JP2008191166A - Glow discharge drilling device and glow discharge drilling method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To surely drill a sample by using blow discharge, irrespective of the characteristic of the sample. <P>SOLUTION: A glow discharge drilling device 1 is provided which allows switching between a continuous mode for supplying electric power continuously and an intermittent mode for supplying the electric power intermittently. The sample S is drilled to obtain an observation face for a satisfactory observation, by supplying the electric power in the intermittent mode to the sample S being easily molten by heat accompanying the glow discharge, and to the sample S being easily broken by the power of spattering accompanying the glow discharge, or the like. The sample S is efficiently drilled to obtain the observation face for the satisfactory observation, by supplying the electric power in the continuous mode, when the sample S does not have the characteristic being easily molten or broken. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明はグロー放電に伴うスパッタリングで試料表面を掘削する場合に、掘削対象の試料の特性に合わせて良好に掘削できるようにしたグロー放電掘削装置及びグロー放電掘削方法に関する。   The present invention relates to a glow discharge excavation apparatus and a glow discharge excavation method capable of excavating well in accordance with characteristics of a sample to be excavated when a sample surface is excavated by sputtering accompanying glow discharge.

従来、試料の構造及び組織等を視覚的に観察するために二次電子顕微鏡(SEM)が用いられることがある。二次電子顕微鏡で試料の断面構造及び内部構造等を観察するには、観察の前処理として試料の観察面を清浄する必要があり、例えば、試料断面を観察する場合、試料を破断して観察面となる断面を表出させ、その表出させた断面が清浄で且つ一定以上の平滑度になるまで研磨を行う。   Conventionally, a secondary electron microscope (SEM) is sometimes used to visually observe the structure and structure of a sample. In order to observe the cross-sectional structure and internal structure of a sample with a secondary electron microscope, it is necessary to clean the observation surface of the sample as a pretreatment for observation. For example, when observing a cross-section of a sample, the sample is broken and observed. Polishing is performed until a cross-section to be a surface is exposed and the exposed cross-section is clean and has a certain level of smoothness.

試料の研磨は研磨剤を用いて行われることが一般的であるが、研磨剤及び研磨作業により発生する研磨粉等の影響で作業環境の悪化が懸念されている。また、研磨作業は手間がかかるので二次電子顕微鏡で試料観察を行うまでの前処理に時間を要する。さらに、観察を行う試料の構造によっては研磨を行っても観察に適した面を得られないこともあり、例えば、ガラス及び金のように硬い材料と軟らかい材料で試料が構成されている場合、研磨により軟らかい材料が変形して流れるような形態となり、良好な観察面を形成することが非常に困難となる。   The polishing of the sample is generally performed using an abrasive, but there is a concern that the working environment is deteriorated due to the influence of the abrasive and polishing powder generated by the polishing operation. In addition, since the polishing work is time-consuming, it takes time for pretreatment until the sample is observed with a secondary electron microscope. Furthermore, depending on the structure of the sample to be observed, it may not be possible to obtain a surface suitable for observation even if polishing is performed.For example, when the sample is composed of a hard material and a soft material such as glass and gold, By polishing, a soft material is deformed and flows, and it is very difficult to form a good observation surface.

上述した試料研磨による不具合事項を回避して試料の清浄な観察面を得るために、研磨ではなくグロー放電によるスパッタリングの威力で試料の観察対象となる表面を削り取り、試料表面を所望の平滑度に仕上げるようにした装置及び方法が下記の特許文献1乃至特許文献3に開示されている。
特開昭54−131539号公報 特開2002−310959号公報 特開2004−61163号公報
In order to avoid the above-mentioned problems due to sample polishing and obtain a clean observation surface of the sample, the surface to be observed of the sample is scraped off with the power of sputtering by glow discharge instead of polishing, and the sample surface is made to the desired smoothness An apparatus and method for finishing are disclosed in the following Patent Documents 1 to 3.
JP 54-131539 A JP 2002-310959 A JP 2004-61163 A

上述した特許文献1に係る装置では、試料に対して十分大きい真空槽内にグロー放電用の不活性ガス(例えば、アルゴンガス)を導入するので、導入されたアルゴンガスを試料に向けてスムーズに導くことが難しい。そのため、試料の掘削箇所に対するアルゴンガスの供給量が不充分である場合、試料表面を効率良く削り取れるようなスパッタリングを生じさせにくいと云う問題がある。   In the apparatus according to Patent Document 1 described above, an inert gas for glow discharge (for example, argon gas) is introduced into a sufficiently large vacuum chamber with respect to the sample, so that the introduced argon gas is smoothly directed toward the sample. It is difficult to guide. Therefore, when the supply amount of argon gas to the excavation site of the sample is insufficient, there is a problem that it is difficult to cause sputtering that can efficiently scrape the sample surface.

さらに、特許文献2に係る装置では、円筒状の放電電極の端面が試料に対向するように配置されるが、放電電極の端面と試料との間には所定の隙間が設けられているため、その隙間から放電電極内に供給されたアルゴンガスが流れ出るので、グロー放電に伴うスパッタリングの威力を試料表面へ集中させることができず、試料掘削の効率化を図れないと云う問題がある。なお、特許文献3に係る方法は、グロー放電を用いて削り取った面に対して二次イオン質量分析法を用いて元素濃度を測定することが開示されているに留まる。   Furthermore, in the apparatus according to Patent Document 2, the end surface of the cylindrical discharge electrode is disposed so as to face the sample, but since a predetermined gap is provided between the end surface of the discharge electrode and the sample, Since the argon gas supplied into the discharge electrode flows out from the gap, there is a problem that the power of sputtering accompanying glow discharge cannot be concentrated on the sample surface, and the efficiency of sample excavation cannot be improved. Note that the method according to Patent Document 3 only discloses that the element concentration is measured using secondary ion mass spectrometry on the surface cut using glow discharge.

また、掘削対象の試料が各種ゴム、合成樹脂、及び有機ポリマーのような有機物等の融点が低い材料で形成されている場合、グロー放電に伴う発熱により試料が溶融して良好な観察面を形成できないと云う問題がある。さらに、ガラス及びセラミックのような一定以上の外力を受けると壊れやすい材料で形成された試料に対して、グロー放電に伴うスパッタリングの威力により試料を壊さないようにすることは非常に困難である。さらにまた、試料が硬い材料及び軟らかい材料と云うように複数の材料で形成されている場合、種々の材料特性に合わせてグロー放電で最適に掘削することは一般に難しいと云う問題がある。また、結晶構造からなる金属材料等の組織観察は一般的に湿式で行われるが、従来の観察表面の形成方法では結晶による高度差を明確に認識できないと云う問題がある。   In addition, when the sample to be excavated is made of a material with a low melting point such as various rubbers, synthetic resins, and organic materials such as organic polymers, the sample melts due to heat generated by glow discharge to form a good observation surface. There is a problem that it cannot be done. Furthermore, it is very difficult to prevent the sample from being broken due to the power of sputtering accompanying glow discharge with respect to a sample formed of a material that is easily broken when subjected to a certain external force such as glass and ceramic. Furthermore, when the sample is formed of a plurality of materials such as a hard material and a soft material, there is a problem that it is generally difficult to excavate optimally by glow discharge in accordance with various material characteristics. In addition, the observation of the structure of a metal material or the like having a crystal structure is generally performed in a wet manner, but there is a problem that the conventional method for forming an observation surface cannot clearly recognize a difference in height due to crystals.

本発明は、斯かる問題に鑑みてなされたものであり、試料の電極に対向する箇所を囲って小さい空間を形成すると共に、その空間へ不活性ガスを供給することで、不活性ガスの供給量を十分に確保して試料表面を効率良く掘削できるようにしたグロー放電掘削装置及びグロー放電掘削方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a problem, and forms a small space surrounding a portion facing a sample electrode, and supplies an inert gas to the space, thereby supplying the inert gas. An object of the present invention is to provide a glow discharge excavation apparatus and a glow discharge excavation method capable of excavating a sample surface with a sufficient amount secured.

また、本発明は、グロー放電を発生させるための給電を断続的に行うことで、グロー放電に対する試料負荷を低減して、融点が低い材料や壊れやすい材料で形成される試料及び結晶構造の金属材料等に対しても良好な観察面を形成できるようにしたグロー放電掘削装置及びグロー放電掘削方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、断続的な給電状態を変更可能にすることで、様々な試料特性に応じた掘削を実現したグロー放電掘削装置及びグロー放電掘削方法を提供することを目的とする。
Further, the present invention reduces the sample load against the glow discharge by intermittently supplying power for generating the glow discharge, and the sample and the crystal structure metal formed of a material having a low melting point or a fragile material An object of the present invention is to provide a glow discharge excavation apparatus and a glow discharge excavation method capable of forming a good observation surface for a material or the like.
Furthermore, an object of the present invention is to provide a glow discharge excavation apparatus and a glow discharge excavation method that realize excavation according to various sample characteristics by making it possible to change the intermittent power supply state.

上記課題を解決するために、本発明に係るグロー放電掘削装置は、電極に対向配置される試料に対して不活性ガスを供給した雰囲気で、該電極及び試料に給電を行って発生させたグロー放電で試料を掘削するグロー放電掘削装置において、前記電極及び試料が対向する箇所を囲って閉鎖する閉鎖部材と、該閉鎖部材で閉鎖された空間に不活性ガスを供給するガス供給部と、高周波電圧を前記試料及び前記電極に印加すべく高周波電力を生成する高周波電力生成部と、前記高周波電力生成部による一秒間あたりの給電回数を受け付ける手段と、該手段により受け付けた一秒間あたりの給電回数に基づき、前記高周波電力生成部により生成される高周波電圧を前記試料及び前記電極に断続的に印加することにより、所定の平滑度を満たし、表面分析機器を用いて表面画像を得るための試料表面を形成する断続給電手段とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a glow discharge excavation apparatus according to the present invention is a glow discharge drill generated by supplying power to an electrode and a sample in an atmosphere in which an inert gas is supplied to the sample opposed to the electrode. In a glow discharge excavation apparatus for excavating a sample by electric discharge, a closing member that surrounds and closes a portion where the electrode and the sample face each other, a gas supply unit that supplies an inert gas to a space closed by the closing member, and a high frequency A high-frequency power generation unit that generates high-frequency power to apply a voltage to the sample and the electrode, means for receiving the number of times of power supply per second by the high-frequency power generation unit, and the number of times of power supply per second received by the means The high frequency voltage generated by the high frequency power generation unit is intermittently applied to the sample and the electrode to satisfy a predetermined smoothness, Characterized in that it comprises a intermittent feeding means for forming a sample surface to obtain a surface image using an instrument.

本発明に係るグロー放電掘削装置は、電極に対向配置される試料に対して不活性ガスを供給した雰囲気で、該電極及び試料に給電を行って発生させたグロー放電で試料を掘削するグロー放電掘削装置において、前記電極及び試料が対向する箇所を囲って閉鎖する閉鎖部材と、該閉鎖部材に当接する底板部を有し、該底板部に形成された穴部を閉鎖する試料を内部で保持する試料保持具と、前記閉鎖部材で閉鎖された空間に不活性ガスを供給するガス供給部と、高周波電圧を前記試料及び前記電極に印加すべく高周波電力を生成する高周波電力生成部と、前記高周波電力生成部による一秒間あたりの給電回数を受け付ける手段と、該手段により受け付けた一秒間あたりの給電回数に基づき、前記高周波電力生成部により生成される高周波電圧を前記試料及び前記電極に断続的に印加する断続給電手段と、前記試料の前記空間に表出した試料表面を掘削する手段とを備えることを特徴とする。   A glow discharge excavation apparatus according to the present invention is a glow discharge for excavating a sample with a glow discharge generated by supplying power to the electrode and the sample in an atmosphere in which an inert gas is supplied to the sample opposed to the electrode. In a drilling apparatus, a closing member that surrounds and closes a portion where the electrode and the sample face each other, and a bottom plate portion that contacts the closing member, and a sample that closes a hole formed in the bottom plate portion is held inside. A sample holder, a gas supply unit that supplies an inert gas to the space closed by the closing member, a high-frequency power generation unit that generates high-frequency power to apply a high-frequency voltage to the sample and the electrode, A means for receiving the number of times of power supply per second by the high-frequency power generator, and a high-frequency voltage generated by the high-frequency power generator based on the number of times of power supply per second received by the means And intermittently feeding means for intermittently applied to the serial sample and the electrode, characterized in that it comprises means for excavating the exposed sample surface in the space of the sample.

本発明に係るグロー放電掘削装置は、給電を連続的に行う連続給電手段と、該連続給電手段が行う連続的な給電及び前記断続給電手段が行う断続的な給電の切替を行う切替手段とを備えることを特徴とする。   A glow discharge excavation apparatus according to the present invention includes continuous power supply means for continuously supplying power, and switching means for switching between continuous power supply performed by the continuous power supply means and intermittent power supply performed by the intermittent power supply means. It is characterized by providing.

本発明に係るグロー放電掘削装置は、前記断続給電手段が行う断続的な給電に係る状態を変更する給電状態変更手段を備えることを特徴とする。   The glow discharge excavator according to the present invention includes a power supply state changing unit that changes a state related to intermittent power supply performed by the intermittent power supply unit.

本発明に係るグロー放電掘削装置は、前記給電状態変更手段は、断続的な給電に係るデューティー比を変更するようにしてあることを特徴とする。   The glow discharge excavator according to the present invention is characterized in that the power supply state changing means changes a duty ratio related to intermittent power supply.

本発明に係るグロー放電掘削装置は、前記給電状態変更手段は、断続的な給電に係る電力値を変更するようにしてあることを特徴とする。   The glow discharge excavation apparatus according to the present invention is characterized in that the power supply state changing means changes a power value related to intermittent power supply.

