電子線装置
【課題】２個のＯリングからなる二重シール構造のＯリング間の真空引きを低コストに行うことのできる電子線装置を提供する。
【解決手段】電子銃部１６を排気するための第１の真空ポンプＲＰ２と、試料室１２を排気するための第２の真空ポンプＤＰとを設けると共に、電子銃部１６の開閉箇所をシールする二重シール構造の二重Ｏリング空間Ｓ１と第１の真空ポンプＲＰ２を繋ぐ第１の排気経路Ｄ７、Ｄ４と、二重Ｏリング空間Ｓ１と試料室１２を繋ぐ第２の排気経路Ｄ６とを設け、電子銃部１６を開放する際には、第２の排気経路Ｄ６を遮断し、電子銃部１６の閉鎖直後は、第１の排気経路Ｄ７、Ｄ４を連通させて二重Ｏリング空間Ｓ１及び電子銃部１６を第１の真空ポンプＲＰ２で粗引きし、その後、第１の排気経路Ｄ７、Ｄ４を遮断して第２の排気経路Ｄ６を連通させ、二重Ｏリング空間Ｓ１を試料室１２経由で第２の真空ポンプＤＰにより排気する。
【解決手段】電子銃部１６を排気するための第１の真空ポンプＲＰ２と、試料室１２を排気するための第２の真空ポンプＤＰとを設けると共に、電子銃部１６の開閉箇所をシールする二重シール構造の二重Ｏリング空間Ｓ１と第１の真空ポンプＲＰ２を繋ぐ第１の排気経路Ｄ７、Ｄ４と、二重Ｏリング空間Ｓ１と試料室１２を繋ぐ第２の排気経路Ｄ６とを設け、電子銃部１６を開放する際には、第２の排気経路Ｄ６を遮断し、電子銃部１６の閉鎖直後は、第１の排気経路Ｄ７、Ｄ４を連通させて二重Ｏリング空間Ｓ１及び電子銃部１６を第１の真空ポンプＲＰ２で粗引きし、その後、第１の排気経路Ｄ７、Ｄ４を遮断して第２の排気経路Ｄ６を連通させ、二重Ｏリング空間Ｓ１を試料室１２経由で第２の真空ポンプＤＰにより排気する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料を配置するための試料室と該試料に対して電子線を照射するための電子銃とを備えた電子線装置に関し、特に該電子線装置の真空排気機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子線プローブ微小分析装置（Electron Probe MicroAnalyser：ＥＰＭＡ）では、高エネルギーを有する微小径の電子線を励起線として試料に照射し、それによって試料の含有成分の内殻電子が励起された際に外部に放出される固有Ｘ線を検出、測定することにより、元素の同定や定量を行ったり、元素の分布を調べたりする（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
前記ＥＰＭＡは、試料を配置するための試料室と、該試料に対して電子線を照射するための電子銃を収容する電子銃部とを含んでおり、該試料室及び電子銃部の内部は、真空ポンプによってそれぞれ所定の真空度に維持される。
【０００４】
従来、ＥＰＭＡの電子銃においては、電子源としてタングステン製のフィラメントを用いるのが一般的であったが、近年では、ＣｅＢ６カソードをはじめとする結晶タイプのカソードも広く用いられるようになっている。結晶タイプのカソードは、タングステン製フィラメントに比べて長寿命であり、高い分解能が得られるという特徴があるが、その反面、安定して作動させるためには高い真空度が要求される。具体的には、タングステン製フィラメントを用いる場合、電子銃部内は１×１０−３Ｐａ程度以下の真空度でよいのに対し、結晶タイプのカソードを用いる場合には１×１０−６Ｐａ程度以下の真空度とする必要がある。
【０００５】
従来のタングステン製フィラメントを用いるＥＰＭＡでは、電子銃部周辺の可動部や開閉部における気密性確保のためのシール機構として、エラストマーから成るＯリングが用いられていた。しかし、こうしたエラストマー製Ｏリングは、より高い真空度が求められる結晶タイプのカソードを備えたＥＰＭＡにおいてはシール性が不十分な場合があった。一方、前記シール機構として金属製のＯリング（メタルシール）や金属ベローズを用いれば高真空化に対応できるが、その場合、該開閉部や可動部の構造が複雑になる。特に、前記開閉部にメタルシールを用いる場合には、前記開閉部をボルト等によって固定する必要が生じるため、電子銃部の開閉や位置調整等を行う際にスパナ等の工具が必要となり、ユーザの作業負担が増大するという問題があった。
【０００６】
そこで、本願発明者らは、こうした電子銃部周辺の開閉部や可動部におけるシール機構として、２個のエラストマー製Ｏリングを同心円状に配置した二重シール構造を採用することを提案した（特願2009-191656）。これによれば、開閉部の開閉や可動部における位置調整等の作業効率を低下させることなく、高真空下においても良好なシール性能を達成することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2007-127511号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、従来のＥＰＭＡでは、試料室と電子銃部とをそれぞれ真空ポンプで排気しているが、このような電子線装置に上記のような二重シール構造を採用した場合、更に、２個のＯリング間の空間についても真空引きを行う必要が生じる。しかし、このような２個のＯリング間の空間の真空引きのために新たに真空ポンプを設けた場合、電子線装置の製造コストやランニングコストが増大するという問題がある。更に、このような場合、前記の空間用に設けた真空ポンプの動作を試料室用や電子銃部用の真空ポンプの起動及び停止に同期させて制御する必要があり、ポンプの制御が複雑化するという問題もあった。
【０００９】
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、大幅なコストの増大や制御の複雑化を招来することなく２個のＯリング間の空間の真空引きを行うことのできる電子線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために成された本発明に係る電子線装置は、
試料が収容される試料室と、
前記試料室に収容された試料に照射するための電子線を発生する電子銃を内部に含む電子銃部と、
前記電子銃部を排気するための第１の真空ポンプと、
前記試料室を排気するための第２の真空ポンプと、
を備えた電子線装置において、
前記電子銃部が、電子銃を収容する筒状の容器本体と、該容器本体の一端の開口を開閉する蓋部と、前記容器本体と前記蓋部との間に設けられ、前記容器本体の軸方向及び軸方向と直交する径方向の少なくとも一方向に離れて配置された２個のＯリングから成る容器シール機構とを有するものであって、
前記蓋部を閉鎖した直後は、前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間を前記第１の真空ポンプで排気して第１の真空度とし、その後、前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間を前記第２の真空ポンプで排気して前記第１の真空度より高い第２の真空度とすることを特徴としている。
【００１１】
なお、容器本体は円筒状に限らないが、本発明では便宜上、軸方向と直交する方向を径方向と称する。
【００１２】
前記第１の真空ポンプとしては、電子銃部の粗引き用ポンプとして従来から電子銃装置に設けられているものを利用することができ、前記第２の真空ポンプは試料室の本引き用ポンプとして従来から設けられているものを利用することができる。そのため、上記構成によれば、電子線装置に従来から設けられているポンプを利用して２個のＯリング間の空間の粗引き及び本引きを行うことができ、大幅なコスト増大を招来することなく、前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間を高い真空度にして良好なシール性を達成することができる。
【００１３】
なお、前記第１の真空ポンプとしては、例えば、ロータリポンプ等を使用することができ、前記第２の真空ポンプとしては、前記第１の真空ポンプよりも排気能力が高い（即ち、到達真空度が高い）ポンプ、例えば、拡散ポンプ、ターボ分子ポンプ等を用いることができる。また、前記第１の真空ポンプは前記試料室の粗引き用ポンプを兼ねたものであってもよい。
【００１４】
また、上記本発明に係る電子線装置は、
前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間と前記第１の真空ポンプを繋ぐ第１の排気経路と、
前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間と前記試料室を繋ぐ第２の排気経路と、を備え、
前記蓋部を開放する際及び該蓋部の閉鎖直後は、前記第２の排気経路を閉鎖するものとすることが望ましい。
