集束イオンビーム加工装置及びそれに用いる試料台
【課題】
ＦＩＢを利用して元試料から微小試料を摘出して微小領域の分析や観察を可能にする試料作製装置において、ＥＤＸ分析時に高い信頼性を有し、高倍率の観察に耐えられる試料作製を可能とすること。
【解決手段】
集束イオンビーム照射手段と、該集束イオンビーム照射手段からの集束イオンビームを照射する試料を固定するための試料台と、を備えた集束イオンビーム加工装置であって、前記試料台の、少なくとも表面が炭素からなる集束イオンビーム加工装置。また、集束イオンビームを照射する試料を固定するための試料台の少なくとも表面が、炭素，導電性高分子材料，炭素繊維，ガラス状炭素，高分子材料，炭素細棒の中から選ばれた少なくとも１種からなる集束イオンビーム加工装置の試料台。
ＦＩＢを利用して元試料から微小試料を摘出して微小領域の分析や観察を可能にする試料作製装置において、ＥＤＸ分析時に高い信頼性を有し、高倍率の観察に耐えられる試料作製を可能とすること。
【解決手段】
集束イオンビーム照射手段と、該集束イオンビーム照射手段からの集束イオンビームを照射する試料を固定するための試料台と、を備えた集束イオンビーム加工装置であって、前記試料台の、少なくとも表面が炭素からなる集束イオンビーム加工装置。また、集束イオンビームを照射する試料を固定するための試料台の少なくとも表面が、炭素，導電性高分子材料，炭素繊維，ガラス状炭素，高分子材料，炭素細棒の中から選ばれた少なくとも１種からなる集束イオンビーム加工装置の試料台。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過電子顕微鏡や走査透過電子顕微鏡を用いて観察する試料を作成するための試料作製装置（集束イオンビーム加工装置）及びそれに用いる試料台に係り、特に高感度組成分析や高分解能観察のための微小試料を作成できる試料作製装置（集束イオンビーム加工装置）及びそれに用いる試料台に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体デバイス，磁気デバイス等の超微細化や新材料の適用を背景に、透過電子顕微鏡（以下、ＴＥＭと略記）や走査透過電子顕微鏡（以下、ＳＴＥＭと略記）による形状観察やこれらと併用したエネルギ分散型Ｘ線分散分析計（以下、ＥＤＸと略記）による組成分析が不可欠な評価技術となって来ている。
【０００３】
ＴＥＭやＳＴＥＭによる観察，ＥＤＸによる組成分析のための試料を適切に作製する方法のうち、mmオーダ〜１０cmオーダの大きさの元試料から、切断や研磨をすることなく、注目した特定箇所のμｍオーダ〜１０μｍオーダの微小試料を、集束イオンビーム（以下、ＦＩＢと略記）とプローブを用いて摘出し、ＴＥＭやＳＴＥＭ試料に仕上げる試料作製方法が最近広く用いられるようになってきた。このことは非特許文献１に解説されている。
【０００４】
このＴＥＭ試料作製方法の一例については特許文献１に記載されている。同様の試料作製手順について、以下、図２の図番に沿って説明する。
【０００５】
［ＴＥＭ試料作製方法］
（ａ）最初に観察領域（ＴＥＭ観察用薄膜の形成領域）に対応する元試料２１表面に、マーク２２，２２′を施す。マーク２２，２２′は例えば、ＴＥＭ観察部となる観察用薄膜部の両端にＦＩＢ等で施す。マーク形状は種々あるが、本例ではマイナス形状としている。次に、観察領域に対応する試料表面にＦＩＢアシストデポジション膜によるタングステンやプラチナの保護膜２３を形成する。保護膜２３は、ＦＩＢ照射時の元試料表面の損傷を低減するためと、試料加工断面の平坦性を向上するために形成する。大きさは例えば３×２０μｍ程度である。用いるガス種は、デポジション膜がタングステンの場合、ヘキサカルボニルタングステンＷ(ＣＯ)6 がよく知られている。
（ｂ）観察領域を含み、上記２個のマーク２２，２２′と保護膜２３の外周にＦＩＢ（図示せず）照射により垂直方向に堀２４を形成する。この堀２４の最外周寸法は、本例では４０μｍ×４０μｍ，深さ１５μｍとした。この作業により摘出すべき微小試料２５が長方形の柱状に残される。
（ｃ）摘出すべき微小試料２５の垂直加工面２６が見えるように元試料２１を傾斜させる。（本例では４５°傾斜させた）
（ｄ）次に、導電性で先端半径が０.５μｍ 程度まで電解研磨で先鋭化されたタングステン製のプローブ２７を摘出試料２５の一端に接触させる。プローブ２７先端を含むように摘出試料２５に１.５μｍ×１.５μｍ程度のタングステンなどのデポジション膜２８を形成し、プローブ２７を摘出試料２５に接続させる。なお、プローブ２７の接続位置は摘出試料２５の元試料における表面に限ることはなく、垂直加工面２６であってもよい。
（ｅ）摘出すべき試料２５の垂直加工面２６の下部２８を横切るようにＦＩＢ照射する。これにより摘出試料２５は元試料２１と分離できる。
（ｆ）次に、プローブ２７をＦＩＢ光学軸に沿って上昇させると、摘出試料２５は完全に元試料２１から摘出された状態となる。なお、図２ｆでは、摘出状態が判り易いように画面の上方向にずらせて記載されている。
（ｇ）摘出試料２５を元試料２１から十分離間した状態（摘出試料２５を元試料２１上空に保持した状態）を維持させ、微小試料キャリア２９をＦＩＢ観察視野に移動させる。微小試料キャリア２９の微小試料固定部に向けて微小試料２５を降下させて接触させる。摘出試料２５の微小試料キャリア２９への接触確認は、ＦＩＢ画像からでも可能であるし、両者の導通によって電気的に確認する。摘出試料２５と微小試料キャリア２９との接触部（摘出試料２５の最下端）に両者に掛かるようにデポジション膜３０を形成して両者を接続させる。
（ｈ）プローブ２７と微小試料片２５とを固定接続しているデポジション膜３０にＦＩＢを照射して、このデポジション膜３０をスパッタ除去することで、もしくは、プローブ
２７先端付近をＦＩＢ照射によって切断することで、プローブ２７を摘出試料２５から分離する。これにより、微小試料片２５は微小試料キャリア２９上に固定保持され、完全に自立する。
【０００６】
最後に、ＦＩＢ照射によって、試料片の観察所望領域が厚さ１００ｎｍ以下程度の観察用薄膜領域３２になるように、その両側領域３１，３１′をＦＩＢ照射による削除加工を行う。図２ｈは、微小試料２５の上面を直視する方向から観た図である。観察領域３２を薄く残るように仕上げ加工して、一連のＴＥＭ試料作製プロセスが完了する。この結果、横幅約１５μｍで，深さが約１０μｍの観察領域３２が形成でき、ＴＥＭ観察用試料とすることができる。
【０００７】
このような試料作製方法において、微小試料キャリア（公知例によっては種々の呼び方がされているが、元試料から摘出した微小試料を固定するための試料台であれば趣旨は同じである）は、摘出した微小試料を搭載し、ＴＥＭやＳＥＭ等の観察・分析装置に持ち込むための手段として実用に共されている。
【０００８】
実用の微小試料キャリアは、例えば均一厚の金属製の薄板で半円形や短冊形をしており、摘出した微小試料はその厚み部の端面に固定する。その端面をここでは試料固定部３３と呼ぶ。
【０００９】
特許文献１には、切り欠きを有するドーナツ状円板で、中央の開口を横たわるように金属細線を固定したサンプルキャリアや、半円円弧状に曲げられた金属線に円弧の直径部に金属細線を固定したサンプルキャリアの例が示されている。
【００１０】
特許文献２や３においては、微小試料キャリアの別形態として、試料を固定する部分が傾斜形状のものも提案されている。電子ビーム照射時に発生する反射電子や散乱電子が微小試料キャリアを叩き、微小試料キャリアの成分の組成Ｘ線がシステムノイズとして発生するためで、反射電子や散乱電子が当たりにくくするためである。
【００１１】
微小試料固定部が薄くなければならないのは、摘出した試料が１０μｍオーダであるため、ＴＥＭやＳＥＭで観察しようと微小試料の観察面に電子線を照射する際、微小試料キャリアの僅かな傾きによって電子線が遮られ、本来の目的である観察や分析が出来なくなるためである。実用的には機械的強度やハンドリングのし易さを考慮して、厚さは５０〜１００μｍ程度である。
【００１２】
また、特許文献３には、ＴＥＭ試料底面と試料取付け面が同角度で傾斜させて、試料底面全面を固定する。また、枠構造に中空内部に突出した突出部を設け、その突出部にTEM試料を設置する方法とサンプルキャリアの構造が開示されている。
【００１３】
さらに、特許文献４には、高精度ＥＤＸ分析を実現させるために試料台を純度９９.９％以上のスズもしくはスズ系合金とし、試料を固定する端面を鏡面研摩し、更にカーボンでコーティングし、形状を厚さ１０〜１００μｍの板状としたサンプルキャリアが開示されている。
【００１４】
また、非特許文献１には、バルク試料からＦＩＢとマイクロプローバを用いて微小試料の摘出からＴＥＭ試料に仕上げるマイクロサンプリング法の全般について解説されている。
