JP2006258772A - ナノレベル構造組成観察装置及びナノレベル構造組成観察方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ナノレベル構造組成観察装置内の試料探針部2に対向する形で、試料加工手段3を備える。
【選択図】 図1
Description
媒体に微細に配列された記録ビットから発生する磁気的信号を再生ヘッドで高効率に電気信号に変換するために、MRヘッドの微細化・薄層化が求められている。
例えば、膜厚分布が不均一であったり、界面が湾曲していたり、或いは、界面で構成原子が相互拡散して界面が不明確になっていれば、所望の特性が得られなくなる。
図13は、上述のアトムプローブ法の原理の説明図であり、先端半径が例えば、100nm(=0.1μm)の針状試料61にパルス高電圧を印加して針状試料61の先端から構成物質62,63を電界蒸発させ、飛来する構成物質62,63の到達時間(TOF:Time of Flight)を測定器64によって測定し、到達時間から構成物質62,63のイオン種を同定するものである。
図1参照
上記課題を解決するために、本発明は、針状試料1の表面より、外部エネルギー或いは内部エネルギーにより原子1つ1つ或いは複数の元素からなるクラスター1集団1集団が外部空間に離脱することにより前記針状試料1のナノレベルの構造組成を観察するためのナノレベル構造組成観察装置において、ナノレベル構造組成観察装置内の試料探針部2に対向する形で、試料加工手段3が備え付けられていることを特徴とする。
なお、この場合の内部エネルギーとしては、パルス状高電界よる電界蒸発が典型的なものであり、また、外部エネルギーとしては、パルスレーザ光等のパルス状電磁波が典型的なものである。
特に、針状試料1が、多数の針状突起を有する多点測定試料の場合に効果的になる。
なお、引出電極は、針状試料1の加工形成後に針状試料1の近傍に移動配置する。
図2参照
図2は、本発明の実施例1のナノレベル構造組成観察方法に用いるナノレベル構造組成観察装置の概念的構成図であり、観察室21、観察室21内に設けられ、観察用試料10を固定する試料探針部22、試料探針部22の中心軸とGaイオン銃31の中心軸とが一直線上で重なるように配置したFIB装置30、観察位置に予め配置された中空状のリフレクトロン23、リフレクトロン23により軌道を偏向された原子やクラスタ等がイオン化した荷電粒子26を検出する二次元位置検出器27によって基本構成が構成される。
図3は、加工前の観察用試料10の説明図であり、測定しようとする試料を予め例えば、20μm角で200μmの長さの棒状試料11に精密カッタで切り出したのち、例えば、直径が0.3mm(=300μm)で先端部か機械的に鋭角に加工されたWワイヤ16の先端に導電性接着剤17で取り付ける。
図4は、試料加工状態を示す説明図であり、Gaイオン銃31から十分収束されたGaイオン32をリフレクトロンの中空部を通過して棒状試料11に照射して、針状試料18に加工する。
この時、観察時間の無駄をなくすために、Au保護層15を完全に除去するまでGaイオン32の照射を行う。
なお、FIB装置30自体の構成については、上述の特許文献3或いは特許文献4等に記載された構成を用いれば良い。
図5は、観察状態の説明図であり、針状試料18を形成したのち、観察室21を開放することなく、リフレクトロン23を移動させることなく針状試料18との間に電圧を印加することによって針状試料18の先端部から電界蒸発した原子或いはクラスタ等がイオン化された荷電粒子26をリフレクトロン23によって軌道偏向させて二次元位置検出器27で検出する。
なお、リフレクトロンのイオン入射出部分24は空間であり、最奥端部25も、開放型の空間になっている。
図6参照
