(57)【要約】【課題】試料支持体を交換せずとも、平面状の試料、分析面が凸状又は凹状に湾曲した試料を支持して試料支持体の孔部を密閉することができ、該試料の分光分析を行うことができるグロー放電分光分析装置を提供する。【解決手段】グロー放電分光分析装置１は、筒状電極３２ｃと、該筒状電極３２ｃを同軸的に収容した筒部３１ｃを有し、該筒部３１ｃの端部に試料Ｓを支持する試料支持体３１と、試料Ｓを筒部３１ｃの端部に押圧し、筒状電極３２ｃ及び試料Ｓ間でグロー放電を発生させるための電力を供給する試料押圧電極４とを備え、筒状電極３２ｃ及び試料Ｓ間で発生したグロー放電による発光を分析する。前記端部の外周側及び内周縁が湾曲しており、試料押圧電極４は試料Ｓに当接する棒状電極部４３を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状電極と、該筒状電極を同軸的に収容した筒部を有し、該筒部の端部に試料を支持する試料支持体と、前記試料を前記筒部の端部に押圧し、前記筒状電極及び前記試料間でグロー放電を発生させるための電力を供給する試料押圧電極とを備え、前記筒状電極及び前記試料間で発生したグロー放電による発光を分析するグロー放電分光分析装置において、
前記端部の外周側及び内周縁が湾曲しており、
前記試料押圧電極は前記試料に当接する棒状電極部を有する
グロー放電分光分析装置。
【請求項２】
前記筒部は、
前記端部の外周側の湾曲部分及び内周縁の湾曲部分の間に環状平端面を有する
請求項１に記載のグロー放電分光分析装置。
【請求項３】
前記筒部の端部に外嵌され、該端部及び前記試料間をシールするシール部材を備える
請求項１又は請求項２に記載のグロー放電分光分析装置。
【請求項４】
前記試料支持体は円錐筒部を備え、
前記筒部は、前記円錐筒部の頂点部分から突出している
請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載のグロー放電分光分析装置。
【請求項５】
前記棒状電極部の端部は球面状をなす
請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載のグロー放電分光分析装置。
【請求項６】
前記棒状電極部の前記筒部側の頂点部分は平面状をなす
請求項５に記載のグロー放電分光分析装置。
【請求項７】
電力を供給する給電端子と、
該給電端子が着脱自在に接続される平板電極と
を備え、
前記試料押圧電極は、
前記平板電極に外嵌される導電性の外嵌部材と、
該外嵌部材から前記筒状電極側へ突出しており、前記給電端子が着脱自在に接続される導電性の端子接続部と
を備え、
前記棒状電極部は前記端子接続部に設けられている
請求項１から請求項６までのいずれか一つに記載のグロー放電分光分析装置。
【請求項８】
前記端子接続部は、
前記棒状電極部が着脱自在に挿入され、前記端子接続部に電気的に接続される電極挿入穴を有する
請求項７に記載のグロー放電分光分析装置。
【請求項９】
前記平板電極は円盤状をなし、水冷するための給水管及び排水管が該平板電極の側部に接続されており、
前記外嵌部材は、
前記平板電極に外嵌される円筒部を有し、該円筒部には前記給水管及び排水管を避けて前記平板電極に外嵌するための凹部が形成されている
請求項７又は請求項８に記載のグロー放電分光分析装置。
【請求項１０】
筒状電極を同軸的に収容する筒部を有し、該筒部の端部に試料を支持する試料支持体において、
前記端部の外周側及び内周縁が湾曲している試料支持体。
【請求項１１】
グロー放電分光分析装置の筒状電極を同軸的に収容した筒部の端部に試料を押圧し、前記筒状電極及び前記試料間でグロー放電を発生させるための電力を供給する試料押圧電極において、
前記グロー放電分光分析装置の平板電極に外嵌される導電性の外嵌部材と、
該外嵌部材から前記筒状電極側へ突出しており、電力を供給する給電端子が着脱自在に接続される導電性の端子接続部と、
該端子接続部に設けられた棒状電極部と
を備える試料押圧電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面状の試料及び湾曲した試料の分析面を、グロー放電によって生成したイオンによってスパッタリングし、分析面から叩き出された原子の発光を分光分析するグロー放電分光分析装置、試料支持体及び試料押圧電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料の深さ方向における元素分析にグロー放電分光分析装置が利用されている。グロー放電分光分析装置には、例えば、マーカス型のグロー放電管が設けられている。グロー放電管は、円板の平面部分に形成された孔部を有し、該孔部を封止するようにして試料を支持する試料支持体を備える。試料支持体の孔部はグロー放電管の内部空間に通じており、該孔部には、試料に対向するように筒状電極が配されている。また、グロー放電管は、試料を前記孔部に押圧する試料押圧電極を備える。試料支持体は、前記孔部に押圧された試料によって密閉される。そして、該筒状電極と、試料との間にはアルゴン等の不活性ガスが供給され、試料押圧電極には高周波電圧が印加される。試料押圧電極によって高周波電圧が印加された試料と、筒状電極との間には、グロー放電が発生する。グロー放電によって生成したイオンは試料の分析面に衝突し、該分析面の原子がたたき出される。該原子は、プラズマ中で励起し、基底状態に戻る際、元素固有の波長を有する光（以下、グロー放電光という）を放射する。グロー放電分光分析装置は、グロー放電光を分光器にて分光分析し、前記分析面の元素を同定する。
