which is scanned as a primary electron beam on a sample using a scanning deflector, and an image is obtained by detecting secondary electrons or reflected electrons obtained in a scanning electron microscope. In the case of an electron beam 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 (LaB 6 ), 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、電子源をスパッタイオンポンプで排気する方法が取られている。ここで、スパッタイオンポンプとは、化学吸着排気機能とイオン化排気機能を有する真空ポンプであり、化学吸着排気機能とは、活性金属膜の持つガス分子に対する化学吸着能を利用した排気機能のことであり、イオン化排気機能とは、真空槽内のガス分子をイオン化して加速し活性金属膜に打込んで排気する機能のことである。In order to obtain a good electron beam from the electron source for a long 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 JP-A-2002-358920 (Patent Document 1), a method of exhausting the electron source with a sputter ion pump has been adopted. Here, the sputter ion pump is a vacuum pump having a chemisorption exhaust function and an ionization exhaust function, and the chemisorption exhaust function is an exhaust function that uses the chemisorption ability for gas molecules of the active metal film. In addition, the ionization exhaust function is a function of ionizing and accelerating gas molecules in the vacuum chamber and implanting them into the active metal film to exhaust them.

特開2000-149850号公報（特許文献２）には、電子光学系を小型化する手段として、鏡筒内にゲッターポンプを内蔵した荷電粒子線装置が開示されている。また米国特許第4833362号明細書（特許文献３）、特開平6-111745号公報（特許文献４）には、電子源室内に非蒸発ゲッターポンプを内蔵した荷電粒子線装置が開示されている。ここで、ゲッターポンプとは、加熱によりゲッターを活性化し昇華させ、ゲッターにガス分子を吸着する形式の真空ポンプである。また、非蒸発ゲッターポンプとは、ゲッターを昇華させずに加熱するだけでガス分子を吸着する合金を用いて構成された真空ポンプのことである。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-149850 (Patent Document 2) discloses a charged particle beam apparatus in which a getter pump is built in a lens barrel as means for downsizing 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 of a type that activates and sublimates the getter by heating and adsorbs gas molecules to the getter. The non-evaporable getter pump is a vacuum pump configured using an alloy that adsorbs gas molecules only by heating the getter without sublimating it.

米国特許第3244969号明細書（特許文献５）には、スパッタイオンポンプと同様に２つの排気機能を持つ真空ポンプであるオービトロンポンプが開示されている。オービトロンポンプは、ポンプチャンバ、チタン源、チタン源を保持するアノード、およびフィラメントから構成される。通常、アノードは、ポンプチャンバの中心軸上に配置される。アノードは、ポンプチャンバおよびフィラメントに対して正の高電圧が印加される。フィラメントは、ポンプチャンバに対して正の電圧が通常印加されるが、ポンプチャンバと同電位でも良い。ポンプチャンバは、通常接地電位である。   US Pat. No. 3,244,969 (Patent Document 5) discloses an orbitron pump which is a vacuum pump having two exhaust functions in the same manner as 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 located on the central axis of the pump chamber. The anode is applied with a positive high voltage to the pump chamber and filament. The filament is normally applied with a positive voltage to the pump chamber, but may have the same potential as the pump chamber. The pump chamber is usually at ground potential.

フィラメントを加熱することによりフィラメントから電子が放出される。フィラメントから放出された電子は、アノードおよびフィラメントならびにポンプチャンバの作る電界により加速され、アノードまたはアノードに保持されたチタン源に衝突する。電子の衝突によりチタン源が加熱されチタンが昇華し、ポンプチャンバ内壁に清浄なチタン膜が形成される。清浄なチタン膜は、ガス分子に対する化学吸着機能を有しており、化学的に活性なガスは、ポンプチャンバ内壁に形成されたチタン膜の化学吸着排気機能により排気される。   By heating the filament, electrons are emitted from 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 collide with the anode or a titanium source held on the anode. The electron source is heated by the collision of electrons and the titanium is sublimated, and a clean titanium film is formed on the inner wall of the pump chamber. The clean titanium film has a chemical adsorption function for gas molecules, and the chemically active gas is exhausted by the chemical adsorption exhaust function of the titanium film 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排気される。フィラメントから放出された電子の一部は、ガス分子に衝突してガス分子をイオン化する。イオン化されたガス分子は、ポンプチャンバ内の電界により加速され、ポンプチャンバ内壁に形成されたチタン膜内部に打込まれ排気される（イオン化排気機能）。   Chemically stable gas molecules such as noble gases or methane are exhausted 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 by the electric field in the pump chamber, and are injected into the titanium film formed on the inner wall of the pump chamber and exhausted (ionization exhaust function).

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

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

本願発明者が、電界放出型の電子源にかかる真空ポンプなどの小型化について鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。   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、電子源の真空排気にはスパッタイオンポンプが用いられている。しかし、スパッタイオンポンプは、可動部が無く、通電のみにより10-7Pa以下の圧力に維持できる長所があるものの、数十cm角以上の大きさを有する。更に、強磁場を発生するためのマグネットを有するため、電子源側に磁場シールドを設置する必要がある。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 thus a sputter ion pump is used for evacuating the electron source. 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、主排気ポンプであるスパッタイオンポンプが大きく、かつ磁場の漏れがあるために電子源から一定の距離を置いて設置する必要があり、小型化が困難であった。また、スパッタイオンポンプは、ペニング放電を利用したポンプであるため、真空度が良くなる（圧力が下がる）につれて排気効率が落ちるという欠点もあり、到達真空度（到達圧力；実現できる最も低い圧力）に制限があった。   In the prior art described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-358920 (Patent Document 1), the sputter ion pump as the main exhaust pump is large, and since there is a magnetic field leakage, it is installed at a certain distance from the electron source. Therefore, downsizing was difficult. In addition, since the sputter ion pump is a pump that uses Penning discharge, there is a disadvantage that the exhaust efficiency decreases as the degree of vacuum improves (the pressure decreases), and the ultimate degree of vacuum (the ultimate pressure; the lowest pressure that can be achieved) There was a limit.

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

オービトロンポンプは、スパッタイオンポンプと異なり磁石を用いないため、磁場の遮蔽が必要無く、また構造も単純である。例えば、荷電粒子線装置の電子源の真空排気ポンプとして用いることで、装置の小型化が可能となる。また、スパッタイオンポンプのイオン化排気機能は、ペニング放電を利用したものであるため、真空槽内の圧力が下がると（真空度が上がると）イオン化排気機能は小さくなるが、一方、オービトロンポンプのイオン化排気機能は、フィラメントから供給する電子を利用したものであるため、真空槽内の圧力（真空度）とは無関係であり、真空槽内の圧力が下がっても（真空度が上がっても）イオン化排気機能は小さくならないという特長を持つ。   Unlike the sputter ion pump, the orbitron pump does not use a magnet, and therefore does not need to shield a magnetic field and has a simple structure. For example, by using it as an evacuation pump of an electron source of a charged particle beam apparatus, the apparatus can be downsized. 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.

しかしながら、オービトロンポンプは、フィラメントから電子を放出しアノードに向かって加速するポンプであるため、フィラメントの加熱、および電子がアノードに衝突する際の発熱に伴う熱負荷が大きく、熱負荷によるガス放出が大きいという欠点がある。   However, since the orbitron pump emits electrons from the filament and accelerates toward the anode, the heat load due to the heating of the filament and the heat generated when the electrons collide with the anode is large. Has the disadvantage of being large.

