(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を研磨盤上の円盤状の研磨材で研磨する研磨方法において、
前記研磨材に対して前記試料をＸ方向に移動するＸ軸テーブルと前記研磨材に対して前記Ｘ軸テーブルを前記Ｘ方向に直交するＹ方向に移動するＹ軸テーブルとを用い、前記試料を研磨する開始位置から前記研磨材上に沿って前記Ｘ方向と前記Ｙ方向との合成方向である渦巻き状に移動させる第１の工程と、
前記第１の工程による前記試料の移動過程を経て、前記開始位置と前記移動後の位置で前記研磨材に対する前記試料の研磨領域を変化させる第２の工程と、
前記第２の工程における前記研磨材に対する前記試料の研磨領域の変化に基づいて、前記研磨材上の研磨位置により生じる研磨量の差を補正する第３の工程とを同時に実行し、
前記試料の研磨領域を変化させるとは、前記試料を研磨する開始位置における前記研磨材の外周側に位置する前記研磨領域を内周側へ変えるとともに、前記試料を研磨する開始位置における前記研磨材の内周側に位置する前記研磨領域を外周側へ変えることである、
ことを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
前記請求項１に記載の研磨方法において、
前記第２の工程において、前記試料を研磨する開始位置からの前記試料の移動過程を経て、前記開始位置と前記移動後の位置で前記試料の研磨領域を前記研磨材の内外に対して変化させることを特徴とする研磨方法。
【請求項３】
前記請求項２に記載の研磨方法において、
前記第２の工程において、前記試料を研磨する開始位置からの前記試料の移動過程中に、前記開始位置と前記移動後の位置で前記試料の研磨領域を前記研磨盤の内外に対して連続して変化させることを特徴とする研磨方法。
【請求項４】
試料を研磨盤上の円盤状の研磨材で研磨する研磨装置において、
前記研磨材に対して前記試料をＸ方向に移動するＸ軸テーブルと前記研磨材に対して前記Ｘ軸テーブルを前記Ｘ方向に直交するＹ方向に移動するＹ軸テーブルとを用い、前記試料を研磨する開始位置から前記Ｘ方向と前記Ｙ方向との合成方向である渦巻き状の前記試料の移動過程を経て、前記開始位置と前記移動後の位置で前記研磨材に対する前記試料の研磨領域を変化させることにより、前記研磨材上の研磨位置により生じる研磨量の差を補正する試料移動機構を有し、
前記試料の研磨領域を変化させるとは、前記試料を研磨する開始位置における前記研磨材の外周側に位置する前記研磨領域を内周側へ変えるとともに、前記試料を研磨する開始位置における前記研磨材の内周側に位置する前記研磨領域を外周側へ変えることである、
ことを特徴とする研磨装置。
【請求項５】
前記請求項４に記載の研磨装置において、
前記ＸＹ移動機構は、前記試料を研磨する開始位置からの前記試料の移動過程を経て、前記開始位置と前記移動後の位置で前記研磨材の内外に対する前記試料の研磨領域を変化させるものであることを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料を偏研磨するのを回避する研磨方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶方位の観察にはＣＰ（Cross section Polisher）やＩＭ（Ion Milling）というイオンビーム加工装置が不可欠である。結晶の方位解析では、その前段階の研磨工程の仕上げによって大きく影響される。これまでの研磨紙や研磨剤を用いた機械研磨では、試料表面（観察面）に、研磨加工によって表面応力が発生したり、疵やボイド（穴）が生じたり、クラック（割れ）及び非晶質層が発生することがあった。
【０００３】
そこで、電解研磨によって加工層を除去する工夫も行われてきた。特にＥＢＳＤ(Electron Back Scattering diffraction Pattern)による結晶方位や歪分布状態の解析を行うときに、試料表面に加工変質層による加工歪みが存在すると正確に評価することができない。このため、非常に弱いイオンビームで再加工を行うことにより、例えば硬・軟質複合材料の界面においても凹凸のない、綺麗な研磨面を得ることができ微小領域の高倍率観察や結晶方位解析(ＥＢＳＤ)が可能な試料が作られてきた。
