(57)【要約】【課題】透過型電子顕微鏡および走査透過型電子顕微鏡など、狭い真空経路を有する真空装置を、活性酸素ラジカルの化学的クリーニング作用により、真空装置を分解せずにクリーニングを行う装置を提供する。【解決手段】内径１〜１０ｍｍの電子線通過経路を備えた真空装置の真空経路をクリーニングするクリーニング装置であって、活性酸素ラジカル発生装置と、前記真空経路内を０．１〜１．０ｈＰａの真空度に維持するプラズマ安定化装置と、０℃において１×１０−4Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以上の活性酸素ラジカル流量を得るための活性酸素ラジカル強制排気装置と、真空配管とを備えたことを特徴とする真空装置のクリーニング装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径１〜１０ｍｍの電子線通過経路を備えた真空装置の真空経路をクリーニングするクリーニング装置であって、活性酸素ラジカル発生装置と、前記真空経路内を１０〜１００Ｐａの真空度に維持するプラズマ安定化装置と、０℃において１×１０−４Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以上の活性酸素ラジカル流量を得るための活性酸素ラジカル強制排気装置と、真空配管とを備えたことを特徴とする真空装置のクリーニング装置。
【請求項２】
前記電子線通過経路の長さが３０ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の真空装置のクリーニング装置。
【請求項３】
前記電子線通過経路の少なくとも１部が、前記真空配管の少なくとも１部として利用されることを特徴とする請求項１記載の真空装置のクリーニング装置。
【請求項４】
前記プラズマ安定化装置が３Ｌ以上の容積を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の真空装置のクリーニング装置。
【請求項５】
活性酸素ラジカル経路長が６０ｃｍ以内であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の真空装置のクリーニング装置。
【請求項６】
前記真空装置が透過型電子顕微鏡または走査透過型電子顕微鏡であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の真空装置。
【請求項７】
プラズマを用いて活性酸素ラジカルを発生させ、真空配管を介して該活性酸素ラジカルを、内径１〜１０ｍｍの電子線通過経路を備えた真空装置の１０〜１００Ｐａの真空度に維持した真空経路に０℃において１×１０−4Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以上の流量で導入後強制排気し、前記真空経路内をクリーニングすることを特徴とする真空装置のクリーニング方法。
【請求項８】
前記真空装置が透過型電子顕微鏡または走査透過型電子顕微鏡であることを特徴とする真空装置のクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過型電子顕微鏡など狭い真空経路を有する真空装置の真空経路を非破壊でクリーニングし、試料へのコンタミネーションを防ぐ装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）において、装置性能向上による原理的分析能力の向上が図られているにも拘らず、現在のニーズに十分対応できる成果が得られない事例が非常に多い。これらの多く問題は、電子顕微鏡装置そのものに起因するのではなく、観察しようとする試料、および、観察領域（数十ｎｍ）において、試料にコンタミネーション（汚れ、非観察対象物）が不可逆的に試料に付着する事により、観察能力（実効分解能）、化学分析能力（最小検出限界）が実効的に大きく低下することに起因する。コンタミネーションは、透過型電子顕微鏡体内の１０−５〜１０−６Ｐａの高真空中に浮遊するハイドロカーボンに由来する分子に電子線が照射、励起され、試料表面に蒸着されることが要因と考えられている。コンタミネーションは、主に真空ポンプのオイル、試料、真空リークなどによる残留ガスが真空チャンバー内壁に付着した有機系汚染物である。これらの有機汚染物から発生するハイドロカーボン系の浮遊物が電子ビームによって分解され、試料表面に付着し、観察および分析性能に深刻な問題を及ぼす。コンタミネーションを押さえるためには、電子顕微鏡をクリーニングする必要があるが、このような汚染物を除去するために、装置を分解し、洗浄することは、容易でなく、コストがかかり、現実的でない。そのため、装置を非破壊かつ簡便にクリーニングする方法が望まれているが、有効なクリーニング方法および装置はこれまで開発されていなかった。
【０００３】
