JP2011258322A - Probe for convergent ion beam processing apparatus and method of manufacturing probe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、試料の分離及び加工、特に局所領域から任意の部分を抽出して計測、分析する際に用いられる集束イオンビーム加工装置用プローブ及びプローブの製造方法に関する。 The present invention relates to a probe for a focused ion beam processing apparatus and a method for manufacturing the probe, which are used when a sample is separated and processed, particularly when an arbitrary part is extracted from a local region and measured and analyzed.
荷電粒子ビームを試料に照射した時に発生する二次荷電粒子を検出することにより、微細な組織観察を行う技術はよく知られている。特に最近では、荷電粒子ビームとしてGaイオンを利用し、その際に発生する二次荷電粒子として電子を検出することにより、表面粗度や組成変化、結晶方位変化などを観察する技術が報告されている。またこの方法は、Gaイオンによるスパッタリング効果を利用して、透過電子顕微鏡用の薄片試料を作製する方法(集束イオンビーム加工法)としてもよく知られる所であり、その典型的な方法は特許文献1に開示されている。 A technique for observing a fine structure by detecting secondary charged particles generated when a sample is irradiated with a charged particle beam is well known. In particular, recently, a technique for observing surface roughness, composition change, crystal orientation change, etc. by using Ga ions as a charged particle beam and detecting electrons as secondary charged particles generated at that time has been reported. Yes. This method is also well known as a method (focused ion beam processing method) for producing a thin specimen for a transmission electron microscope using the sputtering effect of Ga ions, and a typical method is disclosed in Patent Literature. 1 is disclosed.
この集束イオンビーム加工をするための装置は、基本的には、集束したGaイオンビームを照射するためのイオンビーム光学系と、Gaイオンビームの照射対象から発生する二次電子を検出するための検出器と、該検出器で得られた二次電子に基づいて二次電子像を形成する画像表示装置を備えたものである。そしてその集束イオンビームで透過電子顕微鏡用の試料を作製するときの基本原理は、スパッタリング現象を利用している。この時、Gaイオンビームを任意且つ容易に走査することが可能であり、サブミクロンオーダーでの透過電子顕微鏡用の試料加工ができる。この結果、集束イオンビーム加工法を用いたサブミクロン厚みの極薄試料を必要とする透過電子顕微鏡用の試料作製技術は飛躍的に向上した。現在の集束イオンビーム加工法は、初期の半導体製造装置の不良解析目的分野のみならず、広く磁性材料や金属材料の材料開発や製品開発において、透過電子顕微鏡で観察する際の試料作製方法として、その地位が確立している。 This focused ion beam processing apparatus basically includes an ion beam optical system for irradiating a focused Ga ion beam and a secondary electron generated from an irradiation target of the Ga ion beam. A detector and an image display device that forms a secondary electron image based on secondary electrons obtained by the detector are provided. The basic principle of producing a specimen for a transmission electron microscope with the focused ion beam utilizes a sputtering phenomenon. At this time, a Ga ion beam can be arbitrarily and easily scanned, and a sample for a transmission electron microscope can be processed in a submicron order. As a result, the sample preparation technology for transmission electron microscopes that require ultra-thin samples of submicron thickness using the focused ion beam processing method has been dramatically improved. The current focused ion beam processing method is not only used for failure analysis of early semiconductor manufacturing equipment, but also as a sample preparation method when observing with a transmission electron microscope in material development and product development of magnetic materials and metal materials. That position has been established.
集束イオンビーム加工装置の技術進展は著しく、より局所領域の断面組織をピンポイントで試料抽出するためのマイクロサンプリング技術が、非特許文献1に報告されている。さらに断面組織だけでなく試料表面に平行な面を抽出する方法が特許文献2に開示され、集束イオンビーム加工作業時にマニピュレータを装置内で駆動させるマイクロサンプリング法は、すでに半導体分野だけでなく、広く材料開発分野での分析手法として、汎用技術化されている。なおマイクロサンプリング法技術のポイントは、集束イオンビーム加工装置内の真空領域に、マニピュレート機能を有するプローブ装置を導入することにあり、本発明はそのプローブ装置の先端部分に関するものである。類似の機能を有する集束イオンビーム加工装置は、現在では種々存在し、必ずしもそれらをマイクロサンプリング法とは呼ばずに、リフトアウト法やその他の名称で呼ぶことがあるが、本発明は、本質的に真空装置内にマニピュレート機能を有する部分を導入する場合には、すべて適用可能である。 The technical progress of the focused ion beam processing apparatus is remarkable, and a non-patent document 1 reports a micro-sampling technique for extracting a cross-sectional tissue in a local region more pinpointly. Further, a method for extracting not only the cross-sectional structure but also a plane parallel to the sample surface is disclosed in Patent Document 2, and the microsampling method for driving the manipulator in the apparatus at the time of the focused ion beam processing operation has already been widely applied not only in the semiconductor field. As an analysis method in the field of material development, it has become a general-purpose technology. The point of the microsampling method technique is to introduce a probe device having a manipulation function into a vacuum region in the focused ion beam processing apparatus, and the present invention relates to a tip portion of the probe apparatus. There are various kinds of focused ion beam processing apparatuses having similar functions at present, and they are not necessarily called micro-sampling methods but may be called lift-out methods or other names. In the case where a part having a manipulating function is introduced into the vacuum apparatus, all are applicable.
