JP2008122245A - Sample excavating method and sample excavating apparatus - Google Patents

Sample excavating method and sample excavating apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2008122245A
JP2008122245A JP2006306734A JP2006306734A JP2008122245A JP 2008122245 A JP2008122245 A JP 2008122245A JP 2006306734 A JP2006306734 A JP 2006306734A JP 2006306734 A JP2006306734 A JP 2006306734A JP 2008122245 A JP2008122245 A JP 2008122245A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
electrode
glow discharge
unit
spherical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006306734A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoaki Mitani
智明 三谷
Tadayuki Matsuda
忠之 松田
Yoshinobu Uchida
至宣 内田
Koichi Matsumoto
浩一 松本
Hiyousuke Yonezawa
俵介 米澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Horiba Ltd
Keio University
Original Assignee
Horiba Ltd
Keio University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Horiba Ltd, Keio University filed Critical Horiba Ltd
Priority to JP2006306734A priority Critical patent/JP2008122245A/en
Publication of JP2008122245A publication Critical patent/JP2008122245A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sample excavating method which enables the excavation of a spherical sample by utilizing glow discharge, and to provide a sample excavating apparatus. <P>SOLUTION: The spherical sample S is placed on a placing part 31 arranged under the electrode provided to a glow discharge tube 1 in a counter relation to the electrode in a sample chamber (treatment chamber) 3 into which an argon gas (inert gas) is supplied and, in a state that the movement of the sample S is restricted by a plurality of ceramic balls (spheres) 32, the sample S is arranged in a counter relation to the electrode. Voltage is applied across the sample S and the electrode while applying vibration to the placing part 31 from an ultrasonic oscillator (oscillator) 33 to generate glow discharge and the surface of the sample S is excavated by the ionic shock of argon ions accompanying glow discharge. The sample S is almost isotropically excavated by vibration while rotated at random, the analysis of a component in a radial direction due to glow discharge emission analysis become possible and surface of the cleanly formed sample S can be observed by SEM or the like. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、球状の試料の表面分析を行うために、グロー放電を用いて材料を削ることにより測定に適した状態に試料を形成する試料掘削方法及び試料掘削装置に関する。   The present invention relates to a sample excavation method and a sample excavation apparatus for forming a sample in a state suitable for measurement by shaving a material using glow discharge in order to perform surface analysis of a spherical sample.

従来、試料に含まれる成分を分析するために、グロー放電を利用して成分の分析を行うグロー放電発光分析が行われることがあった。グロー放電発光分析では、不活性ガス雰囲気中でグロー放電管と分析対象の試料の表面との間でグロー放電を発生させ、グロー放電によって発生した光を分光することにより、試料の成分を分析する。試料はグロー放電に伴うイオン衝撃により表面から徐々に掘削されていき、掘削されている部分に含まれる成分に依存した光が発生するので、試料の深さ方向に成分の分布を調べることができる。   Conventionally, in order to analyze a component contained in a sample, a glow discharge emission analysis in which a component is analyzed using a glow discharge has been performed. In glow discharge optical emission analysis, the components of a sample are analyzed by generating a glow discharge between the glow discharge tube and the surface of the sample to be analyzed in an inert gas atmosphere, and analyzing the light generated by the glow discharge. . The sample is gradually excavated from the surface by ion bombardment caused by glow discharge, and light depending on the component contained in the excavated part is generated, so the distribution of the component in the depth direction of the sample can be examined .

また試料の構造及び組織等を視覚的に観察する際、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;SEM)を用いることがある。SEMを用いて試料を観察するには、準備処理として試料の観察面を整える必要があり、試料の所望の位置に観察面を表出させ、表出させた観察面が清浄になるように試料を形成する必要がある。従来、グロー放電に伴うイオン衝撃により試料の表面を削り取り、試料表面に清浄な観察面を形成する技術が開発されており、特許文献1及び2には、この技術が開示されている。
特開2002−310959号公報 特開2004−61163号公報
In addition, a scanning electron microscope (SEM) may be used to visually observe the structure and structure of a sample. In order to observe the sample using the SEM, it is necessary to prepare the observation surface of the sample as a preparation process. The sample is exposed so that the observation surface is exposed at a desired position of the sample and the exposed observation surface is cleaned. Need to form. Conventionally, a technique for scraping the surface of a sample by ion bombardment associated with glow discharge to form a clean observation surface on the sample surface has been developed, and Patent Documents 1 and 2 disclose this technique.
JP 2002-310959 A JP 2004-61163 A

従来のグロー放電発光分析により試料に含まれる成分を分析する技術、及びグロー放電により清浄な試料表面を形成する技術は、従来は半導体ウエハ等の平板状の試料を対象としている。従って、ボールベアリング用のボール等の球状の試料については、特許文献1及び2に開示された技術を始めとする従来の技術では扱うことができず、グロー放電発光分析による成分の分析及びSEMによる表面観察が困難であるという問題がある。   Conventional techniques for analyzing components contained in a sample by glow discharge emission analysis and techniques for forming a clean sample surface by glow discharge have been aimed at flat samples such as semiconductor wafers. Therefore, spherical samples such as balls for ball bearings cannot be handled by conventional techniques such as those disclosed in Patent Documents 1 and 2, and component analysis by glow discharge emission analysis and SEM are used. There is a problem that surface observation is difficult.

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、グロー放電を利用した球状の試料の掘削を可能とすることにより、球状の試料についてもグロー放電発光分析による成分の分析及びSEMによる表面観察を可能にする試料掘削方法及び試料掘削装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to perform glow discharge emission analysis of spherical samples by enabling excavation of spherical samples using glow discharge. It is an object of the present invention to provide a sample drilling method and a sample drilling apparatus that enable analysis of components by SEM and surface observation by SEM.

第1発明に係る試料掘削方法は、不活性ガスが供給される処理室内で球状の試料を電極に対向配置し、前記試料をランダムに回転させ、ランダムに回転する前記試料と前記電極との間に電圧を印加してグロー放電を発生させることによって、前記試料を掘削することを特徴とする。   In the sample excavation method according to the first aspect of the present invention, a spherical sample is disposed opposite to an electrode in a processing chamber to which an inert gas is supplied, the sample is rotated randomly, and the sample rotated between the sample and the electrode rotated at random. The sample is excavated by generating a glow discharge by applying a voltage to.

第2発明に係る試料掘削装置は、不活性ガスが供給される処理室内で電極と該電極に対向配置される試料との間に電圧を印加して発生させるグロー放電により、前記試料を掘削する試料掘削装置において、前記処理室内で球状の試料を前記電極に対向配置する配置手段と、前記試料をランダムに回転させる回転手段とを備えることを特徴とする。   A sample excavation apparatus according to a second invention excavates the sample by glow discharge generated by applying a voltage between an electrode and a sample disposed opposite to the electrode in a processing chamber to which an inert gas is supplied. The sample excavator includes an arrangement unit that arranges a spherical sample opposite to the electrode in the processing chamber, and a rotation unit that rotates the sample at random.

第1及び第2発明においては、アルゴンガス等の不活性ガスの雰囲気中で球状の試料を電極に対向配置し、試料をランダムに回転させながら試料と電極との間に電圧を印加してグロー放電を発生させ、グロー放電に伴う不活性ガスイオンの衝撃により試料の表面を掘削する。これにより、球状の試料の表面がほぼ等方的に掘削される。   In the first and second inventions, a spherical sample is placed opposite to an electrode in an atmosphere of an inert gas such as argon gas, and a voltage is applied between the sample and the electrode while rotating the sample at random. A discharge is generated, and the surface of the sample is excavated by the impact of inert gas ions accompanying the glow discharge. Thereby, the surface of the spherical sample is excavated almost isotropically.

