JP5807462B2

JP5807462B2 - 断面観察用試料の包埋方法

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Publication number: JP5807462B2
Application number: JP2011198781A
Authority: JP
Inventors: まち子森田
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2011-09-12
Filing date: 2011-09-12
Publication date: 2015-11-10
Anticipated expiration: 2031-09-12
Also published as: JP2013061192A

Description

本発明は、光学顕微鏡、走査電子顕微鏡、および透過電子顕微鏡などで断面観察を行う断面観察用試料（以下、観察用試料という。）を樹脂で包埋（包持）するための包埋方法に関する。

光学顕微鏡、走査電子顕微鏡、および透過電子顕微鏡などで断面観察を行う観察用試料の断面観察において、観察用試料の断面作製にウルトラミクロトーム（断面切削器）を使う方法がある。このウルトラミクロトームで観察用試料を作製するにあたり、観察用試料が切削の衝撃により歪むことを防ぐため或いは扱いを容易にするために、観察用試料を透明樹脂中に包埋する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。包埋板には、観察用試料を収納して樹脂で包持させるための凹部が形成されている。例えば、材料系試料の包埋板としては、シリコン包埋板（例えば、非特許文献１参照）と称される板が用いられている。

特開２００４−１０８３０３号公報

日新ＥＭ株式会社 NEW Catalogue 第５４頁

しかしながら、上記包埋方法では観察用試料を包埋板の凹部内に水平に包埋できないという問題がある。すなわち、観察用試料がフィルム状の場合、シリコン包埋板の凹部内に観察用試料と樹脂を入れた後に樹脂を硬化させると、樹脂中で観察用試料が傾いたり撓んだり（カール）したりしてしまうことが多々あり、精度良く水平に包埋することは困難であった。また、包埋板の凹部内に観察用試料を配置させて樹脂を入れたときに、観察用試料が樹脂で覆われない部分や樹脂部分が薄くなる部分が生じる場合がある。このように、観察用試料に対して樹脂の付着が不均一になると、ウルトラミクロトームでの切削に適さなくなる。特に、断面観察から膜厚測定をする場合、水平に保持したものを切削する必要があるため、観察用試料を精度良く水平に包埋することは重要である。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、観察用試料の断面出しを精度良く行え、しかも正確な膜厚で計測することを可能にするとともに、観察用試料の切り取りなどの加工を容易に行える観察用試料の包埋板および包埋方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の態様は、断面観察用試料の包埋方法であって、鏡面の上に未露光の光硬化性樹脂を載置する工程と、前記光硬化性樹脂の厚さを規定した後、可視光を照射して光硬化性樹脂を硬化させて樹脂チップを作製する工程と、前記樹脂チップを前記鏡面上に載置した状態で、前記樹脂チップ上に観察用試料を載置し、前記樹脂チップを作製する工程で用いられた光硬化性樹脂と同一の未露光の光硬化性樹脂で前記観察用試料を覆った後、前記樹脂チップと同一の光硬化性樹脂で形成された他の樹脂チップを載置する工程と、前記樹脂チップで挟まれた光硬化性樹脂に可視光を照射して光硬化性樹脂を硬化させて前記観察用試料が挟まれた試料保持体を作製する工程と、試料保持体を目的に応じて切削する工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、観察用試料の断面出しを精度良く行え、しかも正確な膜厚で計測することを可能にするとともに、観察用試料の切り取りなどの加工を容易に行える観察用試料の包埋方法を実現できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る断面観察用試料の包埋板を示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態に係る断面観察用試料の包埋板と金属板と透明樹脂フィルムとを示す斜視図である。図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態の包埋方法に用いる金属板であって、互いに厚さの異なる複数の金属板を示す側面図である。図４は、本実施の形態に係る断面観察用試料の包埋方法において包埋板に金属板を吸着させた状態を示す断面説明図である。図５は、本実施の形態に係る断面観察用試料の包埋方法において包埋板上に樹脂をポッティングした状態を示す断面説明図である。図６は、本実施の形態に係る断面観察用試料の包埋方法において光透過板を樹脂上に載置して光照射する工程を示す断面説明図である。図７は、本実施の形態に係る断面観察用試料の包埋方法において成形された樹脂チップを示す斜視図である。図８は、本実施の形態に係る断面観察用試料の包埋方法において樹脂チップ上に観察用試料を載置して樹脂をポッティングした状態を示す断面説明図である。図９は、本実施の形態に係る断面観察用試料の包埋方法において観察用試料を樹脂チップで挟んだ状態を示す断面説明図である。図１０は、本実施の形態に係る断面観察用試料の包埋方法において観察用試料を樹脂チップで挟んだサンプルを示す斜視図である。図１１は、本実施の形態に係る断面観察用試料の包埋方法においてサンプルに加工を施した状態を示す斜視図である。

