JP2006024420A

JP2006024420A - フィラメント交換機構

Info

Publication number: JP2006024420A
Application number: JP2004200524A
Authority: JP
Inventors: Yasue Miyaji; 億恵宮地
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-07-07
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2006-01-26

Abstract

【課題】フィラメント交換に要する手間を省き、交換時間を短縮する
【解決手段】試料分析室１の所定位置に配置されるフィラメント４ａと、保存室２に配置される、前記フィラメント４ａと交換するための予備フィラメント４ｂとが、保持板３の表裏に保持されている。そして駆動手段によって、保持板３が、該保持板３の中心を通る軸周りに、面法線方向に回転することにより、フィラメント４ａと予備フィラメント４ｂとが自動交換される。
【選択図】図１

Description

本発明は、分析・測定装置における真空状態の試料分析室を大気開放することなく、フィラメントを自動的に交換できるフィラメント交換機構に関する。

スパッタ装置、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）、TOF-SIMS（飛行時間型二次イオン質量分析装置）等の分析装置や測定装置において使用されるフィラメントは、使用時間と共に劣化する、あるいは断線する等の理由により、適宜交換される。

ここで、これらの分析装置や測定装置におけるフィラメントは高真空状態の筐体内に存在するため、この筐体の真空を破り、大気開放してからフィラメントの交換を行わねばならない。

しかし、一旦筐体を大気開放すると、フィラメント交換後に分析・測定可能な高真空状態まで真空引きを行うのに数日かかり、その間は分析・測定を行うことができなかった。

そこで、上述のように大気開放することなく、フィラメントの交換を可能とする構造を有する装置として、例えば下記特許文献１に記載のものがある。この装置では、プラズマ発生室に真空ボックスを隣接して設け、この真空ボックスとプラズマ発生室とをゲートバルブによって気密状態で区画開閉するようにしている。さらに、真空ボックス内に設けられフィラメントを支持すると共に開いた状態のゲートバルブを通過させてフィラメントを真空ボックス内とプラズマ発生室内間とで移動させる支持アームと、真空ボックスを開放するための蓋部材と、フィラメント交換後に真空ボックス内を真空状態とするための大気吸引手段とを備えている。

そして、この構成によれば、フィラメント交換時には、フィラメントを真空ボックス内に移動させて、ゲートバルブを閉塞した後に、真空ボックスを開けてフィラメントを交換することができる。従って、プラズマ発生室を大気開放することなくフィラメントの交換を行うことが可能となる。

特開２００２−３４３２６５号公報

上記のような構成によれば、フィラメントが配置される筐体を大気開放することなく、筐体内の真空状態を保持したままフィラメントを交換できるが、一つのフィラメントが劣化や断線等により交換を要する状態となった場合には、一つのフィラメントにつき一回、フィラメントの交換作業をその都度人手により行わなければならない。従って、頻繁にフィラメント交換の必要が生じた場合には、交換作業に手間がかかる。これより、フィラメント交換に要する人手による手間を省き、さらには人手による交換作業ではなく自動交換を行うことで、交換時間の短縮を図ることができれば好ましい。

上記目的を達成するため、本発明のフィラメント交換機構は、試料分析室の所定位置に配置されるフィラメントと、前記試料分析室に隣接する保存室に配置される、前記フィラメントと交換するための少なくとも一つの予備フィラメントとを保持可能で、且つ前記試料分析室と前記保存室とを遮蔽可能な保持板と、前記保持板に保持されたフィラメントを前記所定位置から移動させると共に、前記保持板に保持された予備フィラメントの内の一つを前記所定位置に移動させるよう、前記保持板を動かす駆動手段と、を有することを特徴とする。

また、上記構成のフィラメント交換機構において、前記保持板は、前記駆動手段により該保持板の中心を通る軸周りに、面法線方向に回転可能とし、且つ、１つの前記フィラメントと１つの前記予備フィラメントとを、該予備フィラメントが前記軸に対し前記フィラメントと対称な位置関係となるよう、保持板の表裏にそれぞれ保持可能とすることを特徴とする。