第3発明に係る試料掘削装置は、前記配置手段は、前記電極に対向して前記電極の下方に設けてあり、前記試料を載置する有縁皿形状の載置部と、該載置部に載置された前記試料と前記載置部の縁との間に配してあり、前記試料の移動を拘束する複数の球とを有することを特徴とする。   In a sample excavation device according to a third aspect of the present invention, the placement means is provided below the electrode so as to face the electrode, and a plate-shaped placement portion for placing the sample, and the placement portion And a plurality of spheres that restrain movement of the sample. The sample is placed between the sample and the edge of the placement unit.

第3発明においては、電極の下方に電極に対向して設けた有縁皿形状の載置部に球状の試料を載置し、試料と載置部の縁との間に複数の球を配することにより、球状の試料が移動を拘束されて電極に対向配置される。   In the third aspect of the invention, a spherical sample is placed on an edged dish-like placement portion provided below the electrode and facing the electrode, and a plurality of spheres are arranged between the sample and the edge of the placement portion. As a result, the spherical sample is constrained to move and is placed opposite to the electrode.

第4発明に係る試料掘削装置は、前記回転手段は、前記載置部に振動を加える発振器を有することを特徴とする。   The sample excavation apparatus according to a fourth aspect of the invention is characterized in that the rotating means includes an oscillator that applies vibration to the mounting portion.

第4発明においては、球状の試料が載置された載置部に発振器から振動を加えることにより、試料に振動が伝わって回転が発生する。   In the fourth aspect of the invention, by applying vibration from the oscillator to the placement portion on which the spherical sample is placed, the vibration is transmitted to the sample and rotation occurs.

第1及び第2発明にあっては、グロー放電によって球状の試料が表面から中心に向かってほぼ等方的に掘削され、グロー放電による発光に基づいて試料の成分を分析するグロー放電発光分析を行うことができる。従って、平板状の試料について従来得られていたものと同様に、ボールベアリング用のボール等の球状の試料について、表面から中心までの成分の分布を取得することが可能となる。また球状の試料の表面をほぼ等方的に清浄に形成することができ、平板状の試料について従来行われていたものと同様に、SEMによって球状の試料の表面を観察することが可能となる。   In the first and second inventions, a glow discharge emission analysis is performed in which a spherical sample is excavated approximately isotropically from the surface toward the center by glow discharge, and the components of the sample are analyzed based on emission from the glow discharge. It can be carried out. Accordingly, the component distribution from the surface to the center can be obtained for a spherical sample such as a ball bearing ball, as in the case of a flat sample. Further, the surface of the spherical sample can be formed almost isotropically, and the surface of the spherical sample can be observed by SEM in the same manner as conventionally performed for a flat sample. .

第3発明においては、試料と載置部の縁との間に配してある複数の球が球状の試料の水平方向の移動を拘束することにより、球状の試料を電極に対向配置することが可能となり、試料と電極との間にグロー放電を発生させて球状の試料を掘削することが可能となる。   In the third invention, the plurality of spheres arranged between the sample and the edge of the mounting portion restrain the movement of the spherical sample in the horizontal direction, so that the spherical sample can be arranged to face the electrode. It becomes possible to excavate a spherical sample by generating a glow discharge between the sample and the electrode.

第4発明においては、発振器から加えられる振動によって球状の試料はランダムに回転軸を変えながら回転し、試料の表面の内で電極に対向してグロー放電によって掘削される部分はランダムに入れ替わり、試料をほぼ等方的に表面から中心に向かって掘削することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。   In the fourth invention, the spherical sample is rotated by changing the rotation axis at random by the vibration applied from the oscillator, and the portion excavated by the glow discharge in the surface of the sample facing the electrode is randomly replaced. Can be excavated from the surface to the center almost isotropically, and the present invention has an excellent effect.

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
図1は、本発明の試料掘削方法を実行するために使用する試料掘削装置の構成を示すブロック図である。試料掘削装置は、グロー放電を発生させるグロー放電管1、グロー放電により発生する光を分光して強度を測定する分光器2、試料を収納する試料室(処理室)3、グロー放電を発生させるために印加する電圧に係る電力生成を行う電源部4、及び試料掘削装置の全体的な制御を行う制御装置5を備えている。電源部4は交流電源ACに接続されて高周波電力を生成するジェネレータ42及びマッチングボックス41を備えており、ジェネレータ42及びマッチングボックス41は夫々に制御装置5に接続されている。グロー放電管1とマッチングボックス41とは同電位に設定されている。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a sample drilling apparatus used for executing the sample drilling method of the present invention. The sample excavator includes a glow discharge tube 1 for generating glow discharge, a spectroscope 2 for measuring the intensity of light generated by glow discharge and measuring intensity, a sample chamber (processing chamber) 3 for storing a sample, and generating glow discharge. For this purpose, a power supply unit 4 that generates electric power related to the voltage to be applied and a control device 5 that performs overall control of the sample excavator are provided. The power supply unit 4 includes a generator 42 and a matching box 41 that are connected to an AC power supply AC to generate high-frequency power, and the generator 42 and the matching box 41 are connected to the control device 5, respectively. The glow discharge tube 1 and the matching box 41 are set to the same potential.

また試料掘削装置は、グロー放電管1及び試料室3の内部を真空引きする真空引き装置61を備え、真空引きした後にグロー放電管1の内部にアルゴンガス(不活性ガス)を供給するためのガス供給調整部62及びガス供給源63を備えている。ガス供給源63はアルゴンガスを充填したボンベが相当する。ガス供給源63からグロー放電管1まで、アルゴンガスを供給するための配管が配置されており、ガス供給調整部62はガス供給源63からグロー放電管1までの配管の途中に設けられている。ガス供給調整部62は、ガス供給源63からグロー放電管1へ供給されるアルゴンガスの流量を調整するための電磁弁を具備している。   The sample drilling device also includes a vacuuming device 61 that evacuates the inside of the glow discharge tube 1 and the sample chamber 3, and supplies argon gas (inert gas) to the inside of the glow discharge tube 1 after evacuation. A gas supply adjusting unit 62 and a gas supply source 63 are provided. The gas supply source 63 corresponds to a cylinder filled with argon gas. A piping for supplying argon gas is arranged from the gas supply source 63 to the glow discharge tube 1, and the gas supply adjusting unit 62 is provided in the middle of the piping from the gas supply source 63 to the glow discharge tube 1. . The gas supply adjusting unit 62 includes an electromagnetic valve for adjusting the flow rate of argon gas supplied from the gas supply source 63 to the glow discharge tube 1.

制御装置5は、コンピュータを用いてなり、CPU5a、RAM5c、ROM5d、及びハードディスク装置5eを備え、夫々は内部バス5fに接続されている。また制御装置5は、ジェネレータ42から延在する第1接続コードL1及びマッチングボックス41から延在する第2接続コードL2が接続されるインタフェース基板5bを備え、インタフェース基板5bは、内部バス5fに接続されている。また内部バス5fにはモニタ接続線L3を介してモニタ部5gが接続されている。更に内部バス5fには、制御装置5外の機器に接続されて各種の信号を入出力する外部接続部5hが接続されている。   The control device 5 uses a computer and includes a CPU 5a, a RAM 5c, a ROM 5d, and a hard disk device 5e, each connected to an internal bus 5f. The control device 5 includes an interface board 5b to which a first connection cord L1 extending from the generator 42 and a second connection cord L2 extending from the matching box 41 are connected. The interface board 5b is connected to the internal bus 5f. Has been. A monitor unit 5g is connected to the internal bus 5f via a monitor connection line L3. Further, an external connection portion 5h that is connected to a device outside the control device 5 and inputs / outputs various signals is connected to the internal bus 5f.