【０００３】
ところが、従来のグロー放電分光分析装置においては、試料支持体の平面部分に形成された孔部に試料を押圧することによって該孔部を密閉する必要があるため、分析対象の試料の形状は平面状のものに限られていた。
特許文献１には、斯かる問題を解決し、湾曲した試料の分光分析が可能なグロー放電分光分析装置が開示されている。特許文献１に係るグロー放電分光分析装置は、試料支持体の孔部の外周に環状シール部材を保持する環状溝と、環状溝の周方向外側に延在する湾曲した凸部とを備える。特許文献１によれば、試料が凹状に湾曲した分析面を有していても、該分析面を凸部に沿わせるようにして試料を試料支持体に支持させることによって、孔部を密閉し、凹状の分析面を有する試料を分光分析することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２３６９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に係るグロー放電分光分析装置においては、凹状の分析面を有する試料を分光分析することができるが、平面状の分析面を有する試料及び凸状に湾曲した分析面を有する試料を分光分析することができないという問題があった。このため、試料の分析面の形状に応じて、試料支持体を交換する必要があった。
また、分光分析の定量値を得るためには検量線用の標準試料を分光分析する必要がある。ところが、標準試料は平面状であるため、湾曲した試料を定量的に分光分析するためには、検量線作成用の試料支持体と、湾曲した試料用の試料支持体とを用意し、都度交換する必要があった。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、試料支持体を交換せずとも、平面状の試料、分析面が凸状又は凹状に湾曲した試料を支持して試料支持体の孔部を密閉することができ、該試料の分光分析を行うことができるグロー放電分光分析装置、並びに該グロー放電分光分析装置を構成する試料支持体及び試料押圧電極を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るグロー放電分光分析装置は、筒状電極と、該筒状電極を同軸的に収容した筒部を有し、該筒部の端部に試料を支持する試料支持体と、前記試料を前記筒部の端部に押圧し、前記筒状電極及び前記試料間でグロー放電を発生させるための電力を供給する試料押圧電極とを備え、前記筒状電極及び前記試料間で発生したグロー放電による発光を分析するグロー放電分光分析装置において、前記端部の外周側及び内周縁が湾曲しており、前記試料押圧電極は前記試料に当接する棒状電極部を有する。
【０００８】
本発明にあっては、湾曲した試料の凹状の分析面が筒部の端部に押圧された場合、試料の分析面と、筒部の外周側の湾曲部分とが当接し、筒部の開口部が密閉される。
湾曲した試料の凸状の分析面が筒部の端部に押圧された場合、試料の分析面と、筒部の内周縁の湾曲部分とが当接し、筒部の開口部が密閉される。
平面状の試料の分析面が筒部の端部に押圧された場合、筒部の端部と、試料の分析面とが当接し、筒部の開口部が密閉される。つまり、前記端部の外周側の湾曲部分と、内周縁の湾曲部分との間の部分が試料の分析面に当接し、筒部の開口部が密閉される。
【０００９】
本発明に係るグロー放電分光分析装置は、前記筒部は、前記端部の外周側の湾曲部分及び内周縁の湾曲部分の間に環状平端面を有する。
【００１０】
本発明にあっては、平面状の試料の分析面が端部に押圧された場合、試料の分析面と、筒部の環状平端面とが当接し、筒部の開口部が密閉される。
【００１１】
本発明に係るグロー放電分光分析装置は、前記筒部の端部に外嵌され、該端部及び前記試料間をシールするシール部材を備える。
【００１２】
本発明にあっては、筒部の端部及び試料間をシールするシール部材によって、より効果的に筒部の開口部が密閉される。
【００１３】
本発明に係るグロー放電分光分析装置は、前記試料支持体は円錐筒部を備え、前記筒部は、前記円錐筒部の頂点部分から突出している。
【００１４】
本発明にあっては、筒部が円錐筒部の頂点部分に設けられているため、平板に筒部を設ける場合に比べて、筒部に支持させることができる試料の形状、大きさ等の自由度が高い。
【００１５】
本発明に係るグロー放電分光分析装置は、前記棒状電極部の端部は球面状をなす。
【００１６】
