JP2020098762A - 搬送用治具、試料片作製方法および試料片分析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】真空を破ることに伴う試料の変質を抑制する。【解決手段】試料Ｓを集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置内へと搬送する搬送用治具１であって、試料Ｓを搬送用治具１に固定する第１固定部材と、ＦＩＢ装置内にて試料Ｓから摘出された試料片ＳＰを保持する保持部材３を搬送用治具１に固定する第２固定部材と、を備えた、搬送用治具１およびその関連技術を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、搬送用治具、試料片作製方法および試料片分析方法に属する。

特許文献１の［請求項１］［請求項６］等には、金属含有粒子を樹脂でコーティングしたものから、観察対象となる箇所（すなわち金属含有粒子を含む箇所）を試料片として摘出することが記載されている。この摘出には集束イオンビーム（以降、ＦＩＢとも称する。）が用いられる。この加工をＦＩＢ加工とも称する。摘出した試料片を薄片化したうえで電子顕微鏡による観察が行われる。

ＦＩＢ加工に関し、特許文献２も知られている。特許文献２では、グリッドサポート３０２に固定されたＴＥＭ（透過型電子顕微鏡用）グリッド１００と呼ばれる保持部材に対し、薄片化された試料片２００を保持させ、その状態の試料片に対しＴＥＭを用いた分析を行っている（例えば特許文献２の図２、図３）。

特開２０１６−１４５７６８号公報 米国特許第７４２３２６３号明細書

ＦＩＢ装置内にて薄片化された試料片を得るためには、ＦＩＢ装置内にバルク試料（単に試料とも称する。）を搬送しなければならない。従来だと試料搬送後、特許文献２に示すＴＥＭグリッドと呼ばれる保持部材をＦＩＢ装置内に搬送していた。つまり、ＦＩＢ装置内を予め真空にしていた場合、試料搬送時および保持部材搬送時の２回、ＦＩＢ装置内の真空を破る必要がある。

上記のように真空を破る機会が複数回存在することにより試料の変質が生じ得ることが、本発明者の鋭意研究によって明らかとなった。試料が変質してしまうと、試料の本来の状態（例えば元素拡散状況等）を正確に分析できなくなる。

本発明の課題は、真空を破ることに伴う試料の変質を抑制することである。

この知見に基づき本発明者は、一つの搬送用治具に対し、試料と、ＦＩＢ装置内にて試料から摘出された試料片を保持する保持部材とを固定する、という手法を想到した。この手法ならば、ＦＩＢ装置内を予め真空にしていた場合、試料搬送時にのみＦＩＢ装置内の真空を破ることになり、試料の変質のおそれを抑制できる。

上記の知見に基づいて成された本発明の態様は、以下の通りである。
本発明の第１の態様は、
試料を集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置内へと搬送する搬送用治具であって、
前記試料を前記搬送用治具に固定する第１固定部材と、
前記ＦＩＢ装置内にて前記試料から摘出された試料片を保持する保持部材を前記搬送用治具に固定する第２固定部材と、
を備えた、搬送用治具である。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の態様において、
前記第１固定部材は押え部材である。

本発明の第３の態様は、
第１または第２の態様に記載の搬送用治具における前記第１固定部材にて前記試料を固定する第１固定工程と、
前記第２固定部材にて前記保持部材を固定する第２固定工程と、
前記第１固定工程および前記第２固定工程後、前記搬送用治具を前記ＦＩＢ装置内に搬送する搬送工程と、
前記ＦＩＢ装置内にて前記試料から前記試料片を摘出する摘出工程と、
前記摘出工程の雰囲気のまま前記ＦＩＢ装置内にて前記保持部材に対し前記試料片を保持させる保持工程と、
を有する、試料片作製方法である。

本発明の第４の態様は、
第１の態様に記載の試料片作製方法にて作製された前記試料片を分析する分析工程を有する、試料片分析方法である。

本発明によれば、真空を破ることに伴う試料の変質を抑制する技術を提供できる。

図１は、本実施形態に係る搬送用治具をＺ１からＺ２に向かう方向で見た時の概略平面図である。 図２は、本実施形態に係る搬送用治具をＹ２からＹ１に向かう方向で見た時の概略側面図である。 図３は、本実施形態に係るグリッドをＸ２からＸ１に向かう方向で見た時の概略正面拡大図である。 図４は、変形例に係る搬送用治具１をＺ１からＺ２に向かう方向で見た時の概略平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、以下に説明する。

