JP2008111777A

JP2008111777A - 顕微鏡用試料作成装置

Info

Publication number: JP2008111777A
Application number: JP2006296002A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Watanabe; 栄一渡辺
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2008-05-15

Abstract

【課題】試料の観察表面が変形したり、ダメージを受けたりせず、真空チャンバ内を排気する排気装置の負荷が増大しない顕微鏡用試料作成装置を提供することを課題とする。
【解決手段】真空チャンバ１内の試料５にイオンビームを照射するイオン銃（イオン照射手段）７と、真空チャンバ１内の試料５を観察可能な光学顕微鏡（観察手段）１１と、イオン銃７が試料５にイオンを照射できる第１の状態，光学顕微鏡１１が試料５を観察できる第２の状態を切り替える切り替え手段とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空チャンバ内の試料に広範囲にイオンビームを照射することにより、前記試料の加工を行う顕微鏡用試料作成装置に関する。

走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察される試料を作製する装置として、下記特許文献１に記載されているような顕微鏡用試料作製装置が知られている。

このような顕微鏡用試料作製装置は、試料にイオンビームを照射して、研磨・ミーリングを行い、試料をＳＥＭまたはＴＥＭ観察に適した形状に加工するイオン照射手段と、加工された試料を観察する観察手段とを有している。

又、下記特許文献２には、同一真空チャンバ内に設けた電子線照射機構と光学観察機構とに対して試料を移動させる機構が記載されている。
特開２００５−０３７１６４号公報特開２００１−１３３４１７号公報

上述した特許文献１の顕微鏡用試料作成装置では、イオン照射は真空チャンバ内で行われるが、加工された試料の観察は真空チャンバ外でなされている。試料を観察するために、真空中で研磨やミーリングがなされた試料を大気中に戻すと、大気中の酸素により試料が酸化反応を生じ、試料の観察表面が変形したり、ダメージを受けたりする問題点がある。又、真空チャンバへの試料の出し入れ回数が多くなり、真空チャンバ内を排気する排気装置の負荷が増大する問題点もある。

又、特許文献２の顕微鏡用試料作成装置での試料を電子線照射機構と光学観察機構とに対して移動させる機構は、真空チャンバ内で、試料を移動させるので、機構が大型化し、重量も重く、コストも高くなる問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その課題は、試料の観察表面が変形したりダメージを受けたりしない顕微鏡用試料作成装置を提供することにある。
又、本発明の別の課題は、真空チャンバ内を排気する排気装置の負荷が増大しない顕微鏡用試料作成装置を提供することにある。

更に、本発明の別の課題は、小型、軽量、低コストの顕微鏡用試料作成装置を提供することにある。

上記課題を解決する請求項１に係る発明は、試料に対してイオンビームを照射して前記試料を加工するイオン照射手段と、加工された前記試料を観察する観察手段とを有する試料作成装置において、前記真空チャンバ内の試料にイオンビームを照射する前記イオン照射手段と、前記真空チャンバ内の試料を観察可能な前記観察手段と、前記イオン照射手段、前記観察手段を移動させて、前記イオン照射手段が前記試料にイオンを照射できる第１の状態，前記観察手段が前記試料を観察できる第２の状態を切り替える切り替え手段と、を設けたことを特徴とする顕微鏡用試料作成装置である。

切り替え手段を切り替えて第１の状態とすると、前記イオン照射手段を用いて、真空チャンバ内の前記試料にイオンを照射できる。
切り替え手段を切り替えて第２の状態とすると、前記観察手段を用いて、真空チャンバ内の前記試料を観察できる。

請求項２に係る発明は、前記切り替え手段は、前記試料と対向する前記真空チャンバの壁部に上に設けられた穴と、該穴に回転可能に設けられ、回転中心軸が通る箇所以外の箇所が前記試料と対向する円板であって、前記回転中心軸が通る箇所を中心とし、前記試料と対向する箇所を通る前記円板の円周上に、照射方向が前記回転中心軸と平行である前記イオン照射手段と、観察方向が前記回転中心軸と平行な前記観察手段とが設けられた円板であることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡用試料作成装置である。