局所領域を抽出するためのプローブ装置の先端形状については、従来、様々な改善が行われてきた。但し、基本的に微細加工志向であり、これまでの開発は、根本が太く先端が細い針形状を前提としている。そしてそのプローブの作製技術は電解研磨法が主流であり、電界研磨技術を応用した種々の方法が、例えば、特許文献3、特許文献4等に開示されている。 Various improvements have been made to the tip shape of a probe device for extracting a local region. However, it is basically oriented to microfabrication, and the development so far assumes a needle shape with a thick base and a thin tip. As the probe manufacturing technique, the electrolytic polishing method is mainly used, and various methods using the electric field polishing technique are disclosed in, for example, Patent Document 3, Patent Document 4, and the like.
またマイクロサンプリング工程では、プローブ先端を何度も試料に装着する必要があるが、この時、タングステンガスや炭素ガスを試料位置に噴射し、そこにGaイオンビームを照射して、一種の化学気相反応を起こさせ、非晶質構造で任意形状に広がる接着力のある蒸着膜を形成させる。これがガスデポジション法と呼ばれるが、この際、半導体デバイスなどでは、ガスの拡がりによる局所的な試料汚染が問題となることがある。そこでガスを用いずに、試料を挟み込む形で母材から試料を分離、抽出することが可能な針状プローブが特許文献5に開示されている。ここでも前提は根元が太く先端が細い針形状である。また同様にガスデポジション工程を省略できる方法として、プローブの先端部が割れている形状で、抽出目的の試料片を挟んで弾性力により試料を保持しながら取り出す方法が、特許文献6に開示されている。但し、大きな領域をはさむことは難しく、また試料形状により保持が不安定になる。 In the microsampling process, it is necessary to attach the probe tip to the sample many times. At this time, tungsten gas or carbon gas is injected to the sample position and irradiated with a Ga ion beam, which is a kind of chemical vapor. A phase reaction is caused to form a deposited film having an amorphous structure and an adhesive force spreading in an arbitrary shape. This is called a gas deposition method. At this time, in a semiconductor device or the like, local sample contamination due to gas spreading may be a problem. Therefore, Patent Literature 5 discloses a needle-like probe that can separate and extract a sample from a base material in a form that sandwiches the sample without using a gas. Again, the premise is a needle shape with a thick root and a thin tip. Similarly, as a method capable of omitting the gas deposition step, Patent Document 6 discloses a method in which the tip of the probe is cracked and the sample is extracted while holding the sample piece for extraction while holding the sample by elastic force. ing. However, it is difficult to sandwich a large region, and the holding becomes unstable depending on the sample shape.
このように半導体技術分野を中心として微小領域からの試料抽出技術が進んだが、そこでの対象とする試料のサイズは、幅10μm、厚み2μm、高さ10μm程度の体積領域であった。これに対して、材料研究分野においては、例えば鉄鋼材料研究におけるように、抽出した特定領域の結晶粒径が30μmから100μm程度であれば、50μm以上の広い領域を含む特定位置抽出技術が要望されるようになるが、真空装置の中で大きな形状のマニピュレータを自在に操ることは難しく、簡便な技術開発が望まれていた。 In this way, sample extraction technology from a minute region has progressed mainly in the field of semiconductor technology, but the size of the target sample there is a volume region having a width of 10 μm, a thickness of 2 μm, and a height of about 10 μm. On the other hand, in the field of material research, for example, as in steel material research, if the crystal grain size of the extracted specific region is about 30 μm to 100 μm, a specific position extraction technique including a wide region of 50 μm or more is desired. However, it is difficult to freely manipulate a manipulator having a large shape in a vacuum apparatus, and simple technical development has been desired.
本発明は、上述したような現状に鑑みてなされたものであり、集束イオンビーム加工装置用のマニピュレータのプローブ装置について、シンプルな構造で低コスト、汎用性のある装置構成で、広い特定領域からの抽出を実現することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described situation, and a probe device for a manipulator for a focused ion beam processing apparatus has a simple structure, a low cost, and a versatile apparatus configuration, from a wide specific area. It aims to realize the extraction of.
