JP3041604B2 - 集束イオンビーム加工用試料ホルダー及びそれを用いた集束イオンビーム加工装置 - Google Patents

集束イオンビーム加工用試料ホルダー及びそれを用いた集束イオンビーム加工装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、集束イオンビーム
を用いて電子顕微鏡等の試料を加工製作する際の複数試
料を取付保持するホルダー、特に透過電子顕微鏡(TE
M)用の断面試料の加工に適した試料ホルダーに関す
る。
【0002】
【従来の技術】断面TEM用試料は、観察所望箇所を電
子ビームの透過が可能な薄さとなるように薄片化加工を
施す必要がある。従来から、集束イオンビームを照射し
て試験・検査用試料を適正な形状に加工を施すことは周
知であって、透過電子顕微鏡(TEM)の試料も電子が
透過できる適正な薄さまで集束イオンビームを用いて削
り試料作成することは、1990年3月の第37回応用
物理学会でも「集束イオンビームを用いた断面TEM試
料作成方法」が紹介されたところであり、また本出願人
が先に出願した特願平2−192641号(特開平4−
76437号公報)もこの技術に関するものである。機
械研磨で数10μm 程度に削り込んだ試料の観察箇所の
両面を更にイオンビームエッチング加工で削り落とし1
μm 以下の薄い壁を残す加工を施す際、加工位置、加工
形状、断面等の確認観察できることが便利であり、従来
イオンビームを走査して顕微鏡像を得るものがあった
が、イオンビームを照射すると試料に好ましくないダメ
ージを与えるという問題があった。先の出願の発明はイ
オンビームとは異なる方向からイオンビームと比較して
試料へのダメージの少ない電子ビームを照射する走査電
子顕微鏡を配備して、走査電子顕微鏡による加工部分の
モニターを行いながら加工を施すものが開示されてい
る。更に試料の表面を局所成膜を施すことでイオンビー
ムによるダメージを防止すると共に、イオンビームの広
がりに起因する加工面の傾き角を試料台の傾斜設定によ
り補償し、試料の厚さの均一性を確保する技術について
も開示されている。
【0003】試料の加工に際しては機械的に切り出した
試料ブロックを集束イオンビーム加工装置の試料台(ス
テージ)に設置することになるが、その手順はおおよそ
次の通りである。図5Aに示されるように円板が略E字
型に打ち抜かれた形状のメッシュと呼ばれる試料保持片
5の中爪を図5Bのように折曲げ、加工される試料ブロ
ック6を図5Cのようにその折曲げた段部51に係合さ
せるようにして接着剤7等で固着する。図5Dに示すよ
うに治具(ホルダー)のネジをゆるめて溝を開きその取
付片5を当該溝にはめ込んで位置決めした後ネジを締め
て取付固定する。このホルダーは更に集束イオンビーム
加工装置等の試料台(ステージ)に固定され、ステージ
の駆動機構により試料の位置と角度の設定がなされて加
工領域はイオンビームの走査照射を受けて加工され、そ
して電子顕微鏡による観察が行われる。この駆動機構は
一般にはX,Y,Z方向の移動とイオンビームの方向に
対する回転並びに角度調整が可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】イオンビームによって
加工する箇所とTEMによって観察する領域はmmオーダ
ー以下の極めて狭い領域であるため、ステージの駆動機
構によってこの領域にイオンビームの照射位置を合わせ
ることは手間取る作業となっている。従来のように試料
の加工にも相当の時間を要し、1日に1個程度の加工を
行う場合には、位置合わせの手間も余り問題とはならな
かったが、昨今のように加工時間も短縮され、1日に5
〜6個程度の試料製作が求められるようになると、上記
位置調整にかかる時間、真空排気や試料の出し入れに要
する時間も無視できなくなってきた。そこで、本発明は
ステージの固定されるホルダー上に位置の精度が良く簡
単に短時間で複数の試料が設置できると共に、加工と観
察においてイオンビームに対する試料の位置調整に手間
のかからない、一度の出し入れで複数の試料加工が可能
なホルダーを提供しようというものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】試料保持片をはめ込むだ
けで試料の位置決め配設が容易にできるように、被加工
試料が固着された試料保持片の外形形状に対応する複数
の嵌合穴溝を当該ホルダー面上において既知の位置関係
で配設するものであり、また、イオンビームの広がりに
起因する加工面の傾斜を限られたステージの傾斜角調整
機構により容易に補償できるようにするため、上記複数
の嵌合穴溝を当該ホルダーに対し、所定角度傾斜させて
設けるものである。更に具体的には、本発明は試料を行
方向と列方向にマトリックス状にホルダー面上で複数配
置固定できるようなっており、個々の配置位置には試料
固定片を嵌合する半円状の穴溝を嵌合したり外したりす
るのに支障の無い程度のクリアランスで設け、穴溝の開
口部の平面は試料固定片の折曲げられた中爪の段部と係
合するように構成されるものである。
【0006】
【作用】以上のような構成となっているホルダーに被加
工試料が固定された試料固定片を取り付けるため、直径