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

Figure 0006174054
となり、ポンプからのガス放出量Q1が大きいほど到達できる圧力が上がる（真空度が下がる）。つまり、超高真空〜極高真空を実現するためには、オービトロンポンプ部品からのガス放出量を減らすことが必要である。The pressure P that can be reached when the gas discharge rate per unit time in the vacuum chamber is Q (the gas discharge amount from the pump is Q1, the gas discharge amount from other than the pump is Q2), and the effective exhaust speed of the vacuum pump is S. Is
Figure 0006174054
Thus, the larger the gas discharge amount Q1 from the pump, the higher the pressure that can be reached (the vacuum level decreases). That is, in order to realize an ultra-high vacuum to an extremely high vacuum, it is necessary to reduce the amount of gas released from the orbitron pump component.

本発明の目的は、オービトロンポンプを構成する部品からのガス放出量を減らすことや、真空ポンプを用いる電子源などを小型化することに関する。   An object of the present invention relates to reducing the amount of gas released from components constituting an orbitron pump and reducing the size of an electron source using a vacuum pump.

本発明は、アノード、吸着材料源および電子放出用フィラメントがチャンバの内部に配置されたオービトロンポンプにおいて、アノードが通電加熱されることに関する。   The present invention relates to an anode being energized and heated in an orbitron pump in which an anode, an adsorbing material source, and an electron emission filament are disposed inside a chamber.

本発明により、一つの観点として、ポンプ動作中の熱負荷が大きい電子放出用フィラメントおよびアノードを、ポンプ動作前に通電加熱することにより脱ガスできるので、ポンプ動作中のガス放出量を低減できる。また、別の観点として、ポンプ動作中に電子放出用フィラメントへの熱負荷を上げること無く、吸着材料源を昇華できる。また、別の観点として、アノードからの輻射熱により吸着材料表面を清浄化できる。また、別の観点として、オービトロンポンプを電子源の近傍に配置できるので、電子源を含む真空槽の到達圧力を下げることができる。   According to the present invention, as one aspect, the electron emission filament and the anode having a large heat load during the pump operation can be degassed by energization heating before the pump operation, so that the amount of gas emission during the pump operation can be reduced. As another aspect, the adsorbent material source can be sublimated without increasing the heat load on the electron emission filament during the pump operation. As another aspect, the surface of the adsorbing material can be cleaned by radiant heat from the anode. As another viewpoint, since the orbitron pump can be arranged in the vicinity of the electron source, the ultimate pressure of the vacuum chamber including the electron source can be lowered.

実施例にかかるオービトロンポンプの基本構成を示す模式図The schematic diagram which shows the basic composition of the orbitron pump concerning an Example オービトロンポンプの第一の実施例を示す模式図（アノードの周りに吸着材料のワイヤを巻きつけたもの）Schematic diagram showing the first embodiment of the orbitron pump (adsorbing material wire wrapped around the anode) オービトロンポンプの第一の実施例を示す模式図（アノードが吸着材料の塊を担持しているもの）Schematic diagram showing the first embodiment of the orbitron pump (the anode carrying a lump of adsorbent material) オービトロンポンプの第一の実施例を示す模式図（アノードの表面に吸着材料を塗布したもの）Schematic diagram showing the first embodiment of the orbitron pump (adsorbent material applied to the anode surface) オービトロンポンプの第二の実施例を示す模式図Schematic diagram showing the second embodiment of the orbitron pump オービトロンポンプの第三の実施例を示す模式図Schematic diagram showing the third embodiment of the orbitron pump オービトロンポンプの第四の実施例を示す模式図Schematic diagram showing the fourth embodiment of the orbitron pump オービトロンポンプの第五の実施例を示す模式図Schematic diagram showing the fifth embodiment of the orbitron pump オービトロンポンプの第六の実施例を示す模式図Schematic diagram showing the sixth embodiment of the orbitron pump オービトロンポンプを用いた走査型電子顕微鏡の第一の実施例を示す模式図Schematic diagram showing a first embodiment of a scanning electron microscope using an orbitron pump オービトロンポンプを用いた走査型電子顕微鏡の第二の実施例を示す模式図Schematic diagram showing a second embodiment of a scanning electron microscope using an orbitron pump

図１に、実施例にかかるオービトロンポンプの基本構成を示す。実施例にかかるオービトロンポンプは、アノード１、吸着材料源２、フィラメント３およびポンプチャンバ４から構成され、アノード１が通電加熱可能であることを特徴とする。ポンプ動作中の熱負荷が大きいフィラメント３およびアノード１をポンプ動作前に通電加熱脱ガスすることで、ポンプ動作中のガス放出量を低減することができる。   FIG. 1 shows a basic configuration of an orbitron pump according to the embodiment. The orbitron pump according to the embodiment includes an anode 1, an adsorbent material source 2, a filament 3, and a pump chamber 4, and the anode 1 can be heated by energization. By deenergizing and heating the filament 3 and the anode 1 having a large heat load during the pump operation before the pump operation, the amount of gas released during the pump operation can be reduced.

また、実施例にかかるオービトロンポンプのイオン化排気機能は、フィラメント３から放出される電子が担っており、一方、化学吸着排気機能は、アノード１への通電加熱が担っている。従来のオービトロンポンプでは、化学吸着排気機能もフィラメントからの電子が担っており、吸着材料源の昇華に必要なエミッション電流を賄うためにフィラメントへの熱負荷が大きかった。一方、実施例にかかるオービトロンポンプでは、フィラメント３への熱負荷を上げること無く、吸着材料源の昇華が可能であり、吸着材料源の昇華時のフィラメントへの熱負荷によるガス放出も低減できる。   In addition, the ionized exhaust function of the orbitron pump according to the embodiment is performed by electrons emitted from the filament 3, while the chemisorption exhaust function is performed by energization heating to the anode 1. In conventional orbitron pumps, electrons from the filament are also responsible for the chemisorption pumping function, and the heat load on the filament is large to cover the emission current required for sublimation of the adsorbent material source. On the other hand, in the orbitron pump according to the embodiment, the adsorption material source can be sublimated without increasing the heat load on the filament 3, and gas emission due to the heat load on the filament during sublimation of the adsorption material source can be reduced. .

実施例にかかるオービトロンポンプを用いることにより、オービトロンポンプ部品からのガス放出量が低減し、式(1)で与えられる関係によりオービトロンポンプおよびオービトロンポンプを含む真空槽の到達圧力を下げることができる（到達真空度が改善する）。また、真空ポンプとしてオービトロンポンプを用いることにより、電子源、電子源から電子線を引き出すための電極、および電子源近傍を真空排気する真空ポンプなどから構成される電子銃を小型化でき、小型化した電子銃を有する走査電子顕微鏡および電子線描画装置などの電子線装置を得ることができる。   By using the orbitron pump according to the embodiment, the amount of gas released from the orbitron pump parts is reduced, and the ultimate pressure of the vacuum chamber including the orbitron pump and the orbitron pump is lowered by the relationship given by the equation (1). (The ultimate vacuum can be improved). In addition, by using an orbitron pump as a vacuum pump, an electron gun composed of an electron source, an electrode for extracting an electron beam from the electron source, and a vacuum pump for evacuating the vicinity of the electron source can be miniaturized. An electron beam apparatus such as a scanning electron microscope and an electron beam drawing apparatus having an electron gun can be obtained.