本発明に係るグロー放電掘削装置は、前記一秒間あたりの給電回数を受け付ける手段は、30Hz〜30000Hzの範囲で一秒間あたりの給電回数を受け付けるよう構成してあることを特徴とする。   The glow discharge excavator according to the present invention is characterized in that the means for receiving the number of times of power supply per second is configured to receive the number of times of power supply per second in the range of 30 Hz to 30000 Hz.

本発明に係るグロー放電掘削方法は、電極に対向配置される試料に対して不活性ガスを供給し、該電極及び試料に給電を行ってグロー放電を発生し、発生したグロー放電で試料を掘削するグロー放電掘削方法において、前記電極及び試料が対向する箇所を閉鎖部材により囲って閉鎖し、高周波電力生成部により、高周波電圧を前記試料及び前記電極に印加すべく高周波電力を生成させ、前記高周波電力生成部による一秒間あたりの給電回数を受け付け、前記閉鎖部材により閉鎖して形成した空間に不活性ガスを供給した雰囲気で前記受け付けた一秒間あたりの給電回数に基づき、前記高周波電力生成部により生成される高周波電圧を前記試料及び前記電極に断続的に印加し、前記試料の前記空間に表出した試料表面を掘削し、所定の平滑度を満たし、表面分析機器を用いて表面画像を得るための試料表面を形成することを特徴とする。   The glow discharge excavation method according to the present invention supplies an inert gas to a sample disposed opposite to an electrode, supplies power to the electrode and the sample to generate a glow discharge, and excavates the sample with the generated glow discharge. In the glow discharge excavation method, a portion where the electrode and the sample face each other is closed and enclosed by a closing member, and a high-frequency power is generated by a high-frequency power generation unit to apply a high-frequency voltage to the sample and the electrode. Based on the received number of times of power supply per second in an atmosphere in which an inert gas is supplied to the space formed by being closed by the closing member and receiving the number of times of power supply per second by the power generation unit, The generated high-frequency voltage is intermittently applied to the sample and the electrode, the sample surface exposed in the space of the sample is excavated, and a predetermined smoothness is obtained. Plus, and forming a sample surface to obtain a surface image using a surface analysis instrument.

本発明に係るグロー放電掘削方法は、電極に対向配置される試料に対して不活性ガスを供給し、該電極及び試料に給電を行ってグロー放電を発生し、発生したグロー放電で試料を掘削するグロー放電掘削方法において、前記電極及び試料が対向する箇所を閉鎖部材により囲って閉鎖し、前記閉鎖部材に当接する底板部を有し、該底板部に形成された穴部を閉鎖する試料を内部で保持する試料保持具により前記試料を保持し、高周波電力生成部により、高周波電圧を前記試料及び前記電極に印加すべく高周波電力を生成させ、前記高周波電力生成部による一秒間あたりの給電回数を受け付け、前記閉鎖部材により閉鎖して形成した空間に不活性ガスを供給した雰囲気で前記受け付けた一秒間あたりの給電回数に基づき、前記高周波電力生成部により生成される高周波電圧を前記試料及び前記電極に断続的に印加し、前記試料の前記空間に表出した試料表面を掘削することを特徴とする。   The glow discharge excavation method according to the present invention supplies an inert gas to a sample disposed opposite to an electrode, supplies power to the electrode and the sample to generate a glow discharge, and excavates the sample with the generated glow discharge. In the glow discharge excavation method, a sample that has a bottom plate portion that is in contact with the closing member and is closed by surrounding a portion where the electrode and the sample face each other with a closing member, and that closes a hole formed in the bottom plate portion. The sample is held by a sample holder held inside, and a high frequency power generator generates high frequency power to apply a high frequency voltage to the sample and the electrode. The number of times of power supply per second by the high frequency power generator Based on the received number of times of power supply per second in the atmosphere in which an inert gas is supplied to the space formed by being closed by the closing member, the high-frequency power generation unit A high-frequency voltage generated Ri intermittently applied to the sample and the electrode, characterized by drilling the exposed sample surface in the space of the sample.

本発明にあっては、電極及び試料が対向する箇所を閉鎖して小さな空間を形成すると共に、その空間に不活性ガスを供給するので、試料に対して確実に不活性ガスを供給できるようになる。その結果、グロー放電に伴うスパッタリングも閉鎖された空間内で試料に対して集中するように発生するため、試料をスパッタリングで効率的に掘削でき、また、掘削に係る精度も向上できる。   In the present invention, the portion where the electrode and the sample face each other is closed to form a small space, and the inert gas is supplied to the space, so that the inert gas can be reliably supplied to the sample. Become. As a result, sputtering accompanying glow discharge also occurs so as to concentrate on the sample in a closed space, so that the sample can be excavated efficiently by sputtering and the accuracy of excavation can be improved.

さらに、本発明にあっては、給電を断続的に行うので、グロー放電によるスパッタリングの発生も断続的なものになる。そのため、スパッタリングの威力を受ける試料の負荷も低減されるため、試料が溶融しやすい材料で形成されている場合、一定以上の外力で破壊されやすい材料で形成されている場合でも、試料の負荷を低減して良好に試料を掘削して観察に適した表面を形成できるようになる。なお、断続的な給電は、直流電圧と高周波(交流)電圧のいずれを印加する場合にも適用可能である。   Furthermore, in the present invention, since power feeding is performed intermittently, the occurrence of sputtering due to glow discharge becomes intermittent. Therefore, the load on the sample that receives the power of sputtering is also reduced, so even if the sample is formed of a material that is easily melted, even if it is formed of a material that is easily destroyed by an external force above a certain level, the load on the sample is reduced. It is possible to form a surface suitable for observation by excavating the sample satisfactorily. Note that intermittent power supply can be applied when either a DC voltage or a high-frequency (AC) voltage is applied.

本発明にあっては、連続的な給電と断続的な給電とを切り替えることが可能であるので、試料の特性に合わせて給電形態を切り替えて試料を破壊することなく掘削を行い、良好な観察面を形成できる。なお、2通りの給電形態は、掘削中でも切替可能であり、例えば、掘削時間の前半は連続的な給電を行い、後半は断続的な給電を行うようにすることで、表面付近に硬い材料を有する一方、表面から深さ方向に離れた箇所に軟らかい材料を有する構造の試料等に有効となる。   In the present invention, since it is possible to switch between continuous power supply and intermittent power supply, excavation without breaking the sample by switching the power supply mode according to the characteristics of the sample, good observation A surface can be formed. Note that the two power supply modes can be switched even during excavation. For example, by supplying continuous power during the first half of the excavation time and intermittent power supply during the second half of the excavation time, a hard material can be applied near the surface. On the other hand, it is effective for a sample having a structure having a soft material at a position away from the surface in the depth direction.

本発明にあっては、掘削処理室内でグロー放電により試料表面を掘削する装置に対しても、連続的な給電と断続的な給電とを切り替えることにより、試料の特性に合わせた掘削処理を実現して、良好な観察面を形成できる。   In the present invention, excavation processing that matches the characteristics of the sample is realized by switching between continuous power supply and intermittent power supply even for devices that excavate the sample surface by glow discharge in the excavation processing chamber. Thus, a good observation surface can be formed.

本発明にあっては、断続的な給電に係る状態を変更するので、より細かく試料の特性に合わせた掘削処理を行えるようになり、二次電子顕微鏡での構造観察等に適した観察面を容易に形成できる。
本発明にあっては、掘削処理室内でグロー放電により試料表面を掘削する装置に対しても、断続的な給電に係る状態を変更可能にすることで、試料の特性を考慮してグロー放電に係る調整を精細に行って掘削処理を行えるようになる。
In the present invention, since the state related to intermittent power feeding is changed, it becomes possible to perform excavation processing that is more finely matched to the characteristics of the sample, and an observation surface suitable for structural observation with a secondary electron microscope, etc. Can be easily formed.
In the present invention, it is possible to change the state related to intermittent power supply to a device for excavating the sample surface by glow discharge in the excavation processing chamber, so that glow discharge can be performed in consideration of the characteristics of the sample. The excavation process can be performed with fine adjustment.

本発明にあっては、単位時間当たりの給電回数、即ち、断続的な給電に係る周波数を変更可能であるので、試料の溶解及び破壊等を確実に回避して試料表面を掘削可能となり、複数の材料を含む試料に対しても良好な掘削を行える。なお、給電に係る周波数は、掘削中でも変更可能にすることが好適であり、特に複雑な構造を有する試料に対しては、掘削の程度に応じて周波数を適宜変更し、掘削対象となる材料特性に適応させた掘削処理を行うことが好ましい。   In the present invention, since the number of times of power supply per unit time, that is, the frequency related to intermittent power supply can be changed, the sample surface can be excavated by reliably avoiding dissolution and destruction of the sample, and the like. Good excavation can be performed even for samples containing these materials. In addition, it is preferable that the frequency related to power supply can be changed even during excavation. Especially for a sample having a complicated structure, the frequency is appropriately changed according to the degree of excavation, and the material characteristics to be excavated It is preferable to perform excavation processing adapted to the above.

本発明にあっては、断続的な給電に係るデューティー比を変更するので、様々な試料特性に応じて最適なグロー放電を発生できるようになり、試料が溶解又は破壊しないようにデューティー比を調整して掘削処理を行える。なお、デューティー比の変更は、掘削中でも行えるようにすることが好ましい。
本発明にあっては、断続的な給電に係る電力値を変更するので、試料に応じた電力値に調整してグロー放電を発生させて試料を掘削できるようになる。特に、複数の異なる特性の材料で試料が構成されている場合には、掘削中に電力値を変更することは、良好な掘削を行う上で好適である。
In the present invention, since the duty ratio related to intermittent power supply is changed, the optimum glow discharge can be generated according to various sample characteristics, and the duty ratio is adjusted so that the sample does not melt or break. Can be excavated. It is preferable that the duty ratio can be changed even during excavation.
In the present invention, since the power value related to intermittent power feeding is changed, the sample can be excavated by adjusting the power value according to the sample to generate glow discharge. In particular, when the sample is composed of a plurality of materials having different characteristics, changing the power value during excavation is suitable for good excavation.

本発明にあっては、小さな空間を形成して、その空間に不活性ガスを供給するので、試料に対して確実に不活性ガスを供給でき、良好な試料掘削を実現でき、さらに、給電を断続的に行うことにより、スパッタリングの威力を和らげて、溶融しやすい試料及び壊れやすい試料に対しても不具合無く掘削を行える。
第2発明にあっては、連続的な給電と断続的な給電とを切り替えることが可能であるので、試料の特性に合わせて最適な掘削を行える。
In the present invention, since a small space is formed and an inert gas is supplied to the space, the inert gas can be reliably supplied to the sample, a good sample excavation can be realized, and power supply can be performed. By performing intermittently, the power of sputtering can be reduced, and excavation can be performed without trouble even on samples that are easily melted and samples that are easily broken.
In the second invention, since it is possible to switch between continuous power supply and intermittent power supply, optimal excavation can be performed in accordance with the characteristics of the sample.

本発明にあっては、掘削処理室内でグロー放電により試料表面を掘削する装置に対しても、連続的な給電と断続的な給電とを切り替えることにより、試料の特性に合わせた掘削処理を実現できる。   In the present invention, excavation processing that matches the characteristics of the sample is realized by switching between continuous power supply and intermittent power supply even for devices that excavate the sample surface by glow discharge in the excavation processing chamber. it can.

本発明にあっては、断続的な給電に係る状態を変更することで、一段と精細に試料の特性に合わせた掘削処理を行える。
本発明にあっては、掘削処理室内でグロー放電により試料表面を掘削する装置に対しても、断続的な給電に係る状態を変更可能にすることで、試料の特性を考慮してグロー放電に係る調整を細かく行った上で掘削処理を行える。
In the present invention, excavation processing that matches the characteristics of the sample more precisely can be performed by changing the state related to intermittent power feeding.
In the present invention, it is possible to change the state related to intermittent power supply to a device for excavating the sample surface by glow discharge in the excavation processing chamber, so that glow discharge can be performed in consideration of the characteristics of the sample. The excavation process can be performed after performing such adjustments in detail.

本発明にあっては、断続的な給電に係る周波数を変更することで、様々な試料特性に柔軟に対応した掘削処理を行える。
本発明にあっては、断続的な給電に係るデューティー比を変更するので、試料特性に応じた最適な掘削処理を行える。
本発明にあっては、断続的な給電に係る電力値を変更するので、試料の特性を考慮した掘削処理を行える。
In the present invention, excavation processing that flexibly supports various sample characteristics can be performed by changing the frequency related to intermittent power feeding.
In the present invention, since the duty ratio related to intermittent power feeding is changed, the optimum excavation process according to the sample characteristics can be performed.
In the present invention, since the power value related to intermittent power feeding is changed, excavation processing in consideration of the characteristics of the sample can be performed.

図1は本発明の実施形態に係るグロー放電掘削装置1の全体的な構成を示している。グロー放電掘削装置1は、掘削対象の試料Sに対してグロー放電を発生させるグロー放電管2、高周波電力の給電を行う電源部4、及び給電に係る制御を行うコンピュータ7を備えている。   FIG. 1 shows the overall configuration of a glow discharge excavator 1 according to an embodiment of the present invention. The glow discharge excavation apparatus 1 includes a glow discharge tube 2 that generates glow discharge with respect to a sample S to be excavated, a power supply unit 4 that supplies high-frequency power, and a computer 7 that performs control related to power supply.