本発明に係る断面観察用試料の包埋板は、光硬化性樹脂を載置する平面を有する包埋板本体と、包埋板本体の前記平面上に載置されるスペーサと、スペーサ上に載置され、光硬化性樹脂の厚さを規定する光透過板と、を備え、平面上で、光透過板を介して光照射された光硬化性樹脂でなる平板状の複数の樹脂チップで観察用試料を包埋処理できることを特徴とすることに加えて以下のような変更が可能である。
すなわち、スペーサは、互いに厚さ寸法の異なる複数種が備えられている態様とすることができる。また、平面としては、光反射を行う鏡面であってもよい。さらに、包埋板本体には、磁石が平面と面一となるように埋設され、スペーサが金属で形成されている構成することができる。

本発明に係る断面観察用試料の包埋方法の態様は、鏡面の上に未露光の光硬化性樹脂を載置する工程と、光硬化性樹脂の厚さを規定した後、光を照射して光硬化性樹脂を硬化させて樹脂チップを作製する工程と、この樹脂チップを鏡面上に載置した状態で、この樹脂チップ上に観察用試料を載置し、未露光の光硬化性樹脂で観察用試料を覆った後、他の樹脂チップを載置する工程と、これら樹脂チップで挟まれた光硬化性樹脂に光を照射して光硬化性樹脂を硬化させて観察用試料が挟まれた試料保持体（一次サンプル）を作製する工程と、試料保持体を目的に応じて切削して最終サンプルを形成する工程と、を備えることである。

以下に、本発明の実施の形態に係る断面観察用試料の包埋板および包埋方法の詳細を図面に基づいて説明する。
図１および図２に示すように、本実施の形態に係る断面観察用試料の包埋板１は、光硬化性樹脂を載置する平面状の鏡面２Ａを有する包埋板本体２と、この包埋板本体２の鏡面２Ａ上に載置されるスペーサ３Ａと、このスペーサ３Ａ上に載置され、光硬化性樹脂の厚さを規定する光透過板４と、を備える。

本実施の形態においては、包埋板本体２は、金属板で形成されている。この包埋板本体２の上面は、上記鏡面２Ａに仕上げられている。なお、本実施の形態では、包埋板本体２を金属板で構成したが、鏡面２Ａを有する板状体であれば、ガラス板を用いてもよい。また、光反射性を有しない材料でなる板体の表面に対して、鏡面２Ａをめっき処理で作製してもよい。

また、図１に示すように、包埋板本体２の鏡面２Ａの幅方向両側部分には、長手方向に沿って細長い磁石２Ｂが鏡面２Ａと面一になるように埋設されている。また、スペーサ３Ａは、この磁石２Ｂに吸着される強磁性体でなる金属、例えば４００系ステンレスで形成している。図３の（ａ）〜（ｃ）に示すように、薄い厚さのスペーサ３Ａの他に、厚さの異なるスペーサ３Ｂ，３Ｃなどを備えていることが好ましい。スペーサ３Ｂ，３Ｃの材料は、スペーサ３Ａと同様である。これらスペーサ３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、作製する観察用試料の厚さや用途に応じて任意に選択して用いる。

