(57)【要約】  イオンポンプを備えた荷電粒子線装置において、イオンポンプの電源の低周波ノイズを十分に低減して真空度を高精度に計測することを可能にする。  イオンポンプ（２）の駆動電源部（１）を、イオンポンプ（２）を作動させる高圧電源回路部（１０１−１１２）と、イオンポンプ（２）に印加される負荷電流を検出する負荷電流検出回路部（１３０）と、負荷電流検出回路部（１３０）に加わる低周波ノイズを低減するキャンセラ回路部（１４０）とを備えて構成する。
2016178283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内で収束させた荷電粒子ビームを試料に照射して前記試料から発生した二次荷電粒子を検出する荷電粒子ビーム照射検出部と、  前記荷電粒子ビーム照射検出部で検出した二次荷電粒子の検出信号を処理して前記試料の二次荷電粒子像を形成する画像処理部と、  前記画像処理部で処理して画像を出力する出力部と、  前記処理室の内部を真空に維持するイオンポンプと、  前記イオンポンプの駆動電源部と、  前記イオンポンプと前記駆動電源部とを接続する高圧ケーブルとを備えたイオンポンプを備えた荷電粒子線装置であって、  前記イオンポンプの駆動電源部は、  前記イオンポンプを作動させる高圧電源回路部と、  前記イオンポンプに印加された負荷電流を検出する負荷電流検出回路部と、  前記負荷電流検出回路部に加わる低周波ノイズを低減するキャンセラ回路部とを備えたことを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項２】
請求項１記載のイオンポンプを備えた荷電粒子装置であって、前記イオンポンプの駆動電源部の前記高圧電源回路部は、１次側にＭＯＳトランジスタを備えたトランスと、前記トランスの１次側に直流電圧を供給するＡＣ−ＤＣ変換部と、前記トランスの１次側のＭＯＳトランジスタのゲートに電圧パルスを供給するパルス生成部と、前記トランスの２次側の出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、前記出力電圧検出回路が検出した出力電圧から電圧パルス幅を決定する制御部とを備えていることを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のイオンポンプを備えた荷電粒子装置であって、前記高圧ケーブルは高圧信号線とＧＮＤ線を有し、前記キャンセラ回路部は、前記高圧ケーブルの高圧信号線とＧＮＤ線間に形成される容量を介して前記負荷電流検出回路に回り込む低周波ノイズを低減することを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項４】
請求項３記載のイオンポンプを備えた荷電粒子装置であって、前記キャンセラ回路部は、高圧ケーブルの高圧信号線とＧＮＤ線間に形成される容量と同等の容量と、電流電圧変換回路と、反転増幅器と加算回路とを備えていることを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項５】
請求項３記載のイオンポンプを備えた荷電粒子装置であって、前記キャンセラ回路部は、高圧ケーブルの高圧信号線とＧＮＤ線間に形成される容量と同等の容量と、電流電圧変換回路と、反転増幅器と差動増幅器とを備えていることを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項６】
請求項４に記載の荷電粒子線装置向けイオンポンプ電源であって、前記キャンセラ回路部は振幅制御部を更に備え、前記キャンセラ回路部の前記反転増幅器は可変抵抗器を有し、前記振幅制御部は、前記負荷電流検出回路部に残存する低周波ノイズが最小となるように前記反転増幅器の前記可変抵抗器の抵抗値を決定することを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項７】
鏡筒を備えた電子顕微鏡と、  前記電子顕微鏡の鏡筒の内部を真空に維持するイオンポンプと、  前記イオンポンプの駆動電源部と、を備えたイオンポンプを備えた荷電粒子線装置であって、  前記イオンポンプの駆動電源部は、  前記イオンポンプを作動させる高圧電源回路部と、  前記イオンポンプに印加された負荷電流を検出する負荷電流検出回路部と、  前記負荷電流検出回路部に加わる低周波ノイズを低減するキャンセラ回路部とを備えたことを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項８】
請求項７記載のイオンポンプを備えた荷電粒子装置であって、前記イオンポンプの駆動電源部の前記高圧電源回路部は、１次側にＭＯＳトランジスタを備えたトランスと、前記トランスの１次側に直流電圧を供給するＡＣ−ＤＣ変換部と、前記トランスの１次側のＭＯＳトランジスタのゲートに電圧パルスを供給するパルス生成部と、前記トランスの２次側の出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、前記出力電圧検出回路が検出した出力電圧から電圧パルス幅を決定する制御部とを備えていることを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のイオンポンプを備えた荷電粒子装置であって、前記イオンポンプと前記駆動電源部とを接続する高圧信号線とＧＮＤ線を有する高圧ケーブルを更に備え、前記キャンセラ回路部は、前記高圧ケーブルの高圧信号線とＧＮＤ線間に形成される容量を介して前記負荷電流検出回路に回り込む低周波ノイズを低減することを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項１０】
