JP2016189326A - Test device and electron microscope including the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a test device capable of securely heating a deformed portion of a sample at a set temperature to observe and analyze and an electron microscope including the same.SOLUTION: A test device 10 comprises: a sample room 1 having a widow 11 through which a laser beam A can transmit; a heating mechanism 2 for heating a sample 200 by irradiating a surface 200a of the sample 200 disposed inside the sample room 1 with the laser beam A through the window 11 from outside of the sample room 1; and a processing mechanism 3 disposed inside the sample room 1, for processing the sample 200. The heating mechanism 2 includes: a laser oscillator 21 for oscillating the laser beam A; and a condensing and scanning part 22 for condensing the laser beam A, capable of scanning on a surface of the sample 200.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は試験装置およびそれを備えた電子顕微鏡に係り、特に、試料を所定温度に加熱した状態で変形加工するのに適した試験装置およびそれを備えた電子顕微鏡に関する。   The present invention relates to a test apparatus and an electron microscope including the same, and more particularly to a test apparatus suitable for deforming a sample while being heated to a predetermined temperature, and an electron microscope including the test apparatus.

鉄鋼材料を含む金属、セラミックス、半導体等の無機材料または有機材料等の材料全般の開発において、加工熱処理過程におけるそれら材料中のミクロ組織の挙動を微視的に観察することは非常に重要である。鋼の製造工程では加工熱処理を行うことによって結晶組織を制御し、鋼の性能発現のための適切な組織形態を得ている。そのため、鋼中の結晶組織をさらに最適化し、高性能な鋼材料を得るためには、その加工熱処理の温度域である500〜1200℃の中高温域での鋼結晶組織の回復・再結晶挙動を把握することが必要となる。   In the development of general materials such as metals, ceramics, semiconductors, and other inorganic materials or organic materials, it is very important to microscopically observe the behavior of the microstructure in these materials during the thermomechanical process. . In the manufacturing process of steel, the crystal structure is controlled by performing a heat treatment to obtain an appropriate structure form for expressing the performance of the steel. Therefore, in order to further optimize the crystal structure in the steel and obtain a high-performance steel material, the recovery and recrystallization behavior of the steel crystal structure in the medium to high temperature range of 500 to 1200 ° C., which is the temperature range of the thermomechanical processing. It is necessary to grasp.

これまで、走査型電子顕微鏡などの微視的観察が可能な装置の中で観察試料の加工・加熱が可能な機構を備えた装置の開発が行われてきた。   Up to now, an apparatus having a mechanism capable of processing and heating an observation sample in an apparatus capable of microscopic observation such as a scanning electron microscope has been developed.

例えば、特許文献1には、試料の両端部を保持する一対の保持部と、各保持部を互いに離反する方向に駆動して試料に引張力を付与する駆動機構とを備え、試料の変形領域に位置する非接触式のメインヒーターと、非変形領域に位置する接触式サブヒーターとを備えた試料用ステージが開示されている。   For example, Patent Document 1 includes a pair of holding portions that hold both end portions of a sample, and a drive mechanism that drives the holding portions in directions away from each other to apply a tensile force to the sample, and includes a deformation region of the sample. There is disclosed a sample stage including a non-contact type main heater located in a non-deformation region and a contact type sub-heater located in a non-deformation region.

また、非特許文献1では、走査電子顕微鏡の試料室内の金属試料に半導体赤外レーザーを照射して、1000℃まで加熱し、EBSD(Electron Back Scattering Diffraction)による結晶変態のその場観察を行う技術について報告されている。   In Non-Patent Document 1, a technique in which a metal sample in a sample chamber of a scanning electron microscope is irradiated with a semiconductor infrared laser, heated to 1000 ° C., and in situ observation of crystal transformation by EBSD (Electron Back Scattering Diffraction) is performed. Have been reported.

特開2009−032598号公報JP 2009-032598 A

DM.Kirch, A.Ziemons, I.Lischewski, D.A.Molodov and G.Gottstein, A Novel Laser Powered Heating Stage for In-Situ Investigation in a SEM, Material Science Forum, 558-559, 2007, pp909-914.DM.Kirch, A.Ziemons, I.Lischewski, D.A.Molodov and G.Gottstein, A Novel Laser Powered Heating Stage for In-Situ Investigation in a SEM, Material Science Forum, 558-559, 2007, pp909-914.

特許文献1に開示された試料ステージでは、非接触式のメインヒーターを変形部直下に設置し、接触式のヒーターを試料の変形が実質的に生じない試料部分に設置することで、試料を効率的に加熱することを提案している。しかし、複数の熱源を適切に制御しながら試料変形部の温度を一定に保つためには温度制御が非常に煩雑となり、変形部を所定の温度に正確に保つことは難しい。   In the sample stage disclosed in Patent Document 1, the non-contact type main heater is installed immediately below the deformed portion, and the contact type heater is installed in the sample portion where the sample does not substantially deform, thereby improving the efficiency of the sample. It is proposed to heat up automatically. However, in order to keep the temperature of the sample deformation part constant while appropriately controlling a plurality of heat sources, the temperature control becomes very complicated, and it is difficult to accurately maintain the deformation part at a predetermined temperature.

また、非接触のヒーターによる加熱では、ヒーターを大容量化しても輻射による試料加熱効率には限界があり、特に本発明が目的とする1200℃までの加熱は困難であった。さらに、特許文献1では、加熱時にヒーターの構成成分が蒸発し、蒸発成分が試料表面を汚染することが無いように、発熱体をアルミナまたは窒化珪素等のセラミックで覆われた物を用いることとしているが、真空容器内ではセラミック成分の蒸発が全くないわけではなく、特に1200℃までの高温に加熱された場合は汚染を考慮する必要がある。   Further, in the heating by a non-contact heater, even if the capacity of the heater is increased, the sample heating efficiency by radiation has a limit, and in particular, the heating up to 1200 ° C. intended by the present invention is difficult. Furthermore, in Patent Document 1, the heating element is covered with a ceramic such as alumina or silicon nitride so that the components of the heater are not evaporated during heating and the evaporated component does not contaminate the sample surface. However, the ceramic components are not completely evaporated in the vacuum vessel, and contamination must be taken into consideration especially when heated to a high temperature up to 1200 ° C.

非特許文献1では、レーザーによって試料を1000℃まで加熱する方法が開示されている。しかし、高輝度のレーザーによる加熱は局所的であり、静的な観察では問題は無いものの、試料を引張加工することによって観察部位が移動したり拡がったりすることがある場合には、加工後の観察部位全体を所定の高温に維持することはできない。熱延等の実プロセスにおける挙動を再現して観察するにあたっては、変形する部位全体が所定の温度になければ正しい観察をしたことにはならない。   Non-Patent Document 1 discloses a method of heating a sample to 1000 ° C. with a laser. However, although heating with a high-intensity laser is local and there is no problem in static observation, if the observation site may move or expand due to tensile processing of the sample, The entire observation site cannot be maintained at a predetermined high temperature. In reproducing and observing the behavior in an actual process such as hot rolling, a proper observation cannot be made unless the entire region to be deformed is at a predetermined temperature.

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、試料の変形箇所を確実に設定温度に加熱し、観察・分析できる試験装置およびそれを備えた電子顕微鏡を提供することを目的とし、特に、観察試料である金属、セラミックス、半導体等の無機材料を500〜1200℃に加熱した状態で、試料に応力を加えることが可能な試験装置およびそれを備えた電子顕微鏡を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a test apparatus capable of reliably heating a deformed portion of a sample to a set temperature and observing / analyzing it, and an electron microscope equipped with the test apparatus. In particular, the present invention provides a test apparatus capable of applying stress to a sample in a state where an inorganic material such as a metal, ceramics, or semiconductor, which is an observation sample, is heated to 500 to 1200 ° C., and an electron microscope equipped with the test apparatus. Objective.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記の試験装置およびそれを備えた電子顕微鏡を要旨とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and provides a gist of the following test apparatus and an electron microscope including the same.

