(57)【要約】【課題】安価な材料を用いてパーマロイ等の高透磁率の軟磁性材料を用いたのと同様の磁気シールド性能を得ること、電子線に影響を与えることなく外部磁場を遮蔽することである。【解決手段】電子線装置１を収容する鉄又は珪素鋼等の低透磁率の磁性材料からなるケーシング３と、当該ケーシング３（の側壁に）巻回され、電流Ｉが流されることにより当該ケーシング３を磁化する励磁コイル４と、を備え、前記励磁コイル４が、前記電子線装置１の電子線ＥＢに沿うように磁界を生じさせるものであり、さらに前記ケーシング３を磁気飽和しないように前記ケーシング３を磁化するものである。【選択図】図１
2008053121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線装置を収容する鉄又は珪素鋼等の低透磁率の磁性材料からなるケーシングと、
当該ケーシングの側壁に巻回され、電流が流されることにより当該ケーシングを磁化する励磁コイルと、を備え、
前記励磁コイルが、前記電子線装置の電子線に沿うように磁界を生じさせるものであり、さらに前記ケーシングを磁気飽和しないように前記ケーシングを磁化するものであることを特徴とする磁気シールド装置。
【請求項２】
前記励磁コイルに流す電流の大きさ又は当該励磁コイルの巻き数が調節されることにより、前記ケーシングが磁気飽和しないようにしていることを特徴とする請求項１記載の磁気シールド装置。
【請求項３】
前記ケーシングの軸方向の中心軸が前記電子線の軸と略一致していることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気シールド装置。
【請求項４】
前記ケーシングが、前記電子線装置を収容する内筒と、当該内筒を収容する外筒とからなり、
前記内筒の外側周面の周方向に前記励磁コイルが巻回されており、
前記内筒及び外筒が、前記電子線の軸と同心円上に設けられるとともに、磁気的に短絡されることを特徴とする請求項１、２又は３記載の磁気シールド装置。
【請求項５】
前記ケーシングの周囲に渦電流が発生する渦電流発生体を設けていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の磁気シールド装置。
【請求項６】
電子線装置を収容する鉄又は珪素鋼等の低透磁率の磁性材料からなるケーシングと、当該ケーシングに巻回され、当該ケーシングを磁化する励磁コイルと、を用いた磁気シールド方法であって、
前記励磁コイルにより、前記電子線装置の電子線に沿うように磁界を生じさせ、さらに、前記ケーシングが磁気飽和しないように前記励磁コイルに電流を流していることを特徴とする磁気シールド方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線装置の磁気シールドを行う磁気シールド装置及び磁気シールド方法に関し、特に地磁気等の外部磁気による電子線装置への影響を小さくする磁気シールド装置及び磁気シールド方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁場中に設置された電子線装置の磁気シールド（磁気遮蔽）は、パーマロイ又はセンダスト等の初透磁率の極めて大きい高透磁率の軟磁性材料が用いられている。
【０００３】
例えば特許文献１に示すように、パーマロイを用いて磁気シールド空間を形成して、その空間の中に電子線装置を設置するものがある。これにより、例えば地磁気等の外部磁場を一定の割合（しばしば約１／５０００以下が要求されている。）に減衰させることができる。
【０００４】
しかしながら、パーマロイはニッケル・鉄を主成分とし、熱処理を経なければならないこと、需要が少ないこともあり高価である。また、重量が極めて大きいという問題もある。このようなことから、パーマロイを用いた磁気シールドは使用分野が制限されている。
【０００５】
また、センダストに関して言うと、高価であるという上に、硬く脆いため加工が困難であるという問題もある。
【０００６】
