JP2019160575A - イオンミリング装置及び試料ホルダー - Google Patents

Abstract

【課題】加工が行われた試料を別の保持部材に移し替えることなく、電子顕微鏡を用いて観察することができるイオンミリング装置及び試料ホルダーを提供する。【解決手段】イオンミリング装置１は、イオン照射源４と、試料ホルダー３０と、試料ステージ５と、を備えている。試料ホルダー３０は、試料３７を保持する試料保持部３２が設けられたホルダー本体４０と、ホルダー本体４０に着脱可能に装着され、試料保持部３２に保持された試料３７を密閉するカバー部材３３と、を備えている。また、ホルダー本体４０は、遮蔽板３４と、試料保持部３２に保持された試料３７の周りの電場を補正する電場補正板３５と、を備えている。【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に用いられるイオンミリング装置、及び試料を保持する試料ホルダーに関する。

一般的に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等の電子顕微鏡によって観察される試料は、イオンミリング装置によってイオンビームを照射してエッチングを行い、観察に適した形状に加工される。

また、試料としては、酸素や窒素等の大気と反応し易い部材が用いられる場合がある。このよな大気と反応し易い試料を加工するための技術としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。この特許文献１には、試料が載置される試料載置部と、試料載置部を支持するベース部と、ベース部に対して着脱可能に形成され、試料を密閉する密閉空間を形成する蓋部と、を有する試料容器を備えた技術が記載されている。

特開２０１３−１３７９９５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、試料ホルダーに保持された試料を電子顕微鏡で観察する場合、試料に電圧を印加した際に、試料周りの電場が乱れていた。そのため、試料周辺の乱れた電場により、電子顕微鏡の鏡筒から照射された電子ビームが歪み、試料を正確に観察することができない、という不具合を有していた。その結果、特許文献１に記載された技術では、加工が行われた試料を別の保持部材に移し替える必要があり、試料が大気に晒されるおそれがあると共に作業が大変煩雑なものとなっていた。

本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、加工が行われた試料を別の保持部材に移し替えることなく、電子顕微鏡を用いて観察することができるイオンミリング装置及び試料ホルダーを提供することにある。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明のイオンミリング装置は、イオンビームを照射するイオン照射源と、試料が取り付けられる試料ホルダーと、試料ホルダーが装着される試料ステージと、を備えている。
試料ホルダーは、試料を保持する試料保持部が設けられたホルダー本体と、ホルダー本体に着脱可能に装着され、試料保持部に保持された試料を密閉するカバー部材と、を備えている。
また、ホルダー本体は、試料保持部に保持された試料の一部を覆うと共にイオンビームを遮蔽する遮蔽板と、試料保持部に保持された試料の周りの電場を補正する電場補正板と、を備えている。

また、本発明の試料ホルダーは、試料を保持する試料保持部が設けられたホルダー本体と、ホルダー本体に着脱可能に装着され、試料保持部に保持された試料を密閉するカバー部材と、を備えている。
ホルダー本体は、試料保持部に保持された試料の一部を覆うと共にイオン照射源から照射されたイオンビームを遮蔽する遮蔽板と、試料保持部に保持された試料の周りの電場を補正する電場補正板と、を備えている。

本発明のイオンミリング装置及び試料ホルダーによれば、加工が行われた試料を他の保持部材に移し替えることなく、電子顕微鏡を用いて観察することができる。

本発明の第１の実施の形態例にかかるイオンミリング装置を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施の形態例にかかる試料ホルダーを示す正面図である。 本発明の第１の実施の形態例にかかる試料ホルダーを図２に示すＡ−Ａ線で切断した分解断面図である。 本発明の第１の実施の形態例にかかる試料ホルダーの試料保持部を示す斜視図である。 図２に示すＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第１の実施の形態例にかかるイオンミリング装置における試料ホルダーとカバー部材着脱部を接続させた状態を示す図である。 本発明の第１の実施の形態例にかかるイオンミリング装置における試料ホルダーを真空チャンバー内に移動させた状態を示す図である。 本発明の第１の実施の形態例にかかりイオンミリング装置における加工時の状態を示す図である。 本発明の第１の実施の形態例にかかる試料ホルダーを電子顕微鏡に導入する状態を示す模式図である。 電子顕微鏡で試料ホルダーに保持された試料を観察する状態を示す模式図である。 電圧を印加した際の試料周りの電場の状態を示す説明図であり、図１１Ａは電場補正板を設けていない従来の試料ホルダーでの電場の状態を示す図、図１１Ｂは電場補正板を設けた本発明の第１の実施の形態例にかかる試料ホルダーでの電場の状態を示す図である。 本発明の第１の実施の形態例にかかる試料ホルダーに保持された試料を光学顕微鏡で観察する状態を示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態例にかかる試料ホルダーを分解して示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態例にかかる試料ホルダーを示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態例にかかる試料ホルダーを分解して示す図１３とは他の方向から見た断面図である。

以下、本発明のイオンミリング装置及び試料ホルダーの実施の形態例について、図１〜図１５を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。

１．第１の実施の形態例
１−１．イオンミリング装置の構成
まず、本発明の第１の実施の形態例（以下、「本例」という。）にかかるイオンミリング装置について図１を参照して説明する。
図１は、本例のイオンミリング装置を示す概略構成図である。

図１に示す装置は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等の電子顕微鏡で観察される試料を作製するイオンミリング装置である。イオンミリング装置１は、試料３７にイオンビームを照射してエッチングを行い、試料をＳＥＭやＴＥＭによる観察に適した形状に加工する装置である。

図１に示すように、イオンミリング装置１は、真空チャンバー２と、試料ステージ引出機構３と、イオン照射源４と、試料ステージ５と、回転機構６と、排気部７と、不活性ガス供給部８と、真空排気駆動部９と、位置合わせカメラ１０と、制御部１５とを備えている。また、イオンミリング装置１は、電圧電源１８と、回転機構駆動部１９と、表示装置２０とを備えている。