(1)レーザー光が通過可能な窓を有する試料室と、
前記試料室の外部から前記窓を通して、レーザー光を前記試料室の内部に配置された試料の表面に照射して前記試料を加熱する加熱機構と、
前記試料室の内部に配置され、前記試料に加工を施す加工機構と、を備え、
前記加熱機構は、前記レーザー光を発振するレーザー発振器、および前記レーザー光を集光するとともに、前記試料の表面上において走査可能な集光走査部を有する、試験装置。
(1) a sample chamber having a window through which laser light can pass;
A heating mechanism that heats the sample by irradiating the surface of the sample disposed inside the sample chamber through the window from the outside of the sample chamber;
A processing mechanism disposed inside the sample chamber and processing the sample,
The heating mechanism includes a laser oscillator that oscillates the laser light, and a condensing scanning unit that condenses the laser light and can scan the surface of the sample.

(2)前記集光走査部は、前記試料室の外部に配置されるガルバノスキャナーおよび前記試料室の内部に配置されるレンズを含み、
前記レーザー光は、前記レーザー発振器から前記ガルバノスキャナーおよび前記レンズを順に介して、前記試料表面上において走査される、上記(1)に記載の試験装置。
(2) The condensing scanning unit includes a galvano scanner arranged outside the sample chamber and a lens arranged inside the sample chamber,
The test apparatus according to (1), wherein the laser beam is scanned on the sample surface from the laser oscillator through the galvano scanner and the lens in order.

(3)前記レンズはfθレンズである、上記(2)に記載の試験装置。   (3) The test apparatus according to (2), wherein the lens is an fθ lens.

(4)前記集光走査部は、前記試料室の内部であって、前記レーザー光の経路上において、前記ガルバノスキャナーと前記レンズとの間に配置されるミラーをさらに含む、上記(2)または(3)に記載の試験装置。   (4) The condensing scanning unit further includes a mirror disposed inside the sample chamber and between the galvano scanner and the lens on the path of the laser light. The test apparatus according to (3).

(5)前記加熱機構は、前記試料室の内部に配置され、前記レーザー光が照射される領域を制限する照射領域制限手段をさらに有する、上記(1)から(4)までのいずれかに記載の試験装置。   (5) The heating mechanism according to any one of (1) to (4), further including an irradiation area limiting unit that is disposed inside the sample chamber and limits an area irradiated with the laser beam. Testing equipment.

(6)前記加工機構は、前記試料の一端を保持する第1保持部および前記試料の他端を保持する第2保持部を有し、前記第1保持部を移動させずに前記第2保持部を所定方向に移動させることで、前記試料に加工を施す、上記(1)から(5)までのいずれかに記載の試験装置。   (6) The processing mechanism includes a first holding unit that holds one end of the sample and a second holding unit that holds the other end of the sample, and the second holding unit without moving the first holding unit. The test apparatus according to any one of (1) to (5), wherein the sample is processed by moving a portion in a predetermined direction.

(7)前記加工機構は、
動力を発生する駆動装置と、
前記所定方向に延び、かつ前記駆動装置が発生する動力を前記所定方向の力として前記第2保持部に伝達する伝達部材とをさらに備え、
前記試料は、前記第1保持部に固定される第1固定部と、前記第2保持部に固定される第2固定部と、前記所定方向に延びて前記第1固定部と前記第2固定部とを接続しかつ前記レーザー光が照射される照射領域を含む平板状の接続部とを有し、
前記伝達部材および前記接続部を前記平板状の接続部の表面に垂直な方向から見た場合に、前記伝達部材の中心軸を通りかつ前記所定方向に延びる直線が、前記接続部の中心軸と一致する、上記(6)に記載の試験装置。
(7) The processing mechanism is:
A driving device for generating power;
A transmission member extending in the predetermined direction and transmitting power generated by the driving device to the second holding portion as a force in the predetermined direction;
The sample includes a first fixing unit fixed to the first holding unit, a second fixing unit fixed to the second holding unit, and the first fixing unit and the second fixing extending in the predetermined direction. A plate-like connecting portion including an irradiation region that is connected to the portion and irradiated with the laser beam,
When the transmission member and the connection portion are viewed from a direction perpendicular to the surface of the flat plate-like connection portion, a straight line that passes through the central axis of the transmission member and extends in the predetermined direction is the central axis of the connection portion. The test apparatus according to (6), which matches.

(8)前記加工機構は、
前記第1保持部および前記伝達部材を支持する本体部をさらに備え、
前記第1保持部は前記本体部に固定され、
前記伝達部材は、雄ねじを有する回転部材であり、前記所定方向の移動が規制された状態で回転可能に前記本体部に支持され、
前記第2保持部は、前記雄ねじが回転自在に螺合された雌ねじを有し、
前記本体部は、前記所定方向に延び、前記第2保持部の前記所定方向への移動が可能な状態で、前記所定方向とは傾斜する方向への移動を規制するガイド部を少なくとも1つ有し、
前記駆動装置は、前記回転部材を回転駆動し、
前記駆動装置が前記回転部材を回転させることによって、前記第2保持部が前記所定方向に移動する、上記(7)に記載の試験装置。
(8) The processing mechanism is:
A main body that supports the first holding part and the transmission member;
The first holding part is fixed to the main body part,
The transmission member is a rotating member having a male screw, and is supported by the main body so as to be rotatable in a state in which movement in the predetermined direction is restricted,
The second holding part has a female screw in which the male screw is rotatably engaged,
The main body has at least one guide portion that extends in the predetermined direction and regulates movement of the second holding portion in a direction inclined with respect to the predetermined direction in a state where the second holding portion is movable in the predetermined direction. And
The driving device rotationally drives the rotating member;
The test apparatus according to (7), wherein the second holding unit moves in the predetermined direction when the driving device rotates the rotating member.

(9)前記本体部は、前記ガイド部を2つ有し、
前記2つのガイド部は、前記平板状の接続部の表面に垂直な方向と平行でかつ前記伝達部材の前記中心軸を通る面を対称面として面対称となるように配置される、上記(8)に記載の試験装置。
(9) The main body has two guide parts,
The two guide portions are arranged so as to be plane symmetric with respect to a plane parallel to a direction perpendicular to the surface of the flat connecting portion and passing through the central axis of the transmission member. ) Test apparatus.

(10)前記加工機構は、前記試料の変位量に関する情報を検知するセンサーを有し、
前記集光走査部は、前記変位量に応じて、前記レーザー光の走査範囲を調整する、上記(1)から(9)までのいずれかに記載の試験装置。
(10) The processing mechanism includes a sensor that detects information regarding a displacement amount of the sample,
The said condensing scanning part is a test apparatus in any one of said (1) to (9) which adjusts the scanning range of the said laser beam according to the said displacement amount.

(11)前記センサーは、前記試料に加えられる荷重を測定する荷重測定部および前記試料の変位量を測定する変位測定部を含む、上記(10)に記載の試験装置。   (11) The test apparatus according to (10), wherein the sensor includes a load measuring unit that measures a load applied to the sample and a displacement measuring unit that measures a displacement amount of the sample.

(12)上記(1)から(11)までのいずれかに記載の試験装置を備え、前記試料の裏面に電子線を照射する、電子顕微鏡。   (12) An electron microscope comprising the test apparatus according to any one of (1) to (11) above, and irradiating an electron beam on the back surface of the sample.