本発明にあっては、棒状電極部の端部は球面状であるため、試料の湾曲している部分に棒状電極部の端部を当接させ、該試料を筒部に押圧することができる。
【００１７】
本発明に係るグロー放電分光分析装置は、前記棒状電極部の前記筒部側の頂点部分は平面状をなす。
【００１８】
本発明にあっては、棒状電極部の平面状の頂点部分を試料に当接させることによって、試料と、試料押圧電極とを確実に接続し、グロー放電を発生させるための電圧を試料に印加することができる。頂点部分が平面状であるため、試料から棒状電極部に熱が伝導し易く、効率的に放熱することができる。また、試料支持体の筒部と、棒状電極部との間に挟まれた試料がずれること無く、該試料を確実に保持することができる。
【００１９】
本発明に係るグロー放電分光分析装置は、電力を供給する給電端子と、該給電端子が着脱自在に接続される平板電極とを備え、前記試料押圧電極は、前記平板電極に外嵌される導電性の外嵌部材と、該外嵌部材から前記筒状電極側へ突出しており、前記給電端子が着脱自在に接続される導電性の端子接続部とを備え、前記棒状電極部は前記端子接続部に設けられている。
【００２０】
本発明にあっては、平面状の試料を分光分析するための平板電極に外嵌部材を外嵌させることによって、棒状電極部を有する試料押圧電極を平板電極に取り付けることが可能である。また、棒状電極部が設けられた端子接続部に給電端子を着脱自在に接続することができる。
【００２１】
本発明に係るグロー放電分光分析装置は、前記端子接続部は、前記棒状電極部が着脱自在に挿入され、前記端子接続部に電気的に接続される電極挿入穴を有する。
【００２２】
本発明にあっては、端子接続部の電極挿入穴に棒状電極部を挿入することによって、棒状電極部を端子接続部に取り付けることができる。従って、棒状電極部を簡易に取り替えることができる。
【００２３】
本発明に係るグロー放電分光分析装置は、前記平板電極は円盤状をなし、水冷するための給水管及び排水管が該平板電極の側部に接続されており、前記外嵌部材は、前記平板電極に外嵌される円筒部を有し、該円筒部には前記給水管及び排水管を避けて前記平板電極に外嵌するための凹部が形成されている。
【００２４】
本発明にあっては、給水管及び排水管が接続された平板電極であっても、該平板電極に外嵌部材を外嵌させ、棒状電極部を取り付けることができる。また、外嵌部材を平板電極によって間接的に冷却することができる。
【００２５】
本発明に係る試料支持体は、筒状電極を同軸的に収容する筒部を有し、該筒部の端部に試料を支持する試料支持体において、前記端部の外周側及び内周縁が湾曲している。
【００２６】
本発明にあっては、湾曲した試料の凹状の分析面が筒部の端部に押圧された場合、試料の分析面と、筒部の外周側の湾曲部分とが当接し、筒部の開口部が密閉される。
湾曲した試料の凸状の分析面が筒部の端部に押圧された場合、試料の分析面と、筒部の内周縁の湾曲部分とが当接し、筒部の開口部が密閉される。
平面状の試料の分析面が筒部の端部に押圧された場合、筒部の端部と、試料の分析面とが当接し、筒部の開口部が密閉される。つまり、前記端部の外周側の湾曲部分と、内周縁の湾曲部分との間の部分が試料の分析面に当接し、筒部の開口部が密閉される。
【００２７】
本発明に係る試料押圧電極は、グロー放電分光分析装置の筒状電極を同軸的に収容した筒部の端部に試料を押圧し、前記筒状電極及び前記試料間でグロー放電を発生させるための電力を供給する試料押圧電極において、前記グロー放電分光分析装置の平板電極に外嵌される導電性の外嵌部材と、該外嵌部材から前記筒状電極側へ突出しており、電力を供給する給電端子が着脱自在に接続される導電性の端子接続部と、該端子接続部に設けられた棒状電極部とを備える。
【００２８】
本発明にあっては、湾曲した試料に干渉すること無く、グロー放電分光分析装置を構成する試料支持体に前記試料を押圧し、グロー放電分光分析に必要な電力を試料に供給することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、試料支持体を交換せずとも、平面状の試料、分析面が凸状又は凹状に湾曲した試料を支持して試料支持体の孔部を密閉することができ、該試料の分光分析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態１に係るグロー放電分光分析装置の構成を示す模式図である。
【図２】本実施形態１に係る試料支持体及び試料押圧電極を示す側断面図である。
【図３】本実施形態１に係る試料支持体及び試料押圧電極を示す斜視図である。
【図４】試料支持体を示す側断面図である。
【図５】試料支持体を構成する筒部の端部を示す側断面図である。
【図６】試料押圧電極を構成する外嵌部材を示す側面図等である。
【図７】試料押圧電極を構成する外嵌部材を示す側断面図等である。
【図８】棒状電極の一構成例を示す側面図である。
【図９】試料が押圧された筒部の端部を示す側断面図である。