真空チャンバー２は、中空の容器状に形成されている。真空チャンバー２の一面には、開口部２ａが形成されている。真空チャンバー２には、排気部７が接続されている。排気部７は、真空排気駆動部９により駆動する。排気部７が駆動することで、真空チャンバー２の内部空間の空気が排気される。

真空チャンバー２の上部には、イオン照射源４が設けられている。イオン照射源４としては、例えばアルゴンガスを放電によりイオン化させてアルゴンイオン（イオンビームＬ１）を放出されるガスイオン銃が用いられる。そして、イオン照射源４は、真空チャンバー２の内部空間に向けてイオンビームＬ１を照射する（図８参照）。

以下、イオンビームＬ１の光軸と直交する方向を第１の方向Ｘ１及び第２の方向Ｙ１とする。また、試料ホルダー３０に保持された試料３７が遮蔽板３４から突出する方向を第２の方向Ｙ１とし、この第２の方向Ｙ１と直交する方向を第１の方向Ｘ１とする。そして、第１の方向Ｘ１及び第２の方向Ｙ１と直交し、イオンビームＬ１の光軸と平行をなす方向を第３の方向Ｚ１とする。

イオン照射源４には、電圧電源１８が接続されている。電圧電源１８は、イオン照射源４に電圧を印加する。また、電圧電源１８は、制御部１５に設けたイオン照射源制御部１６により制御される。

また、制御部１５には、回転機構制御部１７が設けられている。回転機構制御部１７には、回転機構駆動部１９に接続されている。そして、回転機構制御部１７は、回転機構駆動部１９を制御することで、回転機構６の駆動を制御している。

真空チャンバー２における開口部２ａと対向する位置に壁面には、不活性ガス供給部８が設けられている。不活性ガス供給部８は、真空チャンバー２の内部空間に不活性ガスを供給する。

また、真空チャンバー２には、連結部材３ａを介して試料ステージ引出機構３が移動可能に取り付けられている。試料ステージ引出機構３は、真空チャンバー２に対して第２の方向Ｙ１に沿って移動可能に支持されている。そして、試料ステージ引出機構３は、真空チャンバー２に接近することで、真空チャンバー２の開口部２ａを塞ぐ。また、試料ステージ引出機構３には、試料ステージ５と、回転機構６と、カバー部材着脱部１３が設けられている。

試料ステージ５は、回転機構６に回動可能に支持される。回転機構６は、回転機構駆動部１９により傾斜駆動する。そして、試料ステージ５は、真空チャンバー２の内部空間に収容される。また、試料ステージ５には、試料３７を保持した試料ホルダー３０が着脱可能に装着される。なお、試料ホルダー３０の詳細な構成について後述する。

回転機構６の回転軸には、試料ステージ５が設けられている。そして、回転機構６の回転軸の回転中心は、第２の方向Ｙ１と平行に配置され、イオンビームＬ１の光軸及び第１の方向Ｘ１と直交する。

カバー部材着脱部１３は、シャフト部１４ａと、屈曲部１４ｂと、接続部１４ｃと、把持部１４ｄとを有している。シャフト部１４ａは、カバー部材着脱部１３に回転可能及び第２の方向Ｙ１に移動可能に支持されている。シャフト部１４ａは、試料ステージ引出機構３を第２の方向Ｙ１に沿って貫通している。そして、シャフト部１４ａの一端部は、試料ステージ引出機構３よりも第２の方向Ｙ１の一側に配置され、シャフト部１４ａの他端部は、試料ステージ引出機構３よりも第２の方向Ｙ１の他側に配置される。

シャフト部１４ａの一端部には、屈曲部１４ｂが連続している。屈曲部１４ｂは、シャフト部１４ａから略垂直に屈曲している。また、屈曲部１４ｂには、接続部１４ｃが設けられている。接続部１４ｃは、後述する試料ホルダー３０のカバー部材３３に着脱可能に接続される。

シャフト部１４ａの他端部には、把持部１４ｄが設けられている。把持部１４ｄは、使用者によって把持され、カバー部材着脱部１３が操作される。

試料ステージ引出機構３における上端部には、カメラ回動機構１２を介して位置合わせカメラ１０が設けられている。位置合わせカメラ１０は、カメラ回動機構１２により試料ステージ引出機構３の上部に回動可能に支持されている。カメラ回動機構１２が回動すると、位置合わせカメラ１０は、試料ステージ５に装着された試料ホルダー３０と第３の方向Ｚ１で対向する。

位置合わせカメラ１０は、試料ホルダー３０に保持された試料３７と遮蔽板３４を撮影する。また、位置合わせカメラ１０は、表示装置２０に接続されている。この表示装置２０には、位置合わせカメラ１０が撮影した画像が表示される。これにより、試料３７における遮蔽板３４からの突出量を視認することができる。

また、カメラ回動機構１２には、カメラ位置調整機構１１が設けられている。カメラ位置調整機構１１は、位置合わせカメラ１０の位置を調整する。

１−２．試料ホルダーの構成
次に、図２〜図５を参照して試料ホルダー３０の構成について説明する。
図２は、試料ホルダー３０を示す正面図、図３は、試料ホルダー３０を図２に示すＡ−Ａ線で切断した分解断面図である。

図２及び図３に示すように、試料ホルダー３０は、ホルダー本体４０と、カバー部材３３とを有している。ホルダー本体４０は、ベース部３１と、試料保持部３２と、遮蔽板３４と、電場補正板３５と、加工位置調整機構５１とを有している。

［ベース部］
ベース部３１は、略円柱状に形成されている。ベース部３１における第２の方向Ｙ１の一端部には、取付部３１ｃが形成されている。取付部３１ｃは、ベース部３１における第２の方向Ｙ１の一端部の一面から第２の方向Ｙ１の他端に向けて凹んだ凹部である。この取付部３１ｃには、試料保持部３２が取り付けられる。