本発明の試験装置によれば、金属、セラミックス、半導体等の無機材料の試料表面に対して集光したレーザー光を照射することによって所定の温度まで加熱し、その状態で応力を加えることが可能となる。また、レーザー光を試料の表面上の任意の領域において走査することができる。そのため、加工によって観察部位が変位しても確実に観察部位を所定温度に保持することが可能となる。また、ヒーターを用いないため、ヒーターに由来する蒸発元素による試料および試料室内の汚染を回避できる。   According to the test apparatus of the present invention, it is possible to heat a sample surface of an inorganic material such as metal, ceramics, or semiconductor to a predetermined temperature by irradiating the focused laser beam, and to apply stress in that state. It becomes. Further, laser light can be scanned in an arbitrary region on the surface of the sample. For this reason, even if the observation site is displaced by processing, the observation site can be reliably held at a predetermined temperature. In addition, since no heater is used, contamination of the sample and the sample chamber due to the evaporation element derived from the heater can be avoided.

本発明の一実施形態および他の実施形態に係る試験装置を備えた走査電子顕微鏡の一例を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically an example of the scanning electron microscope provided with the test apparatus which concerns on one Embodiment and other embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る試験装置を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the testing apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る加工機構をレーザー光の照射方向から見た模式図である。It is the schematic diagram which looked at the processing mechanism which concerns on one Embodiment of this invention from the irradiation direction of the laser beam. 本発明の一実施形態に係る加工機構と加熱機構が有する照射領域制限手段とをレーザー光の照射方向から見た模式図である。It is the schematic diagram which looked at the processing mechanism which concerns on one Embodiment of this invention, and the irradiation area limiting means which a heating mechanism has from the irradiation direction of the laser beam. 本発明の他の実施形態に係る加工機構をレーザー光の照射方向から見た模式図である。It is the schematic diagram which looked at the processing mechanism which concerns on other embodiment of this invention from the irradiation direction of the laser beam. 本発明の他の実施形態に係る加工機構をレーザー光の照射方向から見た模式図である。It is the schematic diagram which looked at the processing mechanism which concerns on other embodiment of this invention from the irradiation direction of the laser beam. 本発明の他の実施形態に係る加工機構をレーザー光の照射方向から見た模式図である。It is the schematic diagram which looked at the processing mechanism which concerns on other embodiment of this invention from the irradiation direction of the laser beam. 本発明の他の実施形態に係る加工機構をレーザー光の照射方向から見た模式図である。It is the schematic diagram which looked at the processing mechanism which concerns on other embodiment of this invention from the irradiation direction of the laser beam. 本発明の他の実施形態に係る加工機構をレーザー光の照射方向から見た模式図である。It is the schematic diagram which looked at the processing mechanism which concerns on other embodiment of this invention from the irradiation direction of the laser beam. 図9におけるa−a線断面図である。It is the sectional view on the aa line in FIG.

本発明の実施形態の一例を説明する。以下の説明では、鉄鋼材料を試料として用い、加熱した状態で引張加工を施し、走査電子顕微鏡(SEM)によって結晶組織の観察を行う場合を例とする。   An example of an embodiment of the present invention will be described. In the following description, an example is given in which a steel material is used as a sample, tensile processing is performed in a heated state, and the crystal structure is observed with a scanning electron microscope (SEM).

図1は、試験装置10とSEM本体部100とを備えたSEM1000の一例を模式的に示した図である。本発明の一実施形態に係る試験装置10は、レーザー光Aが通過可能な窓11を有する試料室1と、試料室1の外部から窓11を通して、レーザー光Aを試料200の表面200aに照射して加熱する加熱機構2と、試料200に加工を施す加工機構3と、コンピュータ等の制御装置500を備える。加熱機構2によって試料200を加熱しながら、加工機構3によって試料200に変形加工を施した状態で、SEM本体部100によって、試料200の裏面200bに電子線束Bを照射して、試料200から放出される二次電子等を検出することで、変形部分の顕微鏡観察を行う。   FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of an SEM 1000 including a test apparatus 10 and an SEM main body 100. The test apparatus 10 according to an embodiment of the present invention irradiates the surface 200 a of the sample 200 with the laser beam A through the window 11 from the outside of the sample chamber 1 and the sample chamber 1 through which the laser beam A can pass. And a heating mechanism 2 for heating, a processing mechanism 3 for processing the sample 200, and a control device 500 such as a computer. While the sample 200 is heated by the heating mechanism 2 and the sample 200 is deformed by the processing mechanism 3, the back surface 200 b of the sample 200 is irradiated with the electron beam bundle B by the SEM main body 100 and emitted from the sample 200. By detecting secondary electrons and the like, the deformed portion is observed with a microscope.

SEM本体部100の構成については特に制限はなく、一般的な構成のものを用いればよい。図1に示すように、例えば、電子源より電子を引き出し、加速しながら電子線束Bを放出する電子銃110と、加速された電子線束Bを集束するコンデンサレンズ120と、集束された電子線束Bを試料200上の微小領域に収束させる対物レンズ130と、それを含むポールピース140と、電子線束Bを試料200上で走査するための偏向コイル150とを含む構成とすることができる。また、試料200から放出される二次電子は、二次電子検出器160で検出する。   There is no restriction | limiting in particular about the structure of the SEM main-body part 100, What is necessary is just to use the thing of a general structure. As shown in FIG. 1, for example, an electron gun 110 that extracts electrons from an electron source and emits an electron beam B while accelerating, a condenser lens 120 that focuses the accelerated electron beam B, and a focused electron beam B Can be configured to include an objective lens 130 for converging the light beam to a minute region on the sample 200, a pole piece 140 including the objective lens 130, and a deflection coil 150 for scanning the electron beam bundle B on the sample 200. Further, secondary electrons emitted from the sample 200 are detected by the secondary electron detector 160.

本発明の一実施形態および他の実施形態に係る試験装置の各構成について、以下に詳しく説明する。   Each configuration of the test apparatus according to one embodiment and other embodiments of the present invention will be described in detail below.

1.試料室
試験装置10は試料室1を備える。試料室1は、内部を真空状態にする機能を有するものであることが望ましい。SEM1000を用いて試料200の分析を行う場合には、図1に構成を示すように、SEM1000が有する真空試料室をそのまま試料室1として利用することができる。また、試料室1はレーザー光Aが通過可能な窓11を有する。窓11の材質については特に制限はないが、例えば石英ガラスまたはサファイアガラス等を用いることができる。
1. Sample Chamber The test apparatus 10 includes a sample chamber 1. It is desirable that the sample chamber 1 has a function of making the inside vacuum. When the sample 200 is analyzed using the SEM 1000, the vacuum sample chamber of the SEM 1000 can be used as the sample chamber 1 as it is, as shown in FIG. The sample chamber 1 has a window 11 through which the laser beam A can pass. Although there is no restriction | limiting in particular about the material of the window 11, For example, quartz glass or sapphire glass etc. can be used.

2.加熱機構
試験装置10は、加熱機構2を備える。図1および2に示すように、加熱機構2は、レーザー光Aを発振するレーザー発振器21、およびレーザー光Aを集光するとともに、試料200の表面上において走査可能な集光走査部22を有する。
2. Heating Mechanism The test apparatus 10 includes a heating mechanism 2. As shown in FIGS. 1 and 2, the heating mechanism 2 has a laser oscillator 21 that oscillates the laser light A, and a condensing scanning unit 22 that condenses the laser light A and can scan on the surface of the sample 200. .

上述のように、試料の加熱にヒーターを用いた場合、ヒーターに由来する蒸発元素によって、試料および試料室内が汚染するおそれがある。しかしながら、本発明の一実施形態および他の実施形態では、レーザー光によって試料を加熱するため、ヒーター等の加熱源に由来する蒸発元素によって、試料および試料室内の汚染が生じることがない。レーザー発振器21の種類について特に制限はないが、例えば、半導体レーザー発振器またはYAGレーザー発振器が挙げられる。定常的な加熱を目的としているため、パルス発振ではなく連続発振式であるのが望ましい。   As described above, when a heater is used for heating the sample, there is a possibility that the sample and the sample chamber may be contaminated by the evaporating element derived from the heater. However, in one embodiment and other embodiments of the present invention, the sample is heated by the laser beam, so that the evaporation element derived from a heating source such as a heater does not cause contamination in the sample and the sample chamber. Although there is no restriction | limiting in particular about the kind of laser oscillator 21, For example, a semiconductor laser oscillator or a YAG laser oscillator is mentioned. Since it aims at steady heating, it is desirable to use a continuous oscillation type rather than a pulse oscillation.