請求項９記載のイオンポンプを備えた荷電粒子装置であって、前記キャンセラ回路部は、高圧ケーブルの高圧信号線とＧＮＤ線間に形成される容量と同等の容量と、電流電圧変換回路と、反転増幅器と加算回路とを備えていることを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項１１】
請求項９記載のイオンポンプを備えた荷電粒子装置であって、前記キャンセラ回路部は、高圧ケーブルの高圧信号線とＧＮＤ線間に形成される容量と同等の容量と、電流電圧変換回路と、反転増幅器と差動増幅器とを備えていることを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の荷電粒子線装置向けイオンポンプ電源であって、前記キャンセラ回路部は振幅制御部を更に備え、前記キャンセラ回路部の前記反転増幅器は可変抵抗器を有し、前記振幅制御部は、前記負荷電流検出回路部に残存する低周波ノイズが最小となるように前記反転増幅器の前記可変抵抗器の抵抗値を決定することを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、イオンポンプを備えた荷電粒子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  荷電粒子線装置は、比較的高い真空状態を維持している試料室内に設置した試料に荷電粒子線を照射することにより、その試料の画像取得等を行うものである。例えば走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡においては、対象試料に荷電粒子線として電子線を照射し、検出器により検出した二次電子量又は透過電子量に基づいて、対象試料の顕微鏡像を生成している。【０００３】  このような荷電粒子線装置において、試料を設置する試料室や荷電粒子光学系の鏡筒の内部を高い真空状態に維持するためにイオンポンプが用いられている。このイオンポンプを用いて高真空に設定した状態を計測しようとすると、検出する電流が微弱になるために、ノイズの影響が無視できなくなる。【０００４】  このようなノイズの問題を解決する方法として特許文献１には、「パラボラ電圧発生回路から高圧抵抗回路を介して、パルス幅制御回路のオペアンプに漏出した漏洩パラボラ電圧は、パラボラ電圧発生回路のパラボラ電圧を抵抗分割して得た、漏洩パラボラ電圧と同相で同振幅の分圧パラボラ電圧を前記オペアンプに加えて、差動増幅することによりキャンセルされる。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１７７８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  電子顕微鏡装置の試料室や電子光学系の鏡筒を構成する真空容器を超高真空の状態に維持するためにイオンポンプが利用される。このイオンポンプでは、排気機構部内の陽極と陰極の間に高電圧を印加し、外部から強い磁場をかけることにより、陰極から発生した電子が気体分子に衝突して気体分子がイオン化し、イオンが陰極に吸着あるいはイオントラップに捕獲されることによって、真空容器内の真空度を向上させる。【０００７】  電子顕微鏡装置では、電子銃が搭載される電子光学系の鏡筒の空間内は超高真空(１０−９Ｐａ以下)状態であることが求められている。【０００８】  電子光学系の鏡筒の空間内の真空度は、イオンポンプの排気機構部内の陽極と陰極の間に流れる負荷電流と比例関係にあり、イオンポンプの排気機構部内で計測することができる。このようにイオンポンプの排気機構部内で真空度を計測するために、イオンポンプの電源が備える負荷電流検出回路は超高真空状態を示す１ｎＡオーダーの検出精度を必要とされる。【０００９】  イオンポンプ電源では、高電圧回路の出力段に低周波ノイズ(０．１〜６０Ｈｚ)が重畳するため、イオンポンプとイオンポンプ電源間に敷設された高圧ケーブルの高圧信号線とＧＮＤ線間に形成されるケーブル容量を介して負荷電流検出回路に低周波ノイズが重畳し、１ｎＡオーダーの検出精度を得ることができず、電子銃が搭載される空間内が超高真空状態であることを担保できないという課題があった。【００１０】  ノイズキャンセルに関する公知例として、特許文献１には、パラボラ電圧発生回路から高圧抵抗回路を介してパルス幅制御回路のオペアンプの入力段に重畳する漏洩パラボラ電圧を、パラボラ電圧発生回路のパラボラ電圧を抵抗分割して得た、漏洩パラボラ電圧と同相で同振幅の分圧パラボラ電圧を前記オペアンプに加えて、差動増幅することによりキャンセルすることが記載されている。しかし、特許文献１に記載されている構成では、パラボラ電圧発生回路から見える高圧抵抗回路と分圧抵抗器のインピーダンスが異なるため、漏洩成分を高精度に低減できないという課題がある。