実施例では、アノード、吸着材料源および電子放出用フィラメントがチャンバの内部に配置され、アノードが通電加熱されるオービトロンポンプを開示する。また、オービトロンポンプおよび電子線を形成する手段を備えた電子線装置を開示する。また、オービトロンポンプが、電子源その内部に配置している電子源室に直結していることを開示する。また、電子源が、オービトロンポンプに組み込まれていることを開示する。   In an embodiment, an orbitron pump is disclosed in which an anode, an adsorbent material source, and an electron emission filament are disposed within the chamber and the anode is energized and heated. Also disclosed is an electron beam apparatus comprising an orbitron pump and means for forming an electron beam. Further, it is disclosed that the orbitron pump is directly connected to the electron source chamber disposed inside the electron source. It is also disclosed that the electron source is incorporated in an orbitron pump.

また、実施例では、オービトロンポンプのアノードが、そのチャンバの内部で折り返された形状であることを開示する。また、吸着材料源がアノードに保持されていること開示する。また、ワイヤ状の吸着材料源がアノードに巻き付けられていることを開示する。また、吸着材料源の塊がアノードに担持されていることを開示する。また、吸着材料源がアノードの表面に塗布されていることを開示する。   Moreover, in an Example, it discloses that the anode of an orbitron pump is the shape turned up inside the chamber. It is also disclosed that the adsorbent material source is held on the anode. It is also disclosed that a wire-like adsorbent material source is wound around the anode. It is also disclosed that a mass of adsorbent material source is carried on the anode. It is also disclosed that a source of adsorbent material is applied to the surface of the anode.

また、実施例では、吸着材料源が前記アノードと前記チャンバの間の空間に配置されていることを開示する。また、吸着材料源がチャンバの内壁に形成されていることを開示する。   In addition, the embodiment discloses that an adsorbent material source is disposed in a space between the anode and the chamber. It is also disclosed that the adsorbent material source is formed on the inner wall of the chamber.

また、実施例では、オービトロンポンプが吸着材料源を保持するヒーターを備え、オービトロンポンプのアノードと吸着材料源が分離していることを開示する。また、ヒーターがチャンバの内部で折り返された形状であり、通電加熱されることを開示する。また、吸着材料源がヒーターに保持されていること開示する。また、ワイヤ状の吸着材料源がヒーターに巻き付けられていることを開示する。また、吸着材料源の塊がヒーターに担持されていることを開示する。また、吸着材料源がアノードの表面に塗布されていることを開示する。   In addition, the embodiment discloses that the orbitron pump includes a heater that holds the adsorbent material source, and the anode of the orbitron pump and the adsorbent material source are separated. In addition, it is disclosed that the heater has a shape folded inside the chamber and is heated by energization. It is also disclosed that the adsorbent material source is held by a heater. Moreover, it discloses that the wire-like adsorbent material source is wound around the heater. Further, it is disclosed that a mass of the adsorbing material source is carried on the heater. It is also disclosed that a source of adsorbent material is applied to the surface of the anode.

また、実施例では、オービトロンポンプが、その電子放出用フィラメントから放出される電子を、そのチャンバ内に閉じ込めるリフレクタ電極を有することを開示する。また、オービトロンポンプが、電子放出用フィラメントから放出される電子との反応によってイオン化されたガス分子を、そのチャンバ内壁に向かって加速するグリッド電極を有することを開示する。また、吸着材料源が前記グリッド電極と前記チャンバの内壁の間にあることを開示する。   In an embodiment, it is disclosed that the orbitron pump has a reflector electrode for confining electrons emitted from the electron emission filament in the chamber. Further, it is disclosed that the orbitron pump has a grid electrode that accelerates gas molecules ionized by reaction with electrons emitted from the electron emission filament toward the inner wall of the chamber. It is also disclosed that an adsorbent material source is between the grid electrode and the inner wall of the chamber.

また、実施例では、アノードからの輻射熱により吸着材料源を清浄化することを開示する。   Moreover, an Example discloses cleaning the adsorbent material source by radiant heat from the anode.

以下、上記およびその他の新規な特徴および効果について図面を参酌して説明する。なお、図面はもっぱら発明の理解のために用いるものであり、権利範囲を限定するものではない。   The above and other novel features and effects will be described below 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の第一の実施例を示す。   FIG. 2 shows a first embodiment of the orbitron pump.

本実施例にかかるオービトロンポンプは、アノード１、吸着材料源２、フィラメント３、ポンプチャンバ４、リフレクタ電極５およびグリッド電極６から構成される。ポンプチャンバ４は、取り付け口を有する円筒形チャンバである。このポンプチャンバ４の中心近傍に、アノード１および吸着材料源２が配置されている。アノード１は、逆Ｕ字形状であり、ポンプチャンバ４内で折り返された形状となっており、通電加熱が可能である。材料としては、タングステンなどの金属線である。吸着材料源２として、ワイヤ状の吸着材料が、アノード１に巻き付けられている。吸着材料としては、活性金属または活性金属から成る合金を用いればよく、例えば純チタンがその一例である。フィラメント３は、ポンプチャンバ４とアノード１の間に配置されている。リフレクタ電極５は、フィラメント３から放出される電子をポンプチャンバ４内に閉じ込めるためのものである。グリッド電極６は、フィラメント３から放出される電子との反応によってイオン化されたガス分子をポンプチャンバ４内壁に向かって加速するためのものである。なお、リフレクタ電極５およびグリッド電極６は無くても良い。   The orbitron pump according to this embodiment includes an anode 1, an adsorbing material source 2, a filament 3, a pump chamber 4, a reflector electrode 5, and a grid electrode 6. The pump chamber 4 is a cylindrical chamber having an attachment port. An anode 1 and an adsorbent material source 2 are disposed near the center of the pump chamber 4. The anode 1 has an inverted U-shape and is folded in the pump chamber 4 and can be energized and heated. The material is a metal wire such as tungsten. As the adsorbing material source 2, a wire-shaped adsorbing material is wound around the anode 1. As the adsorbing material, an active metal or an alloy made of an active metal may be used. For example, pure titanium is an example. The filament 3 is disposed between the pump chamber 4 and the anode 1. The reflector electrode 5 is for confining electrons emitted from the filament 3 in the pump chamber 4. The grid electrode 6 is for accelerating gas molecules ionized by reaction with electrons emitted from the filament 3 toward the inner wall of the pump chamber 4. Note that the reflector electrode 5 and the grid electrode 6 may be omitted.