【００１５】
このように、前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間と試料室を繋ぐ第２の排気経路を設け、前記試料室を介して前記第２の真空ポンプによる前記２個のＯリング間の空間の排気を行う構成とすることにより、該第２の真空ポンプによる２個のＯリング間の空間の真空排気のために設ける配管を短くすることができ、該空間を短時間で排気することが可能となる。また、上記のように、蓋部を開放する際及び該蓋部の閉鎖直後には、第２の排気経路を閉鎖することにより、大気圧又は低真空状態にある２個のＯリング間の空間を前記試料室から切り離すことができ、該試料室内の真空度が低下するのを防止することができる。
【００１６】
また、前記本発明に係る電子線装置は、
前記蓋部が、筒状の蓋本体と、前記蓋本体の内周部に位置調節可能に取り付けられ、前記蓋本体の内周部を閉塞すると共に前記電子銃を支持する支持板と、前記支持板と前記蓋本体との間に設けられ、前記蓋本体の軸方向及び軸方向と直交する径方向の少なくとも一方向に離れて配置された２個のＯリングから成る蓋シール機構とを有するものであって、
前記蓋本体に形成され、前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間と前記蓋シール機構の２個のＯリング間の空間とを繋ぐバイパス通路を備えたものとしてもよい。
【００１７】
なお、蓋本体は円筒状に限らないが、本発明では便宜上、軸方向と直交する方向を径方向と称する。
【００１８】
このような構成によれば、前記容器シール部の２個のＯリング間の空間と蓋シール部の２個のＯリング間の空間が前記バイパス経路によって連通した状態となるため、前記第１の真空ポンプ又は前記第２の真空ポンプによって前記容器シール部の２個のＯリング間の空間を真空排気する際に、同時に前記蓋シール部の２個のＯリング間の空間をも真空排気することができる。
【００１９】
なお、電子線装置の電子銃部は、前記蓋部が設けられた開口の他に電子線を出射させるための開口を有しており、この開口の周りにも二重Ｏリング機構から成るシール機構を設けることが望ましい。そこで、本発明に係る電子線装置は、更に、
前記電子銃部の容器本体の他端の開口と、
前記他端の開口から出射された電子線を前記試料室へ導くための電子線通過部と、
前記電子線通過部と前記電子銃部の容器本体との間に前記他端の開口を囲むように設けられ、前記容器本体の軸方向及び軸方向と直交する径方向の少なくとも一方向に離れて配置された２個のＯリングから成る通路シール機構と、
前記通路シール機構の２個のＯリング間の空間と前記試料室とを繋ぐ第３の排気経路と、
を備えるものとすることが望ましい。
【００２０】
このような構成とすることにより、前記通路シール機構の２個のＯリング間の空間についても専用のポンプを設けることなく真空排気することができる。なお、該通路シール機構の２個のＯリング間の空間は、電子銃部の蓋部の開閉に拘わらず、常時、試料室を介して第２の真空ポンプにより真空排気される。
【発明の効果】
【００２１】
以上で説明したように、本発明に係る電子線装置によれば、２個のＯリング間の空間の排気のために新たに真空ポンプを設ける必要がないため、大幅なコストの増大や制御の複雑化を招来することなく２個のＯリング間の空間の真空引きを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例に係るＥＰＭＡの概略構成を示す模式図。
【図２】同実施例に係るＥＰＭＡの電子銃部周辺の構造を示す縦断面図。
【図３】蓋を開放した状態で示す図２相当図。
【図４】電子銃部の２個のシール機構を拡大して示す縦断面図。
【図５】本発明に係るＥＰＭＡの他の構成例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明をＥＰＭＡに適用した一実施例について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施例に係るＥＰＭＡの概略構成を真空排気系統を中心に記載した模式図であり、図２は電子銃部１６の内部構成を示す縦断面図である。
【００２４】
本実施例に係るＥＰＭＡは、電子銃１４を収容した電子銃部１６と、電子銃部１６から出射された電子線を通過させる電子線通路Ｅ１を有するコンデンサレンズ部１８と、被測定試料が配置される試料室１２とを備えている。なお、ここでは図示を省略しているが、試料室１２内には、試料を支持する試料台、試料から放射されるＸ線を波長別に分光する分光素子と分光された特性Ｘ線を検出するＸ線検出器等が収容されている。また、本実施例に係るＥＰＭＡは、更に、前記試料室１２や電子銃部１６等を所定の真空度に維持するための排気管やポンプ等から成る真空排気系統、及び前記各部の動作を制御する制御部１００を備えている。
【００２５】
電子銃１４は電子発生部材を有するカソード２０を備えている。本実施例のＥＰＭＡでは、電子発生部材として結晶タイプのカソードのひとつであるＣｅＢ６カソードが用いられている。コンデンサレンズ部１８(本発明の電子線通過部に相当)は、電磁偏向レンズとして機能する筒状のコイル（図示略）と、該コイル部の中心を通る筒状の電子線通路Ｅ１を有している。電子銃１４から放射された電子線は電子線通路Ｅ１を通って試料室１２内の試料に照射される。
【００２６】
次に、電子銃部１６の構成について図２〜図４を参照して説明する。電子銃部１６はコンデンサレンズ部１８の上端部に取り付けられており、円筒型の容器４０と、容器４０内に収容された電子銃１４とを有する。
【００２７】
コンデンサレンズ部１８の上端面には環状凹部４２が形成されており、電子銃部１６の下面には前記環状凹部４２内に配置される環状凸部４４が形成されている。コンデンサレンズ部１８の電子線通路Ｅ１は前記環状凹部４２の内周の凸部の中心から軸方向(上下方向)に延びている。
環状凸部４４は環状凹部４２内を移動できるように構成されている。コンデンサレンズ部１８の上部には外周面から環状凹部４２に向かって延びる複数の孔が形成されており、前記孔にビス４７を螺挿し、その先端で環状凸部４４を押圧することにより環状凸部４４、つまり電子銃部１６が水平方向に移動されるようになっている。これにより、電子線通路Ｅ１の中心軸線と電子線の照射軸線との位置合わせをすることができる。
【００２８】
容器４０は、容器本体４０１と、この容器本体４０１にヒンジ４０２を介して連結された、該容器本体４０１の上部開口を開閉する蓋部４０４とから構成されている。容器本体４０１内の下部には該容器本体４０１の内部を電子銃室４０５とその下のバルブ室４０６とに仕切る仕切板４０７が設けられている。仕切板４０７の中央には導入孔５０ａを有する電子導入部材５０が取り付けられている。電子銃１４から放射された電子線は導入孔５０ａを通ってバルブ室４０６内に導入される。
バルブ室４０６の下面の中央には開口４０８が形成されており、該バルブ室４０６内には前記開口４０８を開閉する弁部材５２が移動可能に収容されている。弁部材５２は電子銃部１６の外部に設けられたピストン５４によって移動される。コンデンサレンズ部１８の電子線通路Ｅ１の上端は前記開口４０８内に突出しており、弁部材５２によって開口４０８が閉鎖されていないときはバルブ室４０６を介して電子線通路Ｅ１と導入孔５０ａ(電子銃室４０５)とが連通する。
【００２９】
蓋部４０４は、中央に開口４０９ａを有するフランジ部４０９と、前記開口４０９ａを塞ぐようにフランジ部４０９の上部に取り付けられたカバー４１０とから成る。また、フランジ部４０９の開口４０９ａ内には電子銃１４を支持する支持板４１１が取り付けられている。電子銃１４はコネクタ部１４１を介して高圧ケーブル（一点鎖線で図示）と接続されており、その下端部にカソード２０が交換可能に取り付けられている。なお、図示しないが、フランジ部４０９には外周面から開口４０９ａに向かって延びる複数の孔が形成されている。これらの孔にビスを螺挿して支持板４１１を押圧することにより該支持板４１１が水平方向に移動され、もって電子銃１４のカソード２０の位置合わせが成される。
【００３０】
蓋部４０４を開いた様子を図３に示す。蓋部４０４はヒンジ４０２を支点として回動する。蓋部４０４を上方に回動させることにより蓋部４０４に固定された電子銃１４も上方に移動し、電子銃１４の先端のカソード２０を交換することができる。
【００３１】
上記構成のＥＰＭＡは、可動部である電子銃部１６とコンデンサレンズ部１８との間、電子銃部１６の開閉部である蓋部４０４と容器本体４０１との間、可動部である支持板４１１とフランジ部４０９との間に、それぞれ特徴的なシール機構を備えている。以下、これらシール機構について順に説明する。
【００３２】
