(57)【要約】【課題】簡易な構成で、加工対象物を広範囲で加工すること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、ビームが通過する第１空間１６および第１空間１６の周囲に壁部１４ａを介して配置される第２空間１７が形成される局所真空チャンバー９と、第１空間１６、第２空間１７を真空状態とするための吸気手段とを備えている。ワークに対向する対向部１５は、ワークに向けてビームを出射するための出射孔２２ａを有する第１対向部１８と、出射孔２２ａの外周側に配置される開口部３２を有する第２対向部１９と、第２対向部１９の変形を防止するための変形防止部２０、１９ｄとを備えている。第１対向部１８と第２対向部１９との間には、開口部３２を介して局所真空チャンバー９の外部に連通しかつ第２空間１７の一部となる対向部間空間１７ａが形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項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、上記ビーム出射源から出射された上記ビームが通過するビーム通過路を有し上記ビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、上記ビーム通過路に連通し上記ビーム通過路を通過した上記ビームが通過する第１空間および上記第１空間の周囲に壁部を介して配置される第２空間が形成される局所真空チャンバーと、上記第１空間および上記第２空間を真空状態とするための吸気手段とを備え、
上記局所真空チャンバーは、上記加工対象物に対向する対向部を備え、
上記対向部は、上記加工対象物に向けて上記ビームを出射するための出射孔を有し上記第１空間の一端部となる第１対向部と、上記出射孔の外周側に配置される開口部を有し上記第２空間の一端部となる第２対向部とを備え、
上記第１対向部と上記第２対向部との間には、上記開口部を介して上記局所真空チャンバーの外部に連通し、かつ、上記第２空間の一部となる対向部間空間が形成され、
上記対向部は、さらに、上記第２対向部の変形を防止するための変形防止部を備え、
上記真空チャンバーおよび上記局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される上記加工対象物の加工を上記ビームを用いて行うことを特徴とするビーム加工装置。
【請求項２】
前記対向部は、前記変形防止部として、前記第１対向部または前記第２対向部のいずれか一方に取り付けられ、前記第１対向部または前記第２対向部のいずれか他方に向かって突出する突出部を備えることを特徴とする請求項１記載のビーム加工装置。
【請求項３】
前記対向部は、前記突出部の突出量を調整可能な突出量調整機構を備えることを特徴とする請求項２記載のビーム加工装置。
【請求項４】
前記第１対向部または前記第２対向部のいずれか他方は、前記突出部が当接する当接部を備え、上記当接部は、前記突出部の突出方向に略直交する平面状に形成されていることを特徴とする請求項２または３記載のビーム加工装置。
【請求項５】
前記突出部は、ボールプランジャーであることを特徴とする請求項２から４いずれかに記載のビーム加工装置。
【請求項６】
前記対向部は、前記変形防止部として、前記第２対向部に形成される補強リブを備え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。
【請求項７】
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、上記ビーム出射源から出射された上記ビームが通過するビーム通過路を有し上記ビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、上記ビーム通過路に連通し上記ビーム通過路を通過した上記ビームが通過する第１空間および上記第１空間の周囲に壁部を介して略同心状に配置される（ｎ−１）個（ｎは３以上の整数）の空間が形成される局所真空チャンバーと、上記第１空間および上記（ｎ−１）個の空間を真空状態とするための吸気手段とを備え、
上記局所真空チャンバーは、上記加工対象物に対向する対向部を備え、
上記対向部は、上記加工対象物に向けて上記ビームを出射するための出射孔を有し上記第１空間の一端部となる第１対向部と、上記出射孔の外周側に配置される開口部を有し一番外側に配置される上記空間である第ｎ空間の一端部となる第ｎ対向部と、上記出射孔の外周側に配置される開口部を有し外側から２番目に配置される上記空間の一端部となる第（ｎ−１）対向部とを備え、
上記第（ｎ−１）対向部と上記第ｎ対向部との間には、上記開口部を介して上記局所真空チャンバーの外部に連通し、かつ、上記第ｎ空間の一部となる対向部間空間が形成され、
上記対向部は、さらに、上記第ｎ対向部の変形を防止するための変形防止部を備え、
上記真空チャンバーおよび上記局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される上記加工対象物の加工を上記ビームを用いて行うことを特徴とするビーム加工装置。
【請求項８】
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、上記ビーム出射源から出射された上記ビームが通過するビーム通過路を有し上記ビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、上記ビーム通過路に連通し上記ビーム通過路を通過した上記ビームが通過する第１空間および上記第１空間の周囲に壁部を介して配置される第２空間が形成される局所真空チャンバーと、上記第１空間および上記第２空間を真空状態とするための吸気手段とを備え、