一方、近時では、特許文献２に示すように、磁気シールド材にコイルを巻回して電流を流すことにより、磁気シールド材に磁界を付与し（磁石化し）、シールド部材の磁気シールドの透磁率を向上させる方法も考えられている。
【０００７】
しかしながら、磁気シールド材に磁界を付与する（磁石化する）ものであると、例えば構造上の問題又は不純物の混入等により、磁界分布が不均一となる恐れがある。そうすると、電子線装置を磁気シールドする場合には、その磁界分布の不均一によって、電子線が予期せぬ方向に曲がってしまうという結果になってしまう。また、磁石化しているのでメンテナンス等の際において、正確な組み立て・調整等をするに難があるという問題がある。
【特許文献１】特公平２−５６８４０号公報
【特許文献２】特開平５−２１８６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、安価な材料を用いてパーマロイ等の高透磁率の軟磁性材料を用いたのと同様の磁気シールド性能を得ること及び電子線に影響を与えることなく磁気シールドすることをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明に係る磁気シールド装置は、電子線装置を収容する鉄又は珪素鋼等の低透磁率の磁性材料からなるケーシングと、当該ケーシングの側壁に巻回され、電流が流されることにより当該ケーシングを磁化する励磁コイルと、を備え、前記励磁コイルが、前記電子線装置の電子線に沿うように磁界を生じさせるものであり、さらに前記ケーシングを磁気飽和しないように前記ケーシングを磁化するものであることを特徴とする。
【００１０】
このようなものであれば、励磁コイルに電流を流すことによりケーシング壁内の透磁率を大きくすることができるので、鉄等の安価な材料を用いて、パーマロイ等の高透磁率の軟磁性材料を用いたのと同様の磁気シールド性能を得ることができる。また、励磁コイルにより生じる磁界が電子線に沿うように形成され、なおかつケーシングが磁気的に飽和せず磁石化しないので磁界によって電子線が曲がる等することがない。さらに、ケーシングが磁石化していないので、磁気シールド装置をＯＦＦした時にケーシングが磁界を生じさせず、メンテナンス等の際に組み立て又は調節等を正確に行うことができるようになる。
【００１１】
ここで「低透磁率の軟磁性材料」とは、鉄（Fe）又は珪素鋼（Fe-Si合金）等であり、初透磁率（初透磁率又は初比透磁率）が１５０以上５０００未満である軟磁性材料をいう。一方、「高透磁率の軟磁性材料」とは、パーマロイ（Fe-Ni合金）又はセンダスト（Fe-Si-Al合金）等であり、初透磁率が５０００以上である軟磁性材料をいう。
【００１２】
また、「磁気飽和しない」とは、前記励磁コイルにより前記ケーシングの壁内に生じる磁束密度が、そのケーシングの飽和磁束密度未満であることをいう。つまり、ケーシングを磁気飽和しないようにケーシングを磁化するとは、励磁コイルに電流を流さなくしたときに、ケーシングが磁化しない、帯磁しない、残留磁化を残さない程度に、ケーシングを磁化することを意味する。
【００１３】
前記ケーシングが磁気飽和しないための手段としては、前記励磁コイルに流す電流の大きさ又は当該励磁コイルの巻き数を調節することが考えられる。
【００１４】
前記電子線装置の作動時に前記励磁コイルに電流を流すようにしていることが望ましい。つまり、電子線装置のＯＮ／ＯＦＦと、磁気シールド装置のＯＮ／ＯＦＦと、を同期していることが望ましい。これならば、メンテナンス等を容易に行うことができるようになる。
【００１５】
ケーシングの配置の具体的な実施の態様としては、前記ケーシングの軸方向の中心軸が前記電子線の軸と略一致していることが望ましい。これならば、ケーシングに巻回された励磁コイルの軸を電子線の軸に略一致させることができるようになり、励磁コイルにより形成される磁界が電子線を曲げる等の悪影響をさらに小さくすることができる。
【００１６】