〔電子銃部とコンデンサレンズ部との間のシール機構〕
図２に示すように、電子銃部１６とコンデンサレンズ部１８との間のシール機構６０(本発明の通路シール機構に相当)は直径寸法が異なる２個のＯリング６１、６２を備えている。これらＯリング６１、６２はいずれもエラストマー製で、電子線通路Ｅ１の中心軸線を中心とする同心円から成る。一方のＯリング６１は、コンデンサレンズ部１８の環状凹部４２と電子銃部１６の環状凸部４４の間に配置されており、他方のＯリング６２は、コンデンサレンズ部１８の環状凹部４２で囲まれた凸部の上面と電子銃部１６の下面との間に配置されている。いずれのＯリング６１、６２も電子銃部１６の下面に形成された環状溝部６３、６４に収容されている。これら大小２個のＯリング６１、６２からなる二重シール構造により電子銃部１６とコンデンサレンズ部１８との間の間隙が気密に封止される。
【００３３】
また、コンデンサレンズ部１８には、環状凹部４２のうち環状凸部４４が位置しない領域の下面からコンデンサレンズ部１８の外周部に向かって延びる排気通路６５が形成されており、この排気通路６５は排気管６６に接続されている。
【００３４】
〔電子銃部の容器本体と蓋部との間のシール機構〕
図２〜図４に示すように、電子銃部１６の容器本体４０１と蓋部４０４との間のシール機構７０(本発明の容器シール機構に相当)は直径寸法が異なる２個のエストラマー製のＯリング７１、７２を備えている。容器本体４０１の周壁部の上端面は内周側が外周側よりも低い段違い面７３になっており、これに対応して蓋部４０４（フランジ部４０９）の下面にも段違い面７４が設けられている。２個のＯリング７１、７２は容器本体４０１の段違い面７３と蓋部４０４の段違い面７４の間に配置されている。具体的には、一方のＯリング７１は、容器本体４０１の段違い面７３の上段に形成された環状溝部７５に収容されており、他方のＯリング７２は段違い面７３の下段に形成された環状溝部７６に収容されている。段違い面７３の上段及び下段に環状溝部７５、７６を形成したことにより、大小２個のＯリング７１、７２は容器本体４０１の内外方向及び上下方向に離れて配置される。これら大小２個のＯリング７１、７２からなる二重シール構造により容器本体４０１と蓋部４０４との間の間隙が気密に封止される。
【００３５】
また、容器本体４０１の段違い面７３の下段と上段との間には環状の排気溝７７が形成されている。容器本体４０１の周壁部には前記排気溝７７と外部とを連通する排気通路７８が形成されており、該排気通路７８は排気管７９、及び排気管８０に接続されている。
【００３６】
〔蓋部のフランジ部と支持板との間のシール機構〕
図２〜図４に示すように、蓋部４０４のフランジ部４０９と支持板４１１との間のシール機構８１(本発明の蓋シール機構に相当)は直径寸法が異なる２個のエストラマー製のＯリング８２、８３を備えている。フランジ部４０９の内周面には全周にわたって凹溝８４が形成されており、この凹溝８４よりも下部には内周に向かって突出する突出部８５が設けられている。支持板４１１は、その周縁部が凹溝８４に入り込んだ状態で突出部８５の上面に支持されている。
【００３７】
突出部８５の上面は、内周部が低い段違い面８６になっており、これに対応して、支持板４１１の外周部の下面にも段違い面８７が形成されている。２個のＯリング８２、８３は突出部８５の段違い面８６と支持板４１１の段違い面８７の間に配置されている。具体的には、一方のＯリング８２は、突出部８５の段違い面８６の上段に形成された環状溝部８８に収容されており、他方のＯリング８３は段違い面８６の下段に形成された環状溝部８９に収容されている。段違い面８６の上段及び下段に環状溝部８８、８９を形成したことにより、大小２個のＯリング８２、８３は蓋部４０４の内外方向及び上下方向に離れて配置される。これら大小２個のＯリング８２、８３からなる二重シール構造により蓋部４０４のフランジ部４０９と支持板４１１との間の間隙が気密に封止される。
【００３８】
また、フランジ部４０９の段違い面８６の下段と上段との間には環状の排気溝９０が形成されている。さらに、フランジ部４０９には、前記排気溝９０と容器本体４０１の排気溝７７とを繋ぐバイパス通路９１が形成されている。前記バイパス通路９１により、排気溝９０は排気管７９及び排気管８０に接続される。
【００３９】
なお、本実施例では、各シール機構６０、７０、８１を構成する２個Ｏリングを容器本体４０１や蓋部４０４の内外方向及び上下方向に離れて配置した。特に、外周側のＯリングを内周側のＯリングよりも高い位置に設けたため、Ｏリング間の空間を排気するための排気通路を、該空間から容器本体４０１の外周部に向かって直接延ばすことができる。従って、容器本体４０１に排気通路を容易に加工することができる。
【００４０】
次に、本実施例のＥＰＭＡにおける真空排気系統の構成について図１を参照して説明する。なお、以下では、排気溝９０、バイパス通路９１、及び排気溝７７を一括して上側の二重Ｏリング空間Ｓ１と呼び、環状凹部４２と環状凸部４４で囲まれる空間を下側の二重Ｏリング空間Ｓ２と呼ぶ。
【００４１】
試料室１２は、排気経路Ｄ１を介してメインポンプである拡散ポンプＤＰに接続されており、該拡散ポンプＤＰの背圧側は、更に排気経路Ｄ２を介して補助真空ポンプであるロータリポンプＲＰ１に接続されている。なお、排気経路Ｄ１上には該排気経路Ｄ１を開閉するためのメインバルブＶ７が設けられている。なお、前記メインポンプとしては、前記のような拡散ポンプの代わりにターボ分子ポンプ等を使用してもよい。
【００４２】
電子銃部１６は、排気経路Ｄ３を介してイオンポンプＩＰに接続されると共に、排気経路Ｄ４を介して粗引き用ポンプであるロータリポンプＲＰ２に接続されている。前記排気経路Ｄ４上には、電子銃部１６内を大気圧に戻すためのベントバルブＬＶ１と、排気経路Ｄ４を開閉するための電子銃部用第一予備排気バルブＶ１及び電子銃部用第二予備排気バルブＶ２とが、電子銃部１６側からロータリポンプＲＰ２側に向かってこの順序で配設されている。また更に、排気経路Ｄ４上の電子銃部１６とベントバルブＬＶ１の間には接続点Ｐ１が設けられ、該接続点Ｐ１と試料室１２との間に両者を接続する排気経路Ｄ５が設けられている。そして、この排気経路Ｄ５上には該排気経路Ｄ５を開閉するためのバイパスバルブＶ５が設けられている。
【００４３】
電子銃部１６と試料室１２は、電子銃１４から放射された電子線を試料室１２へと導くための電子線通路Ｅ１によって接続されている。該電子線通路Ｅ１には、図示しないオリフィスが設けられており、これが抵抗となって電子銃部１６と試料室１２の間の圧力差が維持される。また、電子線通路Ｅ１は、上述のバルブ室４０６、弁部材５２、及びピストン５４を含むカラムバルブＶ６によって開閉できる構成となっている。
【００４４】
上側の二重Ｏリング空間Ｓ１は、排気通路７８と排気管７９を含む排気経路Ｄ６を介して試料室１２に接続されており、この排気経路Ｄ６上には該排気経路Ｄ６を開閉するための二重Ｏリング空間用メイン排気バルブＶ４が設けられている。また、上側の二重Ｏリング空間Ｓ１は、更に、排気通路７８と排気管８０を含む排気経路Ｄ７を介して、排気経路Ｄ４上の電子銃部用第一予備排気バルブＶ１と電子銃部用第二予備排気バルブＶ２の間に設けられた接続点Ｐ２にも接続されており、この排気経路Ｄ７上には該排気経路Ｄ７を開閉するための二重Ｏリング空間用予備排気バルブＶ３が設けられている。
【００４５】
一方、下側の二重Ｏリング空間Ｓ２は、排気通路６５と排気管６６を含む排気経路Ｄ８を介して、排気経路Ｄ５上のバイパスバルブＶ５と試料室１２との間に設けられた接続点Ｐ３に接続されている。
【００４６】
なお、本実施例においては、ロータリポンプＲＰ２が本発明における第１の真空ポンプに相当し、拡散ポンプＤＰが本発明における第２の真空ポンプに相当する。
また、本実施例における排気経路Ｄ７、接続点Ｐ２、及び排気経路Ｄ４が本発明における第１の排気経路に、排気経路Ｄ６が本発明における第２の排気経路に、排気経路Ｄ８、接続点Ｐ３、及び排気経路Ｄ５が本発明における第３の排気経路に相当する。
【００４７】
以下、本実施例のＥＰＭＡ装置の真空排気系統における制御部１００の動作について説明する。
【００４８】
（１）通常の動作時
通常の動作時（例えば、試料の分析時）には、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ５が閉鎖され、バルブＶ４、Ｖ６、Ｖ７が開放される。これにより、試料室１２は拡散ポンプＤＰによって排気され、１０−４Ｐａ程度の真空度に維持される。なお、拡散ポンプＤＰの背圧側はロータリポンプＲＰ１によって排気される。また、電子銃部１６はイオンポンプＩＰによって排気され、１０−６Ｐａ程度の真空度に維持される。更に、上側の二重Ｏリング空間Ｓ１は、排気経路Ｄ６及び試料室１２を介して拡散ポンプＤＰによって排気され、下側の二重Ｏリング空間Ｓ２は、排気経路Ｄ８、接続点Ｐ３、排気経路Ｄ５、及び試料室１２を介して拡散ポンプＤＰにより排気される。これにより、各二重Ｏリング空間Ｓ１、Ｓ２は、試料室１２と同程度の真空度に維持される。