図２に示すように、ベース部３１における第２の方向Ｙ１の他端部には、ホルダー側装着部３１ｂが形成されている。ホルダー側装着部３１ｂは、試料ステージ５に着脱可能に装着される。また、ホルダー側装着部３１ｂは、イオンミリング装置１の試料ステージ５だけではなく、装着部の一例を示す電子顕微鏡１００の試料台１０７（図９参照）や、光学顕微鏡２００のホルダースタンド２０７（図１２参照）に着脱可能に装着される。

また、ベース部３１の外周面には、フランジ部３１ａが形成されている。フランジ部３１ａは、ベース部３１の外周面において周方向に沿って連続して形成されている。また、フランジ部３１ａは、ベース部３１の外周面から略垂直に突出している。

さらに、フランジ部３１ａには、ガイドピン５３が設けられている。ガイドピン５３は、フランジ部３１ａから第２の方向Ｙ１の一端部に向けて突出している。さらに、ベース部３１の外周面には、Ｏリング５４が取り付けられている。Ｏリング５４は、ベース部３１の外周面においてフランジ部３１ａよりも第２の方向Ｙ１の一端部側に取り付けられている。そして、ベース部３１における第２の方向Ｙ１の一端部には、カバー部材３３が装着される。

［試料保持部］
図４は、試料保持部３２を示す斜視図である。
図３及び図４に示すように、試料保持部３２の第２の方向Ｙ１の一端部は、試料３７を保持する。また、図４に示すように、試料保持部３２における取付部３１ｃから露出する部分、すなわち第２の方向Ｙ１の一端部には、補正板固定部５５と、遮蔽板固定部５６が設けられている。遮蔽板固定部５６には、固定ピン５６ａによって遮蔽板３４が固定され、補正板固定部５５には、電場補正板３５が固定されている。

［加工位置調整機構］
加工位置調整機構５１は、試料保持部３２に第２の方向Ｙ１に沿って移動可能に支持されている。この加工位置調整機構５１は、試料保持部３２に保持された試料３７を第２の方向Ｙ１に沿って移動可能させる。

また、加工位置調整機構５１は、加工位置調整ピン５２を有している。加工位置調整ピン５２は、加工位置調整機構５１に連結されて、第２の方向Ｙ１に沿って配置されている。加工位置調整ピン５２が回転することで加工位置調整機構５１は、第２の方向Ｙ１に沿って移動する。すなわち、加工位置調整ピン５２によって加工位置調整機構５１が操作される。そして、加工位置調整機構５１と共に試料保持部３２が第２の方向Ｙ１に沿って移動する。これにより、試料３７の加工位置、すなわち遮蔽板３４からの突出量が調整される。

また、加工位置調整ピン５２の第２の方向Ｙ１の一端部には、本体側連結部５２ａが設けられている。本体側連結部５２ａは、ベース部３１及び試料保持部３２から第２の方向Ｙ１の一端部側に向けて突出している。この本体側連結部５２ａには、後述する第２カバー側連結部４６ｂが着脱可能に連結される。

［遮蔽板］
遮蔽板３４は、略平板状に形成されている。遮蔽板３４は、遮蔽板固定部５６に固定されて試料３７よりも第３の方向Ｚ１の一側、すなわちイオンビームＬ１の光軸の上流側に配置される。そして、遮蔽板３４の一面３４ａは、第２の方向Ｙ１の一端部側を向く。遮蔽板３４は、試料３７よりもイオンビームＬ１に対する強度が高い材質で形成されている。そして、遮蔽板３４は、イオン照射源４から照射されるイオンビームＬ１を遮蔽する。

また、遮蔽板３４は、試料保持部３２に保持された試料３７の一部を覆う。そして、試料３７における遮蔽板３４によって覆われた箇所は、イオンビームＬ１によってエッチングされずに残る。さらに、試料３７における遮蔽板３４から第２の方向Ｙ１の一側に向けて突出した領域がイオンビームＬ１によりエッチングが行われ、除去される。

［電場補正板］
電場補正板３５は、遮蔽板３４と同様に、略平板状に形成されている。電場補正板３５は、補正板固定部５５に固定されて遮蔽板３４よりも第３の方向Ｚ１の他側、すなわちイオンビームＬ１の光軸の下流側に配置される。そして、電場補正板３５の一面３５ａは、第２の方向Ｙ１の一端部側を向く。また、電場補正板３５の一面３５ａは、遮蔽板３４の一面３４ａと第２の方向Ｙ１での位置が同じ位置に配置される。すなわち、電場補正板３５の一面３５ａと遮蔽板３４の一面３４ａは、同一平面上に配置される。

また、電場補正板３５には、２つの挿通孔３５ｂと、切り欠き部３５ｃが形成されている。２つの挿通孔３５ｂ、３５ｂのうち一方の挿通孔３５ｂは、加工位置調整ピン５２の本体側連結部５２ａを臨む。

切り欠き部３５ｃは、電場補正板３５における第３の方向Ｚ１の一端部において、第１の方向Ｘ１の中間部に形成されている。そして、切り欠き部３５ｃは、電場補正板３５の第３の方向Ｚ１の一端部を第３の方向Ｚ１の他側に向けて、試料３７の第３の方向Ｚ１の長さ分だけ切り欠くことで形成されている。この切り欠き部３５ｃには、試料保持部３２に保持された試料３７が配置される。そのため、試料３７における第３の方向Ｚ１の一側には遮蔽板３４が配置され、試料３７における第３の方向Ｚ１の他側及び第１の方向Ｘ１の両側には、電場補正板３５が配置される。

そして、ホルダー本体４０を構成するベース部３１、試料保持部３２、遮蔽板３４、電場補正板３５及び加工位置調整機構５１は、非磁性材料で形成されている。

［カバー部材］
次に、カバー部材３３について説明する。
図２及び図３に示すように、カバー部材３３は、ベース部３１における第２の方向Ｙ１の一端部に着脱可能に装着される。そして、カバー部材３３は、ホルダー本体４０の一部、具体的には、試料保持部３２に保持された試料３７、遮蔽板３４及び電場補正板３５を覆う。カバー部材３３は、第２の方向Ｙ１の一端部が閉塞され、第２の方向Ｙ１の他端部が開口した略円筒状に形成されている。そして、カバー部材３３は、主面部４１と、側面部４２とを有している。