【図１０】本実施形態１に係る試料支持体によって支持された試料の分光分析結果を示すグラフである。
【図１１】従来の平板状の試料支持体によって支持された試料の分光分析結果を示すグラフである。
【図１２】本実施形態１に係る試料支持体によって支持された試料の分光分析後の表面状態を示すグラフである。
【図１３】従来の平板状の試料支持体によって支持された試料の分光分析後の表面状態を示すグラフである。
【図１４】本実施形態１に係る試料支持体によって支持された他の試料の分光分析結果を示すグラフである。
【図１５】従来の平板状の試料支持体によって支持された他の試料の分光分析結果を示すグラフである。
【図１６】分析面が凸状に湾曲した試料の分光分析結果を示すグラフである。
【図１７】分析面が凹状に湾曲した試料の分光分析結果を示すグラフである。
【図１８】実施形態２に係る試料支持体を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施形態１）
【００３２】
図１は本実施形態１に係るグロー放電分光分析装置１の構成を示す模式図、図２は本実施形態１に係る試料支持体３１及び試料押圧電極４を示す側断面図、図３は本実施形態１に係る試料支持体３１及び試料押圧電極４を示す斜視図である。本実施形態１に係るグロー放電分光分析装置１は、陽極３を有するマーカス型のグロー放電管２を備える。陽極３は先端部分が開口し、底側に鍔が形成された円錐台筒状をなす。またグロー放電分光分析装置１は、グロー放電分光分析を行う際、試料Ｓを陽極３の先端部分に押圧し、該試料Ｓの分析面近傍でグロー放電を発生させるための電力を供給する試料押圧電極４を備える。陽極３及び試料押圧電極４は電源部６に接続されており、電源部６は高周波の電圧を試料押圧電極４に印加する。また、グロー放電分光分析装置１は試料押圧電極４を水冷する水冷部７を備える。水冷に係る構成の詳細は後述する。試料押圧電極４は押圧ピストン５によって押圧される。押圧ピストン５は、グロー放電管２の陽極３に対して接離する方向へ往復移動可能な押圧棒５１を有する。押圧ピストン５によって移動した押圧棒５１は試料押圧電極４を陽極３側へ押圧する。試料Ｓの分析面によって陽極３の開口が密閉される。試料Ｓは、陽極３の先端部分と、試料押圧電極４との間に挟まれるようにして、陽極３の先端部分に押圧され、該試料Ｓの分析面によって前記開口が密閉される。
【００３３】
グロー放電管２は陽極３を支持する陽極支持ブロック２１を備える。陽極支持ブロック２１は厚み方向に貫通した円形の光路孔を中央部分に有する板状であり、一端面略中央部に陽極３の鍔が嵌合する側面視環状の凹部が形成されている。陽極支持ブロック２１の凹部に嵌合した陽極３は、固定環２２によって陽極支持ブロック２１にねじ止め固定されている。陽極支持ブロック２１の他端面側には、光路孔を塞ぐと共に、グロー放電管２で発生したグロー放電光を分光器８へ導くレンズ２３が設けられている。
【００３４】
陽極支持ブロック２１は、陽極３へ不活性ガスを供給する不活性ガス導入路２１ｄと、後述するように、陽極３の先端側及び内部を通流した不活性ガスを排気する不活性ガス排気路２１ａ、２１ｂとを有する。また、陽極３内部と、不活性ガス排気路２１ａ、２１ｂとを連通させる連通孔２１ｃを有する。不活性ガス導入路２１ｄを通じて、陽極支持ブロック２１の内部に導入された不活性ガスは、光路孔、陽極３の先端部及び内部を通流し、陽極３の内部を通流した不活性ガスは連通孔２１ｃ及び不活性ガス排気路２１ａ、２１ｂを通じてグロー放電管２の外部へ排出される。
【００３５】
対向した陽極３と、試料Ｓとの間には、不活性ガスが供給され、高周波電圧が印加される。高周波電圧の印加によって、陽極３と、試料Ｓとの間にはグロー放電が発生し、グロー放電によって発生したイオンは試料Ｓの分析面に衝突し、試料Ｓの原子がたたき出される。該原子は、プラズマ中で励起し、基底状態に戻る際、元素固有の波長を有するグロー放電光Ｌを放射する。グロー放電光Ｌは、分光器８に入射し、演算部９１によって分光分析されるように構成されている。
【００３６】
分光器８は、グロー放電管２から出射したグロー放電光Ｌを分光する機器であり、グロー放電管２のレンズ２３から出射したグロー放電光Ｌが入射する位置に配されている。分光器８は、入射スリット８１、回折格子８２、出射スリット８３、光電子増倍管等の光検出器８４を備える。レンズ２３に入射したグロー放電光Ｌは、入射スリット８１で焦点を結ぶ。入射スリット８１を通過した光は、回折格子８２によって回折され、回折によって元素特有のスペクトルに分けられたスペクトル光は出射スリット８３を通過し、光検出器８４によって検出される。
【００３７】
光検出器８４によって検出されたスペクトル光の情報は、演算部９１へ出力される。演算部９１は、該情報に基づいて、分光分析を行い、分光分析結果を表示部９２又はプリンタ部９３へ出力する。演算部９１は、例えばスペクトル光の波長分布から、発光元の元素を同定し、各元素からの発光の強度を測定時間毎に特定する。そして、各元素からの発光強度の時間変化を示すグラフを生成し、生成されたグラフを表示部９２又はプリンタ部９３へ出力する。