【００４９】
（２）蓋部の開放時
電子銃１４のメンテナンス（例えば、カソードの交換等）のために蓋部４０４を開く際には、まず、上記通常の動作時の状態から、バルブＶ４、Ｖ６を閉鎖することにより、電子銃部１６及び上側の二重Ｏリング空間Ｓ１を試料室１２から切り離す。続いて、バルブＶ１、Ｖ３及びベントバルブＬＶ１を開放し、ベントバルブＬＶ１から空気を導入することにより、電子銃部１６と上側の二重Ｏリング空間Ｓ１の内部を大気圧とする。その後、ユーザが電子銃部１６の蓋部４０４を開けて電子銃１４のメンテナンスを行う。なお、電子銃部１６及び上側の二重Ｏリング空間Ｓ１が大気開放されている間も、下側の二重Ｏリング空間Ｓ２は、引き続き試料室１２経由で拡散ポンプＤＰにより真空排気される。
【００５０】
（３）蓋部の閉鎖直後
電子銃１４のメンテナンスが完了すると、ユーザによって電子銃部１６の蓋部４０４が閉鎖される。この時点では、電子銃部１６及び上側の二重Ｏリング空間Ｓ１は大気圧となっているため、これらを再び試料室１２に接続する前に、まず、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３を開放し、ベントバルブＬＶ１を閉鎖した状態で、粗引き用のロータリポンプＲＰ２により電子銃部１６及び上側の二重Ｏリング空間Ｓ１の粗引きを行う。その後、粗引きが終了した時点、即ち電子銃部１６及び/又は上側の二重Ｏリング空間Ｓ１が所定の真空度に達した時点（又は粗引きの開始から所定時間が経過した時点）で、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３を閉鎖してロータリポンプＲＰ２を停止する。そして、バルブＶ４、Ｖ５、Ｖ６を開放することにより電子銃部１６及び上側の二重Ｏリング空間Ｓ１を再び試料室１２と接続する。
【００５１】
これにより、以降は上側の二重Ｏリング空間Ｓ１が排気経路Ｄ６及び試料室１２を介して拡散ポンプＤＰにより真空排気されることとなり、該二重Ｏリング空間Ｓ１は試料室１２と同程度の真空度（１０−４Ｐａ程度）に到達・維持される。また、電子銃部１６は、排気経路Ｄ４、接続点Ｐ１、排気経路Ｄ５、及び試料室１２を介して拡散ポンプＤＰにより試料室１２と同程度の真空度まで排気され、その後、バイパスバルブＶ５を閉鎖してイオンポンプＩＰによる真空排気を行うことにより、１０−６Ｐａ程度の真空度に到達・維持される。
【００５２】
以上のように、本実施例に係るＥＰＭＡでは、電子銃部１６の蓋部４０４が閉鎖された直後は、ロータリポンプＲＰ２によって上側の二重Ｏリング空間Ｓ１を電子銃部１６と共に粗引きし、粗引きが完了した時点で、バルブ切替によって該二重Ｏリング空間Ｓ１を試料室１２に連通させ、試料室１２を介して拡散ポンプＤＰで本引きする。
【００５３】
ロータリポンプＲＰ２は、電子銃部１６及び試料室１２用の粗引き用ポンプとして従来よりＥＰＭＡ装置に設けられているものであり、拡散ポンプＤＰも、試料室１２の本引き用ポンプとして従来よりＥＰＭＡ装置に設けられているものである。従って、本実施例に係るＥＰＭＡ装置によれば、二重Ｏリング空間用に新たに専用のポンプを設けことなく該二重Ｏリング空間の真空排気を行うことができる。
【００５４】
また、上記のようにロータリポンプＲＰ２による粗引きを行ってから上側の二重Ｏリング空間Ｓ１を試料室１２に連通させるため、試料室１２の真空度を低下させるおそれがない。また、上側の二重Ｏリング空間Ｓ１を試料室１２に連通させた後は、排気能力の高い拡散ポンプＤＰによって該上側の二重Ｏリング空間Ｓ１が真空引きされるため、上側の二重Ｏリング空間Ｓ１を高い真空度に維持して良好なシール性を得ることができる。なお、下側の二重Ｏリング空間Ｓ２は、常時、試料室１２を介して拡散ポンプＤＰによって真空引きされるため、該下側の二重Ｏリング空間Ｓ２についても良好なシール性を得ることができる。
【００５５】
また更に、上側の二重Ｏリング空間Ｓ１を試料室に連通させた後はロータリポンプＲＰ２を停止させることができ、以降は、試料室と共通の拡散ポンプＤＰで上側の二重Ｏリング空間Ｓ１が真空引きされるため、上側の二重Ｏリング空間Ｓ１用に別途ポンプを設ける場合に比べてランニングコストを抑えることもできる。
【００５６】
以上、実施例を用いて本発明を実施するための形態について説明を行ったが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で適宜変更が許容されるものである。例えば、上記の実施例では、拡散ポンプＤＰの補助ポンプとして機能するロータリポンプＲＰ１と、試料室１２、電子銃部１６及び上側の二重Ｏリング空間Ｓ１の粗引き用のポンプとして機能するロータリポンプＲＰ２とを個別に設ける構成としたが、前記ロータリポンプＲＰ１が粗引き用のロータリポンプの役割を兼ねる構成としてもよい。この場合、図５に示すように、拡散ポンプＤＰとロータリポンプＲＰ１の間の排気経路Ｄ２上に接続点Ｐ４を設け、電子銃部１６に接続された排気経路Ｄ４を前記接続点Ｐ４に接続する。
【００５７】
なお、上記実施例では本発明をＥＰＭＡに適用した例を示したが、本発明は、その他の電子線装置、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、電子線描画装置等にも同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１２…試料室
１４…電子銃
１６…電子銃部
１８…コンデンサレンズ部
ＤＰ…拡散ポンプ
ＲＰ１、ＲＰ２…ロータリポンプ
ＩＰ…イオンポンプ
１００…制御部
Ｓ１、Ｓ２…二重Ｏリング空間
Ｄ１〜Ｄ８…排気経路
Ｖ１〜Ｖ７…バルブ
ＬＶ１…ベントバルブ
Ｅ１…電子線通路
４０１…容器本体
４０４…蓋部
６０、７０、８１…シール機構
６１、６２、７１、７２、８２、８３…Ｏリング
７７、９０…排気溝
９１…バイパス通路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料を配置するための試料室と該試料に対して電子線を照射するための電子銃とを備えた電子線装置に関し、特に該電子線装置の真空排気機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子線プローブ微小分析装置（Electron Probe MicroAnalyser：ＥＰＭＡ）では、高エネルギーを有する微小径の電子線を励起線として試料に照射し、それによって試料の含有成分の内殻電子が励起された際に外部に放出される固有Ｘ線を検出、測定することにより、元素の同定や定量を行ったり、元素の分布を調べたりする（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
前記ＥＰＭＡは、試料を配置するための試料室と、該試料に対して電子線を照射するための電子銃を収容する電子銃部とを含んでおり、該試料室及び電子銃部の内部は、真空ポンプによってそれぞれ所定の真空度に維持される。
【０００４】
従来、ＥＰＭＡの電子銃においては、電子源としてタングステン製のフィラメントを用いるのが一般的であったが、近年では、ＣｅＢ６カソードをはじめとする結晶タイプのカソードも広く用いられるようになっている。結晶タイプのカソードは、タングステン製フィラメントに比べて長寿命であり、高い分解能が得られるという特徴があるが、その反面、安定して作動させるためには高い真空度が要求される。具体的には、タングステン製フィラメントを用いる場合、電子銃部内は１×１０−３Ｐａ程度以下の真空度でよいのに対し、結晶タイプのカソードを用いる場合には１×１０−６Ｐａ程度以下の真空度とする必要がある。
【０００５】
従来のタングステン製フィラメントを用いるＥＰＭＡでは、電子銃部周辺の可動部や開閉部における気密性確保のためのシール機構として、エラストマーから成るＯリングが用いられていた。しかし、こうしたエラストマー製Ｏリングは、より高い真空度が求められる結晶タイプのカソードを備えたＥＰＭＡにおいてはシール性が不十分な場合があった。一方、前記シール機構として金属製のＯリング（メタルシール）や金属ベローズを用いれば高真空化に対応できるが、その場合、該開閉部や可動部の構造が複雑になる。特に、前記開閉部にメタルシールを用いる場合には、前記開閉部をボルト等によって固定する必要が生じるため、電子銃部の開閉や位置調整等を行う際にスパナ等の工具が必要となり、ユーザの作業負担が増大するという問題があった。
