JP2006201002A - 試料ホルダおよびイオンビーム加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 観察に適した良好な試料を簡単に作製できる試料ホルダおよびイオンビーム加工装置を提供する。
【解決手段】 試料セット部９は試料貼付け面１０を有している。遮蔽材ガイド部１２は試料セット部９の上に配置されており、遮蔽材ガイド部１２は試料セット部９に固定されている。遮蔽材ガイド部１２は遮蔽材ガイド面１３を有している。試料貼付け面１０は遮蔽材ガイド面１３より所定量Ｄ＝４０μｍだけ下がった所に位置している。このように試料貼付け面１０が遮蔽材ガイド面１３より４０μｍだけ下がった位置に形成されているため、厚さ１００μｍの試料７を試料貼付け面１０に取り付けると、図２（ｄ）に示すように、試料７が遮蔽材ガイド面１３より６０μｍだけ前に出た状態となる。そして、厚さ２０μｍ程度の遮蔽材１６が遮蔽材ガイド面１３にセットされる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、透過電子顕微鏡などで観察される試料を作製するためのイオンビーム加工装置、およびそのイオンビーム加工装置に用いられる試料ホルダに関する。

これまで、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察される薄膜試料を作製する装置として、たとえば特開２００３−１７３７５４号公報（特許文献１）に記載されているイオンビーム加工装置が知られている。
この特許文献の図１に記載されている装置においては、試料上に遮蔽材を配置し、遮蔽材の上方から遮蔽材と試料にイオビームを照射し、遮蔽材で遮蔽されなかった試料部分をイオンエッチングするようにしている。そして、この装置においては、試料がセットされている試料ホルダ（１３）と、遮蔽材を保持している遮蔽材支持装置（２３）とは分離して配置されており、遮蔽材が試料の中央に位置するように遮蔽材の位置調整が行われる。

特開２００３−１７３７５４号公報

従来装置においては、上述したように、試料ホルダ（１３）と遮蔽材支持装置（２３）とは一体的に構成されておらず、それらは分離して配置されている。このため、試料加工中にたとえば外部振動が装置に伝わると、遮蔽材と試料は異なる方向に異なる大きさで振動してしまい、遮蔽材と試料の位置関係が変わってしまう。このように、試料に対する遮蔽材位置が試料加工中に外乱によって変化すると、ＴＥＭ観察に適した良好な試料は出来上がらなくなる。

また、従来装置においては、上述したように、遮蔽材が試料の中央に位置するように遮蔽材の位置調整を行わなければならない。通常、この遮蔽材の位置調整は、オペレータが光学顕微鏡を覗き込みながらの調整作業となるが、試料加工の度にこのような調整作業を行うことはオペレータにとって非常に煩わしいものである。

本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、その目的は、観察に適した良好な試料を簡単に作製できる試料ホルダおよびイオンビーム加工装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の試料ホルダは、前記試料がセットされる試料セット部であって、試料位置を規定する試料セット部と、その試料セット部上に配置された遮蔽材ガイド部であって、前記試料上の所定位置に前記遮蔽材が位置するように、遮蔽材をガイドして遮蔽材位置を規定する遮蔽材ガイド部とを備えている。

したがって本発明によれば、観察に適した良好な試料を簡単に作製できる試料ホルダおよびイオンビーム加工装置を提供することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明のイオンビーム加工装置の一例を示した図である。まず、図１の装置構成について説明する。

図１において１は真空チャンバであり、真空チャンバ１は排気装置１’により排気可能に構成されている。そして、真空チャンバ１の上部にはイオン銃２が配置されている。イオン銃２はイオン銃傾斜機構３に支持されており、イオン銃傾斜機構３は、イオン銃２を光軸Ｏ（光軸Ｏはｚ軸に平行）の左右（ｙ方向と−ｙ方向）にθ傾斜可能に構成されている。なお、イオン銃２としてガスイオン銃が用いられており、たとえばＡｒガスを放電によりイオン化させてＡｒイオンを放出させるガスイオン銃が用いられている。