フィラメント３を加熱することによりフィラメント３から電子が放出される。フィラメント３から放出された電子は、フィラメント３に対して正の高電圧を印加されたアノード１およびフィラメント３ならびにポンプチャンバ４の作る電界により加速され、アノード１またはアノード１に保持された吸着材料源２に衝突する。電子の衝突により吸着材料源２が加熱され吸着材料が昇華し、ポンプチャンバ４内壁に清浄な吸着膜が形成される。若しくは、アノード１を通電加熱することにより吸着材料源２を昇温し、吸着材料源２を昇華させてポンプチャンバ４内壁に清浄な吸着膜を形成しても良い。清浄な吸着膜は、ガス分子に対する化学吸着機能（ゲッター作用）を有しており、化学的に活性なガスは、ポンプチャンバ４内壁に形成された吸着膜のゲッター作用により排気される。希ガスまたはメタンなどの化学的に安定なガス分子は、次のような機構により排気される。フィラメント３からアノード１に到達するまでに一部の電子はガス分子と衝突する。フィラメント３から放出された電子がガス分子に衝突すると、ガス分子がイオン化される。イオン化されたガス分子は電界により加速され、ポンプチャンバ４内壁に形成された吸着膜内部に叩き込まれ排気される（イオン化排気機能）。また、熱負荷の大きいフィラメント３およびアノード１をポンプ動作前に通電加熱して十分脱ガスすることにより、ポンプ動作中のガス放出量を低減することができる。ここで、リフクレクタ電極５は、フィラメント３から放出された電子がポンプチャンバ４の外部に出ていくことを防止し、ポンプの排気効率の向上を図る。グリッド電極６は、グリッド電極６とポンプチャンバ４間に電位差を設けることにより、電子と衝突することにより生成されたイオンを加速し、効率的にポンプチャンバ４内壁に叩き込み排気する。   By heating the filament 3, electrons are emitted from the filament 3. Electrons emitted from the filament 3 are accelerated by the electric field generated by the anode 1 and the filament 3 and the pump chamber 4 to which a positive high voltage is applied to the filament 3, and the adsorbed material source held in the anode 1 or the anode 1. Collide with 2. The adsorbing material source 2 is heated by the collision of electrons and the adsorbing material is sublimated, and a clean adsorbing film is formed on the inner wall of the pump chamber 4. Alternatively, the temperature of the adsorbing material source 2 may be raised by energizing and heating the anode 1, and the adsorbing material source 2 may be sublimated to form a clean adsorbing film on the inner wall of the pump chamber 4. The clean adsorption film has a chemical adsorption function (getter action) for gas molecules, and the chemically active gas is exhausted by the getter action of the adsorption film formed on the inner wall of the pump chamber 4. Chemically stable gas molecules such as noble gases or methane are exhausted by the following mechanism. Some electrons collide with gas molecules before reaching the anode 1 from the filament 3. When electrons emitted from the filament 3 collide with gas molecules, the gas molecules are ionized. The ionized gas molecules are accelerated by an electric field, and are struck and exhausted inside the adsorption film formed on the inner wall of the pump chamber 4 (ionization exhaust function). Further, the amount of gas released during the pump operation can be reduced by sufficiently degassing the filament 3 and the anode 1 having a large heat load by energizing and heating them before the pump operation. Here, the reflector electrode 5 prevents electrons emitted from the filament 3 from going out of the pump chamber 4 and improves the pumping efficiency of the pump. The grid electrode 6 accelerates ions generated by colliding with electrons by providing a potential difference between the grid electrode 6 and the pump chamber 4, and efficiently strikes and exhausts ions into the inner wall of the pump chamber 4.

具体的な立ち上げ手順は以下のようになる。図示されていない粗引きポンプにより、ポンプ内部の圧力を高真空まで真空排気する。その後、超高真空以上の真空が要求される真空槽とオービトロンポンプを加熱脱ガスするベーキングと呼ばれる作業を実施する。ベーキング終了直前にアノード１およびフィラメント３に通電して加熱脱ガスを実施し、ベーキング作業を終了する。アノード１およびフィラメント３の通電加熱脱ガスをベーキング中に一回、あるいは複数回実施しても良い。ベーキング終了後の真空槽およびオービトロンポンプの温度が下がる途中でオービトロンポンプを動作させて粗引き系を閉じることにより、超高真空〜極高真空が実現される。   The specific startup procedure is as follows. The pressure inside the pump is evacuated to a high vacuum by a roughing pump (not shown). After that, an operation called baking is performed to heat and degas the vacuum chamber and orbitron pump, which require a vacuum higher than ultra high vacuum. Immediately before the end of baking, the anode 1 and the filament 3 are energized to perform heat degassing, and the baking operation is completed. The heating and degassing of the anode 1 and the filament 3 may be performed once or a plurality of times during baking. By operating the orbitron pump and closing the roughing system while the temperature of the vacuum chamber and the orbitron pump after the completion of baking is lowered, an ultrahigh vacuum to an ultrahigh vacuum is realized.

吸着材料源２として、本実施例では、吸着材料をワイヤ状にしてアノード１に巻き付けたものを用いているが、図３のようにアノード１の中途に吸着材料の塊を担持したもの、または図４のようにアノード１の表面に吸着材料を塗布したものを用いても良い。   In this embodiment, the adsorbing material source 2 is formed by adsorbing the adsorbing material in the form of a wire and wound around the anode 1. However, as shown in FIG. As shown in FIG. 4, a material obtained by applying an adsorbing material to the surface of the anode 1 may be used.

図５に、オービトロンポンプの第二の実施例を示す。以下、第一の実施例との相違点を中心に説明する。   FIG. 5 shows a second embodiment of the 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は、アノード１、吸着材料源２、フィラメント３、ポンプチャンバ４、リフレクタ電極５およびグリッド電極６から構成されている。ここで、吸着材料源２は、グリッド電極６とポンプチャンバ４の間に配置されている。あるいは、吸着材料源２はポンプチャンバ４の内壁に形成されていても良い。なお、リフレクタ電極５およびグリッド電極６は無くても良い。   The orbitron pump according to this embodiment includes an anode 1, an adsorbing material source 2, a filament 3, a pump chamber 4, a reflector electrode 5, and a grid electrode 6. Here, the adsorbing material source 2 is disposed between the grid electrode 6 and the pump chamber 4. Alternatively, the adsorbent material source 2 may be formed on the inner wall of the pump chamber 4. Note that the reflector electrode 5 and the grid electrode 6 may be omitted.

本実施例では、アノード１を通電加熱することによりアノード１から輻射熱が放出され、アノード１からの輻射熱により吸着材料源２を昇温することにより吸着材料源２の表面が清浄化される。清浄な吸着材料表面は、ガス分子に対する化学吸着機能（ゲッター作用）を有しており、化学的に活性なガスは、吸着材料源２のゲッター作用により排気される。希ガスまたはメタンなどの化学的に安定なガス分子は、次のような機構により排気される。フィラメント３からアノード１に到達するまでに一部の電子はガス分子と衝突する。フィラメント３から放出された電子がガス分子に衝突すると、ガス分子がイオン化される。イオン化されたガス分子は電界により加速され、吸着材料源２の内部に叩き込まれ排気される（イオン化排気機能）。   In this embodiment, radiant heat is released from the anode 1 by energizing and heating the anode 1, and the surface of the adsorbent material source 2 is cleaned by raising the temperature of the adsorbent material source 2 by radiant heat from the anode 1. The clean adsorbing material surface has a chemical adsorption function (getter action) for gas molecules, and the chemically active gas is exhausted by the getter action of the adsorbing material source 2. Chemically stable gas molecules such as noble gases or methane are exhausted by the following mechanism. Some electrons collide with gas molecules before reaching the anode 1 from the filament 3. When electrons emitted from the filament 3 collide with gas molecules, the gas molecules are ionized. The ionized gas molecules are accelerated by the electric field, and are struck into the adsorbent material source 2 and exhausted (ionization exhaust function).

図６に、オービトロンポンプの第三の実施例を示す。以下、第一の実施例との相違点を中心に説明する。   FIG. 6 shows a third embodiment of the orbitron pump. Hereinafter, the difference from the first embodiment will be mainly described.