＜搬送用治具＞
図１は、本実施形態に係る搬送用治具１をＺ１からＺ２に向かう方向で見た時の概略平面図である。
図２は、本実施形態に係る搬送用治具１をＹ２からＹ１に向かう方向で見た時の概略側面図である。
図３は、本実施形態に係るグリッドＧをＸ２からＸ１に向かう方向で見た時の概略正面拡大図である。
なお、本明細書においては天地方向の天の方向を上方（Ｚ１方向）、地の方向を下方（Ｚ２方向）とする。また、水平方向においてグリッドＧが設けられた側をＸ２方向、その反対方向であって固定されたバルク試料Ｓが設けられた側をＸ１方向とする。水平方向においてＸ１−Ｘ２に垂直な方向であって図１の上方をＹ１方向、その反対方向をＹ２方向とする。

本実施形態に係る搬送用治具１は、試料Ｓを集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置内へと搬送する機能を奏する。搬送対象となる試料Ｓには特に限定は無い。例えば形状および材質については特に限定は無い。但し、本発明の目的は試料Ｓの変質の抑制である。そのため、試料Ｓが大気雰囲気下では比較的変質しやすい材質の場合、本実施形態を適用することにより試料Ｓの変質を抑制でき、本発明の効果が顕著になる。本実施形態ではシート状の試料Ｓを例示する。

本実施形態に係る搬送用治具１は、主に以下の構成を備える。
・試料Ｓを搬送用治具１に機械的に固定する第１固定部材（本実施形態だと爪３）
・ＦＩＢ装置内にて試料Ｓから摘出された試料片Ｓ_Ｐを保持する保持部材を搬送用治具１に固定する第２固定部材（本実施形態だとクリップ４）

本実施形態に係る搬送用治具１の一具体例としては、以下のものを挙げる。
まず、金属製の土台２を用意する。

土台２のＸ１方向側には爪３が設けられている。この爪３に（バルク）試料Ｓを挟み込み、機械的に固定する。この爪３が本実施形態における第１固定部材の一例に該当する。

第１固定部材に関しては、試料Ｓを搬送用治具１に固定可能なもので、導電性があればその態様に限定は無い。例えば、第１固定部材については、試料Ｓを固定する押え部材のうち上記爪３以外のものを採用しても構わない。

土台２のＸ２方向側にはクリップ４が設けられている。このクリップ４にグリッドＧ（すなわち保持部材）を挟み込み、固定する。このクリップ４が本実施形態における第２固定部材の一例に該当する。

第２固定部材に関しても、ＦＩＢ装置内にて試料Ｓから摘出された試料片Ｓ_Ｐを保持する保持部材を搬送用治具１に固定可能なもので、導電性があれば、上記各構成の態様に限定は無い。例えば、第２固定部材については、グリッドＧを固定する押え部材のうち上記クリップ４以外のものを採用しても構わない。

また、各部材の素材に関しても、電気伝導性があり、分析対象となる試料Ｓの変質に影響を及ぼすおそれがないまたは少ないものであれば限定は無いが、試料冷却あるいは試料加熱を加味する場合は熱伝導性が高いものが好ましい。特に第２固定部材が固定するのはグリッドＧ（保持部材）であるため導電性さえあれば素材に限定は無く、クリップ４の押さえつけのような機械的な固定に限定されない。

なお、本実施形態の第１固定部材による「機械的な固定」とは、導電ペーストのような液体固化による固定ではなく、また導電テープのような粘弾性物質を用いた粘着による固定ではなく、挟み込みや引っ掛け等の物理的係合による固定を指す。

先に述べたように、導電ペーストを使用すると、試料Ｓの変質をもたらすおそれがある。また、導電性物質により構成され且つ粘弾性物質が設けられた導電テープの場合も不具合が生じることが本発明者の鋭意研究により明らかとなっている。

具体的に言うと、導電テープを用いる場合、ＦＩＢ加工の際のイオンビームによる加熱およびその加熱に対向して行われるＦＩＢ装置のステージでの冷却による温度変化により、導電テープに設けられた粘弾性物質が固化する等して、導電テープ自体が収縮／膨張する。このような固化、収縮が起こると、ＦＩＢ加工中に試料Ｓ位置が変動してしまい、適切に試料片Ｓ_Ｐを摘出するのが困難となるという知見が得られた。