ケーシングの具体的な実施の態様及び励磁コイルの配置の具体的な実施の態様としては、前記ケーシングが、前記電子線装置を収容する内筒と、当該内筒を収容する外筒とからなり、前記内筒の外側周面の周方向に前記励磁コイルが巻回されており、前記内筒及び外筒が、前記電子線の軸と同心円上に設けられるとともに、磁気的に短絡されることが望ましい。このようなものであれば、電子線からみて周囲の環境が対称（同じ）であるので、電子線に与える悪影響をさらに低減することができる。このとき、励磁コイルの軸が電子線の軸と一致する。
【００１７】
具体的には、前記電子線装置が電子顕微鏡であり、前記内筒が、当該電子顕微鏡の少なくとも電子銃を内部に有する鏡筒及び試料が収容される試料収容室を収容するものであることが望ましい。
【００１８】
上記シールド効果と渦電流によるシールド効果とを組み合わせて一層の磁気シールド性能の向上を図るためには、記ケーシングの周囲に渦電流が発生する渦電流発生体を設けていることが望ましい。
【００１９】
また、本発明に係る磁気シールド方法は、電子線装置を収容する鉄又は珪素鋼等の低透磁率の磁性材料からなるケーシングと、当該ケーシングに巻回され、当該ケーシングを磁化する励磁コイルと、を用いた磁気シールド方法であって、前記励磁コイルにより、前記電子線装置の電子線に沿うように磁界を生じさせ、さらに、前記ケーシングが磁気飽和しないように前記励磁コイルに電流を流していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
このように構成した本発明によれば、励磁コイルに電流を流すことによりケーシング壁内の透磁率を大きくすることができるので、鉄等の安価な材料を用いて、パーマロイ等の高透磁率の軟磁性材料を用いたのと同様の磁気シールド性能を得ることができ、外部磁場を遮蔽することができる。また、励磁コイルにより生じる磁界が電子線に沿うように形成され、なおかつケーシングが磁気的に飽和せず磁石化しないので、磁界によって電子線が曲がる等することがない。さらに、ケーシングが磁石化していないので、磁気シールド装置をＯＦＦした時にケーシングが磁界を生じさせず、メンテナンス等の際の組み立て又は各部品の調節等を正確に行うことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
＜第１実施形態＞
以下に本発明の磁気シールド装置の第１実施形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
本実施形態に係る磁気シールド装置２は、図１に示すように、例えば電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の電子線装置１を地磁気等の外部磁場からシールドするものであり、電子線装置１を収容するケーシング３と、当該ケーシング３の外壁に巻回された励磁コイル４と、当該励磁コイル４に直流電流Ｉを流す励磁コイル用電源５と、励磁コイル４に流れる直流電流Ｉの大きさを制御する電源制御装置６とを備えている。以下、各部について説明する。
【００２３】
ケーシング３は、電子線装置１を収容する内筒３１と、その内筒３１を収容する外筒３２と、内筒３１及び外筒３２を磁気的に短絡させる磁気短絡部材３３とから構成される二重管構造である。
【００２４】
内筒３１は、電子線装置１を内部に収容するものであり、低透磁率の軟磁性材料である例えば鉄から形成され、両端に開口を有する円筒である。具体的な構成は、軸長さが３００［ｍｍ］であり、外径が５５［ｍｍ］、内径が５０［mm］である。
【００２５】
外筒３２は、内筒３１を内部に収容するものであり、低透磁率の軟磁性材料である例えば鉄から形成され、両端に開口を有する円筒である。具体的な構成は、外筒３２は軸長さが３００［ｍｍ］であり、外径が６５［ｍｍ］、内径が６０［ｍｍ］である。
【００２６】
また、内筒３１と外筒３２とは同心円状に設けられており、それらの中心軸と電子線ＥＢの軸（通過経路）とが一致するようにしている。これにより、内筒３１の外側周面において周方向に巻回された励磁コイル４の軸と電子線ＥＢの軸とが一致するようになる。
【００２７】
