JP2009025243A - 試料作製装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イオンビームの照射により断面を露出させた試料を作製するため試料をイオンビームに対する所定位置に保持する試料作製装置において、イオンビームによる試料の加工中にイオンビームを遮断する遮蔽板のイオンビームに接近する方向への移動を防止し、良好な断面が現れた試料を作製する。
【解決手段】基端側を支持され先端側が自由端である第１の支持部材２と、第１の支持部材２の先端側に基端側を支持され先端側が第１の支持部材２の基端側に向けた自由端である第２の支持部材９と、第２の支持部材９に支持された遮蔽板１０とを備え、第２の支持部材９は、第１の支持部材２よりも熱膨張率の大きな材料によって形成され、遮蔽板１０の第１の支持部材２の先端側に向かう一側縁をイオンビームＢの照射位置として保持し、遮蔽板１０によりイオンビームＢが遮蔽される位置に設置された試料１０１の遮蔽板１０の一側縁より露出した箇所への加工を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、走査電子顕微鏡や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試料作製装置に関する。

これまで、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、例えば、特許文献１に記載されているように、試料作製装置が提案されている。

この試料作製装置は、図４に示すように、イオンビーム加工装置より発せられたイオンビームＢを試料１０１に照射させてエッチングを行い、この試料１０１をＳＥＭまたはＴＥＭによる観察に適した形状に加工する装置である。この試料作製装置においては、直線状の側縁部（エッジ部）を有する遮蔽板１０２が試料１０１上に配置され、この遮蔽板１０２の側縁部の横を通過したイオンビームＢによって、試料１０１が加工されるように構成されている。試料１０１には、遮蔽板１０２の直線状の側縁部に沿って、平坦な断面が形成される。

このような試料作製装置を用いて作製された試料１０１は、ＳＥＭまたはＴＥＭにセットされ、イオンエッチングによって現れた断面に電子線が照射され、観察が行われる。

特開２００５−０３７１６４公報

ところで、前述の試料作製装置においては、遮蔽板１０２は、基端側を支持され先端側が自由端となされた支持部材１０３によって支持されている。そして、イオンビームＢは、この遮蔽板１０２の支持部材１０３の先端側に向かう一側縁に照射され、この一側縁に沿って、試料１０１を加工する。

このとき、この試料作製装置において、支持部材１０３は、イオンビームＢの照射によって加熱され、熱膨張を生ずる。支持部材１０３が熱膨張すると、遮蔽板１０２は、図４中矢印ａで示すように、イオンビームＢが照射されている一側縁側、すなわち、イオンビームＢに接近する側に徐々に移動されることとなる。

遮蔽板１０２がイオンビームＢが照射されている一側縁側に徐々に移動すると、遮蔽板１０２の一側縁部がイオンビームＢ中に進入してゆくことになり、試料１０１において、遮蔽板１０２によって覆われる領域が徐々に拡大することとなる。イオンビームＢによって加工されている試料１０１において、遮蔽板１０２によって覆われる領域が徐々に拡大すると、新たな箇所がイオンビームＢによって加工されなくなり、良好な断面が現れなくなり、良好な試料が作製できなくなる。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであり、その目的は、イオンビームの照射により断面を露出させた試料を作製するため試料をイオンビームに対する所定位置に保持する試料作製装置において、イオンビームによる試料の加工中において、イオンビームを遮断する遮蔽板がイオンビームに接近する方向に移動することが防止され、イオンビームによる加工が良好に行われるようにして、良好な断面が現れた試料が作製できるようになされた試料作製装置を提供することにある。

前述の課題を解決し上記目的を達成するため、本発明の試料作製装置は、イオンビームの照射により断面を露出させた試料を作製するため試料をイオンビームに対する所定位置に保持する試料作製装置であって、基端側を支持され先端側が自由端となされた第１の支持部材と、第１の支持部材の先端側に基端側を支持され先端側を第１の支持部材の基端側に向けた自由端としている第２の支持部材と、第２の支持部材に支持された遮蔽板とを備え、第２の支持部材は、第１の支持部材よりも熱膨張率の大きな材料によって形成されており、遮蔽板の第１の支持部材の先端側に向かう一側縁をイオンビームの照射位置として該遮蔽板を保持し、この遮蔽板によりイオンビームが遮蔽される位置に設置された試料の該遮蔽板の一側縁より露出した箇所へのイオンビームによる加工を行わせることを特徴とするものである。