請求項３に係る発明は、前記切り替え手段は、前記試料と対向する前記真空チャンバの壁部上に設けられた穴と、該穴を塞ぎながら、前記穴上を直線移動可能に設けられた板であって、該板の前記試料上を通る軌跡上に前記イオン照射手段と、前記観察手段とが設けられた板であることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡用試料作成装置である。

請求項４に係る発明は、試料に対してイオンビームを照射して前記試料を加工するイオン照射手段と、加工された前記試料を観察する観察手段とを有する試料作成装置において、前記真空チャンバ内の試料にイオンビームを照射する前記イオン照射手段と、前記真空チャンバ内の試料を観察可能な前記観察手段と、前記試料と対向する前記真空チャンバの壁部に上に設けられた穴と、該穴に回転可能に設けられ、回転中心軸が前記試料を通る円板であって、前記回転中心軸上に前記イオン照射手段が設けられ、回転中心軸が通る箇所以外の箇所に、観察方向が前記試料方向である前記観察手段が設けられた円板と、を設けたことを特徴とする顕微鏡用試料作成装置である。

請求項５に抱える発明は、前記観察手段は、光学顕微鏡像、二次電子像、反射電子像、二次イオン像及び透過Ｘ線像のうちの少なくとも一つを観察する手段であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の顕微鏡用試料作成装置である。

請求項１−５に係る発明によれば、前記真空チャンバ内の試料にイオンビームを照射する前記イオン照射手段と、前記真空チャンバ内の試料を観察可能な前記観察手段とを有することで、試料を大気中に戻すことがなくなり、試料の観察表面が変形したり、ダメージを受けたりしない。

又、真空チャンバへの試料の出し入れがなくなるので、真空チャンバ内を排気する排気装置の負荷が増大しない。
請求項１−３に係る発明によれば、前記真空チャンバ内の試料にイオンビームを照射する前記イオン照射手段と、前記真空チャンバ内の試料を観察可能な前記観察手段と、前記イオン照射手段、前記観察手段を移動させて、前記イオン照射手段が前記試料にイオンを照射できる第１の状態，前記観察手段が前記試料を観察できる第２の状態を切り替える切り替え手段とを設けたことにより、試料をイオン照射手段と観察手段とに対して移動させる機構より、機構が小型、軽量、低コストである。

請求項２に係る発明によれば、切り替え手段は、イオン照射手段と観察手段が設けられた円板であることにより、切り替え手段が小型となる。
請求項３に係る発明によれば、前記切り替え手段は、前記試料と対向する前記真空チャンバの壁部上に設けられた穴と、該穴を塞ぎながら、前記穴上を直線移動可能に設けられた板であって、該板の前記試料上を通る軌跡上に前記イオン照射手段と、前記観察手段とが設けられた板であることにより、構成が簡単である。

請求項４に係る発明によれば、イオン照射手段と観察手段とは円板に設けられているので、小型となる。又、回転中心軸が前記試料を通る円板であって、前記回転中心軸上に前記イオン照射手段が設けられ、回転中心軸が通る箇所以外の箇所に、観察方向が前記試料方向である前記観察手段が設けられたことにより、イオン照射手段で試料の作成を行いながら、観察手段で試料を観察できる。又、円板を回転させ、試料を５°〜１０°異なる二つの方位に設定して写真を撮り、二枚の写真を左右の目で独立に観察して立体感を得る、いわゆるステレオ観察が可能となる。

（第１の形態例）
図１、図２を用いて説明する。図１は第１の形態例を説明する断面構成図、図２は図１のＤ方向矢視図である。これらの図において、真空チャンバ１内には、試料５が載置される試料ステージ３が設けられている。真空チャンバ１の上部には、真空チャンバ１内の試料５にイオンビーム（ＩＢ）を照射して、試料５を加工するイオン銃（イオン照射手段）７と、真空チャンバ１内の試料５を観察する光学顕微鏡（観察手段）１１とが配置されている。

