JP2008014820A - 試料台 - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＩＢ加工時とＳＥＭ観察時とで試料台を共用するとともに、装置本体と試料台が衝突することを防止する。
【解決手段】試料台１０は、断面の形状が略正方形にされており、搭載面１０ｂに試料が搭載される。また、搭載面１０ｂと対向する対向面１０ｄには、ＦＩＢ加工時に試料台１０を試料ホルダ５０に装着するための装着金具４０が螺合される。また、搭載面１０ｂ及び対向面１０ｄに隣接する側面１０ｃには、ＳＥＭ観察時に装着金具４０が螺合される。また、側面１０ｃと対向する側面１０ａには、試料を位置決めするための位置決め金具２０が取り付けられる。位置決め治具２０によって、試料の端面を搭載面１０ｂと側面１０ａとで形成される角部の近傍に位置決めした後、試料が、固定金具３０によって搭載面１０ｂに固定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、集束イオンビーム加工及び観察が行われる試料が固定され、試料ホルダに着脱自在に装着される試料台に関する。

近年、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工と、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の２つの機能を有するデュアルビーム装置が知られている。このようなデュアルビーム装置では、試料が搭載される試料台が試料ホルダに着脱自在に装着されて、ＦＩＢ加工とＳＥＭによる観察とが行われる。

また、前述の試料台は、ＦＩＢ加工時に試料が搭載されるＦＩＢ加工用の試料台と、ＦＩＢ加工によって加工された試料の断面をＳＥＭによって観察する時に試料が搭載されるＳＥＭ用の試料台との２種類あり、同一の試料ホルダに装着される。このため、試料をＦＩＢ加工した後、その試料を断面方向からＳＥＭによって観察する場合、ＦＩＢ加工用の試料台からＳＥＭ用の試料台に載せ代える必要がある。このため、試料を載せ代える際に、試料を損傷・汚染させる恐れがある。さらに、ＳＥＭ用試料台に載せ代えた後、装置本体への挿入高さを試料毎に調整する必要があり、高さ調整時に試料が損傷・汚染する恐れがある。

このような問題を解決するために、ＦＩＢ加工後に試料台を交換せずに、そのまま試料台を回転させて試料ホルダに装着することにより、その試料を断面方向からＳＥＭによって観察可能にしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−７５３６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の試料台を使用すると、ＳＥＭ観察時の試料の位置が、ＦＩＢ加工時よりも低い位置となるため、ＳＥＭの分解能をあげるために、対物レンズと試料間の距離を変更した時に試料台が装置本体と衝突する恐れがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＦＩＢ加工時とＳＥＭ観察時とで試料台を共用するとともに、ＳＥＭの分解能をあげるために、対物レンズと試料間の距離を変更した時に装置本体と衝突することを防止する試料台を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の試料台は、集束イオンビーム加工及び観察が行われる試料が固定され、試料ホルダに着脱自在に装着される試料台であり、前記試料が搭載される搭載面と、前記搭載面と対向し、前記集束イオンビーム加工時に前記試料ホルダに装着するための装着金具が取り付けられる対向面と、前記搭載面及び前記対向面に対して略直角に隣接し、前記観察時に前記装着金具が取り付けられる第１の側面と、前記第１の側面と対向し、前記試料を位置決めするための位置決め治具が取り付けられる第２の側面とを備え、前記搭載面、前記対向面、前記第１の側面、及び前記第２の側面に対して垂直な断面の形状が略正方形にされ、前記位置決め治具によって、前記試料の端面が前記搭載面と前記第２の側面とで形成される角部の近傍に位置決めされた後、前記試料が前記搭載面に固定されることを特徴とするものである。

また、前記位置決め治具は、前記端面と当接される当接部を備え、前記第２の側面と直交する方向にスライド自在に取り付けられ、前記当接部の位置が調節された後、ネジによって、前記第２の側面に固定されることが好ましい。さらに、前記当接部の位置を測定するための目盛りが設けられていることが好ましい。

また、前記試料は位置決めされた後、固定金具によって前記搭載面に固定されることが好ましい。さらに、前記固定金具は、前記集束イオンビームによって加工される前記試料の端面以外の略全域を覆うことが好ましい。

また、前記第１の側面と前記対向面とで形成される角部は、所定の角度で面取りされ、面取りされた斜面と対向する角部との距離が前記正方形の１辺の長さと略等しくされており、前記観察時に前記装着金具が前記斜面に装着されることが好ましい。なお、所定の角度とは、例えば、３０度、４５度、６０度であり、任意の角度で面取りされる。