本実施例では、ポンプチャンバ４、２つのフィラメント３、２つのアノード１、２組のリフクレクタ電極５および２つの円筒形のグリッド電極６を有している。２つの円筒形のグリッド電極６の中心近傍に、アノード１および吸着材料源２がそれぞれ配置されている。２つのフィラメント３は、それぞれの円筒形のグリッド電極６とアノード１の間にそれぞれ配置されている。つまり、本実施例では、１つのポンプチャンバ４内に、オービトロンポンプ機能を持つセル（１つのセルは、フィラメント３、アノード１、グリッド電極６およびリフクレクタ電極５から構成される）を２つ有する。なお、図６では２つのセルを有する場合を図示しているが、３つ以上のセルを有していても良い。また、リフクレクタ電極５は無くても良い。   In this embodiment, it has a pump chamber 4, two filaments 3, two anodes 1, a pair of reflector electrodes 5, and two cylindrical grid electrodes 6. In the vicinity of the center of the two cylindrical grid electrodes 6, the anode 1 and the adsorbing material source 2 are respectively arranged. The two filaments 3 are respectively disposed between the respective cylindrical grid electrodes 6 and the anode 1. In other words, in this embodiment, two cells having an orbitron pump function (one cell is composed of the filament 3, the anode 1, the grid electrode 6, and the reflector electrode 5) are provided in one pump chamber 4. . Note that FIG. 6 illustrates a case where two cells are included, but three or more cells may be included. Further, the reflector electrode 5 may be omitted.

図７に、オービトロンポンプの第四の実施例を示す。以下、第一および第三の実施例との相違点を中心に説明する。   FIG. 7 shows a fourth embodiment of the orbitron pump. Hereinafter, the difference from the first and third embodiments will be mainly described.

本実施例では、ポンプチャンバ４、２つのフィラメント３、１つのアノード１、２組のリフクレクタ電極５および２つの円筒形のグリッド電極６を有している。１つのアノード１は、大きな逆Ｕ字形状であり、ポンプチャンバ４内で折り返された形状となっており、通電加熱が可能である。２つの円筒形のグリッド電極６の中心近傍に、アノード１のそれぞれの端部が配置されている。吸着材料源２として、ワイヤ状の吸着材料が、アノード１のそれぞれの端部に巻き付けられている。２つのフィラメント３は、それぞれの円筒形のグリッド電極６とアノード１のそれぞれの端部の間にそれぞれ配置されている。つまり、本実施例では、１つのアノード１が２つのポンプセルのアノードの役割を同時に担う構造となっている。   In this embodiment, it has a pump chamber 4, two filaments 3, one anode 1, two sets of reflector electrodes 5, and two cylindrical grid electrodes 6. One anode 1 has a large inverted U-shape and is folded in the pump chamber 4 so that energization heating is possible. In the vicinity of the center of the two cylindrical grid electrodes 6, the respective end portions of the anode 1 are arranged. As the adsorbing material source 2, a wire adsorbing material is wound around each end of the anode 1. The two filaments 3 are respectively disposed between the respective ends of the cylindrical grid electrode 6 and the anode 1. That is, in this embodiment, one anode 1 has a structure that simultaneously serves as the anodes of two pump cells.

図７では、２つのセルを有する場合を図示しているが、４つ以上のセルを有していても良い。４つのセルを有する場合には、４つのフィラメント３、４組のリフクレクタ電極５、４つのグリッド電極６、２つのアノード１から構成され、２つのアノード１が、４つのポンプセルのアノードの役割を担うことになる。また、リフクレクタ電極５は無くても良い。   Although FIG. 7 illustrates a case where two cells are included, four or more cells may be included. In the case of having four cells, it is composed of four filaments 3, four sets of reflector electrodes 5, four grid electrodes 6, two anodes 1, and two anodes 1 serve as anodes for four pump cells. It will be. Further, the reflector electrode 5 may be omitted.

図８に、オービトロンポンプの第五の実施例を示す。以下、第一ないし第四の実施例との相違点を中心に説明する。   FIG. 8 shows a fifth embodiment of the orbitron pump. Hereinafter, the difference from the first to fourth embodiments will be mainly described.

本実施例では、ポンプチャンバ４、２つのフィラメント３、２つのアノード１、２組のリフクレクタ電極５、２つの円筒形のグリッド電極６、ならびに１つの吸着材料源２およびヒーター７を有している。２つの円筒形のグリッド電極６の中心近傍に、アノード１がそれぞれ配置されている。吸着材料を保持していないアノード１は、逆Ｕ字形状であり、ポンプチャンバ４内で折り返された形状となっており、通電加熱が可能である。２つのフィラメント３は、それぞれの円筒形のグリッド電極６とアノード１の間にそれぞれ配置されている。   In this embodiment, it has a pump chamber 4, two filaments 3, two anodes 1, two sets of reflector electrodes 5, two cylindrical grid electrodes 6, and one adsorbing material source 2 and a heater 7. . The anodes 1 are respectively disposed in the vicinity of the centers of the two cylindrical grid electrodes 6. The anode 1 that does not hold the adsorbing material has an inverted U-shape, is folded back in the pump chamber 4, and can be energized and heated. The two filaments 3 are respectively disposed between the respective cylindrical grid electrodes 6 and the anode 1.

つまり、１つのポンプチャンバ４内に、オービトロンポンプ機能を持つセル（１つのセルは、フィラメント３、アノード１、グリッド電極６およびリフクレクタ電極５から構成される）を２つ有する。そして、ヒーター７および吸着材料源２は、ポンプチャンバ１の中心近傍であって、２つのオービトロン機能を持つセルの間に配置されている。ヒーター７は、逆Ｕ字形状であり、ポンプチャンバ４内で折り返された形状となっており、通電加熱が可能である。材料としては、タングステンなどの金属線である。吸着材料源２として、ワイヤ状の吸着材料が、ヒーター７に巻き付けられている。つまり、本実施例では、吸着材料源とアノードを分離した構成となっている。なお、図８では、２つのセルを有する場合を図示しているが、３つ以上のセルを有していても良い。また、リフクレクタ電極５は無くても良い。   In other words, one pump chamber 4 has two cells having an orbitron pump function (one cell is composed of the filament 3, the anode 1, the grid electrode 6, and the reflector electrode 5). The heater 7 and the adsorbent material source 2 are disposed near the center of the pump chamber 1 and between two cells having an orbitron function. The heater 7 has an inverted U-shape and is folded in the pump chamber 4 so that energization heating is possible. The material is a metal wire such as tungsten. As the adsorbing material source 2, a wire adsorbing material is wound around the heater 7. That is, in this embodiment, the adsorbing material source and the anode are separated. Note that FIG. 8 illustrates a case where two cells are included, but three or more cells may be included. Further, the reflector electrode 5 may be omitted.

ヒーター７を通電加熱することにより吸着材料源２を昇温し、吸着材料源２を昇華させてポンプチャンバ４内壁に清浄な吸着膜を形成する。清浄な吸着膜は、ガス分子に対するゲッター作用を有しており、化学的に活性なガスはポンプチャンバ４内壁に形成された吸着膜のゲッター作用により排気される。希ガスまたはメタンなどの化学的に安定なガス分子は、イオン化排気機能により排気される。また、熱負荷の大きいフィラメント３およびアノード１をポンプ動作前に通電加熱し十分脱ガスすることにより、ポンプ動作中のガス放出量を低減することができる。   The heater 7 is energized and heated to raise the temperature of the adsorbing material source 2 and sublimate the adsorbing material source 2 to form a clean adsorbing film on the inner wall of the pump chamber 4. The clean adsorption film has a getter action for gas molecules, and the chemically active gas is exhausted by the getter action of the adsorption film formed on the inner wall of the pump chamber 4. Chemically stable gas molecules such as noble gases or methane are exhausted by the ionization exhaust function. Further, the amount of gas released during the pump operation can be reduced by energizing and heating the filament 3 and the anode 1 having a large heat load before the pump operation to sufficiently degas.

