JP2012154846A - 試料作製装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イオンビームの照射を受けて遮蔽板が高温度となって遮蔽板の支持部材に熱膨張が発生して遮蔽板が移動しても、良好な断面試料を作製する試料作製装置を提供する。
【解決手段】遮蔽板を試料の一部が露出しその他が遮蔽されるように配置し、遮蔽板と試料６の露出部分に跨るようにイオンビームを試料６に照射することにより、試料６の露出部分をエッチングして試料断面を作製する試料作製装置であって、遮蔽板ステージ９と、前記遮蔽板ステージ９により基端部を支持され、先端側が自由端となされた支持部材と、前記支持部材の先端側に支持された遮蔽板とを備え、前記支持部材は、前記遮蔽板の前記支持部材の基端側に向かう一側縁が前記イオンビームの照射位置となるように該遮蔽板を保持し、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から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ようにした。
【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。

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なイオンビームを用いた試料作製装置が知られている。

この試料作製装置は、図４に示すように、イオンビーム源より発せられたイオンビームＩＢを試料１０１に照射させてエッチングを行い、ＳＥＭまたはＴＥＭによる観察に適した試料断面を作製する装置である。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のエッジ部から露出した試料をイオンビームＩＢによってエッチングすることにより、試料１０１が加工されるように構成されている。試料１０１の遮蔽板から露出した部分がイオンビームにより削り取られるため、遮蔽板１０２の直線状のエッジ部に沿って、平坦な試料断面が形成される。

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、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 特開２００９−０２５２４３公報

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ＩＢは、遮蔽板１０２の支持部材１０３の先端側に向かうエッジ部に照射され、このエッジに沿って、試料１０１を加工する。

このとき、この試料作製装置において、イオンビームＩＢの照射は数時間あるいはそれ以上の長時間にわたるため、遮蔽板１０２はイオンビームＩＢの照射を受けて加熱されて高温度となる。そしてその熱が支持部材１０３に伝達されて支持部材１０３も温度が上昇するため、支持部材１０３には熱膨張が発生する。支持部材１０３が熱膨張すると、遮蔽板１０２は、図４中矢印ａで示すように基端側から遠ざかる方向に移動するため、イオンビームＩＢが照射されているエッジは、イオンビームＩＢに接近する方向(それまでにイオンビームが照射されていた領域を隠す方向)に徐々に移動されることとなる。

遮蔽板１０２がこのように移動すると、試料１０１において、当初エッチングされていた領域が遮蔽板１０２によって覆われてエッチングされなくなる。そのため、ナイフで切ったような良好な試料断面が現れなくなり、良好な断面試料が作製できなくなるという問題があった。

その対策として、特許文献２では、支持部材１０３の先端に折り返すように第２の支持部材を取り付け、この第２の支持部材の先端に遮蔽板を取り付けるようにした構造を提案している。この特許文献２の提案する構造においては、第２の支持部材の熱膨張率を支持部材１０３の熱膨張率よりも大きくすることにより、支持部材１０３の熱膨張による遮蔽板の移動を、第２の支持部材の熱膨張により打ち消し遮蔽板の移動を防止することができる。

ところが、このような提案構造では、構造が複雑になることは避けられず、また熱膨張率を考慮した素材選びが必要となり、設計の自由度が狭くなるという問題がある。

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、簡単な構造で、従来装置及び提案装置が持つ問題点を解決することのできる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、遮蔽板を試料の一部が露出しその他が遮蔽されるように配置し、遮蔽板と試料の露出部分に跨るようにイオンビームを試料に照射することにより、試料の露出部分をエッチングして試料断面を作製する試料作製装置であって、遮蔽板ステージと、前記遮蔽板ステージにより基端部を支持され、先端側が自由端となされた支持部材と、前記支持部材の先端側に支持された遮蔽板とを備え、前記支持部材は、前記遮蔽板の前記支持部材の基端側に向かう一側縁が前記イオンビームの照射位置となるように該遮蔽板を保持し、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から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ものである。

本発明に係る試料作製装置においては、遮蔽板ステージに基端部を支持され、先端側が自由端となされた支持部材の先端側に遮蔽板を支持するとともに、前記遮蔽板の前記支持部材の基端側に向かう一側縁が前記イオンビームの照射位置となるように該遮蔽板を保持し、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から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。

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る遮蔽板の発熱を受けて支持部材が加熱されて熱膨張を生じ、遮蔽板が移動しても、前記遮蔽板の前記支持部材の基端側に向かう一側縁にイオンビームが照射されているため、遮蔽板は、イオンビームから離れる方向に移動されることになる。