４は試料ステージ引出機構であり、試料ステージ引出機構４は真空チャンバ１に開閉可能に取り付けられている。図１（ａ）の状態は試料ステージ引出機構４が開けられた状態であり、図１（ｂ）の状態は試料ステージ引出機構４が閉じられた状態である。この試料ステージ引出機構４には試料ステージ５が取り付けられており、試料ステージ５はｙ軸の周りに傾斜可能に試料ステージ引出機構４に取り付けられている。

試料ステージ５上には試料ホルダ位置調節機構６が配置されており、試料７をセットした試料ホルダ８が試料ホルダ位置調節機構６にセットされている。試料ホルダ位置調節機構６は、試料ホルダ８をｘおよびｙ軸方向に移動可能に構成されている。

さて、図２は試料ホルダ８を説明するために示した図である。図２（ａ）は試料７をセットしていない状態の試料ホルダ８を示した図（斜視図）であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の試料ホルダ８をＡ側（図２および図１における−ｘ方向側）から見た図である。また、図２（ｃ）は試料７をセットした試料ホルダ８を示した図であり、図２（ｄ）は図２（ｃ）の試料ホルダ８を同じくＡ側から見た図である。

図２において９は試料セット部である。試料セット部９は試料貼付け面１０（図２（ａ）参照）を有しており、試料貼付け面１０には、イオンビームを通すための溝１１が形成されている。この溝１１によって、試料貼付け面１０は左側試料貼付け面１０ａと右側試料貼付け面１０ｂとに左右に分けられている。この左側試料貼付け面１０ａと右側試料貼付け面１０ｂとは同一平面上に位置しており、それらの面１０ａ，１０ｂはｘｚ平面に平行である。
そして、図２（ｃ）に示すように、試料７の一端が接着剤で左側試料貼付け面１０ａに貼付けられ、試料７の他端が接着剤で右側試料貼付け面１０ｂに貼付けられる。このように試料７は、試料位置（図２および図１における試料７のｙ方向の位置）を規定する左側試料貼付け面１０ａと右側試料貼付け面１０ｂに跨って取り付けられている。試料７の縦方向の寸法ｄ_１は７００μｍ程度、横方向の寸法ｄ_２は２．７ｍｍ程度、厚さｄ_３は１００μｍ程度であり、試料７はたとえばバルク試料から切り出されて粗研磨されたものである。
また、図２において１２は遮蔽材ガイド部である。遮蔽材ガイド部１２は前記試料セット部９の上に配置されており、遮蔽材ガイド部１２は試料セット部９に固定されている。すなわち、図２における試料ホルダ８は、遮蔽材ガイド部１２と試料セット部９とが一体化して構成されている。
遮蔽材ガイド部１２は遮蔽材ガイド面１３（図２（ａ）参照）を有しており、遮蔽材ガイド面１３には、イオンビームを通すための溝１４が形成されている。この溝１４によって、遮蔽材ガイド面１３は左側遮蔽材ガイド面１３ａと右側遮蔽材ガイド面１３ｂとに左右に分けられている。この左側遮蔽材ガイド面１３ａと右側遮蔽材ガイド面１３ｂとは同一平面上に位置しており、それらの面１３ａ，１３ｂはｘｚ平面に平行である。
この左側遮蔽材ガイド面１３ａと右側遮蔽材ガイド面１３ｂは上述した試料貼付け面１０ａ，１０ｂに平行であり、さらに図２（ｂ）に示すように、試料貼付け面１０は遮蔽材ガイド面１３より所定量Ｄ（この場合、Ｄ＝４０μｍ）だけ下がった所に位置している。このように試料貼付け面１０が遮蔽材ガイド面１３より所定量４０μｍだけ下がった位置に形成されているため、厚さ１００μｍの試料７を試料貼付け面１０に取り付けると、図２（ｄ）に示すように、試料７が遮蔽材ガイド面１３より６０μｍだけ前に出た状態となる。以上、図２を用いて試料ホルダ８の構造を説明した。