主面部４１は、略円板状に形成されている。主面部４１には、排気用弁４３と、接続穴４４が設けられている。排気用弁４３が開放されていない状態では、カバー部材３３によって覆われたた内部は、密閉される。

接続穴４４は、主面部４１における半径方向の略中心に形成されている。接続穴４４の内壁面には、雌ねじが形成される。そして、接続穴４４は、カバー部材着脱部１３の接続部１４ｃ（図１参照）が螺合される。これにより、カバー部材３３は、カバー部材着脱部１３に接続される。

また、主面部４１には、カバー側連結ピン４６が設けられている。カバー側連結ピン４６は、主面部４１に設けた装着孔４１ａに回転可能に挿入されている。そして、カバー側連結ピン４６は、主面部４１を第２の方向Ｙ１に沿って貫通している。また、カバー側連結ピン４６の外周面には、Ｏリング４７が設けられている。Ｏリング４７は、装着孔４１ａの内壁に密着する。

カバー側連結ピン４６における第２の方向Ｙ１の一端部は、主面部４１の装着孔４１ａ内に配置される。カバー側連結ピン４６の第２の方向Ｙ１の他端部は、主面部４１の装着孔４１ａから第２の方向Ｙ１の他側に向けて突出する。

カバー側連結ピン４６の一端部には、第１カバー側連結部４６ａが形成されており、カバー側連結ピン４６の他端部には、第２カバー側連結部４６ｂが形成されている。第１カバー側連結部４６ａは、調整ツール６０のツール側連結部６０ａに着脱可能に連結される。

図５は、カバー部材３３をベース部３１に装着した状態を示す断面図である。
図５に示すように、カバー部材３３をベース部３１に装着した際に、カバー側連結ピン４６の第２カバー側連結部４６ｂは、電場補正板３５の挿通孔３５ｂを挿通する。そして、第２カバー側連結部４６ｂは、加工位置調整ピン５２の本体側連結部５２ａに連結される。そのため、加工位置調整ピン５２は、カバー側連結ピン４６を介して調整ツール６０に連結される。そして、使用者が調整ツール６０を回転させると、加工位置調整ピン５２は、カバー側連結ピン４６と共に回転する。これにより、加工位置調整機構５１と共に試料３７が第２の方向Ｙに沿って移動し、遮蔽板３４に対する試料３７の突出量を調整することができる。

図３に示すように、側面部４２は、主面部４１の半径方向外側の外縁部から第２の方向Ｙ１の他端部側に向けて突出している。図５に示すように、カバー部材３３をベース部３１に装着した際に、側面部４２の第２の方向Ｙ１の他端部は、ベース部３１のフランジ部３１ａに当接する。そして、側面部４２の内壁面は、ベース部３１に設けたＯリング５４が密着する。これにより、カバー部材３３の内部空間が密閉される。

図３に示すように、側面部４２には、開口窓４２ａが形成されている。透明又は半透明な部材で形成された観察窓３８が嵌め込まれている。図２に示すように、観察窓３８により、カバー部材３３内に密閉された試料３７、遮蔽板３４及び電場補正板３５をカバー部材３３の外側から視認することができる。

また、側面部４２には、ガイド部材４５が設けられている。ガイド部材４５は、側面部４２における第２の方向Ｙ１の他端部に形成されている。図５に示すように、カバー部材３３をベース部３１に装着した際に、ガイド部材４５には、ベース部３１に設けたガイドピン５３が挿入される。さらに、ガイドピン５３がガイド部材４５に挿入されることで、カバー部材３３におけるベース部３１の周方向への回転が規制される。このガイド部材４５とガイドピン５３によりガイド機構が構成される。

１−３．イオンミリング装置を用いた加工動作例
次に、上述した構成を有するイオンミリング装置１を用いた加工動作例について図１〜図８を参照して説明する。
図６は、カバー部材３３とカバー部材着脱部１３を接続させた状態を示す図、図７は、試料ホルダー３０を真空チャンバー２内に移動させた状態を示す図、図８は、加工時の状態を示す図である。

まず、図４に示すように、アルゴン等の不活性ガスからなる不活性ガス雰囲気の作業室やグローボックス内で、大気と反応し易い試料３７を試料保持部３２に装着する。なお、遮蔽板３４及び電場補正板３５は、試料３７を装着する前に試料保持部３２に固定してもよく、試料３７を装着してから試料保持部３２に固定してもよい。次に、図３に示すように、試料３７を装着した試料保持部３２を、ベース部３１の取付部３１ｃに取り付ける。

次に、図５に示すように、ホルダー本体４０にカバー部材３３を装着する。このとき、ガイドピン５３及びガイド部材４５がカバー部材３３におけるホルダー本体４０に対する装着位置を示すガイドとなる。これにより、ベース部３１とカバー部材３３との位置決めを容易に行うことができる。さらに、カバー部材３３に設けたカバー側連結ピン４６が試料３７、遮蔽板３４や電場補正板３５に接触することを防ぐことができる。

その結果、図２及び図５に示すように、試料３７、遮蔽板３４及び電場補正板３５は、カバー部材３３内に収容される。また、ベース部３１に設けたＯリング５４がカバー部材３３の側面部４２の内壁面に密着し、カバー側連結ピン４６に設けたＯリング４７が装着孔４１ａの内壁面に密着する。そのため、カバー部材３３の内部空間は、密閉され、試料３７は、不活性ガス雰囲気の空間に収容される。

