JPH0862399A

JPH0862399A - 真空装置

Info

Publication number: JPH0862399A
Application number: JP6200771A
Authority: JP
Inventors: Motohide Kageyama; 元英影山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-08-25
Filing date: 1994-08-25
Publication date: 1996-03-08

Abstract

(57)【要約】【目的】オリフィスによる差動排気ができない光束径を
持つ真空装置において、コンダクタンスを小さくし、排
気速度を大きくとれるような真空排気口をもった真空装
置用配管を小型で簡略化されたものとし、それを用いた
真空装置を提供する。【構成】差動排気が行なわれる低真空真空容器６ａと高
真空真空容器６ｂとの間に導管６ｃが設けられる。導管
６ｃは、両真空容器間のコンダクタンスを小さくするた
めの細管１１およびこの細管を支持する細管支持部１６
からなり、導管６ｃの側部に真空排気口１２を有する。
導管６ｃ内に細管支持部１６から突出した細管１１の採
用により、導管６ｃの構成を小型に維持しながら、排気
口１２を導管６ｃに設け、かつ、高真空真空容器６ｂと
排気装置７ａとの間のコンダクタンスを十分大きくとる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、差動排気を伴う光学系
を含む真空装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空とは「通常の大気より低い圧力の気
体で満たされた空間内の状態（圧力そのものをいうので
はない）」（JIS Z8126 ）と規定されている。しかし、
「低い」といってもその程度は様々である。真空の分野
ではその圧力範囲の違いから、表１の様に真空領域を区
分している。近年、急速に進歩している真空技術に伴
い、各真空領域を利用した真空装置が多分野において開
発されている。

【０００３】

【表１】

【０００４】真空雰囲気をつくるための真空装置の設計
においては、その他装置の設計における留意点に加え
て、真空排気系の選定をしなければならない。用途に応
じた最適の真空排気系を選定する際に満たすべき項目と
しては(1) 真空の質、(2) 到達圧力と操作圧力、(3) 排
気速度、(4) 真空容器の大きさと材質、(5) 導入ガスの
種類、の５項目があげられる。具体的には(1) において
は、真空容器内の残留ガスとしてどのような成分がどの
程度残っていると具合が悪いかということと、ポンプの
特性とを考慮する。(2) については、到達圧力と操作可
能な圧力範囲はポンプの形式と真空容器内の壁面及び内
部機構からの放出ガス量によって決まるため、これらを
考慮し見積もった平衡圧力の検討が必要となる。(3) に
ついては真空系を選定する際に、真空容器内を大気圧か
ら操作圧力までにする時間と、容器内の放出ガス及び導
入ガス量に注意する。(4) については、低真空領域では
容積が排気時間を決定し、高真空領域では表面積が排気
時間を左右する要因となっていること、また、材質と表
面加工によって放出ガス量が大きく異なることを考慮し
検討しなければならない。(5) については、(1)(3)にも
関連するが、導入ガスの種類により真空容器そのもの
と、容器内の要素の材質を限定されることもあることを
留意する。

【０００５】基本的には以上のようにして真空系の選定
を行い、真空装置は設計・製作される。しかし、近年、
開発が進んでいる真空装置において真空系は益々、複雑
化・多様化してきているため、各真空要素は、より機能
的なものが望まれてきている。たとえば、従来の走査型
電子顕微鏡(ＳＥＭ)においては大気圧で対象を検査する
ことができず、自然環境下で試料を見ることができなか
ったが、差動排気法、即ち、ポンプの排気速度に対して
導管のコンダクタンスを著しく小さくすることで、導管
の両側の圧力差を拡大する方法をとることによって、試
料を大気圧下もしくは低真空下で検査することのできる
装置が開発されている。ここでは著しくコンダクタンス
を小さくするために開口の非常に小さいオリフィスが一
般的に用いられている。オリフィスを用い差動排気を行
う際には、オリフィスを多段構成にして使うことが多い
が、光路上において短い長さで製作することができるの
で装置全体の構成は小型・簡略化される。

