JP5248967B2 - 薄膜試料作成装置 - Google Patents

Description

本発明は、内部が所定の真空度に真空引きされる試料加工室と、前記試料加工室に取り付け／取り外し可能に設けられ、前記試料加工室に取り付けられると、前記試料加工室内で、試料を保持する試料ホルダと、前記試料加工室内で前記試料ホルダに保持された試料に、イオンビームを照射して前記試料を薄膜加工するビーム照射手段と、前記試料加工室内で前記試料ホルダに保持された試料の加工面を観察する観察手段と、を有する薄膜試料作成装置に関する。

透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察される薄膜試料を作成する装置として、図８に示すような薄膜作成装置が用いられる。
図において、内部が所定の真空度に真空引きされる試料加工室１は、本体部１ａと本体部１ａに対して取り付け／取り外し可能に設けられた着脱部１ｂとからなっている。尚、図８に示す状態は、着脱部１ｂが本体部１ａに取り付けられた状態を示し、着脱部１ｂを矢印Ａ方向に移動させることで、着脱部１ｂを本体部１ａより取り外すことができる。

試料加工室１内には、試料５を保持する試料ホルダ３が設けられている。この試料ホルダ３は、着脱部１ｂに設けられることで、試料加工室１に取り付け／取り外し可能となっている。

また、試料加工室１には、試料加工室１内で試料ホルダ３に保持された試料５に、イオンビームＩＢを照射して試料５を薄膜加工するビーム照射手段７が設けられている。
さらに、試料加工室１には、試料加工室１内で試料ホルダ３に保持された試料５の加工面を観察するＣＣＤカメラ等の観察手段９が設けられている。

また、試料５には、加工面５ａの所定領域をイオンビームＩＢから遮るための遮蔽材１１が設けられている。
次に、上記構成の薄膜作成装置の作動を説明する。ビーム照射手段７からイオンビームＩＢを試料５の加工面５ａに向かって照射すると、遮蔽材１１以外の部分が削られ、薄膜試料が作成される（例えば、特許文献１参照）。

また、このような薄膜試料作成装置では、加工中にイオンビームで削られた試料５のコンタミが観察手段９の観察窓に付着して、観察手段９での加工状態が観察できなくなるので、試料５と観察手段９との間に遮蔽ガラス１３を設け、試料５のコンタミを遮蔽ガラス１３に付着させることが提案されている。

尚、試料５のコンタミが付着する遮蔽ガラス１３は定期的に交換する必要がある。よって、遮蔽ガラス１３は、試料加工室１に取り付け／取り外し可能な試料ホルダ３に設けられる。
特開２００７−３３３６８２号公報

しかし、図８に示す構成の薄膜試料作成装置では、イオンビームＩＢの径が大きく、試料ホルダ３までイオンビームＩＢにより削られ、試料ホルダ３の耐久性が短くなる。
これを解決するためには、イオンビームＩＢの径を絞るスリット（絞り）を設けることが考えられる。スリットと試料ホルダ３との距離は、短いほどイオンビームＩＢの発散の影響が小さい。よって、図８に示すような構成の薄膜試料作成装置では、スリット１５（二点鎖線で示す）をできるだけ試料ホルダ３、即ち試料５の近くに配置することが好ましい。しかし、スリット１５を試料５の近くに配置すると、試料ホルダ３の着脱の際に、スリット１５と試料ホルダ３とが干渉する問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その課題は、試料ホルダの寿命が長くなる薄膜試料作成装置を提供することにある。