【０００４】
前記イオンビームでの加工方法は、その装置が高価であることに加えて加工時間も長時間掛かる。そこで機械研磨だけで結晶方位解析が容易にできる機械式研磨機の要求が高まっている。
【０００５】
機械式研磨機は試料と研磨盤の研磨材とを対峙させ、前記試料と前記研磨盤とを同一方向あるいは逆方向に回転させつつ前記試料を前記研磨材で研磨していた（例えば特許文献１，特許文献２）。前記研磨材とは、研磨に必要な部材を意味する。
【０００６】
従来の機械式研磨装置においては図２に示すように、円盤状の試料ホルダ３０に複数の試料３１を同心円上に配置して自転させつつ研磨盤３２上で公転させて、前記試料３１を前記研磨盤３２上の研磨材で研磨していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１４８４７９号
【特許文献２】特開２００４−２０９５６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図２から明らかなように、前記研磨盤３２が回転中心Ｏの周りに回転する際、前記研磨盤３２の外周側３２ａと回転中心側の内周側３２ｂとの周速に差が生じている。すなわち、前記試料３１の外側３１ａは前記研磨盤３２の周速が早い外周側３２ａで研磨され、前記試料３１の内側３１ｂは前記研磨盤３２の周速が遅い内周側３２ｂで研磨されることになる。
【０００９】
従って、前記試料３１の外側３１ａの研磨量は多く、前記試料３１の内側３１ｂの研磨量は少なくなり、前記試料３１の内側３１ｂと外側３１ａとの研磨量に前記研磨盤の周速の違いによる差が生じてしまい、前記試料３１が不均一に研磨されてしまう。
【００１０】
以上のように前記試料３１が不均一に研磨されると、その研磨面のうち比較的平坦な組織を顕微鏡で部分的に観察せざるを得ず、前記試料３１の結晶方位を研磨面全体で正確に観察及び分析することができないという課題があった。
【００１１】
さらに、比較的平坦な組織を顕微鏡で部分的に観察する場合であっても、周速差による研磨量不均一の影響が目的とする平面組織・積層組織及び界面組織に生じてしまい、正確に観察・分析することができないという課題があった。
【００１２】
従って、前記平面組織・積層組織及び界面組織の観察・分析に正確性を確保するには、機械式研磨機による研磨には限界があり、熟練者による高度な研磨方法で研磨する必要があった。
【００１３】
本発明の目的は、試料を研磨する際に研磨盤の内外周間に生じる周速差に起因する研磨量の不均一を補正する研磨方法及び研磨装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
従来は、機械式研磨機による研磨速度などを変更することにより、研磨量の不均一を補正する試みがなされているが、現状では改善されていないのが実情である。本発明者は、研磨量の不均一が研磨盤の周速差に起因することを突き止めて、試料を研磨する際に研磨盤の内外周間に生じる周速差に起因する研磨量の違いを補正することを実現させている。
【００１５】
具体的には、本発明に係る試料を研磨盤上の円盤状の研磨材で研磨する研磨方法は、前記研磨材に対して前記試料をＸ方向に移動するＸ軸テーブルと前記研磨材に対して前記Ｘ軸テーブルを前記Ｘ方向に直交するＹ方向に移動するＹ軸テーブルとを用い、前記試料を研磨する開始位置から前記研磨材上に沿って前記Ｘ方向と前記Ｙ方向との合成方向である渦巻き状に移動させる第１の工程と、前記第１の工程による前記試料の移動過程を経て、前記開始位置と前記移動後の位置で前記研磨材に対する前記試料の研磨領域を変化させる第２の工程と、前記第２の工程における前記研磨材に対する前記試料の研磨領域の変化に基づいて、前記研磨材上の研磨位置により