【００３８】
陽極３は陽極本体３２及び試料支持体３１を備える。
図４は試料支持体３１を示す側断面図である。陽極本体３２は、陽極支持ブロック２１の凹部に嵌合する円環状の導電性基部３２ａを備え、導電性基部３２ａの内周縁から、中心線が一致するように突出した導電性円錐筒部３２ｂが導電性基部３２ａに設けられている。導電性基部３２ａと、陽極支持ブロック２１との間は、Ｏリング２４によってシールされている。また導電性円錐筒部３２ｂの頂点から、該導電性円錐筒部３２ｂと中心線が一致するように筒状電極３２ｃが突出している。
試料支持体３１は絶縁性のセラミックスで形成されている。試料支持体３１は、陽極本体３２と同様の形状であり、陽極本体３２に被さるような寸法を有する。具体的には、試料支持体３１は、外径が導電性基部３２ａと略同一の円環状の鍔部３１ａを有する。鍔部３１ａの内径は、導電性基部３２ａよりも大きい。鍔部３１ａの内周縁から、中心線が一致するように突出した円錐筒部３１ｂが該鍔部３１ａに設けられている。円錐筒部３１ｂと、導電性円錐筒部３２ｂとの間には、不活性ガスが通流するための間隙が設けられている。また円錐筒部３１ｂの頂点部分４３ｄから、該円錐筒部３１ｂと中心線が一致するように筒部３１ｃが出している。筒部３１ｃは筒状電極３２ｃを同軸的に収容すると共に、該筒部３１ｃの端部に試料Ｓを支持するものである。筒部３１ｃと、筒状電極３２ｃとの間には所定の間隙が設けられている。また、筒状電極３２ｃの先端は、筒部３１ｃの先端より、奥側に位置している。このため、筒部３１ｃに試料Ｓが押圧された場合、試料Ｓの分析面と、筒状電極３２ｃとの間に間隙が生ずることになり、筒状電極３２ｃと、該分析面との間でグロー放電が発生する。導電性基部３２ａと、試料支持体３１の鍔部３１ａとの間はＯリング３３によってシールされている。導電性基部３２ａには環状の溝が形成されており、該溝にＯリング３３が嵌っている。
また、導電性基部３２ａには、陽極３の先端側から、導電性円錐筒部３２ｂと、円錐筒部３１ｂとの間隙を通流したガスが通流する通流孔３２ｄが設けられている。通流孔３２ｄは導電性基部３２ａの厚み方向に貫通した孔である。更に、導電性基部３２ａの試料支持体３１側の面には、導電性円錐筒部３２ｂ及び円錐筒部３１ｂの間隙と、通流孔３２ｄとを連通させる通流溝３２ｅが形成されている。このように構成された陽極３によれば、グロー放電管２に導入された不活性ガスは、陽極３の先端側、つまり、筒状電極３２ｃと、試料Ｓとの間に供給され、該不活性ガスは陽極３の先端部から導電性円錐筒部３２ｂと、円錐筒部３１ｂとの間隙、通流溝３２ｅ、連通孔２１ｃを通じて、不活性ガス排気路２１ａ、２１ｂへ流れる。
【００３９】
図５は試料支持体３１を構成する筒部３１ｃの端部を示す側断面図である。筒部３１ｃの端部の内周縁は湾曲している。以下、内周縁の湾曲している部分を内周湾曲部３１ｄと言う。また、筒部３１ｃの外周側には、筒部３１ｃの中心線方向の長さが内周側に比べて外周側の方が短くなるように湾曲した外周湾曲部３１ｅが形成されている。外周湾曲部３１ｅの曲率は、内周湾曲部３１ｄに比べて小さく、なだらかに湾曲している。また、端部の内周湾曲部３１ｄと、外周湾曲部３１ｅとの間に環状平端面３１ｆが形成されている。環状平端面３１ｆは、筒部３１ｃの中心線に対して略垂直な平面である。
【００４０】
試料押圧電極４は、試料Ｓを試料支持体３１の筒部３１ｃの端部に押圧し、筒状電極３２ｃ及び試料Ｓ間でグロー放電を発生させるための電力を供給するための電極である。グロー放電分光分析装置１は、図３中破線で示すようにグロー放電を発生させるための電力を供給する給電端子６１ｂが着脱自在に接続される円盤状の平板電極４０を備える。電源部６に接続された給電ケーブル６１ａの先端には給電プラグ６１が設けられており、給電プラグ６１から給電端子６１ｂが突出している。給電端子６１ｂが接続された平板電極４０には、筒状電極３２ｃ及び試料Ｓ間にグロー放電を発生させるための電力が電源部６から供給される。例えば、平板電極４０には例えば約１００Ｈｚの高周波電圧が印加される。また、平板電極４０は、該平板電極４０を水冷するための図示しない水路を内部に有している。平板電極４０の側部には、該平板電極４０を水冷するための給水管７１ａ及び排水管７２ａと、前記水路とを接続する給水管接続プラグ７１及び排水管接続プラグ７２が取り付けられている。給水管７１ａ及び排水管７２ａは水冷部７に接続されており、水冷部７は給水管７１ａへ冷却用の水を供給する。冷却用の水は、水冷部７から給水管７１ａを通じて水路に流入し、平板電極４０を水冷する。前記水路を通流した水は排水管７２ａを通じて外部へ排出される。
【００４１】
試料押圧電極４は、平板電極４０に外嵌される導電性の外嵌部材４１を備える。