そして、包埋板本体２の鏡面２Ａ上の磁石２Ｂに吸着させた一対のスペーサ３Ａの上には、透明な樹脂フィルムでなる光透過板４が配置されるようになっている。この光透過板４は、ある程度コシの強い剛性を備える厚さを有している。なお、光透過板４の厚さは、構成材となる樹脂によって適宜変更される。本実施の形態では、光透過板４として、膜厚１００μｍ程度のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを用いている。
このような複数の部材からなる包埋板１は、後述するように、鏡面２Ａ上で、光透過板４を介して光照射された光硬化性樹脂でなる平板状の複数の樹脂チップで観察用試料を包埋処理することができる。

次に、本発明の実施の形態に係る断面観察用試料の包埋方法を図４〜図１１を用いて説明する。
まず、断面観察を行う試料を観察用途により、短冊型または三角のくさび型に切り出して観察用試料６を作製しておく。
そして、図４に示すように、包埋板本体２の鏡面２Ａ上の磁石２Ｂの上に、スペーサ３Ａをそれぞれ吸着させて配置させる。本実施の形態では、磁石２Ｂによってスペーサ３Ａの配置がほぼ決定されるため、断面観察用試料を作製する度にほぼ同じ位置にスペーサ３Ａを安定して配置させることができる。

次に、図５に示すように、スペーサ３Ａで挟まれた鏡面２Ａの中央に、光硬化性樹脂５を所定量（数滴）ポッティング（樹脂盛り）する。一般に、電子顕微鏡観察用の包埋樹脂としては、エポキシ樹脂、メタクリレート樹脂、スチレン樹脂などが使用されている。これらの樹脂は、薄く切ることが容易であり、電子線に強いなどの利点がある。このうち、熱重合性のエポキシ樹脂、メタクリレート樹脂では、完全硬化に６０℃で１０〜２４時間を要する。また、ＵＶ重合のスチレン樹脂でも硬化に紫外線照射のもとで3時間を要する。そこで、本実施の形態では、可視光硬化性アクリル樹脂を用いる。この可視光硬化性アクリル樹脂では、光照射器のもと１〜３分程度で硬化できるため包埋処理を効率的に行える。

そして、未露光の光硬化性樹脂５をポッティングした後、図６に示すように光硬化性樹脂５の上に光透過板４を載置して光硬化性樹脂５を平らにすることにより、光硬化性樹脂５の厚さを規定する（スペーサ３Ａの厚さによって規定する）。このとき、光透過板４は、所定の剛性を有するため、一対のスペーサ３Ａに横架するように載置したときに、水平に配置することができる。このため、鏡面２Ａと光透過板４との間に形成される樹脂チップ５Ａの上下両面を平行な平面に形成することが可能となる。その後、図６に示すように、光透過板４を介して光硬化性樹脂５に可視光を照射して硬化させて樹脂チップ５Ａを形成した後、図７に示すように、樹脂チップ５Ａを鏡面２Ａ上より剥がして取り出す。本実施の形態では、このような樹脂チップ５Ａを２枚作製する。

次に、図８に示すように、包埋板本体２の鏡面２Ａ上に１枚の樹脂チップ５Ａを載置し、観察用試料６を樹脂チップ５Ａ上に載せて、光硬化性樹脂７をポッティングする。なお、この光硬化性樹脂７は、上記光硬化性樹脂５と同じ樹脂を用いることができる。そして、図９に示すように、光硬化性樹脂７をポッティングした観察用試料６を覆うように他の樹脂チップ５Ａを載せる。そして、上記と同様に、可視光を照射させることで光硬化性樹脂７を硬化させる。
すると、図１０に示すように、試料保持体としての円板状の一次サンプルが形成でき、この一次サンプルを例えばＣ１〜Ｃ４で示す切断線に沿って例えば鋏などで切削することにより最終サンプル８を作製することができる。

上記の実施の形態によれば、平らな樹脂チップ５Ａ同士で観察用試料６を挟み込むように包埋するため、樹脂の中心部に観察用試料６を水平に存在させることができる。このため、観察用試料６の断面出し後、正確な膜厚で計測することができる。
従来のように、例えば、シリコン包埋板で作った硬化樹脂の場合、剃刀等でトリミング(余分な樹脂の削り取り)をしなければならず、時間と手間がかかっていたが、本発明で作製した一次サンプルでは、薄い板状とすることができるため、ハサミ等で簡単に切り取ることができる。