上記課題を解決する請求項１に係る発明は、内部が所定の真空度に真空引きされる試料加工室と、前記試料加工室に取り付け／取り外し可能に設けられ、前記試料加工室に取り付けられると、前記試料加工室内で、試料を保持する試料ホルダと、前記試料加工室内で前記試料ホルダに保持された試料に、イオンビームを照射して前記試料を薄膜加工するビーム照射手段と、前記試料加工室内で前記試料ホルダに保持された試料の加工面を観察する観察手段と、前記試料ホルダに設けられ、前記試料ホルダを前記試料加工室に取り付けられた時には、前記試料ホルダと前記観察手段との間に位置し、前記試料の薄膜加工の際に発生するコンタミが前記観察手段に付着するのを防止する遮蔽ガラスと、を有する薄膜試料作成装置であって、前記試料加工室に取り付けられた前記試料ホルダと前記ビーム照射手段との間に配置され、前記ビーム照射手段から照射されたイオンビームの径を絞るスリットと、前記試料ホルダを前記試料加工室から取り外す時には、前記スリット、前記遮蔽ガラスのうち、少なくともどちらか一方を移動させ、前記スリットと前記遮蔽ガラスとの干渉を防止する干渉防止手段と、を設けたことを特徴とする薄膜試料作成装置である。

請求項２に係る発明は、前記干渉防止手段は、前記試料ホルダに対して移動可能に設けられ、前記試料ホルダが前記試料加工室に取り付けられると、前記試料加工室の壁面に押接して移動する移動部材と、前記試料ホルダに回転可能に設けられ、回転端部側に前記遮蔽ガラスが取り付けられたガラス保持部材と、前記スリットと干渉しない位置方向に前記遮蔽ガラスを付勢する付勢手段と、前記移動部材と前記ガラス保持部材とに設けられ、前記試料ホルダが前記試料加工室に取り付けられると、前記遮蔽ガラスが前記試料ホルダと前記観察手段との間に位置するように前記ガラス保持部材を移動させ、前記試料加工室に取り付けられた前記試料ホルダが前記試料加工室から取り外されると、前記遮蔽ガラスが前記スリットと干渉しないように前記ガラス保持部材を移動させるカム機構と、からなることを特徴とする請求項１記載の薄膜試料作成装置である。

請求項３に係る発明は、前記ガラス保持部材は、自重で前記遮蔽ガラスが前記スリットと干渉しない位置方向に回転するように設けられ、前記付勢手段は、重力であることを特徴とする請求項２記載の薄膜試料作成装置である。

請求項１−３に係る発明によれば、前記試料加工室に取り付けられた前記試料ホルダと前記ビーム照射手段との間に配置され、前記ビーム照射手段から照射されたイオンビームの径を絞るスリットを設けたことにより、試料ホルダに照射されるイオンビームが少なくなり、試料ホルダの寿命が長くなる。

更に、前記試料ホルダを前記試料加工室から取り外す時には、前記スリット、前記遮蔽ガラスのうち、少なくともどちらか一方を移動させ、前記スリットと前記遮蔽ガラスとの干渉を防止する干渉防止手段を設けたことにより、スリットをできるだけ試料ホルダの近くに配置することができ、試料ホルダに照射されるイオンビームがより一層少なくなり、試料ホルダの寿命が長くなる。

請求項３に係る発明によれば、前記ガラス保持部材は、自重で前記遮蔽ガラスが前記スリットと干渉しない位置方向に回転するように設けられ、前記付勢手段は、重力であることにより、スプリング等の付勢手段が不要となり、部品点数を削減できる。

最初に、図１を用いて、本形態例の薄膜試料作成装置の説明を行なう。図１は本形態例の薄膜試料作成装置の正面からみた断面図である。
図において、内部が所定の真空度に真空引きされる試料加工室１０１は、開口１０３を有する本体部１０５と、本体部１０５に対して取り付け／取り外し可能に設けられた着脱部１０７とからなっている。尚、図１に示す状態は、着脱部１０７が本体部１０５に取り付けられた状態を示し、着脱部１０７を矢印Ｂ方向に移動させることで、着脱部１０７を本体部１０５より取り外すことができる。

試料加工室１０１内には、試料１１３を保持する試料ホルダ１１１が設けられている。この試料ホルダ１１１は、着脱部１０７に設けられることで、試料加工室１０１に取り付け／取り外し可能となっている。

また、試料加工室１０１には、試料加工室１０１内で試料ホルダ１１１に保持された試料１１３に、イオンビームＩＢを照射して試料１１３を薄膜加工するビーム照射手段１１５が設けられている。

