JP2008257929A - ビーム加工装置およびビーム観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能でかつコストの低減が可能なビーム加工装置を提供すること。
【解決手段】ビーム加工装置は、ワーク２の加工を行うためのビームを出射するビーム出射源と、ワーク２に向けてビームを出射する出射部２５ａを有しビーム出射源からワーク２に向かうビームが通過するビーム通過部材２５と、ワーク２が固定される固定面６ａを有し所定方向へ移動可能な固定部材６と、３次元方向に変形可能にかつ中空状に形成され、ビーム通過部材２５が内部に配置される中空部材２３とを備えている。中空部材２３は、少なくとも、互いに接続される第１の中空部２６と第２の中空部２７とから構成されている。また、中空部材２３の一端には開口部３７が形成され、中空部材２３の一端は固定面に当接するとともに、中空部材２３の内部は真空状態とされる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ビームを用いて加工対象物の加工を行うビーム加工装置、および、ビームを用いて観察対象物の観察を行うビーム観察装置に関する。

従来から、加工対象物（ワーク）に対する加工を行う加工装置として、集束イオンビームでワークを加工する集束イオンビーム加工装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。また、ワークに対する加工を行う加工装置として、電子ビームでワークを加工する電子ビーム加工装置も知られている（たとえば、特許文献２参照）。

特許文献１に記載された集束イオンビーム加工装置では、集束イオンビームの散乱を防止するため、真空チャンバー内に配置されたステージ上にセットされたワークに対して集束イオンビームが照射され、ワークの加工が行われる。また、特許文献２に記載された電子ビーム加工装置でも同様に、電子ビームの散乱を防止するため、真空チャンバー内に配置されたステージ上にセットされたワークに対して電子ビームが照射され、ワークの加工が行われる。

また、集束イオンビームを用いて観察対象物の観察を行う集束イオンビーム観察装置も知られている（たとえば、特許文献３参照）。また、一般に、電子ビームを用いて観察対象物の観察を行う電子ビーム観察装置も知られている。かかる集束イオンビーム観察装置や電子ビーム観察装置でも、真空チャンバー内に配置されたステージ上にセットされた観察対象物に対して集束イオンビームや電子ビームが照射されて、観察対象物の観察が行われる。

特開２００６−３２１５４号公報 特開２００４−１６７５３６号公報 特開平１０−１６２７６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の集束イオンビーム加工装置および特許文献２に記載の電子ビーム加工装置では、ワークがセットされるステージの全体が真空チャンバー内に配置されているため、真空チャンバーが大型化する。そのため、加工装置が大型化し、加工装置の製造コストが嵩む。また、真空チャンバーが大型化するため、加工装置のランニングコストが嵩む。また、従来の集束イオンビーム観察装置や電子ビーム観察装置においても、同様の問題が生じる。

そこで、本発明の課題は、小型化が可能でかつコストの低減が可能なビーム加工装置およびビーム観察装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明のビーム加工装置は、加工対象物の加工を行うためのビームを出射するビーム出射源と、加工対象物が固定される固定面を有し所定方向へ移動可能な固定部材と、加工対象物に向けてビームを出射する出射部を有しビーム出射源から加工対象物に向かうビームが通過するビーム通過部材と、３次元方向に変形可能にかつ中空状に形成され、ビーム通過部材が内部に配置される中空部材とを備え、中空部材は、少なくとも、互いに接続される第１の中空部と第２の中空部とから構成され、中空部材の一端には開口部が形成され、中空部材の一端は固定面に当接するとともに、中空部材の内部は真空状態とされることを特徴とする。

本発明のビーム加工装置では、開口部が形成された中空部材の一端が固定面に当接しているため、固定面に固定された加工対象物を中空部材の内部に配置することができる。また、中空部材の内部が真空状態とされるため、加工対象物の周囲を局所的に真空状態とすることができる。したがって、従来のような大きな真空チャンバーが不要になる。その結果、本発明のビーム加工装置では、装置の小型化が可能になり、装置の製造コストを低減することが可能になる。また、加工対象物の周囲のみが局所的に真空状態となるため、加工装置のランニングコストを低減することが可能になる。

また、本発明のビーム加工装置では、中空部材の内部は真空状態とされるため、固定面に当接する中空部材の一端は固定面を吸着する。また、中空部材が３次元方向に変形可能に構成されているため、移動する固定部材の動きに追従させて中空部材の一端側を変形させることが可能になる。すなわち、中空部材の内部を真空状態に保ったままで、移動する固定部材の動きに追従させて中空部材の一端側を変形させることが可能になる。その結果、本発明では、ビームの散乱等を防止するとともに、所定の加工部位を適切に加工することが可能になる。

さらに、本発明のビーム加工装置では、中空部材は、少なくとも、互いに接続される第１の中空部と第２の中空部とから構成されているため、中空部材の変形の自由度を高めることができる。たとえば、ある方向での変形量が大きくなるように第１の中空部を形成し、他の方向での変形量が大きくなるように第２の中空部を形成することで、中空部材の変形の自由度を高めることができる。その結果、本発明では、広範囲にわたって、中空部材の一端側を固定部材の動きに追従して変形させることができ、加工対象物を広範囲で加工することが可能になる。