また、RAM5cはCPU5aが行う各種の制御処理に伴うデータ等を一時的に記憶し、ROM5dはCPU5aが行う基本的な処理内容を規定したプログラム等を予め記憶している。ハードディスク装置5eは、試料をグロー放電により掘削し、試料の成分を分析する処理に関連してCPU5aが実行する制御処理の内容を規定した制御プログラム51を記憶している。CPU5aは、必要に応じて制御プログラム51をハードディスク装置5eからRAM5cへロードし、RAM5cへロードした制御プログラム51に従って、必要な処理を実行する。またCPU5aは、図示しないキーボード又はマウス等の入力部に入力された指示に基づき各種の設定及び制御を行う。   The RAM 5c temporarily stores data and the like associated with various control processes performed by the CPU 5a, and the ROM 5d stores a program that defines basic processing contents performed by the CPU 5a in advance. The hard disk device 5e stores a control program 51 that defines the contents of control processing executed by the CPU 5a in connection with processing for excavating a sample by glow discharge and analyzing the components of the sample. The CPU 5a loads the control program 51 from the hard disk device 5e to the RAM 5c as necessary, and executes necessary processing according to the control program 51 loaded to the RAM 5c. The CPU 5a performs various settings and controls based on instructions input to an input unit such as a keyboard or a mouse (not shown).

図2は、グロー放電管1の内部構成を示す断面図である。グロー放電管1は、試料室3及び分光器2に装着されており、グロー放電管1の上面が分光器2に装着され、グロー放電管1の下面が試料室3に装着されている。グロー放電管1は短円柱状のランプボディ11、電極12、セラミックス部材13、及び押圧ブロック15が組み合わされて構成されている。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal configuration of the glow discharge tube 1. The glow discharge tube 1 is mounted on the sample chamber 3 and the spectrometer 2, the upper surface of the glow discharge tube 1 is mounted on the spectrometer 2, and the lower surface of the glow discharge tube 1 is mounted on the sample chamber 3. The glow discharge tube 1 is configured by combining a short cylindrical lamp body 11, an electrode 12, a ceramic member 13, and a pressing block 15.

ランプボディ11は、押圧ブロック15が組み合わされる端面11aの中心箇所に電極12を取り付けるための窪部11bを凹設すると共に、窪部11bの中心部に中心孔11cを穿設している。また、ランプボディ11は、周壁部11dから中心へ向けて真空引き用の吸引孔11e、11fを複数設け、一部の吸引孔11eは中心孔11cと連通させると共に、他の吸引孔11fは窪部11b側に連通させている。さらに、ランプボディ11は、周壁部11dから中心へ向けて不活性ガスの供給用のガス供給孔11gを中心孔11cと連通するように形成している。   The lamp body 11 has a recess 11b for attaching the electrode 12 at the center of the end surface 11a with which the pressing block 15 is combined, and a center hole 11c is formed in the center of the recess 11b. The lamp body 11 is provided with a plurality of suction holes 11e and 11f for evacuation from the peripheral wall portion 11d toward the center. Some of the suction holes 11e communicate with the center hole 11c, and the other suction holes 11f are recessed. It communicates with the part 11b side. Further, the lamp body 11 is formed so that a gas supply hole 11g for supplying an inert gas communicates with the center hole 11c from the peripheral wall portion 11d toward the center.

ランプボディ11の窪部11bに収められる電極12は、円板部12aの中心から円筒部(端部)12bを突出した形状にしており、円筒部12bの内部から円板部12aを貫通する貫通孔(内孔)12cを穿設している。また、円板部12aにも穴12dが形成されている。電極12がランプボディ11の窪部11bに取り付けられた状態では、ランプボディ11の中心孔11cと貫通孔12cとは実質的に同軸に連通している。電極12は、ランプボディ11の窪部11bに取り付けられると、ランプボディ11を介してアース電位になる。また電極12がランプボディ11に取り付けられた状態では、円筒部12bがランプボディ11の端面11aから突出した状態となる。なお、電極12が収められた状態でランプボディ11の中心孔11c及び電極12の貫通孔12cの密閉性を維持するために第1オーリング16がランプボディ11及び電極12の間に取り付けられている。   The electrode 12 housed in the recess 11b of the lamp body 11 has a shape in which a cylindrical portion (end portion) 12b protrudes from the center of the disc portion 12a, and penetrates the disc portion 12a from the inside of the cylindrical portion 12b. A hole (inner hole) 12c is formed. Moreover, the hole 12d is formed also in the disc part 12a. In a state where the electrode 12 is attached to the recess 11b of the lamp body 11, the center hole 11c and the through hole 12c of the lamp body 11 communicate substantially coaxially. When the electrode 12 is attached to the recess 11 b of the lamp body 11, it becomes a ground potential through the lamp body 11. When the electrode 12 is attached to the lamp body 11, the cylindrical portion 12 b protrudes from the end surface 11 a of the lamp body 11. A first O-ring 16 is attached between the lamp body 11 and the electrode 12 in order to maintain the hermeticity of the center hole 11c of the lamp body 11 and the through hole 12c of the electrode 12 in a state where the electrode 12 is accommodated. Yes.

電極12を被うように配置されるセラミックス部材13は、厚みのある円板状の部材であり、電極12の円板部12aを被う突出したフランジ部13dを有すると共に、中心となる箇所には、電極12の円筒部12bを挿通させる挿通孔13cを形成している。セラミックス部材13は、耐熱性の第1絶縁体17を介して電極12の円板部12aに対して配置され、配置された状態では、セラミックス部材13の挿通孔13cと電極12の円筒部12bとの間に所定の隙間が形成されている。なお、第1絶縁体17と電極12の円板部12aとの間にも密閉性維持のために第2オーリング18が取り付けられている。   The ceramic member 13 disposed so as to cover the electrode 12 is a thick disk-shaped member, has a protruding flange portion 13d covering the disk portion 12a of the electrode 12, and has a central portion. Forms an insertion hole 13c through which the cylindrical portion 12b of the electrode 12 is inserted. The ceramic member 13 is disposed with respect to the disk portion 12a of the electrode 12 via the heat-resistant first insulator 17, and in the disposed state, the insertion hole 13c of the ceramic member 13 and the cylindrical portion 12b of the electrode 12 A predetermined gap is formed between the two. A second O-ring 18 is also attached between the first insulator 17 and the disk portion 12a of the electrode 12 in order to maintain hermeticity.

電極12及びセラミックス部材13をランプボディ11に固定するための押圧ブロック15は、ガラエボ等の絶縁性の材料で環状に形成された部材であり、内周縁側の突出部15aでセラミックス部材13のフランジ部13dをランプボディ11側へ押圧するようにしている。なお、押圧ブロック15自体は、ボルトによりランプボディ11の端面11aに取り付けられる。また、押圧ブロック15の突出部15aと、セラミックス部材13のフランジ部13dとの間にも耐熱性の第2絶縁体19を介在させている。図2に示すように、押圧ブロック15はランプボディ11の端面11aから突出して取り付けられており、押圧ブロック15の内側にセラミックス部材13と電極12の円筒部12bとが配置された構成となっている。   The pressing block 15 for fixing the electrode 12 and the ceramic member 13 to the lamp body 11 is a member formed in an annular shape with an insulating material such as glass eva, and the flange 15 of the ceramic member 13 is formed by the projecting portion 15a on the inner peripheral side. The portion 13d is pressed toward the lamp body 11 side. The pressing block 15 itself is attached to the end surface 11a of the lamp body 11 with a bolt. Further, a heat-resistant second insulator 19 is interposed between the protruding portion 15 a of the pressing block 15 and the flange portion 13 d of the ceramic member 13. As shown in FIG. 2, the pressing block 15 is attached so as to protrude from the end surface 11 a of the lamp body 11, and the ceramic member 13 and the cylindrical portion 12 b of the electrode 12 are disposed inside the pressing block 15. Yes.