上記の目的を達成するために、本発明の要旨とするところは次の通りである。
(1)集束イオンビーム加工装置において、試料をマニピュレートするためのプローブ装置の先端部材として用いる集束イオンビーム加工装置用プローブであって、n本(n≧2)に分岐した櫛形状の先端部を有し、前記先端部の分岐間隔が20μm以上200μm以下であることを特徴とする集束イオンビーム加工装置用プローブ。
(2)前記先端部と前記先端部を支持するプローブ支持部とのなす角度が100°以上130°以下であることを特徴とする(1)に記載の集束イオンビーム加工装置用プローブ。
(3)上記(1)または(2)に記載の集束イオンビーム加工装置用プローブの製造方法であって、集束イオンビーム加工装置を用いて、厚さ30μm以下の金属薄板から、先端がn本(n≧2)に分岐した櫛形状部位をビーム加工形成する工程と、マニピュレートするための前記プローブ支持部の中央を溝加工する工程と、前記プローブ支持部と前記櫛形状部位を、ガスデポジション法により接合する工程と、前記櫛形状部位を最初の金属薄板から切り離し、前記プローブ支持部と一体化させる工程と、前記櫛形状部位の先端部分を3μm以下の幅に加工する工程と、からなることを特徴とする集束イオンビーム加工装置用プローブの製造方法。
In order to achieve the above object, the gist of the present invention is as follows.
(1) In a focused ion beam processing apparatus, a probe for a focused ion beam processing apparatus used as a tip member of a probe apparatus for manipulating a sample, and having a comb-shaped tip portion branched into n (n ≧ 2) A probe for a focused ion beam processing apparatus, wherein a branch interval of the tip is 20 μm or more and 200 μm or less.
(2) The probe for a focused ion beam processing apparatus according to (1), wherein an angle formed by the tip portion and a probe support portion that supports the tip portion is not less than 100 ° and not more than 130 °.
(3) A method of manufacturing a probe for a focused ion beam processing apparatus according to (1) or (2) above, wherein n tips are formed from a thin metal plate having a thickness of 30 μm or less using the focused ion beam processing apparatus. A step of forming a beam of a comb-shaped portion branched into (n ≧ 2), a step of grooving the center of the probe support portion for manipulation, and a gas deposition of the probe support portion and the comb-shaped portion. A step of joining by a method, a step of separating the comb-shaped portion from the first thin metal plate and integrating it with the probe support portion, and a step of processing the tip portion of the comb-shaped portion to a width of 3 μm or less. A method of manufacturing a probe for a focused ion beam processing apparatus, characterized in that:
本発明によれば、集束イオンビーム加工作業におけるマイクロサンプリング法の工程で、従来は困難であった50μm以上の大きな試料の抽出が可能になる。 According to the present invention, it is possible to extract a large sample having a size of 50 μm or more, which has been difficult in the past, in the process of the micro sampling method in the focused ion beam processing operation.
以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
集束イオンビーム加工装置の概要を図1に示す。対象とする試料6、及びマイクロサンプリング用のマニピュレータであるプローブ装置先端部10は、真空チャンバー1の中に配置されている。真空系で接続されたイオンビーム光学系2で、液体線源であるGaイオンがイオンビーム化され、かつ30〜40kVに加速されて、図示しない集束レンズ系を経て、試料6に照射される。イオンビームが照射された部位からは二次電子が発生し、これを二次電子検出器5で受けて、画像表示装置3で画像化する。走査されたGaイオンビームに対し発生した二次電子強度を電気量に変換する二次電子検出器5を通じて同期させることにより、走査イオン顕微鏡像が得られる。また、マニピュレート機能により真空チャンバー1内にプローブ装置9を導入する。プローブ装置9は、透過電子顕微鏡用試料作製手法として、観察したい特定部位7を抽出するためのマイクロサンプリング法を行うために、真空チャンバー1の筐体との間でベローズ8を介して真空を確保して装着される。プローブ装置先端部10の先端に、試料6の特定部位7を抽出するためのプローブ11が装着されている。一般に、このプローブ11は、鉛直方向に対して20〜30°の角度をなしており、斜めに試料6の表面に向かうように設計されている。なお、マイクロサンプリング法においては、何度もプローブ装置先端部10を試料6に接着したり離したり、また抽出した試料6の特定部位7を別の透過電子顕微鏡用の支持台に載せて接着固定する必要があり、これらの一連の操作における試料6と対象物との接着方法として、化学気相法により非晶質の蒸着膜を形成させる方法があり、このためにタングステンや炭素ガスを活用したガスデポジション機構4が装着されている。 An outline of the focused ion beam processing apparatus is shown in FIG. A target sample 6 and a probe device tip 10 which is a microsampling manipulator are arranged in a vacuum chamber 1. In the ion beam optical system 2 connected by a vacuum system, Ga ions as a liquid radiation source are converted into an ion beam, accelerated to 30 to 40 kV, and irradiated to the sample 6 through a focusing lens system (not shown). Secondary electrons are generated from the portion irradiated with the ion beam. The secondary electrons are received by the secondary electron detector 5 and imaged by the image display device 3. A scanning ion microscope image is obtained by synchronizing the secondary electron intensity generated with respect to the scanned Ga ion beam through a secondary electron detector 5 that converts the intensity into an electric quantity. Further, the probe device 9 is introduced into the vacuum chamber 1 by a manipulation function. The probe device 9 secures a vacuum through the bellows 8 with the housing of the vacuum chamber 1 in order to perform a microsampling method for extracting a specific portion 7 to be observed as a sample preparation method for a transmission electron microscope. To be installed. A probe 11 for extracting the specific portion 7 of the sample 6 is attached to the tip of the probe device tip 10. In general, the probe 11 has an angle of 20 to 30 ° with respect to the vertical direction, and is designed to be inclined toward the surface of the sample 6. In the micro-sampling method, the probe device tip 10 is adhered to or separated from the sample 6 many times, and the extracted specific portion 7 of the sample 6 is mounted on another support for a transmission electron microscope and fixed. As an adhesion method between the sample 6 and the object in these series of operations, there is a method of forming an amorphous deposited film by a chemical vapor deposition method. For this purpose, tungsten or carbon gas is used. A gas deposition mechanism 4 is mounted.