この試料作製装置においては、イオンビームの照射によって第１及び第２の支持部材が加熱され、熱膨張を生ずると、第２の支持部材が第１の支持部材よりも熱膨張率の大きな材料によって形成されているため、遮蔽板は、第１の支持部材の基端側に向かう他側縁の方向、すなわち、イオンビームから離れる方向に移動されるか、または、いずれの方向にも移動されない。そのため、この試料作製装置においては、イオンビームによる試料の加工中において、イオンビームを遮断する遮蔽板のイオンビームに接近する方向への移動が防止され、新たな箇所がイオンビームによって加工され、良好な断面が現れた試料が作製できる。

本発明に係る試料作製装置においては、第１の支持部材の先端側に基端側を支持され先端側を第１の支持部材の基端側に向けた自由端としている第２の支持部材は、第１の支持部材よりも熱膨張率の大きな材料によって形成されており、遮蔽板の第１の支持部材の先端側に向かう一側縁をイオンビームの照射位置として該遮蔽板を保持し、この遮蔽板によりイオンビームが遮蔽される位置に設置された試料の該遮蔽板の一側縁より露出した箇所へのイオンビームによる加工を行わせる。

そのため、この試料作製装置においては、イオンビームの照射によって第１及び第２の支持部材が加熱され、熱膨張を生ずると、第２の支持部材が第１の支持部材よりも熱膨張率の大きな材料によって形成されているため、遮蔽板は、第１の支持部材の基端側に向かう他側縁の方向、すなわち、イオンビームから離れる方向に移動されるか、または、いずれの方向にも移動されない。

したがって、この試料作製装置においては、イオンビームによる試料の加工中において、イオンビームを遮断する遮蔽板のイオンビームに接近する方向への移動が防止され、新たな箇所がイオンビームによって加工され、良好な断面が現れた試料が作製できる。

すなわち、本発明は、イオンビームの照射により断面を露出させた試料を作製するため試料をイオンビームに対する所定位置に保持する試料作製装置において、イオンビームによる試料の加工中において、イオンビームを遮断する遮蔽板がイオンビームに接近する方向に移動することが防止され、イオンビームによる加工が良好に行われるようにして、良好な断面が現れた試料が作製できるようになされた試料作製装置を提供することができるものである。

以下、図面を参照しながら本発明の最良の実施の形態について説明する。

図１は、本発明に係る試料作製装置の構成を示す平面図である。

本発明に係る試料作製装置は、図１に示すように、イオンビームＢの照射により断面を露出させた試料１０１を作製するため、この試料１０１をイオンビームＢに対する所定位置に保持するための装置である。

この試料作製装置は、図示しない真空チャンバ内に収納されて使用される。真空チャンバの上部には、イオン銃（イオンビーム照射手段）が取り付けられている。このイオン銃としては、ガスイオン銃を用いることができ、例えば、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を用いることができる。このイオン銃からは、イオンビームＢが放出される。

そして、この試料作製装置は、図１に示すように、基端側を基台１により支持され、先端側が自由端となされた一対の第１の支持部材２，２を有している。これら第１の支持部材２，２は、基端側が一体化されており、先端側を互いに平行として構成されている。これら第１の支持部材２，２は、基台１上において、２軸方向に移動操作可能に支持されている。

図２は、本発明に係る試料作製装置の構成を示す側面図である。

すなわち、第１の支持部材２，２は、図２に示すように、基端側を第１のリニアベアリング７を介して、スライダ板５に支持されている。このスライダ板５は、第１のリニアベアリング７に直交する第２のリニアベアリング８を介して、基台１により支持されている。そして、第１の支持部材２，２の基端側には、基台１上に設けられた調整ピニオンギヤ３が噛合したラック部４が設けられている。調整ピニオンギヤ３が回転操作されることにより、第１の支持部材２，２は、図１中矢印Ｙで示す第１の支持部材２，２の側方に移動操作される。

また、スライダ板５には、基台１に螺合された調整ネジ６の先端部が当接している。調整ネジ６が回転操作されることにより、第１の支持部材２は、スライダ板５とともに、図２中矢印Ｘで示す第１の支持部材２の進退方向に移動操作される。なお、スライダ板５は、図示しない付勢部材により、調整ネジ６の先端部側に付勢されており、調整ネジ６の先端部から離間することが防止されている。