上記局所真空チャンバーは、上記観察対象物に対向する対向部を備え、
上記対向部は、上記観察対象物に向けて上記ビームを出射するための出射孔を有し上記第１空間の一端部となる第１対向部と、上記出射孔の外周側に配置される開口部を有し上記第２空間の一端部となる第２対向部とを備え、
上記第１対向部と上記第２対向部との間には、上記開口部を介して上記局所真空チャンバーの外部に連通し、かつ、上記第２空間の一部となる対向部間空間が形成され、
上記対向部は、さらに、上記第２対向部の変形を防止するための変形防止部を備え、
上記真空チャンバーおよび上記局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される上記観察対象物の観察を上記ビームを用いて行うことを特徴とするビーム観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３２１５４号公報
【特許文献２】特開２００４−１６７５３６号公報
【特許文献３】特開平１０−１６２７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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が真空チャンバー内に配置されているため、ステージによるワークの移動範囲には限界がある。すなわち、特許文献１に記載の集束イオンビーム加工装置や特許文献２に記載の電子ビーム加工装置では、大きなワークを広範囲で加工することは困難である。
【０００７】
ここで、特許文献１に記載の集束イオンビーム加工装置や特許文献２に記載の電子ビーム加工装置でも、真空チャンバーを大きくすることで、大きなワークを広範囲で加工することは可能となる。しかしながら、真空チャンバーを大きくすると加工装置が大型化するとともに、加工装置の製造コストおよび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。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、簡易な構成で、加工対象物を広範囲で加工することが可能なビーム加工装置を提供することにある。また、本発明の課題は、簡易な構成で、観察対象物を広範囲で観察することが可能なビーム観察装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、ビーム出射源から出射されたビームが通過するビーム通過路を有しビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、ビーム通過路に連通しビーム通過路を通過したビームが通過する第１空間および第１空間の周囲に壁部を介して配置される第２空間が形成される局所真空チャンバーと、第１空間および第２空間を真空状態とするための吸気手段とを備え、局所真空チャンバーは、加工対象物に対向する対向部を備え、対向部は、加工対象物に向けてビームを出射するための出射孔を有し第１空間の一端部となる第１対向部と、出射孔の外周側に配置される開口部を有し第２空間の一端部となる第２対向部とを備え、第１対向部と第２対向部との間には、開口部を介して局所真空チャンバーの外部に連通し、かつ、第２空間の一部となる対向部間空間が形成され、対向部は、さらに、第２対向部の変形を防止するための変形防止部を備え、ビーム加工装置は、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される加工対象物の加工をビームを用いて行うことを特徴とする。
【００１０】
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、ビーム出射源から出射されたビームが通過するビーム通過路を有しビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、ビーム通過路に連通しビーム通過路を通過したビームが通過する第１空間および第１空間の周囲に壁部を介して配置される第２空間が形成される局所真空チャンバーと、第１空間および第２空間を真空状態とするための吸気手段とを備え、局所真空チャンバーは、観察対象物に対向する対向部を備え、対向部は、観察対象物に向けてビームを出射するための出射孔を有し第１空間の一端部となる第１対向部と、出射孔の外周側に配置される開口部を有し第２空間の一端部となる第２対向部とを備え、第１対向部と第２対向部との間には、開口部を介して局所真空チャンバーの外部に連通し、かつ、第２空間の一部となる対向部間空間が形成され、対向部は、さらに、第２対向部の変形を防止するための変形防止部を備え、ビーム観察装置は、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される観察対象物の観察をビームを用いて行うことを特徴とする。
【００１１】
ここで、本明細書において、「局所真空チャンバー」とは、加工対象物あるいは観察対象物の一部分のみを真空状態とするための真空チャンバーをいう。
【００１２】