【０００６】オリフィスを用いた差動排気については、
例えば、「実用真空技術便覧」産業技術サービスセンタ
ー、１９９０年１１月２日発行、第９６〜１０２頁、特
開平１−１８３０４７号公報、特開平１−３０９２４３
号公報、ＪＳＰＥ−５７−０７’９４−０７−１１７８
「環境制御型操作電子顕微鏡」第４２〜４５頁に開示さ
れている。

【０００７】このようなオリフィスは、ＳＥＭのように
ビーム径が小さく、走査する範囲も小さい光学系という
条件が満たされたとき、適用可能である。しかしなが
ら、光学系を含む真空装置のなかには、このような条件
を満たさないものも多々あるのが現状である。たとえ
ば、近年、急速に進歩している医学や生物工学の分野で
は、通常の可視光（λ＝約４００ｎｍ〜８００ｎｍ）を
用いる顕微鏡よりも分解能が高く、しかも生きた試料
（以下生物試料という）、例えば、細胞、バクテリア、
精子、染色体、ミトコンドリア、べん毛なども鮮明に観
察することのできる高解像度顕微鏡として、可視光に代
えて波長λ＝２〜５ｎｍの軟Ｘ線を用いるＸ線顕微鏡が
検討され、具体的にも開発されつつある。

【０００８】例えば、図４は、このようなＸ線顕微鏡の
簡単な構造と光学系を示したものである。図４におい
て、Ｘ線発生器１から出射したＸ線は、Ｘ線照明光学系
２で集光されて、試料カプセル３に照射する。試料カプ
セル３を透過したＸ線は、Ｘ線拡大光学系４により、試
料の像をＸ線撮像装置５上に結像させる。Ｘ線発生器１
からＸ線撮像装置５までの光路長は、例えば２ｍ程度で
ある。また、６は真空排気容器で、７はこの容器内を真
空にするための真空化装置である。

【０００９】また、昨今、半導体集積回路素子の微細化
にともない、回折限界によって制限される光学系の解像
度を向上させるために、従来の紫外線の代りに、紫外線
より波長の短いＸ線を使用した投影リソグラフィー技術
が開発されている。

【００１０】例えば、図５に示すように、Ｘ線発生器
１、Ｘ線照明光学系２、マスク８、投影光学系９、ウェ
ハ１０、及びこれらを真空雰囲気に保持するための真空
排気容器６と容器内を真空にするための装置７から構成
されるものである。

【００１１】このような光学系を含む真空排気系は、必
ずしも差動排気を行う必要があるわけではない。Ｘ線顕
微鏡のような真空装置においては、試料用チャンバーは
中高真空にし、Ｘ線の吸収を小さくすれば良いのである
が、検出系チャンバーのバックグランド圧への影響を最
小にするため、或いは、検出器自体（例えばマイクロチ
ャネルプレート：MCP）が、高真空の状態でしか機能し
ないものである時には差動排気をしなければならない。
また、超高・高真空装置である投影リソグラフィー装置
においても同様のことが言えるが、各々のチャンバーに
必要な真空度になるような必要最小限の真空系にするた
め、そして、装置自体の機能としてスループットの向上
のために差動排気が必要になる。しかし、前述したＳＥ
Ｍのように光束径が小さくないので、オリフィスを用い
るための条件を満たさない。そこで、このような構成に
なることを極力回避するか、コンダクタンスを小さくす
ることは困難であるので排気速度を大きくするため大規
模な真空系を構成することによって対処している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように光学系を含
む真空装置において、オリフィスを適用し差動排気を行
うことのできない光束径を有する真空装置は、小型・簡
略化することが困難となり、機能の一部であるスループ
ットを高めることも阻まれている。