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、当初加工されていた領域が加工されなくなるようなことが発生せず、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の構成を示す断面図である。 図１における遮蔽板ステージ９と遮蔽板８と試料６との関係を説明するための平面図および断面図である。 支持部材２２，２２による遮蔽板８の支持構造を説明するための分解図である。 従来の試料作製装置の構成を示す図である。

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断面図である。図１において、１は真空容器であり、排気口２を介して図示しない真空ポンプによって排気され、内部空間が真空に維持される。３は真空容器１内に収納されるＬ字型の回転傾斜台で、大気側から真空容器１の隔壁を貫通して内部に導入される回転軸４の一端に取り付けられており、大気側で回転軸４の他端に接続されたモータ５により往復回転される。

前記回転傾斜台３には、試料６を保持し移動させる試料ステージ７が載置される。この試料ステージ７は試料を載せる台座を備えると共に、遮蔽板８を保持し、遮蔽板８を試料の一部が露出しその他が遮蔽されるように試料５の上に重ねるための遮蔽板ステージ９が取り付けられている。

真空容器１の上部には、イオン銃１０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イオンを発生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１０から発生する比較的大きな径を持つイオンビームＩＢは、前記試料６及びその上に重ねられた遮蔽板８にまたがって照射される。その結果、試料６の遮蔽板８から露出している部分がイオンビームにより削られて行き、遮蔽板８のエッジに沿った試料断面が形成されることになる。

前記回転軸４の回転中心０が、イオンビームＩＢによるその加工部分を通るように試料ステージ７上の試料の高さが設定されているため、イオンビームＩＢの試料６及び遮蔽板８への入射角度は、回転傾斜台３の往復回転に伴って繰り返し変化させられる。この入射角の繰り返し変化は、入射角度を変化させない場合に断面に発生するスジ状の凹凸を消す効果を与える。

前記遮蔽板ステージ９には、イオンビームＩＢによる加工により形成される試料断面を、断面に対して垂直方向から観察するため、遮蔽板ステージ９内を前記回転中心０に沿って貫通するように穿たれた観察穴１１が設けられている。前記真空容器１の観察穴１１の延長方向の壁面には観察窓１２が設けられ、この観察窓１２及び観察穴１１を介して試料断面を観察するためのＣＣＤカメラなどの観察手段１３が真空外に配置されている。１４は、イオンビーム加工により発生した飛散物質が観察窓１２に付着するのを防止するため、観察窓１２の前面に配置されるガラス板であり、前記回転傾斜台３の端部に交換可能に取り付けられる。

図２は、図１における遮蔽板ステージ９と遮蔽板８と試料６との関係を説明するための平面図(図２(ａ))および断面図(図２(ｂ))である。両図において、遮蔽板ステージ９は、試料ステージ７に取り付けられた基台２０と、この基台２０に図中矢印Ｘで示す方向に移動可能に保持されるスライダー板２１と、基端側をスライダー板２１により支持され、先端側が自由端となされた一対の支持部材２２，２２を有している。これら支持部材２２，２２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、その先端側に差し渡すように長板状の遮蔽板８が取り付けられる。これら支持部材２２，２２は、スライダー板２１上において、図中矢印Ｙで示す方向に移動可能に支持されている。従って、支持部材２２，２２は、試料ステージ７上でＸ，Ｙの２軸方向に移動可能となっている。

すなわち、支持部材２２，２２は、基端側を第１のリニアベアリング２７を介して、スライダ板２１に支持されている。このスライダ板２１は、第１のリニアベアリング２７に直交する第２のリニアベアリング２８を介して、基台２０により支持されている。そして、支持部材２２，２２の基端側には、基台２０側に設けられた調整ピニオンギヤ２３が噛合したラック部２４が設けられている。調整ピニオンギヤ２３が回転操作されることにより、支持部材２２，２２は、図中矢印Ｙで示す遮蔽板の長さ方向に移動操作される。

また、スライダ板２１には、基台２０に螺合された調整ネジ２６の先端部が当接している。調整ネジ２６が回転操作されることにより、支持部材２２は、スライダ板２１とともに、図中矢印Ｘで示す遮蔽板の長さ方向と直交する方向に移動操作される。なお、スライダ板２１は、図示しない付勢部材により、調整ネジ２６の先端部側に付勢されており、調整ネジ２６の先端部から離間することが防止されている。