【００１５】
次に、従来の試料作製装置の構成について図３で説明する。
【００１６】
図３において、試料作製装置４１は試料ステージ４２に載置した元試料４３に対して
ＦＩＢ４４を照射するＦＩＢ照射光学系４５，ＦＩＢ４４の照射部から発生する二次電子や二次イオン等の二次粒子を検出する二次粒子検出器４６，ＦＩＢ照射領域にＦＩＢアシストデポジション膜（例えば、タングステンやプラチナ）を形成するために必要なガスを供給するガス供給手段４７，このガス供給手段４７は先端のガス照射部が内径１００μｍ程度のノズル４８を有しており、ＦＩＢ照射領域に限定してガスを供給することができる。
【００１７】
元試料４３は例えば半導体ウェーハであり、このウェーハは直接固定できるウェーハホルダー５１に設置されていて、必要に応じてＦＩＢ視野に移動させ微細領域に加工する。
【００１８】
プローブ５２はプローブ微動機構５３によって試料室５４内で少なくとも３軸（ＦＩＢ光学系の軸に対して平行および、垂直２方向）に移動できる。
【００１９】
微小試料キャリアホルダー５５は元試料４３から摘出した微小試料を固定する微小試料キャリア５６を設置する手段で、必要に応じて微小試料キャリア５６（つまり微細試料）を傾斜できる。また、元試料４３の表面やＦＩＢ４４によって加工した断面をＳＩＭ（走査イオン顕微鏡）像として、もしくは加工面をＳＥＭ像として表示手段６０に表示できる。符号５０はＳＥＭであり、元試料４３の表面や断面、プローブ５２の先端等を高倍率で観察できる。
【００２０】
これら各部の制御にはＳＥＭ制御装置６１，プローブ制御装置６２，ＦＩＢ制御装置
６３，ガス供給手段制御装置６４，二次粒子検出制御装置６５，ステージ制御装置６６を用い、これらと表示手段６０は計算処理装置６７と連結されており、表示手段６０から各機構系の命令や、各部からのデータを集積し、演算や記憶の命令が下せる。
【００２１】
上述の試料作製装置４１で作成された微小試料は、微小試料キャリア５６に固定したまま、微小試料キャリア５６をＴＥＭホルダー（ＴＥＭにおける試料台）の先端部に搭載してＴＥＭ観察が出来る。このような装置構成により、解析対象とする微細領域を含む試料を人手に触れることなく、ＴＥＭに導入することができる。
【００２２】
【特許文献１】特表９９−５５０６号
【特許文献２】特開平１１−１０８８１３号公報
【特許文献３】特開２００２−３１９３６３号公報
【特許文献４】特開２００１−２４２０５１号公報
【非特許文献１】精密工学会誌、第６８巻、第６号（平成１４年６月５日発行）、第７５６頁〜７６０頁。梅村馨ら著、『電子顕微鏡用マイクロサンプリング技術の開発』
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、従来の試料作製装置は以下のような問題を有していた。
（１）従来の微小試料キャリアは銅やモリブデン，ニッケルなどの金属で出来ていたため、ＥＤＸ分析時に、試料への電子線照射により発生した反射電子や散乱電子が微小試料キャリアに当たり、そこで発生した特性Ｘ線がノイズ信号，システムノイズとして検出スペクトルに混入し、所望分析領域の信頼性ある組成分析ができなかった。また、分析領域付近にある保護膜成分やＴＥＭ試料に残存したプローブ断片の成分が、分析結果に重畳されてしまい分析結果の信頼性を低下させていた。
（２）微小試料キャリアに固定した微小試料へのＦＩＢ加工において、試料を通過した
ＦＩＢが微小試料キャリアを照射し、そこから発生したスパッタ粒子が微小試料の加工試料面に付着する。スパッタ粒子は微小試料キャリア成分の重金属であるため、ＴＥＭ観察時に電子線の透過を阻害する。ＴＥＭ観察像には斑点状に対象試料を被うように現れ、対象物を高分解能で観察することができなかった。これらの問題点を、図４を用いて詳細に説明する。
【００２４】
［ノイズ信号の問題］
図４は、微小試料キャリアと固定された微小試料の関係と、入射電子線の関係を説明する断面図である。図４（ａ）は、微小試料キャリア７０に固定された微小試料７１に入射電子線７２が照射され、特性Ｘ線７４，７４′が発生している様子を断面図で示している。７３は観察部であり、ＦＩＢによって薄膜化加工された部分である。観察部７３を透過した透過電子７５を拡大して顕微鏡像として観察する。電子線の照射部からはその箇所の組成に応じた特性Ｘ線７４，７４′が発生するため、電子線走査に合わせて検出信号を対応位置に配置すると組成マップができる。
【００２５】
具体的数値として、微小試料キャリア７０の厚さは約５０μｍであり、観察部７３の高さは上端から５μｍ程度である。微小試料の設置位置は、ＥＤＸ分析時に透過散乱電子によるノイズ発生を避けるために、微小試料キャリア７０の（入射電子に対して）最下流側に設置している。このような位置関係で微小領域の形状観察や組成分析ができる。
【００２６】
このような微小試料キャリア７１に関連する問題点は、まず、対象試料の組成分析におけるシステムノイズと呼ばれるノイズ信号である。
【００２７】
図４（ｂ）は微小試料キャリア７０からのシステムノイズの問題を説明するための図である。入射電子７２は微小試料７１を通過して透過電子７５となると共に、観察部７３で反射される反射電子や散乱電子７６も発生する。散乱電子７６は微小試料キャリア７０に当たった場合、当たった箇所から微小試料キャリア７０成分の特性Ｘ線（ノイズ）７７を発生する。また、求めるべき分析箇所から発生したＸ線が、タングステンやプラチナなどの重金属に当たり、反射され、検出器に入るため、デポジション膜やプローブ部分が分析領域の成分であるかのうように誤解される。これがシステムノイズである。微小試料キャリア７０が銅やモリブデン等、重金属の場合、電子照射によって発生するＸ線量が多く、システムノイズとして無視できなくなる。このようなことにより、対象試料組成の計測結果の定量性が欠けたり、逆に、本来存在しない対象試料組成に新たな成分が含まれているような誤解釈を招いたりする。
【００２８】
また、別の問題として、微小試料の加工時に見られる試料観察面へのスパッタ粒子の付着の問題がある。これを図５（ａ），（ｂ）で説明する。
【００２９】
観察試料を高分解能，高倍率でＴＥＭ観察したり、高感度で分析したりするために、最終的な観察・分析試料面には本来あってはならない形状や異物が付かないように清浄に仕上げる。図２で示した試料作製方法で顕現化してきた問題は、図５（ａ）のように微小試料キャリア７０に固定した微小試料７１に対して照射したＦＩＢ７８が微小試料キャリア７０を照射し、その照射部から発生するスパッタ粒子７９が観察試料部７３に付着する。例えば、シリコンから成る微小試料を加速電圧３００ｋＶのＴＥＭで試料加工面を３００万倍程度の高倍率で観察すると、シリコンの結晶格子像は確認できるものの、観察視野の所々に斑点状の薄い陰が見られ、シリコン結晶格子が見られなくなる。これは試料作製時に微小試料キャリアをＦＩＢ照射したことで発生した微小試料キャリアのスパッタ粒子である。特に、スパッタ粒子が重元素の場合は影が強く見え、所望領域の高倍率観察を阻害する場合が生じる。つまり、微小試料キャリアの素材には重元素は好ましくないことが判る。
【００３０】
特許文献２や３に示されている傾斜面を有する微小試料キャリア８０′を用いると反射電子によるシステムノイズとしての特性Ｘ線の発生が抑制され、組成分析の信頼性は向上するが、ＦＩＢ照射によって発生する微小試料キャリア８０からのスパッタ粒子９５は大きく削減させることが出来ず、高倍率観察には満足できない。
【００３１】
このように、上述の試料作製装置で作製した試料では形状観察や組成分析が出来ないという問題が顕在化してきた。
【００３２】
以上より、本発明で解決しようとする課題を纏めると、
（１）ＥＤＸ分析のシステムノイズが少ない信頼性ある測定結果を得られるようにすること、
（２）微小試料キャリアからのスパッタ粒子の加工試料面への付着を防ぎ、高分解能TEM観察ができるようにすること、
である。
【００３３】
そこで本発明の目的は、上記の課題に鑑み、ＴＥＭやＳＴＥＭを用いたＥＤＸ分析時に微小試料キャリアからのシステムノイズが少なく、高倍率でも明瞭にＴＥＭやＳＴＥＭ観察できる試料を載置する電子顕微鏡用試料台を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
上記課題を解決するため、本発明は微小試料キャリア（試料台）の少なくとも表面を炭素，導電性高分子材料，炭素繊維，ガラス状炭素，高分子材料，炭素細棒の中から選ばれた少なくとも１種で構成したことを特徴とする。
【００３５】
