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JPS5948318B2 - Shinkuhaikisouchi - Google Patents
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JPS5948318B2 - Shinkuhaikisouchi - Google Patents

Shinkuhaikisouchi

Info

Publication number
JPS5948318B2
JPS5948318B2 JP50151822A JP15182275A JPS5948318B2 JP S5948318 B2 JPS5948318 B2 JP S5948318B2 JP 50151822 A JP50151822 A JP 50151822A JP 15182275 A JP15182275 A JP 15182275A JP S5948318 B2 JPS5948318 B2 JP S5948318B2
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JP
Japan
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pump
temperature
getter
time
voltage
Prior art date
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Expired
Application number
JP50151822A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS5275971A (en
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正秀 奥村
泰 中泉
俊明 中田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS5275971A publication Critical patent/JPS5275971A/en
Publication of JPS5948318B2 publication Critical patent/JPS5948318B2/en
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  • Common Detailed Techniques For Electron Tubes Or Discharge Tubes (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子顕微鏡、走査形電子顕微鏡あるいは、イオ
ンマイクロアナライザ等の荷電粒子線装置の真空排気シ
ステムに関するものであり特に真空排気装置の1種であ
る非蒸発ゲッターポンプ(以下、B、 G、ポンプと記
す)の温度制御装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a vacuum evacuation system for a charged particle beam device such as an electron microscope, a scanning electron microscope, or an ion microanalyzer. The present invention relates to a temperature control device (hereinafter referred to as B, G, pump).

電界放射電子銃を使った顕微鏡あるいはイオンマイクロ
アナライザ等の粒子線装置では、試料が置かれる試料室
の真空度は1O−6Torr程度にしなければならない
ことが多い。
In particle beam devices such as microscopes or ion microanalyzers using field emission electron guns, the degree of vacuum in the sample chamber in which the sample is placed must often be about 10-6 Torr.

試料交換時の排気手段として分子ポンプを使えば、大気
から1O−6Torr以下の真空度迄連続的に排気でき
るが、騒音、値段、振動の点で問題があるため、上記目
的の場合、一般的にはロータリーポンプ(以下、R,P
、 と記す。
If a molecular pump is used as an evacuation means during sample exchange, it is possible to continuously evacuation from the atmosphere to a vacuum level of 10-6 Torr or less, but there are problems with noise, cost, and vibration, so for the above purposes, it is not possible to use a molecular pump. is a rotary pump (hereinafter referred to as R, P
, is written as .

)と油拡散ポンプ(以下、D、 P、と記す。)を組合
わせた排気システムが採用されている。
) and an oil diffusion pump (hereinafter referred to as D and P) is used.

すなわち、大気から1O−2Torr程度迄をR,P、
で排気し、次いでり、 P、でそれ以下の真空に排気す
るものである。
In other words, from the atmosphere to about 1O-2 Torr, R, P,
The vacuum is evacuated at P, and then the vacuum is evacuated to a lower level at P.

しかし、D、P、を使うと真空中に油が拡散する恐れが
あるため特にきれいな真空を必要とする電界放射電子銃
を使った装置などでは好ましくない。
However, if D or P is used, there is a risk that oil will diffuse into the vacuum, so it is not preferable especially in equipment using a field emission electron gun that requires a clean vacuum.

また、冷却のために水を流さなければならないことなど
の欠点がある。
Also, there are disadvantages such as the need to run water for cooling.

D、 P、の代わりにソープションポンプを使えば、き
れいな真空を作ることができるが、液体窒素を必要とす
るために装置の保守、操作性の点で問題が生じる。
If a sorption pump is used in place of D and P, a clean vacuum can be created, but the need for liquid nitrogen poses problems in terms of maintenance and operability of the device.

試料交換時の排気手段として大気から1O−2Torr
までR,P、で排気した後B、 G、ポンプで約1O−
5Torrまで排気し、次いでイオンポンプでそれ以下
の真空に排気する排気システムを採用すれば水、液体窒
素を使わないでしかもきれいな真空を作ることができる
1O-2 Torr from the atmosphere as an exhaust means during sample exchange
After exhausting with R and P, pump B and G to about 1O-
By adopting an evacuation system that evacuates to 5 Torr and then uses an ion pump to evacuate to a lower vacuum, it is possible to create a clean vacuum without using water or liquid nitrogen.

