(57)【要約】【課題】従来は、試料交換室を使用しない場合であっても常時排気する為、装置の中でもっとも消費電力の多いロータリポンプを常時一台稼働させる必要があった。この為、使用者に多くの装置のランニングコストを負担させ、多くのエネルギーを消費させていた。【解決手段】試料が試料交換室を経由して試料室に導入される荷電粒子線装置であって、前記試料交換室を真空引きする第一の真空ポンプと、前記試料室を真空引きする第二の真空ポンプと、前記試料交換室と前記第一の真空ポンプの間の排気経路に設けられた第一のバルブと、を備え、前記第二の真空ポンプがＯＮ状態のまま前記第一の真空ポンプをＯＦＦ状態にすることが可能であって、前記第一の真空ポンプへの電源供給の切り替えに連動して前記第一のバルブを開閉することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が試料交換室を経由して試料室に導入される荷電粒子線装置であって、
前記試料交換室を真空引きする第一の真空ポンプと、
前記試料室を真空引きする第二の真空ポンプと、
前記試料交換室と前記第一の真空ポンプの間の排気経路に設けられた第一のバルブと、を備え、
前記第二の真空ポンプがＯＮ状態のまま前記第一の真空ポンプをＯＦＦ状態にすることが可能であって、
前記第一の真空ポンプへの電源供給の切り替えに連動して前記第一のバルブを開閉することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記第一のバルブと前記第一の真空ポンプの間に第二バルブがあり、前記第二のバルブは第一の真空ポンプのＯＮまたはＯＦＦの切り替えと連動して開閉することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線装置をユーザが操作するための操作卓を有し、
前記第一の真空ポンプへの電源供給は前記操作卓の電源の ＯＮまたはＯＦＦの切り替えによって行われることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記試料交換室と前記試料室との間の経路が密閉されていないときには、前記第一の真空ポンプへの電源供給の切り替えに関らず、前記第一のバルブは閉じたままの状態となり、前記試料交換室と前記第一の真空ポンプを切り離した状態に保つことを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査電子顕微鏡等、装置の真空引きを要する荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子線装置において、荷電粒子線を使用する為に、装置内部を真空排気する必要がある。真空排気を実施する為、真空排気する箇所にバルブとポンプを設け、それらを制御し真空排気を実施している。真空排気系の中でも、ポンプを常時動作させる必要があるものが存在する。低真空側排気用のロータリポンプは装置の中でも消費電力が最も多いもののひとつである。これらバルブ及びポンプを制御する為、さまざまな技術が開示されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、走査型電子顕微鏡で、試料交換室内部の空気を排気し真空状態とする交換室ポンプと、観察室内部の空気を排気し真空状態とする室内ポンプと、試料交換室と交換室ポンプの間の交換室バルブと、を備えるものが開示されている。所定圧力に達するまで交換室バルブを開き交換室ポンプで排気し、所定圧力に達したら交換室バルブを閉じ交換室ポンプを停止する技術が開示されている。しかし、交換室のポンプの停止が試料交換室の所定圧力を指定によるものであり、バルブ及び交換室ポンプのON／OFFの切り替えはディスプレイのON／OFFに連動していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−７３５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来は、試料交換室を使用しない場合であっても常時排気する為、装置の中でもっとも消費電力の多いロータリポンプを常時一台稼働させる必要があった。この為、使用者に多くの装置のランニングコストを負担させ、多くのエネルギーを消費させていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。 