が3〜4mm程度の試料固定片をピンセット等で把持しホ
ルダー面にマトリックス状に配設された半円状の穴溝に
一つ一つはめ込んでゆくと、はめ込まれた試料固定片は
円板状の外周部が半円状の穴壁に、中爪の段部が穴溝開
口部の平面にガイドされるため、とくに手作業として位
置合わせや方向合わせに神経を使う必要はなく、はめ込
むだけで個々の試料が精度の良い位置合わせと方向合わ
せがなされて取り付けられるものである。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明のホルダーの具体的な実施
の態様を図1〜図4に示して詳細に説明する。図1は本
発明の試料ホルダーの斜視図である。ホルダー本体1は
ステンレススチール等の金属製で全体としてはほぼ正方
形の形状をしており、試料ホルダー1の中央部には図2
の試料ホルダーの列方向断面図から分かるように、鋸歯
状に3列の傾斜面11が等しい角度で等間隔に設けられ
ている。この3列の各傾斜面には等間隔に4個の試料保
持片5がはめ込まれる半円状の穴溝部21(図3A、図
4A参照)が設けられた列部材2がボルト8と図示しな
いもう1つのボルトにより取り付けられる。図3はこの
列部材2を示したもので、Aは試料保持片5とネジ部材
25を外した状態で上方から見た図であり、Bは試料保
持片5とネジ部材25を取り付けた状態で前方から見た
図である。この取り付け組立は当該列部材2の背面部2
2が、ホルダー本体1の鋸歯状段部12に当接すること
で列方向の位置決めがなされ、更に当該列部材2の両端
に設けられたU字形のボルト穴23とホルダー本体1の
ボルト穴13の位置関係によってホルダー本体1にボル
トで固定されることで行方向の位置合わせが自然になさ
れる。この結果、ホルダー本体1の面上に上記穴溝部2
1がマトリックス状に位置決めされて配設されるように
なっている。図4に穴溝部分の詳細図を示す。Aは穴溝
21に試料保持片5がセットされた状態を前面からみた
図であり、Bは横断面図である。この穴溝部21は別体
構造の試料押さえ部材26が接合する形態で設けられて
おり、各穴溝部21には両部材を密着接合するネジ部材
25が介在され、試料保持片5の取り付け取り外しに際
しては当該ネジ部材25をゆるめることで溝方向の幅を
広げその作業を容易に出来るようにすると共に、固定時
にはネジを締めることで堅固に固定されるようにしてい
る。本実施例では溝幅を広げる動作を確実にするためス
プリング27が介在させている。図4Bおよび図3Aに
おける28は穴溝21部に設けられたV字溝であって、
これは試料6の背面側からイオンビームの入射を受け入
れるための開口部である。なお、各穴溝21が個々に特
定できるようにそれぞれに対応して穴溝近傍位置に目視
可能な形態で番号等の識別符号を付しておくと作業上便
利である。
【0008】試料の加工に際しては、まずホルダー本体
1にボルト止めされている列部材2の各ネジ部材25を
緩め、試料が固定された複数の試料保持片5を順次穴溝
部21にピンセット等ではめ込んでゆく。はめ込まれた
試料保持片5は円板状の外周部52がホルダー上の半円
状の穴壁にガイドされることで行方向位置が正確に決め
られ、試料保持片5の中爪の段部51が穴溝開口部の平
面に当接ガイドされるため円板状の試料保持片5の回転
方向位置決めがなされる。この作業はとくに位置合わせ
や方向合わせに神経を使うことなく、はめ込むだけで精
度の良い位置合わせと方向合わせがなされてセットする
ことができる。複数の試料保持片5がすべてはめ込まれ
たならば、各穴溝部のネジ部材25を締め付ける。この
締め付けによって溝幅方向のクリアランスが吸収され、
ホルダー面上においては列方向の精度の良い位置決めが
なされる。
【0009】被加工試料が取り付けられたホルダーは、
集束イオンビーム加工装置のステージに取り付けられ
る。このステージには前述のように駆動機構がついてい
てホルダー上に配設された被加工試料はイオンビームに
対し適宜の位置と角度の調整が可能なようになってい
る。この駆動機構は雄ネジが切られたロッドをステップ
モータで回転駆動させ、回転しないステージ部材側が雌
ネジ穴を介してロッドの軸方向に駆動されるものである
X,Y,Z方向の駆動機構と、ステップモータによるイ
オンビームに対する全方位回転駆動機構並びにステップ
モータによりイオンビームの方向に対しステージ全体を
傾斜させ角度調整を可能にする傾斜駆動機構からなる。
そしてこの傾斜駆動機構の角度調整範囲は90°以内で
ある。
【0010】ところで被加工試料に照射されるイオンビ
ームにはエネルギーの分布があり、ビームは広がってい
る。このビームの広がりを考慮しないで薄片化加工をす
ると浅い位置の壁厚は深い位置の壁厚より薄いものに加
工されてしまうことになる。本発明ではホルダー本体1
に鋸歯状に傾斜角を有する列状の平面11が設けられて
いるが、この角度は、薄片化加工において両面の加工を
行う際に厚みの均一を補償するためイオンビームの広が
りを考慮して1〜3°程度傾斜角を変更できるようにす
ることに加え、加工用のイオンビームの照射角と断面観
察のビーム照射角をも勘案し5°〜30°程度に設計さ
れる。
【0011】ステージにホルダーが取り付けられると、