図１に戻って、１５は遮蔽材位置調整機構であり、遮蔽材位置調整機構１５は前記試料ステージ５上に配置されている。この遮蔽材位置調整機構１５は、遮蔽材１６を保持した遮蔽材保持機構１７を支持している。そして、遮蔽材位置調整機構１５は、遮蔽材保持機構１７をｙおよびｚ軸方向に移動可能に構成されており、さらにｘ軸に平行な軸Ｂの周りに遮蔽材保持機構１７を傾倒可能に構成されている。この遮蔽材位置調整機構１５と、遮蔽材１６を保持した遮蔽材保持機構１７とによって遮蔽材セット機構が構成されており、この遮蔽材セット機構は、遮蔽材１６を前記遮蔽材ガイド部１２の遮蔽材ガイド面１３ａ，１３ｂ（図２参照）にセットするためのものである。
その遮蔽材セット機構を図３を用いて説明する。図３（ａ）は、遮蔽材保持機構１７を図１（ａ）のＣ側から、すなわち上方から見た図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＤ−Ｅ矢覗図である。この図３に示す状態は、遮蔽材１６が遮蔽材ガイド部１２の遮蔽材ガイド面１３ａ，１３ｂにセットされている状態である。
図３（ａ）に示すように、遮蔽材位置調整機構１５に支持された遮蔽材保持機構１７の形状は「コ」の字状である。そして、遮蔽材保持機構１７の内側底面１８上には、４つのプーリー１９〜２２が配置されている。このうち、プーリー１９，２０，２２は内側底面１８に固定されており、残りのプーリー２１は、スプリングＳで矢印ｊ方向に引っ張られて遮蔽材保持機構１７に取り付けられている。
これらのプーリー１９〜２２には、ベルト状（言い換えればリボン状またはテープ状）かつリング状のイオンビーム遮蔽材１６が引っ掛けられている。さらに図３に示すように、遮蔽材１６は、遮蔽材ガイド部１２の遮蔽材ガイド面１３ａ，１３ｂに接触して、１周にわたって弛みなく張られている。この遮蔽材１６は非晶質金属で出来ており、たとえばニッケル−リン（リン１０％以上）のような非晶質金属で作られている。また、図３（ｂ）に示すように、遮蔽材１６の厚さｔは２０μｍ程度、幅ｗは２ｍｍ程度である。
なお、プーリー２０は、遮蔽材保持機構１７に組み込まれたモータ（図示せず）の回転によって、ｚ軸に平行な軸ｋを中心として回転するように構成されている。このようにプーリー２０が回転すると、プーリー２０に引っ掛けられている遮蔽材１６は自動送りされる。また、図４は、図３の斜視図を示したものであり、遮蔽材１６が遮蔽材ガイド部１２の遮蔽材ガイド面１３ａ，１３ｂにセットされている状態を示した図である。
以上、図２〜図４を用いて図１のイオンビーム加工装置の構成について説明した。ここで、図５を用いて、前記試料ホルダ８の試料ホルダ位置調整機構６へのセット、および、前記遮蔽材１６の遮蔽材ガイド部１２へのセットの仕方について説明する。
まず、試料ホルダ８の試料ホルダ位置調整機構６へのセットは、図１（ａ）に示したように試料ステージ引出機構４が開けられた状態で行われる。そして、まず図５（ａ）に示すように、遮蔽材保持機構１７が遮蔽材位置調整機構１５によって傾けられ、遮蔽材保持機構１７は試料ホルダ８のセットに邪魔にならないように退避される。その後で図５（ａ）に示すように、試料７をセットした試料ホルダ８がオペレータによって試料ホルダ位置調整機構６へセットされる。
こうして試料ホルダ８が試料ホルダ位置調整機構６へセットされると、傾けられていた遮蔽材保持機構１７が遮蔽材位置調整機構１５によって元の水平状態に戻される。この水平状に戻された際、図５（ｂ）に示すように、遮蔽材１６が未だ遮蔽材ガイド面１３ａ，１３ｂに接触しないように、遮蔽材保持機構１７のｙ軸方向の位置が遮蔽材位置調整機構１５によって調整される。その後、遮蔽材１６が遮蔽材ガイド面１３ａ，１３ｂに接触するように、遮蔽材保持機構１７は遮蔽材位置調整機構１５によって図５（ｂ）のＦ方向（ｙ方向）に所定量だけ移動される。この移動により、遮蔽材１６は図３に示したように遮蔽材ガイド面１３ａ，１３ｂに接触し、遮蔽材１６は遮蔽材ガイド面１３ａ，１３ｂ間に張られて遮蔽材ガイド部１２にセットされる。すなわち、遮蔽材１６は遮蔽材ガイド面１３ａ，１３ｂにガイドされ、遮蔽材１６の試料７上におけるｙ方向の位置はこの遮蔽材ガイド面１３ａ，１３ｂによって規定される。