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、試料が試料交換室を経由して試料室に導入される荷電粒子線装置であって、前記試料交換室を真空引きする第一の真空ポンプと、前記試料室を真空引きする第二の真空ポンプと、前記試料交換室と前記第一の真空ポンプの間の排気経路に設けられた第一のバルブと、を備え、前記第二の真空ポンプがＯＮ状態のまま前記第一の真空ポンプをＯＦＦ状態にすることが可能であって、前記第一の真空ポンプへの電源供給の切り替えに連動して前記第一のバルブを開閉することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、装置に影響を与えることなく、装置の中で最も消費電力の多いロータリポンプを停止させる為、容易に節電することができ、使用者の装置ランニングコストを大幅に削減することができ、かつ消費エネルギーを大幅に削減できることから環境保全にも寄与することができる。
【０００８】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態が適用される荷電粒子線装置の概略構成図。
【図２−１】図１に示した構成の制御ブロック図。
【図２−２】ディスプレイの電源とＥＣＯユニットのＯＮ／ＯＦＦによる動作状態をマトリクスで表した図。
【図３−１】本実施例の動作切り替えのフローを示した図。
【図３−２】本実施例の動作切り替えのフローを示した図。
【図３−３】本実施例の動作切り替えのフローを示した図。
【図３−４】本実施例の動作切り替えのフローを示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
なお、以下では、荷電粒子線装置の一例として、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope, SEM）について説明する。ただし、これは本発明の単なる一例であって、本発明は以下説明する実施の形態に限定されるものではない。例えば走査イオン顕微鏡や走査透過電子顕微鏡、透過電子顕微鏡、集束イオンビーム装置、これらと試料加工装置との複合装置、またはこれらを応用した解析・検査装置にも適用可能である。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態が適用される走査電子顕微鏡の概略構成図である。
【００１３】
鏡体１により制御されて照射された一次電子線２が試料３に照射され、それにより発生した二次電子線を検出器４にて検出することにより、試料３の観察を行う。鏡体１には、電子源、一次電子線２を偏向する偏向器、一次電子線２を試料上に集束する対物レンズ、複数の絞り、等が含まれるが、これ以外に他のレンズや電極、検出器を含んでもよいし、一部が上記と異なっていてもよく、電子光学系の構成はこれに限られない。試料室５は常に真空に保たれる為、試料３の交換時には、予め試料交換室６に試料３を挿入した後、第一ポンプ７にて試料交換室６が真空排気され、その後試料３が試料室５に導入される。試料交換室６と第一ポンプ７の間の排気経路には第一バルブ８が設けられ、さらに第一バルブ８と第一ポンプ７の間に第二バルブ９が設けられている。試料交換室６は第一バルブ８及び第二バルブ９にて真空排気及び真空リークが行われ、第三バルブ１０によって試料室５と試料交換室６の分離がされている。試料室５の真空排気は、第二ポンプ１１にて行われる。
【００１４】
鏡体１、検出器４など試料観察部の電源は、鏡体１、検出器４など試料観察部を操作する操作卓であるディスプレイ部１２の電源と共有されており、そのON／OFFの切替えはディスプレイ部１２を通して行われる。鏡体１、検出器４等の制御も同じくディスプレイ部１２のモニタに表示されるGUI画面を通して行う。
【００１５】