本発明のビーム加工装置では、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される加工対象物をビーム用いて加工している。そのため、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に配置される所定の移動手段を用いて加工対象物を移動させる簡易な構成で、加工対象物を広範囲で加工することが可能になる。また、本発明のビーム観察装置では、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される観察対象物をビームを用いて観察しているため、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に配置される所定の移動手段を用いて観察対象物を移動させる簡易な構成で、観察対象物を広範囲で観察することが可能になる。
【００１３】
また、本発明のビーム加工装置では、加工対象物に対向する対向部は、加工対象物に向けてビームを出射するための出射孔を有する第１対向部と出射孔の外周側に配置される開口部を有する第２対向部とを備え、第１対向部と第２対向部との間には、開口部を介して局所真空チャンバーの外部に連通し、かつ、真空状態になる第２空間の一部となる対向部間空間が形成されている。そのため、吸気手段によって、出射孔の外周側に配置される開口部から局所真空チャンバーの内部に向かって吸気が行われる。したがって、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部に加工対象物が配置される場合であっても、加工対象物の加工部位の周辺の圧力を適切に下げることができ、加工対象物への適切なビームの照射が可能になる。また、本発明のビーム観察装置でも同様に、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部に観察対象物が配置される場合であっても、観察対象物の観察部位の周辺の圧力を適切に下げることができ、観察対象物への適切なビームの照射が可能になる。
【００１４】
さらに、本発明のビーム加工装置では、加工対象物に対向する対向部は、第２対向部の変形を防止するための変形防止部を備えている。そのため、加工対象物への適切なビームの照射が可能になるように、第１対向部と第２対向部との間に対向部間空間が形成され、この対向部間空間が真空状態になる場合であっても、第２対向部の変形を防止することが可能になり、対向部と加工対象物との間に適切な隙間を形成することが可能になる。したがって、加工対象物の加工部位の周辺の圧力をより適切に下げることができ、加工対象物へのより適切なビームの照射が可能になる。また、本発明のビーム観察装置でも同様に、観察対象物の観察部位の周辺の圧力をより適切に下げることができ、観察対象物へのより適切なビームの照射が可能になる。
【００１５】
本発明において、対向部は、変形防止部として、第１対向部または第２対向部のいずれか一方に取り付けられ、第１対向部または第２対向部のいずれか他方に向かって突出する突出部を備えることが好ましい。このように構成すると、第１対向部または第２対向部のいずれか一方に取り付けられる突出部を第１対向部または第２対向部のいずれか他方に当接させて、第２対向部の変形を確実に防止することが可能になる。
【００１６】
本発明において、対向部は、突出部の突出量を調整可能な突出量調整機構を備えることが好ましい。このように構成すると、突出部の突出量を調整して、第１対向部または第２対向部のいずれか他方に突出部を適切に当接させることが可能になる。
【００１７】
本発明において、第１対向部または第２対向部のいずれか他方は、突出部が当接する当接部を備え、当接部は、突出部の突出方向に略直交する平面状に形成されていることが好ましい。このように構成すると、当接部に当接する突出部の当接力が分散されにくくなるため、第２対向部の変形をより確実に防止することが可能になる。
【００１８】
本発明において、突出部は、ボールプランジャーであることが好ましい。すなわち、突出部は、筒状部材の中に配置された圧縮コイルバネによって付勢されるボールの一部が筒状部材から露出するボールプランジャーであることが好ましい。このように構成すると、圧縮コイルバネの付勢力を利用して、第１対向部または第２対向部のいずれか他方にボールを確実に当接させることが可能になる。
【００１９】
本発明において、対向部は、変形防止部として、第２対向部に形成される補強リブを備えることが好ましい。このように構成すると、簡易な構成で、第２対向部の変形を防止することが可能になる。
【００２０】
また、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、ビーム出射源から出射されたビームが通過するビーム通過路を有しビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、ビーム通過路に連通しビーム通過路を通過したビームが通過する第１空間および第１空間の周囲に壁部を介して略同心状に配置される（ｎ−１）個（ｎは３以上の整数）の空間が形成される局所真空チャンバーと、第１空間および（ｎ−１）個の空間を真空状態とするための吸気手段とを備え、局所真空チャンバーは、加工対象物に対向する対向部を備え、対向部は、加工対象物に向けてビームを出射するための出射孔を有し第１空間の一端部となる第１対向部と、出射孔の外周側に配置される開口部を有し一番外側に配置される空間である第ｎ空間の一端部となる第ｎ対向部と、出射孔の外周側に配置される開口部を有し外側から２番目に配置される空間の一端部となる第（ｎ−１）対向部とを備え、第（ｎ−１）対向部と第ｎ対向部との間には、開口部を介して局所真空チャンバーの外部に連通し、かつ、第ｎ空間の一部となる対向部間空間が形成され、対向部は、さらに、第ｎ対向部の変形を防止するための変形防止部を備え、ビーム観察装置は、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される加工対象物の加工をビームを用いて行うことを特徴とする。