以上、遮蔽材１６の遮蔽材ガイド部１２へのセットの手順について説明したが、本発明の試料ホルダ８においては遮蔽材ガイド面１３ａ，１３ｂが試料貼付け面１０ａ，１０ｂより所定量４０μｍだけ前に出るように作られており、また遮蔽材１６として厚さ２０μｍのものが選ばれており、さらに試料７として厚さ１００μｍのものが用意されている。このため、試料７を試料セット部の試料貼付け面１０ａ，１０ｂにセットすると共に、遮蔽材１６を遮蔽材ガイド部の遮蔽材ガイド面１３ａ，１３ｂにセットするだけで、図３に示すように、遮蔽材１６は試料７の中央に垂直に立った状態で配置される。なお、遮蔽材１６と試料７との隙間が１０〜３０μｍ程度になるように、遮蔽材保持機構１７のｚ位置が遮蔽材位置調整機構１５によって調整される。
一方、試料ホルダ８を試料ホルダ位置調整機構６から取り外すときは、図５（ｂ）に示したように遮蔽材１６が遮蔽材ガイド部１２から離された後、図５（ａ）に示したように遮蔽材保持機構１７が傾けられ、それから試料ホルダ８が試料ホルダ位置調整機構６から取り外される。このように、遮蔽材１６を遮蔽材ガイド部１２から離してから傾けるようにすれば、遮蔽材ガイド部１２との摩擦による遮蔽材１６の破損を防止することができる。
さて、試料７をイオンビーム加工する場合には、図１（ｂ）に示すように試料ステージ引出機構４が閉じられる。このとき、遮蔽材１６がイオン銃２の光軸Ｏ上に位置するように、試料ホルダ８のｙ軸方向の位置は試料ホルダ位置調整機構６によって予め調整されている。そして、イオン銃２からイオンビームが放出され、遮蔽材１６で遮られなかったイオンビームによって試料７はエッチングされる。この試料エッチング時には、イオン銃２は傾斜機構３によって光軸Ｏの左右（ｙ方向と−ｙ方向）に繰り返し傾斜される。このため、遮蔽材１６の左斜め上方からの試料７へのイオンビーム照射と、遮蔽材１６の右斜め上方からの試料７へのイオンビーム照射とが繰り返し行われる。この結果、最終的に、図６に示すような孔Ｇの開いたＴＥＭ試料７が出来上がる。孔Ｇの周りの部分はＴＥＭ観察に適した薄膜となっており、ＴＥＭにおいてこの薄膜部分に電子線を照射するようにすれば、良好な試料観察を行うことができる。
以上、図１〜図６を用いて本発明の試料ホルダおよびイオンビーム加工装置について説明した。上述したように本発明の試料ホルダは、試料位置を規定する試料セット部と、試料上の所定位置に遮蔽材が位置するように遮蔽材位置を規定する遮蔽材ガイド部とを備えており、その試料セット部と遮蔽材ガイド部とは一体化されている。このため、試料を試料セット部にセットすると共に、遮蔽材を遮蔽材ガイド部にセットするだけで、遮蔽材を試料上の所定位置に配置することができる。この結果、従来のような遮蔽材の位置調整は不要であり、遮蔽材と試料の位置関係を常に一定に保つことができる。この遮蔽材と試料の位置関係は振動などの外乱によっても変化することはなく、すなわち振動などが発生しても遮蔽材と試料とは一体で同じように動くため、本発明の試料ホルダを用いればＴＥＭ観察に適した良好な試料を作製することができる。
なお、本発明の試料ホルダおよびイオンビーム加工装置を、走査電子顕微鏡や電子プローブマイクロアナライザやオージェマイクロプローブなどで観察される試料の作製に用いるようにしてもよい。