第一ポンプ７、第二ポンプ１１、第一バルブ８、第二バルブ９、第三バルブ１０等の真空排気系は、真空排気制御部１３にて制御している。また、第一ポンプ７、第二ポンプ１１は真空排気系電源１４より電源を供給することで駆動する。第一センサ１５では、第一ポンプ７の電源供給状態を監視している。第二センサ１６は、第二ポンプ１１の電源供給状態を監視している。第一ポンプ７、第二ポンプ１１の駆動状態は、第一センサ１５、第二センサ１６からの信号を真空排気制御部１３にて受信することにより検知され、真空排気制御部１３は第一センサ１５、第二センサ１６からの信号を用いて真空排気系を制御する。また、真空排気系電源１４からの電源供給は、真空排気制御部１３にて制御している。電源系統は図示の通り、ディスプレイ部１２がディスプレイ側(鏡体１、検出器４など試料観察部、PC、モニタ、操作パネル、制御基板)電源と真空排気系側電源の２系統を持っている。試料３の観察をせず真空排気のみ動作させる場合は真空排気系電源１４がONの状態であり、真空排気系電源１４からのみ電源が供給されている状態である。真空排気制御部１３は真空排気系電源１４から電源を供給されている。試料３の観察を行う場合は、真空排気系電源１４に加え、ディスプレイ１２側にも電源が供給されている状態である。ディスプレイ側電源も、真空排気系電源１４も、どちらもディスプレイ部１２の主電源より供給される。したがって、ディスプレイ部１２の電源ＯＮ／ＯＦＦの切替えによって、以下に説明するように、第一ポンプ７への電源供給を連動して切替えることができる。
【００１６】
本実施例の荷電粒子線装置には、このほかにも各部分の動作を制御する制御部や、検出器から出力される信号に基づいて画像を生成する画像生成部が含まれている（図示省略）。
【００１７】
本実施例では、試料交換室から第一バルブ８までが真空封じされ、真空排気系に影響を与えずに第一ポンプ７を停止することが目的である。従来は、第一ポンプ７及び第二ポンプ１１が常に動作している状態であった。この為、試料室５側は常に真空状態を保たれていたが、同時に試料交換室６も真空状態を保たれていた。試料交換室６は試料交換時のみ真空状態であればよく、常に真空排気する必要は無いが、第一ポンプ７及び第二ポンプ１１が常に動作する構成である為、通常真空排気の必要のない試料交換室６を第一ポンプ７にて真空排気しており、結果として第一ポンプ７が動作する分まで電力を消費していた。これにより、使用者は過剰な電力消費の支払いをする必要があった。真空排気系は上述の通り、第一ポンプ７及び第二ポンプ１１が常に動作している状態が通常動作状態であり、本実施例においては、第二ポンプ１１がONの状態のままで第一ポンプ７をOFFにすることを可能とする。前者、つまり第一ポンプ７及び第二ポンプ１１が常に動作している通常動作状態を「通常モード」とし、これに対して第一ポンプ７をOFFにし、第二ポンプ１１をONにする状態を「ECOモード」と定義する。
【００１８】
第一ポンプ７の電源供給は、電磁開閉器１７を介して行う。
【００１９】
電磁開閉器１７は、ECOユニット１８によって制御される。第一バルブ８とECOユニット１８の間には直列に第三センサ１９が接続されている。第三センサ１９は、試料交換室６が閉じられているときにCLOSE、開いているときにOPENの信号を出力することで試料交換室６の開閉状態を検知する。第一バルブ８、第二バルブ９と真空排気制御部１３を接続する制御用配線は、ECOユニット１８を介して接続されている。同様に、電磁開閉器１７、第一センサ１５、第二センサ１６もECOユニット１８を介して真空排気制御部１３に接続されている。ECOユニット１８については詳細に後述する。
【００２０】
ディスプレイ部１２の電源ON／OFF用配線はECOユニット１８に接続されている。また、ECOユニット１８自身にもON／OFFの機能を持ったスイッチを備えている。これら電源及びスイッチは、ECOユニット内にある複数のリレーに接続されている。スイッチの動作に従い、これらのリレーが切り替わる。真空排気制御部１３と第一バルブ８、第二バルブ９、第一センサ１５、第二センサ１６、第三センサ１９、電磁開閉器１７は、ECOユニット１８内部にあるリレーに接続されている。これにより、第一バルブ８、第二バルブ９、第一センサ１５、第二センサ１６、第三センサ１９、電磁開閉器１７は、ディスプレイ部１２の電源ON／OFF、及びECOユニット１８のON／OFFに連動し、第二ポンプ１１の動作状態に関らず第一ポンプ７を停止または動作状態にすることができる。