【００１１】  そこで本発明では、イオンポンプの電源の低周波ノイズを十分に低減して真空度を高精度に計測することを可能にするイオンポンプを備えた荷電粒子線装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  上記した課題を解決するために、本発明では、処理室内で収束させた荷電粒子ビームを試料に照射して試料から発生した二次荷電粒子を検出する荷電粒子ビーム照射検出部と、荷電粒子ビーム照射検出部で検出した二次荷電粒子の検出信号を処理して試料の二次荷電粒子像を形成する画像処理部と、画像処理部で処理して画像を出力する出力部と、処理室の内部を真空に維持するイオンポンプと、イオンポンプの駆動電源部と、イオンポンプと駆動電源部とを接続する高圧ケーブルとを備えたイオンポンプを備えた荷電粒子線装置であって、イオンポンプの駆動電源部を、イオンポンプを作動させる高圧電源回路部と、イオンポンプに印加された負荷電流を検出する負荷電流検出回路部と、負荷電流検出回路部に加わる低周波ノイズを低減するキャンセラ回路部とを備えて構成した。【００１３】  また、上記課題を解決するために、本発明では、鏡筒を備えた電子顕微鏡と、電子顕微鏡の鏡筒の内部を真空に維持するイオンポンプと、イオンポンプの駆動電源部とを備えたイオンポンプを備えた荷電粒子線装置であって、イオンポンプの駆動電源部を、イオンポンプを作動させる高圧電源回路部と、イオンポンプに印加された負荷電流を検出する負荷電流検出回路部と、負荷電流検出回路部に加わる低周波ノイズを低減するキャンセラ回路部とを備えて構成した。
【発明の効果】
【００１４】  本発明によれば、イオンポンプの電源の低周波ノイズを十分に低減して荷電粒子装置の鏡筒内部の真空度を高精度に計測することを可能になった。また、荷電粒子装置として、電子顕微鏡に適用した場合、イオンポンプ駆動電源の低周波ノイズを低減し、１ｎＡオーダーのイオンポンプにおける負荷電流検出精度が得られ、電子銃が搭載される空間内が超高真空状態であることを担保できるため、電子顕微鏡装置の計測の高精度化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１におけるイオンポンプを備えた荷電粒子装置の概略の構成とイオンポンプ電源回路部の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１におけるイオンポンプを備えた荷電粒子装置の例として電子顕微鏡を用いた場合の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例１におけるイオンポンプ電源回路部の構成の比較例としてのイオンポンプ電源回路部の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施例１における負荷電流検出回路およびキャンセラ回路で観測される電圧波形のグラフである。
【図５】本発明の実施例１における加算回路の構成例である。
【図６Ａ】本発明の実施例１の第１の変形例における負荷電流検出回路とキャンセラ回路の構成を示す回路図である。
【図６Ｂ】本発明の実施例１の第２の変形例における負荷電流検出回路とキャンセラ回路の構成例である。
【図７】本発明の実施例２におけるイオンポンプを備えた荷電粒子装置の概略の構成とイオンポンプ電源回路部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】  本発明は、イオンポンプを備えた荷電粒子装置において、イオンポンプの電源が備える負荷電流検出回路にキャンセラ回路を設けて、高圧ケーブルと電流電圧変換回路から構成される主回路とキャンセラ回路において、低周波ノイズ源から見えるインピーダンスがそれぞれ同等となるようにキャンセラ回路を設定することにより低周波ノイズを真空度を計測する上で障害にならない程度までに低減することを可能にしたものである。
【００１７】  以下、本発明の実施の形態について説明する。
【実施例１】
【００１８】  本実施例では、ケーブル容量と同等の容量、電流電圧変換回路、反転増幅器および加算回路を備えたキャンセラ回路を設け、高圧ケーブルと電流電圧変換回路から構成される主回路とキャンセラ回路において、低周波ノイズ源から見えるインピーダンスがそれぞれ同等となり、低周波ノイズを真空度を計測する上で問題にならない程度までに低減することを可能にしたイオンポンプを備えた荷電粒子線装置について説明する。【００１９】  図１は、本実施例に係るイオンポンプを備えた荷電粒子線装置１０００の概略の構成を示す図である。【００２０】  図１に示したイオンポンプを備えた荷電粒子線装置１０００は、イオンポンプ電源１、イオンポンプ２、荷電粒子線装置本体３、イオンポンプ電源１とイオンポンプ２とを接続する高圧ケーブル４、全体を制御する全体制御部５及び取得した画像を表示する画面を備えた入出力部６を備えている。【００２１】  荷電粒子線装置本体３として、電子顕微鏡の構成を図２に示す。電子顕微鏡３は、内部を真空に排気可能な真空容器(鏡筒)３０の内部に、電子源３１、電子源３１で発生させた電子を引き出す引出電極３２、引出電極３２により引き出されたビーム状の電子の軌道を大きく振るブランキング電極３３、中央部分に開口部を有してブランキング電極３３により軌道を大きく曲げられた電子ビームを捕捉するアパーチャ３４、アパーチャ３４の開口部を通過した電子ビームをＸ−Ｙ方向に偏向させる偏向電極３５、偏向電極を通過した電子ビームを収束させる収束レンズ３６、試料４０を載置して２次元又は３次元方向に移動可能なテーブル３７、収束レンズ３６により収束された電子ビームが照射された試料４０から発生した２次電子を検出する検出器３８を備えている。