【０００６】
そこで、本願発明者らは、こうした電子銃部周辺の開閉部や可動部におけるシール機構として、２個のエラストマー製Ｏリングを同心円状に配置した二重シール構造を採用することを提案した（特願2009-191656）。これによれば、開閉部の開閉や可動部における位置調整等の作業効率を低下させることなく、高真空下においても良好なシール性能を達成することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2007-127511号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、従来のＥＰＭＡでは、試料室と電子銃部とをそれぞれ真空ポンプで排気しているが、このような電子線装置に上記のような二重シール構造を採用した場合、更に、２個のＯリング間の空間についても真空引きを行う必要が生じる。しかし、このような２個のＯリング間の空間の真空引きのために新たに真空ポンプを設けた場合、電子線装置の製造コストやランニングコストが増大するという問題がある。更に、このような場合、前記の空間用に設けた真空ポンプの動作を試料室用や電子銃部用の真空ポンプの起動及び停止に同期させて制御する必要があり、ポンプの制御が複雑化するという問題もあった。
【０００９】
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、大幅なコストの増大や制御の複雑化を招来することなく２個のＯリング間の空間の真空引きを行うことのできる電子線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために成された本発明に係る電子線装置は、
試料が収容される試料室と、
前記試料室に収容された試料に照射するための電子線を発生する電子銃を内部に含む電子銃部と、
前記電子銃部を排気するための第１の真空ポンプと、
前記試料室を排気するための第２の真空ポンプと、
を備えた電子線装置において、
前記電子銃部が、電子銃を収容する筒状の容器本体と、該容器本体の一端の開口を開閉する蓋部と、前記容器本体と前記蓋部との間に設けられ、前記容器本体の軸方向及び軸方向と直交する径方向の少なくとも一方向に離れて配置された２個のＯリングから成る容器シール機構とを有するものであって、
前記蓋部を閉鎖した直後は、前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間を前記第１の真空ポンプで排気して第１の真空度とし、その後、前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間を前記第２の真空ポンプで排気して前記第１の真空度より高い第２の真空度とすることを特徴としている。
【００１１】
なお、容器本体は円筒状に限らないが、本発明では便宜上、軸方向と直交する方向を径方向と称する。
【００１２】
前記第１の真空ポンプとしては、電子銃部の粗引き用ポンプとして従来から電子銃装置に設けられているものを利用することができ、前記第２の真空ポンプは試料室の本引き用ポンプとして従来から設けられているものを利用することができる。そのため、上記構成によれば、電子線装置に従来から設けられているポンプを利用して２個のＯリング間の空間の粗引き及び本引きを行うことができ、大幅なコスト増大を招来することなく、前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間を高い真空度にして良好なシール性を達成することができる。
【００１３】
なお、前記第１の真空ポンプとしては、例えば、ロータリポンプ等を使用することができ、前記第２の真空ポンプとしては、前記第１の真空ポンプよりも排気能力が高い（即ち、到達真空度が高い）ポンプ、例えば、拡散ポンプ、ターボ分子ポンプ等を用いることができる。また、前記第１の真空ポンプは前記試料室の粗引き用ポンプを兼ねたものであってもよい。
【００１４】
また、上記本発明に係る電子線装置は、
前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間と前記第１の真空ポンプを繋ぐ第１の排気経路と、
前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間と前記試料室を繋ぐ第２の排気経路と、を備え、
前記蓋部を開放する際及び該蓋部の閉鎖直後は、前記第２の排気経路を閉鎖するものとすることが望ましい。
【００１５】
このように、前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間と試料室を繋ぐ第２の排気経路を設け、前記試料室を介して前記第２の真空ポンプによる前記２個のＯリング間の空間の排気を行う構成とすることにより、該第２の真空ポンプによる２個のＯリング間の空間の真空排気のために設ける配管を短くすることができ、該空間を短時間で排気することが可能となる。また、上記のように、蓋部を開放する際及び該蓋部の閉鎖直後には、第２の排気経路を閉鎖することにより、大気圧又は低真空状態にある２個のＯリング間の空間を前記試料室から切り離すことができ、該試料室内の真空度が低下するのを防止することができる。
【００１６】
また、前記本発明に係る電子線装置は、
前記蓋部が、筒状の蓋本体と、前記蓋本体の内周部に位置調節可能に取り付けられ、前記蓋本体の内周部を閉塞すると共に前記電子銃を支持する支持板と、前記支持板と前記蓋本体との間に設けられ、前記蓋本体の軸方向及び軸方向と直交する径方向の少なくとも一方向に離れて配置された２個のＯリングから成る蓋シール機構とを有するものであって、
前記蓋本体に形成され、前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間と前記蓋シール機構の２個のＯリング間の空間とを繋ぐバイパス通路を備えたものとしてもよい。
【００１７】
なお、蓋本体は円筒状に限らないが、本発明では便宜上、軸方向と直交する方向を径方向と称する。
【００１８】
このような構成によれば、前記容器シール部の２個のＯリング間の空間と蓋シール部の２個のＯリング間の空間が前記バイパス経路によって連通した状態となるため、前記第１の真空ポンプ又は前記第２の真空ポンプによって前記容器シール部の２個のＯリング間の空間を真空排気する際に、同時に前記蓋シール部の２個のＯリング間の空間をも真空排気することができる。
【００１９】
なお、電子線装置の電子銃部は、前記蓋部が設けられた開口の他に電子線を出射させるための開口を有しており、この開口の周りにも二重Ｏリング機構から成るシール機構を設けることが望ましい。そこで、本発明に係る電子線装置は、更に、
前記電子銃部の容器本体の他端の開口と、
前記他端の開口から出射された電子線を前記試料室へ導くための電子線通過部と、
前記電子線通過部と前記電子銃部の容器本体との間に前記他端の開口を囲むように設けられ、前記容器本体の軸方向及び軸方向と直交する径方向の少なくとも一方向に離れて配置された２個のＯリングから成る通路シール機構と、
前記通路シール機構の２個のＯリング間の空間と前記試料室とを繋ぐ第３の排気経路と、
を備えるものとすることが望ましい。
【００２０】
このような構成とすることにより、前記通路シール機構の２個のＯリング間の空間についても専用のポンプを設けることなく真空排気することができる。なお、該通路シール機構の２個のＯリング間の空間は、電子銃部の蓋部の開閉に拘わらず、常時、試料室を介して第２の真空ポンプにより真空排気される。
【発明の効果】
【００２１】
以上で説明したように、本発明に係る電子線装置によれば、２個のＯリング間の空間の排気のために新たに真空ポンプを設ける必要がないため、大幅なコストの増大や制御の複雑化を招来することなく２個のＯリング間の空間の真空引きを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例に係るＥＰＭＡの概略構成を示す模式図。
【図２】同実施例に係るＥＰＭＡの電子銃部周辺の構造を示す縦断面図。
【図３】蓋を開放した状態で示す図２相当図。
【図４】電子銃部の２個のシール機構を拡大して示す縦断面図。
【図５】本発明に係るＥＰＭＡの他の構成例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明をＥＰＭＡに適用した一実施例について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施例に係るＥＰＭＡの概略構成を真空排気系統を中心に記載した模式図であり、図２は電子銃部１６の内部構成を示す縦断面図である。