少なくとも表面をそのような材質で構成するために、コーティング，接着等の従来の技術が適用できる。この材質の厚さはできるだけ厚い方が良く、コスト，強度等の問題がなければむく材（単一材料で構成）の使用が好ましい。また、強度向上のため、炭素繊維で強化したカーボン／カーボンコンポジットや、繊維強化した導電性高分子材料なども使用できる。試料台の形状は特に問わないが、図１の（ａ）（ｂ）に示すような半円形状，短冊状が製造コスト，強度の面で好適である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の試料作製装置における微小試料キャリアは炭素で構成されているため、試料のＥＤＸ分析時に、試料からの反射電子や散乱電子が微小試料キャリアに当たった箇所からの、システムノイズとなる微小試料キャリアの成分の特性Ｘ線を大幅に削減できるという利点がある。また、微小試料キャリアを炭素で構成することで、たとえ微小試料キャリアからのスパッタ粒子が観察面に付着しても、電子線の入射には影響することはないため、高倍率の観察が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
特に微小試料の高感度組成分析や高倍率観察を実現するために、微小試料キャリアからのシステムノイズを軽減し、試料加工時に微小試料キャリアからのスパッタ粒子が観察面へ付着することを軽減するという目的を、微小試料キャリアを炭素で構成することで実現した。
【実施例１】
【００３８】
図１は、本発明による試料作製装置における微小試料キャリア１の一実施例の斜視図である。
【００３９】
微小試料キャリア１は微小試料固定部２を有しており、その微小試料固定部２は薄板の厚み方向の側面である点は従来とほぼ同様である。また、全体形状は、ＴＥＭホルダー形状やＦＩＢ装置における取付け部の構造に依存するため、半円形（図１（ａ））や矩形
（図１（ｂ））でも良い。本発明の主体は、このような微小試料キャリアが炭素で作製されていることが特徴である。具体的な寸法例として、直径２.９８mm ，厚さ３０μｍのグラファイト製の半円板で、半円板の直径に相当する部分が微小試料固定部３となる。ここで、厚さ３０μｍの例を示したが、機械的強度があれば更に薄くてもよい。
【００４０】
微小試料キャリア１の素材は炭素であるが、素材の調整材として微量の金属元素が混入していると、目的とする対象物のＥＤＸ分析時にノイズ信号として検出され、真の組成データと誤解する危険性があるので純炭素もしくは純炭素に極力近いことが望ましい。具体的にはグラファイト，炭素繊維，ガラス状炭素（グラッシーカーボン）などで構成すれば良い。
【００４１】
また、別の素材として、炭素，酸素，水素からなる高分子材料であってもよい。高分子材料を用いる場合は、導電性でかつ、機械的強度があり、真空中で脱ガスの殆どない物性であることが望ましい。また、ＴＥＭ観察時では、照射電子エネルギが高いため、電子ビーム照射領域で発生する熱を容易に拡散させる熱伝導性の良い物性であれば好ましい。具体的には、ポリアセチレンなど導電性高分子材料が好ましい。
【００４２】
また、上記の条件を満足させるために、高分子材料を基板にして炭素をコーティングした構造でも良い。ただし、金属を基板にして炭素を蒸着したものではシステムノイズを低減する効果はない。
【００４３】
［１］ＥＤＸ分析におけるノイズ信号
次に、本発明による微小試料キャリアを用いた場合と従来の微小試料キャリアを用いた場合で、微小試料の組成分析を行った場合のノイズ信号の比較を行う。微小試料キャリアの素材は従来の微小試料キャリアは銅製で、本発明のものは純炭素製である。用いた試料はほぼ同じ形状に加工したシリコン結晶である。分析方法は、ＥＤＸ付きＴＥＭを用いて同じ条件で計測した。試料はシリコン結晶であるので、本来はシリコンのみの信号を得られるはずで、その他の元素が検出されれば、試料に付着した不純物と見なすことができる。
【００４４】
図６は、ＥＤＸ分析結果を示すスペクトルで、破線が従来の微小試料キャリア、実線が本発明による微小試料キャリアを用いた場合である。特に図６（ａ）は測定された全ピーク（０〜１０ｋｅＶ）である。検出された元素は、シリコン（Ｓｉ−Ｋ線），炭素（Ｃ−Ｋ線），銅（Ｃｕ−Ｋ線）である。炭素ピークは両スペクトル共、ほぼ同程度で、この程度の強度は、大気中もしくは計測機器内の残留炭素が付着した場合の強度とほぼ同程度で、特に、今回、炭素製の微小試料キャリアを用いることによって増大する傾向はない。図６（ｂ）は銅ピーク部（７〜９ｋｅＶ）の拡大図である。従来の微小試料キャリアでは銅ピークは高く、炭素製の場合は約１／２０に減少している。これが炭素製微小試料キャリアの効果を示している。但し、約１／２０に減少したものの僅かに検出される銅ピークは、ＴＥＭホルダー内で用いられている別の銅製部品を励起した信号で、微小試料キャリアから発生しているものではないことが別の実験で確認できている。このように、検出信号におけるシステムノイズを大幅に削減させることができた。このように、本発明による微小試料キャリアを用いることで、ＥＤＸ組成分析においてノイズ信号を削減できる効果が確認できた。
【００４５】
［２］高倍率観察における鮮明度
図５（ｂ）に見られた、微小試料のＦＩＢ加工時に発生する微小試料キャリア８０のスパッタ粒子１０２が加工試料面９６に付着するために、高倍率観察が損なわれる問題は、図５（ｂ）のように、微小試料１１２を加工したＦＩＢ１０１は直下の炭素製の微小試料キャリア１１０に当たり、炭素をスパッタするため、たとえこのスパッタ粒子が観察部に付着しても、電子線の照射には影響を受けず高倍率観察が可能となる。
【００４６】
今回発明した純炭素性の微小試料キャリアにシリコン結晶から成るＴＥＭ観察用の微小試料を固定し、高倍率観察することでその効果を確認した。この微小試料を高倍率ＴＥＭ観察した結果、従来見られた斑点状の薄い陰は観察領域全体に渡って確認されず、シリコンの結晶格子が明瞭に観察できた。本発明による微小試料キャリアの効果であることが確認できた。
【００４７】
以上、本発明による効果を纏めると、
（１）発明による微小試料キャリアに固定した微小試料をＥＤＸ分析する場合、微小試料キャリアを励起したノイズピークを従来の１／１０以下に減少させられる。
（２）観察領域に微小試料キャリアからのスパッタ粒子が付着したとしても、それらは重金属ではなく炭素であるため、観察時に照射する電子ビームは炭素を透過し、観察像には殆ど影響しない。このため高倍率観察においても試料を高分解能で観察できる。
【００４８】
なお、ＦＩＢ加工で一般に用いられるデポジション膜はタングステンやプラチナであるが炭素にするとなお良い。デポジション膜形成用ガス種として炭素と水素のみ、もしくは、炭素と水素と酸素から構成されたガス種を用いて、炭素膜をデポジションする方法は知られている。このように、微小試料キャリアおよびデポジション膜種も炭素とすることで、試料周辺には金属元素が無くなり、ＥＤＸ信号へのノイズ信号混在はさらに減少できる。さらには、プローブ材も炭素にすれば、微小試料に残されたプローブ先端の影響も無くなる。
【実施例２】
【００４９】
微小試料キャリアは上記実施例１で示した形状や固定方法に限ることはなく、種々の改変は可能である。図７（ａ）のように、微小試料キャリア１０１は半円形の基板１０２に薄膜小片１０３を付着させ、その薄膜小片１０３の端面である微小試料固定部１０５に摘出した微小試料１０６を設置するようにしてもよい。基板そのものを加工して、その一部を薄膜化することは困難であるので、やや厚めの基板に薄膜小片を固定する方法のほうが、生産効率は良い。薄膜小片１０３の基板１０２への固定には、レーザ誘起デポジション膜や導電性接着材１０４を用いることで、簡便で安価に信頼性高く作製できる。また、図７（ｂ）は、微小試料１０６を基板１０２′の端面ではなく、Ｖ字に切り欠いた部分に固定する例である。ここで、基板１０２′を厚さ３０μｍのグラファイトで作成した。評価対象となる微小試料が基板１０２′の最上面から突き出た形態ではないため、微小試料キャリア１０２′の取扱い時に他の部材への接触などによる微小試料１０６の破損を防止することができる。
【００５０】
また、微小試料キャリアの組成は、実施例１に示したように純炭素性に限ることはなく、炭素と水素、もしくは炭素，水素，酸素から構成される高分子材料を成形して用いてもよい。これにより安価に作製でき、純炭素製のように取扱い時に破断する危険性はない。さらに、電気伝導性を高めるためにポリアセチレンなど導電性高分子材料で作製してもよい。これによりＴＥＭ観察時に観察試料が帯電を起すことはない。また、微小試料キャリアの芯材に高分子材料を用いて、その外面を炭素で覆うことで、作製費用の安価化と良好な電気伝導性を実現できる。勿論、本来本発明の本質であるシステムノイズが削減でき、高倍率の観察にも支障を起さない微小試料を固定する部分を炭素繊維とし、薄膜加工やナイフエッジ加工を不要とした。
【００５１】