【００１３】そこで、本発明では、オリフィスによる差
動排気ができない光束径を持つ真空装置において、コン
ダクタンスを小さくし、排気速度を大きくとれるような
真空排気口をもった真空装置用配管を小型で簡略化され
たものとし、それを用いた真空装置を提供する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による真空装置は、光学系を含む真空装置で
あって、低真空の第１の真空容器と、高真空の第２の真
空容器と、両真空容器の間を導通する導管と、両真空容
器間で差動排気を行なう排気手段とを備え、前記導管
は、両真空容器の間の導通のための貫通孔を有する支持
部と、この支持部に隣接する大内径部内に位置し前記貫
通孔と同軸上につながる細管とを有し、前記導管の側部
に前記大内径部につながる大径の排気口を有するもので
ある。

【００１５】

【作用】本発明による光学系を含む真空装置において、
細管に、装置の仕様を妨げない程度の長さを与えること
によりコンダクタンスを極力小さくすることができる。
但し、その細管を通じて排気を行うとコンダクタンスが
小さすぎるために排気速度も小さくなってしまう。そこ
で、排気速度を小さくしないために、別途、真空排気口
を設ける。この時、細管の外周部に太管を配し、その太
管から真空排気口をだす。太管の断面積に対し細管の断
面積は非常に小さいものであるため、排気速度に影響は
ない。このように光束の通過する導管のコンダクタンス
を小さくし、導管のスペースを、コンダクタンスを大き
くとった真空排気口のスペースとを共用することによ
り、差動排気を可能にしたうえで小型・簡略化された真
空配管が供給され、それを用いた光学系を含む真空装置
が提供できる。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の真空装置の断面
構造を示したものである。なお、後述する図２、図３に
示す同様の構造と機能を有する部材に対しては同一の符
号を付して相違点を中心に説明する。

【００１７】本実施例の真空装置は、Ｘ線顕微鏡を例と
して説明する。Ｘ線顕微鏡においては、観察の際に、Ｘ
線の吸収を避けるために真空雰囲気の中で行う。その
際、最低でも１０~¹[Pa]より高真空でなければならな
い。さらに、Ｘ線の検出器の中には、例えば光電変換面
を介しＭＣＰで検出するような検出器は、１０~⁵[Pa]よ
り高い真空度でないとその性能を生かすことのできない
ものもある。図１のＸ線顕微鏡は、真空系を本発明によ
り小型・簡略化した実施例である。高真空側の真空度に
揃えて装置を設計することもできるが、低真空域と高真
空域とに分けることにより、大規模な真空系を構成する
ことなく真空系を小型・簡略化できる。

【００１８】すなわち、図１の真空装置は、試料用真空
容器６ａと、検出系真空容器６ｂと、これら２つの真空
容器をつなぐ差動排気を可能にする導管（配管）６ｃを
備える。真空容器６ａ内にはＸ線発生器１、Ｘ線照明光
学系２、試料カプセル３、Ｘ線拡大光学系４を配置し、
真空容器６ｂ内にはＸ線撮像装置５を配置する構成とな
っている。７ａは高真空側の真空容器の排気を行うため
の装置である。７ｂは低真空側の真空容器の排気を行う
ための装置である。Ｘ線発生器１からＸ線撮像装置５ま
での光路長は、光学系により決まる。例えば、ウォルタ
ーミラーを用いた時には２［ｍ］程度である。

【００１９】導管６ｃ（細管１１を含む）の材料は、一
般的に真空材料として用いられる金属であり、例えば、
機械的強度と化学的安定性からステンレス鋼を用いるこ
とができる。

【００２０】図１の真空装置において、試料用真空容器
６ａが低真空側であり、検出用真空容器６ｂが高真空側
であり、両者の間で差動排気を行なっている。差動排気
を行なうのは、真空度の異なる空間を分離せず、その圧
力差を用いたり、必要な空間のみ真空度を上げて用い、
スループットの向上や装置の構成を簡略化したりするた
めである。排気装置７ａ，７ｂは、それぞれ、高真空側
および低真空側の排気を担い、その排気性能と細管１１
によるコンダクタンスによって、それぞれの真空容器内
の真空度が決定される。導管６ｃは、太管の一端に細い
貫通孔（導通孔）１７を有する細管支持部（小内径部）
１６と、これに隣接する大内径部の中心に位置し細管支
持部１６の貫通孔１７と同軸上につながる細管１１とか
らなる。導管６ｃの側部には、大内径部の内部空間につ
ながる真空排気口１２を有し、ここから排気装置７ａに
より検出用真空容器６ｂの排気を行なう。