なお、図1に示す上記の構成は、集束イオンビーム装置、或いは収束イオンビーム装置と呼ばれていて、広く汎用的に普及している装置である。 The above configuration shown in FIG. 1 is called a focused ion beam device or a focused ion beam device, and is a widely used device.
従来のマイクロサンプリング法でのプローブ先端形状は微細な針形状であり、その先端を、抽出したい試料片の一端に接着してピックアップする際、片持ち針形状となるため、ピックアップできる大きさは高々、幅20μm程度が最大であった。それ以上に大きな試料のピックアップにおいては、他端側が切り離し時に大きく振れやすくなるために、周囲の溝に再接着を起こすなどの作業上の困難さが生じていた。 The probe tip shape in the conventional microsampling method is a fine needle shape, and when the tip is bonded to one end of the sample piece to be extracted and picked up, it becomes a cantilever needle shape, so the size that can be picked up is at most The maximum width was about 20 μm. In picking up a sample larger than that, since the other end side is easily shaken at the time of separation, there is a difficulty in work such as re-adhesion in a surrounding groove.
そこで、本発明による櫛形状プローブを用いたピックアップの様子を模式的に図2に示す。図2(a)に示す試料6の特定部位7近傍の断面組織を透過電子顕微鏡で観察するために、本発明の櫛形状プローブ20によって試料抽出する手順を説明する。この時、鉄鋼材料をはじめとして実材料の組織は不規則であり、50μm以上の大きな領域を含めて抽出する必要がある。まず抽出したい特定部位7の周囲を図2(b)に示すように、Gaイオンビーム加工により溝加工する。そして図2(c)に示すように、プローブ支持部12に取り付けられた櫛形状の先端部13により、大体積領域を抽出する。点線の円内に示したものは従来のマイクロサンプリング用プローブ22である。試料6の特定部位7を抽出する際に、櫛形状の先端部13と特定部位7は、ガスデポジション法により接着して持ち上げられる。取り出した特定部位7を、別に用意した透過電子顕微鏡ステージに適した正面形状が半円形のマウント台14に、同じくガスデポジション法で接着固定した後に、図2(d)に示すように、櫛形状の先端部13の先端部分をGaイオンビームにより切断する。このような一連の方法で、50μm以上の大体積の特定部位7を、位置決めをしながら抽出することができる。 Therefore, FIG. 2 schematically shows a pickup using the comb-shaped probe according to the present invention. In order to observe the cross-sectional structure in the vicinity of the specific part 7 of the sample 6 shown in FIG. 2A with a transmission electron microscope, a procedure for extracting the sample with the comb-shaped probe 20 of the present invention will be described. At this time, the structure of the actual material including the steel material is irregular, and it is necessary to extract it including a large region of 50 μm or more. First, as shown in FIG. 2B, a groove is formed by Ga ion beam processing around the specific portion 7 to be extracted. Then, as shown in FIG. 2C, a large volume region is extracted by the comb-shaped tip portion 13 attached to the probe support portion 12. What is shown in a dotted circle is a conventional microsampling probe 22. When extracting the specific part 7 of the sample 6, the comb-shaped tip 13 and the specific part 7 are bonded and lifted by the gas deposition method. After the specific portion 7 taken out is adhered and fixed to the mount base 14 having a semicircular front shape suitable for a transmission electron microscope stage prepared separately by the gas deposition method, as shown in FIG. The tip portion of the shaped tip portion 13 is cut with a Ga ion beam. By such a series of methods, the specific part 7 having a large volume of 50 μm or more can be extracted while being positioned.