【００２１】
本発明のビーム加工装置では、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される加工対象物をビーム用いて加工しているため、加工対象物を広範囲で加工することが可能になる。また、加工対象物に対向する第ｎ対向部と第（ｎ−１）対向部との間には、開口部を介して局所真空チャンバーの外部に連通し、かつ、真空状態となる第ｎ空間の一部となる対向部間空間が形成されている。そのため、吸気手段によって、出射孔の外周側に配置される開口部から局所真空チャンバーの内部に向かって吸気が行われ、加工対象物の加工部位の周辺の圧力を適切に下げることができる。さらに、加工対象物に対向する対向部は、第ｎ対向部の変形を防止するための変形防止部を備えているため、第ｎ対向部と第（ｎ−１）対向部との間に真空状態になる対向部間空間が形成される場合であっても、第ｎ対向部の変形を防止することが可能になり、対向部と加工対象物との間に適切な隙間を形成することが可能になる。その結果、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部に加工対象物が配置される場合であっても、加工対象物の加工部位の周辺の圧力を適切に下げることができ、加工対象物への適切なビームの照射が可能になる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明のビーム加工装置では、簡易な構成で、加工対象物を広範囲で加工することが可能になる。また、本発明のビーム観察装置では、簡易な構成で、観察対象物を広範囲で観察することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
（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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、真空チャンバー４の上端側に取り付けられている。ビーム出射源３から出射されたイオンビームは、真空チャンバー４の内部に形成されたビーム通過路７を通過する。ビーム通過路７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。
【００２７】
本形態では、ビーム通過路７を通過したイオンビームは、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。なお、本形態のビーム加工装置１は、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。
【００２８】
拡散防止部５は、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の内部を真空状態とするための吸気手段としての第１ポンプ１０、第２ポンプ１１および第３ポンプ１２とを備えている。局所真空チャンバー９は、真空チャンバー４の下端側に取り付けられており、真空チャンバー４から出射されたＦＩＢは、局所真空チャンバー９の内部を通過して、拡散防止部５の下側でワーク２に照射される。拡散防止部５の詳細な構成については後述する。
【００２９】
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、固定部材６を移動させる移動機構（図示省略）に取り付けられおり、所定方向へ移動可能となっている。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おり、たとえば、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。
【００３０】
（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の平面図である。図３は、図２のＥ−Ｅ断面における局所真空チャンバー９の下端部を示す拡大断面図である。図４は、図２のＦ−Ｆ断面における局所真空チャンバー９の下端部を示す拡大断面図である。図５は、図３に示す第１対向部１８の下面図である。図６は、図３に示す第２対向部１９の斜視図である。
【００３１】
局所真空チャンバー９は、図１に示すように、底部を有する鍔付の略円筒状に形成されている。この局所真空チャンバー９は、略円筒状の本体部１４と、底部を形成するとともに隙間Ｇ（図１参照）を介してワーク２に対向する対向部１５とを備えている。
【００３２】
本体部１４は、径方向内側に配置された内筒部１４ａと、内筒部１４ａの径方向外方に配置された外筒部１４ｂとを有する二重構造となっている。本体部１４の上端には、径方向外側へ広がる鍔部１４ｃが形成されている。鍔部１４ｃには、図２に示すように、真空チャンバー４の下端に本体部１４を固定するための固定ネジ（図示省略）が挿通される複数の貫通孔１４ｄが形成されている。
【００３３】