図８は微小試料キャリア１１０の別の実施形態を示す。半円環状の支持部１１１の直径方向に炭素繊維１１２を固定した例である。ここで用いた炭素繊維は直径８μｍで、支持部には炭素繊維の両端をカーボンペースト１１３で固定した。このカーボンベーストは初期に粘性があるが、時間と共に固化するため接着剤のように使え、導電性であり真空中で脱ガスが少ないため真空部品に使うには好適である。支持部１１１の半円環はモリブデン製で、外径３mm，内径２mm，厚さ５００μｍである。固定した炭素繊維の中央部付近に摘出した微小試料１１４を固定することになるので、微小試料の幅が２０μｍとし、５０
μｍの間隔を空けて固定した場合、炭素繊維の中心付近に約１mmの間に約１４個の微細試料を設置できる。
【００５２】
１個の試料キャリアに搭載できる微小試料の数は、互いの設置間隔に依存するが、１０から２０個程度である。そこで、支持部に固定する炭素繊維の数を増やすことで、設置個数の増加が見込める。
【００５３】
本実施例では、図８（ｃ）にあるように、２本を固定した。但し、支持部の同じ面内に複数本の炭素繊維を設置しても、すべての炭素繊維に微小試料を固定できないので、図８（ｃ）のように、支持部１１１に段を設け、それぞれの段に炭素繊維を固定するようにした。このような構造によって全ての炭素繊維上に摘出した微細試料を設置することができる。１個のキャリアに固定される微小試料の数は、固定された炭素繊維の総本数がＮ本とすると、１本の場合のＮ倍もの数が期待できる。
【００５４】
図８（ａ），（ｂ）では炭素繊維を用いた例を示したが、メカニカルペンシルの芯のような炭素細線であってもよい。また、微小試料を炭素繊維の側面に固定する事例を示したが炭素細線の長手方向の端面でもよい。図８（ｃ）は支持部１１１″にカーボンペースト１１３″で固定した炭素細線１１２″の端面に微細試料１１４″を固定した例である。炭素細線の端面は図のように斜面を作り、端面の面積を更に小さくしたり、円錐状に加工したりした先端に微小試料を固定することで、ＴＥＭ観察時に電子線が遮蔽されることが無く、さらにＥＤＸ分析時には周辺からのノイズ的なＸ線の発生が抑制される効果を有する。
【実施例３】
【００５５】
本実施例３は、炭素製の微小試料キャリアに、炭素製のプローブによって摘出された微小試料を炭素から成るデポジション膜によって固定する実施例であり、図９を用いて説明する。
【００５６】
図９（ａ）において微小試料キャリア１２０は炭素から出来ており、Ｃ字形状をしている。元の試料から摘出された微小試料１２１は、炭素製のプローブ１２２に炭素デポジション膜１２３によって固定され、微小試料キャリア１２０に接近する。ここで、炭素製プローブ１２２は直径５μｍ，長さ約３０μｍの炭素繊維から成り、金属性プローブ（不図示）の先端に固定されている。炭素デポジション膜１２３は、一般に知られた炭素，酸素，水素を成分元素とするガスを膜形成に供給しながらＦＩＢ照射することで形成でき、微小試料１２３とプローブ１２２の接着材の役割を果たす。
【００５７】
図９（ｂ）は、プローブ１２２を微小試料キャリア１２０に固定した状態を示しており、微小試料１２１を保持したプローブの先端部は、キャリアの厚み面１２４にデポジション膜１２５によって固定する。微小試料は微小試料キャリア１２０の中央開口部に位置するように配置する。プローブの固定後、プローブをＦＩＢ照射によって切断する。符号
１２２ｂは切断後のプローブを、符号１２２ａは微小試料キャリア１２０に固定されたプローブを示す。
【００５８】
これまでの微小試料の固定方法は、特許文献１や非特許文献１に示すように、微小試料自体を微小試料キャリアに固定する方法であったが、本例は微小試料を固定したプローブを固定することが従来例とは異なり、摘出した微小試料そのものへのＦＩＢの直接照射の機会が少なくなり照射損傷が軽減される。具体的寸法として、微小試料キャリアの外形直径は２.９５mm 、中央開口部の直径は１mm，厚さ１００μｍ、Ｃ字形状の切り欠き角は
９０°である。この程度の厚さの炭素製板は強度的に強く、このような形状に加工することは比較的容易であると共に、微小試料を直接キャリアに固定しないため、固定面の平坦性や精度などを厳しく求めることは無いので、この炭素製の微小試料キャリアは比較的安価に作成できる利点を有することになる。
【００５９】
図９（ｃ）は、作製された試料を透過電子顕微鏡もしくは走査透過電子顕微鏡で観察している状況を示した模式図であり、微小試料キャリアは固定具１２６によって挟み込まれて固定され、固定された微小試料１２１に電子線１２７が照射されている様子を示している。固定具１２６は金属製であるが、観察対象の微小試料１２１から約１mm離間している。なお、固定具１２６の具体的形状は図９（ｃ）の形状に限定されることはなく、微小試料キャリアを固定し、対象試料がＴＥＭ観察できれば、構造の自由度は大きい。分析対象である微小試料１２１をＥＤＸ分析するために電子線１２７を試料に照射し、その照射部で発生した二次電子もしくは反射電子，散乱電子による固定具１２６からＸ線は殆ど発生せず、取得したＸ線信号には装置環境から混入するいわゆるシステムノイズは大幅に低減された。
【００６０】
このように、微小試料キャリア，デポジション膜，プローブの材質を炭素に変えたため、ＥＤＸ分析においてシステムノイズ量が激減し、さらに固定具をも炭素製にすることでシステムノイズはほぼ無視できる環境となる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明による微小試料キャリアの典型的な実施例を示した斜視図である。
【図２】従来の微小試料の作製方法の手順例を示した説明図である。
【図３】本発明の微小試料キャリアを用いる試料作製装置の全体構成を示した説明図である。
【図４】従来の微小試料キャリアにおける問題点を説明するための断面図である。
【図５】従来の微小試料キャリアにおける別の問題点を説明するための断面図である。
【図６】本発明による微小試料キャリアを用いた場合の効果を説明する図である。
【図７】本発明による微小試料キャリアの別の形態を示した斜視図および断面図である。
【図８】本発明による微小試料キャリアの別の形態を示した斜視図である。
【図９】本発明による微小試料キャリアの別の形態、および試料作製方法を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６２】
１，７０，８０，１０１，１０１′，１１０，１２０…微小試料キャリア、２，３，
７１，１１２…微小試料固定部、２５，１２１…微小試料、７４，７４′…特性Ｘ線、
７７…ノイズ、１２２…プローブ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過電子顕微鏡や走査透過電子顕微鏡を用いて観察する試料を作成するための試料作製装置（集束イオンビーム加工装置）及びそれに用いる試料台に係り、特に高感度組成分析や高分解能観察のための微小試料を作成できる試料作製装置（集束イオンビーム加工装置）及びそれに用いる試料台に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体デバイス，磁気デバイス等の超微細化や新材料の適用を背景に、透過電子顕微鏡（以下、ＴＥＭと略記）や走査透過電子顕微鏡（以下、ＳＴＥＭと略記）による形状観察やこれらと併用したエネルギ分散型Ｘ線分散分析計（以下、ＥＤＸと略記）による組成分析が不可欠な評価技術となって来ている。
【０００３】
ＴＥＭやＳＴＥＭによる観察，ＥＤＸによる組成分析のための試料を適切に作製する方法のうち、mmオーダ〜１０cmオーダの大きさの元試料から、切断や研磨をすることなく、注目した特定箇所のμｍオーダ〜１０μｍオーダの微小試料を、集束イオンビーム（以下、ＦＩＢと略記）とプローブを用いて摘出し、ＴＥＭやＳＴＥＭ試料に仕上げる試料作製方法が最近広く用いられるようになってきた。このことは非特許文献１に解説されている。
【０００４】
このＴＥＭ試料作製方法の一例については特許文献１に記載されている。同様の試料作製手順について、以下、図２の図番に沿って説明する。
【０００５】
［ＴＥＭ試料作製方法］
（ａ）最初に観察領域（ＴＥＭ観察用薄膜の形成領域）に対応する元試料２１表面に、マーク２２，２２′を施す。マーク２２，２２′は例えば、ＴＥＭ観察部となる観察用薄膜部の両端にＦＩＢ等で施す。マーク形状は種々あるが、本例ではマイナス形状としている。次に、観察領域に対応する試料表面にＦＩＢアシストデポジション膜によるタングステンやプラチナの保護膜２３を形成する。保護膜２３は、ＦＩＢ照射時の元試料表面の損傷を低減するためと、試料加工断面の平坦性を向上するために形成する。大きさは例えば３×２０μｍ程度である。用いるガス種は、デポジション膜がタングステンの場合、ヘキサカルボニルタングステンＷ(ＣＯ)6 がよく知られている。