電極12の円筒部12bは、下方に向けて配置されており、セラミックス部材13の挿通孔13c及び電極12の円筒部12bの貫通孔12cは、グロー放電管1の下方に位置する試料室3の内部に対して開口している。電極12の円筒部12bは、試料室3内に配置された試料との間でグロー放電を行う。ランプボディ11に穿設してある中心孔11cの窪部11bとは反対側に位置する端部には、石英ガラス又は透光性樹脂等の透光性材料で形成された透光窓21が設けられている。透光窓21は、グロー放電管1の上面の一部となっており、グロー放電管1の上面は、グロー放電管1の上方に装着された分光器2に接している。グロー放電により発生した光は、貫通孔12c及び中心孔11cを通過し、透光窓21を透過して分光器2へ入射する。なお、透光窓21は光を集光するレンズの形状に形成された形態でもよい。   The cylindrical portion 12 b of the electrode 12 is disposed downward, and the insertion hole 13 c of the ceramic member 13 and the through hole 12 c of the cylindrical portion 12 b of the electrode 12 are provided in the sample chamber 3 located below the glow discharge tube 1. Open to the inside. The cylindrical portion 12 b of the electrode 12 performs glow discharge with the sample disposed in the sample chamber 3. A translucent window 21 made of a translucent material such as quartz glass or translucent resin is provided at the end of the central hole 11c formed in the lamp body 11 on the opposite side to the recess 11b. Is provided. The translucent window 21 is a part of the upper surface of the glow discharge tube 1, and the upper surface of the glow discharge tube 1 is in contact with the spectroscope 2 mounted above the glow discharge tube 1. The light generated by the glow discharge passes through the through hole 12c and the center hole 11c, passes through the light transmitting window 21, and enters the spectroscope 2. The translucent window 21 may be formed in the shape of a lens that collects light.

分光器2は、グロー放電管1の上方に装着されている。分光器2は、グロー放電管1の透光窓21を透過して分光器2内に入射した光を回折格子等を用いて分光し、分光した各波長の光の強度を光電子増倍管等を用いて測定する。分光器2は、制御装置5の外部接続部5hに接続されており、制御装置5に動作を制御されると共に、測定結果を制御装置5へ入力する。   The spectroscope 2 is mounted above the glow discharge tube 1. The spectroscope 2 splits the light that has passed through the light transmission window 21 of the glow discharge tube 1 and entered the spectroscope 2 using a diffraction grating or the like, and the intensity of the split wavelength light is a photomultiplier tube or the like. Use to measure. The spectrometer 2 is connected to the external connection unit 5 h of the control device 5, and the operation is controlled by the control device 5 and the measurement result is input to the control device 5.

図3は、試料室3の内部構成を示す模式的断面図である。試料室3の上側には、押圧ブロック15が試料室3内に突出してグロー放電管1が装着されており、押圧ブロック15の内側ではセラミックス部材13と電極12の円筒部12bとが試料室3内に突出して配置されている。試料室3内には、球状の試料Sを載置する有縁皿形状の載置部31を備えている。載置部31は、電極12の下方に、電極12の円筒部12bに対向して設けられている。載置部31上には、球状の試料Sと共に、複数のセラミックボール(球)32が載置されている。図4は、試料Sを載置した載置部31を上から見た状態を示す模式的平面図である。載置部31は平面視で略円形状に形成されており、円形状の略中央に球状の試料Sが配置されている。更に試料Sの周囲を囲んで複数のセラミックボール32,32,…が配されている。セラミックボール32,32,…の夫々は、中央に位置する試料Sと載置部31の縁との間に位置し、試料Sの水平方向への移動を拘束している。このように試料Sの移動を拘束した上で載置部31の中央を電極12の円筒部12bの位置に対向配置することにより、試料Sをグロー放電管1の電極12に対向配置することができる。このように、載置部31及びセラミックボール32,32,…は、試料室3内で球状の試料Sを電極12に対向配置する本発明における配置手段をなす。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the internal configuration of the sample chamber 3. On the upper side of the sample chamber 3, the glow block 1 is mounted with the pressing block 15 protruding into the sample chamber 3. Inside the pressing block 15, the ceramic member 13 and the cylindrical portion 12 b of the electrode 12 are the sample chamber 3. It is arranged protruding inside. In the sample chamber 3, a frying plate-shaped placing portion 31 on which a spherical sample S is placed is provided. The placement portion 31 is provided below the electrode 12 so as to face the cylindrical portion 12 b of the electrode 12. A plurality of ceramic balls (spheres) 32 are mounted on the mounting portion 31 together with the spherical sample S. FIG. 4 is a schematic plan view showing a state where the placement unit 31 on which the sample S is placed is viewed from above. The mounting portion 31 is formed in a substantially circular shape in plan view, and a spherical sample S is disposed at a substantially center of the circular shape. Further, a plurality of ceramic balls 32, 32,... Each of the ceramic balls 32, 32,... Is positioned between the sample S located at the center and the edge of the mounting portion 31, and restrains the movement of the sample S in the horizontal direction. In this way, the sample S can be placed opposite to the electrode 12 of the glow discharge tube 1 by restricting the movement of the sample S and placing the center of the mounting portion 31 opposite the cylindrical portion 12 b of the electrode 12. it can. As described above, the mounting portion 31 and the ceramic balls 32, 32,... Constitute an arrangement means in the present invention in which the spherical sample S is arranged opposite to the electrode 12 in the sample chamber 3.

載置部31は、載置部31に振動を加える超音波発振器(発振器)33の上に載置されており、載置部31と超音波発振器33との間には絶縁シート35が配置されている。超音波発振器33は絶縁シート35を介して載置部31に振動を加え、載置部31が振動することによって、載置部31に載置された試料S及びセラミックボール32,32,…も振動する。試料Sは振動することによって少しづつ回転し、ランダムに回転軸を変えながら回転する。このようにして、超音波発振器33は、試料Sをランダムに回転させる本発明における回転手段として機能する。試料Sがスムーズに回転するためには、試料Sが完全には固定されないようにしておく必要がある。従って、試料Sの移動を拘束しながらも振動による試料Sの回転が可能となるように、セラミックボール32,32,…の大きさは、静止状態で試料Sとの間に若干の隙間が生じるか又は軽く接触する程度の大きさであることが望ましい。セラミックボール32,32,…の適切な大きさは試料Sの大きさによって異なるので、試料Sの大きさに応じて適切な大きさのセラミックボール32,32,…を選ぶようにすればよい。なお、載置部31は、球状の試料Sを載置するための窪みを形成した形状に構成してあり、窪みに試料Sを載置することで試料Sの水平方向への移動を拘束する形態であってもよい。   The placement unit 31 is placed on an ultrasonic oscillator (oscillator) 33 that applies vibration to the placement unit 31, and an insulating sheet 35 is disposed between the placement unit 31 and the ultrasonic oscillator 33. ing. The ultrasonic oscillator 33 applies vibration to the placement unit 31 via the insulating sheet 35, and the placement unit 31 vibrates, so that the sample S and the ceramic balls 32, 32,. Vibrate. The sample S rotates little by little by vibrating, and rotates while changing the rotation axis at random. Thus, the ultrasonic oscillator 33 functions as a rotating means in the present invention that rotates the sample S at random. In order for the sample S to rotate smoothly, it is necessary to prevent the sample S from being completely fixed. Therefore, the ceramic balls 32, 32,... Have a slight gap with the sample S in a stationary state so that the sample S can be rotated by vibration while restricting the movement of the sample S. It is desirable that the size is such that it can be touched lightly. Since the appropriate size of the ceramic balls 32, 32,... Varies depending on the size of the sample S, the ceramic balls 32, 32,. In addition, the mounting part 31 is configured in a shape in which a recess for mounting the spherical sample S is formed, and restrains the movement of the sample S in the horizontal direction by mounting the sample S in the recess. Form may be sufficient.