図6は、本発明の実施例2のナノレベル構造組成観察方法に用いるナノレベル構造組成観察装置の概念的構成図であり、観察室21、観察室21内に設けられ、観察用試料10を固定する試料探針部22、試料探針部22の中心軸とGaイオン銃31の中心軸とが一直線上で重なるように配置したFIB装置30、観察位置に予め配置された中空状のリフレクトロン23、リフレクトロン23により軌道を偏向された原子やクラスタ等がイオン化した荷電粒子26を検出する二次元位置検出器27、及び、内径が例えば、100μmの開口部を有するとともに、針状試料18の先端部の直上に配置された引出電極28によって基本構成が構成される。
図7参照
図7は、本発明の実施例3のナノレベル構造組成観察方法に用いるナノレベル構造組成観察装置の概念的構成図であり、観察室21、観察室21内に設けられ、観察用試料10を固定する試料探針部22、試料探針部22の中心軸とGaイオン銃31の中心軸とが一直線上で重なるように配置したFIB装置30、試料加工後に観察位置に移動可能に設置したリフレクトロン29、リフレクトロン29により軌道を偏向された原子やクラスタ等がイオン化した荷電粒子26を検出する二次元位置検出器27によって基本構成が構成される。
図8は、観察状態の説明図であり、針状試料18を形成したのち、観察室21を開放することなく、リフレクトロン29と観察位置へ移動して観察を行う。
図9参照
図9は、本発明の実施例4のナノレベル構造組成観察方法に用いるナノレベル構造組成観察装置の概念的構成図であり、観察室41、観察室41内に設けられ、観察用試料10を固定する試料探針部42、試料探針部42の中心軸とGaイオン銃31の中心軸とが一直線上で重なるように配置したFIB装置30、試料加工後に観察位置に移動できるように可能に設置した二次元位置検出器43、及び、二次元位置検出器43と一体になって移動し、例えば内径が100μmを開口部を有する引出電極44によって基本構成が構成される。
図10は、観察状態の説明図であり、針状試料18を形成したのち、観察室21を開放することなく、二次元位置検出器43及び引出電極44と一体として観察位置へ移動して観察を行う。
図11参照
図11は、本発明の実施例5のナノレベル構造組成観察方法に用いるナノレベル構造組成観察装置の概念的構成図であり、上記の実施例1のナノレベル構造組成観察装置に加工終点検知用の四重極型質量分析器50を観察室21内に組み込んだものである。
図12は、試料加工状態を示す説明図であり、Gaイオン銃31から十分収束されたGaイオン32をリフレクトロンの中空部を通過して棒状試料11に照射して、針状試料18に加工する。
なお、以降の観察手順は上記の実施例1と全く同様である。
また、加工終点検知手段は質量分析器に限られるものではなく、原子吸光分析法や原子発光分析法等の公知の光学的手段を用いても良いものである。
再び、図1参照
(付記1) 針状試料1の表面より、外部エネルギー或いは内部エネルギーにより原子1つ1つ或いは複数の元素からなるクラスター1集団1集団が外部空間に離脱することにより前記針状試料1のナノレベルの構造組成を観察するためのナノレベル構造組成観察装置において、前記ナノレベル構造組成観察装置内の試料探針部2に対向する形で、試料加工手段3が備え付けられていることを特徴とするナノレベル構造組成観察装置。
(付記2) 上記試料探針部と試料加工手段とを一直線上に配列することを特徴とする付記1記載のナノレベル構造組成観察装置。
(付記3) 上記ナノレベル構造組成観察装置が、リフレクトロン型の粒子軌道偏向装置5を備えていることを特徴とする付記1または2に記載のナノレベル構造組成観察装置。
(付記4) 上記リフレクトロン型の粒子軌道偏向装置5が、上記試料探針部2の中心軸に対して移動可能に配置されていることを特徴とする付記3記載のナノレベル構造組成観察装置。
(付記5) 上記リフレクトロン型の粒子軌道偏向装置5が、上記試料探針部2の中心軸に対して固定配置されているとともに、上記試料加工手段3からの加工用エネルギービーム7の通過用開口部を有することを特徴とする付記3記載のナノレベル構造組成観察装置。
(付記6) 上記原子或いはクラスタを検出する検出器6が上記試料探針部2の中心軸に対して移動可能に配置されていることを特徴とする付記1または2に記載のナノレベル構造組成観察装置。
(付記7) 上記試料加工手段3が、収束イオンビーム照射手段であることを特徴とする付記1乃至6のいずれか1に記載のナノレベル構造組成観察装置。