（ｂ）観察領域を含み、上記２個のマーク２２，２２′と保護膜２３の外周にＦＩＢ（図示せず）照射により垂直方向に堀２４を形成する。この堀２４の最外周寸法は、本例では４０μｍ×４０μｍ，深さ１５μｍとした。この作業により摘出すべき微小試料２５が長方形の柱状に残される。
（ｃ）摘出すべき微小試料２５の垂直加工面２６が見えるように元試料２１を傾斜させる。（本例では４５°傾斜させた）
（ｄ）次に、導電性で先端半径が０.５μｍ 程度まで電解研磨で先鋭化されたタングステン製のプローブ２７を摘出試料２５の一端に接触させる。プローブ２７先端を含むように摘出試料２５に１.５μｍ×１.５μｍ程度のタングステンなどのデポジション膜２８を形成し、プローブ２７を摘出試料２５に接続させる。なお、プローブ２７の接続位置は摘出試料２５の元試料における表面に限ることはなく、垂直加工面２６であってもよい。
（ｅ）摘出すべき試料２５の垂直加工面２６の下部２８を横切るようにＦＩＢ照射する。これにより摘出試料２５は元試料２１と分離できる。
（ｆ）次に、プローブ２７をＦＩＢ光学軸に沿って上昇させると、摘出試料２５は完全に元試料２１から摘出された状態となる。なお、図２ｆでは、摘出状態が判り易いように画面の上方向にずらせて記載されている。
（ｇ）摘出試料２５を元試料２１から十分離間した状態（摘出試料２５を元試料２１上空に保持した状態）を維持させ、微小試料キャリア２９をＦＩＢ観察視野に移動させる。微小試料キャリア２９の微小試料固定部に向けて微小試料２５を降下させて接触させる。摘出試料２５の微小試料キャリア２９への接触確認は、ＦＩＢ画像からでも可能であるし、両者の導通によって電気的に確認する。摘出試料２５と微小試料キャリア２９との接触部（摘出試料２５の最下端）に両者に掛かるようにデポジション膜３０を形成して両者を接続させる。
（ｈ）プローブ２７と微小試料片２５とを固定接続しているデポジション膜３０にＦＩＢを照射して、このデポジション膜３０をスパッタ除去することで、もしくは、プローブ
２７先端付近をＦＩＢ照射によって切断することで、プローブ２７を摘出試料２５から分離する。これにより、微小試料片２５は微小試料キャリア２９上に固定保持され、完全に自立する。
【０００６】
最後に、ＦＩＢ照射によって、試料片の観察所望領域が厚さ１００ｎｍ以下程度の観察用薄膜領域３２になるように、その両側領域３１，３１′をＦＩＢ照射による削除加工を行う。図２ｈは、微小試料２５の上面を直視する方向から観た図である。観察領域３２を薄く残るように仕上げ加工して、一連のＴＥＭ試料作製プロセスが完了する。この結果、横幅約１５μｍで，深さが約１０μｍの観察領域３２が形成でき、ＴＥＭ観察用試料とすることができる。
【０００７】
このような試料作製方法において、微小試料キャリア（公知例によっては種々の呼び方がされているが、元試料から摘出した微小試料を固定するための試料台であれば趣旨は同じである）は、摘出した微小試料を搭載し、ＴＥＭやＳＥＭ等の観察・分析装置に持ち込むための手段として実用に共されている。
【０００８】
実用の微小試料キャリアは、例えば均一厚の金属製の薄板で半円形や短冊形をしており、摘出した微小試料はその厚み部の端面に固定する。その端面をここでは試料固定部３３と呼ぶ。
【０００９】
特許文献１には、切り欠きを有するドーナツ状円板で、中央の開口を横たわるように金属細線を固定したサンプルキャリアや、半円円弧状に曲げられた金属線に円弧の直径部に金属細線を固定したサンプルキャリアの例が示されている。
【００１０】
特許文献２や３においては、微小試料キャリアの別形態として、試料を固定する部分が傾斜形状のものも提案されている。電子ビーム照射時に発生する反射電子や散乱電子が微小試料キャリアを叩き、微小試料キャリアの成分の組成Ｘ線がシステムノイズとして発生するためで、反射電子や散乱電子が当たりにくくするためである。
【００１１】
微小試料固定部が薄くなければならないのは、摘出した試料が１０μｍオーダであるため、ＴＥＭやＳＥＭで観察しようと微小試料の観察面に電子線を照射する際、微小試料キャリアの僅かな傾きによって電子線が遮られ、本来の目的である観察や分析が出来なくなるためである。実用的には機械的強度やハンドリングのし易さを考慮して、厚さは５０〜１００μｍ程度である。
【００１２】
また、特許文献３には、ＴＥＭ試料底面と試料取付け面が同角度で傾斜させて、試料底面全面を固定する。また、枠構造に中空内部に突出した突出部を設け、その突出部にTEM試料を設置する方法とサンプルキャリアの構造が開示されている。
【００１３】
さらに、特許文献４には、高精度ＥＤＸ分析を実現させるために試料台を純度９９.９％以上のスズもしくはスズ系合金とし、試料を固定する端面を鏡面研摩し、更にカーボンでコーティングし、形状を厚さ１０〜１００μｍの板状としたサンプルキャリアが開示されている。
【００１４】
また、非特許文献１には、バルク試料からＦＩＢとマイクロプローバを用いて微小試料の摘出からＴＥＭ試料に仕上げるマイクロサンプリング法の全般について解説されている。
【００１５】
次に、従来の試料作製装置の構成について図３で説明する。
【００１６】
図３において、試料作製装置４１は試料ステージ４２に載置した元試料４３に対して
ＦＩＢ４４を照射するＦＩＢ照射光学系４５，ＦＩＢ４４の照射部から発生する二次電子や二次イオン等の二次粒子を検出する二次粒子検出器４６，ＦＩＢ照射領域にＦＩＢアシストデポジション膜（例えば、タングステンやプラチナ）を形成するために必要なガスを供給するガス供給手段４７，このガス供給手段４７は先端のガス照射部が内径１００μｍ程度のノズル４８を有しており、ＦＩＢ照射領域に限定してガスを供給することができる。
【００１７】
元試料４３は例えば半導体ウェーハであり、このウェーハは直接固定できるウェーハホルダー５１に設置されていて、必要に応じてＦＩＢ視野に移動させ微細領域に加工する。
【００１８】
プローブ５２はプローブ微動機構５３によって試料室５４内で少なくとも３軸（ＦＩＢ光学系の軸に対して平行および、垂直２方向）に移動できる。
【００１９】
微小試料キャリアホルダー５５は元試料４３から摘出した微小試料を固定する微小試料キャリア５６を設置する手段で、必要に応じて微小試料キャリア５６（つまり微細試料）を傾斜できる。また、元試料４３の表面やＦＩＢ４４によって加工した断面をＳＩＭ（走査イオン顕微鏡）像として、もしくは加工面をＳＥＭ像として表示手段６０に表示できる。符号５０はＳＥＭであり、元試料４３の表面や断面、プローブ５２の先端等を高倍率で観察できる。
【００２０】
これら各部の制御にはＳＥＭ制御装置６１，プローブ制御装置６２，ＦＩＢ制御装置
６３，ガス供給手段制御装置６４，二次粒子検出制御装置６５，ステージ制御装置６６を用い、これらと表示手段６０は計算処理装置６７と連結されており、表示手段６０から各機構系の命令や、各部からのデータを集積し、演算や記憶の命令が下せる。
【００２１】
上述の試料作製装置４１で作成された微小試料は、微小試料キャリア５６に固定したまま、微小試料キャリア５６をＴＥＭホルダー（ＴＥＭにおける試料台）の先端部に搭載してＴＥＭ観察が出来る。このような装置構成により、解析対象とする微細領域を含む試料を人手に触れることなく、ＴＥＭに導入することができる。
【００２２】
【特許文献１】特表９９−５５０６号
【特許文献２】特開平１１−１０８８１３号公報
【特許文献３】特開２００２−３１９３６３号公報
【特許文献４】特開２００１−２４２０５１号公報
【非特許文献１】精密工学会誌、第６８巻、第６号（平成１４年６月５日発行）、第７５６頁〜７６０頁。梅村馨ら著、『電子顕微鏡用マイクロサンプリング技術の開発』
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、従来の試料作製装置は以下のような問題を有していた。
（１）従来の微小試料キャリアは銅やモリブデン，ニッケルなどの金属で出来ていたため、ＥＤＸ分析時に、試料への電子線照射により発生した反射電子や散乱電子が微小試料キャリアに当たり、そこで発生した特性Ｘ線がノイズ信号，システムノイズとして検出スペクトルに混入し、所望分析領域の信頼性ある組成分析ができなかった。また、分析領域付近にある保護膜成分やＴＥＭ試料に残存したプローブ断片の成分が、分析結果に重畳されてしまい分析結果の信頼性を低下させていた。
（２）微小試料キャリアに固定した微小試料へのＦＩＢ加工において、試料を通過した
ＦＩＢが微小試料キャリアを照射し、そこから発生したスパッタ粒子が微小試料の加工試料面に付着する。スパッタ粒子は微小試料キャリア成分の重金属であるため、ＴＥＭ観察時に電子線の透過を阻害する。ＴＥＭ観察像には斑点状に対象試料を被うように現れ、対象物を高分解能で観察することができなかった。これらの問題点を、図４を用いて詳細に説明する。
【００２４】
［ノイズ信号の問題］