また、図3には試料200をレーザー光Aの照射方向(以下、「A方向」ともいう。)から見た図を示している。集光走査部22によって、レーザー光Aを集光するとともに試料表面上の照射領域240内をレーザー光Aで走査する。集光走査部22によるレーザー光Aの走査をコンピュータ等の制御装置500で制御して、加熱対象部位全体を均等にレーザー光Aで走査することにより加熱対象部位を万遍なく加熱できる。集光走査部22としては例えば、ガルバノスキャナー22aおよびレンズ22bを含む構成とすることができる。このような構成にすることによって、レーザー光Aを、レーザー発振器21からガルバノスキャナー22aおよびレンズ22bを順に介して、試料表面上において走査することが可能である。   Further, FIG. 3 shows a view of the sample 200 as viewed from the irradiation direction of the laser light A (hereinafter also referred to as “A direction”). The condensing scanning unit 22 condenses the laser light A and scans the irradiation area 240 on the sample surface with the laser light A. The scanning of the laser beam A by the condensing scanning unit 22 is controlled by a control device 500 such as a computer, and the entire region to be heated is scanned with the laser beam A evenly, so that the region to be heated can be uniformly heated. For example, the condensing scanning unit 22 may include a galvano scanner 22a and a lens 22b. With this configuration, it is possible to scan the laser light A on the sample surface from the laser oscillator 21 through the galvano scanner 22a and the lens 22b in this order.

レーザー発振器21およびガルバノスキャナー22aは、試料室1の外部に配置され、レンズ22bは、試料室1の内部に配置されている。レーザー発振器21およびガルバノスキャナー22aは、制御装置500に接続されている。   The laser oscillator 21 and the galvano scanner 22 a are arranged outside the sample chamber 1, and the lens 22 b is arranged inside the sample chamber 1. The laser oscillator 21 and the galvano scanner 22 a are connected to the control device 500.

ガルバノスキャナー22aは、図1および2に示すように、内部に可動式のガルバノミラー22a,22aを有し、それらを駆動することでレーザー光Aの照射位置を変化させる機構を有するものである。ガルバノスキャナー22aは試料室1の外部に配置しているため、集光走査部22がガルバノスキャナー22aを含む場合において、ガルバノミラー22a,22aを駆動させても、それによって発生する振動によって試料200または試料室1が揺れることを防止することでき、高精度なSEM観察を行うことが可能となる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the galvano scanner 22a has movable galvanometer mirrors 22a 1 and 22a 2 inside, and has a mechanism for changing the irradiation position of the laser beam A by driving them. is there. Since the galvano scanner 22a is arranged outside the sample chamber 1, even when the galvanometer mirrors 22a 1 and 22a 2 are driven when the condensing scanning unit 22 includes the galvano scanner 22a, the sample is generated by the vibration generated thereby. 200 or the sample chamber 1 can be prevented from shaking, and high-precision SEM observation can be performed.

また、レンズ22bとしては、fθレンズを用いることが好ましい。レーザー光Aをガルバノスキャナー22aおよびfθレンズを順に介して試料表面に照射する構成であれば、ガルバノスキャナー22aが有するガルバノミラー22aおよびガルバノミラー22aの角度を等角回転させると、fθレンズによってレーザー光を試料表面上において等速走査することが可能となる。fθレンズによってレーザー光Aを集光して、レーザースポット径を、例えば0.5〜2mmにする。 Further, it is preferable to use an fθ lens as the lens 22b. If configured to irradiate the laser beam A to the sample surface via the galvano scanner 22a and fθ lens in order, the angle of the galvanomirror 22a 1 and galvanomirror 22a 2 having galvano scanner 22a when the conformally rotated by fθ lens Laser light can be scanned at a constant speed on the sample surface. The laser beam A is condensed by the fθ lens, and the laser spot diameter is set to 0.5 to 2 mm, for example.

図2に示すように、集光走査部22は、試料室1の内部であって、レーザー光Aの経路上において、ガルバノスキャナー22aとレンズ22bとの間に配置されるミラー22cをさらに含んでいてもよい。このような構成とすることで試料室内において光路を自由に曲げることができるため、省スペース化が可能となる。   As shown in FIG. 2, the condensing scanning unit 22 further includes a mirror 22 c disposed between the galvano scanner 22 a and the lens 22 b on the path of the laser light A inside the sample chamber 1. May be. With such a configuration, the optical path can be freely bent in the sample chamber, so that space can be saved.

また、図2および4に示すように、加熱機構2は、試料室1の内部に配置される照射領域制限手段23をさらに有していてもよい。照射領域制限手段23としては、例えば、図4に示すようなスリット23aを有し、レーザー光を通過させない材質からなる板状を呈するものを用いることができる。レーザー光Aが照射される領域はスリット23aの部分のみに制限されることとなるため、SEM本体部など試料室内の他の部位に誤ってレーザー光Aが照射されることを確実に防止することが可能となる。なお、照射領域制限手段23は試料200の変形および加熱を妨害しないよう、試料200と非接触な状態で配置するのがよい。   As shown in FIGS. 2 and 4, the heating mechanism 2 may further include an irradiation region limiting unit 23 disposed inside the sample chamber 1. As the irradiation region limiting means 23, for example, a plate having a slit 23a as shown in FIG. 4 and having a plate shape made of a material that does not allow laser light to pass therethrough can be used. Since the region irradiated with the laser beam A is limited to only the slit 23a, it is possible to reliably prevent the laser beam A from being accidentally irradiated to other parts of the sample chamber such as the SEM main body. Is possible. The irradiation area limiting means 23 is preferably arranged in a non-contact state with the sample 200 so as not to disturb the deformation and heating of the sample 200.

試料200を加熱した状態で変形加工を施し、SEM観察を行うに際しては、観察部位が移動しても確実に観察部位を所定温度に保持することが好ましい。試料温度の計測は試料200に組みつけられた熱電対を用いて行ってもよいし、パイロメーター等の非接触式温度計を用いて行ってもよい。また、試料温度の制御はマニュアル制御またはPID制御で行うことが可能である。マニュアル制御の場合、温度計の指示温度を見ながらレーザー光の強度を手動で調整する。PID制御の場合は、制御コンピュータを用いて、温度計測とレーザー強度の調整とを自動的に行う。   When performing deformation processing while the sample 200 is heated and performing SEM observation, it is preferable that the observation site is reliably maintained at a predetermined temperature even if the observation site moves. The sample temperature may be measured using a thermocouple assembled to the sample 200 or a non-contact thermometer such as a pyrometer. The sample temperature can be controlled by manual control or PID control. In the case of manual control, the laser light intensity is manually adjusted while looking at the temperature indicated by the thermometer. In the case of PID control, temperature measurement and laser intensity adjustment are automatically performed using a control computer.

3.加工機構
試験装置10は、試料室1の内部に配置される加工機構3を備える。加工機構3の構成については、試料200に変形加工を施すことが可能なものであれば特に制限は設けないが、例えば図3に示すように、試料200に対して所定方向(図3におけるX方向)への引張加工を施す構成とすることができる。
3. Processing Mechanism The test apparatus 10 includes a processing mechanism 3 disposed inside the sample chamber 1. The configuration of the processing mechanism 3 is not particularly limited as long as the sample 200 can be deformed. For example, as shown in FIG. 3, the sample mechanism 200 has a predetermined direction (X in FIG. 3). Direction)).