真空チャンバ１には、真空チャンバ１内を排気する排気装置１２が設けられている。
本形態例では、イオン銃７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。又、試料ステージ３の試料が載置される部分はｘ軸方向、ｙ軸方向に移動可能に構成されている。

本形態例では、イオン照射手段としてのイオン銃７が試料５にイオンを照射できる第１の状態と、観察手段としての光学顕微鏡１１が試料５を観察できる第２の状態（図１に示す状態）とを切り替える切り替え手段が設けられている。

本形態例の切り替え手段は、試料５と対向する真空チャンバ１の壁部１ａに設けられた穴１ｂと、穴１ｂを塞ぎ、穴１ｂに回転可能に設けられた円板２１とからなっている。
円板２１の回転中心軸Ｂが通る箇所以外の箇所が、試料５と対向するようになっている。そして、円板２１には、回転中心軸Ｂが通る箇所を中心とし、試料５と対向する箇所を通る円板２１の円周Ｃ上に、照射方向Ｏｉが回転中心軸Ｂ（ｚ軸）と平行であるイオン銃７と、観察方向（光軸ＯＬ）が回転中心軸Ｂと平行な光学顕微鏡１１とが設けられている。

次に、上記構成の作動を説明する。図１に示す状態は、光学顕微鏡１１の光軸ＯＬが試料５上を通り、光学顕微鏡１１で試料５を観察できる第２の状態を示している。この状態から。円板２１を１８０°回転させると、イオン銃７の照射方向Ｏｉが試料５となり、イオン銃７のイオンビームＩＢで試料５を加工できる第１の状態となる。

このような構成によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）真空チャンバ１内で、試料５に対してイオンビームを照射して試料５を加工するイオン銃（イオン照射手段）７と、真空チャンバ１内で、加工された試料５を観察する光学顕微鏡（観察手段）１１とを設けたことにより、試料５を大気中に戻すことがなくなり、試料５の観察表面が変形したり、ダメージを受けたりしない。
（２）真空チャンバ１内で、試料５に対してイオンビームを照射して試料５を加工するイオン銃（イオン照射手段）７と、真空チャンバ１内で、加工された試料５を観察する光学顕微鏡（観察手段）１１と、イオン銃７、光学顕微鏡１１とを移動させて、イオン銃７が試料５にイオンを照射できる第１の状態，光学顕微鏡１１が試料５を観察できる第２の状態を切り替える切り替え手段（試料５と対向する真空チャンバ１の壁部１ａに設けられた穴１ｂと、穴１ｂを塞ぎ、穴１ｂに回転可能に設けられた円板２１）とを設けたことにより、試料５をイオン照射手段と観察手段とに対して移動させる機構より、機構が小型、軽量、低コストである。
（３）真空チャンバ１への試料５の出し入れがなくなるので、真空チャンバ１内を排気する排気装置１２の負荷が増大しない。
（４）切り替え手段は、イオン銃７と光学顕微鏡１１とが設けられた円板２１であることにより、切り替え手段が小型となる。
（第２の形態例）
図３を用いて説明する。図３は第２の形態例を説明する断面構成図である。

図において、真空チャンバ３１内には、試料３５が載置される試料ステージ３３が設けられている。真空チャンバ３１の上部には、真空チャンバ３１内の試料３５にイオンビーム（ＩＢ）を照射して、試料３５を加工するイオン銃（イオン照射手段）３７と、真空チャンバ３１内の試料３５を観察する光学顕微鏡（観察手段）４１とが配置されている。

真空チャンバ３１には、真空チャンバ３１内を排気する排気装置４２が設けられている。
本形態例では、イオン銃３７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。又、試料ステージ３３の試料が載置される部分はｘ軸方向、ｙ軸方向に移動可能に構成されている。

本形態例では、イオン照射手段としてのイオン銃３７が試料３５にイオンを照射できる第１の状態と、観察手段としての光学顕微鏡４１が試料３５を観察できる第２の状態（図１に示す状態）とを切り替える切り替え手段が設けられている。