【００２２】  電子源３１、引出電極３２、ブランキング電極３３、偏向電極３５、収束レンズ３６、及びテーブル３７は、それぞれ全体制御部５と接続しており、全体制御部５の制御ユニット５１により制御される。また、電子ビームが照射された試料４０から発生した２次電子を検出した検出器３８の信号は、全体制御部５に送られて画像処理部５２で画像処理が行われ、画像処理部５２で生成された試料４０のＳＥＭ画像が入出力部６の表示画面６１上に表示される。【００２３】  イオンポンプ２は電子顕微鏡３の真空容器３０に接続されており、内部に陽極の電極２１を有し、陽極の電極２１の両側に１対の陰極の電極２２を備えた構成を有している。【００２４】  一般的なイオンポンプ２は高真空状態(１０−３Ｐａ程度)から超高真空状態(１０−９Ｐａ程度)の範囲で動作し、排気機構部内の陽極２１と陰極２２の間に流れる負荷電流の範囲は数十ｍＡ〜数ｎＡとなる。そのため、イオンポンプ電源１は高電圧(ＤＣ５ｋＶ)を広い負荷範囲に渡って安定して出力する必要があり、疑似共振フライバック方式が広く使われている。【００２５】  また電子顕微鏡装置３に取り付けられたイオンポンプ２とイオンポンプ電源１の間は、高圧ケーブル４で接続されている。【００２６】  イオンポンプ電源１は、図１に示したように、ＡＣ―ＤＣ変換部１０１、ＤＣ−ＤＣ変換部１０２、フライバックトランス１０３、整流用ダイオード１０４、整流用コンデンサ１０５、スイッチ���グ用ＭＯＳＦＥＴ１０６、１次側の共振コンデンサ１０７、電圧検出用分圧抵抗１０８、１０９、電圧検出用アイソレーションアンプ１１０、制御部１１１、パルス生成部１１２、電流電圧変換用オペアンプ１１４、電流電圧変換用可変抵抗１１３、電流検出用アイソレーションアンプ１１５、Ａ／Ｄコンバータ１１６、負荷電流表示部１１７、高圧ケーブル４が有するケーブル容量と同等の容量１１８、電流電圧変換用オペアンプ１２０、電流電圧変換用可変抵抗１１９、反転増幅用オペアンプ１２３、反転増幅用抵抗１２１、１２２、加算回路１２４、マイクロコンピュータ(μコン)１２５を備えて構成される。【００２７】  上記構成で、ＡＣ―ＤＣ変換部１０１、ＤＣ−ＤＣ変換部１０２、フライバックトランス１０３、整流用ダイオード１０４、整流用コンデンサ１０５、スイッチング用ＭＯＳＦＥＴ１０６、１次側の共振コンデンサ１０７、電圧検出用分圧抵抗１０８、１０９、電圧検出用アイソレーションアンプ１１０、制御部１１１、パルス生成部１１２でイオンポンプ２の陽極の電極２１とその両側に配置された１対の陰極の電極２２との間に高電界を発生させてイオンポンプ２を作動させるための高圧電源回路部が形成されている。【００２８】  また、電流電圧変換用オペアンプ１１４、電流電圧変換用可変抵抗１１３、電流検出用アイソレーションアンプ１１５、Ａ／Ｄコンバータ１１６、負荷電流表示部１１７によりイオンポンプ２に印加された負荷電流を検出する負荷電流検出回路１３０が構成されている。【００２９】  更に、高圧ケーブル４が有するケーブル容量と同等の容量１１８、電流電圧変換用オペアンプ１２０、電流電圧変換用可変抵抗１１９、反転増幅用オペアンプ１２３、反転増幅用抵抗１２１、１２２、加算回路１２４により、高圧ケーブル４と電流電圧変換回路である高圧電源回路部から構成される主回路に対して低周波ノイズ源から見えるインピーダンスが同等となるようにインピーダンスを調整することが可能で、低周波ノイズを真空度を計測する上で問題にならない程度までに低減する事ができるキャンセラ回路１４０が構成されている。【００３０】  フライバックトランス１０３の１次側は、それぞれ商用ＡＣ１００Ｖ(５０／６０Ｈｚ)電源７から供給される電力を所定のＤＣ電圧に変換するＡＣ−ＤＣ変換部１０１と、スイッチング用ＭＯＳＦＥＴ１０６に接続され、ＤＣ−ＤＣ変換部１０２はＡＣ−ＤＣ変換部１０１が出力する所定のＤＣ電圧から別のＤＣ電圧を生成し、制御部１１１およびパルス生成部１１２に供給している。【００３１】  イオンポンプ電源１では、ノイズによる誤動作防止のため、フライバックトランス１次側(低電圧側)と２次側(高電圧側)を分離する必要があり、電圧検出用アイソレーションアンプ１１０、電流検出用アイソレーションアンプ１１５を使用している。【００３２】  また出力電圧を安定化するフィードバック制御を行うため、電圧検出用分圧抵抗１０８、１０９、電圧検出用アイソレーションアンプ１１０から構成される電圧検出回路１５０を有し、制御部１１１、パルス生成部１１２を備える。これにより、負荷電流が増大して出力電圧(イオンポンプ２の陽極２１に印加される電圧)が低下した際には、パルス生成部１１２が���力するスイッチングパルスのパルス幅を増加させることにより、出力電圧を安定化させることができる。【００３３】  さらに真空容器３０内の真空度がイオンポンプ２の排気機構部内の陽極２１と陰極２２の間に流れる負荷電流に比例する性質を利用して、負荷電流検出回路はイオンポンプの負荷電流を検出している。【００３４】  図３に図１で説明した本実施例に係る負荷電流検出回路１３０とキャンセラ回路１４０とを備えたイオンポンプ電源１の比較例として、負荷電流検出回路１３０に相当する負荷電流検出回路３３０を備えキャンセラ回路１４０に相当する回路を持たないイオンポンプ電源部３０１の構成を示す。