B、 G、ポンプは、ゲッター材Zr、 AIの合金を
加熱すると、その周囲の気体分子が吸着および内部拡散
する原理にもとずくものであり、そのために必要な温度
は約200〜400℃である。
B, G, pumps are based on the principle that when an alloy of getter materials Zr and AI is heated, surrounding gas molecules are adsorbed and internally diffused, and the temperature required for this is approximately 200 to 400°C. be.

また、B、G、ポンプ単独での到達真空度は約10=
Torr程度である。
Also, the degree of vacuum reached by B, G, and pump alone is approximately 10=
It is about Torr.

したがってR,P、によって1O−2Torrまで排気
したらば、B、 G、ポンプのゲッター材を200〜4
00℃に加熱すれば、約1O−5Torr程度まで排気
されるから、イオンポンプを併用すれば1O−6Tor
r以下の真空度を比較的短時間(容積によって異なるが
小型の走査型電子顕微鏡の試料室を排気する場合、大気
圧から1O−6Torrまで真空排気するための所要時
間は5〜6分である。
Therefore, if R and P are evacuated to 1O-2 Torr, B, G, and the getter material of the pump are 200~4
If heated to 00℃, the exhaust will be pumped out to about 1O-5 Torr, so if you use an ion pump together, it will be evacuated to about 1O-6 Torr.
The degree of vacuum below R is relatively short (depending on the volume, but when evacuating the sample chamber of a small scanning electron microscope, the time required to evacuate from atmospheric pressure to 1O-6 Torr is 5 to 6 minutes. .

)に作ることができる。したがって、原理的にはB、
G、ポンプのゲッター材を常に200〜400℃に加熱
しておけば良い訳ではあるが、B、 G、ポンプの寿命
はその加熱時間と密接な関係があり、加熱時間が長い程
寿命が短かくなる欠点を有する。
) can be made. Therefore, in principle B,
G.Although it is good to always heat the getter material of the pump to 200-400℃, B.G.The life of the pump is closely related to its heating time, and the longer the heating time, the shorter the life. It has this drawback.

また、B、 G、ポンプは排気容量によっても異なるが
、上記小形走査型電子顕微鏡に適している容量のもので
は加熱するために必要な電力は約300Wであり、省電
力の点からも常時加熱しておくことは不経済である。
In addition, the B, G, and pumps differ depending on their exhaust capacity, but the power required for heating is approximately 300 W for those with a capacity suitable for the above-mentioned small scanning electron microscope, so from the point of view of power saving, constant heating is required. It is uneconomical to do so.

」−記理由によって、大気圧から真空排気する時すなわ
ち、試料交換を行なう時だけ、B、 G、ポンプを働か
せるのが最も効率の良い使い方であると言える。
For the reasons stated above, it can be said that the most efficient way to use the pumps is to operate the B, G, and pumps only when evacuation is performed from atmospheric pressure, that is, when exchanging samples.

ここで、B、 G、ポンプのゲッター材はその構造上、
熱時定数が非常に大きく、たとえば、最終到達温度が8
00℃になるようにヒーターで加熱しても、ゲッター材
でかるZr、 AIの合金が常温から200〜400℃
に加熱されるまでには約2分位かかる。
Here, B, G, the getter material of the pump is structurally
The thermal time constant is very large, for example, the final temperature reached is 8
Even if heated with a heater to a temperature of 00℃, the getter material Zr and AI alloy will rise from room temperature to 200-400℃.
It takes about 2 minutes for it to heat up.

そして、さらに−上記理由から200〜400℃になっ
てから加熱を中止しても、ゲッター材の合金の温度はさ
らに上昇し続け、オーバーヒートされる危険性がある。
Furthermore, for the above-mentioned reasons, even if heating is stopped after the temperature reaches 200 to 400°C, the temperature of the getter material alloy continues to rise further, and there is a risk of overheating.