なお、電源部4は交流電源AC(本実施形態では220V)に接続されて高周波電力を生成するジェネレータ6及びマッチングボックス5を備えている。また、図1中、破線で囲まれた部分は、グロー放電掘削装置1の本質的な構成に属しない周辺機器類を示し、周辺機器類にはグロー放電管2の内部を真空引きする真空引き装置8と、真空引きした後にグロー放電管2の内部に不活性ガス(アルゴンガス)を供給するためのガス供給調整部9及びガス供給源10とが含まれる。ガス供給調整部9は流量を調整するためのバルブ等を具備し、ガス供給源10はアルゴンガスのような不活性ガス又は不活性ガスの混合ガス等を充填したボンベが相当する。   The power supply unit 4 includes a generator 6 and a matching box 5 that are connected to an AC power supply AC (220 V in this embodiment) and generate high-frequency power. Further, in FIG. 1, a portion surrounded by a broken line indicates peripheral devices that do not belong to the essential configuration of the glow discharge excavator 1, and the peripheral devices include vacuum evacuation for evacuating the inside of the glow discharge tube 2. The apparatus 8 includes a gas supply adjusting unit 9 and a gas supply source 10 for supplying an inert gas (argon gas) to the inside of the glow discharge tube 2 after evacuation. The gas supply adjusting unit 9 includes a valve for adjusting the flow rate, and the gas supply source 10 corresponds to a cylinder filled with an inert gas such as argon gas or a mixed gas of inert gas.

図2は、グロー放電管2の構成を示す断面図である。グロー放電管2は短円柱状のランプボディ11、陽極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 configuration of the glow discharge tube 2. The glow discharge tube 2 is configured by combining a short cylindrical lamp body 11, an anode 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の中心箇所に陽極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 anode 12 at the center of the end surface 11a to 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に収められる陽極12は、円板部12aの中心から円筒部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12cを穿設している。また、円板部12にも穴12dが形成されている。陽極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。なお、陽極12が収められた状態でランプボディ11の中心孔11c及び陽極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(シール部材)16がランプボディ11及び陽極12の間に取り付けられている。   The anode 12 housed in the recess 11b of the lamp body 11 has a shape in which the cylindrical portion 12b protrudes from the center of the disc portion 12a, and a through hole 12c that penetrates the disc portion 12a from the inside of the cylindrical portion 12b is formed. Has been established. Further, a hole 12d is also formed in the disc portion 12. When the anode 12 is attached to the recess 11 b of the lamp body 11, it becomes a ground potential through the lamp body 11. Note that the first O-ring (seal member) 16 is provided between the lamp body 11 and the anode 12 in order to maintain the hermeticity of the center hole 11c of the lamp body 11 and the through hole 12c of the anode 12 in a state where the anode 12 is housed. Is attached.

陽極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、陽極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、陽極12の円筒部12bを挿通させる挿通孔13cを形成している。また、セラミックス部材13は表出する側の端面13aにオーリング装着用のリング溝13bを凹設している。セラミックス部材13は、耐熱性の第1絶縁体17を介して陽極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と陽極12の円筒部12bとの間に所定の隙間が形成され、円筒部12aの先端12eはセラミックス部材13の端面13aより突出しないようになっている。なお、第1絶縁体17と陽極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 anode 12 is a thick disk-shaped member, has a protruding flange portion 13d covering the disk portion 12a of the anode 12, and is provided at a central location. Forms an insertion hole 13c through which the cylindrical portion 12b of the anode 12 is inserted. The ceramic member 13 has a ring groove 13b for mounting an O-ring on the end surface 13a on the exposed side. The ceramic member 13 is disposed with respect to the disk portion 12a of the anode 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 anode 12 A predetermined gap is formed between them, and the tip 12e of the cylindrical portion 12a does not protrude from the end face 13a of the ceramic member 13. A second O-ring 18 is also attached between the first insulator 17 and the disc portion 12a of the anode 12 in order to maintain hermeticity.

陽極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、環状の部材であり、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。   The pressing block 15 for fixing the anode 12 and the ceramic member 13 to the lamp body 11 is an annular member, and the flange portion 13d of the ceramic member 13 is pressed toward the lamp body 11 by the protruding portion 15a on the inner peripheral side. I have to. 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.

一方、グロー放電管2に取り付けられる掘削対象の試料Sは、セラミックス部材13の端面13aに取り付けられた第3オーリング20(閉鎖部材に相当)に試料表面Saが当接するように配置される。さらに、この状態で試料Sの裏面Sdは発振子3が押し当てられて試料Sがグロー放電管2側へ押圧される。これにより試料Sの掘削処理面Saと陽極12の円筒部12bの先端12eとが対向する箇所は第3オーリング20で囲われて閉鎖された空間Kが形成される。なお、発振子3は、図1に示すように電源線Dにより電源部4と接続されており、また、図示しない所定の係止手段で試料Sを最適な押圧力でグロー放電管2へ押圧している。   On the other hand, the sample S to be excavated attached to the glow discharge tube 2 is arranged so that the sample surface Sa abuts on a third O-ring 20 (corresponding to a closing member) attached to the end surface 13a of the ceramic member 13. Further, in this state, the oscillator 3 is pressed against the back surface Sd of the sample S, and the sample S is pressed toward the glow discharge tube 2 side. As a result, a closed space K is formed where the excavation surface Sa of the sample S and the tip 12e of the cylindrical portion 12b of the anode 12 face each other are surrounded by the third O-ring 20. As shown in FIG. 1, the oscillator 3 is connected to the power supply unit 4 by a power supply line D, and presses the sample S against the glow discharge tube 2 with an optimal pressing force by a predetermined locking means (not shown). is doing.

上述した構成のグロー放電管2は、ランプボディ11の各吸引孔11e、11fが図1に示す真空引き装置8と接続され、ガス供給孔11gがガス供給調整部9と接続される。そのため、真空引き装置8が真空引きを行うと、各吸引孔11e、11f、中心孔11c、及び陽極12の貫通孔12cを通じて空間Kが真空にされる。また、空間Kが真空にされた状態で、ガス供給調整部9がガス供給を開始すると、ガス供給孔11g、中心孔11c、及び陽極12の貫通孔12cを通じて空間Kに不活性ガスが供給される。この際、空間Kは第3オーリング20により閉鎖されて小さい体積となっているため、空間Kには十分な不活性ガスが供給されることなる。なお、グロー放電管2では、ガス供給孔11g、中心孔11c、及び陽極12の貫通孔12cが、空間Kへのガス供給部(ガス供給路)として機能する。   In the glow discharge tube 2 configured as described above, the suction holes 11 e and 11 f of the lamp body 11 are connected to the vacuuming device 8 shown in FIG. 1, and the gas supply hole 11 g is connected to the gas supply adjusting unit 9. Therefore, when the vacuuming device 8 performs vacuuming, the space K is evacuated through the suction holes 11 e and 11 f, the center hole 11 c, and the through hole 12 c of the anode 12. In addition, when the gas supply adjusting unit 9 starts gas supply in a state where the space K is evacuated, an inert gas is supplied to the space K through the gas supply hole 11g, the center hole 11c, and the through hole 12c of the anode 12. The At this time, since the space K is closed by the third O-ring 20 and has a small volume, sufficient inert gas is supplied to the space K. In the glow discharge tube 2, the gas supply hole 11g, the center hole 11c, and the through hole 12c of the anode 12 function as a gas supply part (gas supply path) to the space K.

図3は、電源部4を構成するジェネレータ6の内部構成を示している。ジェネレータ6は、高周波電力生成部6a、制御部6b及び電力計測部6cを具備する。高周波電力生成部6aは交流電源ACと接続されて図4に示す正(+)及び負(−)に変化する交流(高周波)電圧を試料S及び陽極12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6aは第1内部接続線6dにより制御部6bと接続されており、制御部6b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6aは13.56MHzの高周波電圧からなる電力を生成している。   FIG. 3 shows the internal configuration of the generator 6 constituting the power supply unit 4. The generator 6 includes a high frequency power generation unit 6a, a control unit 6b, and a power measurement unit 6c. The high frequency power generation unit 6a is connected to the AC power supply AC and generates high frequency power so that an alternating current (high frequency) voltage that changes to positive (+) and negative (−) shown in FIG. 4 can be applied to the sample S and the anode 12. . The high-frequency power generation unit 6a is connected to the control unit 6b through the first internal connection line 6d, and adjusts the output mode and power value related to the high-frequency power under the control of the control unit 6b. In addition, the high frequency electric power generation part 6a of this embodiment is producing | generating the electric power which consists of a high frequency voltage of 13.56 MHz.

制御部6bはIC(集積回路)で構成されており、第1接続コードL1を通じてコンピュータ7と接続されており、コンピュータ7から出力される各種信号に基づき連続的な給電を行うか断続的な給電を行うかを判断し、判断結果に基づき高周波電力生成部6aの出力モードを制御する。   The control unit 6b is configured by an IC (integrated circuit) and is connected to the computer 7 through the first connection cord L1. The control unit 6b performs continuous power supply based on various signals output from the computer 7 or intermittent power supply. The output mode of the high frequency power generation unit 6a is controlled based on the determination result.

図5(a)は、制御部6bによる1つ目の出力モードを示すグラフであり、所定の時間内、連続して高周波電力(電力値P)を出力して試料S及び陽極に連続的な高周波電圧の印加を行うモードである(以降、このモードを連続モードと称す)。また、図5(b)は、制御部6bによる2つ目の出力モードを示すグラフであり、所定の時間内、パルス的(オン/オフ的)に高周波電力(電力値P)を出力して試料S及び陽極12に断続的な高周波電圧の印加を行うモードである(以降、このモードを断続モードと称す)。   FIG. 5A is a graph showing a first output mode by the control unit 6b, and continuously outputs high-frequency power (power value P) within a predetermined time to the sample S and the anode continuously. In this mode, a high-frequency voltage is applied (hereinafter, this mode is referred to as a continuous mode). FIG. 5B is a graph showing the second output mode by the control unit 6b, which outputs high-frequency power (power value P) in a pulsed (on / off) manner within a predetermined time. In this mode, intermittent high frequency voltage is applied to the sample S and the anode 12 (hereinafter, this mode is referred to as intermittent mode).

なお、制御部6bは、断続モードでは断続給電手段として内部の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。このような処理により、図5(b)に示す棒状に突出した部分に対応する給電時間T1で高周波電力が出力され、1回の給電及び給電休止をそれぞれ含む単位時間T2から給電時間T1を引いた時間で高周波電力の出力が休止される。   In the intermittent mode, the control unit 6b alternately performs power supply and power supply suspension by performing a pulse-like process with an internal IC as an intermittent power supply unit. By such processing, high-frequency power is output at the power supply time T1 corresponding to the bar-shaped protruding portion shown in FIG. 5B, and the power supply time T1 is subtracted from the unit time T2 including one power supply and power supply suspension. The output of high-frequency power is stopped after a long time.

また、制御部6bは切替手段として、上述した連続モードと断続モードとの切替をコンピュータ7から出力される信号に基づき行う。さらに、制御部6bは断続モードでは断続的な給電に係る状態を変更する給電状態変更手段として機能し、単位時間(1秒間)当たりの給電回数(給電周波数)、断続的な給電に係るデューティー比、及び断続的な給電の電力値をそれぞれ変更可能にしている。   Further, the control unit 6b performs switching between the above-described continuous mode and intermittent mode based on a signal output from the computer 7 as a switching unit. Further, in the intermittent mode, the control unit 6b functions as a power supply state changing unit that changes the state related to intermittent power supply, and the number of times of power supply (power supply frequency) per unit time (one second) and the duty ratio related to intermittent power supply. And the power value of intermittent power supply can be changed.

なお、給電周波数の変更に対して制御部6bは、約30Hz〜約30000Hzの範囲で給電周波数を調整可能にしており、給電周波数が変更されると図5(b)のグラフにおいて、給電の間の時間(T2とT1との差)が変化する。また、デューティー比の変更に関しては、断続給電中の単位時間T2対し1回分の給電時間T1が占める割合(T1/T2)を適宜調節できるようにしている。   Note that the control unit 6b can adjust the power supply frequency in the range of about 30 Hz to about 30000 Hz with respect to the change of the power supply frequency, and when the power supply frequency is changed, in the graph of FIG. (Time difference between T2 and T1) changes. As for the change of the duty ratio, the ratio (T1 / T2) occupied by one power supply time T1 to the unit time T2 during intermittent power supply can be adjusted as appropriate.

また、試料Sの掘削が進行するにつれて、試料Sと陽極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ため、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も制御部6bが行っている。   Further, as the excavation of the sample S progresses, the distance between the sample S and the tip 12e of the anode 12 becomes longer, and the impedance value related to the sample S changes at any time. 6b is doing.

具体的に制御部6bは、後述する電力計測部6cから伝送されてきた出力値Pf及び反射値Prとの差を演算し、演算された差に基づき高周波電力生成部6aで生成された高周波電力の試料Sへ給電される進行波の電力値(出力値Pf)を変更する制御を行う。なお、制御部6bは演算された差(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された差(Pf−Pr)が後述するコンピュータ7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6aで生成される出力値Pfを制御部6bが内蔵するICのソフト的な処理で調整する。   Specifically, the control unit 6b calculates the difference between the output value Pf and the reflection value Pr transmitted from the power measurement unit 6c described later, and the high frequency power generated by the high frequency power generation unit 6a based on the calculated difference. Control is performed to change the power value (output value Pf) of the traveling wave fed to the sample S. Note that the control unit 6b adjusts the output value Pf so that the calculated difference (Pf−Pr) is constant. In this embodiment, the calculated difference (Pf−Pr) is transmitted from the computer 7 described later. The output value Pf generated by the high-frequency power generation unit 6a is adjusted by software processing of an IC built in the control unit 6b so as to be equal to the reference power value that has been performed.