超音波発振器33は、超音波発振器33及び載置部31を垂直方向へ移動させる垂直ユニット34の上に設置されている。垂直ユニット34は、載置部31を移動させることにより、試料Sを垂直方向へ移動させる。超音波発振器33及び垂直ユニット34は、制御装置5の外部接続部5hに接続されており、制御装置5によって動作を制御される。垂直ユニット34は、試料Sの表面が電極12の円筒部12bの先端12eに所定の距離まで近づくように試料Sの位置を制御し、試料Sは電極12の円筒部12bに近接して対向配置される。   The ultrasonic oscillator 33 is installed on a vertical unit 34 that moves the ultrasonic oscillator 33 and the placement unit 31 in the vertical direction. The vertical unit 34 moves the sample S in the vertical direction by moving the placement unit 31. The ultrasonic oscillator 33 and the vertical unit 34 are connected to the external connection portion 5 h of the control device 5, and the operation is controlled by the control device 5. The vertical unit 34 controls the position of the sample S so that the surface of the sample S approaches the tip 12e of the cylindrical portion 12b of the electrode 12 up to a predetermined distance, and the sample S is disposed in close proximity to the cylindrical portion 12b of the electrode 12. Is done.

載置部31は導電性の素材によって構成されており、載置部31はマッチングボックス41に接続されている。この構成により、載置部31には電源部4から電圧が印加され、試料Sとグロー放電管1の電極12との間に電圧が印加される。超音波発振器33が載置部31に振動を加えながら電源部4が載置部31に電圧を印加することにより、試料Sはランダムに回転しながら電圧を印加されることが可能となっている。   The placement unit 31 is made of a conductive material, and the placement unit 31 is connected to a matching box 41. With this configuration, a voltage is applied to the mounting unit 31 from the power supply unit 4, and a voltage is applied between the sample S and the electrode 12 of the glow discharge tube 1. The power supply unit 4 applies a voltage to the mounting unit 31 while the ultrasonic oscillator 33 applies vibration to the mounting unit 31, whereby the sample S can be applied with a voltage while rotating randomly. .

またグロー放電管1のランプボディ11の各吸引孔11e、11fは図1に示す真空引き装置61と配管で接続されており、ガス供給孔11gは配管でガス供給調整部62と接続されている。また試料室3の内部は真空引き装置61と配管で接続されている。試料Sが試料室3内に配置された状態で真空引き装置61が真空引きを行うと、各吸引孔11e、11f、中心孔11c、電極12の貫通孔12c、及び試料室3内が真空にされる。この状態でガス供給調整部62がアルゴンガスの供給を開始すると、ガス供給孔11g、中心孔11c、電極12の貫通孔12c及び試料室3内がアルゴンガスで満たされる。   The suction holes 11e and 11f of the lamp body 11 of the glow discharge tube 1 are connected to the vacuuming device 61 shown in FIG. 1 by piping, and the gas supply holes 11g are connected to the gas supply adjusting unit 62 by piping. . The inside of the sample chamber 3 is connected to the vacuuming device 61 by piping. When the evacuation device 61 performs evacuation with the sample S placed in the sample chamber 3, the suction holes 11e and 11f, the center hole 11c, the through-hole 12c of the electrode 12, and the inside of the sample chamber 3 are evacuated. Is done. When the gas supply adjusting unit 62 starts supplying argon gas in this state, the gas supply hole 11g, the center hole 11c, the through hole 12c of the electrode 12 and the sample chamber 3 are filled with argon gas.

図5は、電源部4を構成するジェネレータ42の内部構成を示すブロック図である。ジェネレータ42は、高周波電力生成部42a、制御部42b及び電力計測部42cを具備する。高周波電力生成部42aは交流電源ACと接続されて高周波の交流電圧を試料S及び電極12の間に印加できるように高周波電力を生成する。また、高周波電力生成部42aは第1内部接続線42dにより制御部42bと接続されており、制御部42bの制御により高周波電力に係る出力モード及び電力値等を調整する。なお、本実施形態の高周波電力生成部42aは13.56MHzの高周波電圧からなる電力を生成している。制御部42bはIC(集積回路)で構成されており、第1接続コードL1を通じて制御装置5と接続されている。制御部42bは、制御装置5から出力される各種信号に基づいて高周波電力生成部42aの出力を制御する構成となっている。   FIG. 5 is a block diagram showing an internal configuration of the generator 42 constituting the power supply unit 4. The generator 42 includes a high frequency power generation unit 42a, a control unit 42b, and a power measurement unit 42c. The high frequency power generation unit 42 a is connected to the AC power supply AC and generates high frequency power so that a high frequency AC voltage can be applied between the sample S and the electrode 12. The high-frequency power generation unit 42a is connected to the control unit 42b through the first internal connection line 42d, and adjusts the output mode and power value related to the high-frequency power under the control of the control unit 42b. In addition, the high frequency electric power production | generation part 42a of this embodiment is producing | generating the electric power which consists of a high frequency voltage of 13.56 MHz. The control unit 42b is configured by an IC (integrated circuit) and is connected to the control device 5 through the first connection cord L1. The control unit 42b is configured to control the output of the high frequency power generation unit 42a based on various signals output from the control device 5.

電力計測部42cは、第2及び第3内部接続線42e、42fにより制御部42b及び高周波電力生成部42aと接続されている。電力計測部42cは、高周波電力生成部42aで生成されて載置部31へ供給される高周波電力の進行波の電力値である出力値Pfを検出すると共に、載置部31から反射して戻ってくる反射波の電力値である反射値Prを検出し、検出した値を制御部42bへ伝送する構成となっている。   The power measurement unit 42c is connected to the control unit 42b and the high-frequency power generation unit 42a by the second and third internal connection lines 42e and 42f. The power measuring unit 42c detects an output value Pf which is a power value of a traveling wave of the high frequency power generated by the high frequency power generating unit 42a and supplied to the mounting unit 31 and reflects back from the mounting unit 31 to return. The reflection value Pr, which is the power value of the incoming reflected wave, is detected, and the detected value is transmitted to the control unit 42b.

制御部42bは、高周波電力の出力を制御する方法として、2種類の出力モードを切り替えることが可能である。一方の出力モードは、所定の時間内、連続して所定の高周波電力を出力して試料S及び電極12の間に連続的な高周波電圧の印加を行うモードであり、以下、このモードを連続モードと言う。また他方の出力モードは、所定の時間内、パルス的に所定の高周波電力を出力して試料S及び電極12の間に断続的な高周波電圧の印加を行うモードであり、以下、このモードを断続モードと言う。   The control unit 42b can switch between two types of output modes as a method of controlling the output of high-frequency power. One output mode is a mode in which a predetermined high-frequency power is continuously output within a predetermined time and a continuous high-frequency voltage is applied between the sample S and the electrode 12, and this mode is hereinafter referred to as a continuous mode. Say. The other output mode is a mode in which a predetermined high-frequency power is output in a pulsed manner within a predetermined time period to intermittently apply a high-frequency voltage between the sample S and the electrode 12. Say mode.