また、カバー部材３３をベース部３１に装着することで、カバー側連結ピン４６の第２カバー側連結部４６ｂが加工位置調整ピン５２の本体側連結部５２ａに連結される。そして、調整ツール６０を、カバー側連結ピン４６に連結させる。次に、調整ツール６０を回転させて、加工位置調整機構５１を第２の方向Ｙ１に移動させる。これにより、カバー部材３３内に密閉された状態で、カバー部材３３の外側から試料３７における第２の方向Ｙ１の突出量を調整することができる。

次に、試料３７が装着された試料ホルダー３０を作業室やグローボックスから取り出し、図１に示すように、試料ホルダー３０を試料ステージ引出機構３に設けた試料ステージ５に装着する。上述したように、カバー部材３３には、観察窓３８が設けられているため、試料ステージ５に装着した状態で、カメラ１０を用いて試料３７の突出量を調整することができる。

次に、図６に示すように、カバー部材３３にカバー部材着脱部１３の接続部１４ｃを接続させる。すなわち、接続部１４ｃをカバー部材３３に設けた接続穴４４（図５参照）に螺合させる。このとき、カバー部材３３は、ガイドピン５３とガイド部材４５（図５参照）により、ベース部３１の周方向への回転が規制されている。そのため、接続部１４ｃを接続穴４４に螺合させる際に、カバー部材３３が回転することを防ぐことができる。

次に、図７に示すように、試料ステージ引出機構３を真空チャンバー２内に移動させ、真空チャンバー２の開口部２ａを試料ステージ引出機構３によって塞ぐ。これにより、試料ホルダー３０は、イオン照射源４と第３の方向Ｚ１で対向する。して、真空排気駆動部９によって排気部７を駆動させて、真空チャンバー２の内部空間の空気を排気させる。これにより、真空チャンバー２の内部空間は、真空あるいは略真空となる。

次に、図８に示すように、カバー部材着脱部１３を操作して、ホルダー本体４０からカバー部材３３を取り外す。真空チャンバー２の内部空間は、真空あるいは略真空となっているため、試料３７が大気に晒されることを防ぐことができる。

次に、イオン照射源４からイオンビームＬ１を試料３７に向けて照射する。これにより、試料３７における遮蔽板３４から第２の方向Ｙ１の一端部に向けて突出している箇所が、イオンビームＬ１によってエッチング加工される。なお、遮蔽板３４の一面３４ａと電場補正板３５の一面３５ａ（図３及び図５参照）が同一平面上に配置されている。そのため、試料３７における第２の方向Ｙ１の一端部側の一面、すなわち加工面３７ａ（図１１Ｂ参照）は、遮蔽板３４の一面３４ａ及び電場補正板３５の一面３５ａと同一平面上に配置されるように加工される。

試料３７の加工が終了すると、不活性ガス供給部８からアルゴン等の不活性ガスを真空チャンバー２内に供給する。そして、真空チャンバー２の内部空間は、不活性ガス雰囲気となる。次に、カバー部材着脱部１３を用いてカバー部材３３を再びベース部３１に装着する。これにより、試料３７は、カバー部材３３内に収容される。すなわち、試料３７は、不活性ガス雰囲気の空間に密閉される。

なお、不活性ガス供給部８を用いて真空チャンバー２内に不活性ガスを供給する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、不活性ガスの供給を行わずに、真空雰囲気内でカバー部材３３をベース部３１に装着してもよい。これにより、試料３７は、真空雰囲気の空間に密閉される。

次に、図６に示すように、試料ステージ引出機構３を第２の方向Ｙ１の他側に移動させて、真空チャンバー２の開口部２ａを開放させる。そして、図１に示すように、カバー部材３３からカバー部材着脱部１３を取り外しに、試料ホルダー３０を試料ステージ５から取り外す。なお、試料３７は、カバー部材３３内に密閉されているため、大気に晒されることはない。これにより、イオンミリング装置１を用いた試料３７の加工動作が完了する。

１−４．試料の観察動作例
１−４−１．電子顕微鏡の構成例
次に、加工が施された試料３７を電子顕微鏡１００で観察する動作例について図９〜図１１を参照して説明する。まず、電子顕微鏡１００の構成について説明する。
図９は、試料ホルダー３０を電子顕微鏡１００に導入する状態を示す模式図、図１０は、電子顕微鏡１００で試料３７を観察する状態を示す模式図である。

図９に示す電子顕微鏡１００は、電子ビームＬ２を試料３７に照射し、試料３７から放出される電子（例えば、二次電子や反射電子）を検出器により検出し、検出した電子から得られる試料像を観察する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）である。図９に示すように、電子顕微鏡１００は、電子源１０１と、観察室１０２と、試料導入室１０３と、ガイドレール１０５と、絶縁台１０６と、試料台１０７と、ホルダー操作部１０８と、カバー部材着脱部１０９とを有している。また、図１０に示すように、電子顕微鏡１００は、電圧印加部１１０を有している。

観察室１０２は、中空の容器状に形成されている。観察室１０２は、不図示の排気部により気圧が真空、あるいは略真空となっている。また、観察室１０２の一面には、開口部２ａが形成されている。また、開口部１０２ａには、不図示の開閉扉が設けられている。さらに、観察室１０２には、不図示の検出器が設けられている。

観察室１０２の上部には、電子源１０１が設けられている。電子源１０１は、観察室１０２の内部空間に向けて電子ビームＬ２を照射する。以下、電子ビームＬ２の光軸と直交する方向を第４の方向Ｘ２、第５の方向Ｙ２とする。また、観察室１０２の開口部１０２ａが設けられた方向を第５の方向Ｙ２とし、第５の方向Ｙ２と直交する方向を第４の方向Ｘ２とする。そして、電子ビームＬ２の光軸と直交する方向を第６の方向Ｚ２とする。

観察室１０２の開口部１０２ａには、試料導入室１０３が接続されている。試料導入室１０３は、中空の容器状に形成されている。試料導入室１０３には、不図示の予備排気部が接続されている。そして、試料導入室１０３は、予備排気部により気圧が真空、あるいは略真空になる。