装置内を真空状態にするなど環境整備がなされて後、試
料の加工が開始されることになるが、その際初めに各試
料の被加工領域とイオンビームの照射位置の調整が必要
となる。本発明によればホルダー上でマトリックス状に
配列保持された複数の試料は所定の間隔位置に配置され
ており、1つの試料について位置決めが完了すれば他の
試料については相対位置が既知となっているので位置合
わせは容易である。勿論、半円状の穴溝壁と試料保持片
の外周部31とのクリアランス、列部材2のボルト穴と
ホルダー本体1のボルト穴のクリアランス、ホルダー本
体の鋸歯状段部と列部材2の背面部間の面仕上げ精度そ
してホルダーのステージへの取り付け等に基づく位置ず
れは必然的に伴うものの、これらの位置づれは総合して
も高々数100μm 程度であり、微調整で処理できるも
のであり、従来のように個々の試料について一つ一つ位
置合わせをするのに比べ格段に手間と時間が省けること
になる。
【0012】
【発明の効果】本発明は、面上に精度良くマトリックス
状に位置決めされ試料保持片をガイドして嵌合する穴溝
を配設したホルダーを提供するので、イオンビームによ
り加工が施される電子顕微鏡等の試料を固定した複数個
の試料保持片を、はめ込むだけでホルダー上で容易に位
置決め配置することができる。そのため、一旦装置内を
真空状態にするなど環境整備がなされて後は、複数の試
料の加工を順次行うことができ、一つ一つセットしては
真空状態にして手間のかかる位置決め作業を行っていた
従来技術と比較して、格段の作業の能率を上げることが
できるものである。更に、ホルダーの面に対して所定の
傾斜角を有する状態で試料が設置されるようにしたの
で、イオンビーム加工装置のステージの限られた傾斜調
整角の範囲でイオンビームの広がりに起因する加工面の
傾きを補償し、両面幅を容易に均一加工することができ
るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例の斜視図。
【図2】本発明の1実施例の列方向断面図。
【図3】本発明の1実施例の列部材でAは上方からみた
図、Bは前方からみた図。
【図4】本発明の1実施例の試料保持部の詳細図で、A
は前方からみた図、Bは横断面図。
【図5】ABCは試料の保持部材への固定状態を示す図
で、Dは従来のホルダーを示す図。
【符号の説明】
1 ホルダー本体 11 鋸歯状傾斜面 12 鋸歯状段部 2 列部材 21 穴溝部 22 背面部 23 ボルト穴 25 ネジ部材 26 試料押さえ部 27 スプリング 28 入射開口部 5 試料保持片 51 段部 52 外周部 6 試料 7 接着剤

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオンビームを照射して試料を薄片化
    工する装置に用いられる被加工試料のホルダーであっ
    て、被加工試料が固着された試料保持片の外形形状に対
    応する複数の嵌合穴溝を当該ホルダー面上において既知
    の位置関係で配設した集束イオンビーム加工用試料ホル
    ダーにおいて、前記複数の嵌合穴溝は当該ホルダーの表
    面に対し、所定角度傾斜させて設けられたことを特徴と
    する集束イオンビーム加工用ホルダー。
  2. 【請求項2】 円板が略E字型に打ち抜かれた形状の中
    爪を折曲げ、加工される試料ブロックを折曲げた段部に
    係合させるようにして固着された試料保持片をはめ込む
    ホルダーであって、前記個々の嵌合穴溝は前記試料保持
    片の外周部をガイドする半円状に形成されると共に、穴
    溝開口部は前記段部と係合するように形成されている請
    求項1に記載の集束イオンビーム加工用試料ホルダー。
  3. 【請求項3】 ホルダー本体に鋸歯状の複数列の傾斜面
    を設け、行方向に複数の穴溝を等間隔に配置した列部材
    を当該列部材の背面部が前記鋸歯状の段部に当接するよ
    うに組み合わされた請求項1又は2に記載の集束イオン
    ビーム加工用試料ホルダー。
  4. 【請求項4】 イオンビームを照射して試料を薄片化加
    工する装置に用いられる被加工試料のホルダーであっ
    て、被加工試料が固着された試料保持片の外形形状に対
    応する嵌合穴溝を当該ホルダー面上において設けた集束
    イオンビーム加工用試料ホルダーにおいて、前記嵌合穴
    溝は当該ホルダーの表面に対し、所定角度傾斜させて設
    けられたことを特徴とする集束イオンビーム加工用ホル
    ダー。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の集束イオンビーム加工用
    試料ホルダーに位置決めされる前記試料は行方向と列方
    向にマトリックス状に複数配置固定されると共に、前記
    試料ホルダーは駆動機構を有するステージに取り付けら
    れ、一つの試料について位置決めが完了した後、複数の
    試料の加工を順次行うことを特徴とする集束イオンビー
    ム加工装置。
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