そして、この試料作製装置は、第１の支持部材２の先端側に基端側を支持された一対の第２の支持部材９，９を有している。これら第２の支持部材９，９は、それぞれの先端側を第１の支持部材２，２の基端側に向けた自由端としている。

第２の支持部材９，９には、これら第２の支持部材９，９間に差し渡されるようにして、遮蔽板１０が取付けられている。この遮蔽板１０は、第２の支持部材９，９によって、イオンビームＢの照射方向に対してほぼ直交する方向となされて支持されている。これら第２の支持部材９，９は、遮蔽板１０の第１の支持部材２，２の先端側に向かう一側縁（エッジ部）１０ａを、イオンビームＢの照射位置として、遮蔽板１０を保持する。この遮蔽板１０とイオンビームＢとの相対位置は、第１の支持部材２，２を基台１上において２軸方向に移動操作することによって調整される。

そして、遮蔽板１０によりイオンビームＢが遮蔽される位置には、試料１０１が設置される。この試料１０１は、支持台１１上に載置されて、上面部を遮蔽板１０によって覆われた状態に設置される。試料１０１には、遮蔽板１０の一側縁１０ａより露出した箇所に、イオンビームＢが照射され、このイオンビームＢによる加工が行われる。

図３は、本発明に係る試料作製装置の要部の構成を示す側面図である。

なお、遮蔽板１０は、図３に示すように、第２の支持部材９，９に取付けられた板バネ１２，１２により、第２の支持部材９，９に固定される。また、遮蔽板１０の一側縁１０ａは、下方側がイオンビームＢ側に進入する方向のテーパ面となされており、このテーパ面の角度θは、イオンビームＢの進行方向（鉛直方向）に対して６°程度となっている。

この試料作製装置において、第２の支持部材９，９は、第１の支持部材２，２よりも熱膨張率の大きな材料によって形成されている。第１の支持部材２，２をなす材料としては、例えば、モリブデンやチタンなどが挙げられ、第２の支持部材９，９をなす材料としては、例えば、アルミニウムなどが挙げられる。

この試料作製装置においては、イオンビームＢの照射によって第１及び第２の支持部材２，２、９，９が加熱され、熱膨張を生ずると、第２の支持部材９，９が第１の支持部材２，２よりも熱膨張率の大きな材料によって形成されているため、遮蔽板１０は、図３中矢印Ａで示すように、第１の支持部材２，２の基端側に向かう他側縁の方向、すなわち、イオンビームＢから離れる方向に移動されるか、または、いずれの方向にも移動されない。

第１の支持部材２，２の熱膨張係数をαとし、第１の支持部材２，２の長さをＬ１、第２の支持部材９，９の熱膨張係数をβとし、第２の支持部材９，９の長さをＬ２としたとき、以下の（式１）が成立するときには、第１及び第２の支持部材２，２、９，９が等しい温度まで加熱されて熱膨張を生じたときには、遮蔽板１０は、イオンビームＢから離れる方向に移動される。
α×Ｌ１＜β×Ｌ２ ・・・・（式１）

また、以下の（式２）が成立するときには、第１及び第２の支持部材２，２、９，９が等しい温度まで加熱されて熱膨張を生じたときには、遮蔽板１０は、いずれの方向にも移動されない。
α×Ｌ１＝β×Ｌ２ ・・・・（式２）

したがって、この試料作製装置においては、イオンビームＢによる試料１０１の加工中において、イオンビームＢを遮断する遮蔽板１０のイオンビームＢに接近する方向への移動が防止され、試料１０１上の新たな箇所がイオンビームＢによって加工され、良好な断面が現れた試料１０１が作製できる。

そして、この試料作製装置においては、図２中の矢印Ｃで示す方向、すなわち、イオンビームＢ側（第１の支持部材２，２の先端側）から試料１０１を臨む方向から、ＣＣＤカメラや顕微鏡等により、イオンビームＢによる加工中の試料１０１を観察することができる。また、ＣＣＤカメラや顕微鏡等による観察は、イオンビームＢによる試料１０１の加工中のみならず、試料１０１の加工に先立つ試料１０１の位置決めのために行うこともできる。