次に、本発明の櫛形状プローブの製造方法について、図3を参照して一例を説明する。これは集束イオンビーム加工装置内で加工作製することができる。まず、厚さ15μmのMo材質の薄板15を用意して、図3(a)に示したような櫛形状部位16をビーム加工する。ここでは、櫛形状に分岐したプローブ先端部17の針の本数がn=2、櫛形状部位16の長さ200μm、分岐間隔約20μmで作製した。櫛形状部位16は、この時点ではまだ薄板15と繋がっている。なお、薄板15の材質はMoに限ることはなく、CuやNiなどの他金属材料でも問題はない。但しNiは強磁性であるので電顕観察時に悪影響を及ぼすことがあり、非磁性の金属材料薄板であることが望ましい。またその厚みは、抽出対象とする試料6の特定部位7の厚みが数μmから十数μmであることを考えると、厚さ30μm以下の金属薄板が好ましい。30μmより厚い場合は、抽出する試料6の特定部位7の厚みに比較して厚すぎるので、操作性において悪影響を及ぼすことになる。また、薄い方がイオンビーム加工時間を削減できるので、30μmよりも薄い金属薄板であればより好ましく、図3は厚さ15μmの例である。 Next, an example of the manufacturing method of the comb-shaped probe of the present invention will be described with reference to FIG. This can be fabricated in a focused ion beam processing apparatus. First, a thin plate 15 of Mo material having a thickness of 15 μm is prepared, and a comb-shaped portion 16 as shown in FIG. Here, the number of needles of the probe tip 17 branched into a comb shape is n = 2, the length of the comb-shaped portion 16 is 200 μm, and the branch interval is about 20 μm. The comb-shaped portion 16 is still connected to the thin plate 15 at this point. The material of the thin plate 15 is not limited to Mo, and there is no problem with other metal materials such as Cu and Ni. However, since Ni is ferromagnetic, it may have an adverse effect during electron microscope observation, and is preferably a non-magnetic metal material thin plate. Moreover, considering that the thickness of the specific portion 7 of the sample 6 to be extracted is several μm to several tens of μm, a metal thin plate having a thickness of 30 μm or less is preferable. When it is thicker than 30 μm, it is too thick as compared with the thickness of the specific portion 7 of the sample 6 to be extracted, and this adversely affects the operability. Moreover, since the thinner one can reduce ion beam processing time, it is more preferable if it is a metal thin plate thinner than 30 μm, and FIG. 3 shows an example of a thickness of 15 μm.
次に、模式図を図3(b)に示すように、マイクロサンプリング用のプローブ支持部12の先端部18の中央を溝加工する。そして、図3(a)で加工された櫛形状部位16の上部とプローブ支持部12の先端部18とを図3(c)に示すように組み合わせて、マイクロサンプリング用の治具(プローブ支持部12)と櫛形状部位16とを一体化させる。図は正面からみたものであり、櫛形状部位16は紙面内に平行であるが、マイクロサンプリング用のプローブ支持部12は、紙面に対して80°程度の角度で取り付けられる。それ故、プローブ支持部12の先端部18と櫛形状部位16の上部との接合部分は立体構造になっていて、ここをガスデポジション法で接着して接着部19が形成される。 Next, as shown in a schematic diagram of FIG. 3B, the center of the tip 18 of the microsampling probe support 12 is grooved. Then, the upper part of the comb-shaped portion 16 processed in FIG. 3A and the tip 18 of the probe support 12 are combined as shown in FIG. 12) and the comb-shaped part 16 are integrated. The figure is viewed from the front, and the comb-shaped portion 16 is parallel to the paper surface, but the probe support portion 12 for microsampling is attached at an angle of about 80 ° to the paper surface. Therefore, the joint portion between the tip portion 18 of the probe support portion 12 and the upper portion of the comb-shaped portion 16 has a three-dimensional structure, which is bonded by a gas deposition method to form the bonding portion 19.