制御部42bは、制御装置5から出力される信号に基づいて連続モードと断続モードとを切り替える処理を実行し、断続モードでは内部のICでパルス的な処理を行うことで電力供給及び電力供給休止を交互に行う。また制御部42bは、単位時間当たりの給電回数に相当する給電周波数、断続モードにおいて給電を行っている時間の割合を示すデューティ比、及び給電の電力値を調整可能である。給電周波数の変更に関して、制御部42bは、約30Hz〜約30000Hzの範囲で給電周波数を調整可能であり、給電周波数が変更されるとパルス的な給電の時間間隔が変化する。   The control unit 42b executes a process of switching between the continuous mode and the intermittent mode based on the signal output from the control device 5, and in the intermittent mode, the power supply and the power supply suspension are performed by performing a pulse-like process with an internal IC. Alternately. Further, the control unit 42b can adjust the power supply frequency corresponding to the number of times of power supply per unit time, the duty ratio indicating the ratio of the time during which power is supplied in the intermittent mode, and the power value of the power supply. Regarding the change of the power supply frequency, the control unit 42b can adjust the power supply frequency in a range of about 30 Hz to about 30000 Hz, and when the power supply frequency is changed, the pulsed power supply time interval changes.

また、グロー放電による試料Sの掘削が進行するにつれて、試料Sの表面と電極12の先端12eとの距離が長くなり、試料Sに係るインピーダンス値が随時変化するので、制御部42bは、断続モードにおけるインピーダンス値変化に対する調整処理をも実行する。具体的には、制御部42bは、前述の出力値Pf及び反射値Prを電力計測部42cから伝送され、出力値Pfと反射値Prとの差を演算し、演算した差に基づいて出力値Pfを変更する制御を行う。なお、制御部42bは、出力値Pfと反射値Prとの差(Pf−Pr)が一定となるように出力値Pfを調整しており、本実施形態では演算した差(Pf−Pr)が制御装置5から伝送されてきた基準電力値と同等となるように高周波電力生成部42aで生成される出力値Pfを制御部42bが内蔵するICのソフト的な処理で調整する。   Further, as the excavation of the sample S by glow discharge proceeds, the distance between the surface of the sample S and the tip 12e of the electrode 12 becomes longer, and the impedance value related to the sample S changes as needed. The adjustment processing for the impedance value change at is also executed. Specifically, the control unit 42b transmits the output value Pf and the reflection value Pr described above from the power measurement unit 42c, calculates a difference between the output value Pf and the reflection value Pr, and outputs an output value based on the calculated difference. Control to change Pf is performed. Note that the control unit 42b adjusts the output value Pf so that the difference (Pf−Pr) between the output value Pf and the reflection value Pr is constant. In this embodiment, the calculated difference (Pf−Pr) is The output value Pf generated by the high-frequency power generation unit 42a is adjusted by software processing of an IC built in the control unit 42b so as to be equal to the reference power value transmitted from the control device 5.

このように制御部42bがソフト的な調整を行うことで、断続モードでの試料Sのインピーダンス値の変化に対応して適切な給電を行える。なお、制御部42bが試料Sのインピーダンス値の変化に対応した調整を行うのは断続モードの場合であり、連続モードでは後述するようにマッチングボックス41が調整を行う。   As described above, the control unit 42b performs soft adjustment, so that appropriate power supply can be performed in response to a change in the impedance value of the sample S in the intermittent mode. The control unit 42b performs the adjustment corresponding to the change in the impedance value of the sample S in the intermittent mode. In the continuous mode, the matching box 41 performs the adjustment as described later.

図6は、電源部4を構成するマッチングボックス41の内部構成を示すブロック図である。マッチングボックス41は、連続モードにおいてジェネレータ42で生成された高周波電力の出力形態を調整する可変コンデンサ41a、可変コンデンサ41aの電気容量を調整するモータ41b、モータ41bの駆動等の制御を行うコンデンサ制御部41cを具備する。可変コンデンサ41aはモータ41bの駆動に応じて自身の電気容量を変更可能であり、電気容量の変更によりモジュール及びフェーズが調整される。   FIG. 6 is a block diagram showing an internal configuration of the matching box 41 that constitutes the power supply unit 4. The matching box 41 includes a variable capacitor 41a that adjusts the output form of the high-frequency power generated by the generator 42 in the continuous mode, a motor 41b that adjusts the electric capacity of the variable capacitor 41a, and a capacitor control unit that controls driving of the motor 41b. 41c. The variable capacitor 41a can change its own electric capacity according to the driving of the motor 41b, and the module and the phase are adjusted by changing the electric capacity.

コンデンサ制御部41cは、第2接続コードL2により制御装置5と接続されており、制御装置5からマッチングボックス41へ伝送される断続モードの設定の通知信号に基づいてモータ41bの駆動を制御する。具体的には、断続モードの通知信号を受け付けた場合、コンデンサ制御部41cは、可変コンデンサ41aの電気容量が一定に固定されるようにモータ41bを一定の状態に維持する制御を行う。よって、断続モードではマッチングボックス41で高周波電力のモジュール及びフェーズは調整されない。また、断続モードの通知信号を受け付けない場合、即ち、連続モードが設定された場合は、コンデンサ制御部41cは、試料Sからの反射値Prが最小となるようにモータ41bの駆動を制御して可変コンデンサ41aの電気容量を変更する制御を行う。なお、反射値Prが最小であれば、コンデンサ制御部41cは可変コンデンサ41aの電気容量を変更する制御は行わない。   The capacitor control unit 41c is connected to the control device 5 by the second connection cord L2, and controls the driving of the motor 41b based on the notification signal for setting the intermittent mode transmitted from the control device 5 to the matching box 41. Specifically, when the notification signal of the intermittent mode is received, the capacitor control unit 41c performs control to maintain the motor 41b in a constant state so that the electric capacity of the variable capacitor 41a is fixed. Therefore, the high frequency power module and phase are not adjusted in the matching box 41 in the intermittent mode. Further, when the notification signal of the intermittent mode is not received, that is, when the continuous mode is set, the capacitor control unit 41c controls the driving of the motor 41b so that the reflection value Pr from the sample S is minimized. Control to change the electric capacity of the variable capacitor 41a is performed. If the reflection value Pr is minimum, the capacitor control unit 41c does not perform control to change the electric capacity of the variable capacitor 41a.

次に、以上の構成でなる試料掘削装置が実行する処理を説明する。試料掘削装置は、グロー放電により球状の試料Sの表面から中心にかけて掘削し、発生する光を分光することによって試料Sに含まれる成分を分析する。制御装置5のCPU5aは、制御プログラム51に従って、試料Sを掘削するための条件を制御する処理を行う。制御プログラム51は、試料Sに印加する電力の条件を複数種類規定してある。具体的には、電源部4から載置部31に印加する高周波電圧の電力値、断続モードでの給電周波数、又はデューティ比等の電力の条件を制御することで、試料Sが掘削される速度を調整することができる。制御装置5は、試料Sの材質又は掘削すべき深さ等の試料掘削に必要な情報を、図示しないキーボード又はマウス等の入力部を用いて使用者の操作により入力される。CPU5aは、試料Sを適切な速度で掘削できるように、電源部4から載置部31に印加する高周波電圧の電力値、給電周波数又はデューティ比の条件を設定する。   Next, processing executed by the sample excavating apparatus having the above configuration will be described. The sample drilling device drills from the surface to the center of the spherical sample S by glow discharge, and analyzes the components contained in the sample S by analyzing the generated light. The CPU 5 a of the control device 5 performs processing for controlling the conditions for excavating the sample S according to the control program 51. The control program 51 defines a plurality of types of conditions for the power applied to the sample S. Specifically, the speed at which the sample S is excavated by controlling the power value of the high-frequency voltage applied from the power supply unit 4 to the mounting unit 31, the power supply frequency in the intermittent mode, or the duty ratio. Can be adjusted. The control device 5 inputs information necessary for sample excavation, such as the material of the sample S or the depth to be excavated, by a user operation using an input unit such as a keyboard or a mouse (not shown). The CPU 5a sets the condition of the power value of the high frequency voltage applied from the power supply unit 4 to the mounting unit 31, the power supply frequency, or the duty ratio so that the sample S can be excavated at an appropriate speed.