本発明の試料台によれば、搭載面、対向面、第１の側面、及び第２の側面に対して垂直な断面の形状が略正方形にされており、試料の端面が、搭載面と第２の側面とで形成される角部の近傍に位置決めされて搭載面に固定されるので、集束イオンビーム加工が終わった後、試料を９０度回転させて試料の端面を走査型電子顕微鏡によって観察時する場合でも、試料ホルダに対する試料の端面の高さ変化が小さいため、走査型電子顕微鏡の分解能を上げるために、対物レンズと試料間の距離を変更した時に試料台が装置本体と衝突することが防止される。

また、位置決め治具が、試料台に対して第２の側面と直交する方向にスライド自在に取り付けられるので、当接部の位置を調節することが可能である。このため、第２の側面から試料の端面を厚み分だけ突出させて位置決めすることによって、観察時に試料台を９０度回転させた時に、試料の端面の高さの変化をより小さくすることができる。

さらに、当接部の位置を測定するための目盛りが設けられているので、目盛りを見ながら当接部の位置を調節することができる。このため、試料の端面の位置を正確に位置決めすることができる。

また、位置決め治具によって位置決めされた後、固定金具によって試料が搭載面に固定されるので、導電性の接着剤を使用する場合と比べて、脱ガスによって試料の汚染や顕微鏡の分解能が低下することを防止できる。

さらに、固定金具によって、試料の端面以外の略全域を覆うので、チャージアップを抑制して、観察時の熱によって発生するドリフトの防止や、ノイズの発生によって観察画像が劣化することを防止できる。

また、第１の側面と対向面とで形成される角部を所定の角度で面取りし、さらに、面取りされた斜面と対向する角部との距離が正方形の１辺の長さと略等しくされているので、試料の加工後に、試料台を所定の角度で回転させて観察する場合でも、試料ホルダに対する試料端面の高さの変化を小さくすることができる。

図１に示す試料台１０は、ＦＩＢ／ＳＥＭのデュアルビーム装置に用いられる。このデュアルビーム装置では、ＦＩＢによる試料の加工とＳＥＭによる試料の観察とが可能であり、試料ホルダ（図６参照）５０を備えている。この試料ホルダ５０には、ＦＩＢ加工時及び観察時に、試料が固定された試料台１０が装着される。この試料台１０は、略立方体形状を有しており、導電性に優れ、且つ非磁性の材質（例えば、アルミやステンレス等）で形成されている。

また、試料台１０の側面（第２の側面）１０ａには、位置決め治具２０を取り付けるためのネジ穴１１と、位置決め治具２０をスライド移動させるためのガイド穴１２ａ，１２ｂとが形成されている。この位置決め治具２０は、固定ネジ１３によって試料台１０に固定される。

また、試料が搭載される搭載面１０ｂには、試料を固定する固定金具３０を取り付けるためのネジ穴１４ａ〜１４ｆが形成されている。この固定金具３０は、固定ネジ１６によって試料台１０の搭載面１０ｂに固定される。さらに、この搭載面１０ｂには、目盛り（図３参照）１５ａ，１５ｂが設けられている。また、側面１０ａと対向する側面（第１の側面）１０ｃには、ネジ穴１７が形成されている。このネジ穴１７には、試料台１０を試料ホルダ（図６参照）５０に装着するための装着金具４０が螺合されて取付けられる。

また、搭載面１０ｂと対向する対向面１０ｄには、ネジ穴１９が形成されている。このネジ穴１９には、ネジ穴１７と同様に、装着金具４０が螺合されて取付けられる。この装着金具４０は、略円柱形状を有する本体４１と、ネジ部４２とを備えて構成されている。

次に、位置決め治具２０の構成について説明する。図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、位置決め治具２０は、平板状の本体２１の両端部２１ａ，２１ｂが略直角に屈曲されてコの字形状にされている。また、両端部２１ａ，２１ｂの間隔は、試料台１０の一辺の長さａと略同様にされている。また、本体２１の内面には、円柱状のスライドガイド部２２ａ，２２ｂが両端部２１ａ，２１ｂの各々の近傍に形成されている。また、このスライドガイド部２２ａ，２２ｂは、両端部２１ａ，２１ｂと略平行にされている。

また、本体２１の上部には、両端部２１ａ，２１ｂよりも突出され、試料の端面が当接される当接部２３が形成されている。さらに、この位置決め治具２０の中央には、挿通穴２４が形成されている。このネジ穴２４は、背面側から固定ネジを挿通するように形成されている。