ゲッター材の熱時定数が大きいと冷えるのにも時間がか
かる。
If the getter material has a large thermal time constant, it will take time to cool down.

たとえば、一度、300℃に加熱すると約1〜2分かか
つて、280℃に下ると云った具合である。
For example, once heated to 300°C, the temperature drops to 280°C in about 1 to 2 minutes.

したがって、たとえば一度、300℃になったらば、そ
の温度が一定になるように制御をしなくても予熱だけで
十分な排気能力を発揮することができる。
Therefore, once the temperature reaches 300° C., for example, sufficient exhaust capacity can be achieved just by preheating without any control to keep the temperature constant.

したがって、たとえばB、 G、ポンプのゲッター材の
温度が300℃になる迄の所要加熱時間を予め測定して
おき、大気圧から真空排気する都度すなわち、試料交換
の度に予め分っている一定時間だけ加熱すれば良いこと
になる。
Therefore, for example, the required heating time for B, G, and the getter material of the pump to reach 300°C is measured in advance, and the heating time required for each time the temperature of the getter material of B, G, and pump reaches 300°C is measured, and the heating time is determined in advance at a certain level each time the sample is replaced. All you have to do is heat it for a while.

しかしこのような方法によっても未だ問題が残る。However, even with this method, problems still remain.

なぜならば、試料を交換する時のB、 G、ポンプのゲ
ッター材温度は、常に常温であるとは限らないからであ
る。
This is because the temperatures of the getter materials of B, G, and pumps are not always at room temperature when exchanging samples.

試料交換を頻繁に行なうと、B、 G、ポンプが完全に
冷えていないこともあり得るため、場合によっては一定
時間加熱するとオーバーヒートしてしまう危険性がある
If samples are exchanged frequently, B, G, and pumps may not be completely cooled down, so there is a risk that they may overheat if heated for a certain period of time.

本発明は上述した如き問題点を解決し、B、 G、ポン
プを安全にしかも効率良く試料交換時に使用する方法を
提供するものである。
The present invention solves the above-mentioned problems and provides a method for safely and efficiently using B, G, and pumps during sample exchange.

上記の目的を達成するため、本発明においては、加熱す
る直前のB、 G、ポンプのゲッター材温度を検出する
In order to achieve the above object, the present invention detects the temperatures of the getter materials of B, G, and the pump immediately before heating.

そして検出された温度から熱時定数を想定した加熱時間
を計算しB、 G、ポンプのゲッター材をヒーターで加
熱するように構成したことを特徴としでいる。
The device is characterized in that the heating time is calculated based on the detected temperature assuming a thermal time constant, and the getter materials of B, G, and the pump are heated with a heater.

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.

温度を直接時間に変換するのは困難であるから、先ず温
度を電圧に変換する。
Since it is difficult to directly convert temperature to time, first convert temperature to voltage.

そしてこの電圧を時間に変換すれば良い。Then convert this voltage to time.

温度を電圧に変換するものとしてはたとえばサーミスタ
、熱電対などがある。
Examples of devices that convert temperature into voltage include thermistors and thermocouples.

電圧を時間に変換する方法は数多くあるが、比較的簡単
に具現化できる1つの方法を第1図に示している。
Although there are many methods for converting voltage into time, one method that can be implemented relatively easily is shown in FIG.

同図にて1は電源、2は抵抗、3はコンデンサであり充
電回路を構成している。
In the figure, 1 is a power source, 2 is a resistor, and 3 is a capacitor, which constitute a charging circuit.

4は基準電源、5はコンパレータ、6はフリップ・フロ
ップである。
4 is a reference power supply, 5 is a comparator, and 6 is a flip-flop.

すなわち、充電回路の出力と基準電源とをコンパレータ
5で比較して出力し、その出力をフリップ・フロップで
取り出すものである。
That is, the output of the charging circuit and the reference power source are compared by the comparator 5 and output, and the output is taken out by a flip-flop.