磁気短絡部材３３は、内筒３１及び外筒３２の両端において、端面それぞれに接触して内筒３１及び外筒３２を磁気的に短絡させるものであり、本実施形態においては、内筒３１及び外筒３２と同じ鉄から形成されている。
【００２８】
励磁コイル４は、励磁コイル用電源５から直流電流Ｉが流され、励磁してケーシング３の内筒３１、外筒３２及び磁気短絡部材３３を磁化して、それらの透磁率を大きくするものである。そして、励磁コイル４は、内筒３１の外側周面において、内筒３１の長手方向（軸方向）に直交又はほぼ直交するような巻回方向となるようにＮ回巻き回されている。このとき、内筒３１の中心軸が電子線ＥＢの軸（通過経路）と一致するようにしているので、励磁コイル４の軸と、電子線ＥＢの軸とが一致することになり、励磁コイル４が励磁されることにより内筒３１内に生じる磁界が、電子線ＥＢの向きと略平行となる。これにより、励磁コイル４により生じる磁界は電子線ＥＢに悪影響を与えることはない。
【００２９】
電源制御装置６は、励磁コイル用電源５に制御信号を出力することにより、励磁コイル４に流れる直流電流Ｉの大きさ、及び通電のタイミング等を制御するものである。
【００３０】
直流電流Ｉの大きさに関して言うと、ケーシング３の内筒３１、外筒３２及び磁気短絡部材３３が磁気飽和しない大きさである。つまり、励磁コイル４により、ケーシング３の内筒３１、外筒３２及び磁気短絡部材３３内に生じる磁束密度がその飽和磁束密度未満となるような大きさにしている。
【００３１】
直流電流Ｉの導通のタイミングに関して言うと、電子線装置１のＯＮ／ＯＦＦと磁気シールド装置２のＯＮ／ＯＦＦが同期するように導通のタイミングを制御するようにしている。より具体的には、電子線装置１において電子線ＥＢが照射されるときに磁気シールド装置２がＯＮとなり、電子線ＥＢが照射されないときに磁気シールド装置２がＯＦＦとなるように導通のタイミングを制御するようにしている。
【００３２】
次に、本実施形態における具体的な計算例を示す。励磁コイル４にＩ［Ａ］の直流電流Ｉが流れているとする。このとき内筒３１、外筒３２及び磁気短絡部材３３の内部の直流磁束密度をＢｄとし、μｓ＝μｓ０＋ｋＢｄ（ｋは定数）と一次近似すると、
【００３３】
【数１】
2008053121.tif 000003
【００３４】
と書くことができる。ここで、μｓ０は初期比透磁率である。
【００３５】
上記式の関係から、巻き数Ｎが大きいほど直流磁束密度Ｂｄは大きくなり、また、励磁コイル４に流す直流電流Ｉが大きいほど直流磁束密度Ｂｄが大きくなる。
【００３６】
この関係から、直流電流Ｉ及び巻き数Ｎを調節することにより、ケーシング３が磁気飽和しないようにする。つまり、ケーシング３内部に生じる直流磁束密度Ｂｄが、ケーシング３の飽和磁束密度よりも小さくなるようにする。
【００３７】
本実施形態において内筒３１、外筒３２及び磁気短絡部材３３は鉄であり、μｓ０＝２５０、実験的にｋ＝１０４となるので、直流磁束密度Ｂｄ＝４０００ガウス（０．４Ｔ）のとき、
【００３８】
μｓ＝４２５０、ＩＮ＝１４．３［ＡＴ（アンペアターン）］、μｓ＝４２５０が得られる。μｓに異方性が無いとすれば、内筒３１、外筒３２及び磁気短絡部材３３からなるケーシング３内部の磁束密度Ｂ３と外部の磁束密度Ｂ１の比（減衰率）Ｂ１／Ｂ３は、
【００３９】
【数２】
2008053121.tif 000004
【００４０】
となる。つまり、鉄から構成されるケーシング３により減衰率１／２２９００を達成することができる。
【００４１】
このように構成した本実施形態に係る磁気シールド装置２によれば、励磁コイル４に直流電流Ｉを流すことによりケーシング３を構成する内筒３１、外筒３２及び磁気短絡部材３３の透磁率を大きくすることができるので、鉄等の安価な材料を用いて、パーマロイ等の高透磁率の軟磁性材料を用いたのと同様の磁気シールド性能を得ることができ、外部磁場を遮蔽することができる。また、鉄は、パーマロイ等の高透磁率材料と比較して加工が容易であることから製造コストを小さくすることができる。
【００４２】