【００２１】
この構成により、試料交換室６を真空排気する必要が無い場合に、装置の中で最も消費電力の多いロータリポンプを停止させる為、容易に節電することができ、使用者の装置ランニングコストを大幅に削減することができ、かつ消費エネルギーを大幅に削減できることから環境保全にも寄与することができる。また、試料交換室が閉じていない場合、試料交換室の真空排気を実施しない。
【００２２】
また、この構成により、第一ポンプ７への電源供給の切替えに連動して第一バルブ８の開閉をはじめ、第一ポンプ７に関係する真空排気系の制御状態を切替えることができる。第一ポンプ７を停止すると圧力差により第一ポンプ７のオイルが高真空である試料交換室側に入ってくる恐れがあるが、当該構成によれば第一ポンプ７への電源供給が止まると自動的に第一バルブが閉じられるので、装置への悪影響なく安全に第一ポンプ７を停止することができる。
【００２３】
さらに、このとき、第一バルブ８を閉じるのに際して第二バルブ９を開けて排気経路を大気圧とすることで、第一ポンプ７のオイルが排気経路に入るのを防止することができる。
【００２４】
図２−１は、図１に示した構成の制御ブロック図の一例を示したものである。なお、以下では「アンド状態」とは二つの入力信号が同じ状態のとき、「オア状態」とは二つの入力信号が異なるときを示す。
【００２５】
ディスプレイ部１２の電源ON／OFF配線は、直列に第一リレー２０に接続されている。また、ECOユニット１８のON／OFFスイッチ２４は、直列に第二リレー２１に接続されている。第一リレー２０のNORMAL CLOSEと第二リレー２１のNORMAL OPENは直列に接続されており、第二リレー２１は、ディスプレイ部１２の電源ON／OFFとECOユニット１８用ECOユニットスイッチ２４のON／OFFとのアンド状態で動作する。また、第一リレー２０のNORMAL OPENと第二リレー２１のNORMAL CLOSEは並列に接続されており、第二リレー２１は、ディスプレイ部１２の電源ON／OFFとECOユニット１８用ECOユニットスイッチ２４のON／OFFとのオア状態で動作する。第二リレー２１の出力は、電磁開閉器１７と第三リレー２２に接続されている。電磁開閉器１７は、第一ポンプ７の電源線に接続されている。第三リレー２２は第一センサ１５と第二センサ１６の配線と、第二バルブ９の駆動配線に接続されている。第四リレー２３は第一バルブ８の駆動配線に接続されている。
【００２６】
図２−２に、ディスプレイ部１２の電源とECOユニット１８のON、OFFと動作モードのマトリクスを示す。
【００２７】
ディスプレイ部１２の電源がOFFとなることにより第一リレーがOFFになる。ECOユニット１８がONになることにより第二リレーがONになる。第一リレーがOFFになり第二リレーがONになったとき電磁開閉器１７が解放され、第一ポンプ７の電源供給が遮断される。同時に第一センサ１５からの信号を第二センサ１６からの信号に切り替える。次に、第一バルブ８を閉じ、第二バルブを開く。第一センサ１５及び第二センサ１６の信号は真空排気制御部１３に送られ、この信号を用いて第一ポンプ７及び第二ポンプ１１の駆動を監視している。第一ポンプ７の電源供給を遮断し第一センサ１５の信号の代わりに、電源を遮断しない第二ポンプ１１側の第二センサ１６の信号を使うことにより、真空排気制御部１３側は第一ポンプが動作していると判断し、第一ポンプが停止しても、エラーメッセージ表示あるいは排気シーケンス停止をせず、正常な真空排気制御を続ける。これにより、装置の他の部分に影響を与えることなく第一ポンプを停止することができる。この状態がECOモードである。
【００２８】