さらに、このフィラメント交換機構において、前記保持板は、前記駆動手段により１８０°回転することを特徴とする。また、前記保持板は、前記フィラメント及び予備フィラメントのそれぞれに高電圧を印加するための高圧ケーブルを内蔵し、さらに、試料分析室の所定位置に配置するフィラメント及び予備フィラメントの何れか一つに対し、前記高圧ケーブルを介して高電圧を印加する高電圧印加手段を備えることを特徴とする。

また、他の構成のフィラメント交換機構として、前記保持板は、前記フィラメントと少なくとも一つの予備フィラメントを該保持板の一方の面上に、保持板の中心より等距離で且つ互いに等間隔となるよう保持可能とし、且つ、前記駆動手段により該保持板の中心を通る面法線周りに回転可能で且つ当該面法線方向に移動可能とすることを特徴とする。

また、この他の構成のフィラメント交換機構において、前記所定位置に配置されたフィラメントに接続及び取り外し可能な、フィラメントに高電圧を印加するための高圧ケーブルと、前記高圧ケーブルと前記所定位置のフィラメントとの接続及び取り外しを行うケーブル接続手段と、前記高圧ケーブルを介して高電圧を印加する高電圧印加手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、試料分析室の真空を破って大気開放することなく、交換対象のフィラメントを、試料分析室に隣接する保存室に保存されている予備フィラメントと自動的に交換できるため、フィラメント交換に要する人手による手間を省くことができ、さらには自動交換による交換時間の短縮を実現できる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るフィラメント交換機構の構成の一例を示す図である。

図１のフィラメント交換機構では、試料分析室１と該試料分析室１に隣接する保存室２とを遮蔽する遮蔽壁の役割を果たす保持板３の表裏に、それぞれ一つずつフィラメント４ａ，４ｂが備えられている。そして、前記保持板３は、該保持板３の中心を通る軸周りに、面法線方向に回転可能な構成となっており、さらに各フィラメント４ａ，４ｂは、それぞれのフィラメント４ａ，４ｂがこの回転軸に対して対称な位置関係となるように、絶縁材５を介してこの保持板３の表裏に備えられている。

また、装置のオペレータが例えばフィラメント交換指示を装置に入力することにより、前記保持板３の上記回転動作を実行する駆動手段（図示せず）が備えられている。尚、本実施形態では、前記駆動手段は、一度のフィラメント交換指示によって前記保持板３を１８０°回転するよう設定されている。

ここで、正確な１８０°回転を実現するために、例えばフィラメント位置確認センサ６ａを設けておき、回転動作後に正確な１８０°回転が行われていない場合には異常状態であると検出して１８０°回転動作を再実行するようにしても良い。ここで、フィラメント位置確認センサ６ａとしては、図１のような端子によるものの他、レーザーや赤外線を用いたもの等がある。また、１８０°以上回転しないようにする回転ストッパ６ｂを任意の位置に設けても良い。

また、カソード電極７は、例えば図１のようなカソード保持部材７ａによって、試料分析室１の内壁に保持されている。従って、保持板３が上述のように回転しても、フィラメント４ａと共に回転することはなく、フィラメント４ａの回転に影響されない状態となっている。

また、保存室２には排気口８が設けられ、この排気口８には保存室２内を真空状態にするための排気手段（図示せず）が接続されている。保存室２内の真空状態は、試料分析室１内と同レベルとなるよう常に排気が行われており、これにより保存中のフィラメント４ｂが汚染、劣化することはない。

そして、このような構成を有するフィラメント交換機構において、オペレータからのフィラメント交換指示が入力されると、前記駆動手段が作動して前記保持板３が前記回転軸周りに、面法線方向に１８０°回転することで、保持板３の表裏に備えられている各フィラメント４ａ，４ｂが交換された状態になる。さらに、この１８０°回転により、前記保持板３は再度、試料分析室１と保存室２とを遮蔽する遮蔽壁の役割を果たすこととなる。

このように、本実施形態に係るフィラメント交換機構を用いれば、試料分析室１に当初配置されていたフィラメント４ａが劣化や断線等により交換する必要が生じた場合に、オペレータからの交換指示入力に基づく前記保持板３の回転動作によって、この交換対象のフィラメント４ａと、保存室２に当初配置されていた予備フィラメント４ｂとを、自動的に交換することができる。従って、フィラメント交換作業に手間がかからず、時間の短縮も実現できる。