このように制御部6b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6b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5が調整を行う。   As described above, the control unit 6b 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 6b performs adjustment corresponding to the change in the impedance value of the sample S in the intermittent mode. In the continuous mode, the matching box 5 performs adjustment as described later.

図3に戻りジェネレータ6の電力計測部6cは、第2及び第3内部接続線6e、6fにより制御部6b、高周波電力生成部6aと接続されている。電力計測部6cは、高周波電力生成部6aで生成されて図1に示す発振子3へ向かう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、試料S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6bへ伝送している。   Returning to FIG. 3, the power measurement unit 6 c of the generator 6 is connected to the control unit 6 b and the high-frequency power generation unit 6 a by the second and third internal connection lines 6 e and 6 f. The power measuring unit 6c detects the output value Pf that is the power value of the traveling wave of the high-frequency power that is generated by the high-frequency power generation unit 6a and travels toward the oscillator 3 shown in FIG. 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 6b.

一方、電源部4のマッチングボックス5は、図6に示すように、連続モードにおいてジェネレータ6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5a、可変コンデンサ5aの電気容量を調整するモータ5b、モータ5bの駆動等の制御を行うコンデンサ制御部5cを具備する。   On the other hand, as shown in FIG. 6, the matching box 5 of the power supply unit 4 includes a variable capacitor 5a that adjusts the output form of the high-frequency power generated by the generator 6 in the continuous mode, and a motor 5b that adjusts the electric capacity of the variable capacitor 5a. And a capacitor controller 5c for controlling the driving of the motor 5b.

可変コンデンサ5aはモータ5bの駆動に応じて自身の電気容量を変更でき、電気容量の変更によりモジュール及びフェーズが調節される。また、コンデンサ制御部5cは、第2接続コードL2によりコンピュータ7と接続されており、コンピュータ7からマッチングボックス5へ伝送されてくる断続モードの設定の通知信号に基づいてモータ5bの駆動を制御する。   The variable capacitor 5a can change its own electric capacity according to the driving of the motor 5b, and the module and the phase are adjusted by changing the electric capacity. The capacitor control unit 5c is connected to the computer 7 by the second connection cord L2, and controls the driving of the motor 5b based on the notification signal for setting the intermittent mode transmitted from the computer 7 to the matching box 5. .

具体的には、断続モードの通知信号を受け付けた場合、可変コンデンサ5aの電気容量が一定に固定されるようにモータ5bを一定の状態に維持する制御をコンデンサ制御部5cは行う。よって、断続モードではマッチングボックス5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とき、試料Sからの反射値Prが最小となるようにモータ5bの駆動を制御して可変コンデンサ5aの電気容量を変更する制御をコンデンサ制御部5cは行う。なお、反射値Prが最小であれば、コンデンサ制御部5cは可変コンデンサ5aの電気容量を変更する制御は行わない。   Specifically, when the notification signal of the intermittent mode is received, the capacitor control unit 5c performs control to maintain the motor 5b in a constant state so that the electric capacity of the variable capacitor 5a is fixed. Therefore, the high-frequency power module and phase are not adjusted in the matching box 5 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 drive of the motor 5b is controlled so that the reflection value Pr from the sample S is minimized, and the electric capacity of the variable capacitor 5a is increased. The capacitor control unit 5c performs control to be changed. If the reflection value Pr is minimum, the capacitor controller 5c does not perform control to change the electric capacity of the variable capacitor 5a.

また、図1に示すコンピュータ7は、ジェネレータ6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5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7bを設けており、このインタフェース基板7bをCPU7a、RAM7c、ROM7d、及びハードディスク装置7eが接続された内部バス7fに繋げている。なお、内部バス8aにはモニタ接続線L3を介してモニタ部7gが接続されている。また、RAM7cはCPU7aが行う各種制御処理に伴うデータ等を一時的に記憶し、ROM7dにはCPU7aが行う基本的な処理内容を規定したプログラム等が予め記憶されており、ハードディスク装置7eには掘削処理に対してCPU7aが行う制御内容を規定した掘削プログラム21が記憶されている。   Further, the computer 7 shown in FIG. 1 is provided with an interface board 7b to which a first connection cord L1 extending from the generator 6 and a second connection cord L2 extending from the matching box 5 are connected. Are connected to an internal bus 7f to which a CPU 7a, a RAM 7c, a ROM 7d, and a hard disk device 7e are connected. A monitor unit 7g is connected to the internal bus 8a via a monitor connection line L3. The RAM 7c temporarily stores data associated with various control processes performed by the CPU 7a, the ROM 7d stores in advance a program that defines basic processing contents performed by the CPU 7a, and the hard disk device 7e excavates. An excavation program 21 that defines the control contents performed by the CPU 7a for the processing is stored.

インタフェース基板7bは連続モード用回路、断続モード用回路を有し、CPU7aの制御により設定されたモードがインタフェース基板7bへ通知されると、通知されたモードに対応する回路が作動し、作動した回路による処理でモード切替の制御信号がジェネレータ6へ出力される。   The interface board 7b has a circuit for continuous mode and a circuit for intermittent mode. When the mode set by the control of the CPU 7a is notified to the interface board 7b, a circuit corresponding to the notified mode is activated, and the activated circuit A control signal for mode switching is output to the generator 6 by the processing according to.

また、インタフェース基板7bの断続モード用回路には、断続モードに対してコンピュータ7で設定された給電周波数、デューティー比、電力値等のパラメータが伝送され、断続モード用回路は伝送された内容を1つにまとめた信号を生成してジェネレータ6へ出力すると共に、断続モードを通知するマニュアル・アダプテーションと云う通知信号をマッチングボックス5へ出力する処理を行う。なお、伝送されるパラメータには、高周波電力のピーク電力値、変動するインピーダンス値に対応した調整処理に用いられる基準電力値(基準値)等も含まれるものとする。   Further, parameters such as a power supply frequency, a duty ratio, and a power value set by the computer 7 for the intermittent mode are transmitted to the intermittent mode circuit of the interface board 7b. In addition to generating a signal collected in one and outputting it to the generator 6, a process of outputting a notification signal called manual adaptation for notifying the intermittent mode to the matching box 5 is performed. Note that the transmitted parameters include a peak power value of high-frequency power, a reference power value (reference value) used for adjustment processing corresponding to a varying impedance value, and the like.

CPU7aは、ハードディスク装置7eに記憶された掘削プログラム21に基づいて各種処理を行い、図1で示していないキーボード又はマウス等の操作でユーザにより入力された指示に基づき所定の設定及び制御を行う。   The CPU 7a performs various processes based on the excavation program 21 stored in the hard disk device 7e, and performs predetermined setting and control based on an instruction input by the user by operating a keyboard or a mouse not shown in FIG.

例えば、掘削プログラム21が起動すると、図7に示す設定メニュー22をモニタ部7gに表示させる処理をCPU7aは行う。また、設定メニュー22に従い断続モード又は連続モードのいずれかの設定操作を受け付けた場合、CPU7aは受け付けた設定内容に対応するインタフェース基板7b内の回路を作動させる処理を行う。   For example, when the excavation program 21 is activated, the CPU 7a performs processing for displaying the setting menu 22 shown in FIG. 7 on the monitor unit 7g. When the setting operation of either the intermittent mode or the continuous mode is received according to the setting menu 22, the CPU 7a performs a process of operating the circuit in the interface board 7b corresponding to the received setting content.

設定メニュー22で断続モードが設定された場合、CPU7aは周波数(給電周波数)及びデューティー比の数値設定もユーザから受け付ける処理を行い、受け付けた内容をインタフェース基板7bへ通知してジェネレータ6へ所定の信号を伝送させる。
なお、デューティー比は、掘削対象の試料Sが特に溶解しやすい場合及び破壊しやすい場合、0.5より低い数値に設定することが好ましい。
When the intermittent mode is set in the setting menu 22, the CPU 7a performs processing for accepting numerical settings of the frequency (feeding frequency) and the duty ratio from the user, notifies the received contents to the interface board 7b, and sends a predetermined signal to the generator 6 Is transmitted.
The duty ratio is preferably set to a value lower than 0.5 when the excavation target sample S is particularly easily dissolved and easily broken.

また、CPU7bは、上述した設定メニュー22以外の別のメニューで、掘削処理に要する時間及び、高周波電力のピーク等の他のパラメータも設定できるようにしており、断続モードが設定されたとき、CPU7aは、断続モードの設定を伝える通知信号をインタフェース基板7bからマッチングボックス5へ出力させる制御を行う。   In addition, the CPU 7b can set other parameters such as the time required for the excavation process and the peak of the high frequency power in another menu other than the setting menu 22 described above. When the intermittent mode is set, the CPU 7a Performs control to output a notification signal indicating the setting of the intermittent mode from the interface board 7b to the matching box 5.

一方、設定メニュー22で連続モードが設定された場合、CPU7aは掘削処理に対して設定された時間の給電を行うようにインタフェース基板7bからジェネレータ6に指示信号を出力させる制御を行う。   On the other hand, when the continuous mode is set in the setting menu 22, the CPU 7a performs control to output an instruction signal from the interface board 7b to the generator 6 so as to supply power for the time set for the excavation process.

次に上述した構成のグロー放電掘削装置1を用いたグロー放電掘削方法に係る全体的な処理手順を図8のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、図7に示す設定メニュー22等でモード並びに周波数、デューティー比及び掘削時間等の各種パラメータを設定し(S1)、試料Sを図2に示すようにグロー放電管2にセットする(S2)。
Next, an overall processing procedure according to the glow discharge excavation method using the glow discharge excavation apparatus 1 having the above-described configuration will be described based on the flowchart of FIG.
First, various parameters such as mode, frequency, duty ratio and excavation time are set using the setting menu 22 shown in FIG. 7 (S1), and the sample S is set in the glow discharge tube 2 as shown in FIG. 2 (S2). .

次に、グロー放電管2の内部を真空引き装置8で真空引きしてから、ガス供給源10よりグロー放電管2の内部へ不活性ガス(アルゴンガス)を供給する(S3)。それから、不活性ガスが空間Kに供給された雰囲気で、設定された内容に応じた給電が行われ(S4)、試料Sの空間Kに表出した試料表面Saが掘削される(S5)。   Next, after the inside of the glow discharge tube 2 is evacuated by the vacuuming device 8, an inert gas (argon gas) is supplied from the gas supply source 10 to the inside of the glow discharge tube 2 (S3). Then, power is supplied in accordance with the set contents in the atmosphere in which the inert gas is supplied to the space K (S4), and the sample surface Sa exposed in the space K of the sample S is excavated (S5).

図9は、掘削された試料Sの状態を示す。本実施形態では、第3オーリング20で閉鎖された空間Kに陽極12の貫通孔12cを通じアルゴンガスがスムーズに導かれるので、空間Kには十分なアルゴンガスが随時供給されることになる。また、このアルゴンガスの供給雰囲気で給電されることで、空間K内ではグロー放電が発生し、アルゴンガスに含まれるアルゴンイオンが試料表面Saに向けて飛び出して衝突してスパッタリングが起こる。このスパッタリングでのアルゴンイオンの衝突により試料表面Saが掘削されて凹部Sbが生じるが、本実施形態では十分にアルゴンガスが供給されることから、アルゴンイオンが試料表面Saに衝突する程度も従来の装置に比べて多くなり、効率的な掘削を行えると共に、掘削された箇所も従来に比べて平滑で且つ清浄された面を得られる。   FIG. 9 shows the state of the excavated sample S. In the present embodiment, since argon gas is smoothly guided to the space K closed by the third O-ring 20 through the through hole 12c of the anode 12, sufficient argon gas is supplied to the space K as needed. Further, by supplying power in this argon gas supply atmosphere, glow discharge occurs in the space K, and argon ions contained in the argon gas jump out toward the sample surface Sa and collide to cause sputtering. The sample surface Sa is excavated by the collision of the argon ions in the sputtering, and the concave portion Sb is generated. In this embodiment, since the argon gas is sufficiently supplied, the degree to which the argon ions collide with the sample surface Sa is also conventional. Compared to the apparatus, the number of the drilled holes can be increased and the drilling can be efficiently performed, and the excavated portion can be obtained with a smoother and cleaner surface than the conventional one.

即ち、掘削された凹部Sbの底面Scは、陽極12の先端12eの大きさに応じた所定の面積を有し、底面Sc中には所定の平滑度を満たした清浄箇所が生じるので、従来の研磨処理に比べて容易に二次電子顕微鏡に対する観察面(底面Sc)を形成することができ、さらに、従来のグロー放電による掘削に比べて平滑度に優れた観察面(底面Sc)を得られる。   That is, the bottom surface Sc of the excavated concave portion Sb has a predetermined area corresponding to the size of the tip 12e of the anode 12, and a clean spot having a predetermined smoothness is generated in the bottom surface Sc. The observation surface (bottom surface Sc) for the secondary electron microscope can be easily formed as compared with the polishing treatment, and furthermore, the observation surface (bottom surface Sc) excellent in smoothness compared to the conventional excavation by glow discharge can be obtained. .

また、本実施形態のグロー放電掘削装置1では、連続モード及び断続モードを切り替えて設定できるので、溶解しやすい試料、壊れやすい試料等に対しては断続モードで給電を行うことにより、従来の装置では困難であった種類の試料の掘削も支障無く行えることができる。特に、断続モードでは給電周波数、デューティー比及び電力値等をきめ細かく設定できるので、デリケートな試料も確実に掘削できる。また、上述した特性以外の試料に対しては連続モードを行うことで連続的にアルゴンイオンを試料表面Saに衝突させて効率的な掘削を良好な精度で行える。   Moreover, in the glow discharge excavation apparatus 1 of the present embodiment, since the continuous mode and the intermittent mode can be switched and set, the conventional apparatus can be provided by supplying power to the easily dissolved sample, the fragile sample, etc. in the intermittent mode. The excavation of the kind of sample that was difficult with can be performed without any trouble. In particular, in the intermittent mode, the power supply frequency, duty ratio, power value and the like can be set finely, so that a delicate sample can be excavated reliably. Further, by performing a continuous mode on a sample other than the above-described characteristics, argon ions can continuously collide with the sample surface Sa to perform efficient excavation with good accuracy.