さらに、試料加工室１０１の本体部１０５の外部には、本体部１０５に設けられたガラス窓（観察窓）１０９を介して、本体部試料加工室１０１内の試料ホルダ１１１に保持された試料１１３の加工面を観察する観察手段としてのＣＣＤカメラ１１７が設けられている。

尚、本形態例においても、背景技術の欄で説明したように試料１１３の加工面の所定領域を遮る図示しない遮蔽部材が設けられている。
また、加工中にイオンビームで削られた試料１１３のコンタミがガラス窓１０９に付着して、ＣＣＤカメラ１１７での加工状態が観察できなくなるのを防止するために、試料１１３とＣＣＤカメラ１１７との間に遮蔽ガラス１２１を設け、試料１１３のコンタミを遮蔽ガラス１２１に付着させている。試料１１３のコンタミが付着する遮蔽ガラス１２１は定期的に交換する必要がある。よって、遮蔽ガラス１２１は、試料加工室１０１に取り付け／取り外し可能な試料ホルダ１１１に設けられている。

次に、図１のＣ方向矢視図である図２に示すように、イオンビームＩＢの径（二点鎖線で示す）が大きいので、試料ホルダ１１１まで削られる。これを防止するために、本形態例では、図１，図３に示すように、試料加工室１０１の本体部１０５にスリット板１３１を設けている。このスリット板１３１は、試料ホルダ１１１とビーム照射手段１１５との間で、ビーム照射手段１１５から照射されたイオンビームＩＢの径を絞るスリット１３３が形成されている。このスリット１３３の幅（ｗ）は、イオンビームＩＢが試料ホルダ１１１を照射しない幅に設定されている。

更に、本形態例では、イオンビームＩＢの発散による径の拡大をできる限り防止するために、図１に示すように、スリット１３３は、試料１１３の近傍に位置するように設けた。よって、図１に示す状態で、試料１１３の交換、遮蔽ガラス１２１の清掃を行うために、試料加工室１０１の着脱部１０７を矢印Ｂ方向に移動させて、試料ホルダ１１１の取り外しを行なおうとすると、遮蔽ガラス１２１がスリット板１３１に干渉し、着脱部１０７の取り外しができない。このため、本形態例では、試料ホルダ１１１を試料加工室１０１から取り外す時には、遮蔽ガラス１２１を移動させ、スリット板１３１と遮蔽ガラス１２１との干渉を防止する干渉防止手段１５１を設けている。

ここで、図１、図４−図７を用いて干渉防止手段１５１を説明する。図４は図１において試料加工室１０１の着脱部１０７を矢印Ｂ方向に移動させた状態を示す図、図５は図１のＤ方向矢視図、図６は図１の干渉防止手段１５１の拡大図、図７は図４の干渉防止手段の拡大図である。

図６，図７に示すように、試料ホルダ１１１には、ガイド穴１５３が形成されたガイド１５５が設けられている。このガイド１５５のガイド穴１５３には、先端部にローラ１５６が取り付けられた移動部材としてのスライドシャフト１５７が移動可能に設けられている。

また、試料ホルダ１１１には、ピン１６３を用いてガラス保持部材１６１が回転可能に設けられている。このガラス保持部材１６１は、略水平方向に延出する第１部材１６１ａと、略垂直方向に延出する第２部材１６１ｂとからなる略Ｌ字形である。第１部材１６１ａの端部側（回転基部側）にピン１６３が設けられ、第２部材１６１ｂの端部側（回転端部側）に遮蔽ガラス１２１が設けられている。第２部材１６１ｂには、前述したスライドシャフト１５７が挿通するスリット１６１ｃが形成されている。更に、スリット１６１ｃの対向する２つの内面には、ＣＣＤカメラ１１７、ガラス窓１０９と対向する側に開口を有し、試料ホルダ１１１側に底部１６５ａを有するカム溝１６５が形成されている。