図３に示した比較例の負荷電流検出回路３３０は、電流電圧変換用オペアンプ３１４、電流電圧変換用可変抵抗３１３、反転増幅用オペアンプ３６２、反転増幅用抵抗３６０、３６１、電流検出用アイソレーションアンプ３１５、Ａ／Ｄコンバータ３１６、負荷電流表示部３１７で構成されている。真空容器３０内の真空度を負荷電流に換算すると１ｎＡオーダーから数十ｍＡとなるため、負荷電流検出回路３３０は広ダイナミックレンジを必要とされる。【００３５】  図３に示したような負荷電流検出回路３３０を備えキャンセラ回路を備えていない構成において、イオンポンプ電源３０１が出力する高電圧(ＤＣ５ｋＶ)に重畳する低周波ノイズ(０．５〜６０Ｈｚ) は、高圧ケーブル４の高圧信号線とＧＮＤ線間に形成される容量を介して負荷電流検出回路３３０へ回り込み、１ｎＡオーダーという微小な負荷電流を検出する際には、検出電圧が低く、微小負荷電流を検出できないという課題がある。低周波ノイズの原因は、電圧検出用アイソレーションアンプ１１０が出力する低周波ノイズ、基準電圧の低周波ゆらぎ、抵抗ノイズ等が挙げられる。【００３６】  図４の（ａ）に示すように、電流電圧変換用オペアンプ１１４の出力段には、負荷電流を示す負のＤＣ電圧４０１と高圧ケーブル４を介して回り込む低周波ノイズ４０２が現れる。一方、図１のケーブル容量と同等の容量１１８、電流電圧変換用オペアンプ１２０、電流電圧変換用可変抵抗１１９、反転増幅用オペアンプ１２３、反転増幅用抵抗１２１、１２２、加算回路１２４から構成されるキャンセラ回路１４０において、反転増幅用オペアンプ１２３の出力段では、図４の（ｂ）に示すように、電流電圧変換用オペアンプ１１４の出力段における低周波ノイズと同振幅・逆位相の信号４１２が現れる。そのため、加算回路１２４の出力段では低周波ノイズ４０２がキャンセルされ、所望の負荷電流を示す正のＤＣ電圧４０３のみが現れる。【００３７】  図１に示したような負荷電流検出回路１３０とキャンセラ回路１４０とを備えた本実施例の構成とすることにより、図３に示したような負荷電流検出回路３３０だけを備え、キャンセラ回路を備えていない比較例のような構成と比べて、低周波ノイズを真空容器内の真空度を測定する上で障害とならない程度まで高精度に低減し、１ｎＡオーダーの検出精度が得られ、電子銃が搭載される空間内が超高真空状態であることを担保できるため、電子顕微鏡装置の計測の高精度化に寄与することがわかる。【００３８】  すなわち、イオンポンプ電源１を本実施例で説明したような構��としたことにより、イオンポンプ２が作動する高真空状態(１０−３Ｐａ程度)から超高真空状態(１０−９Ｐａ程度)の範囲で、イオンポンプ２の陽極２１と陰極２２の間に流れる負荷電流数十ｍＡ〜数ｎＡの範囲を、負荷電流検出回路１３０で安定して検出することが可能になる。【００３９】  尚、本実施例では、各種ある昇圧方式の一つである擬似共振フライバック方式を用いて１次側フライバックトランスをスイッチング制御するイオンポンプ電源について説明をしたが、昇圧方式をプッシュプル方式、ハーフブリッジ方式、フルブリッジ方式といった他の昇圧方式を用いても本実施例と同様の効果を得ることができ、擬似共振フライバック方式に限定されるものではない。【００４０】  また本実施例の加算回路１２４は、例えば図５に示す加算演算用オペアンプ１２４１、加算演算用抵抗１２４２，１２４３，１２４４で構成すれば良い。【００４１】  また本実施例では、負荷電流検出回路１３０は、電流電圧変換用オペアンプ１１４、電流電圧変換用可変抵抗１１３、電流検出用アイソレーションアンプ１１５、Ａ／Ｄコンバータ１１６、負荷電流表示部１１７を備えて構成され、一方、キャンセラ回路１４０はケーブル容量と同等の容量１１８、電流電圧変換用オペアンプ１２０、電流電圧変換用可変抵抗１１９、反転増幅用オペアンプ１２３、反転増幅用抵抗１２１、１２２、加算回路１２４を備えて構成されるものとして説明した。しかし、図６Ａに示すように、電流電圧変換用オペアンプ１１４の出力段に反転増幅用オペアンプ１３３、反転増幅用抵抗１３１、１３２を、差動増幅用オペアンプ１３８、差動増幅用抵抗１３４、１３５、１３６、１３７を配置して、低周波ノイズと同振幅・逆位相に変換した信号同士を同相でキャンセルさせて正のＤＣ電圧を検出しても良い。【００４２】  また図６Ｂに示すように、電流電圧変換用オペアンプ１１４と電流電圧変換用オペアンプ１２０の出力信号を差動増幅用オペアンプ１３８に入力して、低周波ノイズをキャンセルした後、反転増幅用オペアンプ１３０３、反転増幅用抵抗１３０１、１３０２により、正のＤＣ電圧を検出しても良い。【００４３】  本実施例によれば、イオンポンプ電源の高圧ケーブルと電流電圧変換回路から構成される主回路とキャンセラ回路において、低周波ノイズ源から見えるインピーダンスがそれぞれ同等となり、低周波ノイズを真空度を計測する上で問題にならない程度までに低減することが可能になり、真空容器内の真空度を高い信頼度で計測することができ、電子顕微鏡装置の計測の高精度化に寄与することができる。【００４４】  なお、上記した実施例では、荷電粒子線装置本体３として、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡などの電子顕微鏡の場合について説明したが、本実施例はこれに限定されるものではなく、荷電粒子ビームとしてイオンビームを用いるイオンビーム装置にも適用できる。