なお、断続モードで給電を行った場合、スパッタリングの発生による試料Sのインピーダンス値の変動に対して出力値Pfと反射値Prとの差を一定にする場合の全体的な処理は、以下のような流れになる。   When power is supplied in the intermittent mode, the overall processing when the difference between the output value Pf and the reflection value Pr is constant with respect to the fluctuation of the impedance value of the sample S due to the occurrence of sputtering is as follows. It becomes a flow.

先ず、給電前の各種パラメータ設定においてコンピュータ7で基準電力値を例えば、Aワットに設定すると、それに連動して、インタフェース基板7bの断続モード用回路が有する所要のICで出力値Pfと反射値Prの差が一定となるように設定されて、ジェネレータ6から試料Sへ給電される高周波電力の出力値Pfがaワットに調整される。なお、このときPf−Pr=c=Aワットになっている。   First, when the computer 7 sets the reference power value to, for example, A watts in various parameter settings before power feeding, the output value Pf and the reflection value Pr are linked with the required IC included in the intermittent mode circuit of the interface board 7b. Is set to be constant, and the output value Pf of the high-frequency power supplied from the generator 6 to the sample S is adjusted to a watts. At this time, Pf−Pr = c = A watts.

次に、給電による試料Sの掘削でスパッタリングが発生して試料Sのインピーダンス値が変化すると、試料Sからの反射値Prもbワットに変化するので、Pf−Pr=a−bとなり、出力値Pfと反射値Prとの差はAワットと相違する。   Next, when sputtering occurs during excavation of the sample S by power feeding and the impedance value of the sample S changes, the reflection value Pr from the sample S also changes to b watts, so that Pf−Pr = a−b, and the output value The difference between Pf and the reflection value Pr is different from A watt.

出力値Pfと反射値Prとの差はAワットと相違すると、ジェネレータ6はPf−Pr=cとなるように、出力値Pfをa′ワットになるように調整し、これによりPf−Pr=a′−b=c=Aワットとなり、出力値Pfと反射値Prの差は一定に維持され、断続モードにおいても安定した給電状態が確保される。   If the difference between the output value Pf and the reflection value Pr is different from A watts, the generator 6 adjusts the output value Pf to be a ′ watts so that Pf−Pr = c, and thus Pf−Pr = a′−b = c = A watts, the difference between the output value Pf and the reflection value Pr is maintained constant, and a stable power supply state is ensured even in the intermittent mode.

なお、本発明に係るグロー放電掘削装置1は、上述した形態に限定されるものではなく、種々の変形例の適用が可能である。例えば、上述した形態では高周波電力を生成して給電する場合で説明したが、高周波ではなく直流の電力を生成して給電を行い、グロー放電を発生させる装置に対しても、本発明に係る上述した処理及び構成は適用可能である。このような直流電力での給電は、試料Sが金属等の伝導体試料であるときに好適である。   In addition, the glow discharge excavation apparatus 1 according to the present invention is not limited to the above-described form, and various modifications can be applied. For example, in the above-described embodiment, the case where high-frequency power is generated and supplied is described, but the above-described device according to the present invention is also applied to a device that generates direct-current power instead of high-frequency power and generates glow discharge. The processes and configurations described above are applicable. Such feeding with DC power is suitable when the sample S is a conductor sample such as metal.

また、例えば、デリケートな試料を掘削対象にしない場合は、給電周波数、デューティー比、及び電力値等に係る設定処理を省略してコンピュータ7(CPU7a)の処理負担を低減する構成にしてもよい。さらに、掘削対象の試料が溶融しやすいもの又は壊れやすいものである場合、断続モードと連続モードの切替機能を省略して断続モード専用の装置にすることも可能であり、掘削対象の試料が上記以外の特性を有する掘削しやすいものである場合は、連続モード専用の装置にしてもよい。このようにすることでグロー放電掘削装置1に係る種々の処理等を一段と簡素化できる。   Further, for example, when a delicate sample is not targeted for excavation, the setting process related to the power supply frequency, the duty ratio, the power value, and the like may be omitted to reduce the processing load on the computer 7 (CPU 7a). Furthermore, when the sample to be excavated is easily meltable or fragile, it is possible to omit the switching function between the intermittent mode and the continuous mode to make the device dedicated to the intermittent mode. If it is easy to excavate with characteristics other than, it may be a device dedicated to continuous mode. By doing in this way, the various processes etc. which concern on the glow discharge excavation apparatus 1 can be simplified further.

一方、掘削対象の試料が複数の異なる特性を有する材料で構成されている場合、全掘削時間を複数の時間帯に分けて、ある時間帯は連続モードで給電を行い、他の時間帯は断続モードで給電を行い、掘削処理中にも各モードを切り替えられるようにしてもよい。このように掘削処理中にモードを切り替えることで、硬い材料及び軟らかい材料が階層的に存在する試料等に対して良好な掘削処理を行える。   On the other hand, if the sample to be excavated is composed of materials with different characteristics, the entire excavation time is divided into multiple time zones, power is supplied in continuous mode during certain time zones, and intermittent during other time zones Power may be supplied in the mode, and each mode may be switched during the excavation process. By switching the mode during the excavation process in this way, a good excavation process can be performed on a sample or the like in which hard materials and soft materials exist hierarchically.

また、断続モードを行う場合でも、全掘削時間における複数の時間帯毎に給電に係る状態を変更して断続給電を行ってもよい。   Even when the intermittent mode is performed, intermittent power supply may be performed by changing the state related to power supply for each of a plurality of time zones in the entire excavation time.

図10は、全掘削処理時間Zを、掘削開始側の時間帯の第1時間z1と掘削終了側の時間帯の第2時間z2とに区分けし、第1時間z1と第2時間z2とでデューティー比を相違させた給電状態を示している。この場合、第1時間z1では図5(b)と同様のデューティー比(T1/T2)であるが、第2時間z2では1回の給電時間をT1′(T1′<T1)にしてデューティー比(T1′/T2)を第1時間z1より小さくしている。   FIG. 10 divides the entire excavation processing time Z into a first time z1 of the excavation start side time zone and a second time z2 of the excavation end side time zone, and is divided into the first time z1 and the second time z2. The power supply state with different duty ratios is shown. In this case, the duty ratio (T1 / T2) is the same as that shown in FIG. 5B at the first time z1, but at the second time z2, the duty period is set to T1 ′ (T1 ′ <T1) once. (T1 ′ / T2) is set to be smaller than the first time z1.

その結果、第2時間z2では、第1時間z1に比べて給電による負荷及びスパッタリングの威力が低減されており、複数の材質を積層させると共に深層となる層の材質が表層に比べて破壊されやすい試料等に対し好適な給電形態を確保できる。なお、このような給電形態を実現するには、コンピュータ7で掘削時間を区分けする時間帯の個数、各時間帯が占める時間及び時間帯毎のデューティー比等の設定を図7に示すようなメニューで設定可能にして、これらの設定内容をジェネレータ6へ伝送すると共に、制御部6bで設定された時間に対応した給電制御を行えるようにすることが必要である。   As a result, in the second time z2, the load due to power feeding and the power of sputtering are reduced compared to the first time z1, and a plurality of materials are laminated and the material of the deep layer is more easily destroyed than the surface layer. A suitable power supply form for a sample or the like can be secured. In order to realize such a power supply mode, a menu such as that shown in FIG. 7 is used to set the number of time zones in which excavation time is divided by the computer 7, the time occupied by each time zone, and the duty ratio for each time zone. It is necessary to enable the power supply control corresponding to the time set by the control unit 6b, as well as to transmit the setting contents to the generator 6 and to enable the power supply control corresponding to the time set by the control unit 6b.

また、図11は、全掘削処理時間Zにおける第2時間z2の給電周波数を、第1時間z1に比べて大きくした給電状態を示す。この場合、第2時間z2の単位時間T2′は第1時間z1の単位時間T2より短い。このように、給電周波数を時間帯毎に相違することで、各時間帯毎に給電による負荷及びスパッタリングの威力の程度も相違し、掘削対象の試料特性に応じて詳細な設定が可能になる。また、時間帯毎に給電周波数を相異させる給電形態を実現するには、コンピュータ7で掘削時間を区分け可能にすると共に、区分けした時間帯毎に給電周波数を設定できるようにする必要がある。   FIG. 11 shows a power feeding state in which the power feeding frequency in the second time z2 in the entire excavation processing time Z is set larger than that in the first time z1. In this case, the unit time T2 ′ of the second time z2 is shorter than the unit time T2 of the first time z1. In this way, by changing the power feeding frequency for each time zone, the load due to power feeding and the power of sputtering are also different for each time zone, and detailed settings can be made according to the characteristics of the sample to be excavated. In order to realize a power supply mode in which the power supply frequency is different for each time zone, it is necessary to enable the computer 7 to classify the excavation time and to set the power supply frequency for each divided time zone.

さらに、図12は、全掘削処理時間Zにおける第2時間z2の電力値P2を第1時間z1の電力値P1に比べて大きくした給電状態を示す。このように電力値を時間帯毎に相違することで、時間帯毎の給電による負荷及びスパッタリングの威力の程度も異なり、掘削対象の試料に応じた給電条件を確保できるようになる。なお、この電力値の時間帯毎に相違した設定は、複数の材質を積層させた試料に好適である。また、時間帯毎に相異する電力値で給電を行うには、コンピュータ7で掘削時間を区分けする時間帯の個数、時間帯毎の電力値設定の受け付け等を可能にすることが必要である。   Further, FIG. 12 shows a power supply state in which the power value P2 of the second time z2 in the entire excavation processing time Z is larger than the power value P1 of the first time z1. Thus, by changing the power value for each time zone, the load due to power feeding for each time zone and the power of sputtering are different, and the power feeding conditions according to the sample to be excavated can be secured. In addition, the setting which is different for each time zone of the power value is suitable for a sample in which a plurality of materials are laminated. In order to supply power with different power values for each time zone, it is necessary to enable the computer 7 to accept the number of time zones for dividing the excavation time, accept power value settings for each time zone, and the like. .

なお、時間帯毎にデューティー比、給電周波数及び電力値を適宜設定することは、これらのいくつか又は全てを組み合わせて設定することも可能であり、このようにすることで、より一層、試料に特性に応じた給電形態を確保でき、試料の溶解、破壊等を確実に防止して安定した掘削を行える。   Note that the duty ratio, power supply frequency, and power value can be set appropriately for each time period, and some or all of these can be set in combination. A power supply configuration according to the characteristics can be secured, and stable excavation can be performed by reliably preventing dissolution and destruction of the sample.

また、掘削対象の試料寸法が小さいときは、図13に示すように試料保持具26を適用することが好適である。図13に示す試料S′は、図中の寸法Mが第3オーリング20の径寸法より小さく、第3オーリング20に直接的に当接させることができないので、ボックス状の試料保持具26を用いることで空間Kを形成している。なお、試料保持具26は、開口した箱部26と、箱部26の開口をふさぐ蓋部27で構成されており、箱部26bの底板部26aの中央箇所には陽極12の円筒部12bの外径より少し大径の穴部26bが形成されている。   When the sample size to be excavated is small, it is preferable to apply the sample holder 26 as shown in FIG. The sample S ′ shown in FIG. 13 has a dimension M in the drawing smaller than the diameter of the third O-ring 20 and cannot be brought into direct contact with the third O-ring 20. Is used to form the space K. The sample holder 26 is composed of an opened box portion 26 and a lid portion 27 that closes the opening of the box portion 26, and the central portion of the bottom plate portion 26 a of the box portion 26 b has a cylindrical portion 12 b of the anode 12. A hole 26b having a diameter slightly larger than the outer diameter is formed.

小さい試料S′は、箱部26の内部で穴部26bを閉鎖するように配置されると共に、発振子3で底板部26aと共に陽極12側へ押圧される。その結果、底板部26aの外面が第3オーリング20に当接して、第3オーリング20、底板部26a及び穴部26bを閉鎖する試料S′で密閉された空間Kが形成され、上記と同様に試料S′の掘削が可能になる。   The small sample S ′ is disposed inside the box portion 26 so as to close the hole portion 26b, and is pressed toward the anode 12 together with the bottom plate portion 26a by the oscillator 3. As a result, the outer surface of the bottom plate portion 26a abuts on the third O-ring 20, and a space K sealed with the sample S ′ that closes the third O-ring 20, the bottom plate portion 26a, and the hole portion 26b is formed. Similarly, excavation of the sample S ′ becomes possible.

さらに、試料の厚みが薄い場合などには、複数の試料を貼り合わせることでグロー放電管2へのセットが可能になる。例えば、図14(a)に示すような厚みが薄い円板状のシリコンウエハ30の断面を二次電子顕微鏡で観察する場合、先ず、シリコンウエハ30を複数の短冊片に切断する(図中、破線で示す)。次に図14(b)(c)に示すように、各短冊片31〜35を重ね合わせて接着剤で貼り合わせ、セット可能な寸法の試料36を形成する。   Further, when the thickness of the sample is thin, it is possible to set the glow discharge tube 2 by bonding a plurality of samples. For example, when the cross section of a thin disk-shaped silicon wafer 30 as shown in FIG. 14A is observed with a secondary electron microscope, first, the silicon wafer 30 is cut into a plurality of strips (in the drawing, (Shown with a dashed line). Next, as shown in FIGS. 14B and 14C, the strips 31 to 35 are overlapped and bonded with an adhesive to form a sample 36 having a dimension that can be set.