ディスプレイ部１２の電源がONになった場合、第一リレーがONとなる。ECOユニット１８がOFFになった場合第二リレーがOFFになる。第一リレーがON且つ第二リレーがOFFのときは、上記にて説明したECOモードとは逆の動作をする。具体的には電磁開閉器１７が閉じ、第一ポンプ７の電源供給が再開される。さらに、ECOモードにおける第二センサ１６からの信号に代えて第一センサ１５からの信号を直接真空排気制御部１３に送信し、第一バルブ８を真空排気制御部１３の制御信号に従い動作するようにし、第二バルブを閉じる。ただし、第三センサ１９が第一バルブ８と直列に接続されている為、試料交換室６が試料室５に対して密閉されていない場合、すなわちこれらが連通している場合には、第三センサ１９が試料交換室６が開いていることを検知し、第一バルブ８は閉じたままとなるため、試料交換室６と第一ポンプ７は切り離された状態のままであり、試料交換室６は真空排気されない。また、試料交換室６が閉じている場合、第三センサ１９は試料交換室６が閉じていることを検知し、第一バルブ８は真空排気制御部１３の制御信号に従い動作し、試料交換室６が真空排気される。
【００２９】
第四リレー２３はリレー解放時の時間が制御できる機能を有している。真空排気制御部１３からの信号で第一バルブ８が開く場合、第四リレー２３が予め定められた設定値の時間だけ遅れて第一バルブ８が解放されることにより、試料交換室６側に第一ポンプ７からの油等汚染物を引きこまないように、通常動作に戻ることができる。
【００３０】
このモードが通常モードである。
【００３１】
ディスプレイ部１２の電源がOFFになった場合、第一リレーがOFFとなる。ECOユニット１８がOFFになった場合第二リレーがOFFになる。第一リレーがOFF且つ第二リレーがOFFになったときは、上記にて説明したECOモードとは逆の動作をする。具体的には電磁開閉器１７が閉じ、第一ポンプ７の電源供給が再開される。さらに、ECOモードにおける第二センサ１６からの信号に代えて第一センサ１５からの信号を直接真空排気制御部１３に送信し、第一バルブ８を真空排気制御部１３の制御信号に従い動作するようにし、第二バルブを閉じる。
【００３２】
第四リレー２３はリレー解放時の時間が制御できる機能を有している。真空排気制御部１３からの信号で第一バルブ８が開く場合、第四リレー２３があらかじめ定めた設定値の時間だけ遅れて第一バルブ８が解放されることにより、試料交換室６側に第一ポンプ７からの油等汚染物を引きこまないように、通常動作に戻ることができる。
【００３３】
このモードも通常モードである。
【００３４】
ディスプレイ部１２の電源がONになった場合、第一リレーがONとなる。ECOユニット１８がONになった場合第二リレーがONになる。第一リレーがON且つ第二リレーがONになったときは、上記にて説明したECOモードとは逆の動作をする。具体的には電磁開閉器１７が閉じ、第一ポンプ７の電源供給が再開される。さらに、ECOモードにおける第二センサ１６からの信号に代えて第一センサ１５からの信号を直接真空排気制御部１３に送信し、第一バルブ８を真空排気制御部１３の制御信号に従い動作するようにし、第二バルブを閉じる。
【００３５】
第四リレー２３はリレー解放時の時間が制御できる機能を有している。真空排気制御部１３からの信号で第一バルブ８が開く場合、第四リレー２３があらかじめ定めた設定値の時間だけ遅れて第一バルブ８が解放されることにより、試料交換室６側に第一ポンプ７からの油等汚染物を引きこまないように、通常動作に戻ることができる。
【００３６】
このモードも通常モードである。
【００３７】
上記構成により、ディスプレイがOFF、ECOユニットがONの状態で、ECOモードとなり、それ以外の組合せでは通常モードになる。なお、回路構成は上記のものに限られない。
【００３８】
図３は、本実施例のフロー図である。
【００３９】
動作はディスプレイ部１２の電源がONまたはOFF、ECOユニット１８のスイッチのONまたはOFFの組合せにより決まる。
【００４０】
まず、図３−１で、ディスプレイ部１２の電源がOFFでECOユニット１８のスイッチがONの場合(この状態を「ECOモード」とする)を説明する。この場合には第一リレー２０がOFF、第二リレー２１がON、第三リレー２２がON、第四リレー２３がOFFとなる為、第二バルブ９はOPENとなり、第一バルブがCLOSE、電磁開閉器１７がOPENとなる。さらに、第一センサ信号のかわりに第二センサ信号に切り替わる。これにより試料交換室から第一バルブ７までが真空封じされる為、真空排気系に影響を与えずに第一ポンプ７を停止することができる。