図3に示す構成においては、加工機構3は、試料200の一端を保持する第1保持部31および試料200の他端を保持する第2保持部32を有する。例えば、第1保持部31および第2保持部32は金属製のブロックであり、試料200の両端部を嵌め込むための凹部31a,32aを設けるとともに、試料200の両端部を固定するための固定ピン31b,32bを備える構成とすることができる。   In the configuration shown in FIG. 3, the processing mechanism 3 includes a first holding unit 31 that holds one end of the sample 200 and a second holding unit 32 that holds the other end of the sample 200. For example, the first holding part 31 and the second holding part 32 are metal blocks, provided with recesses 31 a and 32 a for fitting both ends of the sample 200, and fixing for fixing both ends of the sample 200. It can be set as the structure provided with the pins 31b and 32b.

試料200は、第1保持部31に固定される第1固定部210と、第2保持部32に固定される第2固定部220とを有する。また、試料200は、X方向に延びて第1固定部210と第2固定部220とを接続しかつレーザー光Aが照射される照射領域240を含む接続部230を有する。図3に示す構成においては、第1固定部210および第2固定部220の断面積が接続部230より大きくなるようなダンベル型の形状を呈する。   The sample 200 includes a first fixing unit 210 that is fixed to the first holding unit 31 and a second fixing unit 220 that is fixed to the second holding unit 32. In addition, the sample 200 includes a connection portion 230 that extends in the X direction, connects the first fixing portion 210 and the second fixing portion 220, and includes an irradiation region 240 irradiated with the laser light A. In the configuration shown in FIG. 3, a dumbbell shape is formed such that the cross-sectional areas of the first fixing portion 210 and the second fixing portion 220 are larger than those of the connection portion 230.

試料200に対して引張加工を施すに際しては、第1保持部31および第2保持部32を互いに逆方向に駆動する形式でもよいが、本発明の一実施形態では、第1保持部31を固定して移動させず、第2保持部32をX方向に移動させることで、試料200に加工を施す形式とすることが望ましい。このようにすることにより、引張加工時の変形部の移動方向が制限されるので、観察視野の追随、確保が容易となる。   When performing a tensile process on the sample 200, the first holding unit 31 and the second holding unit 32 may be driven in opposite directions, but in the embodiment of the present invention, the first holding unit 31 is fixed. Therefore, it is desirable that the sample 200 be processed by moving the second holding part 32 in the X direction without moving it. By doing in this way, since the moving direction of the deformation | transformation part at the time of a tension process is restrict | limited, it becomes easy to follow and ensure an observation visual field.

本発明の一実施形態に係る加工機構3は、図5に示すように、動力を発生する駆動装置33と、該動力を第2保持部32に伝達する伝達部材34とをさらに備えていてもよい。駆動装置33としては、モーターまたは圧電素子のようなアクチュエーターを用いることができる。また、伝達部材34は、X方向に延び、かつ駆動装置33が発生する動力をX方向の力として第2保持部32に伝達する。そして、第2保持部32をX方向に移動させることで、試料200に加工を施す。駆動装置33は、制御装置500に接続されており、制御装置500により制御される。   As shown in FIG. 5, the machining mechanism 3 according to an embodiment of the present invention may further include a drive device 33 that generates power and a transmission member 34 that transmits the power to the second holding portion 32. Good. As the driving device 33, an actuator such as a motor or a piezoelectric element can be used. The transmission member 34 extends in the X direction and transmits the power generated by the drive device 33 to the second holding unit 32 as a force in the X direction. Then, the sample 200 is processed by moving the second holding unit 32 in the X direction. The drive device 33 is connected to the control device 500 and is controlled by the control device 500.

上記の構成において、例えば、図6に示すように、伝達部材34および試料200が有する接続部230をA方向から見た場合に、伝達部材34の中心軸を通りかつX方向に延びる直線Xが、接続部230から大きくずれると、試料200にはA方向およびX方向と垂直な方向(図6におけるY方向)の成分の曲げモーメントが発生することとなる。それに伴い、観察視野がY方向へとずれてしまい、観察が困難になるという問題が生じる。 In the above configuration, for example, as shown in FIG. 6, when the connection member 230 included in the transmission member 34 and the sample 200 is viewed from the A direction, a straight line X 1 that passes through the central axis of the transmission member 34 and extends in the X direction. However, if it is greatly displaced from the connecting portion 230, a bending moment of a component in the direction perpendicular to the A direction and the X direction (Y direction in FIG. 6) is generated in the sample 200. Along with that, the observation visual field shifts in the Y direction, which causes a problem that observation becomes difficult.

そのため、伝達部材34および試料200が有する接続部230をA方向から見た場合に、伝達部材34の中心軸を通りかつX方向に延びる直線Xが、接続部230の中心軸と一致する構成とすることが好ましい。上記の構成にすることによって、加工に伴う観察視野がY方向へずれるのを防止できるだけでなく、第2保持部32のX方向への移動がスムーズになる。なお、伝達部材34の中心軸とは、伝達部材34が動力を伝達する方向に延びる軸線のことを指す。試料200の接続部230が平板状の場合、A方向は、平板状の接続部230の表面に垂直な方向となる。 Configuration Therefore, the connection portion 230 of the transmission member 34 and the sample 200 have when viewed from the direction A, a straight line X 1 extending through and X-direction central axis of the transmission member 34, which coincides with the central axis of the connection portion 230 It is preferable that With the above configuration, not only can the observation visual field accompanying processing be prevented from shifting in the Y direction, but also the movement of the second holding portion 32 in the X direction becomes smooth. The central axis of the transmission member 34 refers to an axis extending in the direction in which the transmission member 34 transmits power. When the connection part 230 of the sample 200 is flat, the A direction is a direction perpendicular to the surface of the flat connection part 230.

本発明の他の一実施形態に係る加工機構3は、図7〜9に示すように、第1保持部31aおよび伝達部材34を支持する本体部35をさらに備えていてもよい。第1保持部31は本体部35に固定されており、図7に示すように、一体となっていてもよい。また、伝達部材34は、雄ねじ34aを有する回転部材34’であり、X方向の移動が規制された状態で回転可能に本体部35に支持される。回転部材34’のX方向への移動を規制する機構については特に限定しないが、例えば、図7〜9に示すように、規制子34b,34cを設けることによって、X方向への移動が規制された状態で、回転部材34’が本体部35に回転可能に支持される構成とすることができる。   The processing mechanism 3 according to another embodiment of the present invention may further include a main body portion 35 that supports the first holding portion 31a and the transmission member 34, as shown in FIGS. The first holding part 31 is fixed to the main body part 35 and may be integrated as shown in FIG. The transmission member 34 is a rotation member 34 ′ having a male screw 34 a and is supported by the main body 35 so as to be rotatable in a state where movement in the X direction is restricted. The mechanism that restricts the movement of the rotating member 34 ′ in the X direction is not particularly limited. For example, as shown in FIGS. 7 to 9, the movement in the X direction is restricted by providing restrictors 34 b and 34 c. In this state, the rotation member 34 ′ can be rotatably supported by the main body portion 35.

上記の構成においては、試料200にねじれの力が付与されるのを防ぐため、本体部35はガイド部35aを少なくとも1つ有することが好ましい。ガイド部35aは、X方向に延び、第2保持部32のX方向への移動が可能な状態で、X方向とは傾斜する方向への移動を不能にするよう規制するものである。上記の機構を実現するための態様として、例えば、図7および8に示すように、本体部35がX方向に延びる円柱状のガイド部35aを有しており、第2保持部32が、ガイド部35aが挿通される孔32dを有する構成とすることができる。   In the above configuration, in order to prevent the twisting force from being applied to the sample 200, the main body portion 35 preferably has at least one guide portion 35a. The guide part 35a extends in the X direction and restricts the movement in the direction inclined with respect to the X direction while the second holding part 32 is movable in the X direction. As an aspect for realizing the above mechanism, for example, as shown in FIGS. 7 and 8, the main body portion 35 has a columnar guide portion 35 a extending in the X direction, and the second holding portion 32 is a guide. It can be set as the structure which has the hole 32d by which the part 35a is penetrated.