【００２４】
本実施例に係るＥＰＭＡは、電子銃１４を収容した電子銃部１６と、電子銃部１６から出射された電子線を通過させる電子線通路Ｅ１を有するコンデンサレンズ部１８と、被測定試料が配置される試料室１２とを備えている。なお、ここでは図示を省略しているが、試料室１２内には、試料を支持する試料台、試料から放射されるＸ線を波長別に分光する分光素子と分光された特性Ｘ線を検出するＸ線検出器等が収容されている。また、本実施例に係るＥＰＭＡは、更に、前記試料室１２や電子銃部１６等を所定の真空度に維持するための排気管やポンプ等から成る真空排気系統、及び前記各部の動作を制御する制御部１００を備えている。
【００２５】
電子銃１４は電子発生部材を有するカソード２０を備えている。本実施例のＥＰＭＡでは、電子発生部材として結晶タイプのカソードのひとつであるＣｅＢ６カソードが用いられている。コンデンサレンズ部１８(本発明の電子線通過部に相当)は、電磁偏向レンズとして機能する筒状のコイル（図示略）と、該コイル部の中心を通る筒状の電子線通路Ｅ１を有している。電子銃１４から放射された電子線は電子線通路Ｅ１を通って試料室１２内の試料に照射される。
【００２６】
次に、電子銃部１６の構成について図２〜図４を参照して説明する。電子銃部１６はコンデンサレンズ部１８の上端部に取り付けられており、円筒型の容器４０と、容器４０内に収容された電子銃１４とを有する。
【００２７】
コンデンサレンズ部１８の上端面には環状凹部４２が形成されており、電子銃部１６の下面には前記環状凹部４２内に配置される環状凸部４４が形成されている。コンデンサレンズ部１８の電子線通路Ｅ１は前記環状凹部４２の内周の凸部の中心から軸方向(上下方向)に延びている。
環状凸部４４は環状凹部４２内を移動できるように構成されている。コンデンサレンズ部１８の上部には外周面から環状凹部４２に向かって延びる複数の孔が形成されており、前記孔にビス４７を螺挿し、その先端で環状凸部４４を押圧することにより環状凸部４４、つまり電子銃部１６が水平方向に移動されるようになっている。これにより、電子線通路Ｅ１の中心軸線と電子線の照射軸線との位置合わせをすることができる。
【００２８】
容器４０は、容器本体４０１と、この容器本体４０１にヒンジ４０２を介して連結された、該容器本体４０１の上部開口を開閉する蓋部４０４とから構成されている。容器本体４０１内の下部には該容器本体４０１の内部を電子銃室４０５とその下のバルブ室４０６とに仕切る仕切板４０７が設けられている。仕切板４０７の中央には導入孔５０ａを有する電子導入部材５０が取り付けられている。電子銃１４から放射された電子線は導入孔５０ａを通ってバルブ室４０６内に導入される。
バルブ室４０６の下面の中央には開口４０８が形成されており、該バルブ室４０６内には前記開口４０８を開閉する弁部材５２が移動可能に収容されている。弁部材５２は電子銃部１６の外部に設けられたピストン５４によって移動される。コンデンサレンズ部１８の電子線通路Ｅ１の上端は前記開口４０８内に突出しており、弁部材５２によって開口４０８が閉鎖されていないときはバルブ室４０６を介して電子線通路Ｅ１と導入孔５０ａ(電子銃室４０５)とが連通する。
【００２９】
蓋部４０４は、中央に開口４０９ａを有するフランジ部４０９と、前記開口４０９ａを塞ぐようにフランジ部４０９の上部に取り付けられたカバー４１０とから成る。また、フランジ部４０９の開口４０９ａ内には電子銃１４を支持する支持板４１１が取り付けられている。電子銃１４はコネクタ部１４１を介して高圧ケーブル（一点鎖線で図示）と接続されており、その下端部にカソード２０が交換可能に取り付けられている。なお、図示しないが、フランジ部４０９には外周面から開口４０９ａに向かって延びる複数の孔が形成されている。これらの孔にビスを螺挿して支持板４１１を押圧することにより該支持板４１１が水平方向に移動され、もって電子銃１４のカソード２０の位置合わせが成される。
【００３０】
蓋部４０４を開いた様子を図３に示す。蓋部４０４はヒンジ４０２を支点として回動する。蓋部４０４を上方に回動させることにより蓋部４０４に固定された電子銃１４も上方に移動し、電子銃１４の先端のカソード２０を交換することができる。
【００３１】
上記構成のＥＰＭＡは、可動部である電子銃部１６とコンデンサレンズ部１８との間、電子銃部１６の開閉部である蓋部４０４と容器本体４０１との間、可動部である支持板４１１とフランジ部４０９との間に、それぞれ特徴的なシール機構を備えている。以下、これらシール機構について順に説明する。
【００３２】
〔電子銃部とコンデンサレンズ部との間のシール機構〕
図２に示すように、電子銃部１６とコンデンサレンズ部１８との間のシール機構６０(本発明の通路シール機構に相当)は直径寸法が異なる２個のＯリング６１、６２を備えている。これらＯリング６１、６２はいずれもエラストマー製で、電子線通路Ｅ１の中心軸線を中心とする同心円から成る。一方のＯリング６１は、コンデンサレンズ部１８の環状凹部４２と電子銃部１６の環状凸部４４の間に配置されており、他方のＯリング６２は、コンデンサレンズ部１８の環状凹部４２で囲まれた凸部の上面と電子銃部１６の下面との間に配置されている。いずれのＯリング６１、６２も電子銃部１６の下面に形成された環状溝部６３、６４に収容されている。これら大小２個のＯリング６１、６２からなる二重シール構造により電子銃部１６とコンデンサレンズ部１８との間の間隙が気密に封止される。
【００３３】
また、コンデンサレンズ部１８には、環状凹部４２のうち環状凸部４４が位置しない領域の下面からコンデンサレンズ部１８の外周部に向かって延びる排気通路６５が形成されており、この排気通路６５は排気管６６に接続されている。
【００３４】
〔電子銃部の容器本体と蓋部との間のシール機構〕
図２〜図４に示すように、電子銃部１６の容器本体４０１と蓋部４０４との間のシール機構７０(本発明の容器シール機構に相当)は直径寸法が異なる２個のエストラマー製のＯリング７１、７２を備えている。容器本体４０１の周壁部の上端面は内周側が外周側よりも低い段違い面７３になっており、これに対応して蓋部４０４（フランジ部４０９）の下面にも段違い面７４が設けられている。２個のＯリング７１、７２は容器本体４０１の段違い面７３と蓋部４０４の段違い面７４の間に配置されている。具体的には、一方のＯリング７１は、容器本体４０１の段違い面７３の上段に形成された環状溝部７５に収容されており、他方のＯリング７２は段違い面７３の下段に形成された環状溝部７６に収容されている。段違い面７３の上段及び下段に環状溝部７５、７６を形成したことにより、大小２個のＯリング７１、７２は容器本体４０１の内外方向及び上下方向に離れて配置される。これら大小２個のＯリング７１、７２からなる二重シール構造により容器本体４０１と蓋部４０４との間の間隙が気密に封止される。
【００３５】
また、容器本体４０１の段違い面７３の下段と上段との間には環状の排気溝７７が形成されている。容器本体４０１の周壁部には前記排気溝７７と外部とを連通する排気通路７８が形成されており、該排気通路７８は排気管７９、及び排気管８０に接続されている。
【００３６】
〔蓋部のフランジ部と支持板との間のシール機構〕
図２〜図４に示すように、蓋部４０４のフランジ部４０９と支持板４１１との間のシール機構８１(本発明の蓋シール機構に相当)は直径寸法が異なる２個のエストラマー製のＯリング８２、８３を備えている。フランジ部４０９の内周面には全周にわたって凹溝８４が形成されており、この凹溝８４よりも下部には内周に向かって突出する突出部８５が設けられている。支持板４１１は、その周縁部が凹溝８４に入り込んだ状態で突出部８５の上面に支持されている。
【００３７】
突出部８５の上面は、内周部が低い段違い面８６になっており、これに対応して、支持板４１１の外周部の下面にも段違い面８７が形成されている。２個のＯリング８２、８３は突出部８５の段違い面８６と支持板４１１の段違い面８７の間に配置されている。具体的には、一方のＯリング８２は、突出部８５の段違い面８６の上段に形成された環状溝部８８に収容されており、他方のＯリング８３は段違い面８６の下段に形成された環状溝部８９に収容されている。段違い面８６の上段及び下段に環状溝部８８、８９を形成したことにより、大小２個のＯリング８２、８３は蓋部４０４の内外方向及び上下方向に離れて配置される。これら大小２個のＯリング８２、８３からなる二重シール構造により蓋部４０４のフランジ部４０９と支持板４１１との間の間隙が気密に封止される。
【００３８】
また、フランジ部４０９の段違い面８６の下段と上段との間には環状の排気溝９０が形成されている。さらに、フランジ部４０９には、前記排気溝９０と容器本体４０１の排気溝７７とを繋ぐバイパス通路９１が形成されている。前記バイパス通路９１により、排気溝９０は排気管７９及び排気管８０に接続される。