尚、図１のフィラメント交換機構において、フィラメント４ａ，４ｂに高電圧を印加するための高圧ケーブル９ａ，９ｂは、高圧安全回路９ｃを介して保持板３の内部を通り各フィラメント４ａ，４ｂにそれぞれ接続されているので、この高圧ケーブル９ａ，９ｂの存在が上記の回転動作の妨げになることはない。また、この場合には、試料分析室１側に配置されているフィラメント４ａに接続されている高圧ケーブル９ａのみを選択して高電圧を印加する高電圧印加手段（図示せず）を設けておくことで、予備フィラメント４ｂへの高電圧の印加は行われなくなる。

次に、本発明の他の実施形態について、図面を参照して説明する。図２は、他の実施形態に係るフィラメント交換機構の構成の一例を示す図であり、図２（ａ）は保持板上のフィラメントの配置を示す図、図２（ｂ）はフィラメント交換機構の構成の断面図である。また図３は、他の実施形態に係るフィラメント交換機構によるフィラメント交換の手順を示す図であり、図３（ａ）は高圧ケーブルがフィラメントから取り外された状態、図３（ｂ）はさらにフィラメントがフィラメント嵌合部材１５から取り外された状態を示す図である。

図２のフィラメント交換機構では、フィラメント１４ａ〜１４ｄが備えられる円形断面の保持板１３が、この保持板１３の中心を通る面法線周りに回転可能な構成となっており、さらに各フィラメント１４ａ〜１４ｄ（図２では４個）は、保持板１３の中心より等距離で且つ互いに等間隔となるよう、同一面上（試料分析室１１側の面上）に備えられている。

また、試料分析室１１には図２のようにアノード電極１７ａ及びカソード電極１７ｂを含む絶縁材からなるフィラメント嵌合部材１５が設けられており、このフィラメント嵌合部材１５を介して、試料分析室１１と該試料分析室１１に隣接する保存室１２とが連結されている。このフィラメント嵌合部材１５は、各フィラメント１４ａ〜１４ｄを嵌合可能な構成になっている。そして、前記保持板１３の面法線周りの回転動作により移動する各フィラメント１４ａ〜１４ｄがこのフィラメント嵌合部材１５に嵌合可能となるように、このフィラメント嵌合部材１５，保持板１３及び該保持板１３上の各フィラメント１４ａ〜１４ｄは互いに配置されている。こうして、フィラメント嵌合部材１５に嵌合されるフィラメント１４ａ以外のフィラメント１４ｂ〜１４ｄは保存室１２内に配置されることとなる。

さらに、この保持板１３は、該保持板１３の面法線方向に移動可能な構成となっている。具体的には図２のように、この保持板１３におけるフィラメント１４ａ〜１４ｄの取付面とは反対側の面に、保持板１３の面法線方向に伸縮可能で且つ保持板１３を面法線周りに回転させる伸縮回転軸部材２０が取り付けられている。そして、この伸縮回転軸部材２０の伸縮動作により、保持板１３はフィラメント嵌合部材１５から離れるように移動したり、近付くように移動したりすることができる。尚、この保持板１３は、フィラメント１４ａがこのフィラメント嵌合部材１５に嵌合した図２のような状態において、試料分析室１１と保存室１２とを遮蔽する遮蔽壁の役割を果たしている。

また、装置のオペレータが例えばフィラメント交換指示を装置に入力することにより、前記伸縮回転軸部材２０の回転動作及び伸縮動作を実行する駆動手段（図示せず）が備えられている。そして、この駆動手段による伸縮回転軸部材２０の伸縮動作によって、前記保持板１３はフィラメント嵌合部材１５に対して離れたり近付いたりする移動動作を行い、伸縮回転軸部材２０の回転動作によって、前記保持板１３は上述のような面法線周りの回転動作を行う。また本実施形態では、前記駆動手段は、一度のフィラメント交換指示によって前記保持板１３を一方向（例えば、図２（ａ）の矢印方向）に所定角度回転するよう設定されている。ここで、この所定角度は、ｎ個のフィラメントが備えられている場合には（３６０°／ｎ）で示すことができる。従って、図２のように４個のフィラメント１４ａ〜１４ｄが備えられている場合には、一度のフィラメント交換指示につき、一方向に９０°ずつ回転していくことになる。