本発明において、固定部材は、固定面がビームの出射方向に直交する方向に対して傾くように傾動可能に構成され、中空部材は、固定面の傾きに追従するように変形可能に構成されていることが好ましい。このように構成すると、様々な角度から加工対象物にビームを照射することが可能となり、加工対象物の複雑な加工が可能となる。

本発明において、固定面は、平面状に形成されるとともに、固定部材は、固定面に直交する方向を回転軸の方向として回転可能に構成され、中空部材は、固定面に対向配置され固定部材とともに回転可能な回転部材と、回転部材を相対回転可能に保持する保持部材とを一端に備えることが好ましい。このように構成すると、回転部材と保持部材との作用によって、中空部材にねじれを生じさせることなく、加工対象物を回転させながら加工することが可能となり、加工対象物の複雑な加工が可能となる。特に、固定面がビームの出射方向に直交する方向に対して傾くように固定部材が傾動可能に構成され、固定面の傾きに追従するように中空部材が変形可能に構成されている場合には、ビームを用いて、加工対象物に曲面加工や球面加工等の複雑な３次元加工を行うことが可能になる。

本発明において、中空部材は、溶接ベローズを備えていることが好ましい。このように構成すると、中空部材内の真空度を高くすることが可能になり、適切な加工を行うために高い真空度が必要となるビームを使用することが可能になる。

本発明において、中空部材は、内周側にビーム通過部材が配置されるコイルバネと、コイルバネの外周面を覆うゴム製のカバーとを備えることが好ましい。このように構成すると、コイルバネによって、中空部材の潰れを防止することができるため、中空部材内の真空度を高くすることが可能になり、適切な加工を行うために高い真空度が必要となるビームを使用することが可能になる。また、このように構成すると、中空部材の変形量を大きくすることができ、広範囲にわたって、中空部材の一端側を固定部材の動きに追従させて変形させることができる。そのため、加工対象物を広範囲で加工することが可能になる。

本発明において、出射部から出射されるビームは、たとえば、集束イオンビームである。この場合には、集束イオンビームを用いるビーム加工装置の小型化および装置の製造コスト、ランニングコストの低減が可能になる。また、集束イオンビームを用いた加工対象物の適切な加工が可能になる。

また、上記の課題を解決するため、本発明のビーム観察装置は、観察対象物の観察を行うためのビームを出射するビーム出射源と、観察対象物が固定される固定面を有し所定方向へ移動可能な固定部材と、観察対象物に向けてビームを出射する出射部を有しビーム出射源から観察対象物に向かうビームが通過するビーム通過部材と、３次元方向に変形可能にかつ中空状に形成され、ビーム通過部材が内部に配置される中空部材とを備え、中空部材は、少なくとも、互いに接続される第１の中空部と第２の中空部とから構成され、中空部材の一端には開口部が形成され、中空部材の一端は固定面に当接するとともに、中空部材の内部は真空状態とされることを特徴とする。

本発明のビーム観察装置では、開口部が形成された中空部材の一端が固定面に当接し、また、中空部材の内部が真空状態とされるため、観察対象物を中空部材の内部に配置するとともに、観察対象物の周囲を局所的に真空状態とすることができる。したがって、従来のような大きな真空チャンバーが不要になり、装置の小型化および装置の製造コスト、ランニングコストの低減が可能になる。

また、本発明のビーム観察装置では、中空部材の内部は真空状態とされ、かつ、空部材が３次元方向に変形可能に構成されているため、固定面に当接する中空部材の一端が固定面を吸着した状態で、移動する固定部材の動きに追従させて中空部材の一端側を変形させることが可能になる。すなわち、中空部材の内部を真空状態に保ったままで、移動する固定部材の動きに追従させて中空部材の一端側を変形させることが可能になる。その結果、本発明では、ビームの散乱等を防止するとともに、所定の観察部位を適切に観察することが可能になる。

さらに、本発明のビーム観察装置では、中空部材は、少なくとも、互いに接続される第１の中空部と第２の中空部とから構成されているため、中空部材の変形の自由度を高めることができる。その結果、本発明では、広範囲にわたって、中空部材の一端側を固定部材の動きに追従して変形させることができ、観察対象物を広範囲で観察することが可能になる。

本発明のビーム観察装置において、固定部材は、固定面がビームの出射方向に直交する方向に対して傾くように傾動可能に構成され、中空部材は、固定面の傾きに追従するように変形可能に構成されていることが好ましい。このように構成すると、ビームを用いて、観察対象物の形状を様々な角度から観察することが可能になる。

以上のように、本発明のビーム加工装置およびビーム観察装置では、装置の小型化およびコストの低減が可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（ビーム加工装置の概略構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかるビーム加工装置１の概略構成を説明するための模式図である。なお、以下の説明では、図１の上を「上」、下を「下」、右を「右」、左を「左」、紙面手前を「前」、紙面奥を「後（後ろ）」とする。また、以下では、左右方向と前後方向とによって形成される平面をＸＹ平面とする。

本形態のビーム加工装置１は、所定の加工対象物（ワーク）２の加工を行うためのビームとして、集束イオンビーム（ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ））を用いて、ワーク２に対して除去加工等の微細な加工を行う加工装置である。このビーム加工装置１は、図１に示すように、ＦＩＢを出射するためのビーム出射源３および第１真空チャンバー４と、ワーク２へ照射されるＦＩＢの拡散を防止するための拡散防止部５と、ワーク２が載置され固定される平面状の固定面６ａを有する固定部材６とを備えている。なお、ビーム加工装置１は、大気圧中に配置されている。