【００３９】
なお、本実施例では、各シール機構６０、７０、８１を構成する２個Ｏリングを容器本体４０１や蓋部４０４の内外方向及び上下方向に離れて配置した。特に、外周側のＯリングを内周側のＯリングよりも高い位置に設けたため、Ｏリング間の空間を排気するための排気通路を、該空間から容器本体４０１の外周部に向かって直接延ばすことができる。従って、容器本体４０１に排気通路を容易に加工することができる。
【００４０】
次に、本実施例のＥＰＭＡにおける真空排気系統の構成について図１を参照して説明する。なお、以下では、排気溝９０、バイパス通路９１、及び排気溝７７を一括して上側の二重Ｏリング空間Ｓ１と呼び、環状凹部４２と環状凸部４４で囲まれる空間を下側の二重Ｏリング空間Ｓ２と呼ぶ。
【００４１】
試料室１２は、排気経路Ｄ１を介してメインポンプである拡散ポンプＤＰに接続されており、該拡散ポンプＤＰの背圧側は、更に排気経路Ｄ２を介して補助真空ポンプであるロータリポンプＲＰ１に接続されている。なお、排気経路Ｄ１上には該排気経路Ｄ１を開閉するためのメインバルブＶ７が設けられている。なお、前記メインポンプとしては、前記のような拡散ポンプの代わりにターボ分子ポンプ等を使用してもよい。
【００４２】
電子銃部１６は、排気経路Ｄ３を介してイオンポンプＩＰに接続されると共に、排気経路Ｄ４を介して粗引き用ポンプであるロータリポンプＲＰ２に接続されている。前記排気経路Ｄ４上には、電子銃部１６内を大気圧に戻すためのベントバルブＬＶ１と、排気経路Ｄ４を開閉するための電子銃部用第一予備排気バルブＶ１及び電子銃部用第二予備排気バルブＶ２とが、電子銃部１６側からロータリポンプＲＰ２側に向かってこの順序で配設されている。また更に、排気経路Ｄ４上の電子銃部１６とベントバルブＬＶ１の間には接続点Ｐ１が設けられ、該接続点Ｐ１と試料室１２との間に両者を接続する排気経路Ｄ５が設けられている。そして、この排気経路Ｄ５上には該排気経路Ｄ５を開閉するためのバイパスバルブＶ５が設けられている。
【００４３】
電子銃部１６と試料室１２は、電子銃１４から放射された電子線を試料室１２へと導くための電子線通路Ｅ１によって接続されている。該電子線通路Ｅ１には、図示しないオリフィスが設けられており、これが抵抗となって電子銃部１６と試料室１２の間の圧力差が維持される。また、電子線通路Ｅ１は、上述のバルブ室４０６、弁部材５２、及びピストン５４を含むカラムバルブＶ６によって開閉できる構成となっている。
【００４４】
上側の二重Ｏリング空間Ｓ１は、排気通路７８と排気管７９を含む排気経路Ｄ６を介して試料室１２に接続されており、この排気経路Ｄ６上には該排気経路Ｄ６を開閉するための二重Ｏリング空間用メイン排気バルブＶ４が設けられている。また、上側の二重Ｏリング空間Ｓ１は、更に、排気通路７８と排気管８０を含む排気経路Ｄ７を介して、排気経路Ｄ４上の電子銃部用第一予備排気バルブＶ１と電子銃部用第二予備排気バルブＶ２の間に設けられた接続点Ｐ２にも接続されており、この排気経路Ｄ７上には該排気経路Ｄ７を開閉するための二重Ｏリング空間用予備排気バルブＶ３が設けられている。
【００４５】
一方、下側の二重Ｏリング空間Ｓ２は、排気通路６５と排気管６６を含む排気経路Ｄ８を介して、排気経路Ｄ５上のバイパスバルブＶ５と試料室１２との間に設けられた接続点Ｐ３に接続されている。
【００４６】
なお、本実施例においては、ロータリポンプＲＰ２が本発明における第１の真空ポンプに相当し、拡散ポンプＤＰが本発明における第２の真空ポンプに相当する。
また、本実施例における排気経路Ｄ７、接続点Ｐ２、及び排気経路Ｄ４が本発明における第１の排気経路に、排気経路Ｄ６が本発明における第２の排気経路に、排気経路Ｄ８、接続点Ｐ３、及び排気経路Ｄ５が本発明における第３の排気経路に相当する。
【００４７】
以下、本実施例のＥＰＭＡ装置の真空排気系統における制御部１００の動作について説明する。
【００４８】
（１）通常の動作時
通常の動作時（例えば、試料の分析時）には、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ５が閉鎖され、バルブＶ４、Ｖ６、Ｖ７が開放される。これにより、試料室１２は拡散ポンプＤＰによって排気され、１０−４Ｐａ程度の真空度に維持される。なお、拡散ポンプＤＰの背圧側はロータリポンプＲＰ１によって排気される。また、電子銃部１６はイオンポンプＩＰによって排気され、１０−６Ｐａ程度の真空度に維持される。更に、上側の二重Ｏリング空間Ｓ１は、排気経路Ｄ６及び試料室１２を介して拡散ポンプＤＰによって排気され、下側の二重Ｏリング空間Ｓ２は、排気経路Ｄ８、接続点Ｐ３、排気経路Ｄ５、及び試料室１２を介して拡散ポンプＤＰにより排気される。これにより、各二重Ｏリング空間Ｓ１、Ｓ２は、試料室１２と同程度の真空度に維持される。
【００４９】
（２）蓋部の開放時
電子銃１４のメンテナンス（例えば、カソードの交換等）のために蓋部４０４を開く際には、まず、上記通常の動作時の状態から、バルブＶ４、Ｖ６を閉鎖することにより、電子銃部１６及び上側の二重Ｏリング空間Ｓ１を試料室１２から切り離す。続いて、バルブＶ１、Ｖ３及びベントバルブＬＶ１を開放し、ベントバルブＬＶ１から空気を導入することにより、電子銃部１６と上側の二重Ｏリング空間Ｓ１の内部を大気圧とする。その後、ユーザが電子銃部１６の蓋部４０４を開けて電子銃１４のメンテナンスを行う。なお、電子銃部１６及び上側の二重Ｏリング空間Ｓ１が大気開放されている間も、下側の二重Ｏリング空間Ｓ２は、引き続き試料室１２経由で拡散ポンプＤＰにより真空排気される。
【００５０】
（３）蓋部の閉鎖直後
電子銃１４のメンテナンスが完了すると、ユーザによって電子銃部１６の蓋部４０４が閉鎖される。この時点では、電子銃部１６及び上側の二重Ｏリング空間Ｓ１は大気圧となっているため、これらを再び試料室１２に接続する前に、まず、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３を開放し、ベントバルブＬＶ１を閉鎖した状態で、粗引き用のロータリポンプＲＰ２により電子銃部１６及び上側の二重Ｏリング空間Ｓ１の粗引きを行う。その後、粗引きが終了した時点、即ち電子銃部１６及び/又は上側の二重Ｏリング空間Ｓ１が所定の真空度に達した時点（又は粗引きの開始から所定時間が経過した時点）で、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３を閉鎖してロータリポンプＲＰ２を停止する。そして、バルブＶ４、Ｖ５、Ｖ６を開放することにより電子銃部１６及び上側の二重Ｏリング空間Ｓ１を再び試料室１２と接続する。
【００５１】
これにより、以降は上側の二重Ｏリング空間Ｓ１が排気経路Ｄ６及び試料室１２を介して拡散ポンプＤＰにより真空排気されることとなり、該二重Ｏリング空間Ｓ１は試料室１２と同程度の真空度（１０−４Ｐａ程度）に到達・維持される。また、電子銃部１６は、排気経路Ｄ４、接続点Ｐ１、排気経路Ｄ５、及び試料室１２を介して拡散ポンプＤＰにより試料室１２と同程度の真空度まで排気され、その後、バイパスバルブＶ５を閉鎖してイオンポンプＩＰによる真空排気を行うことにより、１０−６Ｐａ程度の真空度に到達・維持される。
【００５２】
以上のように、本実施例に係るＥＰＭＡでは、電子銃部１６の蓋部４０４が閉鎖された直後は、ロータリポンプＲＰ２によって上側の二重Ｏリング空間Ｓ１を電子銃部１６と共に粗引きし、粗引きが完了した時点で、バルブ切替によって該二重Ｏリング空間Ｓ１を試料室１２に連通させ、試料室１２を介して拡散ポンプＤＰで本引きする。
【００５３】
ロータリポンプＲＰ２は、電子銃部１６及び試料室１２用の粗引き用ポンプとして従来よりＥＰＭＡ装置に設けられているものであり、拡散ポンプＤＰも、試料室１２の本引き用ポンプとして従来よりＥＰＭＡ装置に設けられているものである。従って、本実施例に係るＥＰＭＡ装置によれば、二重Ｏリング空間用に新たに専用のポンプを設けことなく該二重Ｏリング空間の真空排気を行うことができる。
【００５４】
また、上記のようにロータリポンプＲＰ２による粗引きを行ってから上側の二重Ｏリング空間Ｓ１を試料室１２に連通させるため、試料室１２の真空度を低下させるおそれがない。また、上側の二重Ｏリング空間Ｓ１を試料室１２に連通させた後は、排気能力の高い拡散ポンプＤＰによって該上側の二重Ｏリング空間Ｓ１が真空引きされるため、上側の二重Ｏリング空間Ｓ１を高い真空度に維持して良好なシール性を得ることができる。なお、下側の二重Ｏリング空間Ｓ２は、常時、試料室１２を介して拡散ポンプＤＰによって真空引きされるため、該下側の二重Ｏリング空間Ｓ２についても良好なシール性を得ることができる。