図7は、電極12と試料Sとの位置関係を示す模式図である。導電性の材料で形成された球状の試料Sが使用者によって載置部31に載置され、周囲に配されたセラミックボール32,32,…によって試料Sの水平方向の位置がほぼ固定される。CPU5aに動作を制御される垂直ユニット34が試料Sの垂直方向の位置を調整し、電極12の円筒部12bに試料Sが接近して対向配置される。電極12の先端12eと試料Sの表面との間には若干の空間が形成されている。   FIG. 7 is a schematic diagram showing the positional relationship between the electrode 12 and the sample S. A spherical sample S formed of a conductive material is placed on the placement unit 31 by a user, and the horizontal position of the sample S is substantially fixed by ceramic balls 32, 32,. . The vertical unit 34 whose operation is controlled by the CPU 5a adjusts the position of the sample S in the vertical direction, and the sample S approaches the cylindrical portion 12b of the electrode 12 so as to face the cylindrical portion 12b. A slight space is formed between the tip 12 e of the electrode 12 and the surface of the sample S.

グロー放電管1及び試料室3の内部を真空引き装置61で真空引きしてから、ガス供給源63がグロー放電管1の内部へアルゴンガスを供給し、CPU5aに制御された超音波発振器33が振動を載置部31に加え、CPU5aに設定された条件で電源部4が載置部31へ高周波電圧を供給する。載置部31に加えられた振動によって試料Sはランダムに回転し、載置部31を介して試料Sに高周波電圧が供給される。電極12の先端12eと試料Sの表面との間の空間には十分なアルゴンガスが随時供給され、試料Sに高周波電圧が電源部4から供給されることで、電極12及び試料Sの間に電圧が印加され、アルゴンガスの雰囲気中で電極12と試料Sとの間でグロー放電が発生する。グロー放電が発生することにより、アルゴンガス中でアルゴンイオンが生成し、生成したアルゴンイオンが電極12の円筒部12bの貫通孔12c内で加速され、円筒部12bの先端12eに対向する試料Sの表面に加速されたアルゴンイオンが衝突するイオン衝撃が発生する。グロー放電管1は、絶縁されているセラミックス部材13及び押圧ブロック15と電極12の円筒部12bとがランプボディ11の端面11aから突出しているので、グロー放電は近接した円筒部12bと試料Sとの間で発生し、ランプボディ11と試料S又は載置部31との間で制御困難な放電が発生することを防止することができる。   After the inside of the glow discharge tube 1 and the sample chamber 3 is evacuated by the evacuation device 61, the gas supply source 63 supplies argon gas to the inside of the glow discharge tube 1, and the ultrasonic oscillator 33 controlled by the CPU 5a is provided. The vibration is applied to the placement unit 31, and the power supply unit 4 supplies a high-frequency voltage to the placement unit 31 under the conditions set in the CPU 5a. The sample S is randomly rotated by the vibration applied to the placement unit 31, and a high-frequency voltage is supplied to the sample S through the placement unit 31. Sufficient argon gas is supplied as needed to the space between the tip 12e of the electrode 12 and the surface of the sample S, and a high-frequency voltage is supplied to the sample S from the power supply unit 4, so that the space between the electrode 12 and the sample S is reached. A voltage is applied, and glow discharge is generated between the electrode 12 and the sample S in an atmosphere of argon gas. When the glow discharge is generated, argon ions are generated in the argon gas, and the generated argon ions are accelerated in the through hole 12c of the cylindrical portion 12b of the electrode 12, and the sample S facing the tip 12e of the cylindrical portion 12b. Ion bombardment occurs where accelerated argon ions collide with the surface. In the glow discharge tube 1, since the insulated ceramic member 13 and the pressing block 15 and the cylindrical portion 12 b of the electrode 12 protrude from the end surface 11 a of the lamp body 11, the glow discharge is caused by the adjacent cylindrical portion 12 b and the sample S. It is possible to prevent a discharge that is difficult to control between the lamp body 11 and the sample S or the mounting portion 31.

アルゴンイオンのイオン衝撃により、電極12に対向した試料Sの表面では、試料Sの構成物質が粒子となって飛び出し、電極12の先端12eに対向した試料Sの表面の部分が掘削される。アルゴンイオンは貫通孔12c内で加速した後ほぼ直進して試料Sの表面に衝突し、試料Sの表面の内で貫通孔12cの大きさの範囲に対向する部分が限定的に掘削される。試料Sは振動によってランダムに回転しながら掘削されるので、試料Sの表面の内で電極12の先端12eに対向している部分即ち試料S上の掘削される部分はランダムに入れ替わり、試料Sはほぼ等方的に表面から中心に向かって掘削される。   Due to the ion bombardment of the argon ions, the constituent material of the sample S jumps out as particles on the surface of the sample S facing the electrode 12, and the portion of the surface of the sample S facing the tip 12 e of the electrode 12 is excavated. Argon ions accelerate in the through-hole 12c and then travel almost straight and collide with the surface of the sample S, and a portion of the surface of the sample S facing the range of the size of the through-hole 12c is excavated in a limited manner. Since the sample S is excavated while being rotated at random by vibration, a portion of the surface of the sample S facing the tip 12e of the electrode 12, that is, a portion to be excavated on the sample S is randomly replaced. Drilled from the surface to the center almost isotropically.

またイオン衝撃によって試料Sから飛び出した粒子は、グロー放電によって励起され、粒子に含まれる元素に固有の波長の光を放出する。放出された光はグロー放電管1の透光窓21を透過して分光器2へ入射され、分光器2は入射された光を分光し、各波長の光の強度を測定し、測定結果を制御装置5へ入力する。制御装置5のCPU5aは、外部接続部5hを介して分光器2から入力された測定結果に基づいて試料Sに含まれる成分を分析するグロー放電発光分析の処理を行う。   Further, particles that have jumped out of the sample S by ion bombardment are excited by glow discharge, and emit light having a wavelength that is unique to the element contained in the particles. The emitted light passes through the light transmission window 21 of the glow discharge tube 1 and enters the spectroscope 2. The spectroscope 2 splits the incident light, measures the intensity of light of each wavelength, and displays the measurement result. Input to the control device 5. The CPU 5a of the control device 5 performs a glow discharge emission analysis process for analyzing a component contained in the sample S based on the measurement result input from the spectroscope 2 via the external connection unit 5h.

またCPU5aは、試料Sの掘削を開始してから経過した時間を計測し、試料Sの成分の分析結果と計測した時間とを関連付けてハードディスク装置5eに記憶させる。グロー放電を連続して実行することにより、試料Sの表面から中心に向かって掘削が進行するので、経過時間は表面からの掘削深さに対応する。従って、制御装置5は、平板状の試料について従来得られていたものと同様に、球状の試料Sについて、表面から中心までの成分の分布を取得することができる。なお、試料掘削装置は、掘削量又は掘削深さを測定する手段を更に備え、掘削量又は掘削深さを測定しながら試料Sの掘削を行う形態であってもよい。   Further, the CPU 5a measures the time elapsed since the start of excavation of the sample S, and stores the analysis result of the component of the sample S in association with the measured time in the hard disk device 5e. Since the excavation proceeds from the surface of the sample S toward the center by continuously executing the glow discharge, the elapsed time corresponds to the excavation depth from the surface. Therefore, the control device 5 can acquire the distribution of components from the surface to the center of the spherical sample S, similar to what is conventionally obtained for the flat sample. The sample excavator may further include a means for measuring the excavation amount or the excavation depth, and may excavate the sample S while measuring the excavation amount or the excavation depth.