図４は、微小試料キャリアと固定された微小試料の関係と、入射電子線の関係を説明する断面図である。図４（ａ）は、微小試料キャリア７０に固定された微小試料７１に入射電子線７２が照射され、特性Ｘ線７４，７４′が発生している様子を断面図で示している。７３は観察部であり、ＦＩＢによって薄膜化加工された部分である。観察部７３を透過した透過電子７５を拡大して顕微鏡像として観察する。電子線の照射部からはその箇所の組成に応じた特性Ｘ線７４，７４′が発生するため、電子線走査に合わせて検出信号を対応位置に配置すると組成マップができる。
【００２５】
具体的数値として、微小試料キャリア７０の厚さは約５０μｍであり、観察部７３の高さは上端から５μｍ程度である。微小試料の設置位置は、ＥＤＸ分析時に透過散乱電子によるノイズ発生を避けるために、微小試料キャリア７０の（入射電子に対して）最下流側に設置している。このような位置関係で微小領域の形状観察や組成分析ができる。
【００２６】
このような微小試料キャリア７１に関連する問題点は、まず、対象試料の組成分析におけるシステムノイズと呼ばれるノイズ信号である。
【００２７】
図４（ｂ）は微小試料キャリア７０からのシステムノイズの問題を説明するための図である。入射電子７２は微小試料７１を通過して透過電子７５となると共に、観察部７３で反射される反射電子や散乱電子７６も発生する。散乱電子７６は微小試料キャリア７０に当たった場合、当たった箇所から微小試料キャリア７０成分の特性Ｘ線（ノイズ）７７を発生する。また、求めるべき分析箇所から発生したＸ線が、タングステンやプラチナなどの重金属に当たり、反射され、検出器に入るため、デポジション膜やプローブ部分が分析領域の成分であるかのうように誤解される。これがシステムノイズである。微小試料キャリア７０が銅やモリブデン等、重金属の場合、電子照射によって発生するＸ線量が多く、システムノイズとして無視できなくなる。このようなことにより、対象試料組成の計測結果の定量性が欠けたり、逆に、本来存在しない対象試料組成に新たな成分が含まれているような誤解釈を招いたりする。
【００２８】
また、別の問題として、微小試料の加工時に見られる試料観察面へのスパッタ粒子の付着の問題がある。これを図５（ａ），（ｂ）で説明する。
【００２９】
観察試料を高分解能，高倍率でＴＥＭ観察したり、高感度で分析したりするために、最終的な観察・分析試料面には本来あってはならない形状や異物が付かないように清浄に仕上げる。図２で示した試料作製方法で顕現化してきた問題は、図５（ａ）のように微小試料キャリア７０に固定した微小試料７１に対して照射したＦＩＢ７８が微小試料キャリア７０を照射し、その照射部から発生するスパッタ粒子７９が観察試料部７３に付着する。例えば、シリコンから成る微小試料を加速電圧３００ｋＶのＴＥＭで試料加工面を３００万倍程度の高倍率で観察すると、シリコンの結晶格子像は確認できるものの、観察視野の所々に斑点状の薄い陰が見られ、シリコン結晶格子が見られなくなる。これは試料作製時に微小試料キャリアをＦＩＢ照射したことで発生した微小試料キャリアのスパッタ粒子である。特に、スパッタ粒子が重元素の場合は影が強く見え、所望領域の高倍率観察を阻害する場合が生じる。つまり、微小試料キャリアの素材には重元素は好ましくないことが判る。
【００３０】
特許文献２や３に示されている傾斜面を有する微小試料キャリア８０′を用いると反射電子によるシステムノイズとしての特性Ｘ線の発生が抑制され、組成分析の信頼性は向上するが、ＦＩＢ照射によって発生する微小試料キャリア８０からのスパッタ粒子９５は大きく削減させることが出来ず、高倍率観察には満足できない。
【００３１】
このように、上述の試料作製装置で作製した試料では形状観察や組成分析が出来ないという問題が顕在化してきた。
【００３２】
以上より、本発明で解決しようとする課題を纏めると、
（１）ＥＤＸ分析のシステムノイズが少ない信頼性ある測定結果を得られるようにすること、
（２）微小試料キャリアからのスパッタ粒子の加工試料面への付着を防ぎ、高分解能TEM観察ができるようにすること、
である。
【００３３】
そこで本発明の目的は、上記の課題に鑑み、ＴＥＭやＳＴＥＭを用いたＥＤＸ分析時に微小試料キャリアからのシステムノイズが少なく、高倍率でも明瞭にＴＥＭやＳＴＥＭ観察できる試料を載置する電子顕微鏡用試料台を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
上記課題を解決するため、本発明は微小試料キャリア（試料台）の少なくとも表面を炭素，導電性高分子材料，炭素繊維，ガラス状炭素，高分子材料，炭素細棒の中から選ばれた少なくとも１種で構成したことを特徴とする。
【００３５】
少なくとも表面をそのような材質で構成するために、コーティング，接着等の従来の技術が適用できる。この材質の厚さはできるだけ厚い方が良く、コスト，強度等の問題がなければむく材（単一材料で構成）の使用が好ましい。また、強度向上のため、炭素繊維で強化したカーボン／カーボンコンポジットや、繊維強化した導電性高分子材料なども使用できる。試料台の形状は特に問わないが、図１の（ａ）（ｂ）に示すような半円形状，短冊状が製造コスト，強度の面で好適である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の試料作製装置における微小試料キャリアは炭素で構成されているため、試料のＥＤＸ分析時に、試料からの反射電子や散乱電子が微小試料キャリアに当たった箇所からの、システムノイズとなる微小試料キャリアの成分の特性Ｘ線を大幅に削減できるという利点がある。また、微小試料キャリアを炭素で構成することで、たとえ微小試料キャリアからのスパッタ粒子が観察面に付着しても、電子線の入射には影響することはないため、高倍率の観察が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
特に微小試料の高感度組成分析や高倍率観察を実現するために、微小試料キャリアからのシステムノイズを軽減し、試料加工時に微小試料キャリアからのスパッタ粒子が観察面へ付着することを軽減するという目的を、微小試料キャリアを炭素で構成することで実現した。
【実施例１】
【００３８】
図１は、本発明による試料作製装置における微小試料キャリア１の一実施例の斜視図である。
【００３９】
微小試料キャリア１は微小試料固定部２を有しており、その微小試料固定部２は薄板の厚み方向の側面である点は従来とほぼ同様である。また、全体形状は、ＴＥＭホルダー形状やＦＩＢ装置における取付け部の構造に依存するため、半円形（図１（ａ））や矩形
（図１（ｂ））でも良い。本発明の主体は、このような微小試料キャリアが炭素で作製されていることが特徴である。具体的な寸法例として、直径２.９８mm ，厚さ３０μｍのグラファイト製の半円板で、半円板の直径に相当する部分が微小試料固定部３となる。ここで、厚さ３０μｍの例を示したが、機械的強度があれば更に薄くてもよい。
【００４０】
微小試料キャリア１の素材は炭素であるが、素材の調整材として微量の金属元素が混入していると、目的とする対象物のＥＤＸ分析時にノイズ信号として検出され、真の組成データと誤解する危険性があるので純炭素もしくは純炭素に極力近いことが望ましい。具体的にはグラファイト，炭素繊維，ガラス状炭素（グラッシーカーボン）などで構成すれば良い。
【００４１】
また、別の素材として、炭素，酸素，水素からなる高分子材料であってもよい。高分子材料を用いる場合は、導電性でかつ、機械的強度があり、真空中で脱ガスの殆どない物性であることが望ましい。また、ＴＥＭ観察時では、照射電子エネルギが高いため、電子ビーム照射領域で発生する熱を容易に拡散させる熱伝導性の良い物性であれば好ましい。具体的には、ポリアセチレンなど導電性高分子材料が好ましい。
【００４２】
また、上記の条件を満足させるために、高分子材料を基板にして炭素をコーティングした構造でも良い。ただし、金属を基板にして炭素を蒸着したものではシステムノイズを低減する効果はない。
【００４３】
［１］ＥＤＸ分析におけるノイズ信号
次に、本発明による微小試料キャリアを用いた場合と従来の微小試料キャリアを用いた場合で、微小試料の組成分析を行った場合のノイズ信号の比較を行う。微小試料キャリアの素材は従来の微小試料キャリアは銅製で、本発明のものは純炭素製である。用いた試料はほぼ同じ形状に加工したシリコン結晶である。分析方法は、ＥＤＸ付きＴＥＭを用いて同じ条件で計測した。試料はシリコン結晶であるので、本来はシリコンのみの信号を得られるはずで、その他の元素が検出されれば、試料に付着した不純物と見なすことができる。
【００４４】