吸着材料源２として、本実施例では、ヒーター７の表面に吸着材料を塗布したもの用いているが、図２のように吸着材料をワイヤ状にしてヒーター７に巻き付けたもの、または図３のようにヒーター７の中途に吸着材料の塊を担持したものを用いても良い。   In this embodiment, the adsorbing material source 2 is formed by applying an adsorbing material to the surface of the heater 7. However, as shown in FIG. 2, the adsorbing material is wound around the heater 7 in the form of a wire as shown in FIG. As described above, an adsorbent material lump supported in the middle of the heater 7 may be used.

図９に、オービトロンポンプの第六の実施例を示す。以下、第一ないし第五の実施例との相違点を中心に説明する。   FIG. 9 shows a sixth embodiment of the orbitron pump. Hereinafter, the difference from the first to fifth embodiments will be mainly described.

本実施例では、ポンプチャンバ４、２つのフィラメント３、１つのアノード１、２組のリフクレクタ電極５、２つの円筒形のグリッド電極６ならびに１つの吸着材料源２およびヒーター７を有している。吸着部材を保持していない１つのアノード１は、大きな逆Ｕ字形状であり、ポンプチャンバ４内で折り返された形状となっており、通電加熱が可能である。２つの円筒形のグリッド電極６の中心近傍に、アノード１のそれぞれの端部が配置されている。２つのフィラメント３は、それぞれの円筒形のグリッド電極６とアノード１のそれぞれの端部の間にそれぞれ配置されている。そして、ヒーター７および吸着材料源２は、ポンプチャンバ１の中心近傍であって、２つのオービトロン機能を持つセルの間に配置されている。つまり、本実施例では、吸着材料源２とアノード１を分離した構成となっている。   In this embodiment, it has a pump chamber 4, two filaments 3, one anode 1, two sets of reflector electrodes 5, two cylindrical grid electrodes 6, and one adsorbing material source 2 and a heater 7. One anode 1 that does not hold the adsorbing member has a large inverted U-shape, is folded back in the pump chamber 4, and can be energized and heated. In the vicinity of the center of the two cylindrical grid electrodes 6, the respective end portions of the anode 1 are arranged. The two filaments 3 are respectively disposed between the respective ends of the cylindrical grid electrode 6 and the anode 1. The heater 7 and the adsorbent material source 2 are disposed near the center of the pump chamber 1 and between two cells having an orbitron function. That is, in this embodiment, the adsorbing material source 2 and the anode 1 are separated.

また、１つのアノード１が、２つのポンプセルのアノード１の役割を同時に担う構造となっている。図９では２つのセルを有する場合を図示しているが、４つ以上のセルを有していても良い。４つのセルを有する場合には、４つのフィラメント３、４組のリフクレクタ電極５、４つのグリッド電極６、２つのアノード１から構成され、２つのアノード１が、４つのポンプセルのアノードの役割を担うことになる。また、リフクレクタ電極５は無くても良い。   Further, one anode 1 has a structure that simultaneously serves as the anodes 1 of the two pump cells. Although FIG. 9 illustrates a case where two cells are included, four or more cells may be included. In the case of having four cells, it is composed of four filaments 3, four sets of reflector electrodes 5, four grid electrodes 6, two anodes 1, and two anodes 1 serve as anodes for four pump cells. It will be. Further, the reflector electrode 5 may be omitted.

図１０に、主排気ポンプとしてオービトロンポンプを用いた電子銃を搭載した走査型電子顕微鏡の第一の実施例を示す。以下、オービトロンポンプにかかる第一との相違点を中心に説明する。   FIG. 10 shows a first embodiment of a scanning electron microscope equipped with an electron gun using an orbitron pump as a main exhaust pump. Hereinafter, the difference from the first related to the orbitron pump will be mainly described.

本実施例にかかる走査型電子顕微鏡は、主に、オービトロンポンプユニット１０および電子源室などから構成される電子銃、鏡筒、試料室ならびに粗排気系２０から構成される。電子源室には、電子源１１、引出電極１２および加速電極１３が配置されている。鏡筒は、絞り１４および対物レンズ１５を含む真空槽である。試料室は、試料１６を載置する試料ステージ１７および二次電子検出器１８を含む真空槽である。バルブ１９ａは、鏡筒と粗排気系２０を接続するものである。バルブ１９ｂは、試料室と粗排気系２０を接続するものである。粗排気系２０は、バルブ２１を介して、電子源室とオービトロンポンプユニット１０を接続する配管と、接続されている。   The scanning electron microscope according to the present embodiment is mainly composed of an electron gun, a lens barrel, a sample chamber, and a rough exhaust system 20 each composed of an orbitron pump unit 10 and an electron source chamber. An electron source 11, an extraction electrode 12, and an acceleration electrode 13 are arranged in the electron source chamber. The lens barrel is a vacuum chamber including a diaphragm 14 and an objective lens 15. The sample chamber is a vacuum chamber including a sample stage 17 on which the sample 16 is placed and a secondary electron detector 18. The valve 19 a connects the lens barrel and the rough exhaust system 20. The valve 19b connects the sample chamber and the rough exhaust system 20. The rough exhaust system 20 is connected to a pipe connecting the electron source chamber and the orbitron pump unit 10 via a valve 21.

本実施例では、オービトロンポンプユニット１０として、実施例１にかかるオービトロンポンプを用いたが、実施例２ないし実施例６にかかるものであってもよい。   In the present embodiment, the orbitron pump according to the first embodiment is used as the orbitron pump unit 10, but the orbitron pump unit 10 may be according to the second to sixth embodiments.

電子源１１から電界放出、ショットキー放出または熱電子放出によって放出された電子は、引出電極１２および加速電極１３によって引き出し加速されて電子線２３を形成する。電子線２３は、電子源１１の下流に設けられたガンバルブ２２を通過して、鏡筒および試料室に導かれる。絞り１４および対物レンズ１５によって電子線２３は集束され、試料ステージ１７に設置された試料１６に照射される。電子線照射によって試料１６から放出される二次電子または反射電子は、二次電子検出器１８で検出される。電子線を走査することにより、二次電子または反射電子の収量に比例した二次元のコントラスト像が得られる。   Electrons emitted from the electron source 11 by field emission, Schottky emission, or thermal electron emission are extracted and accelerated by the extraction electrode 12 and the acceleration electrode 13 to form an electron beam 23. The electron beam 23 passes through a gun valve 22 provided downstream of the electron source 11 and is guided to the lens barrel and the sample chamber. The electron beam 23 is converged by the diaphragm 14 and the objective lens 15 and irradiated onto the sample 16 placed on the sample stage 17. Secondary electrons or reflected electrons emitted from the sample 16 by electron beam irradiation are detected by the secondary electron detector 18. By scanning the electron beam, a two-dimensional contrast image proportional to the yield of secondary electrons or reflected electrons can be obtained.