試料導入室１０３の内部空間と観察室１０２の内部空間には、ガイドレール１０５が配置されている。ガイドレール１０５は、試料導入室１０３から観察室１０２にかけて第５の方向Ｙ２に沿って延在している。ガイドレール１０５には、試料台１０７が摺動可能に支持されている。試料台１０７には、試料ホルダー３０のベース部３１が着脱可能に装着される。

また、ガイドレール１０５における電子源１０１と対向する箇所には、絶縁台１０６が配置されている。また、図１０に示すように、絶縁台１０６まで移動した試料台１０７は、電圧印加部１１０に接続される。電圧印加部１１０は、電源部１１０ｂと、スイッチ１１０ａを有している。電圧印加部１１０は、絶縁台１０６まで移動した試料ホルダー３０に対して試料台１０７を介してバイアス電圧を印加する。

また、試料導入室１０３には、ホルダー操作部１０８と、カバー部材着脱部１０９が設けられている。ホルダー操作部１０８は、試料導入室１０３における観察室１０２とは反対側の壁面に第５の方向Ｙ２に沿って移動可能に支持されている。ホルダー操作部１０８は、ガイドレール１０５に沿って試料台１０７を移動させる。

カバー部材着脱部１０９は、試料導入室１０３の上部に配置されている。カバー部材着脱部１０９は、カバー部材３３の接続穴４４（図３及び図５）に螺合されて、カバー部材３３に接続される。

１−４−２．観察動作例
次に、上述した構成を有する電子顕微鏡１００を用いた試料３７の観察動作例について説明する。

まず、図９に示すように、加工が行われた試料３７を保持する試料ホルダー３０を、電子顕微鏡１００の試料台１０７に装着する。このとき、試料３７の加工面３７ａ、遮蔽板３４の一面３４ａ及び電場補正板３５の一面３５ａが第６の方向Ｚ２を向いた状態で、試料台１０７に装着される。なお、カバー部材３３は、ベース部３１に装着されている。そのため、イオンミリング装置１から図９に示す電子顕微鏡１００の試料導入室１０３まで搬送する際に、試料３７が大気に晒されることがない。

次に、予備排気部を用いて試料導入室１０３の内部空間の空気を排気させ、試料導入室１０３の内部空間を真空、あるいは略真空にする。次に、カバー部材着脱部１０９をカバー部材３３に接続する。そして、カバー部材着脱部１０９を操作して、カバー部材３３をホルダー本体４０から取り外す。このとき、試料導入室１０３の内部空間は、真空あるいは、略真空となっているため、試料３７が大気に晒されることを防ぐことができる。

次に、観察室１０２の不図示の開閉扉を開き、観察室１０２と試料導入室１０３を連通させる。そして、ホルダー操作部１０８によって試料台１０７をガイドレール１０５に沿って観察室１０２の絶縁台１０６まで摺動させる。これにより、試料台１０７に装着されたホルダー本体４０は、電子源１０１と第６の方向Ｚ２で対向する。

次に、電圧印加部１１０によって試料台１０７を介して、ホルダー本体４０にバイアス電圧を印加する。また、電子源１０１から電子ビームＬ２を試料３７の加工面３７ａに向けて照射し、不図示の検出器によって試料３７から放出される電子を検出することにより、試料３７の加工面３７ａの像を観察する。これにより、電子顕微鏡１００を用いた試料３７の観察動作が完了する。

１−４−３．試料周辺の電場の状態
次に、バイアス電圧が印加された際に試料３７周りの電場の状態について図１１Ａ及び図１１Ｂを参照して説明する。
図１１Ａ及び図１１Ｂは、試料３７周りの電場の状態を示す図であり、図１１Ａは電場補正板３５を設けていない場合を示し、図１１Ｂは電場補正板３５を設けた場合を示す。

図１１Ａに示すように、電場補正板３５を設けない場合、試料３７における遮蔽板３４と反対側の端部には、試料保持部３２との間に段差が形成される。この状態で電圧を印加すると、電場Ｇ１の等電位面は、遮蔽板３４の一面３４ａ上では、平行となるが、加工面３７ａから段差にかけて乱れる。この状態で、電子源１０１から電子ビームＬ２を照射した場合、電場Ｇ１の等電位面が乱れた箇所で、電子ビームＬ２が曲がる。その結果、観察される像も歪み、試料３７の加工面３７ａを正確に観察することができない。

これに対して、本例の試料ホルダー３０では、図１１Ｂに示すように、電場補正板３５を設けている。そして、電場補正板３５の一面３５ａは、遮蔽板３４の一面３４ａと同一平面上に位置しており、試料３７の加工面３７ａとも同一平面上に位置している。そのため、遮蔽板３４の一面３４ａ、試料３７の加工面３７ａ及び電場補正板３５の一面３５ａは、第４の方向Ｘ２及び第５の方向Ｙ２で形成される面と平行に配置され、第６の方向Ｚ２に対して直交する。また、遮蔽板３４及び電場補正板３５だけでなく、ホルダー本体４０を構成する全ての部材が非磁性材料で形成されている。

そのため、電圧を印加すると、電場Ｇ１の等電位面は、遮蔽板３４の一面３４ａから試料３７の加工面３７ａを通り電場補正板３５の一面３５ａまで全て平行となる。すなわち、試料３７の加工面３７ａ上の電場Ｇ１が、電場補正板３５によって歪みなく平行に補正される。

そして、電子源１０１から照射された電子ビームＬ２は、電場Ｇ１によって曲がることなく、試料３７の加工面３７ａに対して垂直に入射する。これにより、試料３７の加工面３７ａを電子顕微鏡１００で正確に観察することができる。

このように、試料３７を試料ホルダー３０とは別の保持部材に移し替えることなく、イオンミリング装置１により加工から電子顕微鏡１００による観察まで同一の試料ホルダー３０を用いることができる。また、試料３７がカバー部材３３内に収容された状態で、電子顕微鏡１００まで搬送され、試料導入室１０３に導入することができるため、試料３７が大気に晒されることを防ぐことができる。