【００２１】細管１１が細管支持部１６から突出してい
るのは、両真空容器６ａ，６ｂ間の通路を長くすること
により、コンダクタンスを小さくし、これにより高真空
側と低真空側の圧力差を大きくするためである。細管１
１は、試料用真空容器６ａ側に突出してもよいが、機械
設計上、その取り扱いにおける安全性および製作の容易
さから、検出用真空容器６ｂ側にのみ突出させている。
かつ、同じ理由により、導管６ｃの検出用真空容器６ｂ
に接するフランジ面１８よりも突出しない構成としてあ
る。

【００２２】また、導管６ｃ内において、細管１１を細
管支持部１６から突出させる構成としたことにより、導
管６ｃ全体の長さを長くすることなく、導管６ｃの側面
（細管１１が突出した大内径空間部分）に真空排気口１
２を設けることができる。排気効率をよくするために、
検出用真空容器６ｂと排気装置７ａとの間のコンダクタ
ンスを極力大きくする必要があるが、図１の導管６ｃに
設けた真空排気口１２によれば十分大きなコンダクタン
スが得られる。なお、排気口１２は、検出用真空容器６
ｂに設けることも可能であるが、種々の理由により検出
用真空容器６ｂに設けられないことも多々ある。そのよ
うな場合に、本実施例の真空装置は特に有用である。

【００２３】このように、細管１１を用いることによ
り、差動排気のための導管６ｃと真空排気口１２とをコ
ンパクトに兼ね備えることが可能になり、これにより、
装置の小型・簡略化が実現される。

【００２４】なお、Ｘ線の光束径は細管部において直径
４〜１０[mm]程度となるが、製作上の問題がなければ、
細管は光束に沿った形状、即ちテーパ形状に製作するの
が最もコンダクタンスを小さくする上で効果的であり、
これによって、導管の両側の圧力差を大きくすることが
できる。

【００２５】図２は、図１における真空容器６ａ，６ｂ
間の導管６ｃと同等のものであるが、コンダクタンスを
小さくするための細管１１を支持する細管支持部１６
と、真空排気口１２を有する真空排気管１５とを着脱可
能に分離したものである。このことにより、細管支持部
１６（細管１１）を交換するだけでコンダクタンス調整
のできる差動排気が行える。

【００２６】図３は、図２と同様、細管支持部１６と真
空排気管１５とを着脱可能にしたものであるが、さら
に、コンダクタンス調整用の細管１１に対して補助調整
機構１３を付加したものである。細管１１は、その機能
から、光を遮断しないことを前提に、より細く、より薄
肉化したものが要求されることから、細管単体では強度
的に弱くなってしまうことがある。そこで、その補強と
傾き調整のための補助調整機構１３を設けるようにした
ものである。

【００２７】図６に補助調整機構１３を検出用真空容器
６ｂ側からみた平面図を示す。この補助調整機構１３
は、細管支持部１６に固着され、細管１１の周囲に細管
１１に沿って伸びたフレーム１３ｄと、少なくともその
先端部において円筒形状をなすフレーム１３ｄの外周の
３方向から中心に向かってねじこまれた３個のねじ１３
ａ，１３ｂ，１３ｃにより構成される。これらのねじの
進退を調節することにより、中心に位置する細管１１の
傾きを微調整することができる。細管１１は、機械的強
度として、若干たわむぐらいのものを用いる。ねじの調
整により、細管１１の中を通過すべき光軸をけらないよ
うに調整することが可能になる。この補助調整機構１３
によれば、細管１１の補強と傾き調整が行なえるので、
細管支持部１６に細管１１を取り付ける際に要求される
作製精度が軽減され、また、経年変化も防止することが
できる。