生じる研磨量の差を補正する第３の工程とを同時に実行し、前記試料の研磨領域を変化させるとは、前記試料を研磨する開始位置における前記研磨材の外周側に位置する前記研磨領域を内周側へ変えるとともに、前記試料を研磨する開始位置における前記研磨材の内周側に位置する前記研磨領域を外周側へ変えることである、ことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明に係る研磨装置は、試料を研磨盤上の円盤状の研磨材で研磨する研磨装置において、前記研磨材に対して前記試料をＸ方向に移動するＸ軸テーブルと前記研磨材に対して前記Ｘ軸テーブルを前記Ｘ方向に直交するＹ方向に移動するＹ軸テーブルとを用い、前記試料を研磨する開始位置から前記Ｘ方向と前記Ｙ方向との合成方向である渦巻き状の前記試料の移動過程を経て、前記開始位置と前記移動後の位置で前記研磨材に対する前記試料の研磨領域を変化させることにより、前記研磨材上の研磨位置により生じる研磨量の差を補正する試料移動機構を有し、前記試料の研磨領域を変化させるとは、前記試料を研磨する開始位置における前記研磨材の外周側に位置する前記研磨領域を内周側へ変えるとともに、前記試料を研磨する開始位置における前記研磨材の内周側に位置する前記研磨領域を外周側へ変えることである、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明によれば、研磨材における試料を研磨する開始位置からの前記試料の移動課程を経て、前記開始位置と前記移動後の位置で前記研磨材に対する前記試料の研磨領域を変化させ、前記研磨材に対する前記試料の研磨領域の変化に基づいて、前記研磨材上の研磨位置により生じる研磨量の差を補正することができ、ＣＰやＩＭによる加工に代わる研磨を機械式研磨によって実現することができるという顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る研磨方法における試料の軌跡を示す図である。
【図２】従来例に係る研磨方法における試料の軌跡を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る研磨装置の全体を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る研磨装置の全体を示す上面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る研磨装置に用いるＸ軸駆動機構を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に係る研磨装置に用いるＹ軸駆動機構を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態に係る研磨装置に用いるＺ軸駆動機構を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態に係る研磨装置に用いるコントローラを詳細に示す構成図である。
【図９】本発明の実施形態に係る研磨装置に用いるコントローラが試料を研磨材の研磨面内に描く試料の移動パターンを示す軌跡図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る研磨装置に用いるウエイトキャンセラ及びウエイトコントローラを示す斜視図である。
【図１１】（ａ）は本発明の実施形態に係る研磨方法で研磨して金属組織を観察した顕微鏡写真、（ｂ）は従来例に係る研磨方法で研磨して金属組織を観察した顕微鏡写真である。
【図１２】金属組織を観察したＥＢＳＤ像であって、（ａ）は表面加工層のあるＥＢＳＤ像、（ｂ）は表面加工層がないＥＢＳＤ像をそれぞれ示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