１−５．光学顕微鏡での観察例
次に、上述した構成を有する試料ホルダー３０を用いて試料３７を光学顕微鏡で観察する例について図１２を参照して説明する。
図１２は、試料ホルダー３０に保持された試料３７を光学顕微鏡で観察する状態を示す模式図である。

図１２に示すように、光学顕微鏡２００は、観察部２０１と、筐体２０２と、支持部２０３と、載置台２０４と、ホルダースタンド２０７とを有している。支持部２０３は、筐体２０２の上端部に配置され、載置台２０４は、筐体２０２の下端部に配置されている。

支持部２０３には、観察部２０１が取り付けられている。観察部２０１としては、例えば、接眼レンズと対物レンズからなるレンズ鏡筒である。また、観察部２０１には、観察対象を撮影するカメラを有している。そして、観察部２０１は、載置台２０４と対向する。

以下、観察部２０１の対物レンズの光軸Ｌ３と直交する方向を第７の方向Ｘ３及び第８の方向Ｙ３とし、光軸Ｌ３と平行をなし、第７の方向Ｘ３及び第８の方向Ｙ３と直交する方向を第９の方向Ｚ３とする。

載置台２０４における観察部２０１と対向する一面には、ホルダースタンド２０７が設けられている。ホルダースタンド２０７は、略Ｌ字状に屈曲した部材により構成されている。ホルダースタンド２０７における第９の方向Ｚ３と平行に立設する部分には、試料ホルダー３０が着脱可能に装着される。

試料ホルダー３０は、ホルダースタンド２０７に装着された際に、ホルダー本体４０は、第８の方向Ｙに向けて突出する。そして、ホルダー本体４０の試料保持部３２に保持された試料３７は、観察部２０１の光軸Ｌ３と対向する。

なお、本例の試料ホルダー３０のカバー部材３３には、観察窓３８が設けられている。そのため、観察窓３８を介してカバー部材３３の内部空間を視認することができる。これにより、試料ホルダー３０を光学顕微鏡２００に装着した場合でも、カバー部材３３をベース部３１から取り外すことなく、試料３７を観察部２０１で観察することができる。上述したように、試料３７の突出量の調整は、調整ツール６０を用いてカバー部材３３に収容された状態で行うことができる。そのため、試料３７を大気に晒すことなく、観察部２０１で観察を行いながら、試料３７の突出量の調整を行うことができる。

２．第２の実施の形態例
次に、図１３〜図１５を参照して第２の実施の形態例にかかる試料ホルダーについて説明する。
図１３〜図１５は、第２の実施の形態例にかかる試料ホルダーを示す断面図である。また、カバー試料ホルダーを分解して示す断面図である。

この第２の実施の形態例にかかる試料ホルダーが、第１の実施の形態例にかかる試料ホルダー３０と異なる点は、加工位置調整機構の構成である。そのため、ここでは、加工位置調整機構について説明し、第１の実施の形態例にかかる試料ホルダー３０と共通する部分には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１３〜図１５に示すように、試料ホルダー３０Ｂは、ホルダー本体４０Ｂと、カバー部材３３Ｂとを有している。カバー部材３３Ｂは、主面部４１Ｂと、側面部４２とを有している。側面部４２には、観察窓３８が設けられている。主面部４１Ｂには、排気用弁４３と、接続穴４４が設けられている。なお、第２の実施の形態例にかかる主面部４１Ｂには、装着孔４１ａが設けられておらず、カバー側連結ピン４６が取り付けられていない。

ホルダー本体４０Ｂは、ベース部３１Ｂと、試料３７を保持する試料保持部３２Ｂと、遮蔽板３４と、電場補正板３５と、加工位置調整機構５１Ｂとを有している。ベース部３１Ｂには、試料保持部３２Ｂが取り付けられる取付部３１ｃが形成されている。また、ベース部３１Ｂの外周面には、ベース側装着孔３１ｅが形成されている。ベース側装着孔３１ｅは、フランジ部３１ａよりもカバー部材３３Ｂから離反する位置に形成されている。そして、ベース側装着孔３１ｅは、後述する試料保持部３２Ｂに設けた保持部側装着孔３２ｂに連通する。

試料保持部３２Ｂは、加工位置調整機構５１Ｂを移動可能に支持する支持凹部３２ａを有している。支持凹部３２ａには、保持部側装着孔３２ｂが形成されている。この保持部側装着孔３２ｂは、ベース側装着孔３１ｅに連通する。この保持部側装着孔３２ｂ及びベース側装着孔３１ｅには、後述する加工位置調整機構５１Ｂの加工位置調整ピン７２が取り付けられる。

加工位置調整機構５１Ｂは、試料保持部３２Ｂの支持凹部３２ａに取り付けられる。そして、加工位置調整機構５１Ｂにおける支持凹部３２ａの底面と対向する側の端部には、傾斜面部５１ａが形成されている。傾斜面部５１ａは、支持凹部３２ａに形成した保持部側装着孔３２ｂと対向し、保持部側装着孔３２ｂに近づくにつれて、支持凹部３２ａの開口に向けて傾斜している。

また、加工位置調整機構５１Ｂは、加工位置調整ピン７２を有している。加工位置調整ピン７２は、ベース側装着孔３１ｅ及び保持部側装着孔３２ｂに回転可能に挿入されている。また、加工位置調整ピン７２には、ベース側装着孔３１ｅの内壁に密着するＯリング７７が設けられている。そのため、カバー部材３３Ｂをホルダー本体４０Ｂに装着した際、支持凹部３２ａは、密閉される。

また、加工位置調整ピン７２は、本体側連結部７２ａと、調整部７２ｂとを有している。調整部７２ｂは、取付部３１ｃ内に挿入されており、加工位置調整機構５１Ｂの傾斜面部５１ａに当接する。本体側連結部７２ａは、ベース側装着孔３１ｅからベース部３１の外側に向けて露出している。この本体側連結部７２ａには、調整ツール６０のツール側連結部６０ａが連結する。