そして、第2保持部32は、回転部材34’が有する雄ねじ34aが回転自在に螺合された雌ねじ32cを有し、駆動装置33が回転部材34’を回転させることによって、第2保持部32がX方向に移動する。第2保持部32に形成される雌ねじ32cは、図8および9に示すように、貫通孔の内周面に形成されていてもよい。上記の構成であれば、第2保持部32の可動範囲を大きくすることが可能になる。駆動装置33は、回転部材34’を回転駆動することが可能な構成であればよく、例えば図8および9に示すように、モーター33aおよびギアボックス33bを有する構成とすることができる。   And the 2nd holding | maintenance part 32 has the internal thread 32c by which the external thread 34a which rotating member 34 'has was screwed together freely, and the 2nd holding | maintenance part 32 is rotated when the drive device 33 rotates rotating member 34'. Moves in the X direction. As shown in FIGS. 8 and 9, the female screw 32 c formed in the second holding portion 32 may be formed on the inner peripheral surface of the through hole. If it is said structure, it will become possible to enlarge the movable range of the 2nd holding | maintenance part 32. FIG. The drive device 33 only needs to have a configuration capable of rotationally driving the rotation member 34 ′. For example, as illustrated in FIGS. 8 and 9, the drive device 33 may include a motor 33 a and a gear box 33 b.

なお、上記の一実施形態に係る構成であっても、回転部材34’および試料200が有する接続部230をA方向から見た場合に、回転部材34’の中心軸を通りかつX方向に延びる直線Xが、接続部230の中心軸と一致する構成とすることが好ましいことは上述のとおりである。 Even in the configuration according to the above-described embodiment, when the connecting member 230 included in the rotating member 34 ′ and the sample 200 is viewed from the A direction, it passes through the central axis of the rotating member 34 ′ and extends in the X direction. As described above, it is preferable that the straight line X 1 has a configuration that coincides with the central axis of the connecting portion 230.

さらに、本体部35は2つのガイド部35a,35bを有していてもよい。上記の機構を実現するための態様として、例えば、図9に示すように、本体部35がX方向に延びる2つの円柱状のガイド部35a,35bを有しており、第2保持部32が、ガイド部35a,35bが挿通される2つの孔32d,32eを有する構成とすることができる。   Furthermore, the main body part 35 may have two guide parts 35a and 35b. As an aspect for realizing the above mechanism, for example, as shown in FIG. 9, the main body portion 35 has two columnar guide portions 35 a and 35 b extending in the X direction, and the second holding portion 32 is The guide portions 35a and 35b may have two holes 32d and 32e.

2つのガイド部35a,35bは、A方向と平行でかつ伝達部材34の中心軸を通る面を対称面として面対称となるように配置される。図10は、図9におけるa−a線断面図である。図10において、ガイド部35a,35bが挿通される孔32d,32eは、回転部材34’の中心軸を中心として点対称の位置となる32d,32eの位置に形成されることが好ましいが、32d,32eの位置または32d,32eの位置であってもよい。 The two guide portions 35a and 35b are arranged so as to be symmetrical with respect to a plane parallel to the A direction and passing through the central axis of the transmission member 34. 10 is a cross-sectional view taken along line aa in FIG. In FIG. 10, the holes 32d and 32e through which the guide portions 35a and 35b are inserted are preferably formed at positions 32d 1 and 32e 1 that are point-symmetrical about the central axis of the rotating member 34 ′. , 32d 2 , 32e 2 or 32d 3 , 32e 3 .

このように配置されたガイド部35a,35bを有することによって、第2保持部32の可動方向をX方向に制限して加工に伴う観察視野のY方向へのずれをより確実に防止することが可能になる。また、それによって第2保持部32と回転部材34’との間に生じる摩擦を低減することができる。   By having the guide portions 35a and 35b arranged in this way, the movable direction of the second holding portion 32 is limited to the X direction, and the displacement of the observation visual field in the Y direction due to processing can be prevented more reliably. It becomes possible. Further, it is possible to reduce friction generated between the second holding portion 32 and the rotating member 34 '.

また、図9に示しているように、本体部はガイド部35a,35bを覆うように設けた引張ばね35c,35dをさらに有していてもよい。引張ばね35c,35dを有することによって、第2保持部32をX方向へ移動させる際の回転部材34’に掛かる負担を軽減することができる。なお、図9に示す構成では、試料200に引張加工を施すことを想定して、本体部35と第2保持部32との間に引張ばねを設けているが、試料200に圧縮加工を施したい場合には、第1保持部31と第2保持部32との間に引張ばねを設けてもよい。   Moreover, as shown in FIG. 9, the main body may further include tension springs 35c and 35d provided so as to cover the guides 35a and 35b. By having the tension springs 35c and 35d, it is possible to reduce the burden on the rotating member 34 'when the second holding portion 32 is moved in the X direction. In the configuration shown in FIG. 9, a tension spring is provided between the main body portion 35 and the second holding portion 32 on the assumption that the sample 200 is subjected to a tensile process, but the sample 200 is subjected to a compression process. If desired, a tension spring may be provided between the first holding part 31 and the second holding part 32.

加工機構3は、試料200が変形加工によって受けた加工量に関する情報を検知するためのセンサー36を有していてもよい。加工量に関する情報としては、試料200に加えられる荷重および試料200の変位量が挙げられる。センサー36は、例えば、試料200に加えられる荷重を測定する荷重測定部36aおよび試料200の変位量を測定する変位測定部36bを含む構成としてもよい。荷重測定部36aを第1試料保持部31に組み込むことによって、試料に加えられる応力を荷重として記録することができる。   The processing mechanism 3 may include a sensor 36 for detecting information related to the processing amount that the sample 200 has received by deformation processing. Information on the processing amount includes a load applied to the sample 200 and a displacement amount of the sample 200. For example, the sensor 36 may include a load measuring unit 36 a that measures a load applied to the sample 200 and a displacement measuring unit 36 b that measures the amount of displacement of the sample 200. By incorporating the load measuring unit 36a into the first sample holding unit 31, the stress applied to the sample can be recorded as a load.

また、変位測定部36bは第1保持部31および第2保持部32に取り付け、第1保持部31に対して第2保持部32が移動した量を試料200の変位量として測定することができる。測定された変位量は制御装置500に入力される。制御装置500は、測定された変位量に応じて、ガルバノスキャナー22aを制御し、引張加工によって拡げられた観察部位全域にレーザー光Aが照射されるようにレーザー光Aの走査範囲を調整することによって、引張加工によって観察部位が拡張しても確実に観察部位全体を所定温度に保持することが可能となる。   Further, the displacement measuring unit 36 b is attached to the first holding unit 31 and the second holding unit 32, and the amount of movement of the second holding unit 32 relative to the first holding unit 31 can be measured as the amount of displacement of the sample 200. . The measured displacement amount is input to the control device 500. The control device 500 controls the galvano scanner 22a in accordance with the measured displacement amount, and adjusts the scanning range of the laser light A so that the laser light A is irradiated on the entire observation region expanded by the tensile process. Thus, even if the observation site is expanded by tensile processing, the entire observation site can be reliably maintained at a predetermined temperature.