また本発明の試料掘削装置は、試料Sの表面を清浄に加工する装置として利用することも可能である。制御装置5のCPU5aは時間を計測しながら掘削を行い、所望の深さまで掘削した段階で掘削を停止することにより、試料Sの表面を等方的に清浄に加工することができる。表面を清浄に加工した試料Sは、試料室3から取り出した後、平板状の試料について従来行われていたものと同様に、SEMによって表面を観察することが可能となる。例えば、ボールベアリング用のボール等の球状材について、クラックの有無等の表面構造を観察することができる。   The sample excavation apparatus of the present invention can also be used as an apparatus that cleans the surface of the sample S. The CPU 5a of the control device 5 performs excavation while measuring time, and can stop the excavation at the stage of excavation to a desired depth, thereby processing the surface of the sample S to be isotropically clean. The sample S whose surface has been cleaned can be observed from the sample chamber 3 and then the surface can be observed by SEM in the same manner as conventionally performed for a flat sample. For example, surface structures such as the presence or absence of cracks can be observed for spherical materials such as balls for ball bearings.

また本発明の試料掘削装置を用いて任意の深さまで球状の試料Sを掘削し、掘削により清浄に形成された試料Sの表面をSEMによって観察し、試料掘削装置による掘削とSEMによる観察とを繰り返すことにより、試料Sの半径方向の構造を観察することが可能となる。例えば、ボールベアリング用のボール等の球状材について、形成されたクラックの形状の観察等、球状材の内部構造を観察することができる。   In addition, a spherical sample S is excavated to an arbitrary depth using the sample excavator of the present invention, the surface of the sample S formed cleanly by excavation is observed by SEM, and excavation by the sample excavator and observation by SEM are performed. By repeating, the structure of the sample S in the radial direction can be observed. For example, with respect to a spherical material such as a ball for a ball bearing, the internal structure of the spherical material can be observed, such as observation of the shape of the formed crack.

本発明の試料掘削方法を実行するために使用する試料掘削装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the sample drilling apparatus used in order to perform the sample drilling method of this invention. グロー放電管の内部構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure of a glow discharge tube. 試料室の内部構成を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the internal structure of a sample chamber. 試料を載置した載置部を上から見た状態を示す模式的平面図である。It is a typical top view which shows the state which looked at the mounting part which mounted the sample from the top. 電源部を構成するジェネレータの内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of the generator which comprises a power supply part. 電源部を構成するマッチングボックスの内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of the matching box which comprises a power supply part. 電極と試料との位置関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the positional relationship of an electrode and a sample.

符号の説明Explanation of symbols

1 グロー放電管
12 電極
12b 円筒部
12c 貫通孔
12e 先端
2 分光器
3 試料室(処理室)
31 載置部
32 セラミックボール(球)
33 超音波発振器(発振器)
4 電源部
5 制御装置
S 試料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glow discharge tube 12 Electrode 12b Cylindrical part 12c Through-hole 12e Tip 2 Spectrometer 3 Sample chamber (processing chamber)
31 Placement part 32 Ceramic ball (sphere)
33 Ultrasonic oscillator
4 Power supply 5 Control device S Sample

Claims (4)

不活性ガスが供給される処理室内で球状の試料を電極に対向配置し、
前記試料をランダムに回転させ、
ランダムに回転する前記試料と前記電極との間に電圧を印加してグロー放電を発生させることによって、前記試料を掘削する
ことを特徴とする試料掘削方法。
A spherical sample is placed opposite the electrode in a processing chamber to which an inert gas is supplied,
Rotate the sample randomly,
A sample excavation method comprising excavating the sample by applying a voltage between the sample rotating at random and the electrode to generate glow discharge.
不活性ガスが供給される処理室内で電極と該電極に対向配置される試料との間に電圧を印加して発生させるグロー放電により、前記試料を掘削する試料掘削装置において、
前記処理室内で球状の試料を前記電極に対向配置する配置手段と、
前記試料をランダムに回転させる回転手段と
を備えることを特徴とする試料掘削装置。
In a sample drilling apparatus for drilling the sample by glow discharge generated by applying a voltage between an electrode and a sample disposed opposite to the electrode in a processing chamber to which an inert gas is supplied,
Arranging means for arranging a spherical sample facing the electrode in the processing chamber;
Rotating means for rotating the sample at random.
前記配置手段は、
前記電極に対向して前記電極の下方に設けてあり、前記試料を載置する有縁皿形状の載置部と、
該載置部に載置された前記試料と前記載置部の縁との間に配してあり、前記試料の移動を拘束する複数の球と
を有することを特徴とする請求項2に記載の試料掘削装置。
The arrangement means includes
Opposed to the electrode, provided below the electrode, a frying plate-shaped placing portion for placing the sample,
The plurality of spheres arranged between the sample placed on the placement unit and an edge of the placement unit, and restraining movement of the sample. Sample drilling equipment.
前記回転手段は、
前記載置部に振動を加える発振器を有すること
を特徴とする請求項3に記載の試料掘削装置。
The rotating means includes
The sample excavation device according to claim 3, further comprising an oscillator that applies vibration to the mounting portion.
JP2006306734A 2006-11-13 2006-11-13 Sample excavating method and sample excavating apparatus Pending JP2008122245A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006306734A JP2008122245A (en) 2006-11-13 2006-11-13 Sample excavating method and sample excavating apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006306734A JP2008122245A (en) 2006-11-13 2006-11-13 Sample excavating method and sample excavating apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008122245A true JP2008122245A (en) 2008-05-29

Family

ID=39507149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006306734A Pending JP2008122245A (en) 2006-11-13 2006-11-13 Sample excavating method and sample excavating apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008122245A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116836720A (en) * 2023-07-04 2023-10-03 江西科拉达双向化工有限公司 Production system and production method for cracking secondary processing heavy oil

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116836720A (en) * 2023-07-04 2023-10-03 江西科拉达双向化工有限公司 Production system and production method for cracking secondary processing heavy oil

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6553277B1 (en) Method and apparatus for vacuum treatment
JP7350916B2 (en) Ion milling device and ion source adjustment method for ion milling device
JP2007165512A (en) Plasma processing apparatus
JP5149610B2 (en) Plasma processing equipment
KR100407025B1 (en) Apparatus and method for detecting an end point of a cleaning process
JP2016128788A (en) Probe displacement measuring device, ionization device including the same, mass spectrometer, and information acquisition system
JP2014066703A (en) Ionization device, mass spectroscope with the same, and image formation system
CN113161252A (en) Plasma observation system and plasma observation method
JP2008122245A (en) Sample excavating method and sample excavating apparatus
TWI767464B (en) Ion Milling Device
JP6547925B1 (en) Piezoelectric substrate manufacturing apparatus and piezoelectric substrate manufacturing method
JP2008051779A (en) Sample observation method and sample observation apparatus
JP2006300673A (en) Glow discharge drilling device and glow discharge drilling method
JP4092661B2 (en) Sample forming apparatus and sample forming method
JP2008122244A (en) Sample excavating method and sample excavating apparatus
US20210074530A1 (en) Plasma processing apparatus
US20220404256A1 (en) Particle size distribution measuring apparatus and particle size distribution measuring method
JP4594193B2 (en) Ion milling equipment
JP4051634B2 (en) Glow discharge drilling apparatus and glow discharge drilling method
TWI821868B (en) Ion milling device
JP2006300731A (en) Glow discharge emission spectrophotometer and glow discharge emission spectrochemical analytical method
JP2016128789A (en) Probe displacement measuring device, ionization device including the same, mass spectrometer, and information acquisition system
JP4079919B2 (en) Glow discharge emission analysis apparatus and glow discharge emission analysis method
TWI773042B (en) Ion Milling Device
JP2005257651A (en) Plasma measuring instrument and plasma measuring method