ビーム出射源３は、ガリウム（Ｇａ）等の液体金属をイオン源としてイオンビームを出射する。また、ビーム出射源３は、第１真空チャンバー４の上端側に取り付けられており、ビーム出射源３から出射されたイオンビームは、第１真空チャンバー４の内部を通過する。第１真空チャンバー４の内部には、通過するイオンビームを集束させるための所定のイオン光学系（図示省略）等が配置されている。

本形態では、第１真空チャンバー４の内部を通過したイオンビームは、第１真空チャンバー４の下端側から下方向に向かってＦＩＢとして出射される。たとえば、２０〜３０ｋＶに加速されたＧａイオンビーム（すなわち、ＦＩＢ）が出射され、スパッタリング現象を用いて、ワーク２の加工が行われる。本形態では、このＦＩＢによって、ワーク２は、数百ｎｍのレベルで加工される。なお、本形態のビーム加工装置１は、第１真空チャンバー４の内部を真空状態とするための真空ポンプ（図示省略）を備えている。

拡散防止部５は、第１真空チャンバー４から出射されたＦＩＢがワーク２に向かって通過する局所真空チャンバー９と、局所真空チャンバー９が内部に配置される第２真空チャンバー８と、第２真空チャンバー８および局所真空チャンバー９の内部を真空状態とするための第１ポンプ１０および第２ポンプ１１とを備えている。第２真空チャンバー８および局所真空チャンバー９は、第１真空チャンバー４の下端側に取り付けられており、第１真空チャンバー４から出射されたＦＩＢは、第２真空チャンバー８および局所真空チャンバー９の内部を通過して、拡散防止部５の下端側でワーク２に照射される。

第２真空チャンバー８は、図１に示すように、鍔部８ａを有する鍔付きの略円筒状に形成されている。鍔部８ａは、第２真空チャンバー８の上端に、径方向外側へ広がるように形成されており、鍔部８ａが第１真空チャンバー４の下端に固定されている。

上述のように、第２真空チャンバー８の内部には、局所真空チャンバー９が配置されている。具体的には、局所真空チャンバー９の上端が、第２真空チャンバー８の上端よりもわずかに下がった状態で、第２真空チャンバー８の内部に局所真空チャンバー９が配置されている。そのため、第２真空チャンバー８内における局所真空チャンバー９の上方には、第１空間１７が形成されている。この第１空間１７は、第１真空チャンバー４の内部に連通している。

第２真空チャンバー８の下端には、局所真空チャンバー９を構成する後述の固定パイプ２９の鍔部２９ｂの上面が当接した状態で、固定されている。鍔部２９ｂの上面と第２真空チャンバー８の下端との間には、後述のように、真空状態となる第１空間１７（すなわち、第２真空チャンバー８の内部）への外部からの空気の流入を防止するためのシール部材（図示省略）が配置されている。

また、第２真空チャンバー８には、後述のように、第１空間１７等を真空状態とするための排気を行う排気孔８ｂが、第２真空チャンバー８の外周面から内周面に貫通するように形成されている。

局所真空チャンバー９は、上述のように、第２真空チャンバー８の内部に配置されている。本形態では、第１真空チャンバー４から出射されるＦＩＢは、第１空間１７を通過した後、さらに、局所真空チャンバー９の内部を通過する。この局所真空チャンバー９の詳細な構成については後述する。

第１ポンプ１０および第２ポンプ１１は、排気孔８ｂに接続された配管２１を介して、第２真空チャンバー８の内部に接続されている。本形態の第１ポンプ１０は、吸引容量は比較的小さいが、比較的高い真空到達度を得ることが可能なポンプであり、たとえば、ターボ分子ポンプである。また、第２ポンプ１１は、吸引容量は大きいが、高い真空到達度を得ることができないポンプであり、たとえば、ロータリポンプである。

固定部材６は、ワーク２を固定するためのチャック等の固定手段（図示省略）を備えている。この固定手段は、固定部材６の上面となる固定面６ａに取り付けられている。また、固定部材６は、所定方向へ移動可能となっている。すなわち、固定部材６は、固定部材６を移動させる移動機構（図示省略）に取り付けられている。本形態の移動機構は、固定部材６を３次元方向に移動させるように構成されている。たとえば、移動機構は、上下方向、左右方向および前後方向のそれぞれに固定部材６を移動させるためのＺ方向移動機構（図示省略）、Ｙ方向移動機構（図示省略）およびＸ方向移動機構（図示省略）を備えるいわゆるＸＹＺステージである。

また、固定部材６は、固定面６ａがＦＩＢの出射方向（すなわち、上下方向）に直交する方向に対して傾くように傾動可能に構成されている。すなわち、固定部材６は、固定面６ａがＸＹ平面に対して傾くように、固定部材６を傾ける傾動機構（図示省略）に取り付けられている。たとえば、固定部材６は、左右方向または前後方向で、固定面６ａがＸＹ平面に対して傾くように、傾動機構（図示省略）に取り付けられている。あるいは、固定部材６は、左右方向および前後方向で、固定面６ａがＸＹ平面に対して傾くように、傾動機構に取り付けられている。なお、任意の方向で、固定面６ａがＸＹ平面に対して傾くように、固定部材６が傾動機構に取り付けられても良い。