この位置決め治具２０を試料台１０に取り付ける場合、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すように、２つのスライドガイド部２２ａ，２２ｂを試料台１０の各々のガイド穴１２ａ，１２ｂに挿入するとともに、固定ネジ１３を挿通穴２４に挿通させた後、ネジ穴１１に螺合させることによって取付けられる。

また、試料台１０の上面には、図３に示すように、目盛り１５ａ，１５ｂが形成されている。この目盛り１５ａ，１５ｂは、位置決め治具２０の本体２１を試料台１０に当接させた時に、両端部２１ａ，２１ｂの先端が目盛り１５ａ，１５ｂの各々の「０」の位置を指すように、目盛りが刻まれている。このため、両端部２１ａ，２１ｂの先端の位置を調節することによって、側面１０ａと当接部２３との間隔を調節することができる。

試料台１０に取付けられた位置決め治具２０の位置を調節する場合、目盛り１５ａ，１５ｂを見ながら、図４（Ａ）に示すように、位置決め治具２０をスライドガイド部２２ａ，２２ｂに沿って、矢印Ａ方向にスライド移動させて、側面１０ａと当接部２３との間隔を試料の厚みｂと同じ寸法に合わせた後、固定ネジ１３によって位置決め治具２０を試料台１０に固定する。または、位置決め治具２０をスライドガイド部２２ａ，２２ｂに沿って移動させ、試料台１０と密着させる。その後、固定ネジ１３で固定し、、目盛り１５ａ，１５ｂを見ながら、試料の厚みｂ分だけ固定ネジ１３を緩める方向に回転させることで、位置決め治具２０をスライド移動させて位置を調節しても良い。

次に、固定金具３０について説明する。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示すように、固定金具３０は、平板状にされており、左右の両端部に長穴３１ａ，３１ｂが互いに略平行となるように形成されている。試料を試料台１０の上面１０ｂに固定する場合、位置決め治具２０を固定し、試料を上面１０ｂに載置した後、図４（Ａ）に示すように、試料の端面を当接部２３に当接させる。

その後、ネジ穴１４ａ，１４ｂ、ネジ穴１４ｃ，１４ｄ、または、ネジ穴１４ｅ，１４ｆのいずれか２つのネジ穴、例えば、ネジ穴１４ｅ，１４ｆに固定ネジ１６を螺合させることによって、試料を試料台１０に固定する。その後、図４（Ｂ）に示すように、位置決め治具２０が試料台１０から取り外される。

次に、上記構成の試料台１０の作用について説明する。試料を試料台１０に固定する場合、最初に、位置決め治具２０を試料台１０に取り付ける。この時、試料台１０のガイド穴１２ａ，１２ｂにスライドガイド部２２ａ，２２ｂを挿入し、試料の端面を合わせたい位置、すなわち、図４（Ａ）に示すように、当接部２３が厚さｂ分だけ試料台１０から離間した位置になるように、目盛り１５ａ，１５ｂを見ながらセットする。その後、固定ネジ１３によって位置決め治具２０を固定する。

その後、試料の端面が当接部２３に当接するように試料台１０の上面にセットした後、固定金具３０を試料の上面に当接するように配置する。その後、図４（Ａ）に示すように、固定ネジ１６を長穴３１ａ，３１ｂに挿通させ、さらに、試料台１０に形成されたネジ穴１４ａ〜１４ｆのいずれか、例えば、ネジ穴１４ｅ，１４ｆに螺合させることによって試料を固定する。固定金具３０によって試料を試料台１０に固定した後、図４（Ｂ）に示すように、位置決め治具２０を試料台１０から取り外す。

その後、図４に示すように、試料台１０のネジ穴１７，１９に装着金具４０をそれぞれ螺合させた後、ＦＩＢ加工を行う時に、ネジ穴１９に螺合された装着金具４０を利用して、図６（Ａ）に示すように、試料の上面が鉛直方向上方に向くように、試料ホルダ５０に固定する。この試料ホルダ５０への固定は、例えば、ネジ止めによって行われる。その後、試料台１０が、図６（Ａ）に示すように固定された状態で、試料の端面がＦＩＢ加工される。

その後、ＦＩＢ加工による断面をＳＥＭで観察する場合、試料台１０を反時計方向に９０度回転させて、ネジ穴１７に螺合された装着金具４０を利用して、図６（Ｂ）に示すように、試料の端面が鉛直上方を向くように、試料ホルダ５０にネジ止めによって固定する。その後、試料台１０が、図６（Ｂ）に示すように固定された状態で、ＳＥＭによって断面の観察が行われる。