以下に、試料１０１のイオンビームＢによる加工に先立って行われる遮蔽板１０の位置調節及び試料１０１の位置調節について説明する。

始めに、ＣＣＤカメラ（光学顕微鏡）の位置調節を行う。まず、試料１０１にＣＣＤカメラの位置調整用のイオンビームＢの痕を付けるために、遮蔽板１０を取り付けずに、試料１０１をイオンビームＢの中心軸上に設置する。そして、加工室内を排気装置によって排気し、イオン銃からイオンビームＢを放出させ、試料１０１上の任意の位置にイオンビームＢを所定時間照射する。

このイオンビームＢの照射により、試料１０１はエッチングされ、試料１０１上には、イオンビーム痕が形成される。そして、ＣＣＤカメラを位置調整し、試料１０１上に形成されたイオンビーム痕がＣＣＤカメラにより観察される状態とする。このようにしてＣＣＤカメラを位置調整することにより、ＣＣＤカメラの光軸上とイオンビームＢの中心軸とが、試料１０１上で交差する状態となされる。

なお、このようなＣＣＤカメラの位置調節は、イオンビームＢの中心軸の位置が変化する毎に行い、例えば、イオン銃の交換後やイオン銃の加熱クリーニング後に行う。

次に、加工室を開放し、遮蔽板１０の位置調節を行う。まず、遮蔽板１０を第２の支持部材９，９に取り付ける。このとき、遮蔽板１０は、一側縁１０ａが図１中矢印Ｙで示すＹ軸に平行になるように設置する。そして、板バネ１２，１２により、遮蔽板１０を第２の支持部材９，９に固定する。

このとき、ＣＣＤカメラにより観察される画像においては、イオンビーム痕とともに、遮蔽板１０の一側縁１０ａが観察される。さらに遮蔽板１０の位置を調整し、遮蔽板１０の一側縁１０ａをＣＣＤカメラの光軸上に位置させる。このようにして、遮蔽板１０の一側縁１０ａは、イオンビームＢの中心軸上に位置される。

次に、試料１０１の位置調節を行う。試料１０１の位置調整は、イオンビームＢによる加工を行って試料断面を得たい部分が、遮蔽板１０の一側縁１０ａの真下に位置するように調整する。

そして、加工室内を排気装置によって排気し、試料１０１のイオンビームＢによる加工を行う。イオン銃からイオンビームＢを放出させ、遮蔽板１０で遮られなかったイオンビームＢによって、試料１０１の表面が所定時間エッチングされる。すなわち、遮蔽板１０の一側縁１０ａの横を通過したイオンビームＢによって、試料１０１上の加工位置及びその周辺部がエッチングされる。このとき、加工によって現れた試料断面がＣＣＤカメラによって観察される。

なお、試料１０１をイオンビームＢにより加工するときには、ＣＣＤカメラを真空チャンバの外に設置しておけば、イオンエッチングによって試料１０１から飛散する粒子によってＣＣＤカメラのレンズが汚れることはない。したがって、試料断面の観察を良好に行うことができる。

本発明に係る試料作製装置の構成を示す平面図である。 本発明に係る試料作製装置の構成を示す側面図である。 本発明に係る試料作製装置の要部の構成を示す側面図である。 従来の試料作製装置の構成を示す側面図である。

符号の説明

１ 基台
２ 第１の支持部材
３ 調整ピニオンギヤ
４ ラック部
５ スライダ板
６ 調整ネジ
７ 第１のリニアベアリング
８ 第２のリニアベアリング
９ 第２の支持部材
１０ 遮蔽板
１０１ 試料
Ｂ イオンビーム

Claims (1)

1. イオンビームの照射により断面を露出させた試料を作製するため、試料をイオンビームに対する所定位置に保持する試料作製装置であって、
   基端側を支持され、先端側が自由端となされた第１の支持部材と、
   前記第１の支持部材の先端側に基端側を支持され、先端側を前記第１の支持部材の基端側に向けた自由端としている第２の支持部材と、
   前記第２の支持部材に支持された遮蔽板と
   を備え、
   前記第２の支持部材は、前記第１の支持部材よりも熱膨張率の大きな材料によって形成されており、前記遮蔽板の前記第１の支持部材の先端側に向かう一側縁を前記イオンビームの照射位置として該遮蔽板を保持し、この遮蔽板により前記イオンビームが遮蔽される位置に設置された前記試料の該遮蔽板の一側縁より露出した箇所への前記イオンビームによる加工を行わせる
   ことを特徴とする試料作製装置。

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