【実施例２】
【００４５】  本実施例では、実施例１で示したキャンセラ回路１４０が有するケーブル容量と同等の容量１１８と、高圧ケーブル４の高圧線とＧＮＤ線間に形成される容量に差異があり、キャンセル効果が低減することを補償する機能を備えたイオンポンプ電源７０１について、図７を用いて説明する。図７において、実施例１で図１を用いて説明した部品と同じ部品には、同じ番号を付してある。また、負荷電流検出回路１３０及びキャンセラ回路１４０の表示を省略している。【００４６】  高圧ケーブル４の高圧線とＧＮＤ線間に形成される容量と、キャンセラ回路が有するケーブル容量と同等の容量１１８がそれぞれ１０００ｐＦ、２０００ｐＦである場合、電流電圧変換用オペアンプ１２０出力段の低周波ノイズの振幅は電流電圧変換用オペアンプ１１４出力段の２倍であるのに対して、低周波ノイズの位相はほとんど差異がない。そのため、容量の差異により、キャンセル効果が低減するといった課題がある。【００４７】  図７は、上記課題を解決する本実施例のイオンポンプ電源７０１の構成図の例である。実施例１の図１と異なる構成要素は２点あり、図１の反転増幅用抵抗１２２が反転増幅用可変抵抗７２２となっている点と、検出される低周波ノイズが最小となるように反転増幅用可変抵抗７２２を切り替える振幅調整部７２６を備える点である。【００４８】  上記した容量の差異により、電流電圧変換用オペアンプ１２０出力段の低周波ノイズの振幅が電流電圧変換用オペアンプ１１４出力段の２倍となる場合には、反転増幅用可変抵抗７２２を反転増幅用抵抗１２１の半分の抵抗値に設定することにより、加算回路１２４出力段の低周波ノイズはキャンセルされ、所望の負荷電流を示す正のＤＣ電圧のみが現れる。【００４９】  尚、高圧ケーブル４の高圧線とＧＮＤ線間に形成される容量と、キャンセラ回路が有するケーブル容量と同等の容量１１８との差異が小さい場合には、加算回路１２４出力段にて低周波ノイズのほとんどが低減されるが、低周波ノイズが僅かに残存する。そのため、振幅調整部１２６は、残存する低周波ノイズが最小となるよう、反転増幅用可変抵抗７２２を切り替えては残存する低周波ノイズを計測する処理を繰り返すと良い。【００５０】  本実施例により、低周波ノイズを高精度に低減し、１ｎＡオーダーの検出精度が得られ、電子銃が搭載される空間内が超高真空状態であることを担保できるため、電子顕微鏡装置の計測の高精度化に寄与する。【００５１】  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。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。   また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれ���れの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。   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】
【００５２】１・・・イオンポンプ電源    ２・・・イオンポンプ    ３・・・電子顕微鏡装置    ４・・・高圧ケーブル    ５・・・全体制御部    ６・・・入出力部    ３０・・・真空容器    ３８・・・検出器    １０１・・・ＡＣ−ＤＣ変換部    １０２・・・ＤＣ−ＤＣ変換部    １０３・・・トランス    １０４・・・整流用ダイオード    １０５・・・整流用コンデンサ    １１１・・・制御部    １１２・・・パルス生成部    １１３  電流電圧変換用可変抵抗    １１４・・・電流電圧変換用オペアンプ    １１５・・・電流検出用アイソレーションアンプ    １１６・・・Ａ／Ｄコンバータ    １１７・・・負荷電流表示部    １１８・・・ケーブル容量と同等の容量    １１９・・・電流電圧変換用可変抵抗    １２０・・・電流電圧変換用オペアンプ    １２３、１３３、１３０３・・・反転増幅用オペアンプ    １２４・・・加算回路    １３０・・・負荷電流検出回路    １４０・・・キャンセラ回路    １５０・・・電圧検出回路。
【図１】
2016178283.tif 000003
【図２】
2016178283.tif 000004
【図３】
2016178283.tif 000005
【図４】
2016178283.tif 000006
【図５】
2016178283.tif 000007
【図６Ａ】
2016178283.tif 000008
【図６Ｂ】
2016178283.tif 000009
【図７】
2016178283.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月18日(2017.1.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内で収束させた荷電粒子ビームを試料に照射して前記試料から発生した二次荷電粒子を検出する荷電粒子ビーム照射検出部と、
前記荷電粒子ビーム照射検出部で検出した前記二次荷電粒子の検出信号を処理して前記試料の二次荷電粒子像を形成する画像処理部と、
前記画像処理部で処理して画像を出力する出力部と、