一方、スライドシャフト１５７には、カム溝１６５に係合するカムピン１６７が設けられている。
そして、図１、図６に示すように、試料加工室１０１の着脱部１０７が本体部１０５に取り付けられている状態では、スライドシャフト１５７の先端部のローラ１５６が本体部１０５の立壁の内面Ｇに当接可能となっている。

本形態例では、図１、図６の状態でも、ガラス保持部材１６１は自重により、図において反時計方向に回転するようにスライドシャフト１５７のカムピン１６７とガラス保持部材１６１のカム溝１６５とは設定されている。

ここで、上記構成の作動を説明する。
最初に、図１→図４、図６→図７に示すように、試料加工室１０１の着脱部１０７が本体部１０５に対して取り外されると、即ち、ガラス保持部材１６１が設けられた試料ホルダ１１１が試料加工室１０１から取り外される方向に移動すると、カムピン１６７がカム溝１６５の上端に当接するまで、ガラス保持部材１６１が反時計方向に傾く。この時、スライドシャフト１５７はガイド１５５のガイド穴１５３から抜ける方向に移動する。このガラス保持部材１６１の反時計方向の傾きにより、遮蔽ガラス１２１とスリット板１３１との干渉が回避される。

次に、図４→図１、図７→図６に示すように、試料加工室１０１の着脱部１０７が本体部１０５に対して取り付けられると、即ち、ガラス保持部材１６１が設けられた試料ホルダ１１１が試料加工室１０１に取り付けられる方向に移動すると、ガラス保持部材１６１が傾いた状態、即ち遮蔽ガラス１２１とスリット板１３１との干渉が発生しない状態で、取り付けられる。そして、遮蔽ガラス１２１がスリット板１３１と干渉しない位置を過ぎると、スライドシャフト１５７のローラ１５６が本体部１０５の立壁の内面Ｇに当接する。すると、スライドシャフト１５７はガイド１５５のガイド穴１５３に挿入される方向に移動する。このスライドシャフト１５７の移動により、カムピン１６７がカム溝１６５の底部１６５ａを押し、傾いていたガラス保持部材１６１は時計方向に回転し、図１、図６の状態に復帰する。

従って、カムピン１６７を有するスライドシャフト１５７と、カム溝１６５を有するガラス保持部材１６１とでカム機構（確動カム機構）が形成されていることとなる。
また、このカム機構が成立するためには、スリット板１３１と干渉しない位置方向にガラス保持部材（遮蔽ガラス）１６１を付勢する付勢手段、即ち、カムピン１６７とカム溝１６５の底部１６５ａとを押接させる付勢手段が必要である。本形態例では、図１、図６の状態でも、ガラス保持部材１６１は自重により、図において反時計方向に回転するようにスライドシャフト１５７のカムピン１６７とガラス保持部材１６１のカム溝１６５とを設定することにより、即ち、ガラス保持部材１６１は、自重で遮蔽ガラス１２１がスリット板１３１と干渉しない位置方向に回転するように設けられることにより、重力を付勢手段としている。

このような構成によれば、以下のような効果が得られる。
(1) ビーム照射手段１１５から照射されたイオンビームＩＢの径を絞るスリット１３３を有するスリット板１３１を設けたことにより、試料ホルダ１１１に照射されるイオンビームＩＢが少なくなり、試料ホルダの寿命が長くなる。

(2) 試料ホルダ１１１を試料加工室１０１からを取り外す時には、遮蔽ガラス１２１を移動させ、スリット板１３１と遮蔽ガラス１２１との干渉を防止する干渉防止手段１５１を設けたことにより、スリット板１３１のスリット１３３をできるだけ試料ホルダ１１１の近くに配置することができ、試料ホルダ１１１に照射されるイオンビームＩＢがより一層少なくなり、試料ホルダ１１１の寿命が長くなる。

(3) カム機構の付勢手段は、重力であることにより、スプリング等の付勢手段が不要となり、部品点数を削減できる。
尚、本発明は、上記形態例に限定するものではない。上記形態例では、スリット板１３１と干渉しない位置方向にガラス保持部材（遮蔽ガラス）１６１を付勢する付勢手段、即ち、カムピン１６７カム溝１６５の底部１６５ａとを押接させる付勢手段として、重力を用いたが、スプリング等により、ガラス保持部材１６１を付勢したり、スライドシャフト１５７を付勢したりしても良い。