図６は試料押圧電極４を構成する外嵌部材４１を示す側面図等、図７は試料押圧電極４を構成する外嵌部材４１を示す側断面図等である。特に図６Ａは外嵌部材４１の平面図（図３中手前側から見た図）、図６Ｂは外嵌部材４１の側面部（図３中上側から見た図）、図６Ｃは外嵌部材４１の底面部（図３中奥側から見た図）、図６Ｄは外嵌部材４１の部分破断側面図（図３中下側から見た図）である。外嵌部材４１は、有底円筒状をなし、平板電極４０に外嵌される円筒部４１ａと、平板電極４０の円板面を覆う円板部４１ｂとで形成されている。円筒部４１ａには給水管７１ａ及び排水管７２ａ、並びに給水管接続プラグ７１及び排水管接続プラグ７２を避けて平板電極４０に外嵌するための凹部４１ｄ，４１ｅが形成されている。また、円筒部４１ａの適宜箇所には、外嵌部材４１を平板電極４０にねじ止めするためのねじ孔４１ｃが設けされている。更に、外嵌部材４１の円板部４１ｂの略中央部には、該円板部４１ｂから突出しており、給電端子６１ｂが着脱自在に接続される導電性の端子接続部４２が形成されている。端子接続部４２は、外嵌部材４１と一体的に形成された導電性の部材であり、直方体形状をなしている。端子接続部４２の側面には、図２及び図３中実線で示すように、給電端子６１ｂが着脱自在に挿入され、端子接続部４２に電気的に接続される給電端子挿入穴４２ａが形成されている。また、端子接続部４２の陽極３側の面、即ち円板部４１ｂに略平行な面には、試料Ｓに当接する棒状電極部４３が着脱自在に挿入され、端子接続部４２に電気的に接続される電極挿入穴４２ｂが形成されている。電極挿入穴４２ｂには、例えば雌ねじが形成されている。
【００４２】
図８は棒状電極部４３の一構成例を示す側面図である。図８Ａは棒状電極部４３の一例を示す。図８Ａに示すように、棒状電極部４３の一端部には、電極挿入穴４２ｂの雌ねじに対応する雄ねじ４３ｂが形成されている。棒状電極部４３の円柱部４３ａの雄ねじ４３ｂ側には、滑り止め部４３ｅが形成されている。滑り止め部４３ｅは例えば、網目ローレットである。棒状電極部４３の他端部には球面部４３ｃが形成されており、該球面部４３ｃの頂点部分４３ｄは平面状である。
図８Ｂは棒状電極部４３の他の例を示す。図８Ｂに示す棒状電極部１４３は、図８Ａに示す棒状電極部４３と同様の構成を有し、円柱部１４３ａの長さのみが異なる。図８Ｂに示す棒状電極部４３の円柱部１４３ａは、図８Ａに示す棒状電極部４３の円柱部４３ａに比べて短い。図８Ａに示す棒状電極部４３は、湾曲した試料Ｓの曲率が大きい場合に好適であり、図８Ｂに示す棒状電極部１４３は、湾曲した試料Ｓの曲率が小さい場合に好適である。
図８Ｃは棒状電極部４３の他の例を示す。図８Ｃに示す棒状電極部２４３の一端部には、図８Ａに示す棒状電極部４３と同様の雄ねじ４３ｂが形成されており、他端部は球面部２４３ｃが形成されている。また、該球面部２４３ｃの頂点部分２４３ｄは平面状である。図８Ｃに示す棒状電極部２４３は、中心線方向の中間に円錐台部分２４３ａを有する。円錐台部分２４３ａは、前記雄ねじ４３ｂ側の径が大きく、前記球面部４３ｃ側の径が小さい。円錐台部分の雄ねじ４３ｂ側には、滑り止め部２４３ｅが形成されている。滑り止め部４３ｅは例えば、網目ローレットである。図８Ｃに示す棒状電極部２４３は、滑り止め部２４３ｅの径が、図８Ａ及び図８Ｂに示す棒状電極部４３，１４３の滑り止め部４３ｅ，１４３ｅの径より大きいため、棒状電極部２４３を端子接続部４２に取り付け易い。
図８Ｄは棒状電極部４３の他の例を示す。図８Ｄに示す棒状電極部３４３は、図８Ｃに示す棒状電極部２４３と同様、滑り止め部３４３ｅを有する円錐台部分を備え、円錐台部分の中心線方向の長さが異なる。図８Ｄに示す棒状電極部３４３は、図８Ｄに示す棒状電極部３４３の一端部には、図８Ｃに示す棒状電極部２４３と同様の雄ねじ４３ｂが形成されており、他端部には球面部３４３ｃが形成されている。また、該球面部３４３ｃの頂点部分３４３ｄは平面状である。
なお、図８Ａ〜図８Ｄに示した棒状電極部４３の構成は一例であり、これらの形状に限定されない。例えば、棒状電極部４３の中心線方向中間の形状は特に限定されることは無く、一部に凹部が形成されていても良いし、円錐台状に形成しても良い。また、端子接続部４２の電極挿入穴４２ｂに圧入することによって、棒状電極部４３を端子接続部４２に固定する場合、雄ねじ４３ｂは不要である。また、棒状電極部４３の取付に問題が無ければ、滑り止め部４３ｅを設けなくても良い。
【００４３】
次に、本実施形態１に係るグロー放電分光分析装置１、試料支持体３１及び試料押圧電極４の作用を説明する。
図９は試料Ｓが押圧された筒部３１ｃの端部を示す側断面図である。
図９Ａは凹状に湾曲した試料Ｓの分析面が試料支持体３１の筒部３１ｃの端部に押圧された状態を示す。図９Ａに示すように、凹状に湾曲した試料Ｓの分析面が筒部３１ｃの端部に押圧された場合、試料Ｓの分析面と、筒部３１ｃの外周湾曲部３１ｅとが当接し、筒部３１ｃの開口部が密閉される。
図９Ｂは凸状に湾曲した試料Ｓの分析面が試料支持体３１の筒部３１ｃの端部に押圧された状態を示す。図９Ｂに示すように、凸状に湾曲した試料Ｓの分析面が試料支持体３１の筒部３１ｃの端部に押圧された場合、試料Ｓの分析面と、筒部３１ｃの内周湾曲部３１ｄとが当接し、筒部３１ｃの開口が密閉される。