さらに、固定部材６は、固定面６ａに直交する方向を回転軸の方向として回転可能に構成されている。すなわち、固定部材６は、固定面６ａに直交する方向を回転軸の方向とする回転機構（図示省略）に取り付けられている。

本形態では、移動機構の上に傾動機構が取り付けられ、傾動機構の上に回転機構が取り付けられ、回転機構の上に固定部材６が取り付けられている。そのため、ビーム加工装置１では、固定面６ａに固定されたワーク２に対して、３次元の自由曲面の加工を行うことが可能である。なお、傾動機構の上に移動機構が取り付けられ、移動機構の上に固定部材６が取り付けられた回転機構が取り付けられる等、移動機構、傾動機構および回転機構の配置は任意に変えても良い。

（局所真空チャンバーの構成）
図２は、図１に示す局所真空チャンバー９を上面側から示す斜視図である。図３は、図１に示す局所真空チャンバー９の平面図である。図４は、図３のＥ−Ｅ断面を示す断面図である。図５は、図４に示す中空部材２３の変形状態を説明するための模式図である。

局所真空チャンバー９は、図２〜図５に示すように、第１空間１７を通過した後のＦＩＢがワーク２に向かって通過するビーム通過部材２５と、中空状に形成され、ビーム通過部材２５が内部に配置される中空部材２３と、略円板状に形成され、ビーム通過部材２５の上端が固定される固定板２８と、中空の管状に形成され、中空部材２３の上端が固定される固定パイプ２９とを備えている。

ビーム通過部材２５は、直線状にかつ円管状に形成された金属製のパイプである。このビーム通過部材２５は、図４に示すように、上下方向を軸方向として、局所真空チャンバー９の内部に配置されている。また、ビーム通過部材２５の下端部は、ワーク２に向けてＦＩＢを出射する出射部２５ａとなっている。

本形態の中空部材２３は、互いに接続される第１の中空部２６と第２の中空部２７とを備えている。第１の中空部２６と第２の中空部２７とは上からこの順番で配置されている。また、第２の中空部２７の下端には、固定部材６が回転したときの中空部材２３のねじれを防止するための回転機構部２２が取り付けられている。本形態では、図４に示すように、第１の中空部２６の上下方向の長さは、第２の中空部２７の上下方向の長さよりも長くなっている。また、第２の中空部２７の外径は、第１の中空部２６の外径よりも大きくなっている。

第１の中空部２６は、図４に示すように、複数のリング状の金属板を溶接することで形成される溶接ベローズ３０と、溶接ベローズ３０の上端に固定された鍔部材３１と、溶接ベローズ３０の下端に固定された鍔部材３２とから構成されている。鍔部材３１、３２は、径方向の中心部に上下方向に貫通する貫通孔が形成された金属製の円板状部材である。鍔部材３１の上面は、固定パイプ２９に固定されている。また、鍔部材３２の下面には、第２の中空部２７が固定されている。

ビーム通過部材２５の大半部分は、第１の中空部２６の内部に配置されている。また、ビーム通過部材２５の外周面と第１の中空部２６の内周面との間には、第２空間２４が形成されている。

第２の中空部２７は、内周側にビーム通過部材２５の下端側が配置される圧縮コイルバネ３３と、圧縮コイルバネ３３の上端が取り付けられる取付リング３４と、圧縮コイルバネ３３の下端が取り付けられる取付リング３５と、圧縮コイルバネ３３の外周面を覆うゴム製のカバー３６とから構成されている。図４に示すように、第２の中空部２７の内部は、第２空間２４に連通している。

取付リング３４は、金属製のリング状部材であり、外周側に圧縮コイルバネ３３の上端が取り付けられている。取付リング３５も、金属製のリング状部材であり、外周側に圧縮コイルバネ３３の下端が取り付けられている。また、取付リング３５の下面側は、上面側よりも径の大きな拡径部３５ａとなっており、この拡径部３５ａの下面には、回転機構部２２が取り付けられている。なお、取付リング３５の内径は、取付リング３４の内径よりも大きくなっている。

カバー３６は、上述のように、圧縮コイルバネ３３の外周面を覆うとともに、取付リング３４の上面も覆っている。また、カバー３６の下端は、取付リング３５の外周面から径方向へ窪むように形成された凹部に取り付けられている。また、取付リング３４、３５に取り付けられた圧縮コイルバネ３３は、若干圧縮された状態で、カバー３６の内部に配置されている。そのため、第２の中空部２７に外力がかかっていないときには、圧縮コイルバネ３３の付勢力と、カバー３６の弾性変形に起因する弾性力とが釣り合った状態となって、第２の中空部２７が所定の形状を維持している。なお、図４に示すように、カバー３６が取付リング３４と鍔部材３２とに当接した状態で、取付リング３４が鍔部材３２の下面に固定されている。

回転機構部２２は、取付リング３５の下面に固定される円板状の保持板１５と、保持板１５に対して相対回転可能となるように保持板１５に保持される円板状の回転板１６と、回転板１６の下面に固定されたリング状のシール部材１８と、保持板１５と回転板１６との間に配置されたリング状の２本のシール部材１９とを備えている。本形態では、回転板１６は、後述のように、固定面６ａに対向配置され固定部材６とともに回転可能な回転部材であり、保持板１５は、回転板１６を相対回転可能に保持する保持部材である。