(付記8) 上記針状試料1の近傍に引出電極を配置したことを特徴とする付記1乃至7のいずれか1に記載のナノレベル構造組成観察装置。
(付記9) 上記ナノレベル構造組成観察装置の内部に試料加工終点検知手段を備えたことを特徴とする付記1乃至8のいずれか1に記載のナノレベル構造組成観察装置。
(付記10) 付記1乃至9のいずれか1に記載のナノレベル構造組成観察装置を用いたナノレベル構造組成観察方法において、ナノレベル構造組成観察装置内において針状試料1を加工形成したのち、ナノレベル構造組成観察装置外に取り出すことなく前記針状試料1のナノレベルの構造組成を観察することを特徴とするナノレベル構造組成観察方法。 (付記11) 付記4記載のナノレベル構造組成観察装置を用いたナノレベル構造組成観察方法において、ナノレベル構造組成観察装置内において針状試料1を加工形成したのち、上記リフレクトロン型の粒子軌道偏向装置5をナノレベル構造組成観察位置に移動させて前記針状試料1のナノレベルの構造組成を観察することを特徴とするナノレベル構造組成観察方法。
(付記12) 付記6記載のナノレベル構造組成観察装置を用いたナノレベル構造組成観察方法において、ナノレベル構造組成観察装置内において針状試料1を加工形成したのち、上記原子或いはクラスタを検出する検出器6をナノレベル構造組成観察位置に移動させて前記針状試料1のナノレベルの構造組成を観察することを特徴とするナノレベル構造組成観察方法。
(付記13) 付記8記載のナノレベル構造組成観察装置を用いたナノレベル構造組成観察方法において、ナノレベル構造組成観察装置内において針状試料1を加工形成したのち、上記針状試料1の近傍に引出電極を移動させて前記針状試料1のナノレベルの構造組成を観察することを特徴とするナノレベル構造組成観察方法。
2 試料探針部
3 試料加工手段
4 粒子
5 粒子軌道偏向装置
6 検出器
7 加工用エネルギービーム
10 観察用試料
11 棒状試料
12 シリコン基板
13 Ta下地層
14 Co/Cu多層膜
15 Au保護層
16 Wワイヤ
17 導電性接着剤
18 針状試料
21 観察室
22 試料探針部
23 リフレクトロン
24 イオン入射出部分
25 最奥端部
26 荷電粒子
27 二次元位置検出器
28 引出電極
29 リフレクトロン
30 FIB装置
31 Gaイオン銃
32 Gaイオン
41 観察室
42 試料探針部
43 二次元位置検出器
44 引出電極
50 四重極型質量分析器
61 針状試料
62 構成物質
63 構成物質
64 測定器
Claims (5)
- 針状試料の表面より、外部エネルギー或いは内部エネルギーにより原子1つ1つ或いは複数の元素からなるクラスター1集団1集団が外部空間に離脱することにより前記針状試料のナノレベルの構造組成を観察するためのナノレベル構造組成観察装置において、前記ナノレベル構造組成観察装置内の試料探針部に対向する形で、試料加工手段が備え付けられていることを特徴とするナノレベル構造組成観察装置。
- 上記試料探針部と上記試料加工手段とを一直線上に配列させたことを特徴とする請求項1記載のナノレベル構造組成観察装置。
- 上記ナノレベル構造組成観察装置が、リフレクトロン型の粒子軌道偏向装置を備えていることを特徴とする請求項1または2に記載のナノレベル構造組成観察装置。
- 上記原子或いはクラスタを検出する検出器が上記試料探針部の中心軸に対して移動可能に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載のナノレベル構造組成観察装置。
- 請求項1乃至4のいずれか1項に記載のナノレベル構造組成観察装置を用いたナノレベル構造組成観察方法において、ナノレベル構造組成観察装置内において針状試料を加工形成したのち、ナノレベル構造組成観察装置外に取り出すことなく前記針状試料のナノレベルの構造組成を観察することを特徴とするナノレベル構造組成観察方法。
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