本形態では、対向部１５を構成する後述の第１対向部１８と内筒部１４ａ等とによって、局所真空チャンバー９の径方向の中心部に第１空間１６が形成され、対向部１５を構成する後述の第１対向部１８、第２対向部１９、内筒部１４ａ、外筒部１４ｂ等によって、第１空間１６の径方向外方および下方に第２空間１７が形成されている。また、第１空間１６は、真空チャンバー４のビーム通過路７に連通している。すなわち、局所真空チャンバー９には、ビーム通過路７を通過したＦＩＢが通過する第１空間１６と、第１空間１６の周囲に壁部となる内筒部１４ａを介して配置される第２空間１７とが形成されている。
【００３４】
また、本体部１４には、図１に示すように、第１空間１６を真空状態とするための排気を行う第１排気孔１４ｅが、外周面から第１空間１６に連通するように形成され、第２空間１７を真空状態とするための排気を行う第２排気孔１４ｆが、外周面から第２空間１７に連通するように形成されている。
【００３５】
対向部１５は、図３等に示すように、内筒部１４ａの下端に固定され第１空間１６の底部（下端部）となる第１対向部１８と、外筒部１４ｂの下端に固定され第２空間１７の底部（下端部）となる第２対向部１９と、第２対向部１９に取り付けられ、第１対向部１８に向かって突出する突出部としてのボールプランジャー２０とを備えている。本形態では、対向部１５は、４個のボールプランジャー２０を備えている。
【００３６】
第１対向部１８は、内筒部１４ａの下端に固定される第１底面部２１と、ワーク２に向けてＦＩＢを出射するための出射孔２２ａが形成されたビーム出射部２２と、第１底面部２１に対して、径方向で、ビーム出射部２２の位置調整を行って、ＦＩＢの進行方向と出射孔２２ａとの位置合せを行うための位置調整手段２３と、ボールプランジャー２０の先端部分が当接する当接部としての４枚の当接板２４とを備えている。
【００３７】
第１底面部２１は略円板状に形成され、図３等に示すように、その上面および下面は、径方向外側から内側に向かうにしたがって下方向へ緩やかに傾斜している。第１底面部２１の径方向中心位置には、ＦＩＢが通過する貫通孔２１ａが形成されている。また、第１底面部２１の下面には、ビーム出射部２２および後述の固定部材２７が配置される凹部２１ｂが窪むように形成されている。さらに、第１底面部２１の下面の凹部２１ｂよりも径方向外側には、当接板２４が配置される配置凹部２１ｃが窪むように形成されている。具体的には、図５に示すように、第１底面部２１の下面には、略９０°ピッチで４箇所に配置凹部２１ｃが形成されている。また、図３に示すように、配置凹部２１ｃは、その底面がＸＹ平面と略平行になるように形成されている。
【００３８】
上述のように、第１底面部２１は、内筒部１４ａの下端に固定されており、内筒部１４ａと第１底面部２１との間には、第１空間１６からの空気の漏れを防止するシール部材２５が配置されている。
【００３９】
位置調整手段２３は、第１底面部２１に固定される略円筒状の固定部材２７と、固定部材２７の内周側から突出してビーム出射部２２の位置調整を行う調整ネジ２８とを備えている。固定部材２７は、凹部２１ｂの中に配置された状態で、固定ネジ２９によって、第１底面部２１の下面側に固定されている。調整ネジ２８は、頭部を有しない六角穴付止めネジであり、径方向に貫通するように固定部材２７に形成されたネジ孔２７ａに螺合した状態で、固定部材２７の内周側から突出している。本形態では、固定部材２７には、略９０°ピッチで４箇所にネジ孔２７ａが形成され、それぞれのネジ孔２７ａに調整ネジ２８が螺合している。
【００４０】
ビーム出射部２２は、上下方向に貫通する出射孔２２ａと上端側で径方向外側へ広がる鍔部２２ｂとを有する鍔付の略円筒状に形成されている。出射孔２２ａの上端側の内径は、下端側の内径よりも大きく形成されており、出射孔２２ａは、第１底面部２１の貫通孔２１ａを介して第１空間１６に連通している。このビーム出射部２２は、固定部材２７の内周側に配置された状態で、凹部２１ｂの中に配置され、第１底面部２１と固定部材２７との間に鍔部２２ｂが挟まれた状態で、第１底面部２１に固定されている。また、第１底面部２１と鍔部２２ｂとの間には、第１空間１６からの空気の漏れを防止するシール部材３０が配置されている。
【００４１】
本形態では、ビーム出射部２２の外周面に直接あるいは所定の円筒状部材を介して調整ネジ２８が当接し、ネジ孔２７ａへの調整ネジ２８のネジ込み量によって、ビーム出射部２２の径方向の位置調整が行われる。
【００４２】
当接板２４は、円板状に形成された薄板であり、ステンレス鋼板等の比較的硬度の高い金属板で形成されている。上述のように、配置凹部２１ｃは、その底面がＸＹ平面と略平行になるように形成されている。そのため、配置凹部２１ｃに配置される当接板２４の下面（すなわち、ボールプランジャー２０を構成する後述のボール３５が当接する面）もＸＹ平面と略平行な平面となっている。
【００４３】
第２対向部１９は、略円板状に形成されている。この第２対向部１９の中心部には、ビーム出射部２２の下端側が配置される貫通孔１９ａが形成されている。また、第２対向部１９の上面は、図４、図６に示すように、径方向外側から内側に向かうにしたがって下方向へ緩やかに傾斜する傾斜面１９ｂとなっている。
【００４４】
また、第２対向部１９には、図６に示すように、傾斜面１９ｂから上方向へ突出するように、補強リブ１９ｃが形成されている。具体的には、第２対向部１９には、貫通孔１９ａから径方向外側に向かって略９０°ピッチで４箇所に放射状に補強リブ１９ｃが形成されている。この補強リブ１９ｃは、径方向外側から内側に向かうにしたがって下方向へ緩やかに傾斜するように形成されている。本形態では、補強リブ１９ｃは、第２対向部１９の変形を防止するための変形防止部となっている。
【００４５】