図６は、ＥＤＸ分析結果を示すスペクトルで、破線が従来の微小試料キャリア、実線が本発明による微小試料キャリアを用いた場合である。特に図６（ａ）は測定された全ピーク（０〜１０ｋｅＶ）である。検出された元素は、シリコン（Ｓｉ−Ｋ線），炭素（Ｃ−Ｋ線），銅（Ｃｕ−Ｋ線）である。炭素ピークは両スペクトル共、ほぼ同程度で、この程度の強度は、大気中もしくは計測機器内の残留炭素が付着した場合の強度とほぼ同程度で、特に、今回、炭素製の微小試料キャリアを用いることによって増大する傾向はない。図６（ｂ）は銅ピーク部（７〜９ｋｅＶ）の拡大図である。従来の微小試料キャリアでは銅ピークは高く、炭素製の場合は約１／２０に減少している。これが炭素製微小試料キャリアの効果を示している。但し、約１／２０に減少したものの僅かに検出される銅ピークは、ＴＥＭホルダー内で用いられている別の銅製部品を励起した信号で、微小試料キャリアから発生しているものではないことが別の実験で確認できている。このように、検出信号におけるシステムノイズを大幅に削減させることができた。このように、本発明による微小試料キャリアを用いることで、ＥＤＸ組成分析においてノイズ信号を削減できる効果が確認できた。
【００４５】
［２］高倍率観察における鮮明度
図５（ｂ）に見られた、微小試料のＦＩＢ加工時に発生する微小試料キャリア８０のスパッタ粒子１０２が加工試料面９６に付着するために、高倍率観察が損なわれる問題は、図５（ｂ）のように、微小試料１１２を加工したＦＩＢ１０１は直下の炭素製の微小試料キャリア１１０に当たり、炭素をスパッタするため、たとえこのスパッタ粒子が観察部に付着しても、電子線の照射には影響を受けず高倍率観察が可能となる。
【００４６】
今回発明した純炭素性の微小試料キャリアにシリコン結晶から成るＴＥＭ観察用の微小試料を固定し、高倍率観察することでその効果を確認した。この微小試料を高倍率ＴＥＭ観察した結果、従来見られた斑点状の薄い陰は観察領域全体に渡って確認されず、シリコンの結晶格子が明瞭に観察できた。本発明による微小試料キャリアの効果であることが確認できた。
【００４７】
以上、本発明による効果を纏めると、
（１）発明による微小試料キャリアに固定した微小試料をＥＤＸ分析する場合、微小試料キャリアを励起したノイズピークを従来の１／１０以下に減少させられる。
（２）観察領域に微小試料キャリアからのスパッタ粒子が付着したとしても、それらは重金属ではなく炭素であるため、観察時に照射する電子ビームは炭素を透過し、観察像には殆ど影響しない。このため高倍率観察においても試料を高分解能で観察できる。
【００４８】
なお、ＦＩＢ加工で一般に用いられるデポジション膜はタングステンやプラチナであるが炭素にするとなお良い。デポジション膜形成用ガス種として炭素と水素のみ、もしくは、炭素と水素と酸素から構成されたガス種を用いて、炭素膜をデポジションする方法は知られている。このように、微小試料キャリアおよびデポジション膜種も炭素とすることで、試料周辺には金属元素が無くなり、ＥＤＸ信号へのノイズ信号混在はさらに減少できる。さらには、プローブ材も炭素にすれば、微小試料に残されたプローブ先端の影響も無くなる。
【実施例２】
【００４９】
微小試料キャリアは上記実施例１で示した形状や固定方法に限ることはなく、種々の改変は可能である。図７（ａ）のように、微小試料キャリア１０１は半円形の基板１０２に薄膜小片１０３を付着させ、その薄膜小片１０３の端面である微小試料固定部１０５に摘出した微小試料１０６を設置するようにしてもよい。基板そのものを加工して、その一部を薄膜化することは困難であるので、やや厚めの基板に薄膜小片を固定する方法のほうが、生産効率は良い。薄膜小片１０３の基板１０２への固定には、レーザ誘起デポジション膜や導電性接着材１０４を用いることで、簡便で安価に信頼性高く作製できる。また、図７（ｂ）は、微小試料１０６を基板１０２′の端面ではなく、Ｖ字に切り欠いた部分に固定する例である。ここで、基板１０２′を厚さ３０μｍのグラファイトで作成した。評価対象となる微小試料が基板１０２′の最上面から突き出た形態ではないため、微小試料キャリア１０２′の取扱い時に他の部材への接触などによる微小試料１０６の破損を防止することができる。
【００５０】
また、微小試料キャリアの組成は、実施例１に示したように純炭素性に限ることはなく、炭素と水素、もしくは炭素，水素，酸素から構成される高分子材料を成形して用いてもよい。これにより安価に作製でき、純炭素製のように取扱い時に破断する危険性はない。さらに、電気伝導性を高めるためにポリアセチレンなど導電性高分子材料で作製してもよい。これによりＴＥＭ観察時に観察試料が帯電を起すことはない。また、微小試料キャリアの芯材に高分子材料を用いて、その外面を炭素で覆うことで、作製費用の安価化と良好な電気伝導性を実現できる。勿論、本来本発明の本質であるシステムノイズが削減でき、高倍率の観察にも支障を起さない微小試料を固定する部分を炭素繊維とし、薄膜加工やナイフエッジ加工を不要とした。
【００５１】
図８は微小試料キャリア１１０の別の実施形態を示す。半円環状の支持部１１１の直径方向に炭素繊維１１２を固定した例である。ここで用いた炭素繊維は直径８μｍで、支持部には炭素繊維の両端をカーボンペースト１１３で固定した。このカーボンベーストは初期に粘性があるが、時間と共に固化するため接着剤のように使え、導電性であり真空中で脱ガスが少ないため真空部品に使うには好適である。支持部１１１の半円環はモリブデン製で、外径３mm，内径２mm，厚さ５００μｍである。固定した炭素繊維の中央部付近に摘出した微小試料１１４を固定することになるので、微小試料の幅が２０μｍとし、５０
μｍの間隔を空けて固定した場合、炭素繊維の中心付近に約１mmの間に約１４個の微細試料を設置できる。
【００５２】
１個の試料キャリアに搭載できる微小試料の数は、互いの設置間隔に依存するが、１０から２０個程度である。そこで、支持部に固定する炭素繊維の数を増やすことで、設置個数の増加が見込める。
【００５３】
本実施例では、図８（ｃ）にあるように、２本を固定した。但し、支持部の同じ面内に複数本の炭素繊維を設置しても、すべての炭素繊維に微小試料を固定できないので、図８（ｃ）のように、支持部１１１に段を設け、それぞれの段に炭素繊維を固定するようにした。このような構造によって全ての炭素繊維上に摘出した微細試料を設置することができる。１個のキャリアに固定される微小試料の数は、固定された炭素繊維の総本数がＮ本とすると、１本の場合のＮ倍もの数が期待できる。
【００５４】
図８（ａ），（ｂ）では炭素繊維を用いた例を示したが、メカニカルペンシルの芯のような炭素細線であってもよい。また、微小試料を炭素繊維の側面に固定する事例を示したが炭素細線の長手方向の端面でもよい。図８（ｃ）は支持部１１１″にカーボンペースト１１３″で固定した炭素細線１１２″の端面に微細試料１１４″を固定した例である。炭素細線の端面は図のように斜面を作り、端面の面積を更に小さくしたり、円錐状に加工したりした先端に微小試料を固定することで、ＴＥＭ観察時に電子線が遮蔽されることが無く、さらにＥＤＸ分析時には周辺からのノイズ的なＸ線の発生が抑制される効果を有する。
【実施例３】
【００５５】
本実施例３は、炭素製の微小試料キャリアに、炭素製のプローブによって摘出された微小試料を炭素から成るデポジション膜によって固定する実施例であり、図９を用いて説明する。
【００５６】
図９（ａ）において微小試料キャリア１２０は炭素から出来ており、Ｃ字形状をしている。元の試料から摘出された微小試料１２１は、炭素製のプローブ１２２に炭素デポジション膜１２３によって固定され、微小試料キャリア１２０に接近する。ここで、炭素製プローブ１２２は直径５μｍ，長さ約３０μｍの炭素繊維から成り、金属性プローブ（不図示）の先端に固定されている。炭素デポジション膜１２３は、一般に知られた炭素，酸素，水素を成分元素とするガスを膜形成に供給しながらＦＩＢ照射することで形成でき、微小試料１２３とプローブ１２２の接着材の役割を果たす。
【００５７】
図９（ｂ）は、プローブ１２２を微小試料キャリア１２０に固定した状態を示しており、微小試料１２１を保持したプローブの先端部は、キャリアの厚み面１２４にデポジション膜１２５によって固定する。微小試料は微小試料キャリア１２０の中央開口部に位置するように配置する。プローブの固定後、プローブをＦＩＢ照射によって切断する。符号
１２２ｂは切断後のプローブを、符号１２２ａは微小試料キャリア１２０に固定されたプローブを示す。
【００５８】
これまでの微小試料の固定方法は、特許文献１や非特許文献１に示すように、微小試料自体を微小試料キャリアに固定する方法であったが、本例は微小試料を固定したプローブを固定することが従来例とは異なり、摘出した微小試料そのものへのＦＩＢの直接照射の機会が少なくなり照射損傷が軽減される。具体的寸法として、微小試料キャリアの外形直径は２.９５mm 、中央開口部の直径は１mm，厚さ１００μｍ、Ｃ字形状の切り欠き角は