本実施形態に係る研磨装置を示す図３において、図の上下方向にＺ軸方向、図の左右方向にＸ軸方向、図の奥行き方向にＹ軸方向をそれぞれ設定して説明する。さらに、本発明の実施形態に係る研磨装置による研磨には、単純に試料を研磨することにとどまらず、積層界面構造，多層膜（薄膜）の観察及び除去，結晶解析に必要な試料情報を得るための研磨，半導体の故障解析，メッキ層の構造解析，電子部品などの平面研磨や断面研磨を含むものである。
【００２１】
本実施形態は図１に示すように、研磨盤３の研磨材２上における試料５を研磨する開始位置から前記研磨材２上に沿って移動させる第１の工程と、前記第１の工程による前記試料５の移動過程を経て、前記開始位置Ｓ１と前記移動後の位置Ｓ２〜Ｓ１６で前記研磨材２に対する前記試料の研磨領域を変化させる第２の工程と、前記第２の工程における前記研磨材に対する前記試料の研磨領域の変化に基づいて、前記研磨材上の研磨位置により生じる研磨量の差を補正する第３の工程とを実行することを特徴とするものである。すなわち、前記開始位置Ｓ１と前記移動後Ｓ２〜Ｓ１６の位置で前記研磨材２に対する前記試料５の研磨領域（内周側５ｂと外周側５ａ）を変化させることにより、前記研磨材に対する前記試料の研磨領域の変化に基づいて、前記研磨材上の研磨位置により生じる研磨量の差を補正する。そして、試料移動機構（４Ａ）を用いることにより、前記試料５を研磨する開始位置からの前記試料の移動過程を経て、前記開始位置Ｓ１と前記移動後Ｓ２〜Ｓ１６の位置で前記研磨材２に対する前記試料の研磨領域５の研磨領域（内周側５ｂと外周側５ａ）を変化させることにより、前記研磨材に対する前記試料の研磨領域の変化に基づいて、前記研磨材上の研磨位置により生じる研磨量の差を補正するようにしている。ここで、試料５の研磨領域（内周側５ｂと外周側５ａ）を変化させるとは、試料５を研磨する開始位置Ｓ１における研磨材２の外周側に位置する研磨領域（外周側５ａ）を内周側へ変えるとともに、試料５を研磨する開始位置Ｓ１における研磨材２の内周側に位置する研磨領域（内周側５ｂ）を外周側へ変えることである。また前記試料移動機構（４Ａ）による試料５の移動と研磨盤３による研磨材２の回転とを併用させて試料を研磨するばかりでなく、研磨材２の回転を停止させて前記試料移動機構（４Ａ）による試料５の移動のみによって試料を研磨してもよいものである。なお、研磨材２としては円盤状の研磨材を用いているが、必要に応じて円盤以外の形状のものを用いてもよいものである。
【００２２】
前記試料移動機構は前記試料の移動過程をＸ方向とＹ方向との合成方向或いはＸ方向又はＹ方向に規制するＸＹ移動機構であるが、試料５の研磨量に応じて試料をＺ軸方向に移動させて試料５と研磨材２との研磨状態を維持する必要があるため、以下の説明では、前記試料移動機構として３次元テーブルを用いている。
具体的には、本発明の実施形態に係る研磨装置は図３及び図４に示すように、装置本体１に回転自在に支持され且つ研磨盤３の上面に存在する研磨材２と（図４参照）と、直交するＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向との３軸方向に移動する３次元テーブル４と、前記３次元テーブル４に支持され試料５を研磨面２ａに対向させて保持する試料ホルダ６とを有し、さらに前記３次元テーブル４の動作を制御する図８に示すコントローラＣとを有している。
前記３次元テーブル４は図３及び図４に示すように、前記研磨盤３上の直交する２軸のＸＹ座標面上で前記試料５を研磨する開始位置Ｓ１から移動後の位置Ｓ２に前記試料５を移動させるＸＹ軸移動機構４Ａと、前記ＸＹ軸機構４Ａに搭載され前記試料ホルダ６をＺ方向（図１の上下方向）に移動するためのＺ軸移動機構４Ｂとから構成されている。
【００２３】
前記研磨盤３は図４に示すように、その上面が円盤状に形成され、その上面に円盤状の研磨材２が交換可能に装備される。前記円盤状研磨盤３の外側には、リング状の衝立１１が立ち上げて形成されている。前記リング状衝立１１は、供給ノズル１０から供給される洗浄液を前記研磨材２の研磨面２ａの範囲に飛散を止めるものであり、前記洗浄済の洗浄液を図示しない排出口から適宜排出するようになっている。なお、微粒径の砥粉を混合させた混濁液を供給するには前記供給ノズル１０から滴下し、その微粒径の砥粉により試料５を研磨するようにしてもよいものである。