前記処理室の内部を真空に維持するイオンポンプと、
前記イオンポンプの駆動電源部と、
前記イオンポンプと前記駆動電源部とを接続する高圧ケーブルと
を備えたイオンポンプを備えた荷電粒子装置であって、
前記イオンポンプの前記駆動電源部は、
前記イオンポンプを作動させる高圧電源回路部と、
前記イオンポンプに印加された負荷電流を検出する負荷電流検出回路部と、
前記負荷電流検出回路部に加わる低周波ノイズを低減するキャンセラ回路部と
を備えたことを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項２】
請求項１記載のイオンポンプを備えた荷電粒子装置であって、前記イオンポンプの前記駆動電源部の前記高圧電源回路部は、１次側にＭＯＳトランジスタを備えたトランスと、前記トランスの前記１次側に直流電圧を供給するＡＣ−ＤＣ変換部と、前記トランスの前記１次側の前記ＭＯＳトランジスタのゲートに電圧パルスを供給するパルス生成部と、前記トランスの２次側の出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、前記出力電圧検出回路が検出した出力電圧から電圧パルス幅を決定する制御部とを備えていることを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のイオンポンプを備えた荷電粒子装置であって、前記高圧ケーブルは高圧信号線とＧＮＤ線を有し、前記キャンセラ回路部は、前記高圧ケーブルの前記高圧信号線と前記ＧＮＤ線の間に形成される容量を介して前記負荷電流検出回路部に回り込む低周波ノイズを低減することを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項４】
請求項３記載のイオンポンプを備えた荷電粒子装置であって、前記キャンセラ回路部は、前記高圧ケーブルの前記高圧信号線と前記ＧＮＤ線の間に形成される容量と同等の容量と、電流電圧変換回路と、反転増幅器と加算回路とを備えていることを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項５】
請求項３記載のイオンポンプを備えた荷電粒子装置であって、前記キャンセラ回路部は、前記高圧ケーブルの前記高圧信号線と前記ＧＮＤ線の間に形成される容量と同等の容量と、電流電圧変換回路と、反転増幅器と差動増幅器とを備えていることを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項６】
請求項４に記載のイオンポンプを備えた荷電粒子装置であって、前記キャンセラ回路部は振幅制御部を更に備え、前記キャンセラ回路部の前記反転増幅器は可変抵抗器を有し、前記振幅制御部は、前記負荷電流検出回路部に残存する低周波ノイズが最小となるように前記反転増幅器の前記可変抵抗器の抵抗値を決定することを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項７】
鏡筒を備えた電子顕微鏡と、
前記電子顕微鏡の鏡筒の内部を真空に維持するイオンポンプと、
前記イオンポンプの駆動電源部と、
を備えたイオンポンプを備えた荷電粒子装置であって、
前記イオンポンプの前記駆動電源部は、
前記イオンポンプを作動させる高圧電源回路部と、
前記イオンポンプに印加された負荷電流を検出する負荷電流検出回路部と、
前記負荷電流検出回路部に加わる低周波ノイズを低減するキャンセラ回路部と
を備えたことを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項８】
請求項７記載のイオンポンプを備えた荷電粒子装置であって、前記イオンポンプの前記駆動電源部の前記高圧電源回路部は、１次側にＭＯＳトランジスタを備えたトランスと、前記トランスの前記１次側に直流電圧を供給するＡＣ−ＤＣ変換部と、前記トランスの前記１次側の前記ＭＯＳトランジスタのゲートに電圧パルスを供給するパルス生成部と、前記トランスの２次側の出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、前記出力電圧検出回路が検出した出力電圧から電圧パルス幅を決定する制御部とを備えていることを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のイオンポンプを備えた荷電粒子装置であって、前記イオンポンプと前記駆動電源部とを接続する高圧信号線とＧＮＤ線を有する高圧ケーブルを更に備え、前記キャンセラ回路部は、前記高圧ケーブルの前記高圧信号線と前記ＧＮＤ線の間に形成される容量を介して前記負荷電流検出回路部に回り込む低周波ノイズを低減することを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項１０】
請求項９記載のイオンポンプを備えた荷電粒子装置であって、前記キャンセラ回路部は、前記高圧ケーブルの前記高圧信号線と前記ＧＮＤ線の間に形成される容量と同等の容量と、電流電圧変換回路と、反転増幅器と加算回路とを備えていることを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項１１】