電子源１１は、オービトロンポンプユニット１０によって排気され、超高真空〜極高真空の圧力に維持される。スパッタイオンポンプと異なり、オービトロンポンプユニット２０は、小型化や軽量化が可能であり、オービトロンポンプユニット１０および電子源室などから構成される電子銃の小型化や耐振動性能向上が可能となる。また、漏洩磁場の影響が無いため、スパッタイオンポンプに比べて電子源１１の近傍に配置することができ、したがってポンプ排気速度と配管コンダクタンスで決まる実効排気速度が向上し、スパッタイオンポンプの場合と比べて低い圧力が得られる。電子源１１としてタングステン電界放出の電子源を用いた場合には、高輝度かつ電流変動の少ない電子線を利用できる時間が従来より伸びる。したがって、色々な試料を観察や分析する汎用ＳＥＭにおいては、高分解能像が安定して得られるメリットがある。半導体パターンの寸法を測長する測長ＳＥＭにおいては、ショットキー型の電子源１１よりも高分解能の測長を実施できる。   The electron source 11 is exhausted by the orbitron pump unit 10 and is maintained at a pressure of ultra high vacuum to ultra high vacuum. Unlike the sputter ion pump, the orbitron pump unit 20 can be reduced in size and weight, and the electron gun including the orbitron pump unit 10 and the electron source chamber can be reduced in size and vibration resistance can be improved. Become. In addition, since there is no influence of the leakage magnetic field, it can be arranged near the electron source 11 as compared with the sputter ion pump. Therefore, the effective exhaust speed determined by the pump exhaust speed and the pipe conductance is improved. A lower pressure is obtained. When a tungsten field emission electron source is used as the electron source 11, the time during which an electron beam with high luminance and less current fluctuation can be used is longer than before. Therefore, a general-purpose SEM that observes and analyzes various samples has an advantage that a high-resolution image can be stably obtained. In the length measuring SEM for measuring the dimension of the semiconductor pattern, it is possible to perform length measurement with higher resolution than the Schottky electron source 11.

本実施例における真空立ち上げ手順は、大別すると、最初に、電子源室およびオービトロンポンプユニット１０などから構成される電子銃の真空排気、次に、鏡筒および試料の真空排気の順となる。鏡筒および試料室の真空排気は、試料１６の交換の度に必要となる。しかし、試料交換の際にガンバルブ２２およびバルブ２１と閉じた状態とすることにより、電子銃の真空排気を試料交換の度に実施する必要は無い。   The vacuum start-up procedure in the present embodiment can be broadly classified as follows: first, the evacuation of an electron gun including the electron source chamber and the orbitron pump unit 10 and the like, and then the evacuation of the lens barrel and the sample. Become. The lens barrel and the sample chamber are evacuated every time the sample 16 is replaced. However, since the gun valve 22 and the valve 21 are closed when the sample is exchanged, it is not necessary to evacuate the electron gun each time the sample is exchanged.

電子銃の真空排気は、次の手順による。バルブ１９ａ、１９ｂおよびガンバルブ２２を閉じた状態とし、バルブ２１を開いた状態とした上で、粗排気系２０を起動して、電子銃の粗排気を行う。電子銃の圧力を高真空（10-5〜10-6 Pa）まで排気した後、電子銃のベーキング作業を実施する。ベーキング終了前に、オービトロンポンプユニット１０のアノードおよびフィラメントを通電加熱脱ガスし、ベーキング作業を終了する。ベーキング終了直後にバルブ２１を閉じ、オービトロンポンプユニット１０を起動することにより、電子銃を超高真空〜極高真空まで排気できる。The electron gun is evacuated by the following procedure. After the valves 19a and 19b and the gun valve 22 are closed and the valve 21 is opened, the rough exhaust system 20 is activated to perform rough exhaust of the electron gun. After the pressure of the electron gun is evacuated to a high vacuum (10 −5 to 10 −6 Pa), the electron gun is baked. Before the baking is completed, the anode and the filament of the orbitron pump unit 10 are heated and degassed, and the baking operation is completed. Immediately after baking, the valve 21 is closed and the orbitron pump unit 10 is started, so that the electron gun can be evacuated from ultrahigh vacuum to ultrahigh vacuum.

鏡筒及び試料室の真空排気は、ガンバルブ２２およびバルブ２１を閉じた状態とし、バルブ１９ａおよび１９ｂを開いた状態とした上で、粗排気系２０で排気すればよい。   The vacuum exhaust of the lens barrel and the sample chamber may be performed with the rough exhaust system 20 after the gun valve 22 and the valve 21 are closed and the valves 19a and 19b are opened.

図１１に、主排気ポンプとしてオービトロンポンプを用いた電子銃を搭載した走査型電子顕微鏡の第二の実施例を示す。以下、オービトロンポンプを用いた走査電子顕微鏡にかかる第一の実施例との相違点を中心に説明する。   FIG. 11 shows a second embodiment of a scanning electron microscope equipped with an electron gun using an orbitron pump as a main exhaust pump. Hereinafter, the difference from the first embodiment according to the scanning electron microscope using the orbitron pump will be mainly described.

本実施例にかかる走査型電子顕微鏡は、主に、オービトロンポンプユニット２０と直結した電子源室、鏡筒、試料室および粗排気系２０から構成される。電子源１１は、オービトロンポンプユニット２０の取り付け口の近傍に配置されている。粗排気系２０は、バルブ２１を介して、電子源室と接続されている。つまり、本実施例では、図１０で示した走査電子顕微鏡の第一の実施例と異なり、電子源室とオービトロンポンプユニット１０が配管を通すこと無く直結されていることを特徴とする。   The scanning electron microscope according to the present embodiment mainly includes an electron source chamber, a lens barrel, a sample chamber, and a rough exhaust system 20 that are directly connected to the orbitron pump unit 20. The electron source 11 is disposed in the vicinity of the attachment opening of the orbitron pump unit 20. The rough exhaust system 20 is connected to the electron source chamber via a valve 21. That is, in this embodiment, unlike the first embodiment of the scanning electron microscope shown in FIG. 10, the electron source chamber and the orbitron pump unit 10 are directly connected without passing through a pipe.

なお、実施例１ないし実施例８は適宜組合せることが可能であり、本願明細書は当該組合せ形態についても開示する。   In addition, Example 1 thru | or Example 8 can be combined suitably, and this-application specification discloses also the said combination form.

また、実施例７および実施例８では、主排気ポンプとしてオービトロンポンプを用いた電子銃の適用例として走査型電子顕微鏡を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、透過型電子顕微鏡や電子線描画装置に用いることもできる。   In the seventh and eighth embodiments, the scanning electron microscope has been described as an application example of the electron gun using the orbitron pump as the main exhaust pump. However, the present invention is not limited to this, and the transmission electron microscope is not limited thereto. It can also be used for a microscope and an electron beam drawing apparatus.

１：アノード、２：吸着材料源、３：フィラメント、４：ポンプチャンバ
５：リフレクタ電極、６：グリッド電極、７：ヒーター
１０：オービトロンポンプユニット、１１：電子源、１２：引出電極、１３：加速電極
１４：絞り、１５：対物レンズ、１６：試料、１７：試料ステージ
１８：二次電子検出器、１９：バルブ、２０：粗排気系、２１：バルブ
２２：ガンバルブ、２３：電子線1: anode, 2: adsorption material source, 3: filament, 4: pump chamber 5: reflector electrode, 6: grid electrode, 7: heater 10: orbitron pump unit, 11: electron source, 12: extraction electrode, 13: Accelerating electrode 14: Aperture, 15: Objective lens, 16: Sample, 17: Sample stage 18: Secondary electron detector, 19: Valve, 20: Rough exhaust system, 21: Valve 22: Gun valve, 23: Electron beam

Claims (24)