試料36の掘削対象となる表面36aは各短冊片31〜35の観察対象となる側面31a〜35aを組み合わせたものになっており、表面36aを掘削することで複数の側面31a〜35aが同時に掘削されて複数の観察箇所を形成できるため、良好な観察を行える確率が向上する。なお、厚みが薄い試料を掘削するには、貼り合わせ以外にも、薄い試料を樹脂等でモールドし、グロー放電管2にセットできる大きさにすることが考えられる。   The surface 36a of the sample 36 to be excavated is a combination of the side surfaces 31a to 35a to be observed of the strips 31 to 35. By excavating the surface 36a, a plurality of side surfaces 31a to 35a are excavated simultaneously. Thus, since a plurality of observation locations can be formed, the probability of performing good observation is improved. In addition, in order to excavate a thin sample, it is conceivable to mold the thin sample with a resin or the like so that it can be set on the glow discharge tube 2 in addition to bonding.

図15は、変形例のグロー放電管2′を示し、このグロー放電管2′はランプボディ11′の中心孔11c′の内部に掘削状況を観察するためのスコープ40を配置したことが特徴である。スコープ40を配置するため、ランプボディ11′は外側端面11i′に中心孔11c′と連通する穴部11h′を設け、シール部材41を介して棒状のスコープ40を挿通させて中心孔11c′内に配置している。スコープ40は先端側の延長線上にある対象を観察できる構成になっているため、陽極12の貫通孔12cを通じて試料表面Saに掘削される状況を外部から観察でき、状況を確認しながら掘削処理を行えるようになる。   FIG. 15 shows a modified glow discharge tube 2 ', which is characterized in that a scope 40 for observing the excavation state is arranged inside the central hole 11c' of the lamp body 11 '. is there. In order to arrange the scope 40, the lamp body 11 ′ is provided with a hole 11 h ′ communicating with the center hole 11 c ′ on the outer end surface 11 i ′, and the rod-shaped scope 40 is inserted through the seal member 41 to enter the center hole 11 c ′. Is arranged. Since the scope 40 is configured to be able to observe an object on the extension line on the distal end side, it is possible to observe from the outside the situation where it is excavated on the sample surface Sa through the through hole 12c of the anode 12, and excavation processing is performed while checking the situation. You can do it.

また、図16は、変形例のグロー放電掘削装置50を示し、図1のグロー放電掘削装置1のようにグロー放電管2及び発振子3を用いて試料Sをセットするのではなく、密閉された掘削処理室51の内部に第1電極52及び試料Sを配置する第2電極53を設け、第1電極52を図1と同等の構成の電源部4に接続すると共に、第2電極53を交流電源ACの接地側に接続している。なお、電源部4は図1と同等にコンピュータ7により制御される。   Further, FIG. 16 shows a glow discharge excavation apparatus 50 of a modified example, and the sample S is not set using the glow discharge tube 2 and the oscillator 3 as in the glow discharge excavation apparatus 1 of FIG. The first electrode 52 and the second electrode 53 for disposing the sample S are provided inside the excavation processing chamber 51, and the first electrode 52 is connected to the power supply unit 4 having the same configuration as that shown in FIG. It is connected to the ground side of the AC power supply AC. The power supply unit 4 is controlled by a computer 7 as in FIG.

掘削処理室51は天板部51aにアルゴンガス供給用のガス供給穴51bを開口し、底板部51cに真空引き用穴51dを開口し、掘削処理室51の内部空間51eを真空引き用穴51dより真空引きしてから、ガス供給穴51bよりアルゴンガス(不活性ガス)を供給して、各電極52、53に給電を行うことになる。なお、給電は、上述した様々な給電形態の適用が可能である。この変形例のグロー放電掘削装置50では、掘削対象の試料Sを掘削処理室51の第2電極53に配置するだけで済むため、試料Sのセットに要する手間が少なく、また、第2電極53に載置できるかぎり、どのような形態の試料Sでも掘削できるため、掘削できる試料形態の自由度が大きいと云う利点がある。   In the excavation processing chamber 51, a gas supply hole 51b for supplying argon gas is opened in the top plate portion 51a, an evacuation hole 51d is opened in the bottom plate portion 51c, and the internal space 51e of the excavation processing chamber 51 is evacuated 51d. After further evacuation, argon gas (inert gas) is supplied from the gas supply hole 51 b to supply power to the electrodes 52 and 53. Note that the various power supply modes described above can be applied to the power supply. In the glow discharge excavation apparatus 50 according to this modification, the sample S to be excavated only needs to be placed on the second electrode 53 of the excavation processing chamber 51, so that it takes less time to set the sample S, and the second electrode 53 Any type of sample S can be excavated as long as it can be placed on the surface, so that there is an advantage that the degree of freedom of the sample form that can be excavated is large.

次に、上述したグロー放電掘削装置1と同等の構成を有するグロー放電掘削装置(堀場製作所製JY-5000RFの掘削処理に関連する部分のみを利用した装置)を用いて各種試料を実際に掘削した実施例(実験結果)を説明する。
第1の実施例では、試料にシリコン基板を用いて掘削を行った。
図17(a)〜(c)の顕微鏡写真は、掘削前のシリコン基板を示し、図17(a)は共焦点レーザー顕微鏡による全体的なシリコン基板を示す画像であり、図17(b)は共焦点レーザー顕微鏡により基板表面を拡大した画像であり、図17(c)は走査型電子顕微鏡により更に拡大した画像である。掘削前のシリコン基板表面の凹凸状況を粗さ計で測定したところ、基板表面上における一つの箇所では水平距離281.43μmに対して0.84μmの高度差があり、他の箇所では水平距離25.31μmに対して0.70μmの高度差があった。
Next, various samples were actually excavated using a glow discharge excavator having the same configuration as the glow discharge excavator 1 described above (an apparatus that uses only the portion related to the excavation process of JY-5000RF manufactured by Horiba Seisakusho). Examples (experimental results) will be described.
In the first example, excavation was performed using a silicon substrate as a sample.
The micrographs of FIGS. 17A to 17C show the silicon substrate before excavation, FIG. 17A is an image showing the entire silicon substrate by a confocal laser microscope, and FIG. FIG. 17C is an image obtained by enlarging the substrate surface with a confocal laser microscope, and FIG. 17C is an image further enlarged with a scanning electron microscope. When the roughness of the silicon substrate surface before excavation was measured with a roughness meter, there was an altitude difference of 0.84 μm with respect to the horizontal distance of 281.43 μm at one location on the substrate surface, and the horizontal distance of 25 at the other location. There was an altitude difference of 0.70 μm with respect to .31 μm.

上述したシリコン基板に対して機械鏡面研磨処理を行った後、上述のグロー放電掘削装置を用いて掘削した。掘削の条件は、グロー放電の発生に対するモードは連続モードに設定し、シリコン基板へ供給する電力値を40Wに設定した。   After performing the mechanical mirror polishing process on the silicon substrate, the silicon substrate was excavated using the glow discharge excavator. As the conditions for excavation, the mode for the occurrence of glow discharge was set to the continuous mode, and the power value supplied to the silicon substrate was set to 40 W.

図18(a)〜(c)の顕微鏡写真は、掘削後のシリコン基板を示し、掘削前の図17(a)〜(c)の各画像に夫々対応し、上記と同様の顕微鏡を用いて撮影した画像である。図17、18の各顕微鏡写真を比べると、掘削後のシリコン基板は、掘削前の表面に比べて凹凸がなだらかになっていることが確認できた。   The micrographs of FIGS. 18 (a) to 18 (c) show the silicon substrate after excavation, and correspond to the images of FIG. 17 (a) to (c) before excavation, respectively, using a microscope similar to the above. It is a photographed image. When comparing the micrographs of FIGS. 17 and 18, it was confirmed that the silicon substrate after excavation was smoother than the surface before excavation.

また、掘削後の基板表面に対して、掘削前に表面粗さを測定した個所と同等の箇所に対して粗さ計で測定したところ、一つの箇所では水平距離281.43μmに対して0.46μmの高度差であり、他の箇所では水平距離62.17μmに対して0.37μmの高度差であった。よって、掘削により高度差が、ほぼ半減して平滑化されたことが判明した。なお、グロー放電掘削装置が掘削を行った実質的な作動時間は約5秒である。このように本発明に係るグロー放電掘削装置を用いて試料表面を掘削することで、非常に短時間でナノレベル的に均一で且つ平滑な表面を形成でき、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡、電子線マイクロプローブアナライザー、及び表面分析機器等を用いて良好な表面画像、分析情報を得ることができる。   Further, when the surface roughness of the substrate surface after excavation was measured with a roughness meter at a location equivalent to the location at which the surface roughness was measured before excavation, it was 0. 0 with respect to the horizontal distance of 281.43 μm at one location. The height difference was 46 μm, and in other places, the height difference was 0.37 μm with respect to the horizontal distance of 62.17 μm. Therefore, it was found that the altitude difference was smoothed by halving by excavation. In addition, the substantial operation time when the glow discharge excavator performs excavation is about 5 seconds. Thus, by excavating the sample surface using the glow discharge excavator according to the present invention, a nano-level uniform and smooth surface can be formed in a very short time, and an optical microscope, scanning electron microscope, electron A good surface image and analysis information can be obtained by using a line microprobe analyzer and a surface analysis instrument.

第2の実施例では、熱に弱くて溶解しやすいプラスチック材料を掘削した。
図19(a)(b)の顕微鏡写真は、掘削前のプラスチック材料の表面を示し、図19(a)は走査型電子顕微鏡により材料表面を拡大した画像であり、図19(b)は原子間力顕微鏡により材料表面を更に拡大した画像である。また、図19(c)のグラフは、図19(b)におけるA−B線で結んだ箇所及びC−D線で結んだ箇所に対して粗さ計で測定した高度差を示し、A−B線の箇所では水平距離が26.71μmに対して160.74nmの高度差があり、C−D線の箇所では29.23μmに対して135.14nmの高度差があった。
In the second embodiment, a plastic material that is weak against heat and easily dissolved is excavated.
The micrographs of FIGS. 19A and 19B show the surface of the plastic material before excavation, FIG. 19A is an image obtained by enlarging the surface of the material with a scanning electron microscope, and FIG. It is the image which expanded the material surface further by the atomic force microscope. Moreover, the graph of FIG.19 (c) shows the height difference measured with the roughness meter with respect to the location connected with the AB line in FIG.19 (b), and the location connected with the CD line, A- There was a height difference of 160.74 nm with respect to the horizontal distance of 26.71 μm at the location of line B, and there was a height difference of 135.14 nm with respect to 29.23 μm at the location of line CD.

図20(a)(b)の顕微鏡写真は、上述したプラスチック材料を断続モードで掘削した場合の材料表面を示しており、掘削前の図19(a)(b)の各画像に対応し、上記と同様の顕微鏡を用いて撮影した画像である。なお、断続モードでの掘削は、プラスチック材料へ供給する電力を40W、デューティー比を0.0625、断続給電の周波数を20000Hzに設定し、全体の掘削時間を300秒にした。   The micrographs of FIGS. 20 (a) and 20 (b) show the material surface when the above-described plastic material is excavated in the intermittent mode, and correspond to the images of FIGS. 19 (a) and 19 (b) before excavation, It is the image image | photographed using the microscope similar to the above. In the excavation in the intermittent mode, the power supplied to the plastic material was set to 40 W, the duty ratio was set to 0.0625, the frequency of the intermittent power supply was set to 20000 Hz, and the entire excavation time was set to 300 seconds.

また、図20(c)のグラフは、図20(b)におけるA−B線で結んだ箇所及びC−D線で結んだ箇所に対して粗さ計で測定した高度差を示し、A−B線の箇所では水平距離が22.31μmに対して56.64nmの高度差があり、C−D線の箇所では28.83μmに対して68.53nmの高度差があった。よって、掘削後は、掘削前に比べて高度差は2分の1以下に低減され、また、図19(c)及び図20(c)の各グラフよりグロー放電で掘削された表面が全体的に平滑化されていることが判明した。   Moreover, the graph of FIG.20 (c) shows the height difference measured with the roughness meter with respect to the location connected with the AB line in FIG.20 (b), and the location connected with the CD line, A- There was a height difference of 56.64 nm with respect to the horizontal distance of 22.31 μm at the location of line B, and there was a height difference of 68.53 nm with respect to 28.83 μm at the location of line CD. Therefore, after excavation, the altitude difference is reduced to less than one-half compared to before excavation, and the entire surface excavated by glow discharge is shown in the graphs of FIGS. 19 (c) and 20 (c). Was found to be smoothed.