本形態例の切り替え手段は、試料３５と対向する真空チャンバ３１の壁部３１ａに設けられた穴３１ｂと、穴３１ｂを塞ぎながら、穴３１ｂ上を図において矢印Ｅ方向に直線移動可能に設けられた板４５とからなっている。板４５の試料３５上を通る軌跡上にイオン銃３７と、光学顕微鏡４１とが設けられている。

次に、上記構成の作動を説明する。図３に示す状態は、光学顕微鏡４１の光軸ＯＬが試料３５上を通り、光学顕微鏡４１で試料３５を観察できる第２の状態を示している。この状態から。板４５を図において右方向に移動させると、イオン銃３７の照射方向Ｏｉ上に試料３５が移動し、イオン銃３７のイオンビームＩＢで試料３５を加工できる第１の状態となる。

このような構成によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）真空チャンバ３１内で、試料３５に対してイオンビームを照射して試料３５を加工するイオン銃（イオン照射手段）３７と、真空チャンバ３１内で、加工された試料３５を観察する光学顕微鏡（観察手段）４１とを設けたことにより、試料３５を大気中に戻すことがなくなり、試料３５の観察表面が変形したりダメージを受けたりしない。
（２）真空チャンバ３１内で、試料３５に対してイオンビームを照射して試料３５を加工するイオン銃（イオン照射手段）３７と、真空チャンバ３１内で、加工された試料３５を観察する光学顕微鏡（観察手段）４１と、イオン銃３７、光学顕微鏡４１とを移動させて、イオン銃３７が試料３５にイオンを照射できる第１の状態，光学顕微鏡４１が試料３５を観察できる第２の状態を切り替える切り替え手段（試料３５と対向する真空チャンバ３１の壁部３１ａに設けられた穴３１ｂと、穴３１ｂを塞ぎながら、穴３１ｂ上を図において矢印Ｅ方向に直線移動可能に設けられた板４５）とを設けたことにより、試料３５をイオン照射手段と観察手段とに対して移動させる機構より、機構が小型、軽量、低コストである。
（３）真空チャンバ３１への試料３５の出し入れがなくなるので、真空チャンバ３１内を排気する排気装置４２の負荷が増大しない。
（４）切り替え手段は、試料３５と対向する真空チャンバ３１の壁部３１ａ上に設けられた穴３１ｂと、穴３１ｂを塞ぎながら、穴３１ｂ上を直線移動可能に設けられた板４５であって、板４５の試料３５上を通る軌跡上にイオン銃３７と、光学顕微鏡４１とが設けられた板４５であることにより、構成が簡単である。
（第３の形態例）
図４を用いて、説明する。図４は第３の形態例を説明する断面構成図である。

図において、真空チャンバ５１内には、試料５５が載置される試料ステージ５３が設けられている。真空チャンバ５１の上部には、真空チャンバ５１内の試料５５にイオンビーム（ＩＢ）を照射して、試料５５を加工するイオン銃（イオン照射手段）５７と、真空チャンバ５１内の試料５５を観察するＣＣＤカメラ（観察手段）６１とが配置されている。

真空チャンバ５１には、真空チャンバ５１内を排気する排気装置６２が設けられている。
本形態例では、イオン銃７５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。又、試料ステージ５３の試料が載置される部分はｘ軸方向、ｙ軸方向に移動可能に構成されている。

本形態例では、試料５５と対向する真空チャンバ５１の壁部５１ａに穴５１ｂが設けられている。穴５１ｂを塞ぎ、穴５１ｂに回転可能に円板７１が設けられている。この円板７１の回転中心軸は試料５５を通るように、穴５１ｂは形成されている。

円板７１の回転中心軸Ｇ上には、イオン銃（イオン照射手段）５７が設けられ、回転中心軸Ｇが通る箇所以外の箇所に、観察方向（光軸ＯＬ）が試料５５方向であるＣＣＤカメラ６１が設けられている。