そのため、本実施形態では、導電ペーストでも導電テープでもない、機械的な固定を行うべく、第１固定部材を搬送用治具１に備えさせている。

＜試料片作製方法＞
以下、本実施形態に係る搬送用治具１を用いて試料片Ｓ_Ｐを作製する方法について述べる。

まず、本実施形態に係る搬送用治具１における第１固定部材にて試料Ｓを機械的に固定する（第１固定工程）。

次に、第２固定部材にて銅（Ｃｕ）製のグリッドＧ（保持部材）を固定する（第２固定工程）。

保持部材の態様に限定は無い。本実施形態においては、例えば図３に示すように、特許文献２に記載のグリッドＧ、すなわちメッシュ（網目）の目部分を両断したもの（すなわち２つの凸部に挟まれた凹部（メッシュの目の一部）が複数存在するグリッド）の一部を使用する。

なお、第１固定工程および第２固定工程はグローブボックス内で大気非暴露下（例えばＡｒ雰囲気下）で行うのが、試料Ｓの変質を更に抑制可能となるため、好ましい。また、第１固定工程の前においてシート状の試料Ｓを準備する工程も、同じくグローブボックス内で大気非暴露下で行うのが好ましい。

第１固定工程および第２固定工程後、搬送用治具１は、容器内を所定の雰囲気下（Ａｒ雰囲気下すなわち大気非暴露下）に維持できる移送容器内に封入する。その状態で移送容器ごと、搬送用治具１をＦＩＢ装置内に搬送する（第１搬送工程）。

搬送工程に前後して、ＦＩＢ装置内は真空引きする。また、移送容器内も、ＦＩＢ装置に取り付けた段階で真空引きする。そして、ＦＩＢ装置内に搬送用治具１を配置し、搬送用器具の第１固定部材にて機械的に固定された試料Ｓから試料片Ｓ_Ｐを摘出する（摘出工程）。摘出工程としては、公知のＦＩＢ加工を適用すればよく、例えば特許文献１および特許文献２に記載の手法を適用すればよい。

そして、摘出工程の雰囲気のままＦＩＢ装置内にて保持部材に対し試料片Ｓ_Ｐを保持させる（保持工程）。この保持は、特許文献２に記載のように、グリッドＧ（保持部材）の凸部分の先端に試料片Ｓ_Ｐを付着させることにより行ってもよい。保持の態様に限定は無い。本工程は、既存のＦＩＢ装置に搭載された機能にて実施可能である。

＜試料片分析方法＞
以下、上記の試料片作製方法にて作製された試料片Ｓ_Ｐを分析する分析工程を有する、試料片分析方法について説明する。

分析工程は試料片Ｓ_Ｐに対する分析であれば特に限定は無い。例えば、ＦＩＢ装置内での試料片Ｓ_Ｐの表面観察（ＳＩＭ観察）でもよいし、ＳＥＭが付属した装置である場合はＳＥＭ観察でもよい。

その一方、別の装置を用いた分析を行ってもよい。この別の装置としては特に限定は無いが、例えばＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）装置を使用してもよい。ＴＥＭ装置を使用する場合、試料片Ｓｐを薄片化しておく必要がある。この薄片化の具体的な方法としては、特許文献１の［００４９］−［００５０］に記載の手法を採用してもよい。

このＴＥＭ装置を使用して分析を行う場合、先ほど挙げた移送容器を再度使用する。具体例を挙げると、移送容器内を所定の雰囲気下（例えばＡｒ雰囲気下すなわち大気非暴露下）とし、大気非暴露環境のグローブボックス内へと移送容器ごと搬送用治具１を搬送する（第２搬送工程）。そして、ＴＥＭ装置用のホルダーに、保持部材ごと試料片Ｓ_Ｐを設置する。その後、ＴＥＭ装置用ホルダーを移送容器内に封入する。その状態で移送容器ごと、ＴＥＭ装置用ホルダーをＴＥＭ装置内に搬送する（第３搬送工程）。その際、移送容器内の雰囲気は大気非暴露下（例えばＡｒ雰囲気）とする。そして、ＴＥＭ装置内にＴＥＭ装置用ホルダーを設置し、分析を行う。

＜本実施形態がもたらす効果＞
本実施形態に係る搬送用治具１によれば、試料Ｓと、ＦＩＢ装置内にて試料Ｓから摘出された試料片Ｓ_Ｐを保持する保持部材とを固定可能となる。そのため、ＦＩＢ装置内を予め真空にしていた場合、試料Ｓ搬送時にのみＦＩＢ装置内の真空を破ることになり、試料Ｓの変質のおそれを抑制できる。
しかも、一つの搬送用治具１に対し、試料Ｓと保持部材とを固定するとともに、導電ペーストではなく、機械的に搬送用治具１へと試料Ｓを固定することにより、試料Ｓに対して影響を与えることを抑制可能となる。
その結果、ＦＩＢ加工に伴う一連の作業中の試料Ｓの変質を抑制可能となる。