なお、図21(a)〜(c)の顕微鏡写真は、上述したプラスチック材料を連続モードで掘削した場合の材料表面を示し、図21(a)は共焦点レーザー顕微鏡による全体的なプラスチック材料を示す画像であり、図21(b)は共焦点レーザー顕微鏡により材料表面を拡大した画像であり、図21(c)は走査型電子顕微鏡により更に拡大した画像である。また、連続モードで掘削したプラスチック材料の表面を粗さ計で測定すると、全体では水平距離281.43μmに対して3.86μmの高度差があり、一部の箇所では水平距離30.81μmに対して4.24μmの高度差があり、断続モードに比べて高度が大きくなっていた。よって、本発明に係るグロー放電掘削装置の連続モードを断続モードに切り替えることで、熱に弱い試料及びスパッタリングの威力により破壊されやすい試料(例えば、有機物等を含むような複合材料等)の表面を平滑に掘削できることが判明した。   The micrographs of FIGS. 21A to 21C show the material surface when the above-described plastic material is excavated in the continuous mode, and FIG. 21A shows the entire plastic material by the confocal laser microscope. FIG. 21B is an image obtained by enlarging the material surface with a confocal laser microscope, and FIG. 21C is an image further enlarged with a scanning electron microscope. Moreover, when the surface of the plastic material excavated in the continuous mode is measured with a roughness meter, there is an altitude difference of 3.86 μm with respect to the horizontal distance of 281.43 μm as a whole, and in some places with respect to the horizontal distance of 30.81 μm. There was an altitude difference of 4.24 μm, and the altitude was higher than in the intermittent mode. Therefore, by switching the continuous mode of the glow discharge excavator according to the present invention to the intermittent mode, the surface of a sample that is vulnerable to heat and a sample that is easily destroyed by the power of sputtering (for example, a composite material that includes organic matter, etc.) It was found that drilling was smooth.

なお、比較検証のため、上述のグロー放電掘削装置を用いて各種試料に対して連続モードでの掘削実験を行ったので、以下、連続モードの実験結果を挙げる。
層構造をなす試料の表面から深さ方向への構造解析を行う上で、給電条件及び掘削時間の変化により、最表層より一層ずつきれいに剥離できるかを検証した。試料としては層構造の半導体を用いて、半導体の断面に表出する各層の深さ方向に対するパターンの認識できる度合を比較検証した。
In addition, for comparative verification, drilling experiments in continuous mode were performed on various samples using the above-described glow discharge drilling apparatus.
In conducting the structural analysis from the surface of the layered sample to the depth direction, it was verified whether it was possible to peel more cleanly from the outermost layer by changing the feeding conditions and excavation time. As a sample, a semiconductor having a layer structure was used, and the degree of recognition of the pattern with respect to the depth direction of each layer exposed in the cross section of the semiconductor was compared and verified.

図22(a)(b)の顕微鏡写真は、掘削前の半導体断面を示し、図22(a)は共焦点レーザー顕微鏡により層構造を断面方向から見た画像であり、図22(b)は共焦点レーザー顕微鏡により層構造を表面から見た画像である。なお、図22(b)の表面の凹凸状況を粗さ計で測定したところ、表面上における全体では水平距離70.74μmに対して1.01μmの高度差があり、一部の箇所では水平距離14.92μmに対して1.00μmの高度差があった。   The micrographs of FIGS. 22 (a) and 22 (b) show the semiconductor cross section before excavation, FIG. 22 (a) is an image of the layer structure viewed from the cross-sectional direction with a confocal laser microscope, and FIG. It is the image which looked at the layer structure from the surface with the confocal laser microscope. In addition, when the unevenness | corrugation state of the surface of FIG.22 (b) was measured with the roughness meter, there existed an altitude difference of 1.01 micrometer with respect to the horizontal distance 70.74 micrometer on the whole on the surface, and a horizontal distance in some places There was an altitude difference of 1.00 μm with respect to 14.92 μm.

図22(c)(d)の顕微鏡写真は、連続モードにより掘削した半導体断面を示しており、掘削前の図22(a)(b)の各画像に夫々対応し、上記と同様の顕微鏡を用いて撮影した画像である。図22(c)(d)の各画像は、図22(a)(b)の各画像に比べて半導体表面の最表層から優先的に掘削されており、下部にある構造を見ることができる。なお、図22(c)(d)の顕微鏡写真を得るための給電条件として、半導体試料へ供給する電力を40Wに設定し、全体の掘削時間を30秒にした。また、図22(d)の表面の凹凸状況を粗さ計で測定したところ、表面上における全体では水平距離70.74μmに対して0.88μmの高度差があり、一部の箇所では水平距離15.12μmに対して0.76μmの高度差があった。   The micrographs of FIGS. 22 (c) and 22 (d) show the semiconductor cross-sections excavated in the continuous mode, and correspond to the respective images in FIGS. 22 (a) and 22 (b) before excavation. It is the image image | photographed using. Each image of FIGS. 22C and 22D is excavated from the outermost layer of the semiconductor surface preferentially compared to the images of FIGS. 22A and 22B, and the structure underneath can be seen. . As power supply conditions for obtaining the micrographs of FIGS. 22C and 22D, the power supplied to the semiconductor sample was set to 40 W, and the entire excavation time was set to 30 seconds. Further, when the roughness of the surface of FIG. 22 (d) was measured with a roughness meter, there was an altitude difference of 0.88 μm with respect to the horizontal distance of 70.74 μm as a whole on the surface. There was an altitude difference of 0.76 μm compared to 15.12 μm.

さらに、図22(e)(f)の顕微鏡写真は、図22(c)(d)の場合から、給電条件及び掘削時間を変更して連続モードで掘削した半導体断面を示しており、掘削前の図22(a)(b)の各画像に夫々対応し、上記と同様の顕微鏡を用いて撮影した画像である。図22(e)(f)の各画像は、図22(c)(d)の各画像に比べて半導体表面の構造が一段と掘削されており、基板近傍の構造を見ることができ、給電条件及び掘削時間を変更可能な本発明のグロー放電掘削装置では、給電条件及び掘削時間を変更することで、掘削される表面形態が大きく相異し、適切な給電条件及び掘削時間を設定することで構造解析を行うことができる。なお、図22(e)(f)の各画像を得るための給電条件として、半導体試料へ供給する電力を40W、全体の掘削時間を60秒として設定した。また、図22(f)の表面の凹凸状況を粗さ計で測定したところ、表面上における全体では水平距離70.74μmに対して0.44μmの高度差があり、一部の箇所では水平距離16.42μmに対して0.35μmの高度差があった。   Furthermore, the micrographs of FIGS. 22 (e) and 22 (f) show the semiconductor cross-sections excavated in continuous mode by changing the power supply conditions and excavation time from the cases of FIGS. 22 (c) and 22 (d). These images correspond to the images shown in FIGS. 22A and 22B, respectively, and are taken using a microscope similar to the above. 22E and 22F, the structure of the semiconductor surface is further excavated as compared with the images of FIGS. 22C and 22D, and the structure in the vicinity of the substrate can be seen. In the glow discharge excavation apparatus of the present invention that can change the excavation time, the power supply conditions and the excavation time are changed, so that the surface forms to be excavated greatly differ, and the appropriate power supply conditions and the excavation time are set. Structural analysis can be performed. As power supply conditions for obtaining the images of FIGS. 22E and 22F, the power supplied to the semiconductor sample was set to 40 W, and the entire excavation time was set to 60 seconds. Further, when the roughness of the surface in FIG. 22 (f) was measured with a roughness meter, there was an altitude difference of 0.44 μm with respect to the horizontal distance of 70.74 μm as a whole on the surface. There was an altitude difference of 0.35 μm with respect to 16.42 μm.

また、連続モードによる別の実験では、図14(a)〜(c)に示す内容で作成した試料(シリコンウエハ)に対して、グロー放電掘削装置により連続モードで掘削を行った。   In another experiment in the continuous mode, a sample (silicon wafer) prepared with the contents shown in FIGS. 14A to 14C was excavated in a continuous mode using a glow discharge excavator.

図23の3枚の写真は、図14(a)〜(c)に示すように、一枚のシリコンウエハの一部を複数切り出して重ね合わせたものを掘削した表面の写真(顕微鏡写真)の画像である。図23の下の写真は、パターンが設けられたシリコンウエハを複数枚重ねた状態を示す。なお、この下の写真において中央の黒い円状の範囲が掘削した部分である。   As shown in FIGS. 14A to 14C, the three photographs in FIG. 23 are photographs (micrographs) of a surface obtained by excavating a plurality of parts of a single silicon wafer cut out and overlaid. It is an image. The lower photograph in FIG. 23 shows a state in which a plurality of silicon wafers provided with a pattern are stacked. In the photograph below, the central black circle is the excavated part.

図23の真ん中の写真は、下の写真の白枠で囲んだ部分を電子顕微鏡により撮像した拡大画像であり、シリコンウエハに設けられたパターンの中に多数のゲートが存在することを確認できた。さらに、図23の上の写真は、真ん中の写真の白枠で囲んだ部分を電子顕微鏡により撮像した拡大画像であり、クリアなゲートの存在を確認できた。このように試料(シリコンウエハ)の一部を複数切り出して重ね合わせてもの掘削することで、ゲート構造のコンディション評価を行えた。なお、図23の3枚の写真を得るための掘削の給電条件としてシリコンウエハへ供給する電力を40Wに設定し、全体の掘削時間を5秒にした。   The middle photo in FIG. 23 is an enlarged image obtained by imaging an area surrounded by a white frame in the lower photo with an electron microscope, and it was confirmed that a large number of gates exist in a pattern provided on a silicon wafer. . Further, the upper photograph in FIG. 23 is an enlarged image obtained by imaging the portion surrounded by the white frame of the middle photograph with an electron microscope, and the presence of a clear gate could be confirmed. As described above, the condition of the gate structure could be evaluated by excavating a part of the sample (silicon wafer) by excavating a plurality of parts. Note that the power supply to the silicon wafer was set to 40 W as the power supply condition for excavation for obtaining the three photographs in FIG. 23, and the total excavation time was 5 seconds.

さらに、連続モードによる他の別の実験では、金属材料に対して通常、湿式で行われる組織観察を、連続モードの掘削によりドライプロセスの下で行った。
図24(a)(b)の顕微鏡写真は、掘削前の金属材料(ステンレス鋼)の表面を示し、図24(a)は走査型電子顕微鏡により材料表面を拡大した画像であり、図24(b)は原子間力顕微鏡により材料表面を更に拡大した画像である。また、図24(c)のグラフは、図24(b)におけるA−B線で結んだ箇所及びC−D線で結んだ箇所に対して粗さ計で測定した高度差を示し、A−B線の箇所では水平距離が84.44μmに対して7.44nmの高度差があり、C−D線の箇所では87.11μmに対して10.29nmの高度差があった。
Furthermore, in another experiment by continuous mode, the structure | tissue observation normally performed by the wet process with respect to the metal material was performed under the dry process by the continuous mode drilling.
The micrographs in FIGS. 24A and 24B show the surface of the metal material (stainless steel) before excavation, and FIG. 24A is an image obtained by enlarging the material surface with a scanning electron microscope. b) is an image obtained by further enlarging the material surface with an atomic force microscope. Moreover, the graph of FIG.24 (c) shows the altitude difference measured with the roughness meter with respect to the location connected by the AB line in FIG.24 (b), and the location connected by the CD line, and A- There was an altitude difference of 7.44 nm for the horizontal distance of 84.44 μm at the location of line B, and an altitude difference of 10.29 nm for the location of CD line at 87.11 μm.

図25(a)(b)の顕微鏡写真は、上述した金属材料(ステンレス鋼)を連続モードで掘削した表面を示し、掘削前の図24(a)(b)の各画像に対応し、上記と同様の顕微鏡を用いて撮影した画像である。連続モードでの掘削は、金属材料へ供給する電力を40Wに設定し、全体の掘削時間を10秒にした。   The micrographs in FIGS. 25 (a) and 25 (b) show the surface of the above-described metal material (stainless steel) excavated in continuous mode, corresponding to the images in FIGS. 24 (a) and 24 (b) before excavation, It is the image image | photographed using the same microscope. In the excavation in the continuous mode, the power supplied to the metal material was set to 40 W, and the entire excavation time was set to 10 seconds.

また、図25(c)のグラフは、図25(b)におけるA−B線で結んだ箇所及びC−D線で結んだ箇所に対して粗さ計で測定した高度差を示し、A−B線の箇所では水平距離が80.97μmに対して64.67nmの高度差があり、C−D線の箇所では99.91μmに対して85.06nmの高度差があった。このことから、結晶構造を有する金属材料の組織観察に対して、連続モードで掘削した場合でも、試料表面においては結晶方位に依存したエッチング効果が得られ、結晶による高低差を確認できた。よって、試料が単結晶である場合は本発明のグロー放電掘削装置で掘削することで平滑平面が得られ、試料が多結晶である場合は、試料の結晶方位に依存した異方性のエッチング効果が得られ、それぞれの結晶ごとに面方向に依存した向きにエッチングがなされ、組織の観察面を形成できる。   Moreover, the graph of FIG.25 (c) shows the height difference measured with the roughness meter with respect to the location connected by the AB line in FIG.25 (b), and the location connected by the CD line, A- There was an altitude difference of 64.67 nm with respect to the horizontal distance of 80.97 μm at the location of line B, and an altitude difference of 85.06 nm with respect to 99.91 μm at the location of line CD. From this, even when drilling in the continuous mode for observing the structure of a metal material having a crystal structure, an etching effect depending on the crystal orientation was obtained on the sample surface, and the difference in height depending on the crystal could be confirmed. Therefore, when the sample is a single crystal, a smooth plane can be obtained by drilling with the glow discharge drilling apparatus of the present invention, and when the sample is polycrystalline, an anisotropic etching effect depending on the crystal orientation of the sample Thus, etching is performed in a direction depending on the plane direction for each crystal, and an observation surface of the structure can be formed.