第２対向部１９の径方向における補強リブ１９ｃの略中心位置には、ボールプランジャー２０が取り付けられる取付部１９ｄが形成されている。具体的には、上面側が開口する略円筒状の取付部１９ｄが形成されている。この取付部１９ｄの内周側には、図３等に示すように、メネジ１９ｅが形成されている。
【００４６】
さらに、第２対向部１９の下面は、貫通孔１９ａの周囲に形成された第１平坦面１９ｆと、第１平坦面１９ｆから径方向外方に向かって上方向へ傾斜するように形成された傾斜面１９ｇと、傾斜面１９ｇから径方向外方に向かって形成された第２平坦面１９ｈとから構成されている。上述のように、第２対向部１９は、外筒部１４ｂの下端に固定されており、外筒部１４ｂと第２対向部１９との間には、第２空間１７からの空気の漏れを防止するシール部材３１が配置されている。また、第１対向部１８と第２対向部１９との間には、第２空間１７の一部となる対向部間空間１７ａが形成されている。
【００４７】
貫通孔１９ａの径は、ビーム出射部２２の下端部の外径よりも大きくなっている。また、ビーム出射部２２の底面２２ｄと、第１平坦面１９ｆとが同一平面上に配置されている。貫通孔１９ａにおけるビーム出射部２２の径方向外方には、局所真空チャンバー９の底面から第２空間１７に連通する吸気口３２が形成されている。すなわち、本形態では、出射孔２２ａの外周側には開口部としての吸気口３２が配置されている。また、対向部間空間１７ａは、吸気口３２を介して局所真空チャンバー９の外部に連通している。
【００４８】
なお、出射孔２２ａの径は０．１〜２ｍｍであることが好ましく、ビーム出射部２２の下端部の外径は１〜６０ｍｍであることが好ましく、吸気口３２の外径は５〜１００ｍｍであることが好ましく、第１平坦面１９ｆの外径は２５〜１２０ｍｍであることが好ましい。また、本形態では、たとえば、内筒部１４ａの内径は５３ｍｍ、内筒部１４ａの外径は７３ｍｍ、外筒部１４ｂの内径は１００ｍｍ、外筒部１４ｂの外径は１２０ｍｍ、第１平坦面１９ｆと第２平坦面１９ｇとの上下方向の距離は３ｍｍとなっている。
【００４９】
ボールプランジャー２０は、第２対向部１９の傾斜面１９ｂから上方向に向かって突出するように第２対向部１９に取り付けられている。このボールプランジャー２０は、図３に示すように、円筒状に形成された筒状部材３３と、筒状部材３３の中に配置される圧縮コイルバネ３４と、筒状部材３３の上端から一部が露出するとともに圧縮コイルバネ３４によって上方向へ付勢されるボール３５とを備えている。筒状部材３３の外周側には、メネジ１９ｅにネジ込まれるオネジが形成されており、ボールプランジャー２０は、第２対向部１９の上面側から取付部１９ｄに固定されている。メネジ１９ｅに対するボールプランジャー２０のネジ込み量は、たとえば、当接板２４の当接するボール３５によって、圧縮コイルバネ３４が初期状態よりも撓むように調整されている。
【００５０】
本形態では、当接板２４に当接するボールプランジャー２０によって、第２対向部１９の変形が防止されている。すなわち、ボールプランジャー２０は、第２対向部１９の変形を防止するための変形防止部となっている。また、筒状部材３３に形成されたオネジおよびメネジ１９ｅによって、突出部であるボールプランジャー２０の第２対向部１９からの突出量を調整する突出量調整機構が構成されている。
【００５１】
（拡散防止部の構成）
上述のように、局所真空チャンバー９は、真空チャンバー４の下端側に取り付けられており、ワーク２の加工時には、真空チャンバー４とワーク２との間に配置される。そして、ビーム通過路７を通過したＦＩＢは、第１空間１６を通過して、出射孔２２ａから出射され、微小な隙間Ｇ（図１参照）を介してワーク２に集束する。すなわち、本形態では、第１空間１６を真空状態にするとともに、隙間Ｇを介して対向配置された局所真空チャンバー９の下面（具体的には、ビーム出射部２２の底面２２ｄ等）とワーク２との間に形成される空間３７（図１参照。以下、「局所空間３７」とする。）も真空状態とすることで、ワーク２へ向かうＦＩＢの拡散を防止している。なお、隙間Ｇはたとえば、１０μｍである。この隙間Ｇは、１０μｍ〜２００μｍであることが好ましい。
【００５２】
ＦＩＢの拡散を防止するために、第１空間１６および局所空間３７を、所定の真空度まで減圧する必要がある。しかしながら、第１空間１６のみを真空状態としたのでは、第１空間１６および局所空間３７を所定の真空度まで減圧することは困難である。そこで、本形態では、第２空間１７も真空状態とすることで、第１空間１６および局所空間３７を所定の真空度まで減圧することを可能としている。すなわち、本形態の拡散防止部５は、いわゆる差動排気式の真空装置である。
【００５３】
なお、図１に示すように、加工が行われるワーク２の加工部位を中心とするワーク２の一部分が真空状態となる局所空間３７に臨むように配置され、ワーク２のその他の部分は、局所真空チャンバー９の外部の大気圧中に配置されている。
【００５４】
拡散防止部５は、第１空間１６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、第２空間１７を真空状態とするための第３ポンプ１２とを備えている。また、図１に示すように、第１ポンプ１０および第２ポンプ１１は、第１排気孔１４ｅに接続された配管３８を介して、第１空間１６に接続され、第３ポンプ１２は、第２排気孔１４ｆに接続された配管３９を介して、第２空間１７に接続されている。
【００５５】