ここで、正確な所定角度分の回転を実現するために、回転した角度を検知する回転位置確認センサ１６ａを設けておき、回転動作後に正確な所定角度分の回転が行われていない場合には異常状態であると検出して所定角度分の回転動作を再実行するようにしても良い。ここで、回転位置確認センサ１６ａとしては、例えば、レーザーや赤外線を利用し、回転後の位置が所定の座標位置に正確に移動したか否かを検出するような構成のもの等がある。

また、このフィラメント交換機構において、例えば図２のような前記フィラメント嵌合部材１５と対向する位置に、高電圧印加手段（図示せず）により高圧安全回路１９ｂを介してフィラメント１４ａに高電圧を印加するための高圧ケーブル１９ａが備えられている。この高圧ケーブル１９ａは、前記フィラメント嵌合部材１５に嵌合した状態のフィラメント１４ａに接続及び取り外し可能な構成となっている。

さらに、この高圧ケーブル１９ａは、高圧ケーブル１９ａとフィラメント１４ａとの接続及び取り外しを行うケーブル接続手段（図示せず）によって接続及び取り外し動作が行われる構成となっている。そして、装置のオペレータが例えばフィラメント交換指示を装置に入力することにより、前記駆動手段による前記保持板１３の移動動作及び回転動作に先駆けて、ケーブル接続手段による高圧ケーブル１９ａの取り外し動作が行われ、前記駆動手段による前記保持板１３の移動動作及び回転動作の終了後に、再度このケーブル接続手段による高圧ケーブル１９ａの接続動作が行われる。

ここで、高圧ケーブル１９ａにフィラメント位置確認センサ１６ｂを設けておき、高圧ケーブル１９ａとフィラメント１４ａとの接続時に、正確に接続されない場合にはフィラメント１４ａの位置が異常状態であると検出して、前記駆動手段による前記保持板１３の移動動作及び回転動作を再実行するようにしても良い。

また、保存室１２には、上記実施形態と同様に排気口１８が設けられ、この排気口１８には保存室１２内を真空状態にするための排気手段（図示せず）が接続されている。保存室１２内の真空状態は、試料分析室１１内と同レベルとなるよう常に排気が行われており、これにより保存中のフィラメント１４ｂ〜１４ｄが汚染、劣化することはない。

そして、このような構成を有するフィラメント交換機構において、オペレータからのフィラメント交換指示が入力されると、まず前記ケーブル接続手段が作動し、図３（ａ）のように、フィラメント１４ａからの高圧ケーブル１９ａの取り外し動作が実行される。続いて前記駆動手段が作動して、図３（ｂ）のように、保持板１３がフィラメント嵌合部材１５から離れる移動動作が実行され、当初フィラメント嵌合部材１５に嵌合されていたフィラメント１４ａがフィラメント嵌合部材１５から取り外された状態となった後に、上述のような保持板１３の回転動作が実行される。こうして、当初フィラメント嵌合部材１５に嵌合されていたフィラメント１４ａの位置に、該フィラメント１４ａの隣に配置されているフィラメント１４ｂが移動した状態になる。

そして、前記駆動手段によって再び保持板１３がフィラメント嵌合部材１５に近付く移動動作が実行され、新たなフィラメント１４ｂがフィラメント嵌合部材１５に嵌合されて図３（ａ）のような状態となり、続いて前記ケーブル接続手段によって、このフィラメント１４ｂへの高圧ケーブル１９ａの接続動作が実行され、図２（ｂ）のような状態となる。こうして、当初フィラメント嵌合部材１５に嵌合されていたフィラメント１４ａと、該フィラメント１４ａの隣に配置されているフィラメント１４ｂとが交換された状態になる。また、この移動動作により新たなフィラメント１４ｂがフィラメント嵌合部材１５に嵌合されると、前記保持板１３は再度、試料分析室１１と保存室１２とを遮蔽する遮蔽壁の役割を果たすこととなる。