本発明のイオンビーム加工装置の一例を示した図である。 図１における試料ホルダ８を説明するために示した図である。 図１における遮蔽材保持機構１７を説明するために示した図である。 遮蔽材ガイド部１２にセットされた遮蔽材１６を示した図である。 遮蔽材１６の遮蔽材ガイド部１２へのセットを説明するために示した図である。 イオンビーム加工により出来上がった試料を説明するために示した図である。

符号の説明

１…真空チャンバ、１’…排気装置、２…イオン銃、３…イオン銃傾斜機構、４…試料ステージ引出機構、５…試料ステージ、６…試料ホルダ位置調整機構、７…試料、８…試料ホルダ、９…試料セット部、１０…試料貼付け面、１０ａ…左側試料貼付け面、１０ｂ…右側試料貼付け面、１１…溝、１２…遮蔽材ガイド部、１３…遮蔽材ガイド面、１３ａ…左側遮蔽材ガイド面、１３ｂ…右側遮蔽材ガイド面、１４…溝、１５…遮蔽材位置調整機構、１６…遮蔽材、１７…遮蔽材保持機構、１８…内側底面

Claims (5)

1. イオン銃からのイオンビームの一部を遮る遮蔽材を試料上に配置し、遮蔽材で遮られなかったイオンビームによって試料を加工するイオンビーム加工装置に用いられる試料ホルダにおいて、
   前記試料がセットされる試料セット部であって、試料位置を規定する試料セット部と、
   その試料セット部上に配置された遮蔽材ガイド部であって、前記試料上の所定位置に前記遮蔽材が位置するように、遮蔽材をガイドして遮蔽材位置を規定する遮蔽材ガイド部と
   を備えたことを特徴とする試料ホルダ。
2. 前記試料セット部は試料を貼付けるための試料貼付け面を有しており、前記遮蔽材ガイド部は前記試料貼付け面にほぼ平行な遮蔽材ガイド面を有しており、前記試料貼付け面は前記遮蔽材ガイド面より所定量だけ下がった位置に形成されていることを特徴とする請求項１記載の試料ホルダ。
3. イオン銃からのイオンビームを通すための溝が前記遮蔽材ガイド面と前記試料貼付け面とに形成されていることを特徴とする請求項２記載の試料ホルダ。
4. イオン銃からのイオンビームの一部を遮る遮蔽材を試料上に配置し、遮蔽材で遮られなかったイオンビームによって試料を加工するイオンビーム加工装置において、
   下記（ａ），（ｂ）の構成要素を有する試料ホルダと、
   （ａ）前記試料がセットされる試料セット部であって、試料位置を規定する試料セット部
   （ｂ）試料セット部上に配置された遮蔽材ガイド部であって、前記試料上の所定位置に前記遮蔽材が位置するように、遮蔽材をガイドして遮蔽材位置を規定する遮蔽材ガイド部
   前記遮蔽材を保持し、その遮蔽材を前記遮蔽材ガイド部にセットするための遮蔽材セット機構と
   を備えたことを特徴とするイオンビーム加工装置。
5. 前記遮蔽材はベルト状またはリボン状またはテープ状であり、その遮蔽材は試料上にほぼ垂直に立てて配置されることを特徴とする請求項４記載のイオンビーム加工装置。
   

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