一般に、超高分解能走査電子顕微鏡の試料ホルダはサイドエントリー方式であり、試料サイズが高さ５mm、厚さ２mmまでという制限がある。したがって、シリコン包埋板では大き過ぎて入らなかったが、本実施の形態の観察用試料であれば、最終サンプル８における樹脂層の厚さを、作製する樹脂チップ５Ａの厚さでコントロールできるため、超高分解能走査電子顕微鏡の試料ホルダに対応した大きさに作製することができる。
さらに、本実施の形態の包埋板１は、鏡面２Ａで光を反射するため、光照射器で樹脂を硬化させる時に、試料を通過した光および試料周辺に当たった光が反射し、効率よく樹脂を硬化させることができるという利点がある。

（その他の実施の形態）
以上、実施の形態について説明したが、この実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
例えば、上記実施の形態では、光硬化性樹脂５として可視光硬化性のアクリル樹脂を用いたが、紫外線硬化性の樹脂を用いてもよい。また、上記実施の形態では、包埋板本体２の平面を鏡面２Ａとしたが、光硬化性樹脂５が充分感光されて硬化反応が進むものであれば、鏡面でなくともよい。

また、上記実施の形態では、光透過板４をＰＥＴフィルムで構成したが、光透過性を有する樹脂フィルムもしくはガラス板を用いてもよい。
さらに、上記実施の形態では、他の樹脂チップ５Ａをさらに重ねた際に、光透過板４を
用いないが、例えばスペーサ３Ｂを選ぶことにより、樹脂チップ５Ａで観察用試料６を挟んだ状態を安定させるように光透過板４を上側の樹脂チップ５Ａの上面に押し当てることが可能となり、より平坦性を確保することが可能となる。

１包埋板
２包埋板本体
２Ａ鏡面
３Ａ，３Ｂ，３Ｃスペーサ
４光透過板
５，７光硬化性樹脂
５Ａ樹脂チップ
６観察用試料
８最終サンプル

Claims

鏡面の上に未露光の光硬化性樹脂を載置する工程と、
前記光硬化性樹脂の厚さを規定した後、可視光を照射して光硬化性樹脂を硬化させて樹脂チップを作製する工程と、
前記樹脂チップを前記鏡面上に載置した状態で、前記樹脂チップ上に観察用試料を載置し、前記樹脂チップを作製する工程で用いられた光硬化性樹脂と同一の未露光の光硬化性樹脂で前記観察用試料を覆った後、前記樹脂チップと同一の光硬化性樹脂で形成された他の樹脂チップを載置する工程と、
前記樹脂チップで挟まれた光硬化性樹脂に可視光を照射して光硬化性樹脂を硬化させて前記観察用試料が挟まれた試料保持体を作製する工程と、
前記試料保持体を目的に応じて切削する工程と、
を備えることを特徴とする断面観察用試料の包埋方法。
前記未露光の光硬化性樹脂を載置する工程では、前記鏡面の上に未露光の光硬化性樹脂をポッティングして載置し、
前記他の樹脂チップを載置する工程では、前記光硬化性樹脂をポッティングして前記観察用試料を覆うことを特徴とする請求項１に記載の断面観察用試料の包埋方法。
前記光硬化性樹脂は、可視光硬化性アクリル樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の断面観察用試料の包埋方法。
前記未露光の光硬化性樹脂を載置する工程では、平面である前記鏡面の上に対向して配置した第１のスペーサ間に前記未露光の光硬化性樹脂を載置した後に前記第１のスペーサ上に第１の可視光透過板を載置して前記光硬化性樹脂の厚さを規定し、
前記樹脂チップを作製する工程では、前記第１の可視光透過板を介して、前記未露光の光硬化性樹脂に前記可視光を照射して光硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の断面観察用試料の包埋方法。
前記試料保持体を作製する工程では、前記他の樹脂チップに、平面である前記鏡面の上に対向して配置された第２のスペーサ上に載置した第２の可視光透過板を押し当てることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の断面観察用試料の包埋方法。