このように、本実施形態に係るフィラメント交換機構を用いることによっても、試料分析室１１のフィラメント嵌合部材１５に当初配置されていたフィラメント１４ａが劣化や断線等により交換する必要が生じた場合、オペレータからの交換指示入力に基づく前記保持板１３の回転動作によって、この交換対象のフィラメント１４ａと、保存室１２に当初配置されていた予備フィラメント１４ｂとを、自動的に交換することができる。従って、フィラメント交換作業に手間がかからず、時間の短縮も実現できる。

また本実施形態では、前述の実施形態と異なり、予備フィラメント１４ｂ〜１４ｄを複数備えておくことができる。従って、より一層フィラメント交換作業に手間がかからず、時間の短縮も実現できる。

尚、上記各実施形態においても、全てのフィラメントを交換し尽くした場合には、保存室の真空を破って大気開放し、例えばこの保存室の側壁に設けられている交換ドア（図示せず）を開けて、人手によりフィラメントを全面的に交換することとなる。

本発明の一実施形態に係るフィラメント交換機構の構成の一例を示す図である。本発明の他の実施形態に係るフィラメント交換機構の構成の一例を示す図である。本発明の他の実施形態に係るフィラメント交換機構によるフィラメント交換の手順を示す図である。

符号の説明

１試料分析室、２保存室、３保持板、４ａ，４ｂフィラメント、５絶縁材、６ａフィラメント位置確認センサ、６ｂ回転ストッパ、７カソード電極、７ａカソード保持部材、８排気口、９ａ，９ｂ高圧ケーブル、９ｃ高圧安全回路。

Claims

試料分析室の所定位置に配置されるフィラメントと、前記試料分析室に隣接する保存室に配置される、前記フィラメントと交換するための少なくとも一つの予備フィラメントとを保持可能で、且つ前記試料分析室と前記保存室とを遮蔽可能な保持板と、
前記保持板に保持されたフィラメントを前記所定位置から移動させると共に、前記保持板に保持された予備フィラメントの内の一つを前記所定位置に移動させるよう、前記保持板を動かす駆動手段と、
を有することを特徴とするフィラメント交換機構。
請求項１に記載のフィラメント交換機構において、
前記保持板は、前記駆動手段により該保持板の中心を通る軸周りに、面法線方向に回転可能とし、且つ、１つの前記フィラメントと１つの前記予備フィラメントとを、該予備フィラメントが前記軸に対し前記フィラメントと対称な位置関係となるよう、保持板の表裏にそれぞれ保持可能とすることを特徴とするフィラメント交換機構。
請求項２に記載のフィラメント交換機構において、
前記保持板は、前記駆動手段により１８０°回転することを特徴とするフィラメント交換機構。
請求項２又は３に記載のフィラメント交換機構において、
前記保持板は、前記フィラメント及び予備フィラメントのそれぞれに高電圧を印加するための高圧ケーブルを内蔵し、
さらに、試料分析室の所定位置に配置するフィラメント及び予備フィラメントの何れか一つに対し、前記高圧ケーブルを介して高電圧を印加する高電圧印加手段を備えることを特徴とするフィラメント交換機構。
請求項１に記載のフィラメント交換機構において、
前記保持板は、前記フィラメントと少なくとも一つの予備フィラメントを該保持板の一方の面上に、保持板の中心より等距離で且つ互いに等間隔となるよう保持可能とし、且つ、前記駆動手段により該保持板の中心を通る面法線周りに回転可能で且つ当該面法線方向に移動可能とすることを特徴とするフィラメント交換機構。
請求項５に記載のフィラメント交換機構において、
前記所定位置に配置されたフィラメントに接続及び取り外し可能な、フィラメントに高電圧を印加するための高圧ケーブルと、
前記高圧ケーブルと前記所定位置のフィラメントとの接続及び取り外しを行うケーブル接続手段と、
前記高圧ケーブルを介して高電圧を印加する高電圧印加手段と、
を備えることを特徴とするフィラメント交換機構。