保持板１５には、径方向の中心部に上下方向に貫通する貫通孔が形成されている。この貫通孔の径はたとえば、取付リング３５の内径と同じ大きさとなっている。また、保持板１５の上面は、拡径部３５ａの下面に固定されている。回転板１６にも、径方向の中心部に上下方向に貫通する貫通孔が形成されている。この貫通孔の径もたとえば、取付リング３５の内径と同じ大きさとなっている。また、回転板１６の上面は、保持板１５の下面に当接し、回転板１６の下面は、固定面６ａに対向配置されている。本形態では、回転板１６の下面と固定面６ａとの間にはわずかな隙間が形成されている。

上述のように、回転板１６は、保持板１５に対して相対回転可能となっている。具体的には、保持板１５の下面に対して、回転板１６の上面が摺動することで、回転板１６が、保持板１５に対して相対回転する。

シール部材１８は、たとえば、ゴム製のＯリングである。このシール部材１８は、図４に示すように、回転板１６の下面よりも下側に突出しており、ワーク２の加工時に、後述のように、固定面６ａに当接する。シール部材１８は、固定面６ａに当接することで、回転板１６の内径側への外部からの空気の流入を防止する機能を果たしている。また、シール部材１９は、保持板１５と回転板１６との間において、保持板１５および回転板１６の内径側への外部からの空気の流入を防止する機能を果たしている。

上述のように、取付リング３５はリング状の部材であり、また、保持板１５および回転板１６には、径方向の中心部に上下方向に貫通する貫通孔が形成されている。そのため、図４に示すように、中空部材２３の下端には、開口部３７が形成されている。また、ワーク２の加工を行う際には、中空部材２３の下端（具体的には、回転板１６の下面に固定されたシール部材１８）は、固定部材６の固定面６ａに当接する。そのため、ワーク２の加工時には、ワーク２が第２の中空部２７の内部および回転機構部２２の内部に配置される。なお、図４に示すように、出射部２５ａは、第２の中空部２７の下端よりも上方に配置されており、ワーク２の加工時には、出射部２５ａとワーク２との間には所定の隙間が形成される。

また、中空部材２３の下端が固定面６ａに当接した状態（すなわち、シール部材１８が固定面６ａに当接した状態）で、固定部材６が回転すると、保持板１５の下面に対して、回転板１６の上面が摺動して、回転板１６は、固定部材６とともに回転する。そのため、固定部材６が回転する場合であっても、中空部材２３のねじれを防止することができる。

固定板２８は、金属製の円板状部材である。この固定板２８の径方向の中心部には、図２等に示すように、上下方向に貫通する貫通孔２８ａが形成されている。貫通孔２８ａは、第２空間２４に連通している。また、貫通孔２８ａには、ビーム通過部材２５の上端側を固定するための固定リブ２８ｂが形成されている。

固定パイプ２９は、底付きかつ鍔付きの略円筒状に形成されており、底部２９ａを上側、鍔部２９ｂを下側にした状態で配置されている。すなわち、底部２９ａの上面が固定板２８の下面に当接した状態で固定板２８の下面に固定され、底部２９ａの下面には、鍔部材３１の上面が当接した状態で固定されている。また、底部２９ａの径方向の中心部には、ビーム通過部材２５の上端側および固定リブ２８ｂの一部が配置される貫通孔が上下方向に貫通するように形成されている。また、上述のように、鍔部２９ｂの上面は、第２真空チャンバー８の下端に当接した状態で、第２真空チャンバー８の下端に固定されている。

なお、固定パイプ２９は、後述のように変形可能な中空部材２３の過変形を防止する機能も果たしている。すなわち、中空部材２３が必要以上に変形しないように、中空部材２３の外周面が固定パイプ２９の内周面に当接する。

鍔部材３１と底部２９ａとの間、および、底部２９ａと固定板２８との間には、シール部材３８が配置されている。このシール部材３８は、後述のように、真空状態となる第２空間２４への外部からの空気の流入を防止する機能を果たしている。

上述のように、第１の中空部２６は、溶接ベローズ３０と鍔部材３１、３２とから構成されているため、所定範囲内で３次元のあらゆる方向に変形可能となっている。また、第２の中空部２７は、圧縮コイルバネ３３と取付リング３４、３５とカバー３６とから構成されているため、所定範囲内で３次元のあらゆる方向に変形可能となっている。

具体的には、本形態では、図５に示すように、３次元方向に移動可能でかつ傾動可能な固定部材６の動きに追従可能となるように、第１の中空部２６の上端を支点として、中空部材２３が変形可能となっている。すなわち、図５（Ｂ）に示すように、固定面６ａとＸＹ平面とが平行になった状態で、固定部材６が移動する場合であっても、また、図５（Ｃ）に示すように、固定面６ａがＸＹ平面に対して傾くように、固定部材６が傾動する場合であっても、第２の中空部２７の内部および回転機構部２２の内部にワーク２を配置した状態で、固定部材６の動きに追従可能となるように、第１の中空部２６の上端を支点として、中空部材２３が変形可能となっている。なお、図５では、回転機構部２２の図示を省略している。