上記回路にて、電源1の電圧をE、抵抗2をRコンデン
サ3をC、コンデンサ3の初期電圧をE。
In the above circuit, the voltage of power supply 1 is E, the resistor 2 is R, the capacitor 3 is C, and the initial voltage of capacitor 3 is E.

とすると、コンデンサ3の両端の電圧ecはec=E−
(E−Eo)exp(−■) であり、時刻1=0にお・いてスイッチ7を閉じると、
ecは第2図に示す波形8,9のような変化をする。
Then, the voltage ec across the capacitor 3 is ec=E-
(E-Eo)exp(-■), and when switch 7 is closed at time 1=0,
ec changes as shown in waveforms 8 and 9 shown in FIG.

同図にて波形8はEoが零の場合であり、波形9はEo
がある大きさである場合を示している。
In the figure, waveform 8 is when Eo is zero, and waveform 9 is when Eo is zero.
This shows the case where is of a certain size.

同図の結果から、コンデンサ3の初期電圧Eoが高い程
基準電源4の電圧レベルEsに達する迄の時間は短かく
なることは理解されよう。
From the results shown in the figure, it will be understood that the higher the initial voltage Eo of the capacitor 3, the shorter the time it takes to reach the voltage level Es of the reference power source 4.

コンデンサ3の電圧ecが基準電圧Esに達すると、コ
ンパレータ5は跳躍反転するから波形8の場合、コンパ
レータ5の出力はたとえば波形10のようになる。
When the voltage ec of the capacitor 3 reaches the reference voltage Es, the comparator 5 jumps and inverts, so in the case of waveform 8, the output of the comparator 5 becomes, for example, waveform 10.

しかし、波形10からは時刻t==0のタイミングを知
ることはできない。
However, the timing of time t==0 cannot be known from waveform 10.

このためにフリツプ・フロップ6が使われる。A flip-flop 6 is used for this purpose.

すなわち、充電回路のスイッチ7を閉じると同時にフリ
ップ・フロップに今の場合、その出力をLo w”レベ
ルにするようなトリガを与える。
That is, at the same time as the switch 7 of the charging circuit is closed, a trigger is given to the flip-flop to make its output, in this case, a low level.

そして、コンパレータ5の出力が反転したならば、すな
わち波形8が発生したならば、フリップ・フロップ6を
”High” kベルにすれば、波形11が得られる。
If the output of the comparator 5 is inverted, that is, if waveform 8 is generated, waveform 11 is obtained by setting the flip-flop 6 to "High" k-bell.

このようにして得られた波形11の時間tsはコンデン
サ3の初期電圧Eoに依存するのであるから、前記した
ようにB、 G、ポンプのゲッター材温度を電圧Eoに
変換し、フリップ・フロップが”High“′の期間だ
けB、 G、ポンプのゲッター材をヒーターで加熱すれ
ば本発明の目的が実行されることになる。
Since the time ts of the waveform 11 obtained in this way depends on the initial voltage Eo of the capacitor 3, the temperature of the getter material of B, G and the pump is converted to the voltage Eo as described above, and the flip-flop is The object of the present invention can be achieved by heating the getter materials of B, G, and the pump with a heater only during the "High" period.

第3図に本発明の具体的実施例を示している。FIG. 3 shows a specific embodiment of the present invention.

同図にて13はB、 G、ポンプのヒーター、12はB
、 G。
In the same figure, 13 is B, G is the pump heater, 12 is B
, G.

ポンプのゲッター材、14は熱電対などの温度検出器、
15は増幅器、17はヒーターの電源である。
Pump getter material, 14 is a temperature detector such as a thermocouple,
15 is an amplifier, and 17 is a power source for the heater.

このような構成にていま、タイミングスイッチ19を短
時間だけ閉じると、リレー18が駆動され、接点7,1
6が短時間開じる。
In this configuration, when the timing switch 19 is closed for a short time, the relay 18 is driven and the contacts 7 and 1 are closed.
6 opens briefly.