この時、試料の端面は、試料台１０から厚さｂ分だけ突出されており、試料台１０が一辺の長さａの立方体形状であるため、試料の断面の高さに変化がない。このため、分解能をあげるために、Ｚ軸ステージの位置ＷＤ（Working Distance：対物レンズと試料間の距離）を上昇させた時に試料台１０が装置本体と衝突することを防止できる。

また、固定金具３０を用いることによって、導電性ペースト、導電性テープを用いなくても試料を試料台１０に固定することが可能であり、これらを用いて試料台１０に固定する場合に比べて、操作者の手間を省くことができる。

上記説明において、固定金具３０と試料台１０の上面との間で試料を挟持して固定する場合を例に説明したが、これに限るものではなく、固定金具を使用せずに試料を固定しても良い。

以下に、導電性テープを使用して試料を試料台１０に固定する場合について説明する。図７（Ａ）に示すように、固定金具３０と位置決め治具２０との間で試料を挟持させて、試料の端面の位置決めを行った後、試料の側面と試料台１０とを導電性テープ５５によって固定する。その後、図７（Ｂ）に示すように、固定金具３０及び位置決め治具２０を試料台１０から取り外す。なお、試料を試料台１０に固定した後の作用は、固定金具３０と試料台１０の上面との間で試料を挟持して固定する場合と同様であるため、詳しい説明を省略する。

以上、導電性テープを使用して試料を試料台に固定する場合を例に説明を行ったが、これに限るものではなく、例えば、導電性の接着剤を用いて試料の裏面側を接着しても良い。

次に、固定金具の変形例について説明する。固定金具３０は、略平板状に形成されているが、図８に示す固定金具６０は、両端部６０ａ，６０ｂが略直角に屈曲されており、コの字形状にされている。これらの端部６０ａ，６０ｂに、長穴６１ａ，６０ｂが形成されている。

この固定金具６０を用いて試料を固定すると、図９に示すように、固定金具６０によって、試料の両端面以外の略全域を覆うことが可能である。このように、試料の両端面以外の略全域を覆うことによって、ＦＩＢ／ＳＥＭでのチャージアップを抑制して、観察時の熱によって発生するドリフトの防止や、ノイズの発生によって観察画像が劣化することを防止できる。なお、試料を試料台１０に固定した後の作用は、固定金具３０を用いた場合と同様であり、詳しい説明を省略する。

また、上記説明において、ＦＩＢ加工時とＳＥＭによる観察時とで、試料台１０を略９０度回転させる場合を例に説明を行ったが、これに限るものではなく、例えば、試料台を４５度回転させても良い。この場合について以下に説明を行う。

以下に、試料台１０を４５度回転させる場合について説明する。図１０に示す試料台７０は、断面が正方形状にされた試料台１０とは異なり、後述するように、１つの角部が４５度で面取りされている。

試料台７０は、試料台１０と同様に、ネジ穴１１が形成された側面（第２の側面）７０ａと、試料が搭載される搭載面７０ｂと、ネジ穴１７が形成された側面（第１の側面）７０ｃと、ネジ穴１９が形成され、搭載面７０ｂと対向する対向面７０ｄとを備えている。また、側面７０ｃと対向面７０ｄとで形成される角部は、４５度で面取りされて斜面７０ｅが形成されている。

また、この斜面７０ｅは、対向する角部、つまり、側面７０ａと搭載面７０ｂとで形成される角部との距離が、正方形の１辺の長さａと略等しくされている。また、この斜面７０ｅには、装着金具４０を螺合させる３つのネジ穴７１が設けられている。

ネジ穴７１は、斜面７０ｅに対して垂直に形成されており、つまり、このネジ穴７１は、ネジ穴１７，１９に対して略４５度傾斜して形成されている。このネジ穴７１には、ネジ穴１７，１９と同様に、装着金具４０が螺合されて取付けられる。

この試料台７０に試料を取り付ける場合、前述の試料台１０と同様に、位置決め治具２０によって、試料の端面の位置決めを行った後、固定金具３０によって固定される。なお、試料の端面を位置決めする際、試料の端面の突出量は、４５度回転した時に端面の位置が変わらないように設定される。