本発明の実施形態に係るグロー放電掘削装置の全体的な構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure of the glow discharge excavation apparatus which concerns on embodiment of this invention. グロー放電管の断面図である。It is sectional drawing of a glow discharge tube. 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 a generator. 印加される高周波電圧の形態を示すグラフである。It is a graph which shows the form of the applied high frequency voltage. (a)は連続モードの給電形態を示すグラフであり、(b)は断続モードの給電形態を示すグラフである。(A) is a graph which shows the power supply form of a continuous mode, (b) is a graph which shows the power supply form of an intermittent mode. 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 a matching box. モード選択及び周波数設定等に係る設定メニューの内容を示す概略図である。It is the schematic which shows the content of the setting menu which concerns on mode selection, frequency setting, etc. グロー放電掘削装置を用いたグロー放電掘削方法の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the glow discharge excavation method using a glow discharge excavation apparatus. 試料の掘削状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the excavation state of a sample. 時間帯毎にデューティー比を相違させた給電形態を示すグラフである。It is a graph which shows the electric power feeding form which made the duty ratio differ for every time slot | zone. 時間帯毎に給電周波数を相違させた給電形態を示すグラフである。It is a graph which shows the electric power feeding form which made the electric power feeding frequency differ for every time slot | zone. 時間帯毎に電力値を相違させた給電形態を示すグラフである。It is a graph which shows the electric power feeding form which made the electric power value differ for every time slot | zone. 試料保持具を用いて保持した試料に対して掘削を行う状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the state which excavates with respect to the sample hold | maintained using the sample holder. (a)はシリコンウエハを示す概略図、(b)は複数の短冊片を示す概略図、(c)は各短冊片を貼り合わせて形成された試料を示す概略図である。(A) is the schematic which shows a silicon wafer, (b) is the schematic which shows several strip pieces, (c) is the schematic which shows the sample formed by bonding each strip piece. 変形例のグロー放電管を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the glow discharge tube of a modification. 変形例のグロー放電掘削装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the glow discharge excavation apparatus of a modification. 掘削前のシリコン基板の顕微鏡写真であり、(a)は基板の全体的な画像、(b)は基板表面を拡大した画像、(c)は更に拡大した画像である。It is the microscope picture of the silicon substrate before excavation, (a) is the whole image of a substrate, (b) is the image which expanded the substrate surface, (c) is the image further expanded. 掘削後のシリコン基板の顕微鏡写真であり、(a)は基板の全体的な画像、(b)は基板表面を拡大した画像、(c)は更に拡大した画像である。It is the microscope picture of the silicon substrate after excavation, (a) is the whole image of a substrate, (b) is the image which expanded the substrate surface, (c) is the image further expanded. (a)(b)は掘削前のプラスチック材料表面の顕微鏡写真の画像、(c)はプラスチック材料の表面上における2箇所での高度差を示すグラフである。(A) and (b) are the images of the microphotograph of the plastic material surface before excavation, (c) is a graph which shows the altitude difference in two places on the surface of a plastic material. (a)(b)は断続モードによる掘削後のプラスチック材料表面の顕微鏡写真の画像、(c)はプラスチック材料の表面上における2箇所での高度差を示すグラフである。(A) and (b) are the images of the microscope picture of the plastic material surface after excavation by intermittent mode, (c) is a graph which shows the altitude difference in two places on the surface of a plastic material. 連続モードによる掘削後のプラスチック材料の顕微鏡写真であり、(a)はプラスチック材料の全体的な画像、(b)は材料表面を拡大した画像、(c)は更に拡大した画像である。It is a microscope picture of the plastic material after excavation by a continuous mode, (a) is the whole image of a plastic material, (b) is the image which expanded the material surface, (c) is the image further expanded. (a)(b)は半導体断面の掘削前の顕微鏡写真の画像、(c)(d)は連続モードで掘削した顕微鏡写真の画像、(e)(f)は給電条件を変更して連続モードで掘削した顕微鏡写真の画像である。(A) and (b) are images of micrographs before excavation of a semiconductor cross section, (c) and (d) are images of micrographs excavated in continuous mode, and (e) and (f) are continuous modes by changing power supply conditions. It is an image of the micrograph excavated by. 一枚のシリコンウエハの一部を複数切り出して重ね合わせたものを連続モードで掘削した表面の写真画像である。It is the photographic image of the surface which excavated in continuous mode what cut out and overlapped a part of one silicon wafer. (a)(b)は掘削前の金属材料表面の顕微鏡写真の画像、(c)は金属材料の表面上における2箇所での高度差を示すグラフである。(A) and (b) are the images of the microscope picture of the metal material surface before excavation, (c) is a graph which shows the altitude difference in two places on the surface of a metal material. (a)(b)は連続モードで掘削後の金属材料表面の顕微鏡写真の画像、(c)は金属材料の表面上における2箇所での高度差を示すグラフである。(A) and (b) are the images of the microscope picture of the metal material surface after excavation in continuous mode, (c) is a graph which shows the altitude difference in two places on the surface of a metal material.

符号の説明Explanation of symbols

1 グロー放電掘削装置
2 グロー放電管
3 発振子
4 電源部
5 マッチングボックス
6 ジェネレータ
7 コンピュータ
12 陽極
12b 円筒部
12c 貫通孔
20 第3オーリング
K 空間
S 試料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glow discharge excavator 2 Glow discharge tube 3 Oscillator 4 Power supply part 5 Matching box 6 Generator 7 Computer 12 Anode 12b Cylindrical part 12c Through-hole 20 3rd O ring K space S Sample

Claims (9)

電極に対向配置される試料に対して不活性ガスを供給した雰囲気で、該電極及び試料に給電を行って発生させたグロー放電で試料を掘削するグロー放電掘削装置において、
前記電極及び試料が対向する箇所を囲って閉鎖する閉鎖部材と、
該閉鎖部材で閉鎖された空間に不活性ガスを供給するガス供給部と、
高周波電圧を前記試料及び前記電極に印加すべく高周波電力を生成する高周波電力生成部と、
前記高周波電力生成部による一秒間あたりの給電回数を受け付ける手段と、
該手段により受け付けた一秒間あたりの給電回数に基づき、前記高周波電力生成部により生成される高周波電圧を前記試料及び前記電極に断続的に印加することにより、所定の平滑度を満たし、表面分析機器を用いて表面画像を得るための試料表面を形成する断続給電手段と
を備えることを特徴とするグロー放電掘削装置。
In a glow discharge excavation apparatus that excavates a sample with glow discharge generated by supplying power to the electrode and the sample in an atmosphere in which an inert gas is supplied to the sample opposed to the electrode,
A closing member that closes and surrounds the electrode and the sample facing each other;
A gas supply unit for supplying an inert gas to the space closed by the closing member;
A high-frequency power generator that generates high-frequency power to apply a high-frequency voltage to the sample and the electrode;
Means for receiving the number of times of power supply per second by the high-frequency power generation unit;
Surface analysis equipment satisfying a predetermined smoothness by intermittently applying a high-frequency voltage generated by the high-frequency power generation unit to the sample and the electrode based on the number of times of power supply per second received by the means A glow discharge excavator characterized by comprising: an intermittent power supply means for forming a sample surface for obtaining a surface image using a laser.
電極に対向配置される試料に対して不活性ガスを供給した雰囲気で、該電極及び試料に給電を行って発生させたグロー放電で試料を掘削するグロー放電掘削装置において、
前記電極及び試料が対向する箇所を囲って閉鎖する閉鎖部材と、
該閉鎖部材に当接する底板部を有し、該底板部に形成された穴部を閉鎖する試料を内部で保持する試料保持具と、
前記閉鎖部材で閉鎖された空間に不活性ガスを供給するガス供給部と、
高周波電圧を前記試料及び前記電極に印加すべく高周波電力を生成する高周波電力生成部と、
前記高周波電力生成部による一秒間あたりの給電回数を受け付ける手段と、
該手段により受け付けた一秒間あたりの給電回数に基づき、前記高周波電力生成部により生成される高周波電圧を前記試料及び前記電極に断続的に印加する断続給電手段と、
前記試料の前記空間に表出した試料表面を掘削する手段と
を備えることを特徴とするグロー放電掘削装置。
In a glow discharge excavation apparatus that excavates a sample with glow discharge generated by supplying power to the electrode and the sample in an atmosphere in which an inert gas is supplied to the sample opposed to the electrode,
A closing member that closes and surrounds the electrode and the sample facing each other;
A sample holder that has a bottom plate portion that abuts against the closing member and holds a sample that closes a hole formed in the bottom plate portion;
A gas supply unit for supplying an inert gas to the space closed by the closing member;
A high-frequency power generator that generates high-frequency power to apply a high-frequency voltage to the sample and the electrode;
Means for receiving the number of times of power supply per second by the high-frequency power generation unit;
Intermittent power supply means for intermittently applying a high-frequency voltage generated by the high-frequency power generation unit to the sample and the electrode based on the number of times of power supply per second received by the means;
Means for excavating the surface of the sample exposed in the space of the sample.
給電を連続的に行う連続給電手段と、
該連続給電手段が行う連続的な給電及び前記断続給電手段が行う断続的な給電の切替を行う切替手段と
を備える請求項1または2に記載のグロー放電掘削装置。
Continuous power supply means for continuously supplying power;
The glow discharge excavator according to claim 1, further comprising: a switching unit configured to switch between continuous power feeding performed by the continuous power feeding unit and intermittent power feeding performed by the intermittent power feeding unit.
前記断続給電手段が行う断続的な給電に係る状態を変更する給電状態変更手段を備える請求項1乃至3のいずれか一つに記載のグロー放電掘削装置。   The glow discharge excavation apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a power supply state changing unit that changes a state related to intermittent power supply performed by the intermittent power supply unit. 前記給電状態変更手段は、断続的な給電に係るデューティー比を変更するようにしてある請求項4に記載のグロー放電掘削装置。   The glow discharge excavation apparatus according to claim 4, wherein the power supply state changing unit changes a duty ratio related to intermittent power supply. 前記給電状態変更手段は、断続的な給電に係る電力値を変更するようにしてある請求項4に記載のグロー放電掘削装置。   The glow discharge excavator according to claim 4, wherein the power supply state changing unit changes a power value related to intermittent power supply. 前記一秒間あたりの給電回数を受け付ける手段は、
30Hz〜30000Hzの範囲で一秒間あたりの給電回数を受け付けるよう構成してある
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載のグロー放電掘削装置。
The means for receiving the number of times of power supply per second is:
The glow discharge excavator according to claim 1, wherein the glow discharge excavator is configured to receive the number of times of power supply per second in a range of 30 Hz to 30000 Hz.
電極に対向配置される試料に対して不活性ガスを供給し、該電極及び試料に給電を行ってグロー放電を発生し、発生したグロー放電で試料を掘削するグロー放電掘削方法において、
前記電極及び試料が対向する箇所を閉鎖部材により囲って閉鎖し、
高周波電力生成部により、高周波電圧を前記試料及び前記電極に印加すべく高周波電力を生成させ、
前記高周波電力生成部による一秒間あたりの給電回数を受け付け、
前記閉鎖部材により閉鎖して形成した空間に不活性ガスを供給した雰囲気で前記受け付けた一秒間あたりの給電回数に基づき、前記高周波電力生成部により生成される高周波電圧を前記試料及び前記電極に断続的に印加し、
前記試料の前記空間に表出した試料表面を掘削し、
所定の平滑度を満たし、表面分析機器を用いて表面画像を得るための試料表面を形成することを特徴とするグロー放電掘削方法。
In a glow discharge excavation method of supplying an inert gas to a sample disposed opposite to an electrode, supplying power to the electrode and the sample to generate a glow discharge, and excavating the sample with the generated glow discharge.
A portion where the electrode and the sample face each other is enclosed by a closing member and closed,
The high-frequency power generator generates high-frequency power to apply a high-frequency voltage to the sample and the electrode,
Accept the number of times of power supply per second by the high-frequency power generation unit,
The high-frequency voltage generated by the high-frequency power generation unit is intermittently supplied to the sample and the electrode based on the received number of times of power supply per second in an atmosphere in which an inert gas is supplied to a space formed by being closed by the closing member. Applied to
Excavating the sample surface exposed in the space of the sample;
A glow discharge excavation method characterized by forming a sample surface satisfying a predetermined smoothness and using a surface analysis instrument to obtain a surface image.
電極に対向配置される試料に対して不活性ガスを供給し、該電極及び試料に給電を行ってグロー放電を発生し、発生したグロー放電で試料を掘削するグロー放電掘削方法において、
前記電極及び試料が対向する箇所を閉鎖部材により囲って閉鎖し、
前記閉鎖部材に当接する底板部を有し、該底板部に形成された穴部を閉鎖する試料を内部で保持する試料保持具により前記試料を保持し、
高周波電力生成部により、高周波電圧を前記試料及び前記電極に印加すべく高周波電力を生成させ、
前記高周波電力生成部による一秒間あたりの給電回数を受け付け、
前記閉鎖部材により閉鎖して形成した空間に不活性ガスを供給した雰囲気で前記受け付けた一秒間あたりの給電回数に基づき、前記高周波電力生成部により生成される高周波電圧を前記試料及び前記電極に断続的に印加し、
前記試料の前記空間に表出した試料表面を掘削することを特徴とするグロー放電掘削方法。
In a glow discharge excavation method of supplying an inert gas to a sample disposed opposite to an electrode, supplying power to the electrode and the sample to generate a glow discharge, and excavating the sample with the generated glow discharge.
A portion where the electrode and the sample face each other is enclosed by a closing member and closed,
Holding the sample by a sample holder that has a bottom plate portion that contacts the closing member and holds a sample that closes a hole formed in the bottom plate portion;
The high-frequency power generator generates high-frequency power to apply a high-frequency voltage to the sample and the electrode,
Accept the number of times of power supply per second by the high-frequency power generation unit,
The high-frequency voltage generated by the high-frequency power generation unit is intermittently supplied to the sample and the electrode based on the received number of times of power supply per second in an atmosphere in which an inert gas is supplied to a space formed by being closed by the closing member. Applied to
A glow discharge excavation method comprising excavating a sample surface exposed in the space of the sample.
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