4.試験方法
試験装置10を用いた試験方法の一例について説明する。まず、試料200を準備する。本例では、SUS304のステンレス鋼材を放電加工にて所定の形状に切り出した後、表面を鏡面研磨して試料200を得た。この試料200は図3に示すように、中央部付近に幅が最小となる接続部230を有し、両端に幅が大きくなる第1固定部210および第2固定部220を有する形状である。試料200の接続部230の長さはおよそ30mmである。上記の形状を有する試料を引っ張った場合、試料の中央部付近で塑性変形が生じ、変形領域を実質的に接続部230にのみ限定可能である。
4). Test Method An example of a test method using the test apparatus 10 will be described. First, a sample 200 is prepared. In this example, a stainless steel material of SUS304 was cut into a predetermined shape by electric discharge machining, and then the sample was obtained by mirror polishing the surface. As shown in FIG. 3, the sample 200 has a connection portion 230 having a minimum width in the vicinity of the central portion, and a shape having a first fixing portion 210 and a second fixing portion 220 that increase in width at both ends. The length of the connection part 230 of the sample 200 is approximately 30 mm. When the sample having the above-described shape is pulled, plastic deformation occurs near the center of the sample, and the deformation region can be substantially limited only to the connection portion 230.

次に、試料200を加工機構3の第1保持部31および第2保持部32に固定した。試料200を第1保持部31および第2保持部32に固定する際には、測定試料の第1固定部210および第2固定部220を図3に示すように、凹部31a,32aに嵌め込み、固定ピン31b,32bに第1固定部210および第2固定部220の肩をそれぞれ引っ掛けるような形で試料200を固定する。試料の固定が完了したら、ガルバノスキャナーを用いて試料200の表面200a上の照射領域240にレーザー光を走査し、試料200を所定の温度まで加熱した状態で、本体部35に固定された第1保持部31に対して第2保持部32をX方向に移動させることにより、第1保持部31および第2保持部32を互いに離反させて、試料200に引張応力を付与する。この引張応力により試料200は引張変形を受ける。   Next, the sample 200 was fixed to the first holding unit 31 and the second holding unit 32 of the processing mechanism 3. When the sample 200 is fixed to the first holding part 31 and the second holding part 32, the first fixing part 210 and the second fixing part 220 of the measurement sample are fitted into the recesses 31a and 32a as shown in FIG. The sample 200 is fixed in such a manner that the shoulders of the first fixing part 210 and the second fixing part 220 are hooked on the fixing pins 31b and 32b, respectively. When the fixing of the sample is completed, a laser beam is scanned on the irradiation region 240 on the surface 200a of the sample 200 using a galvano scanner, and the first 200 fixed to the main body 35 is heated to a predetermined temperature. By moving the second holding unit 32 in the X direction with respect to the holding unit 31, the first holding unit 31 and the second holding unit 32 are separated from each other, and a tensile stress is applied to the sample 200. The sample 200 undergoes tensile deformation due to the tensile stress.

この状態で、第2保持部32の移動を一時的に停止し、試料200の裏面200bをSEMにて観察して、表面結晶組織の変化を記録する。このような試験を実施することで、例えば、熱間加工時における金属組織の変化および欠陥の発生等を再現し、その様子を観察することが可能となる。   In this state, the movement of the second holding unit 32 is temporarily stopped, the back surface 200b of the sample 200 is observed with an SEM, and the change in the surface crystal structure is recorded. By performing such a test, for example, it is possible to reproduce the change in the metal structure and the occurrence of defects during hot working and observe the state.

また、先に試料200に引張応力を付与し、引張変形を施した後に、加熱を行い、その様子をSEMにて観察してもよい。このような試験を行った場合には、例えば、冷間加工によって生じた金属組織内の欠陥が、その後の熱処理によって回復していく状況を再現することが可能となる。   Alternatively, the sample 200 may be first subjected to tensile stress and subjected to tensile deformation, and then heated, and the state may be observed with an SEM. When such a test is performed, for example, it is possible to reproduce a situation in which a defect in a metal structure caused by cold working is recovered by a subsequent heat treatment.

試料200の温度測定は市販のパイロメーターを用いて行うことが望ましいが、熱電対を用いる場合は、最小幅部の中央部から少し離れており試料の変形を妨げない箇所に熱電対を溶接することが望ましい。   Although it is desirable to measure the temperature of the sample 200 using a commercially available pyrometer, when using a thermocouple, the thermocouple is welded to a location that is a little away from the center of the minimum width portion and does not hinder the deformation of the sample. It is desirable.

試料装置の仕様例を下記に記す。
駆動台座のストローク(試料保持部同士の最短距離と最長距離との差):5mm
最大引張荷重:500MPa
引張速度:0.5〜10μm/s
加熱温度:試料温度で室温〜1200℃
加熱速度:〜100℃/s
レーザー光の走査速度:1000mm/s
レーザー光の走査範囲:3mm×30mm
An example of the specification of the sample device is shown below.
Stroke of drive base (difference between shortest distance and longest distance between sample holders): 5mm
Maximum tensile load: 500 MPa
Tensile speed: 0.5 to 10 μm / s
Heating temperature: room temperature to 1200 ° C at the sample temperature
Heating rate: ~ 100 ° C / s
Laser beam scanning speed: 1000 mm / s
Laser beam scanning range: 3 mm x 30 mm

本実施形態で試料の変形領域の目標温度を900℃として測定を行った結果、波長938nm、出力150Wの半導体レーザー光源を用いて、測定試料の変形領域を900℃まで加熱することが可能であることを確認した。また、SEM観察によって得られた像は表面汚染のない鮮明なものであった。   As a result of measuring the target temperature of the deformation region of the sample in this embodiment at 900 ° C., it is possible to heat the deformation region of the measurement sample to 900 ° C. using a semiconductor laser light source with a wavelength of 938 nm and an output of 150 W. It was confirmed. Moreover, the image obtained by SEM observation was clear with no surface contamination.

また、試料の変形領域を含む部分に5mm間隔で3か所に熱電対を設置して、温度を測定した結果、いずれの測定値も900±2℃以内にあり、均一に加熱されていることを確認できた。   Moreover, as a result of installing thermocouples at three locations at 5 mm intervals in the part including the deformation region of the sample and measuring the temperature, all measured values are within 900 ± 2 ° C. and are uniformly heated. Was confirmed.

比較のために、ガルバノスキャナーを動作させず、引張開始前の試料の引張軸方向のほぼ中央点とその両側にそれぞれ5mm離れた2点とを上記と同様に温度測定した結果、中央点を900℃に制御しても、両側の2点は、30〜40℃低い温度となり、均一に加熱することができなかった。   For comparison, the galvano scanner was not operated, and the temperature was measured at approximately the center point in the direction of the tensile axis of the sample before starting the tension and two points 5 mm apart on both sides in the same manner as described above. Even when the temperature was controlled at 2 ° C., the two points on both sides were lowered by 30 to 40 ° C. and could not be heated uniformly.

1.試料室
2.加工機構
3.加熱機構
10.試験装置
11.窓
21.レーザー発振器
22.集光走査部
22a.ガルバノスキャナー
22a,22a.ガルバノミラー
22b.レンズ
22c.ミラー
23.照射領域制限手段
23a.スリット
31.第1保持部
32.第2保持部
31a,32a.凹部
31b,32b.固定ピン
32c.雌ねじ
32d,32e.孔
33.駆動装置
33a.モーター
33b.ギアボックス
34.伝達部材
34’.回転部材
34a.雄ねじ
34b,34c.規制子
35.本体部
35a,35b.ガイド部
35c,35d.引張ばね
36.センサー
36a.荷重測定部
36b.変位測定部
100.SEM本体部
110.電子銃
120.コンデンサレンズ
130.対物レンズ
140.ポールピース
150.偏向コイル
160.二次電子検出器
200.試料
200a.表面
200b.裏面
210.第1固定部
220.第2固定部
230.接続部
240.照射領域
500.制御装置
1000.SEM
1. Sample chamber 2. 2. Processing mechanism Heating mechanism 10. Test apparatus 11. Windows 21. Laser oscillator 22. Condensing scanning unit 22a. Galvano scanners 22a 1 , 22a 2 . Galvano mirror 22b. Lens 22c. Mirror 23. Irradiation area limiting means 23a. Slit 31. First holding unit 32. 2nd holding | maintenance part 31a, 32a. Recess 31b, 32b. Fixing pin 32c. Female thread 32d, 32e. Hole 33. Drive device 33a. Motor 33b. Gearbox 34. Transmission member 34 '. Rotating member 34a. Male thread 34b, 34c. Regulator 35. Main body 35a, 35b. Guide portions 35c, 35d. Tension spring 36. Sensor 36a. Load measuring section 36b. Displacement measuring unit 100. SEM main body 110. Electron gun 120. Condenser lens 130. Objective lens 140. Pole piece 150. Deflection coil 160. Secondary electron detector 200. Sample 200a. Surface 200b. Back surface 210. First fixing part 220. Second fixing portion 230. Connection unit 240. Irradiation area 500. Control device 1000. SEM