図１および図４に示すように、局所真空チャンバー９が第２真空チャンバー８の内部に配置された状態では、第１空間１７とビーム通過部材２５の内部とが連通している。また、この状態では、貫通孔２８ａを介して、第１空間１７と第２空間２４とが連通している。そのため、第１ポンプ１０、第２ポンプ１１が起動すると、第１空間１７とビーム通過部材２５の内部とが真空状態となる。また、第１ポンプ１０、第２ポンプ１１が起動すると、第２空間２４も真空状態となる。すなわち、第１の中空部２６の内部である第２空間２４が真空状態になるとともに、第２空間２４に連通する第２の中空部２７の内部および回転機構部２２の内部も真空状態となる。

（ワークの加工手順）
以上のように構成されたビーム加工装置１によるワーク２の加工手順の概略を以下に説明する。

まず、ワーク２を固定部材６の固定面６ａに固定する。その後、固定部材６を移動させてワーク２の位置合せを行う。その後、中空部材２３の下端（具体的には、シール部材１８）を固定面６ａに当接させて、ワーク２を第２の中空部２７の内部および回転機構部２２の内部に配置する。

ワーク２の加工時には、ワーク２へ向かうＦＩＢの拡散を防止するため、ＦＩＢの経路、第２の中空部２７の内部および回転機構部２２の内部を真空状態とする必要がある。そのため、その後、図示を省略する真空ポンプを起動させて第１真空チャンバー４の内部を真空状態とする。また、第１ポンプ１０、第２ポンプ１１を起動させて、第１空間１７、ビーム通過部材２５の内部、第２空間２４、第２の中空部２７の内部および回転機構部２２の内部等を真空状態とする。第２の中空部２７の内部および回転機構部２２の内部が真空状態となると、固定面６ａに当接する中空部材２３の下端は、固定面６ａを吸着する。

ここで、本形態では、第２ポンプ１１、第１ポンプ１０をこの順番で起動させて、ＦＩＢの拡散を防止するために必要な真空度まで、ＦＩＢの経路、第２の中空部２７の内部および回転機構部２２の内部等を減圧する。

その後、ビーム出射源３から出射され、第１真空チャンバー４の内部、第１空間１７およびビーム通過部材２５を通過したＦＩＢを、出射部２５ａからワーク２に向かって照射する。すなわち、出射部２５ａから照射されるＦＩＢをワーク２の加工部位に集束させて、ワーク２を加工する。

また、必要に応じて、固定部材６を移動させてワーク２を加工する。たとえば、図５（Ｂ）に示すように、固定面６ａとＸＹ平面とを平行に保ったまま、固定部材６を移動させてワーク２を加工する。また、たとえば、図５（Ｃ）に示すように、固定面６ａがＸＹ平面に対して傾くように、固定部材６を傾動させてワーク２を加工する。また、固定部材６を回転させてワーク２を加工する。

上述のように、固定部材６の動きに追従可能となるように、中空部材２３が変形可能となっている。また、中空部材２３の下端が固定面６ａに当接した状態で、第２の中空部２７の内部および回転機構部２２の内部が真空状態となっており、中空部材２３の下端は固定部材６を吸着している。そのため、固定部材６を動かす場合であっても、中空部材２３の下端側が固定部材６の動きに追従するように、中空部材２３が変形する。なお、固定部材２３が回転する場合であっても、上述のように、回転機構部２２の作用によって、中空部材２３のねじれが防止される。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のビーム加工装置１では、ワーク２の加工時に、開口部３７が形成された中空部材２３の下端が固定面６ａに当接しているため、固定面６ａに固定されたワーク２を第２の中空部２７の内部および回転機構部２２の内部に配置することができる。また、第２の中空部２７の内部および回転機構部２２の内部が真空状態とされるため、ワーク２の周囲を局所的に真空状態とすることができる。したがって、従来のような大きな真空チャンバーが不要になる。その結果、本形態では、ビーム加工装置１の小型化が可能になり、装置の製造コストを低減することが可能になる。また、ワーク２の周囲のみを局所的に真空状態とすることができるため、ビーム加工装置１のランニングコストを低減することが可能になる。

また、本形態では、ワーク２の加工時に、中空部材２３の下端が固定面６ａを吸着するとともに、中空部材２３は、移動する固定部材６の動きに中空部材２３の下端側が追従するように変形する。すなわち、第２の中空部２７の内部および回転機構部２２の内部を真空状態に保ったままで、中空部材２３の下端側が移動する固定部材６の動きに追従して変形する。そのため、本形態では、ワーク２の加工形状に応じて、固定部材６を動かす場合であっても、ワーク２の周囲を真空状態に保つことができる。その結果、ＦＩＢの拡散を防止して、ワーク２を適切に加工することができる。

さらに、本形態では、中空部材２３は、第１の中空部２６と第２の中空部２７とを備えている。そのため、中空部材２３の変形の自由度を高めることができる。たとえば、本形態では、第１の中空部２６の上下方向の長さは、第２の中空部２７の上下方向の長さよりも長くなっているため、左右方向および前後方向での第１の中空部２６の変形量が大きくなっており、第２の中空部２７の外径は、第１の中空部２６の外径よりも大きく、かつ、第２の中空部２７は、圧縮コイルバネ３３とゴム製のカバー３６と等から構成されているため、ＸＹ平面に対する第２の中空部２７の下端の傾斜量が大きくなっている。したがって、中空部材２３の変形の自由度を高めることができ、広範囲にわたって、中空部材２３の下端側を固定部材６の動きに追従して変形させることができる。その結果、ワーク２を広範囲で加工することが可能になる。