図９Ｃは平面状の試料Ｓの分析面が試料支持体３１の筒部３１ｃの端部に押圧された状態を示す。図９Ｃに示すように、平面状の試料Ｓの分析面が試料支持体３１の筒部３１ｃの端部に押圧された場合、試料Ｓの分析面と、筒部３１ｃの環状平端面３１ｆとが当接し、筒部３１ｃの開口が密閉される。
【００４４】
図１０は本実施形態１に係る試料支持体３１によって支持された試料Ｓの分光分析結果を示すグラフ、図１１は従来の平板状の試料支持体によって支持された試料Ｓの分光分析結果を示すグラフである。グロー放電分光分析は、グロー放電によって生成したアルゴンイオンを試料Ｓの分析面に衝突させ、該分析面からたたき出された原子に固有の発光を分析することによって、分析面に含まれる原子を同定するものである。図１０及び図１１に示すグラフの横軸は試料Ｓの深さ、縦軸は試料Ｓに含まれる各元素の割合を示している。グロー放電分光分析は、試料Ｓの分析面を掘削しながら進行するため、試料Ｓに含まれる元素を深さ方向において分光分析することができる。図１０及び図１１は、約１μｍの熱酸化被膜を有する平面状のシリコンウェハの分析面の分光分析結果を示している。実験条件の詳細は以下の通りである。グロー放電管２にはアルゴンガスが供給され、グロー放電管２内の気圧は５００Ｐａに保持されている。試料押圧電極４には、２０Ｗ、デューティ０．５、１００Ｈｚのパルス状の高周波電圧が印加される。
ただし、本実施形態１の筒状電極３２ｃと、試料Ｓの分析面との距離は約１１０μｍであり、従来の筒状電極と、試料Ｓの分析面との距離は約１５０μｍである。
図１０及び図１１のグラフが示すように、試料Ｓの表面において、酸素（Ｏ）及びシリコン（Ｓｉ）が検出され、試料Ｓの酸化皮膜よりも深い部分において、シリコン（Ｓｉ）が主に検出されている。このように、本実施形態１に係る試料支持体３１を用いても、正常動作が確認されている従来の試料支持体を用いた場合と同様の分光分析結果が得られた。
【００４５】
図１２は本実施形態１に係る試料支持体３１によって支持された試料Ｓの分光分析後の表面状態を示すグラフ、図１３は従来の平板状の試料支持体によって支持された試料Ｓの分光分析後の表面状態を示すグラフである。図１２及び図１３に示すように、本実施形態１に係る試料支持体３１を用いた分光分析後の分析面の掘削状態と、正常動作が確認されている従来の試料支持体を用いた分光分析後の分析面の掘削状態とを比較すると、分析面に形成された凹部の深さが異なるのみで、同様の掘削状態が形成されていることが確認された。陽極本体３２及び試料支持体３１の形状が異なるため、掘削形状には多少の差異が生じている。
【００４６】
図１４は本実施形態１に係る試料支持体３１によって支持された他の試料Ｓの分光分析結果を示すグラフ、図１５は従来の平板状の試料支持体によって支持された他の試料Ｓの分光分析結果を示すグラフである。図１４及び図１５は、上述のグロー放電分光分析を、異なる試料Ｓを用いて行った実験結果を示している。図１４及び図１５に示すグラフは、クロメート被膜を有する珪素鋼板の分析面の分光分析結果を示している。横軸は試料Ｓの深さ、縦軸は試料Ｓに含まれる各元素の割合を示している。図１４及び図１５のグラフが示すように、試料Ｓの表面において、クロム（Ｃｒ）、酸素（Ｏ）及び鉄（Ｆｅ）が検出され、試料Ｓの酸化皮膜よりも深い部分において、鉄が主に検出されている。このように、他の試料Ｓを用いた場合でも、正常な分光分析結果が得られた。
【００４７】
上述の実験結果は、平面状の試料Ｓを用いて行った実験結果であるが、湾曲した試料Ｓを用いても同様の実験結果が得られる。図１６は分析面が凸状に湾曲した試料の分光分析結果を示すグラフ、図１７は分析面が凹状に湾曲した試料の分光分析結果を示すグラフである。図１６及び図１７に示すグラフは、クロメート被膜を有する珪素鋼板の分析面の分光分析結果を示している。図１６及び図１７に示すグラフの横軸は試料Ｓの深さ、縦軸は試料Ｓに含まれる各元素の割合を示している。試料Ｓの表面において、クロム（Ｃｒ）、酸素（Ｏ）及び鉄（Ｆｅ）が検出され、試料Ｓの酸化皮膜よりも深い部分において、鉄が主に検出されている。このように、分析面が凸状又は凹状に湾曲している試料Ｓを用いた場合でも、平面状の試料Ｓを用いた場合と同様の分光分析結果が得られた。
【００４８】
実施形態１によれば、試料支持体３１を交換せずとも、平面状の試料Ｓ、分析面が凸状又は凹状に湾曲した試料Ｓを支持して試料支持体３１の孔部を密閉することができ、該試料Ｓの分光分析を行うことができる。
【００４９】
また、試料Ｓを支持する筒部３１ｃが、円錐筒部３１ｂの頂点部分４３ｄに設けられているため、平板状の部材に筒部３１ｃを設ける場合に比べて、筒部３１ｃに支持させることができる試料Ｓの形状、大きさ等の自由度を向上させることができる。
【００５０】