そして、本体側連結部７２ａとツール側連結部６０ａを連結し、調整ツール６０を回転させると、加工位置調整ピン７２が回転する。そして、加工位置調整ピン７２が回転することで、加工位置調整機構５１Ｂが取付部３１ｃから挿脱する方向に移動する。これにより、試料３７をカバー部材３３Ｂ内に密閉させた状態で遮蔽板３４からの突出量を調整することができる。

その他の構成は、第１の実施の形態例にかかる試料ホルダー３０と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する試料ホルダー３０Ｂによっても、上述した第１の実施の形態例にかかる試料ホルダー３０Ｂと同様の作用効果を得ることができる。

なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。

上述した実施の形態例では、ベース部と試料保持部とを別部材で構成した例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ベース部と試料保持部とを一体に形成してもよい。

なお、本明細書において、「平行」及び「直交」等の単語を使用したが、これらは厳密な「平行」及び「直交」のみを意味するものではなく、「平行」及び「直交」を含み、さらにその機能を発揮し得る範囲にある、「略平行」や「略直交」の状態であってもよい。

１…イオンミリング装置、 ２…真空チャンバー、 ３…試料ステージ引出機構、 ４…イオン照射源、 ５…試料ステージ、 ６…回転機構、 １３…カバー部材着脱部、 ３０、３０Ｂ…試料ホルダー、 ３１、３１Ｂ…ベース部、 ３１ａ…フランジ部、 ３１ｂ…ホルダー側装着部、 ３１ｃ…取付部、 ３１ｅ…ベース側装着孔、 ３２、３２Ｂ…試料保持部、 ３２ａ…支持凹部、 ３２ｂ…保持部側装着孔、 ３３、３３Ｂ…カバー部材、 ３４…遮蔽板、 ３４ａ…一面、 ３５…電場補正板、 ３５ａ…一面、 ３５ｂ…挿通孔、 ３５ｃ…切り欠き部、 ３７…試料、 ３７ａ…加工面、 ３８…観察窓、 ４０、４０Ｂ…ホルダー本体、 ４１、４１Ｂ…主面部、 ４１ａ…装着孔、 ４２…側面部、 ４２ａ…開口窓、 ４３…排気用弁、 ４４…接続穴、 ４５…ガイド部材（ガイド機構）、 ４６…カバー側連結ピン、 ４６ａ…第１カバー側連結部、 ４６ｂ…第２カバー側連結部、 ５１、５１Ｂ…加工位置調整機構、 ５１ａ…傾斜面部、 ５２、７２…加工位置調整ピン、 ５２ａ、７２ａ…本体側連結部、 ５３…ガイドピン（ガイド機構）、 ６０…調整ツール、 ６０ａ…ツール側連結部、 １００…電子顕微鏡、 １０７…試料台（装着部）、 １１０…電圧印加部、 ２００…光学顕微鏡、 ２０７…ホルダースタンド（装着部）、 Ｇ１…電場、 Ｌ１…イオンビーム、 Ｌ２…電子ビーム、 Ｌ３…光軸

Claims (11)

1. イオンビームを照射するイオン照射源と、
   試料が取り付けられる試料ホルダーと、
   前記試料ホルダーが装着される試料ステージと、
   を備え、
   前記試料ホルダーは、
   前記試料を保持する試料保持部が設けられたホルダー本体と、
   前記ホルダー本体に着脱可能に装着され、前記試料保持部に保持された前記試料を密閉するカバー部材と、を備え、
   前記ホルダー本体は、
   前記試料保持部に保持された前記試料の一部を覆うと共に前記イオンビームを遮蔽する遮蔽板と、
   前記試料保持部に保持された前記試料の周りの電場を補正する電場補正板と、
   を備えたイオンミリング装置。
2. 前記電場補正板における前記試料が前記遮蔽板から突出する方向を向く一面は、前記遮蔽板における前記試料が前記遮蔽板から突出する方向を向く一面と同一平面上に配置される
   請求項１に記載のイオンミリング装置。
3. 前記電場補正板は、
   前記遮蔽板よりも前記イオンビームの光軸の下流側に配置される
   請求項１又は２に記載のイオンミリング装置。
4. 前記電場補正板には、前記試料保持部に保持された前記試料が配置される切り欠き部が形成されている
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオンミリング装置。
5. 前記ホルダー本体は、非磁性材料で形成される
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオンミリング装置。
6. 前記ホルダー本体は、前記試料保持部に保持された前記試料における前記遮蔽板に対する位置を調整する加工位置調整機構を有する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のイオンミリング装置。
7. 前記ホルダー本体は、前記加工位置調整機構を操作する加工位置調整ピンを有し、
   前記カバー部材は、前記加工位置調整ピンに連結されるカバー側連結ピンを有する
   請求項６に記載のイオンミリング装置。
8. 前記電場補正板には、前記カバー側連結ピンが挿通可能な挿通孔が形成されている
   請求項７に記載のイオンミリング装置。
9. 前記カバー部材及び前記ホルダー本体には、前記ホルダー本体に対する前記カバー部材の装着位置を示すガイド機構を有する
   請求項１〜８のいずれか１項に記載のイオンミリング装置。
10. 前記ホルダー本体は、前記試料ステージが設けられた装置とは異なる装着部に着脱可能に装着される
    請求項１〜８のいずれか１項に記載のイオンミリング装置。
11. 試料を保持する試料保持部が設けられたホルダー本体と、
    前記ホルダー本体に着脱可能に装着され、前記試料保持部に保持された前記試料を密閉するカバー部材と、を備え、
    前記ホルダー本体は、
    前記試料保持部に保持された前記試料の一部を覆うと共にイオン照射源から照射されたイオンビームを遮蔽する遮蔽板と、
    前記試料保持部に保持された前記試料の周りの電場を補正する電場補正板と、
    を備えた試料ホルダー。

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