その後、櫛形状部位16をGaイオンビームで切断し、図3(e)に示すように、Moの薄板15から切り離す。そして、櫛形状プローブ20のプローブとして用いられる先端部分21の形状を、それぞれさらに微細加工して、図3(f)に示すように細く整える。この時の先端部分21の1つの針の幅は、3μmより大きい場合は、櫛形状プローブ20を試料へ接着する時や切り離す時の操作性が悪くなり、特定部位の抽出に成功する歩留りが50%以下となり現実性に欠けるので、幅3μm以下とする。幅の下限は特に規定しないが、1μm程度よりも小さくなると、試料を持ち上げる時の強度が不足し、特定部位の抽出に成功する歩留りが落ちるため、実際上は1μm幅程度以上は必要とされる。このような条件を満足する加工作業により、最終的に、図3(g)に示すような形の櫛形状プローブ20が製造される。いずれも真空中の集束イオンビーム加工装置内で製造することができる。この際、図3(f)に分岐間隔を20μmと示したが、20μm未満では加工間隔が狭すぎて、イオンビーム加工時にフレッシュな表面が出た時に互いに吸着して分岐を維持することが困難になる場合があるので、分岐間隔を20μm以上とした。またFIBイオンビーム加工に供する時間を数時間以内と現実的な作業時間内とするために、分岐間隔の最大値は200μmとした。さらに定常的な加工時間を考えると、100μm間隔以下であることが望ましい。なお、本明細書において、分岐間隔とは、プローブ先端の針同士の間隙の寸法である。 Thereafter, the comb-shaped portion 16 is cut with a Ga ion beam and cut off from the Mo thin plate 15 as shown in FIG. And the shape of the front-end | tip part 21 used as a probe of the comb-shaped probe 20 is further finely processed, respectively, and is trimmed as shown in FIG.3 (f). If the width of one needle of the tip portion 21 at this time is larger than 3 μm, the operability when the comb-shaped probe 20 is bonded to or detached from the sample is deteriorated, and the yield for successfully extracting a specific portion is 50. %, And the width is 3 μm or less. Although the lower limit of the width is not particularly defined, if it is smaller than about 1 μm, the strength when lifting the sample is insufficient, and the yield for successful extraction of a specific part is lowered. Therefore, the width of about 1 μm or more is actually required. . A comb-shaped probe 20 having a shape as shown in FIG. 3G is finally manufactured by a machining operation that satisfies such conditions. Both can be manufactured in a focused ion beam processing apparatus in a vacuum. At this time, the branching interval is shown as 20 μm in FIG. 3 (f). However, if it is less than 20 μm, the processing interval is too narrow, and it is difficult to maintain the branch by adsorbing each other when a fresh surface comes out during ion beam processing. Therefore, the branch interval is set to 20 μm or more. In addition, the maximum value of the branching interval was set to 200 μm so that the time for the FIB ion beam processing was within a few hours and within a realistic working time. Further, in consideration of a steady processing time, it is desirable that the interval is 100 μm or less. In the present specification, the branch interval is the dimension of the gap between the needles at the probe tip.
次に、この櫛形状プローブ20の立体的な構造について説明する。図4(a)に示すように、従来のマイクロサンプリング法では、プローブ22は試料に対して20〜30°、例えば図示するように30°の角度で導入され、試料の特定部位7とガスデポジション法にて接着される。これに対して、本発明の櫛形状プローブ20の先端部13は、試料表面にほぼ平行に導入され、プローブ支持部12とは、図4(b)に示すように90°以上、例えば図示するように115°の角度を有することになる。一般に、プローブ支持部の導入角度は、装置内におけるマニピュレート動作範囲と関連するが、本発明者らが調査したところ、10〜40°の範囲の導入角度であれば走査可能であることが確認できた。さらにより安定した動作とするために、20〜30°の導入角度であることが望ましい。これに対して、本発明の櫛形状プローブ20の先端部13は、プローブ支持部12とは角度を有して取り付けられるので、試料表面にほぼ平行に導入される。なお先端部13とプローブ支持部12との角度が100〜130°であれば、走査可能となる。さらに動作性を考慮した場合、先端部13がプローブ支持部12に対して110〜120°の角度範囲で取り付けられると、より安定な動作が可能になる。 Next, the three-dimensional structure of the comb-shaped probe 20 will be described. As shown in FIG. 4 (a), in the conventional microsampling method, the probe 22 is introduced into the sample at an angle of 20 to 30 °, for example, 30 ° as shown in the figure, and the specific portion 7 of the sample and the gas degasser are introduced. Bonded by the position method. On the other hand, the tip 13 of the comb-shaped probe 20 of the present invention is introduced substantially parallel to the sample surface, and the probe support 12 is 90 ° or more, for example, as shown in FIG. Will have an angle of 115 °. In general, the introduction angle of the probe support portion is related to the manipulation operation range in the apparatus. However, as a result of investigations by the present inventors, it can be confirmed that scanning is possible if the introduction angle is in the range of 10 to 40 °. It was. In order to achieve a more stable operation, the introduction angle is preferably 20 to 30 °. On the other hand, the tip portion 13 of the comb-shaped probe 20 of the present invention is attached at an angle with respect to the probe support portion 12 and is therefore introduced substantially parallel to the sample surface. If the angle between the tip 13 and the probe support 12 is 100 to 130 °, scanning is possible. Further, in consideration of operability, when the tip end portion 13 is attached to the probe support portion 12 in an angle range of 110 to 120 °, a more stable operation becomes possible.