【００２８】図３の例では、さらに、リークバルブ用ポ
ート１４を付加している。これは、手動または自動の真
空バルブである。真空容器には、通常、大気圧に戻すた
めのバルブがあり、また、真空容器内をガス置換する場
合があり、リークバルブ用ポート１４は、このような役
割を果たすためのものである。

【００２９】以上、Ｘ線顕微鏡における実施例について
述べてきたが、このような差動排気システムは、Ｘ線リ
ソグラフィー用の真空装置にも適用することができる。
また、光学系を含まない差動排気を伴う真空装置にも適
用できる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る光学系
を含む真空装置において、コンダクタンスを小さくする
ための細管と、コンダクタンスの大きい真空排気口を兼
ね備えた真空用配管を用いることによって、光束径のあ
る程度大きい光学系を含む真空装置に差動排気真空系を
組み込むことができる。また、大規模な真空系を構成す
ることなしに、小型・簡略化することができる。このこ
とにより、全てを高い真空領域に揃える必要がなくな
り、排気時間の短縮化、装置の簡略化に伴い、コストの
削減、稼働率の向上につながる。また、低真空側でリー
クがあったとき等には、高真空側の保護用としてもその
効果があることが認められる。本発明は差動排気を伴う
真空装置全てに適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の断面構造を示す図

【図２】図１の実施例の変形例の断面構造を示す図

【図３】図２の実施例の変形例の断面構造を示す図

【図４】従来のＸ線顕微鏡の概要を示す図

【図５】従来のＸ線投影リソグラフィー装置

【図６】図３に示した補助調整機構の説明図

【符号の説明】

１・・・Ｘ線発生器２・・・Ｘ線照明光学系３・・・試料カプセル４・・・Ｘ線拡大光学系５・・・Ｘ線撮像装置６・・・真空排気容器６ａ・・・試料用真空容器６ｂ・・・検出系真空容器６ｃ・・・導管７・・・排気にするための装置７ａ・・・高真空側排気装置７ｂ・・・低真空側排気装置８・・・マスク９・・・投影光学系１０・・・ウェハ１１・・・細管１２・・・真空排気口１３・・・補助調整機構１４・・・補助ポート１５・・・真空排気管１６・・・細管支持部１７・・・貫通孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学系を含む真空装置であって、低真空の第１の真空容器と、高真空の第２の真空容器と、両真空容器の間を導通する導管と、両真空容器間で差動排気を行なう排気手段とを備え、前記導管は、両真空容器の間の導通のための貫通孔を有
する支持部と、この支持部に隣接する大内径部内に位置
し前記貫通孔と同軸上につながる細管とを有し、前記導
管の側部に前記大内径部につながる大径の排気口を有す
ることを特徴とする真空装置。
【請求項２】前記導管内の細管の先端部は、前記導管の
端面と同じかそれより内部に位置することを特徴とする
請求項１記載の真空装置。
【請求項３】前記導管の、前記細管が接続された細管支
持部と、前記真空排気口を有する大径部とを着脱可能に
分離したことを特徴とする請求項１または２記載の真空
装置。
【請求項４】前記細管支持部に固着され、前記細管の傾
きを機械的に調整する補助調整機構を有することを特徴
とする請求項３記載の真空装置。
【請求項５】前記光学系を有する真空装置は、オリフィ
スによる差動排気ができない光束径を持つ真空装置であ
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の真
空装置。
【請求項６】光学系を含む真空装置において、低真空の
真空容器と、高真空の真空容器と、両真空容器の間を導
通する真空用配管とを備え、該真空用配管は、両真空容
器間で差動排気を行うための細管と真空排気口とを兼ね
備えたことを特徴とする真空装置。