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（すなわち、第１空間１６を比較的低い圧力まで減圧することが可能な）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および第３ポンプ１２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。
【００５６】
本形態では、ワーク２が、隙間Ｇを介して局所真空チャンバー９の下面に対向配置された状態で、まず、第３ポンプ１２が作動して、第２空間１７が減圧される。第２空間１７が減圧されると、吸気口３２から空気が吸引され、局所空間３７も減圧される。そして、第２空間１７が所定の真空度まで減圧されると、第２ポンプ１１、第１ポンプ１０がこの順番で作動する。第３ポンプ１２の作用で、局所空間３７が減圧されているため、第２ポンプ１１および第１ポンプ１０によって、第１空間１６および局所空間３７は、ＦＩＢの拡散を防止するために必要な真空度まで短時間で減圧される。
【００５７】
なお、本形態では、たとえば、出射孔２２ａの径が１ｍｍ、ビーム出射部２２の下端部の外径が５ｍｍ、吸気口３２の外径が２０ｍｍ、第１平坦面１９ｆの外径が３５ｍｍ、隙間Ｇが１０μｍである場合、第１空間１６の真空度は５×１０−３Ｐａとなり、第２空間１７の真空度は３０Ｐａとなった。
【００５８】
（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は、局所真空チャンバー９の外部に微小な隙間Ｇを介して配置されるとともにその大半部分が大気圧中に配置されるワーク２をＦＩＢによって加工している。そのため、固定部材６を移動させる移動機構で、局所真空チャンバー９の外部の大気圧中に配置されるワーク２を移動させながら、ＦＩＢを用いてワーク２に対して広範囲の加工を行うことできる。すなわち、ワーク２が大きい場合であっても、ワーク２の全体（あるいは、ワーク２に加えて固定部材６等）を別途、真空チャンバーで覆う必要がないため、簡易な構成で、ワーク２を移動させながら、ＦＩＢを用いてワーク２に対する広範囲の加工を行うことができる。
【００５９】
本形態では、出射孔２２ａの外周側に吸気口３２が配置されるとともに、第３ポンプ１２によって、吸気口３２から局所真空チャンバー９の内部に向かって吸気を行っている。そのため、局所真空チャンバー９の外部（具体的には、局所空間３７）にワーク２の加工部位が配置される場合であっても、局所空間３７の圧力を適切に下げることができる。その結果、ワーク２に対してＦＩＢを適切に照射することができる。
【００６０】
本形態では、第２対向部１９の変形を防止するための変形防止部として、対向部１５がボールプランジャー２０を備えるとともに、第２対向部１９に補強リブ１９ｃが形成されている。したがって、吸気口３２から局所真空チャンバー９の内部に向かって吸気を行うために、第１対向部１８と第２対向部１９との間に対向部間空間１７ａが形成され、対向部間空間１７ａが真空状態となる場合であっても、また、第２対向部１９の構成を簡素化するために、第２対向部１９を薄型化する場合であっても、第２対向部１９の変形を防止することが可能になり、第２対向部１９の下面（具体的には、第１平坦面１９ｆおよび傾斜面１９ｇ）とワーク２との間に適切な隙間を形成することが可能になる。また、第２対向部１９の変形を防止することで、対向部間空間１７ａが狭くなるのを防止することができるため、吸気口３２から局所真空チャンバー９の内部に向かって適切に吸気を行うことが可能になる。その結果、ワーク２の加工部位の周辺の圧力をより適切に下げることができ、ワーク２へのより適切なＦＩＢの照射が可能になる。
【００６１】
本形態では、変形防止部として、対向部１５がボールプランジャー２０を備えているため、ボールプランジャー２０を当接板２４に当接させて、第２対向部１９の変形を確実に防止することが可能になる。また、本形態では、補強リブ１９ｃを用いた簡易な構成で、第２対向部１９の変形を防止することが可能になる。
【００６２】
本形態では、メネジ１９ｅに対するボールプランジャー２０のネジ込み量によって、傾斜面１９ｂからのボールプランジャー２０の突出量が調整可能となっている。また、本形態では、圧縮コイルバネ３４の付勢力を利用して、当接板２４にボール３５を当接させている。そのため、ボール３５を当接板２４に確実に当接させることができる。
【００６３】
本形態では、当接板２４の下面は、ＸＹ平面と略平行な平面となっており、ボールプランジャー２０の突出方向に略直交している。そのため、当接板２４に当接するボールプランジャー２０の当接力が分散されにくくなる。したがって、ボールプランジャー２０によって、第２対向部１９の変形をより確実に防止することが可能になる。
【００６４】
（他の実施の形態）
上述した形態では、拡散防止部５は、第１空間１６および第２空間１７が形成された二重構造の局所真空チャンバー９を有する差動排気式の真空装置である。この他にもたとえば、拡散防止部５は、三重構造以上の多重構造の局所真空チャンバー９を有する差動排気式の真空装置であっても良い。すなわち、局所真空チャンバー９には、第１空間１６の周囲に壁部を介して略同心状に配置される（ｎ−１）個（ｎは３以上の整数）の空間が形成されても良い。
【００６５】