このような構成によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）真空チャンバ５１内で、試料５５に対してイオンビームを照射して試料５５を加工するイオン銃（イオン照射手段）５７と、真空チャンバ５１内で、加工された試料５５を観察するＣＣＤカメラ（観察手段）６１とを設けたことにより、試料５５を大気中に戻すことがなくなり、試料５５の観察表面が変形したりダメージを受けたりしない。
（２）真空チャンバ５１への試料５５の出し入れがなくなるので、真空チャンバ５１内を排気する排気装置６２の負荷が増大しない。
（３）イオン銃５７と、ＣＣＤカメラ６１とは、円板７１上に設けられているので、小型となる。
（４）回転中心軸Ｇが試料５５を通る円板７１であって、回転中心軸Ｇ上にイオン銃５７が設けられ、回転中心軸Ｇが通る箇所以外の箇所に、観察方向が試料５５方向であるＣＣＤカメラ６１が設けられたことにより、イオン銃５７で試料５５の作成を行いながら、ＣＣＤカメラ６１で試料を観察できる。
（５）円板７１を回転させ、試料を５°〜１０°異なる二つの方位に設定してＣＣＤカメラ６１で二枚の写真を撮り、この二枚の写真を左右の目で独立に観察して立体感を得る、いわゆるステレオ観察が可能となる。

尚、本発明は、上記第１−３の形態例に限定するものではない。例えば、上記第１−３の形態例では、観察手段として、光学顕微鏡像を観察する手段で説明を行ったが、他に、二次電子像、反射電子像、二次イオン像、透過Ｘ線像を観察する手段であってもよい。

第１の形態例を説明する断面構成図である。図１のＤ方向矢視図である。第２の形態例を説明する断面構成図である。第３の形態例を説明する断面構成図である。

符号の説明

１真空チャンバ
５試料
７イオン銃（イオン照射手段）
１１光学顕微鏡（観察手段）

Claims

試料に対してイオンビームを照射して前記試料を加工するイオン照射手段と、加工された前記試料を観察する観察手段とを有する試料作成装置において、
前記真空チャンバ内の試料にイオンビームを照射する前記イオン照射手段と、
前記真空チャンバ内の試料を観察可能な前記観察手段と、
前記イオン照射手段、前記観察手段を移動させて、前記イオン照射手段が前記試料にイオンを照射できる第１の状態，前記観察手段が前記試料を観察できる第２の状態を切り替える切り替え手段と、
を設けたことを特徴とする顕微鏡用試料作成装置。
前記切り替え手段は、
前記試料と対向する前記真空チャンバの壁部に設けられた穴と、
該穴に回転可能に設けられ、回転中心軸が通る箇所以外の箇所が前記試料と対向する円板であって、前記回転中心軸が通る箇所を中心とし、前記試料と対向する箇所を通る前記円板の円周上に、照射方向が前記回転中心軸と平行である前記イオン照射手段と、観察方向が前記回転中心軸と平行な前記観察手段とが設けられた円板であることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡用試料作成装置。
前記切り替え手段は、
前記試料と対向する前記真空チャンバの壁部上に設けられた穴と、
該穴を塞ぎながら、前記穴上を直線移動可能に設けられた板であって、該板の前記試料上を通る軌跡上に前記イオン照射手段と、前記観察手段とが設けられた板であることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡用試料作成装置。
試料に対してイオンビームを照射して前記試料を加工するイオン照射手段と、加工された前記試料を観察する観察手段とを有する試料作成装置において、
前記真空チャンバ内の試料にイオンビームを照射する前記イオン照射手段と、
前記真空チャンバ内の試料を観察可能な前記観察手段と、
前記試料と対向する前記真空チャンバの壁部に上に設けられた穴と、
該穴に回転可能に設けられ、回転中心軸が前記試料を通る円板であって、前記回転中心軸上に前記イオン照射手段が設けられ、回転中心軸が通る箇所以外の箇所に、観察方向が前記試料方向である前記観察手段が設けられた円板と、
を設けたことを特徴とする顕微鏡用試料作成装置。
前記観察手段は、光学顕微鏡像、二次電子像、反射電子像、二次イオン像及び透過Ｘ線像のうちの少なくとも一つを観察する手段であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の顕微鏡用試料作成装置。