本形態では、図５（Ｃ）に示すように、傾動する固定部材６の固定面６ａの傾きに追従するように、中空部材２３が変形可能となっている。そのため、様々な角度からワーク２にＦＩＢを照射することができ、ワーク２に対して複雑な加工を行うことができる。また、本形態では、固定部材６が固定面６ａに直交する方向を回転軸の方向として回転可能に構成され、かつ、中空部材２３は、その下端に回転機構部２２を備えている。そのため、中空部材２３にねじれを生じさせることなく、ワーク２を回転させながら加工することができ、ワーク２に対して複雑な加工を行うことができる。

特に、本形態のビーム加工装置１では、ワーク２を回転させながら、かつ、様々な角度からワーク２にＦＩＢを照射することができるため、ワーク２に曲面加工や球面加工等の複雑な３次元加工を行うことができる。

本形態では、第１の中空部２６に、溶接ベローズ３０を用いている。そのため、第１の中空部２６の内部（すなわち、第２空間２４）の真空度を高くすることができる。その結果、本形態では、適切な加工を行うために高い真空度が必要となるＦＩＢを使用することができる。

また、本形態では、第２の中空部２７は、圧縮コイルバネ３３とゴム製のカバー３６と等から構成されている。そのため、圧縮コイルバネ３３によって、第２の中空部２７の径方向への潰れを防止することができ、第２の中空部２７の内部の真空度を高くすることができる。その結果、本形態では、適切な加工を行うために高い真空度が必要となるＦＩＢを使用することができる。また、第２の中空部２７が、圧縮コイルバネ３３とゴム製のカバー３６と等から構成されているため、第１の中空部２６と比較して、第２の中空部２７の変形量を大きくすることができる。その結果、広範囲にわたって、中空部材２３の下端側を固定部材６の動きに追従させて変形させることができ、ワーク２を広範囲で加工することが可能になる。

（他の実施の形態）
上述した形態では、中空部材２３は、溶接ベローズ３０を利用した第１の中空部２６と、圧縮コイルバネ３３とゴム製のカバー３６とを利用した第２の中空部２７とが接続されて、構成されている。この他にもたとえば、溶接ベローズを利用した２個の中空部が互いに接続されて、中空部材が構成されても良い。また、圧縮コイルバネとゴム製のカバーとを利用した２個の中空部が互いに接続されて、中空部材が構成されても良い。

上述した形態では、中空部材２３は、互いに接続された２個の第１の中空部２６と第２の中空部２７とによって構成されている。この他にもたとえば、３個以上の中空部が互いに接続されて、中空部材が構成されても良い。たとえば、図６に示すように、第１の中空部２６、第２の中空部２７に加え、さらに別の中空部４５が接続されて、中空部材４３が構成されても良い。この場合には、中空部４５は、第２の中空部２７と同様に圧縮コイルバネとゴム製のカバーとを利用したものであっても良いし、第１の中空部２６と同様に溶接ベローズを利用したものであっても良い。また、溶接ベローズを利用した３個の中空部が互いに接続されて、中空部材４３が構成されても良いし、圧縮コイルバネとゴム製のカバーとを利用した３個の中空部が互いに接続されて、中空部材４３が構成されても良い。なお、この場合であっても、中空部材４３の下端には、回転機構部２２が取り付けられている。

また、中空部材は、溶接ベローズを利用したもの、あるいは、圧縮コイルバネとゴム製のカバーとを利用したには限定されない。たとえば、中空部材は、成型ベローズを利用したものであっても良い。また、中空部材の内部の真空度が低いのであれば、補強ワイヤー入りの樹脂製パイプを利用したものであっても良い。すなわち、中空部材の内部が真空状態になっても潰れてしまうことがなく、かつ、固定部材６の動きに追従可能となるように変形する管状部材であれば、中空部材として、本発明のビーム加工装置に用いることができる。

上述した形態では、第２真空チャンバー８と局所真空チャンバー９とが別体で形成され、第２真空チャンバー８の内部に局所チャンバー９が配置されている。この他にもたとえば、第２真空チャンバー８の配置を省略して、局所真空チャンバー９を直接、第１真空チャンバー４に固定しても良い。この場合には、ビーム通過部材２５の内部、第２空間２４、第２の中空部２７の内部および回転機構部２２の内部を真空状態とすることができるポンプを局所真空チャンバー９に接続すれば良い。

上述した形態では、ビーム加工装置１は、ワーク２の加工を行うためのビームとしてＦＩＢを用いているが、ビームは電子ビームであっても良い。また、ビームはレーザビームであっても良い。これらの場合であっても、上述した効果と同様の効果を得ることができる。また、上述した形態では、第１真空チャンバー４内に配置された所定のイオン光学系等によってＦＩＢが生成されているが、ビーム出射源３から出射されるイオンビームがそのままワーク２に向けて出射されても良い。

上述した形態では、本発明の実施の形態として、ビーム加工装置１の構成を説明しているが、ビーム加工装置１と同様の構成を、観察対象物の観察を行うビーム観察装置に適用することができる。すなわち、ビーム出射源３から出射されるＦＩＢを用いて、固定部材６に固定される観察対象物の観察を行っても良い。