また、励磁コイル４により生じる磁界が電子線ＥＢに沿うように形成され、なおかつケーシング３が磁気的に飽和せず磁石化しないので磁界によって電子線ＥＢが曲がる等することがない。
【００４３】
さらに、ケーシング３が磁石化していないので、磁気シールド装置をＯＦＦした時にケーシング３が磁界を生じさせず、メンテナンス等の際に組み立て又は調節等を正確且つ確実に行うことができるようになる。
【００４４】
加えて、電子線装置１が作動しているとき（ＯＮ時）のみケーシング３を磁化するようにしているので、電子線装置１が未作動のとき（ＯＦＦ時）の直流電流Ｉによるケーシング３及び電子線装置１への悪影響を考慮する必要がない上、消費電力を低減することができる。
【００４５】
なお、本実施形態に係る磁気シールド装置２は、電子線ＥＢの軸に平行に数ガウス程度の漏洩直流磁場が生じてしまうが、この漏洩直流磁場の安定度を１０−５程度にすることは比較的容易であること、又はこのケーシング３内に収容される電子顕微鏡、荷電粒子線装置等の電子線装置１の電子線ＥＢの軸とケーシング３の内筒３１及び外筒３２の中心軸とを一致させて使用するので、漏洩直流磁場の電子線ＥＢに与える影響は小さいと考えられる。
【００４６】
＜第２実施形態＞
次に本発明の磁気シールド装置２を電子線装置１のうち電子顕微鏡（ＳＥＭ）に用いた場合の第２実施形態について図面を参照して説明する。
【００４７】
本実施形態に係る磁気シールド装置２は、図２に示すように、電子線装置である電子顕微鏡１と一体型のものである。なお、図２において励磁コイル用電源５及び電源制御装置６は図示していない。
【００４８】
電子顕微鏡１は、電子銃１１と、電子銃１１から射出された電子線ＥＢを試料Ｗの所定部位に収束させるレンズ機構及び電子線ＥＢを走査させるための走査機構等からなる電子線制御機構１２と、電子銃１１及び電子線制御機構１２を内部に有する鏡筒１３と、鏡筒１３の下端部に設けられ、前記電子銃１１からの電子線ＥＢが照射される試料Ｗを収容する試料収容室１４と、試料Ｗへの電子線ＥＢ照射により発生した２次電子等を検出する検出装置１５と、検出装置１５からの検出信号に基づき試料Ｗ上の電子線ＥＢの２次元走査に同期して試料像を表示等する情報処理装置１６と、を備えている。
【００４９】
ケーシング３は、低透磁率の軟磁性材料である例えば鉄から形成しており、電子銃１１、鏡筒１３及び試料収容室１４を収容する内筒３１と、その内筒３１を収容する外筒３２と、内筒３１及び外筒３２を磁気的に短絡させる磁気短絡部材３３とから構成される二重管構造である。具体的にケーシング３は、電子銃１１から射出された電子線ＥＢが試料収容室１４内に設置された測定試料Ｗに照射されるまでに通過する経路を包囲している。
【００５０】
そして、内筒３１及び外筒３２の両端部には、小径部３１１、３２１が設けられており、その小径部３１１、３２１の中央端部に、磁気短絡部材３３が設けられることにより、内筒３１及び外筒３２が磁気的に短絡されるようにしている。磁気短絡部材３３としては、内筒３１及び外筒３２と同様に、低透磁率の軟磁性材料である鉄を用いている。
【００５１】
なお、内筒３１及び外筒３２の側周壁には、真空排気機構の管や検出装置等が挿通される孔が設けられている。
【００５２】
また、励磁コイル４は、内筒３１の外側周面の中央部に所定回数巻回されて設けられている。さらに、本実施形態における電源制御装置６は電子顕微鏡１の情報処理装置１６と一体にして、情報処理装置１６が直流電流制御部を有する構成としている。そして、電子線ＥＢを照射するときのみ励磁コイル４に直流電流Ｉを流すことにより、図３に示すように、ケーシング３の内筒３１、外筒３２及び磁気短絡部材３３内部に磁力線が生じ透磁率が大きくなる。
【００５３】
このように構成した本実施形態に係る磁気シールド装置２によれば、前記第１実施形態と同様の効果に加えて、電子顕微鏡等の電子線装置１と一体にすることができ、磁気シールド性能を有する電子線装置１の小型化に寄与することができる。
【００５４】
＜第３実施形態＞