更に、棒状電極部４３の端部は球面状であるため、試料Ｓの湾曲している部分に棒状電極部４３の端部を当接させ、該試料Ｓを筒部３１ｃに押圧することができる。また、棒状電極部４３の頂点部分４３ｄは平面状であるため、該頂点部分４３ｄを試料Ｓに当接させることによって、試料Ｓと、試料押圧電極４とを確実に接続し、グロー放電を発生させるための電圧を試料Ｓに印加することができる。また、頂点部分４３ｄが平面状であるため、試料Ｓから棒状電極部４３に熱が伝導し易く、効率的に放熱することができる。また、試料支持体３１の筒部３１ｃと、棒状電極部４３との間に挟まれた試料Ｓがずれること無く、該試料Ｓを確実に保持することができる。
【００５１】
更にまた、グロー放電分光分析装置１が有する従来の平板電極４０に、本実施形態１に係る試料押圧電極４を着脱自在に取り付けることができる。従って、平板電極４０を、棒状電極部４３に交換すること無く、湾曲した試料Ｓの分光分析を行うことができる。
【００５２】
更にまた、棒状電極部４３は端子接続部４２に着脱自在に取り付けることができるため、試料Ｓの形状に応じて棒状電極部４３を取り換えることができる。
【００５３】
更にまた、外嵌部材４１には凹部４１ｄ，４１ｅが設けられているため、グロー放電分光分析装置１の平板電極４０に水冷機構が設けられている場合であっても、平板電極４０に本実施形態１に係る試料押圧電極４を取り付けることができる。また、分光分析時に試料押圧電極４が加熱されたとしても、熱は試料押圧電極４から平板電極４０に伝導するため、平板電極４０の水冷機構を用いて、試料押圧電極４を水冷することができる。また、本実施形態１に係る試料押圧電極４に別途水冷機構を設け、平板電極４０に接続された給水管７１ａ及び排水管７２ａを取り換えることが不要になるため、従来のグロー放電分光分析装置１に、本実施形態１に係る試料押圧電極４を導入することができる。
【００５４】
（実施形態２）
実施形態２に係るグロー放電分光分析装置１は、実施形態１と同様の構成を有し、試料支持体３１の構成のみが実施形態１と異なるため、以下では主に斯かる相違点を説明する。
図１８は、実施形態２に係る試料支持体３１を示す側断面図である。実施形態２に係る試料支持体３１は、筒部３１ｃの端部に外嵌され、筒部３１ｃの端部及び試料Ｓ間をシールするシール部材３１ｇを備える。試料支持体３１の筒部３１ｃに試料Ｓが押圧された場合、試料Ｓの分析面はシール部材３１ｇと、筒部３１ｃの端部とに当接し、筒部３１ｃの開口部は密閉される。
【００５５】
実施形態２によれば、筒部３１ｃの端部及び試料Ｓ間をシール部材３１ｇによってシールすることによって、より効果的に筒部３１ｃの開口部が密閉される。従って、湾曲した試料Ｓの曲率が大きい場合であっても、より確実に試料支持体３１の開口部を密閉することができ、該試料Ｓを分光分析することができる。
【００５６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５７】
１  グロー放電分光分析装置
２  グロー放電管
３  陽極
４  試料押圧電極
５  押圧ピストン
６  電源部
７  水冷部
８  分光器
２１  陽極支持ブロック
２２  固定環
２３  レンズ
３１  試料支持体
３１ａ  鍔部
３１ｂ  円錐筒部
３１ｃ  筒部
３１ｄ  内周湾曲部
３１ｅ  外周湾曲部
３１ｆ  環状平端面
３１ｇ  シール部材
３２  陽極本体
３２ａ  導電性基部
３２ｂ  導電性円錐筒部
３２ｃ  筒状電極
４０  平板電極
４１  外嵌部材
４１ａ  円筒部
４１ｂ  円板部
４１ｃ  ねじ孔
４１ｄ，４１ｅ  凹部
４２  端子接続部
４２ａ  端子挿入穴
４２ｂ  電極挿入穴
４３  棒状電極部
４３ａ  円柱部
４３ｂ  雄ねじ
４３ｃ  球面部
４３ｄ  頂点部分
４３ｅ  滑り止め部
６１  給電プラグ
６１ａ  給電ケーブル
６１ｂ  給電端子
７１  給水管接続プラグ
７１ａ  給水管
７２  排水管接続プラグ
７２ａ  排水管
８１  入射スリット
８２  回折格子
８３  出射スリット
８４  光検出器
９１  演算部
９２  表示部
９３  プリンタ部
Ｓ  試料
Ｌ  グロー放電光
【図１】
2015141177.tif 000003
【図２】
2015141177.tif 000004
【図３】
2015141177.tif 000005
【図４】
2015141177.tif 000006
【図５】
2015141177.tif 000007
【図６】
2015141177.tif 000008
【図７】
2015141177.tif 000009
【図８】
2015141177.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2015141177.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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