透過型電子顕微鏡に関わらず、半導体製造装置等や走査型電子顕微鏡等の真空装置全般において、真空チャンバーの内壁にコンタミネーションが堆積し、装置の性能を著しく損なうことが問題となっている。上記の問題を解決する方法として、活性酸素ラジカルなど、コンタミネーションに対して化学的なクリーニング作用を有するガスを真空チャンバー内に流し、コンタミネーションを除去する方法が、電子線縮小転写装置（特許文献１参照）、半導体製造装置（特許文献２参照）、製膜装置（特許文献３参照）に対して用いられている。また、活性酸素ラジカルを走査型電子顕微鏡体内に循環させ、炭素由来のコンタミネーションを除去することが可能であることは、特許文献４に記載されている。走査型電子顕微鏡では、試料室の体積は、３Ｌ以上と大きいため、プラズマ発生装置を装置に接続し、装置本体の排気ポンプにより活性酸素ラジカルを装置内部に循環させることが容易である。これら方法は、走査型電子顕微鏡、電子線リソグラフィー装置、イオンビーム加工装置、真空蒸着装置など、大きな真空チャンバーから構成される装置では有効であるが、透過型電子顕微鏡のように、試料室や真空状態で用いられる管状の真空経路がきわめて狭い真空装置ではコンタミネーションを有効に除去することができない。
【０００４】
透過型電子顕微鏡もしくは走査透過型電子顕微鏡は、他の真空装置と比較し、真空経路、試料室がきわめて狭く、活性酸素ラジカルを安定に発生させる低い真空度を維持しつつ、高濃度の活性酸素ラジカルを経路内に循環させることが従来困難であった。 
【特許文献１】特開２０００−２３１８９７号公報
【特許文献２】特許第３２５３６７５号公報
【特許文献３】特開２００４−２７７７９９公報
【特許文献４】米国特許第６，１０５，５８９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、透過型電子顕微鏡および走査透過型電子顕微鏡など、狭い真空経路を有する真空装置を、活性酸素ラジカルの化学的クリーニング作用により、非破壊クリーニングを行う装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、
（１）内径１〜１０ｍｍの電子線通過経路を備えた真空装置の真空経路をクリーニングするクリーニング装置であって、活性酸素ラジカル発生装置と、前記真空経路内を１０〜１００Ｐａの真空度に維持するプラズマ安定化装置と、０℃において１×１０−４Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以上の活性酸素ラジカル流量を得るための活性酸素ラジカル強制排気装置と、真空配管とを備えた真空装置のクリーニング装置、
（２）前記電子線通過経路の長さが３０ｃｍ以下であることを特徴とする（１）項記載の真空装置のクリーニング装置、
（３）前記電子線通過経路の少なくとも１部が、前記真空配管の少なくとも１部として利用されることを特徴とする（１）項記載の真空装置のクリーニング装置、
（４）前記プラズマ安定化装置が３Ｌ以上の容積を有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の真空装置のクリーニング装置、
（５）活性酸素ラジカル経路長が６０ｃｍ以内であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の真空装置のクリーニング装置、
（６）前記真空装置が透過型電子顕微鏡または走査透過型電子顕微鏡であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の真空装置、
（７）プラズマを用いて活性酸素ラジカルを発生させ、真空配管を介して該活性酸素ラジカルを、内径１〜１０ｍｍの電子線通過経路を備えた真空装置の１０〜１００Ｐａの真空度に維持した真空経路に０℃において１×１０−４Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以上の流量で導入後強制排気し、前記真空経路内をクリーニングすることを特徴とする真空装置のクリーニング方法、および
（８）前記真空装置が透過型電子顕微鏡または走査透過型電子顕微鏡であることを特徴とする真空装置のクリーニング方法。
本発明において「真空経路」とは、真空状態で用いられる空間からなる経路を意味し、電子線通過経路が含まれる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、透過型電子顕微鏡などの真空装置を分解することなくによりクリーニングすることが可能であり、試料へのコンタミネーションを防ぐことが可能となり、長時間電子線露光が必要な分析である、ＥＤＳ（Ｘ線元素分析）、ＥＥＬＳ（電子エネルギー損失スペクトル）、電子線トモグラフィー、ナノビーム電子回折、走査電子顕微鏡観察などのデータの質、信頼性の向上がもたらされる。さらに、古い透過型電子顕微鏡の機能回復にも効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は本発明の真空装置のクリーニング装置の一例の構成を示す説明図である。図１では、このクリーニング装置を、透過型電子顕微鏡の試料室のクリーニング用に用いた状態を示している。図示される真空装置のクリーニング装置は、活性酸素ラジカル発生装置１と、真空経路内を１０〜１００Ｐａの真空度に維持するプラズマ安定化装置２と、０℃において２×１０−４Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ（０．１ｓｃｃｍ）以上の活性酸素ラジカル流量を得るための活性酸素ラジカル強制排気装置３を備えている。なお、図１において、透過型電子顕微鏡の試料室部分は断面図により示している。