次に本発明の磁気シールド装置２を電子線装置のうち電子顕微鏡（ＳＥＭ）１に用いた場合の第３実施形態について図面を参照して説明する。
【００５５】
本実施形態に係る磁気シールド装置２は、前記第２実施形態とケーシング３の構成が異なり、励磁コイル４の配置態様が異なる。具体的には、図４に示すように、電子銃１１、鏡筒１３及び試料収容室１４を収容する内筒３１と、その内筒３１を収容する外筒３２と、それら筒体の下端部に連続して設けられた中空体３４とを備えている。内筒３１及び外筒３２の上端部は磁気短絡部材３３によって磁気的に短絡されている。
【００５６】
前記中空体３４は、上面において内筒３１及び外筒３２を同心円状に支持しており、その内部に柱状部３４１を有し、その柱状部３４１の外側周面に励磁コイル４が巻回されている。柱状部３４１は、中空体３４の上壁及び下壁と連続している。これにより、図５に示すように、ケーシング３の内筒３１、外筒３２、磁気短絡部材３３及び中空体３４内部に磁力線が生じ透磁率が大きくなる。
【００５７】
このように構成した本実施形態に係る磁気シールド装置２によれば、前記第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。
【００５９】
例えば前記各実施形態ではケーシング３に鉄を用いているが、その他にも珪素鋼等の低初透磁率の軟磁性材料を用いても良い。
【００６０】
また、前記第２実施形態では、励磁コイル４を内筒３１の中央部に巻回したものであったが、その他にも上部又は下部あるいは外側周面全体に巻回するようにしても良い。
【００６１】
さらに、前記第２、第３実施形態では、ケーシング３は電子銃１１、鏡筒１３及び試料収容部を収容するものであったが、さらに検出装置１５を収容するようにしても良い。
【００６２】
その上、図６に示すように、ケーシング３の周囲に電磁誘導効果により渦電流Ｉが発生する渦電流発生体７を設けることもできる。渦電流発生体７としては、銅又はアルミニウムなどの素材が考えられる。なお、図６においては、ケーシング３の外部に渦電流発生体７を２重に設けているが、１重でも良いし、３重以上であってもよい。このようなものであれば、外部磁場の変化を打ち消す磁界が生じるように渦電流が流れるので、前記各実施形態のシールド効果と渦電流によるシールド効果とを組み合わせることにより、例えば変動周波数が数１０Ｈｚ以上の外部磁場に対して好適に用いることができる。
【００６３】
また、前記各実施形態では、ケーシング３は内筒３１と外筒３２とから構成しているが、これに限定されることはなく、例えば内筒３１のみの一重管構造とし、その内筒３１の外側周面に励磁コイル４を巻回するようにしても良い。
【００６４】
その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る磁気シールド装置の模式的構成図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る磁気シールド装置の模式的構成図。
【図３】同実施形態における励磁コイルにより生じる磁力線を示す図。
【図４】本発明の第３実施形態に係る磁気シールド装置の模式的構成図。
【図５】同実施形態における励磁コイルにより生じる磁力線を示す図。
【図６】その他の変形実施形態に係る磁気シールド装置の模式的構成図。
【符号の説明】
【００６６】
ＥＢ・・・電子線
１  ・・・電子線装置（電子顕微鏡）
１１・・・電子銃
１３・・・鏡筒
１４・・・試料収容室
２  ・・・磁気シールド装置
３  ・・・ケーシング
３１・・・内筒
３２・・・外筒
３３・・・磁気短絡部材
４  ・・・励磁コイル
５  ・・・励磁コイル用電源
６  ・・・電源制御装置
【図１】
2008053121.tif 000005
【図２】
2008053121.tif 000006
【図３】
2008053121.tif 000007
【図４】
2008053121.tif 000008
【図５】
2008053121.tif 000009
【図６】
2008053121.tif 000010