また試料によっては、表層部近傍の組織を観察したい場合があり、このような場合に、最表層にピックアップ用のプローブを接着することは、ダメージの観点から避けたい場合がある。このような場合は、抽出対象とする試料の周囲にプローブを接着することが必要であり、図5(a)に示すように、先端部25の針の長さを意図的に変化させた櫛形状プローブが有効である。これにより、目的とする試料表層部のダメージを避けつつ、図5(b)のように抽出対象とする特定範囲7の周囲に先端部25の針を接着して試料抽出することができる。 Depending on the sample, it may be desired to observe the structure in the vicinity of the surface layer portion. In such a case, it may be desired to avoid attaching a pickup probe to the outermost layer from the viewpoint of damage. In such a case, it is necessary to adhere a probe around the sample to be extracted, and as shown in FIG. 5A, a comb in which the length of the needle at the tip 25 is intentionally changed. Shape probes are effective. Thus, the sample can be extracted by adhering the needle of the tip 25 around the specific range 7 to be extracted as shown in FIG. 5B while avoiding damage to the target sample surface layer.
以上の一連の説明に示した通り、集束イオンビーム装置内での加工により、50μm以上の大体積領域を抽出するために適した櫛形状プローブの作製が可能であり、その際に、目的とする試料部位に合わせて、櫛形状プローブの先端部の針を2本、3本、4本と任意にその間隔を含めて増やす事が可能であり、また先端部の長さも調整することができる。但し、針の本数が多いとそれだけプローブ加工時間が長くなり、また電顕観察用試料の抽出であることを考えると最大でも1mm程度の大きさの試料抽出が現実的であり、針の本数nは10以下が好ましい。さらに、従来のプローブ支持部を活用して、100〜130°の角度で櫛形状プローブの先端部を接着することで、抽出したい試料表面に平行に近い状態でのサンプリングが可能になった。 As shown in the above series of explanations, a comb-shaped probe suitable for extracting a large volume region of 50 μm or more can be produced by processing in the focused ion beam apparatus. It is possible to increase the number of needles at the tip of the comb-shaped probe to two, three, and four arbitrarily including the interval according to the sample site, and the length of the tip can also be adjusted. However, if the number of needles is large, the probe processing time becomes longer, and considering the extraction of a sample for electron microscope observation, it is practical to extract a sample having a size of about 1 mm at the maximum, and the number of needles n Is preferably 10 or less. Furthermore, by using the conventional probe support portion and adhering the tip of the comb-shaped probe at an angle of 100 to 130 °, sampling in a state almost parallel to the sample surface to be extracted has become possible.
櫛形状プローブを有するマイクロサンプリング法により、平均粒径20μm程度の鉄鋼材料中の粒界近傍の組織観察において、複数の粒界を含んだ形での大体積の試料抽出を行った。すなわち、幅60μm程度の領域を抽出するために、図6に示すように、分岐間隔が約20μmの3本の針からなる先端部26を持つ櫛形状プローブを、厚さ15μmのMo薄板から製造した。図示するように、櫛形状部位全体の長さは約200μmである。プローブ支持部と接着する部分28は3μm角とし、Mo薄板との結合部分27を最後に切り離すことで、3本の針からなる先端部26を有する櫛形状プローブができた。これにより、変形部の2個以上の結晶粒を含む特定領域を抽出することができ、粒界に応力集中して転位が集まる組織観察が可能になった。変形が集中した特定部位の組織解析では、複数の粒界を含む転位組織観察が必須であり、本発明により初めて、このような大体積部分からの電子顕微鏡用試料抽出が可能になった。 In the observation of the structure in the vicinity of the grain boundary in a steel material having an average grain size of about 20 μm, a large volume sample was extracted including a plurality of grain boundaries by a microsampling method having a comb-shaped probe. That is, in order to extract a region having a width of about 60 μm, as shown in FIG. 6, a comb-shaped probe having a tip portion 26 composed of three needles having a branch interval of about 20 μm is manufactured from a thin Mo plate having a thickness of 15 μm. did. As shown in the drawing, the length of the entire comb-shaped portion is about 200 μm. The portion 28 to be bonded to the probe support portion is 3 μm square, and the coupling portion 27 with the Mo thin plate is finally cut off, so that a comb-shaped probe having a tip portion 26 composed of three needles can be obtained. As a result, it is possible to extract a specific region including two or more crystal grains in the deformed portion, and it is possible to observe a structure in which dislocations gather due to stress concentration at the grain boundary. In structural analysis of a specific part where deformation is concentrated, observation of a dislocation structure including a plurality of grain boundaries is indispensable. For the first time, the present invention enables sample extraction for an electron microscope from such a large volume.