また、上形態例では、カム機構を用いてガラス保持部材１６１を傾けたが、モータ等のアクチュエータでダイレクトにガラス保持部材１６１を回転駆動させてもよい。
更に、上記形態例では、試料ホルダ１１１を試料加工室か１０１らを取り外す時には、遮蔽ガラス１２１が設けられたガラス保持部材１６１を移動させ、スリット板１３１と遮蔽ガラス１２１との干渉を防止するようにしたが、スリット板１３１を移動させても良い。また、ガラス保持部材１６１とスリット板１３１とを移動させてもよい。

本形態例の薄膜試料作成装置の正面からみた断面図である。 図１のＣ方向矢視図である。 図２においてスリット板を設けた状態を説明する図である。 図１において試料加工室の着脱部を矢印Ｂ方向に移動させた状態を示す図である。 図１のＤ方向矢視図である。 図１の干渉防止手段の拡大図である。 図４の干渉防止手段の拡大図である。 従来の薄膜試料作成装置の構成図である。

符号の説明

１０１ 試料加工室
１１１ 試料ホルダ
１１５ ビーム照射手段
１２１ 遮蔽ガラス
１３１ スリット板
１５１ 干渉防止手段

Claims (3)

1. 内部が所定の真空度に真空引きされる試料加工室と、
   前記試料加工室に取り付け／取り外し可能に設けられ、前記試料加工室に取り付けられると、前記試料加工室内で、試料を保持する試料ホルダと、
   前記試料加工室内で前記試料ホルダに保持された試料に、イオンビームを照射して前記試料を薄膜加工するビーム照射手段と、
   前記試料加工室内で前記試料ホルダに保持された試料の加工面を観察する観察手段と、
   前記試料ホルダに設けられ、前記試料ホルダを前記試料加工室に取り付けられた時には、前記試料ホルダと前記観察手段との間に位置し、前記試料の薄膜加工の際に発生するコンタミが前記観察手段に付着するのを防止する遮蔽ガラスと、
   を有する薄膜試料作成装置であって、
   前記試料加工室に取り付けられた前記試料ホルダと前記ビーム照射手段との間に配置され、前記ビーム照射手段から照射されたイオンビームの径を絞るスリットと、
   前記試料ホルダを前記試料加工室から取り外す時には、前記スリット、前記遮蔽ガラスのうち、少なくともどちらか一方を移動させ、前記スリットと前記遮蔽ガラスとの干渉を防止する干渉防止手段と、
   を設けたことを特徴とする薄膜試料作成装置。
2. 前記干渉防止手段は、
   前記試料ホルダに対して移動可能に設けられ、前記試料ホルダが前記試料加工室に取り付けられると、前記試料加工室の壁面に押接して移動する移動部材と、
   前記試料ホルダに回転可能に設けられ、回転端部側に前記遮蔽ガラスが取り付けられたガラス保持部材と、
   前記スリットと干渉しない位置方向に前記遮蔽ガラスを付勢する付勢手段と、
   前記移動部材と前記ガラス保持部材とに設けられ、前記試料ホルダが前記試料加工室に取り付けられると、前記遮蔽ガラスが前記試料ホルダと前記観察手段との間に位置するように前記ガラス保持部材を移動させ、前記試料加工室に取り付けられた前記試料ホルダが前記試料加工室から取り外されると、前記遮蔽ガラスが前記スリットと干渉しないように前記ガラス保持部材を移動させるカム機構と、
   からなることを特徴とする請求項１記載の薄膜試料作成装置。
3. 前記ガラス保持部材は、自重で前記遮蔽ガラスが前記スリットと干渉しない位置方向に回転するように設けられ、
   前記付勢手段は、重力であることを特徴とする請求項２記載の薄膜試料作成装置。

Images