【０００９】
透過型電子顕微鏡の試料室は、円錐状の対物レンズポールピース４ａ、４ｂが向き合っており、その中心に電子線の経路となる内径１〜１０ｍｍの管（電子線通過経路５）が貫通している。
対物レンズ６周辺および上下の電子線通過経路５をクリーニングするためには、活性酸素ラジカル発生装置１を対物レンズ６の周囲の鏡体外壁７に設けられているポート８に真空配管９によって接続し、さらに、活性酸素ラジカル発生装置１と鏡体外壁７の間に体積３Ｌ以上のサブチャンバーを有するプラズマ発生安定化装置２を設置する。
そして、活性酸素ラジカル発生装置１から発生した活性酸素ラジカルを、真空経路内に大きな流量で流すために、コンデンサ絞りの設置ポート１０に活性酸素ラジカル強制排気装置３を接続し、強制的に活性酸素ラジカルを排気する。このような構成により、活性酸素ラジカル発生装置１をプラズマ発生のための１００Ｐａ以下の低真空に維持しつつ、大量の活性酸素ラジカルをクリーニング対象となる真空経路に流すことが可能となる。
本発明の装置により、真空経路の内壁および真空中に浮遊する有機系汚染物が活性酸素ラジカルにより分解され，除去され、クリーニングされる。
【００１０】
図１に示す装置では、活性酸素ラジカル発生装置１は、ガス供給源１１から、バルブ１２を有する真空配管１３を介して、空気または酸素が送り込まれる。活性酸素ラジカル発生装置１としては、市販のプラズマ発生装置を用いることができる。
【００１１】
プラズマ安定化装置２は、真空経路内を１０〜１００Ｐａの真空度に維持することができる装置であれば特に限定することなく用いることができるが、例えばステンレス製真空容器からなるサブチャンバーを用いることができる。サブチャンバーの容積は３Ｌ以上であることが好ましく、５Ｌ以上であることがさらに好ましい。１００Ｐａを超える真空度では活性酸素ラジカル発生装置１でプラズマの発生が起きにくくなり、活性酸素ラジカルを安定に発生できなくなる。
【００１２】
活性酸素ラジカル強制排気装置３としては、例えば、ドライスクロールポンプ，ロータリーポンプのようなポンプを用いることができる。図示されるものでは、コンデンサ絞りの設置ポート１０に、バルブ１４有する真空配管１５を介して接続されている。
活性酸素ラジカル強制排気装置３により、活性酸素ラジカル流量を０℃において１×１０−４・ｍ３／ｓｅｃ以上とすることができるものであり、好ましくは２×１０−４Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以上とするものである。
【００１３】
本発明に用いられる真空配管は、内部が１０〜１００Ｐａの真空度で活性酸素ラジカルが流れる部材であり、通常のフレキシブルチューブや各種フランジ等を用いることができ、好ましくは、上記の電子線通過経路５などの真空経路の少なくとも１部が、真空配管の少なくとも１部として利用されものである。
【００１４】
図１に示す装置において、活性酸素ラジカル発生装置１のプラズマ排出口ａから、地点ｂ、ｃを経て活性酸素ラジカル強制排気装置３に接続された真空配管１５の入口ｄまでが活性酸素ラジカルの流路となるが、その活性酸素ラジカル経路長（ａ−ｂ−ｃ−ｄを直線で結んだ距離の合計）は６０ｃｍ以下であることが好ましく、３０ｃｍ以下であることがさらに好ましい。活性酸素ラジカルの経路長が長すぎると活性酸素ラジカルの流量が低くなり、コンタミネーションの除去が困難となる。
【００１５】
本発明の別の実施態様は、プラズマを用いて活性酸素ラジカルを発生させ、真空配管を介して該活性酸素ラジカルを、内径１〜１０ｍｍの電子線通過経路を備えた真空装置の１０〜１００Ｐａの真空度に維持した真空経路を０℃において１×１０−４Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以上の流量で導入してその後強制排気し、前記真空経路内をクリーニングする真空装置のクリーニング方法である。
【００１６】
本発明の装置および方法によりクリーニングされる真空装置は、内径１〜１０ｍｍの電子線通過経路を備えた真空装置であれば特に限定されないが、電子線通過経路の長さが３０ｃｍ以下である真空装置にも好適に用いることができる。このような真空装置として、透過型電子顕微鏡または走査透過型電子顕微鏡に本発明の装置および方法を好適に適用することができる。さらに、これらの透過型電子顕微鏡には、通常いくつかのポートを有しているが、そのポートを利用して、本発明のクリーニング装置を構成する各部材（装置）を、真空配管を用いて接続し、真空装置の真空経路をクリーニングすることができる。
なお、本発明において、真空経路の長さとは、例えば、図１に示す態様では、上下の対物レンズポールピース４ａ，４ｂのそれぞれに形成された個々の経路の長さのことを言う。本発明において、クリーニングの対象となる真空装置の電子線通過経路の長さは３０ｃｍ以下であることがより好ましく，１５ｃｍ以下であることがさらに好ましい。
【実施例】
【００１７】
以下に、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１８】
実施例１