B、 G、ポンプのゲッター材12の温度は検出器14
にて電圧に変換され、増幅器15の出力にたとえばEo
なる大きさで出現しでいるから、接点7が閉じると、コ
ンデンサ3にはEoの電圧がシフトされる。
B, G, the temperature of the getter material 12 of the pump is detected by the detector 14
For example, Eo is converted into a voltage at the output of the amplifier 15
Therefore, when the contact 7 closes, the voltage of Eo is shifted to the capacitor 3.

一方、接点16が閉じると、フリップ・フロップ6はヒ
ーター13の電源17をオンする極性に反転するため、
B、 G、ポンプのゲッター材12は加熱され始める。
On the other hand, when the contact 16 closes, the flip-flop 6 reverses its polarity to turn on the power supply 17 of the heater 13.
B, G, the getter material 12 of the pump begins to heat up.

そして時間が経ち、コンデンサ3の電圧ecが基準電源
4の電圧値に達すると、コンパレータ5が反転するため
、フリップ・フロップ6はリセットされ、B、 G、ポ
ンプのゲッター材12の加熱は停止する。
Then, as time passes and the voltage ec of the capacitor 3 reaches the voltage value of the reference power supply 4, the comparator 5 is inverted, so the flip-flop 6 is reset and the heating of the getter material 12 of B, G and the pump is stopped. .

もち論、基準電源4の電圧よりもコンデンサの電圧の方
が高い(たとえばB、 G、ポンプの温度が300℃に
なっている時)場合はタイミングスイッチ19を押して
も直ぐにフリップ・フロップ6がリセットされてしまう
ためB、 G、ポンプ12が加熱されることは無い。
Of course, if the voltage of the capacitor is higher than the voltage of the reference power supply 4 (for example, when the temperature of B, G, and pump is 300°C), the flip-flop 6 will be reset immediately even if the timing switch 19 is pressed. B, G, and pump 12 will not be heated.

以上詳述した如く本発明によれば、B、 G、ポンプを
加熱する直前の温度の如何にかかわらず、B、 G。
As described in detail above, according to the present invention, B, G, and B, regardless of the temperature immediately before heating the pump.

ポンプを常に最適温度範囲で動作させることができる。The pump can always be operated within the optimum temperature range.

従って、ゲッター材がオーバーヒートされる危険性が排
除される結果、ゲッターポンプの寿命は永くなり、かつ
消費電力は経済的となる。
Therefore, the risk of overheating the getter material is eliminated, resulting in a longer life of the getter pump and economical power consumption.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は電圧を時間に変換するための回路ブロック図、
第2図は第1図の波形図、第3図は本発明の1実施例を
示す図である。
Figure 1 is a circuit block diagram for converting voltage to time.
FIG. 2 is a waveform diagram of FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing one embodiment of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 非蒸発ゲッターポンプのゲッター材の温度を検出す
るゲッタ一温度検出手段と、該検出手段の出力により、
前記ゲッターの加熱温度を制御する真空排気装置におい
て、前記ポンプ起動時における前記温度検出手段の信号
E0および基準の信号Esならびに前記ゲッター材の熱
時定数CRより、前記ゲッター材が、ゲッターポンプと
して最適温度範囲で機能するために必要な加熱時間を求
め、該加熱時間だけ前記ゲッターを加熱制御する如く構
成したことを特徴とする真空排気装置。
1. A getter temperature detection means for detecting the temperature of the getter material of the non-evaporative getter pump, and the output of the detection means,
In the vacuum evacuation device that controls the heating temperature of the getter, the getter material is optimal as a getter pump based on the signal E0 of the temperature detection means at the time of starting the pump, the reference signal Es, and the thermal time constant CR of the getter material. A vacuum evacuation device characterized in that it is configured to determine a heating time necessary to function in a temperature range and to control heating of the getter for the determined heating time.
JP50151822A 1975-12-22 1975-12-22 Shinkuhaikisouchi Expired JPS5948318B2 (en)

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JPS5275971A JPS5275971A (en) 1977-06-25
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08164020A (en) * 1994-12-13 1996-06-25 Hakuhoudou:Kk Slide mechanism of slide cosmetic brush

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5651313B2 (en) * 1972-06-05 1981-12-04

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