９０°である。この程度の厚さの炭素製板は強度的に強く、このような形状に加工することは比較的容易であると共に、微小試料を直接キャリアに固定しないため、固定面の平坦性や精度などを厳しく求めることは無いので、この炭素製の微小試料キャリアは比較的安価に作成できる利点を有することになる。
【００５９】
図９（ｃ）は、作製された試料を透過電子顕微鏡もしくは走査透過電子顕微鏡で観察している状況を示した模式図であり、微小試料キャリアは固定具１２６によって挟み込まれて固定され、固定された微小試料１２１に電子線１２７が照射されている様子を示している。固定具１２６は金属製であるが、観察対象の微小試料１２１から約１mm離間している。なお、固定具１２６の具体的形状は図９（ｃ）の形状に限定されることはなく、微小試料キャリアを固定し、対象試料がＴＥＭ観察できれば、構造の自由度は大きい。分析対象である微小試料１２１をＥＤＸ分析するために電子線１２７を試料に照射し、その照射部で発生した二次電子もしくは反射電子，散乱電子による固定具１２６からＸ線は殆ど発生せず、取得したＸ線信号には装置環境から混入するいわゆるシステムノイズは大幅に低減された。
【００６０】
このように、微小試料キャリア，デポジション膜，プローブの材質を炭素に変えたため、ＥＤＸ分析においてシステムノイズ量が激減し、さらに固定具をも炭素製にすることでシステムノイズはほぼ無視できる環境となる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明による微小試料キャリアの典型的な実施例を示した斜視図である。
【図２】従来の微小試料の作製方法の手順例を示した説明図である。
【図３】本発明の微小試料キャリアを用いる試料作製装置の全体構成を示した説明図である。
【図４】従来の微小試料キャリアにおける問題点を説明するための断面図である。
【図５】従来の微小試料キャリアにおける別の問題点を説明するための断面図である。
【図６】本発明による微小試料キャリアを用いた場合の効果を説明する図である。
【図７】本発明による微小試料キャリアの別の形態を示した斜視図および断面図である。
【図８】本発明による微小試料キャリアの別の形態を示した斜視図である。
【図９】本発明による微小試料キャリアの別の形態、および試料作製方法を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６２】
１，７０，８０，１０１，１０１′，１１０，１２０…微小試料キャリア、２，３，
７１，１１２…微小試料固定部、２５，１２１…微小試料、７４，７４′…特性Ｘ線、
７７…ノイズ、１２２…プローブ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束イオンビーム照射手段と、
該集束イオンビーム照射手段からの集束イオンビームを照射する試料を固定するための試料台と、
を備えた集束イオンビーム加工装置であって、
前記試料台の、少なくとも表面が炭素からなることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項２】
集束イオンビーム照射手段と、
該集束イオンビーム照射手段からの集束イオンビームを照射する試料を固定するための試料台と、
を備えた集束イオンビーム加工装置であって、
前記試料台の、少なくとも表面が導電性高分子材料からなることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の集束イオンビーム加工装置において、
前記試料台の少なくとも試料が接する部分が炭素繊維，ガラス状炭素，高分子材料，炭素細棒のうちのいずれかで構成されたことを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の集束イオンビーム加工装置において、
前記試料台が半円形状または短冊状であることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の集束イオンビーム加工装置において、
更に、前記試料を保持し移動させるプローブを備え、かつ該プローブの少なくとも表面が炭素からなることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の集束イオンビーム加工装置において、
更に、前記試料を保持し移動させるプローブを備え、かつ該プローブがガラス状炭素もしくは炭素繊維からなることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の集束イオンビーム加工装置において、
更に、前記集束イオンビーム照射手段からの集束イオンビーム照射によってガス成分を堆積させるガスを前記試料台が置かれた試料室内に供給するガス供給手段を備え、該ガスが炭素を含み、さらに水素と酸素のいずれか、もしくは水素と酸素の両者を含むガスであることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項８】
集束イオンビーム照射手段と、
該集束イオンビーム照射手段からの集束イオンビームを照射する試料を固定するための試料台と、
を備えた集束イオンビーム加工装置の試料台であって、
該試料台の、少なくとも表面が、炭素，導電性高分子材料，炭素繊維，ガラス状炭素，高分子材料，炭素細棒の中から選ばれた少なくとも１種からなることを特徴とする集束イオンビーム加工装置の試料台。
【請求項１】
集束イオンビーム照射手段と、
該集束イオンビーム照射手段からの集束イオンビームを照射する試料を固定するための試料台と、
を備えた集束イオンビーム加工装置であって、
前記試料台の、少なくとも表面が炭素からなることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項２】
集束イオンビーム照射手段と、
該集束イオンビーム照射手段からの集束イオンビームを照射する試料を固定するための試料台と、
を備えた集束イオンビーム加工装置であって、
前記試料台の、少なくとも表面が導電性高分子材料からなることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の集束イオンビーム加工装置において、
前記試料台の少なくとも試料が接する部分が炭素繊維，ガラス状炭素，高分子材料，炭素細棒のうちのいずれかで構成されたことを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の集束イオンビーム加工装置において、
前記試料台が半円形状または短冊状であることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の集束イオンビーム加工装置において、
更に、前記試料を保持し移動させるプローブを備え、かつ該プローブの少なくとも表面が炭素からなることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の集束イオンビーム加工装置において、
更に、前記試料を保持し移動させるプローブを備え、かつ該プローブがガラス状炭素もしくは炭素繊維からなることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の集束イオンビーム加工装置において、
更に、前記集束イオンビーム照射手段からの集束イオンビーム照射によってガス成分を堆積させるガスを前記試料台が置かれた試料室内に供給するガス供給手段を備え、該ガスが炭素を含み、さらに水素と酸素のいずれか、もしくは水素と酸素の両者を含むガスであることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項８】
集束イオンビーム照射手段と、
該集束イオンビーム照射手段からの集束イオンビームを照射する試料を固定するための試料台と、
を備えた集束イオンビーム加工装置の試料台であって、
該試料台の、少なくとも表面が、炭素，導電性高分子材料，炭素繊維，ガラス状炭素，高分子材料，炭素細棒の中から選ばれた少なくとも１種からなることを特徴とする集束イオンビーム加工装置の試料台。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−１７２９５８（Ｐ２００６−１７２９５８Ａ）
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３６５２６２（Ｐ２００４−３６５２６２）
【出願日】平成１６年１２月１７日（２００４．１２．１７）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１７日（２００４．１２．１７）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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