３Ｌの容積を有するチャンバーからなるプラズマ安定化装置と活性酸素ラジカル発生源であるプラズマ発生装置（Ｅｖａｃｔｒｏｎ４５、ＸＥＩ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製）とを備えたプラズマチャンバー２１と、活性酸素ラジカル強制排気装置である排気ポンプ（エドワーズ社製，商品名ＸＤＳ３５ｉ）２２を、図２の断面図による説明図に示すように、透過型電子顕微鏡の対物レンズ２３周囲の対物絞りの装着ポート２４に接続した。活性酸素ラジカル強制排気装置である排気ポンプ２２を作動させながら、プラズマ発生装置に空気を導入し、真空経路２５の真空度を５０Ｐａに維持し、プラズマ発生（５０Ｐａ、３分間）とＮ２パージ（１２０Ｐａ、３分間）のサイクルを２０回繰り返し、活性酸素ラジカルを矢印に示すように流量２×１０−４Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ（２０℃）で流した。この時、プラズマ発生装置のプラズマ排出口から活性酸素ラジカル強制排気装置である排気ポンプに接続した真空配管２５の入り口までの経路長は２５ｃｍであった。なお、図２中、２６は内径６ｍｍ、長さ１２ｃｍの電子線通過経路、２７は対物レンズポールピース、２８は鏡体外壁、２９はコンデンサレンズ、３０はコンデンサレンズの装着ポートを示す。
【００１９】
図３は、５年間使用したＴＥＭ（ＬＥＯ社製、ＬＥＯ９２２）において、厚さ１０ｎｍのカーボン膜に５．６×１０４ｅｌ／ｎｍ２ｓの電子線を３分間照射することにより発生したコンタミネーションを示す電子顕微鏡写真である。プラズマ発生装置からの活性酸素ラジカルを鏡体内で循環させることにより、図４に示すように、コンタミネーションが明らかに低減され、３分間の電子線照射ではコンタミネーションは全く発生せず、５分、１０分と長時間の照射では、徐々にコンタミネーションの付着が確認されるが、クリーニング前と比べ試料へのコンタミネーションの付着は減少した。ＥＥＬＳによりコンタミネーション層の厚みを見積もると、１０分間照射では、クリーニング前は５００ｎｍであるのに対し、クリーニング後では１３０ｎｍであった。
【００２０】
実施例２
図５の断面図に基づく説明図に示すように、プラズマチャンバー２１を対物絞りの装着ポート２４に、排気ポンプ２２をコンデンサレンズの装着ポート３０に接続した以外は、実施例１と同じ条件でクリーニングを行った。活性酸素ラジカルを矢印に示すように流量１．５×１０−４Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ（２１℃）で流した。また、活性酸素ラジカル経路長は３０ｃｍであった。
図６は、クリーニング後に実施例１と同様の条件による電子線照射により、カーボン膜に付着したコンタミネーションを示す電子顕微鏡写真である。３分間の照射では全くコンタミネーションは発生せず、５分間の照射においても付着したコンタミネーションはきわめて少ない。また、対物レンズポールピースを目視すると、クリーニング前では、対物レンズは汚染物の堆積により、黒色となっているが、クリーニング後には、コンタミネーションが除去され、金属光沢となっていた。
【００２１】
比較例１
プラズマ安定化装置を設置しない以外は、実施例１と同様の構成の場合は、真空経路を１００Ｐａ以下に安定に維持することができず、プラズマを発生させることができなかった。
【００２２】
比較例２
実施例１において、活性酸素ラジカル強制排気装置を設置せず、透過型電子顕微鏡の真空排気装置により活性酸素ラジカルを排気した場合は、全体の真空経路長は５０ｃｍとなり、活性酸素ラジカルの流量が１．０×１０−４Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ（２１℃）以下となり、８時間のプラズマ発生装置の連続運転後もコンタミネーションが除去されなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の真空配管クリーニング装置の一例の説明図である。
【図２】実施例１の説明図である。
【図３】実施例１におけるコンタミネーションを示す電子顕微鏡写真である。
【図４】実施例１におけるコンタミネーションを示す電子顕微鏡写真である。
【図５】実施例２の説明図である。
【図６】実施例２におけるコンタミネーションを示す電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００２４】
１  活性酸素ラジカル発生装置
２  プラズマ安定化装置
３  活性酸素ラジカル強制排気装置
４  対物レンズポールピース
５  電子線通過経路
６  対物レンズ
７  鏡体外壁
８  真空配管
１１  ガス供給源
１２  バルブ
１３  真空配管
１４  バルブ
１５  真空配管
２１  プラズマチャンバー
２２  排気ポンプ
２３  対物レンズ
２４  対物絞りの装着ポート
２５  真空配管
２６  電子線通過経路
２７  対物レンズポールピース
２８  鏡体外壁
２９  コンデンサレンズ
３０  コンデンサレンズの装着ポート
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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