試料を試料台７０の搭載面７０ｂに固定した後、ネジ穴１９に螺合された装着金具４０を利用して、図１０（Ａ）に示すように、試料の上面が鉛直方向上方に向くように、試料ホルダ５０に固定して、ＦＩＢ加工を行う。その後、ネジ穴７１に螺合された装着金具４０を利用して、図１０（Ｂ）に示すように、試料台７０を反時計方向に４５度回転させた状態で、試料ホルダ５０に固定して、ＳＥＭによって試料の断面の観察を行う。また、ネジ穴１７を利用して試料台７０を試料ホルダ５０に固定することによって、９０度回転させた状態で観察することもできる。

なお、上記実施形態において、ＦＩＢ加工時とＳＥＭによる観察時とで試料台を９０度及び４５度回転させる場合を例に説明を行ったが、これに限るものではなく、例えば、試料台を３０度回転させても良いし、６０度回転させても良い。この場合、回転角度に対応する角度で面取りした斜面を形成し、この面に装着金具を取り付けるネジ穴を形成すれば良い。

また、上記実施形態において、この試料台が立方体形状を有する場合を例に説明したが、これに限るものではなく、搭載面、対向面、第１の側面、及び第２の側面に垂直な断面の形状が略正方形であれば良く、直方体でも良い。

試料台、位置決め治具、及び固定金具の構成を示す側面図である。 位置決め治具の構成を示す平面図、正面図、及び側面図である。 試料台、及び位置決め治具の構成を示す平面図、正面図、及び側面図であり、位置決め治具を試料台に固定した状態を示している。 試料台、及び位置決め治具の構成を示す側面図であり、位置決め治具によって試料の端面を位置決めする方法を示している。 固定金具の構成を示す平面図、正面図、及び側面図である。 試料台及び試料ホルダの構成を示す側面図であり、ＦＩＢ加工時とＳＥＭによる観察時とで試料台を９０度回転させて試料ホルダに固定した場合について示している。 試料台及び位置決め治具の構成を示す側面図であり、位置決め治具及び固定金具によって試料の端面を位置決めした後、導電性テープによって試料を固定する場合を示している。 固定金具の変形例を示す平面図及び正面図であり、固定金具をコの字型に形成した場合を示している。 試料台及び固定金具の構成を示す側面図であり、固定金具によって、試料の上面及び側面を覆って試料台に固定した場合を示している。 試料台及び固定金具の構成を示す側面図であり、ＦＩＢ加工時とＳＥＭによる観察時とで試料台を４５度回転させる場合の試料台の構成を示している。

符号の説明

１０，７０ 試料台
１０ａ，１０ｃ，７０ａ，７０ｃ 側面
１０ｂ，７０ｂ 搭載面
１０ｄ，７０ｄ 対向面
１１，１７，１９ ネジ穴
１２ａ，１２ｂ ガイド穴
１３，１６ 固定ネジ
２０ 位置決め治具
２２ａ，２２ｂ スライドガイド部
３０，６０ 固定金具
４０ 調整金具
７０ｅ 斜面

Claims (6)

1. 集束イオンビーム加工及び観察が行われる試料が固定され、試料ホルダに着脱自在に装着される試料台において、
   前記試料が搭載される搭載面と、
   前記搭載面と対向し、前記集束イオンビーム加工時に前記試料ホルダに装着するための装着金具が取り付けられる対向面と、
   前記搭載面及び前記対向面に対して略直角に隣接し、前記観察時に前記装着金具が取り付けられる第１の側面と、
   前記第１の側面と対向し、前記試料を位置決めするための位置決め治具が取り付けられる第２の側面とを備え、
   前記搭載面、前記対向面、前記第１の側面、及び前記第２の側面に対して垂直な断面の形状が略正方形にされ、前記位置決め治具によって、前記試料の端面が前記搭載面と前記第２の側面とで形成される角部の近傍に位置決めされた後、前記試料が前記搭載面に固定されることを特徴とする試料台。
2. 前記位置決め治具は、前記端面と当接される当接部を備え、前記第２の側面と直交する方向にスライド自在に取り付けられ、前記当接部の位置が調節された後、ネジによって、前記第２の側面に固定されることを特徴とする請求項１記載の試料台。
3. 前記当接部の位置を測定するための目盛りが設けられていることを特徴とする請求項２記載の試料台。
4. 前記試料は位置決めされた後、固定金具によって前記搭載面に固定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の試料台。
5. 前記固定金具は、前記集束イオンビームによって加工される前記試料の端面以外の略全域を覆うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか記載の試料台。
6. 前記第１の側面と前記対向面とで形成される角部は、所定の角度で面取りされ、面取りされた斜面と対向する角部との距離が前記正方形の１辺の長さと略等しくされており、前記観察時に前記装着金具が前記斜面に装着されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか記載の試料台。

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