次に、さらなる櫛形状プローブの応用として、任意形状加工ができる最近の集束イオンビーム加工法への対応も考慮し、図7に示すように、先端部を形成する針の本数n=5で、かつ、各針は必ずしも平行ではなく、両端の針が傾斜している櫛形状プローブを製造した。その加工過程を図7(a)に示す。前述の製造方法と同様にMo薄板を活用し、薄板との接続部29を確保し、最終的には接続部29をイオンビーム加工で切断した。プローブ支持部との接続は、上部30で行った。図6(b)に示す模式図のように、両端の針のうち一方の傾斜部31と他の2つの針に、L字型形状の特定領域32を接着部33で接着した。このようなL字型形状の特定領域32を抽出することで、透過電子顕微鏡で観察するための最終薄片加工を、上下方向と左右方向の二方向から行うことが可能であり、従来の透過電子顕微鏡観察が特定領域の一方向からしか観察できなかった事に対して、異なる方向からの組織観察を可能にすることができた。つまり二面観察が透過電子顕微鏡でも可能になり、結晶構造解析技術が飛躍的に進歩した。 Next, as an application of a further comb-shaped probe, considering the correspondence to the recent focused ion beam processing method capable of arbitrary shape processing, as shown in FIG. 7, the number of needles forming the tip portion is n = 5, In addition, a comb-shaped probe was manufactured in which the needles were not necessarily parallel and the needles at both ends were inclined. The machining process is shown in FIG. Similar to the manufacturing method described above, the Mo thin plate was used to secure the connection portion 29 with the thin plate, and finally the connection portion 29 was cut by ion beam processing. Connection to the probe support was made at the top 30. As shown in the schematic diagram of FIG. 6B, the L-shaped specific region 32 is bonded to the one inclined portion 31 and the other two needles of the needles at both ends by the bonding portion 33. By extracting such an L-shaped specific region 32, it is possible to perform final flake processing for observation with a transmission electron microscope from two directions, the vertical direction and the horizontal direction. In contrast to the fact that microscopic observation was possible only from one direction of a specific region, it was possible to observe the structure from different directions. In other words, two-sided observation is possible even with a transmission electron microscope, and crystal structure analysis technology has made significant progress.
1 真空チャンバー
2 イオンビーム光学系
3 画像表示装置
4 ガスデポジション機構
5 二次電子検出器
6 試料
7 特定部位
9 プローブ装置
10 プローブ装置先端部
11 プローブ
12 プローブ支持部
13 (櫛形状プローブの)先端部
14 マウント台
15 薄板
16 櫛形状部位
17 プローブ先端部
18 (プローブ支持部の)先端部
19 接着部
20 櫛形状プローブ
21 先端部分
22 (従来のマイクロサンプリング法における)プローブ
26 先端部
27 Mo薄板との結合部分
28 プローブ支持部と接着する部分
29 薄板との接続部
30 上部
31 傾斜部
32 L字形形状の特定領域
33 接着部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Ion beam optical system 3 Image display apparatus 4 Gas deposition mechanism 5 Secondary electron detector 6 Sample 7 Specific site | part 9 Probe apparatus 10 Probe apparatus front-end | tip part 11 Probe 12 Probe support part 13 (of comb-shaped probe) front-end | tip Part 14 mount base 15 thin plate 16 comb-shaped part 17 probe tip 18 (probe support part) tip 19 adhesive part 20 comb-shaped probe 21 tip 22 (in the conventional microsampling method) probe 26 tip 27 Mo thin plate Bonding part 28 Part to be bonded to the probe support part 29 Connection part 30 to the thin plate Upper part 31 Inclined part 32 L-shaped specific area 33
Claims (3)
n本(n≧2)に分岐した櫛形状の先端部を有し、前記先端部の分岐間隔が20μm以上200μm以下であることを特徴とする集束イオンビーム加工装置用プローブ。 In a focused ion beam processing apparatus, a probe for a focused ion beam processing apparatus used as a tip member of a probe apparatus for manipulating a sample,
A probe for a focused ion beam processing apparatus, comprising n-shaped (n ≧ 2) branched comb-shaped tips, wherein a branching interval between the tips is 20 μm or more and 200 μm or less.
集束イオンビーム加工装置を用いて、厚さ30μm以下の金属薄板から、先端がn本(n≧2)に分岐した櫛形状プローブ部位をビーム加工形成する工程と、
マニピュレートするための前記プローブ支持部の中央を溝加工する工程と、
前記プローブ支持部と前記櫛形状部位を、ガスデポジション法により接合する工程と、
前記櫛形状部位を最初の金属薄板から切り離し、前記プローブ支持部と一体化させる工程と、
前記櫛形状部位の先端部分を3μm以下の幅に加工する工程と、
からなることを特徴とする集束イオンビーム加工装置用プローブの製造方法。 A method of manufacturing a probe for a focused ion beam processing apparatus according to claim 1 or 2,
Using a focused ion beam processing apparatus to beam-form a comb-shaped probe portion having n tips (n ≧ 2) branched from a thin metal plate having a thickness of 30 μm or less;
Grooving the center of the probe support for manipulating;
Bonding the probe support and the comb-shaped portion by a gas deposition method;
Separating the comb-shaped portion from the first thin metal plate and integrating with the probe support;
Processing the tip portion of the comb-shaped portion into a width of 3 μm or less;
A method for manufacturing a probe for a focused ion beam processing apparatus, comprising:
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