この場合には、対向部１５は、第１対向部１８を備えるとともに、出射孔２２ａの外周側に配置される開口部を有しそれぞれの空間の下端部となる（ｎ−１）個の部分対向部を備えている。また、各部分対向部間には、開口部を介して局所真空チャンバー９の外部に連通し、かつ、それぞれの空間の一部となる対向部間空間が形成されている。たとえば、対向部１５は、一番外側に配置される空間である第ｎ空間の下端部となる第ｎ対向部と、出射孔２２ａの外周側に配置される開口部を有し外側から２番目に配置される空間の一端部となる第（ｎ−１）対向部とを備えている。また、第（ｎ−１）対向部と第ｎ対向部との間には、開口部を介して局所真空チャンバー９の外部に連通し、かつ、第ｎ空間の一部となる対向部間空間が形成されている。また、この場合には、対向部１５は、第ｎ対向部の変形を防止するための変形防止部を備えている。このように構成される場合であっても上述した形態と同様の効果を得ることができる。
【００６６】
上述した形態では、ボールプランジャー２０は第２対向部１９に取り付けられているが、ボールプランジャー２０は第１対向部１８に取り付けられても良い。また、上述した形態では、第２対向部１９の変形を防止するための変形防止部（突出部）として、対向部１５はボールプランジャー２０を備えているが、対向部１５はボールプランジャー２０に代えて、メネジ１９ｅに螺合されるネジを備えていても良い。また、対向部１５はボールプランジャー２０に代えて、第２対向部１９に固定される、あるいは、第２対向部１９と一体で形成される突起を備えていても良いし、第２対向部１９に取り付けられるシリンダー等を備えていても良い。
【００６７】
上述した形態では、対向部１５は、変形防止部として、ボールプランジャー２０および補強リブ１９ｃを備えているが、対向部１５は、ボールプランジャー２０または補強リブ１９ｃのいずれか一方のみを備えていても良い。また、上述した形態では、対向部１５は、４個のボールプランジャー２０を備えているが、対向部１５は、３個以下あるいは５個以上のボールプランジャー２０を備えていても良い。また、上述した形態では、第２対向部１９には、４個の補強リブ１９ｃが形成されているが、第２対向部１９には、３個以下あるいは５個以上の補強リブ１９ｃが形成されても良い。
【００６８】
上述した形態では、当接板２４にボールプランジャー２０の先端部分が当接しているが、ボールプランジャー２０の先端部分が第１底面部２１の配置凹部２１ｃの底面に直接当接しても良い。また、第１底面部２１に配置凹部２１ｃが形成されずに、傾斜する第１底面部２１の下面にボールプランジャー２０の先端部分が当接しても良い。
【００６９】
上述した形態では、局所真空チャンバー９は、ビーム出射部２２の位置調整を行って、ＦＩＢの進行方向と出射孔２２ａとの位置合せを行うための位置調整手段２３を備えているが、局所真空チャンバー９は、位置調整手段２３を備えていなくても良い。
【００７０】
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。この場合であっても、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、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。なお、ＦＩＢの代わりにレーザビームを用いても良い。この場合には、局所空間３７を真空状態にできるため、レーザ加工時におけるワーク２の酸化を抑制することが可能となる。
【００７１】
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、真空チャンバー４および拡散防止部５を用いて、局所真空チャンバー９の外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される観察対象物の観察を行うことが可能である。
【００７２】
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、局所真空チャンバー９の外部に配置される移動機構を用いて観察対象物を移動させる簡易な構成で、観察対象物を広範囲で観察することができるといった効果や、局所真空チャンバー９の外部にワーク２の観察部位が配置される場合であっても、ワーク２の観察部位の周辺の圧力を適切に下げて、ワーク２に対してＦＩＢを適切に照射することができるといった効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】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。
【図２】図１に示す局所真空チャンバーの平面図。
【図３】図２のＥ−Ｅ断面における局所真空チャンバーの下端部を示す拡大断面図。
【図４】図２のＦ−Ｆ断面における局所真空チャンバーの下端部を示す拡大断面図。
【図５】図３に示す第１対向部の下面図。
【図６】図３に示す第２対向部の斜視図。
【符号の説明】
【００７４】
１  ビーム加工装置
２  ワーク（加工対象物）
３  ビーム出射源
４  真空チャンバー
７  ビーム通過路
９  局所真空チャンバー
１０  第１ポンプ（吸気手段の一部）
１１  第２ポンプ（吸気手段の一部）
１２  第３ポンプ（吸気手段の一部）
１４ａ  内筒部（壁部）
１５  対向部
１６  第１空間
１７  第２空間
１７ａ  対向部間空間
１８  第１対向部
１９  第２対向部
１９ｃ  補強リブ（変形防止部）
１９ｅ  メネジ（突出量調整機構の一部）
２０  ボールプランジャー（変形防止部、突出部）
２２ａ  出射孔
２４  当接板（当接部）
３２  吸気口（開口部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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