このように、ビーム加工装置１と同様の構成が適用されるビーム観察装置では、ビーム加工装置１と同様の効果を得ることができる。すなわち、このビーム観察装置では、観察対象物を第２の中空部２７の内部および回転機構部２２の内部に配置して、観察対象物の周囲を局所的に真空状態とすることができため、従来のような大きな真空チャンバーが不要になり、装置の小型化および装置の製造コスト、ランニングコストの低減が可能になる。また、固定面６ａに当接する中空部材２３の下端が固定面６ａを吸着した状態で、中空部材２３の下端側が移動する固定部材６の動きに追従して変形する。すなわち、第２の中空部２７の内部および回転機構部２２の内部を真空状態に保ったままで、中空部材２３の下端側が移動する固定部材６の動きに追従して変形する。その結果、ＦＩＢの散乱を防止して、観察対象物を適切に観察することが可能になる。さらに、中空部材２３が、第１の中空部２６と第２の中空部２７とから構成されているため、中空部材２３の変形の自由度を高めることができ、広範囲にわたって、中空部材２３の下端側を固定部材６の動きに追従して変形させることができる。その結果、観察対象物を広範囲で観察することが可能になる。

また、傾動する固定部材６の固定面６ａの傾きに追従するように、中空部材２３が変形可能であるため、ＦＩＢを用いて、観察対象物の形状を様々な角度から観察することが可能になる。

なお、中空部材２３の下端には、必ずしも回転機構部２２が取り付けられていなくても良い。

本発明の実施の形態にかかるビーム加工装置の概略構成を説明するための模式図である。 図１に示す局所真空チャンバーを上面側から示す斜視図である。 図１に示す局所真空チャンバーの平面図である。 図３のＥ−Ｅ断面を示す断面図である。 図４に示す中空部材の変形状態を説明するための模式図である。 本発明の他の実施の形態にかかる中空部材の構成を説明するための図である。

符号の説明

１ ビーム加工装置
２ ワーク（加工対象物）
３ ビーム出射源
６ 固定部材
６ａ 固定面
１５ 保持板（保持部材）
１６ 回転板（回転部材）
２３、４３ 中空部材
２５ ビーム通過部材
２５ａ 出射部
２６ 第１の中空部（中空部材の一部）
２７ 第２の中空部（中空部材の一部）
３０ 溶接ベローズ
３３ 圧縮コイルバネ（コイルバネ）
３６ カバー
３７ 開口部
４５ 中空部（中空部材の一部）

Claims (8)

1. 加工対象物の加工を行うためのビームを出射するビーム出射源と、上記加工対象物が固定される固定面を有し所定方向へ移動可能な固定部材と、上記加工対象物に向けて上記ビームを出射する出射部を有し上記ビーム出射源から上記加工対象物に向かう上記ビームが通過するビーム通過部材と、３次元方向に変形可能にかつ中空状に形成され、上記ビーム通過部材が内部に配置される中空部材とを備え、
   上記中空部材は、少なくとも、互いに接続される第１の中空部と第２の中空部とから構成され、
   上記中空部材の一端には開口部が形成され、上記中空部材の一端は上記固定面に当接するとともに、上記中空部材の内部は真空状態とされることを特徴とするビーム加工装置。
2. 前記固定部材は、前記固定面が前記ビームの出射方向に直交する方向に対して傾くように傾動可能に構成され、
   前記中空部材は、前記固定面の傾きに追従するように変形可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載のビーム加工装置。
3. 前記固定面は、平面状に形成されるとともに、前記固定部材は、前記固定面に直交する方向を回転軸の方向として回転可能に構成され、
   前記中空部材は、前記固定面に対向配置され前記固定部材とともに回転可能な回転部材と、上記回転部材を相対回転可能に保持する保持部材とを前記一端に備えることを特徴とする請求項１または２記載のビーム加工装置。
4. 前記中空部材は、溶接ベローズを備えることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載のビーム加工装置。
5. 前記中空部材は、内周側に前記ビーム通過部材が配置されるコイルバネと、上記コイルバネの外周面を覆うゴム製のカバーとを備えることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載のビーム加工装置。
6. 前記出射部から出射されるビームは、集束イオンビームであることを特徴とする請求項１から５いずれかに記載のビーム加工装置。
7. 観察対象物の観察を行うためのビームを出射するビーム出射源と、上記観察対象物が固定される固定面を有し所定方向へ移動可能な固定部材と、上記観察対象物に向けて上記ビームを出射する出射部を有し上記ビーム出射源から上記観察対象物に向かう上記ビームが通過するビーム通過部材と、３次元方向に変形可能にかつ中空状に形成され、上記ビーム通過部材が内部に配置される中空部材とを備え、
   上記中空部材は、少なくとも、互いに接続される第１の中空部と第２の中空部とから構成され、
   上記中空部材の一端には開口部が形成され、上記中空部材の一端は上記固定面に当接するとともに、上記中空部材の内部は真空状態とされることを特徴とするビーム観察装置。
8. 前記固定部材は、前記固定面が前記ビームの出射方向に直交する方向に対して傾くように傾動可能に構成され、
   前記中空部材は、前記固定面の傾きに追従するように変形可能に構成されていることを特徴とする請求項７記載のビーム観察装置。

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