請求項９記載のイオンポンプを備えた荷電粒子装置であって、前記キャンセラ回路部は、前記高圧ケーブルの前記高圧信号線と前記ＧＮＤ線の間に形成される容量と同等の容量と、電流電圧変換回路と、反転増幅器と差動増幅器とを備えていることを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【請求項１２】
請求項１１記載のイオンポンプを備えた荷電粒子装置であって、前記キャンセラ回路部は振幅制御部を更に備え、前記キャンセラ回路部の前記反転増幅器は可変抵抗器を有し、前記振幅制御部は、前記負荷電流検出回路部に残存する低周波ノイズが最小となるように前記反転増幅器の前記可変抵抗器の抵抗値を決定することを特徴とするイオンポンプを備えた荷電粒子装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
荷電粒子装置（荷電粒子線装置）は、比較的高い真空状態を維持している試料室内に設置した試料に荷電粒子線を照射することにより、その試料の画像取得等を行うものである。例えば走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡においては、対象試料に荷電粒子線として電子線を照射し、検出器により検出した二次電子量又は透過電子量に基づいて、対象試料の顕微鏡像を生成している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
荷電粒子線装置本体３として、電子顕微鏡装置３の構成を図２に示す。電子顕微鏡装置３は、内部を真空に排気可能な真空容器(鏡筒)３０の内部に、電子源３１、電子源３１で発生させた電子を引き出す引出電極３２、引出電極３２により引き出されたビーム状の電子の軌道を大きく振るブランキング電極３３、中央部分に開口部を有してブランキング電極３３により軌道を大きく曲げられた電子ビームを捕捉するアパーチャ３４、アパーチャ３４の開口部を通過した電子ビームをＸ−Ｙ方向に偏向させる偏向電極３５、偏向電極を通過した電子ビームを収束させる収束レンズ３６、試料４０を載置して２次元又は３次元方向に移動可能なテーブル３７、収束レンズ３６により収束された電子ビームが照射された試料４０から発生した２次電子を検出する検出器３８を備えている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
イオンポンプ２は電子顕微鏡装置３の真空容器３０に接続されており、内部に陽極の電極２１を有し、陽極の電極２１の両側に１対の陰極の電極２２を備えた構成を有している。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
上記構成で、ＡＣ―ＤＣ変換部１０１、ＤＣ−ＤＣ変換部１０２、フライバックトランス１０３、整流用ダイオード１０４、整流用コンデンサ１０５、スイッチング用ＭＯＳＦＥＴ１０６、１次側の共振コンデンサ１０７、電圧検出用分圧抵抗１０８、１０９、電圧検出用アイソレーションアンプ１１０、制御部１１１、パルス生成部１１２でイオンポンプ２の陽極の電極(陽極)２１とその両側に配置された１対の陰極の電極(陰極)２２との間に高電界を発生させてイオンポンプ２を作動させるための高圧電源回路部が形成されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
図３に図１で説明した本実施例に係る負荷電流検出回路１３０とキャンセラ回路１４０とを備えたイオンポンプ電源１の比較例として、負荷電流検出回路１３０に相当する負荷電流検出回路３３０を備えキャンセラ回路１４０に相当する回路を持たないイオンポンプ電源３０１の構成を示す。図３に示した比較例の負荷電流検出回路３３０は、電流電圧変換用オペアンプ３１４、電流電圧変換用可変抵抗３１３、反転増幅用オペアンプ３６２、反転増幅用抵抗３６０、３６１、電流検出用アイソレーションアンプ３１５、Ａ／Ｄコンバータ３１６、負荷電流表示部３１７で構成されている。真空容器３０内の真空度を負荷電流に換算すると１ｎＡオーダーから数十ｍＡとなるため、負荷電流検出回路３３０は広ダイナミックレンジを必要とされる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
１・・・イオンポンプ電源    ２・・・イオンポンプ    ３・・・電子顕微鏡装置    ４・・・高圧ケーブル    ５・・・全体制御部    ６・・・入出力部    ３０・・・真空容器    ３８・・・検出器    １０１・・・ＡＣＤＣ変換部    １０２・・・ＤＣ−ＤＣ変換部    １０３・・・フライバックトランス    １０４・・・整流用ダイオード    １０５・・・整流用コンデンサ    １１１・・・制御部    １１２・・・パルス生成部    １１３・・・ 電流電圧変換用可変抵抗    １１４・・・電流電圧変換用オペアンプ    １１５・・・電流検出用アイソレーションアンプ    １１６・・・Ａ／Ｄコンバータ    １１７・・・負荷電流表示部    １１８・・・ケーブル容量と同等の容量    １１９・・・電流電圧変換用可変抵抗    １２０・・・電流電圧変換用オペアンプ    １２３、１３３、１３０３・・・反転増幅用オペアンプ    １２４・・・加算回路    １３０・・・負荷電流検出回路    １４０・・・キャンセラ回路    １５０・・・電圧検出回路。
【国際調査報告】
2016178283.tif 000011
2016178283.tif 000012