本実施形態に係る試料片作製方法によれば、本実施形態に係る搬送用治具１を使用しているため、真空を破ることに伴う試料Ｓの変質を抑制可能となる。また、本実施形態に係る試料片分析方法でも同様に、本実施形態に係る搬送用治具１を使用しているため、真空を破ることに伴う試料Ｓの変質を抑制可能となる。

＜変形例＞
なお、本発明の技術的範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。

図４は、変形例に係る搬送用治具１をＺ１からＺ２に向かう方向で見た時の概略平面図である。

本実施形態に係る図１においては、第１固定部材（爪３）が１個の場合を例示した。その一方、爪３の数には限定は無く、例えば図４に示すように、土台２に爪３を複数設けても構わない。爪３の数は４つでもよく、それ以外の複数個数でも構わない。例えば、図４に…で記載のように、Ｘ１−Ｘ２方向で３列以上の爪３を設けてもよいし、Ｙ１−Ｙ２方向で３行以上の爪３を設けてもよい。また、爪３の向きはいずれも同じ向きであってもよいし、別の向きであってもよい。

また、爪３の利用態様についてであるが、市販品等を利用した場合で土台２に既にねじが形成されている場合にはこれを使用してもよい。すなわち雌ねじ穴と雄ねじとの間に爪３を挟み込み、雄ねじを雌ねじ穴に螺合させることにより、爪３を固定してもよい。つまり、爪３と雌ねじ穴（すなわち土台）との間に試料Ｓを挟み込むことにより試料Ｓを固定してもよい。ねじが形成されていない場合にはねじを形成し上記の状況を可能にしてもよい。

また、図４の爪３の位置に、市販品等を利用した場合で既にねじが形成されている場合にはこれを使用してもよい。その場合、各爪３の代わりに、例えばＸ１−Ｘ２方向またはＹ１−Ｙ２方向で隣接する各雌ねじ穴を架け渡す長尺の押さえ部材を第１固定部材として使用してもよい。ねじが形成されていない場合にはねじを形成し上記の状況を可能にしてもよい。この構成を採用することにより、架け渡された長尺の押さえ部材の下に複数の試料Ｓを固定することができ、作業効率が向上する。

例えば本実施形態においては試料をＦＩＢ装置内へと搬送することを前提としたが、バルク試料から試料片を摘出可能な装置（更に言えば摘出可能な空間、所定の装置内への搬送、更に広義には所定の作業領域）内への搬送用途にも上記の搬送用治具は使用可能である。この搬送用治具の構成は以下の通りである。
「試料を搬送する搬送用治具であって、
前記試料を前記搬送用治具に固定する第１固定部材と、
前記試料から摘出された試料片を保持する保持部材を前記搬送用治具に固定する第２固定部材と、
を備えた、搬送用治具。」
この搬送用治具を用いた試料片作製方法および試料片分析方法も同様にＦＩＢ装置以外に適用可能である。

また、本実施形態においては試料を機械的に固定する第１固定部材を備えた搬送用治具について述べたが、それに限定されない。例えば、導電ペーストや導電テープにより試料を非機械的に固定する搬送用治具であっても、試料とグリッドとを共に搬送可能であることには違いなく、真空を破る回数を減らせることから、本発明の課題は解決される。

１………搬送用治具
２………土台
３………爪（第１固定部材）
４………クリップ（第２固定部材）
Ｇ………グリッド
Ｓ………（バルク）試料
Ｓ_Ｐ………試料片

Claims (4)

1. 試料を集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置内へと搬送する搬送用治具であって、
   前記試料を前記搬送用治具に固定する第１固定部材と、
   前記ＦＩＢ装置内にて前記試料から摘出された試料片を保持する保持部材を前記搬送用治具に固定する第２固定部材と、
   を備えた、搬送用治具。
2. 前記第１固定部材は押え部材である、請求項１に記載の搬送用治具。
3. 請求項１または２に記載の搬送用治具における前記第１固定部材にて前記試料を固定する第１固定工程と、
   前記第２固定部材にて前記保持部材を固定する第２固定工程と、
   前記第１固定工程および前記第２固定工程後、前記搬送用治具を前記ＦＩＢ装置内に搬送する搬送工程と、
   前記ＦＩＢ装置内にて前記試料から前記試料片を摘出する摘出工程と、
   前記摘出工程の雰囲気のまま前記ＦＩＢ装置内にて前記保持部材に対し前記試料片を保持させる保持工程と、
   を有する、試料片作製方法。
4. 請求項３に記載の試料片作製方法にて作製された前記試料片を分析する分析工程を有する、試料片分析方法。