【００５５】
また更に、上側の二重Ｏリング空間Ｓ１を試料室に連通させた後はロータリポンプＲＰ２を停止させることができ、以降は、試料室と共通の拡散ポンプＤＰで上側の二重Ｏリング空間Ｓ１が真空引きされるため、上側の二重Ｏリング空間Ｓ１用に別途ポンプを設ける場合に比べてランニングコストを抑えることもできる。
【００５６】
以上、実施例を用いて本発明を実施するための形態について説明を行ったが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で適宜変更が許容されるものである。例えば、上記の実施例では、拡散ポンプＤＰの補助ポンプとして機能するロータリポンプＲＰ１と、試料室１２、電子銃部１６及び上側の二重Ｏリング空間Ｓ１の粗引き用のポンプとして機能するロータリポンプＲＰ２とを個別に設ける構成としたが、前記ロータリポンプＲＰ１が粗引き用のロータリポンプの役割を兼ねる構成としてもよい。この場合、図５に示すように、拡散ポンプＤＰとロータリポンプＲＰ１の間の排気経路Ｄ２上に接続点Ｐ４を設け、電子銃部１６に接続された排気経路Ｄ４を前記接続点Ｐ４に接続する。
【００５７】
なお、上記実施例では本発明をＥＰＭＡに適用した例を示したが、本発明は、その他の電子線装置、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、電子線描画装置等にも同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１２…試料室
１４…電子銃
１６…電子銃部
１８…コンデンサレンズ部
ＤＰ…拡散ポンプ
ＲＰ１、ＲＰ２…ロータリポンプ
ＩＰ…イオンポンプ
１００…制御部
Ｓ１、Ｓ２…二重Ｏリング空間
Ｄ１〜Ｄ８…排気経路
Ｖ１〜Ｖ７…バルブ
ＬＶ１…ベントバルブ
Ｅ１…電子線通路
４０１…容器本体
４０４…蓋部
６０、７０、８１…シール機構
６１、６２、７１、７２、８２、８３…Ｏリング
７７、９０…排気溝
９１…バイパス通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が収容される試料室と、
前記試料室に収容された試料に照射するための電子線を発生する電子銃を内部に含む電子銃部と、
前記電子銃部を排気するための第１の真空ポンプと、
前記試料室を排気するための第２の真空ポンプと、
を備えた電子線装置において、
前記電子銃部が、電子銃を収容する筒状の容器本体と、該容器本体の一端の開口を開閉する蓋部と、前記容器本体と前記蓋部との間に設けられ、前記容器本体の軸方向及び軸方向と直交する径方向の少なくとも一方向に離れて配置された２個のＯリングから成る容器シール機構とを有するものであって、
前記蓋部を閉鎖した直後は、前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間を前記第１の真空ポンプで排気して第１の真空度とし、その後、前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間を前記第２の真空ポンプで排気して前記第１の真空度より高い第２の真空度とすることを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間と前記第１の真空ポンプを繋ぐ第１の排気経路と、
前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間と前記試料室を繋ぐ第２の排気経路と、を備え、
前記蓋部を開放する際及び該蓋部の閉鎖直後は、前記第２の排気経路を閉鎖することを特徴とする請求項１に記載の電子線装置。
【請求項３】
前記蓋部が、筒状の蓋本体と、前記蓋本体の内周部に位置調節可能に取り付けられ、前記蓋本体の内周部を閉塞すると共に前記電子銃を支持する支持板と、前記支持板と前記蓋本体との間に設けられ、前記蓋本体の軸方向及び軸方向と直交する径方向の少なくとも一方向に離れて配置された２個のＯリングから成る蓋シール機構とを有するものであって、
前記蓋本体に形成され、前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間と前記蓋シール機構の２個のＯリング間の空間とを繋ぐバイパス通路を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子線装置。
【請求項４】
前記電子銃部の容器本体の他端の開口と、
前記他端の開口から出射された電子線を前記試料室へ導くための電子線通過部と、
前記電子線通過部と前記電子銃部の容器本体との間に前記他端の開口を囲むように設けられ、前記容器本体の軸方向及び軸方向と直交する径方向の少なくとも一方向に離れて配置された２個のＯリングから成る通路シール機構と、
前記通路シール機構の２個のＯリング間の空間と前記試料室とを繋ぐ第３の排気経路と、
を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子線装置。
【請求項１】
試料が収容される試料室と、
前記試料室に収容された試料に照射するための電子線を発生する電子銃を内部に含む電子銃部と、
前記電子銃部を排気するための第１の真空ポンプと、
前記試料室を排気するための第２の真空ポンプと、
を備えた電子線装置において、
前記電子銃部が、電子銃を収容する筒状の容器本体と、該容器本体の一端の開口を開閉する蓋部と、前記容器本体と前記蓋部との間に設けられ、前記容器本体の軸方向及び軸方向と直交する径方向の少なくとも一方向に離れて配置された２個のＯリングから成る容器シール機構とを有するものであって、
前記蓋部を閉鎖した直後は、前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間を前記第１の真空ポンプで排気して第１の真空度とし、その後、前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間を前記第２の真空ポンプで排気して前記第１の真空度より高い第２の真空度とすることを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間と前記第１の真空ポンプを繋ぐ第１の排気経路と、
前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間と前記試料室を繋ぐ第２の排気経路と、を備え、
前記蓋部を開放する際及び該蓋部の閉鎖直後は、前記第２の排気経路を閉鎖することを特徴とする請求項１に記載の電子線装置。
【請求項３】
前記蓋部が、筒状の蓋本体と、前記蓋本体の内周部に位置調節可能に取り付けられ、前記蓋本体の内周部を閉塞すると共に前記電子銃を支持する支持板と、前記支持板と前記蓋本体との間に設けられ、前記蓋本体の軸方向及び軸方向と直交する径方向の少なくとも一方向に離れて配置された２個のＯリングから成る蓋シール機構とを有するものであって、
前記蓋本体に形成され、前記容器シール機構の２個のＯリング間の空間と前記蓋シール機構の２個のＯリング間の空間とを繋ぐバイパス通路を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子線装置。
【請求項４】
前記電子銃部の容器本体の他端の開口と、
前記他端の開口から出射された電子線を前記試料室へ導くための電子線通過部と、
前記電子線通過部と前記電子銃部の容器本体との間に前記他端の開口を囲むように設けられ、前記容器本体の軸方向及び軸方向と直交する径方向の少なくとも一方向に離れて配置された２個のＯリングから成る通路シール機構と、
前記通路シール機構の２個のＯリング間の空間と前記試料室とを繋ぐ第３の排気経路と、
を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子線装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−４４３４３（Ｐ２０１１−４４３４３Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９１９７８（Ｐ２００９−１９１９７８）
【出願日】平成２１年８月２１日（２００９．８．２１）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２１日（２００９．８．２１）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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