支持部材２２，２２の先端部には、これら支持部材２２，２２間に差し渡されるようにして、矩形状の遮蔽板８が取付けられている。この遮蔽板８は、支持部材２２，２２によって、イオンビームＩＢがほぼ９０度で表面に入射するように支持されている。これら支持部材２２，２２は、遮蔽板８の支持部材２２，２２の基端側に向かう一側縁（エッジ部）８ａを、イオンビームＩＢの中心照射位置として、遮蔽板８を保持する。この遮蔽板８とイオンビームＩＢ(及び試料)との相対位置は、支持部材２２，２２を基台２０上においてＸ，Ｙ２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８によりイオンビームＩＢが遮蔽される位置には、試料６が設置される。この試料６は、試料ステージ７に設けられた台座上に載置されて、上面部を遮蔽板８によって覆われた状態に設置される。イオンビームＩＢは、遮蔽板８の一側縁８ａを中心照射位置として遮蔽板８及び試料６の一側縁８ａより露出した箇所にわたって照射され、このイオンビームＩＢにより試料の遮蔽板で遮蔽された部分の加工が防がれつつ露出した箇所に対する加工が行われる。

図３は、支持部材２２，２２による遮蔽板８の支持構造を説明するための分解図である。図に示すように、支持部材２２の先端部は薄肉化され、その部分に同じく薄肉化された遮蔽板８の端部が重ねられる。さらにその上に板ばね３１と押さえ板３２を重ねた上で、ビス３３により押さえ板３２が支持部材２２に取り付けられる。

上記構成において、イオンビームＩＢ加工が開始されると、イオンビームＩＢの照射によって加熱された遮蔽板８の熱が支持部材２２，２２に伝わって加熱される。それによる支持部材２２，２２の温度上昇により熱膨張が生ずると、遮蔽板８は、図２(ｂ)中矢印Ｂで示す支持部材２２，２２の自由端側に向かう方向、すなわち、イオンビームＩＢに対して試料の露出部分が増加する方向に移動される。

したがって、この試料作製装置においては、イオンビームＩＢによる試料６の加工中において、イオンビームＩＢを遮断する遮蔽板８のイオンビームＩＢに対して試料の露出部分を減少させ、既に加工された部分を隠してしまう方向への移動が防止される。このため、試料６上の新たな箇所がイオンビームＩＢによって加工され、良好な断面が現れた試料を作製することができる。

このように、本発明では、図４に示される従来例に比べ、遮蔽板の反対側のエッジ(一側縁)を断面作製のために使用するという簡単な構造を採用することにより、遮蔽板を支持する支持部材が熱膨張しても、良好な断面が現れた試料を作製することができる。また、前述した提案装置に比べても、第２の支持部材が不要となるばかりでなく、熱膨張率を考慮した素材選びが不要になるという効果が得られる。

加えて、この試料作製装置においては、遮蔽板ステージ９内(具体的にはスライダ板２１内)を前記回転中心０に沿って貫通するように穿たれた観察穴１１が設けられているので、ＣＣＤカメラや顕微鏡等により、加工中の試料６を観察することができる。

１：真空容器 ６：試料 ７：試料ステージ ８：遮蔽板 ９：遮蔽板ステージ
１０：イオン銃 １１：観察穴 １２：観察窓 １３：観察手段 ２０：基台
２１：スライダ板 ２２：支持部材 ２３：調整ピニオンギヤ ２４：ラック部
２７：第１のリニアベアリング ２８：第２のリニアベアリング

Claims (3)

1. 遮蔽板を試料の一部が露出しその他が遮蔽されるように配置し、遮蔽板と試料の露出部分に跨るようにイオンビームを試料に照射することにより、試料の露出部分をエッチングして試料断面を作製する試料作製装置であって、
   遮蔽板ステージと、
   前記遮蔽板ステージにより基端部を支持され、先端側が自由端となされた支持部材と、
   前記支持部材の先端側に支持された遮蔽板と
   を備え、
   前記支持部材は、前記遮蔽板の前記支持部材の基端側に向かう一側縁が前記イオンビームの照射位置となるように該遮蔽板を保持し、
   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から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。
2. 前記試料の該遮蔽板の一側縁から露出した箇所への前記イオンビームによる加工位置を前記前記遮蔽板ステージ側から観察する観察手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の試料作製装置。
3. 前記遮蔽板ステージ内に、前記観察手段と試料の加工位置とを結ぶ光路を設けたことを特徴とする請求項２記載の試料作製装置。

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