【００４１】
次に、図３−２で、ディスプレイ部１２の電源がONでECOユニット１８のスイッチがOFFの場合(この状態が正常に装置を動作させる設定であり、「通常モード」とする)を説明する。この場合には第一リレー２０がON、第二リレー２１がOFF、第三リレー２２がOFF、第四リレー２３がONとなる為、第二バルブ９がCLOSE、電磁開閉器１７がCLOSEとなる。また、第一センサ信号をそのまま真空排気制御部に入力する。さらに第一バルブが真空排気制御部に従い動作する。これにより正常に真空排気系を動作させることができる。
【００４２】
次に、図３−３で、ディスプレイ部１２の電源がOFFでECOユニット１８のスイッチがOFFの場合を説明する。この場合には第一リレー２０がOFF、第二リレー２１がOFF、第三リレー２２がOFF、第四リレー２３がONとなる為、第二バルブ９がCLOSE、電磁開閉器１７がCLOSEとなる。また、第一センサ信号をそのまま真空排気制御部に入力する。さらに第一バルブが真空排気制御部に従い動作する。これにより正常に真空排気系を動作させることができる。
【００４３】
次に、図３−４で、ディスプレイ部１２の電源がONでECOユニット１８のスイッチがONの場合を説明する。この場合には第一リレー２０がON、第二リレー２１がON、第三リレー２２がON、第四リレー２３がONとなる為、第二バルブ９がCLOSE、電磁開閉器１７がCLOSEとなる。また、第一センサ信号をそのまま真空排気制御部に入力する。さらに第一バルブが真空排気制御部に従い動作する。これにより正常に真空排気系を動作させることができる。
【００４４】
なお、上記した図３−１から図３−４の説明では、ディスプレイ部１２の電源ON／OFFとECOユニット１８のスイッチのON／OFFを検知する順番を入れ替えることができる。この場合でも各リレー、バルブの動作は同じである。また、ECOユニット１８内部のリレーである、第一リレー２０、第二リレー２１、第三リレー２２、第四リレー２３は、回路基板にて構成されている為、信号線による駆動のみであり、実際には動作順番は無関係であり、全て同時刻に動作するものと考えてよい。
【００４５】
上述したECOユニット１８は、専用の回路基板によってハードウェアとして構成されていてもよいし、荷電粒子線装置に接続されたコンピュータで実行されるソフトウェアによって構成されてもよい。ハードウェアにより構成する場合には、処理を実行する複数の演算器を配線基板上、または半導体チップまたはパッケージ内に集積することにより実現できる。ソフトウェアにより構成する場合には、コンピュータに高速な汎用ＣＰＵを搭載して、所望の演算処理を実行するプログラムを実行することで実現できる。このプログラムが記録された記録媒体により、既存の装置をアップグレードすることも可能である。また、これらの装置や回路、コンピュータ間は有線又は無線のネットワークで接続され、適宜データが送受信される。
【００４６】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【００４７】
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００４８】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１  鏡体
２  一次電子線
３  試料
４  検出器
５  試料室
６  試料交換室
７  第一ポンプ
８  第一バルブ
９  第二バルブ
１０  第三バルブ
１１  第二ポンプ
１２  ディスプレイ部
１３  真空排気制御部
１４  真空排気系電源
１５  第一センサ
１６  第二センサ
１７  電磁開閉器
１８  ＥＣＯユニット
１９  第三センサ
２０  第一リレー
２１  第二リレー
２２  第三リレー
２３  第四リレー
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図３−４】
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