Claims (12)

レーザー光が通過可能な窓を有する試料室と、
前記試料室の外部から前記窓を通して、レーザー光を前記試料室の内部に配置された試料の表面に照射して前記試料を加熱する加熱機構と、
前記試料室の内部に配置され、前記試料に加工を施す加工機構と、を備え、
前記加熱機構は、前記レーザー光を発振するレーザー発振器、および前記レーザー光を集光するとともに、前記試料の表面上において走査可能な集光走査部を有する、試験装置。
A sample chamber having a window through which laser light can pass;
A heating mechanism that heats the sample by irradiating the surface of the sample disposed inside the sample chamber through the window from the outside of the sample chamber;
A processing mechanism disposed inside the sample chamber and processing the sample,
The heating mechanism includes a laser oscillator that oscillates the laser light, and a condensing scanning unit that condenses the laser light and can scan the surface of the sample.
前記集光走査部は、前記試料室の外部に配置されるガルバノスキャナーおよび前記試料室の内部に配置されるレンズを含み、
前記レーザー光は、前記レーザー発振器から前記ガルバノスキャナーおよび前記レンズを順に介して、前記試料表面上において走査される、請求項1に記載の試験装置。
The condensing scanning unit includes a galvano scanner arranged outside the sample chamber and a lens arranged inside the sample chamber,
The test apparatus according to claim 1, wherein the laser light is scanned on the sample surface from the laser oscillator through the galvano scanner and the lens in order.
前記レンズはfθレンズである、請求項2に記載の試験装置。   The test apparatus according to claim 2, wherein the lens is an fθ lens. 前記集光走査部は、前記試料室の内部であって、前記レーザー光の経路上において、前記ガルバノスキャナーと前記レンズとの間に配置されるミラーをさらに含む、請求項2または請求項3に記載の試験装置。   The said condensing scanning part is the inside of the said sample chamber, Comprising: On the path | route of the said laser beam, it further contains the mirror arrange | positioned between the said galvano scanner and the said lens. The test apparatus described. 前記加熱機構は、前記試料室の内部に配置され、前記レーザー光が照射される領域を制限する照射領域制限手段をさらに有する、請求項1から請求項4までのいずれかに記載の試験装置。   The test apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the heating mechanism further includes an irradiation area limiting unit that is disposed inside the sample chamber and limits an area irradiated with the laser light. 前記加工機構は、前記試料の一端を保持する第1保持部および前記試料の他端を保持する第2保持部を有し、前記第1保持部を移動させずに前記第2保持部を所定方向に移動させることで、前記試料に加工を施す、請求項1から請求項5までのいずれかに記載の試験装置。   The processing mechanism includes a first holding unit that holds one end of the sample and a second holding unit that holds the other end of the sample, and the second holding unit is fixed without moving the first holding unit. The test apparatus according to claim 1, wherein the sample is processed by moving in a direction. 前記加工機構は、
動力を発生する駆動装置と、
前記所定方向に延び、かつ前記駆動装置が発生する動力を前記所定方向の力として前記第2保持部に伝達する伝達部材とをさらに備え、
前記試料は、前記第1保持部に固定される第1固定部と、前記第2保持部に固定される第2固定部と、前記所定方向に延びて前記第1固定部と前記第2固定部とを接続しかつ前記レーザー光が照射される照射領域を含む平板状の接続部とを有し、
前記伝達部材および前記接続部を前記平板状の接続部の表面に垂直な方向から見た場合に、前記伝達部材の中心軸を通りかつ前記所定方向に延びる直線が、前記接続部の中心軸と一致する、請求項6に記載の試験装置。
The processing mechanism is:
A driving device for generating power;
A transmission member extending in the predetermined direction and transmitting power generated by the driving device to the second holding portion as a force in the predetermined direction;
The sample includes a first fixing unit fixed to the first holding unit, a second fixing unit fixed to the second holding unit, and the first fixing unit and the second fixing extending in the predetermined direction. A plate-like connecting portion including an irradiation region that is connected to the portion and irradiated with the laser beam,
When the transmission member and the connection portion are viewed from a direction perpendicular to the surface of the flat plate-like connection portion, a straight line that passes through the central axis of the transmission member and extends in the predetermined direction is the central axis of the connection portion. The test apparatus according to claim 6, which matches.
前記加工機構は、
前記第1保持部および前記伝達部材を支持する本体部をさらに備え、
前記第1保持部は前記本体部に固定され、
前記伝達部材は、雄ねじを有する回転部材であり、前記所定方向の移動が規制された状態で回転可能に前記本体部に支持され、
前記第2保持部は、前記雄ねじが回転自在に螺合された雌ねじを有し、
前記本体部は、前記所定方向に延び、前記第2保持部の前記所定方向への移動が可能な状態で、前記所定方向とは傾斜する方向への移動を規制するガイド部を少なくとも1つ有し、
前記駆動装置は、前記回転部材を回転駆動し、
前記駆動装置が前記回転部材を回転させることによって、前記第2保持部が前記所定方向に移動する、請求項7に記載の試験装置。
The processing mechanism is:
A main body that supports the first holding part and the transmission member;
The first holding part is fixed to the main body part,
The transmission member is a rotating member having a male screw, and is supported by the main body so as to be rotatable in a state in which movement in the predetermined direction is restricted,
The second holding part has a female screw in which the male screw is rotatably engaged,
The main body has at least one guide portion that extends in the predetermined direction and regulates movement of the second holding portion in a direction inclined with respect to the predetermined direction in a state where the second holding portion is movable in the predetermined direction. And
The driving device rotationally drives the rotating member;
The test apparatus according to claim 7, wherein the second holding unit moves in the predetermined direction when the driving device rotates the rotating member.
前記本体部は、前記ガイド部を2つ有し、
前記2つのガイド部は、前記平板状の接続部の表面に垂直な方向と平行でかつ前記伝達部材の前記中心軸を通る面を対称面として面対称となるように配置される、請求項8に記載の試験装置。
The main body has two guide parts,
The two guide portions are arranged so as to be symmetrical with respect to a plane parallel to a direction perpendicular to the surface of the flat connecting portion and passing through the central axis of the transmission member. The test apparatus described in 1.
前記加工機構は、前記試料の変位量に関する情報を検知するセンサーを有し、
前記集光走査部は、前記変位量に応じて、前記レーザー光の走査範囲を調整する、請求項1から請求項9までのいずれかに記載の試験装置。
The processing mechanism has a sensor that detects information about the amount of displacement of the sample,
The test apparatus according to claim 1, wherein the condensing scanning unit adjusts a scanning range of the laser light in accordance with the displacement amount.
前記センサーは、前記試料に加えられる荷重を測定する荷重測定部および前記試料の変位量を測定する変位測定部を含む、請求項10に記載の試験装置。   The test apparatus according to claim 10, wherein the sensor includes a load measurement unit that measures a load applied to the sample and a displacement measurement unit that measures a displacement amount of the sample. 請求項1から請求項11までのいずれかに記載の試験装置を備え、前記試料の裏面に電子線を照射する、電子顕微鏡。   An electron microscope comprising the test apparatus according to claim 1, and irradiating an electron beam on a back surface of the sample.
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