アノード、吸着材料源および電子放出用フィラメントがチャンバの内部に配置されたオービトロンポンプにおいて、
前記アノードが通電加熱され、
前記アノードが前記チャンバの内部で折り返された形状である、オービトロンポンプ。 In an orbitron pump in which an anode, a source of adsorbent material and an electron emission filament are arranged inside the chamber,
The anode is energized and heated ,
An orbitron pump , wherein the anode has a shape folded inside the chamber . 前記吸着材料源が前記アノードに保持されている、請求項１記載のオービトロンポンプ。 The orbitron pump according to claim 1, wherein the adsorbent material source is held by the anode. ワイヤ状の前記吸着材料源が前記アノードに巻き付けられているか、前記吸着材料源の塊が前記アノードに担持されているか、または前記吸着材料源が前記アノードの表面に塗布されている、請求項２記載のオービトロンポンプ。 Or wire-like said sorption material source is wound on the anode, said one mass of adsorbent material source is supported on the anode, or the adsorbent material source is applied to the anode surface, according to claim 2 The orbitron pump described . 前記吸着材料源が前記アノードと前記チャンバの間の空間に配置されている、請求項１記載のオービトロンポンプ。 The adsorbent material source is disposed in the space between the anode and the chamber, according to claim 1 au bi Tron pump according. アノード、吸着材料源および電子放出用フィラメントがチャンバの内部に配置されたオービトロンポンプにおいて、
前記アノードが通電加熱され、
前記吸着材料源を保持するヒーターを備え、
前記アノードと前記吸着材料源が分離している、オービトロンポンプ。 In an orbitron pump in which an anode, a source of adsorbent material and an electron emission filament are arranged inside the chamber,
The anode is energized and heated,
A heater for holding the adsorbent material source;
The anode and the adsorbent material source is separated, O-bi Tron pump. 前記ヒーターが前記チャンバの内部で折り返された形状であり、通電加熱される、請求項５記載のオービトロンポンプ。 The orbitron pump according to claim 5, wherein the heater has a shape folded inside the chamber and is electrically heated. ワイヤ状の前記吸着材料源が前記ヒーターに巻き付けられているか、前記吸着材料源の塊が前記ヒーターに担持されているか、または前記吸着材料源が前記ヒーターの表面に塗布されている、請求項５記載のオービトロンポンプ。 Or wire-like said sorption material source is wound around the heater, the one mass of adsorbent material source is supported on the heater, or the adsorbent material source is applied to the surface of the heater, according to claim 5 The orbitron pump described . 前記電子放出用フィラメントから放出される電子を前記チャンバ内に閉じ込めるリフレクタ電極を有する、請求項１記載のオービトロンポンプ。 It said having a reflector electrode for confining the electrons emitted into the chamber from an electron emission filament, claim 1 au bi Tron pump according. 前記電子放出用フィラメントから放出される電子との反応によってイオン化されたガス分子を前記チャンバ内壁に向かって加速するグリッド電極を有する、請求項１記載のオービトロンポンプ。 Wherein a grid electrode to accelerate towards the gas molecules are ionized in the chamber inner wall by reaction with electrons emitted from the electron emission filament, claim 1 au bi Tron pump according. 前記吸着材料源が前記グリッド電極と前記チャンバの内壁の間にある、請求項９記載のオービトロンポンプ。 The adsorbent material source is between the inner wall of the chamber and the grid electrode, Haut bi Tron pump according to claim 9, wherein. 前記アノードからの輻射熱により前記吸着材料源を清浄化する、請求項１記載のオービトロンポンプ。 Cleaning the adsorbent material source by radiant heat from the anode, according to claim 1 au bi Tron pump according. アノード、吸着材料源および電子放出用フィラメントがチャンバの内部に配置されたオービトロンポンプならびに電子線を形成する手段を備えた電子線装置において、
前記アノードが通電加熱され、
前記アノードが前記チャンバの内部で折り返された形状である、電子線装置。 In an electron beam apparatus comprising an orbitron pump in which an anode, an adsorbent material source and an electron emission filament are arranged inside a chamber, and means for forming an electron beam,
The anode is energized and heated ,
An electron beam apparatus , wherein the anode has a shape folded inside the chamber . 前記吸着材料源が前記アノードに保持されている、請求項１２記載の電子線装置。 The electron beam apparatus according to claim 12, wherein the adsorption material source is held by the anode. ワイヤ状の前記吸着材料源が前記アノードに巻き付けられているか、前記吸着材料源の塊が前記アノードに担持されているか、または前記吸着材料源が前記アノードの表面に塗布されている、請求項１３記載の電子線装置。 Or wire-like said sorption material source is wound on the anode, said one mass of adsorbent material source is supported on the anode, or the adsorbent material source is applied to the anode surface, according to claim 13 The electron beam apparatus as described . 前記吸着材料源が前記アノードと前記チャンバの間の空間に配置されている、請求項１２記載の電子線装置。 The electron beam apparatus according to claim 12, wherein the adsorption material source is disposed in a space between the anode and the chamber. アノード、吸着材料源および電子放出用フィラメントがチャンバの内部に配置されたオービトロンポンプならびに電子線を形成する手段を備えた電子線装置において、
前記アノードが通電加熱され、
前記吸着材料源を保持するヒーターを備え、
前記アノードと前記吸着材料源が分離している、電子線装置。 In an electron beam apparatus comprising an orbitron pump in which an anode, an adsorbent material source and an electron emission filament are arranged inside a chamber, and means for forming an electron beam,
The anode is energized and heated,
A heater for holding the adsorbent material source;
The anode and the adsorbent material source are separated, the electron beam apparatus. 前記ヒーターが前記チャンバの内部で折り返された形状であり、通電加熱される、請求項１６記載の電子線装置。 The electron beam apparatus according to claim 16, wherein the heater has a shape folded inside the chamber and is heated by energization. ワイヤ状の前記吸着材料源が前記ヒーターに巻き付けられているか、前記吸着材料源の塊が前記ヒーターに担持されているか、または前記吸着材料源が前記ヒーターの表面に塗布されている、請求項１６記載の電子線装置。 Or wire-like said sorption material source is wound around the heater, the one mass of adsorbent material source is supported on the heater, or the adsorbent material source is applied to the surface of the heater, according to claim 16 The electron beam apparatus as described . 前記電子放出用フィラメントから放出される電子を前記チャンバ内に閉じ込めるリフレクタ電極を有する、請求項１２記載の電子線装置。 13. The electron beam apparatus according to claim 12, further comprising a reflector electrode for confining electrons emitted from the electron emission filament in the chamber. 前記電子放出用フィラメントから放出される電子との反応によってイオン化されたガス分子を前記チャンバ内壁に向かって加速するグリッド電極を有する、請求項１２記載の電子線装置。 13. The electron beam apparatus according to claim 12, further comprising a grid electrode that accelerates gas molecules ionized by a reaction with electrons emitted from the electron emission filament toward the inner wall of the chamber. 前記吸着材料源が前記グリッド電極と前記チャンバの内壁の間にある、請求項２０記載の電子線装置。 21. The electron beam apparatus according to claim 20, wherein the adsorbent material source is between the grid electrode and the inner wall of the chamber. 前記アノードからの輻射熱により前記吸着材料源を清浄化する、請求項１２記載の電子線装置。 Cleaning the adsorbent material source by radiant heat from the anode, an electron beam apparatus according to claim 12, wherein. 前記オービトロンポンプが、電子源をその内部に配置している電子源室に直結している、請求項１２記載の電子線装置。 The O-bi Tron pump, is directly connected to the electron source chamber is disposed an electron source therein, an electron beam apparatus according to claim 12, wherein. 電子源は、前記オービトロンポンプに組み込まれている、請求項１２記載の電子線装置。 The electron beam apparatus according to claim 12 , wherein an electron source is incorporated in the orbitron pump.
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