【００２４】
前記３次元テーブル４は図３及び図４に示すように、図５に示すＸ軸テーブル７と、図６に示すＹ軸テーブル８と、図７に示すＺ軸テーブル９とから構成されている。前記Ｘ軸テーブル７と前記Ｙ軸テーブル８は、前記研磨材２上の直交する２軸のＸＹ座標面上で前記試料５を研磨する開始位置Ｓ１から対局する対局位置Ｓ２に前記試料５を移動させるＸＹ軸移動機構４Ａを構成している。さらに、前記Ｚ軸テーブル９は、前記ＸＹ軸機構４Ａに搭載され前記試料ホルダ６をＺ方向（図１の上下方向）に移動するためのＺ軸移動機構４Ｂを構成している。
【００２５】
［Ｙ軸テーブル］
前記Ｘ軸テーブル７は図５に示すように前記Ｙ軸テーブル８に支持されてＸ軸方向に移動するので、先ず、前記Ｙ軸テーブル８について説明する。
前記Ｙ軸テーブル８は前記研磨盤３の上面と平行なＸＹ座標面のＹ軸方向に移動させるものであり、図６に示すように、２本の平行なガイドレール８ａと、前記平行なガイドレール８ａに沿う送りねじ８ｂと、Ｙ軸用駆動モータ８ｃと、２本の支持腕８ｄと、前記研磨盤３の下面を回転可能に支持する基盤８ｅとを有している。
【００２６】
前記２本のガイドレール８ａは図６に示すように、前記研磨盤３の上面のＹ軸方向をカバーする長さを有し、前記基盤８ｅの下面にＹ軸方向（図３の奥行き方向）で平行に対向させて取付けられている。前記送りねじ８ａは、その両端が軸受け８ｆにそれぞれ軸支されて前記２本のガイドレール８ａのうちの１本のガイドレール８ａに平行な姿勢に取付けられている。前記Ｙ軸用駆動モータ８ｃは、伝達機構８ｊを介して前記送りねじ８ｂに連結されている。従って、前記Ｙ軸用駆動モータ８ｃが時計方向又は逆時計方向に回転駆動すると、その駆動力が前記伝達機構８ｊを介して前記送りねじ８ｂに伝達され、前記送りねじ８ｂが前記軸受け８ｆに軸支されて回転することになる。
前記２本の支持腕８ｄは、その基部が前記ガイドレール８ａにそれぞれ支持されて前記ガイドレール８ａによりＹ軸方向に往復移動可能にガイドされている。前記２本の支持腕８ｄのうち１本の支持腕８ｄの基部には前記送りねじ８ｂがねじ込まれており、前記２本の支持腕８ａは前記送りねじ８ｂの回転によりＹ軸方向に往復可動するようになっている。さらに、前記２本の支持腕８ｄは図５及び図７に示すように、前記研磨盤３に対して上方に立ち上がっており、前記２本の支持腕８ｂは図７に示すように、その上端に前記Ｘ軸テーブル７を水平に支持している。
【００２７】
［Ｘ軸テーブル］
前記Ｘ軸テーブル７は前記研磨盤３の上面と平行なＸＹ座標面のＸ軸方向に移動させるものであり、図５に示すように、基盤７ａと、２本のガイドレール７ｂと、送りねじ７ｃと、Ｘ軸用駆動モータ７ｄ、移動駒７ｇとを有している。
【００２８】
前記ベース７ａは図５に示すように、Ｙ軸テーブル８の２本の支持腕８ａに跨がる長さを有しており、Ｙ軸テーブル８の２本の支持腕８ａに水平に支持されている。前記２本のガイドレール７ｂは、前記研磨盤３上に装填した前記研磨材２の研磨面２ａのＸ軸方向をカバーする長さを有し、前記ベース７ａにＸ軸方向（図３の左右方向）で平行に対向させて取付けられている。前記送りねじ７ｃは、その両端が軸受け７ｅにそれぞれ軸支されて前記２本のガイドレール７ｂのうち１本のガイドレール７ｂに平行な姿勢でＸ軸方向に向けて取付けられている。前記Ｘ軸用駆動モータ７ｄは、伝達機構７ｆを介して前記送りねじ７ｃに連結されている。従って、前記Ｘ軸用駆動モータ７ｄが時計方向又は逆時計方向に回転駆動すると、その駆動力が前記伝達機構７ｆを介して前記送りねじ７ｃに伝達され、前記送りねじ７ｃが前記軸受け７ｆに軸支されて回転することになる。
【００２９】
前記移動駒７ｇは前記２本のガイドレール７ｂにガイドされてＸ軸方向に移動可能に取り付けられ、前記移動駒７ｇには前記送りねじ７ｃがねじ込まれており、前記移動駒７ｇは前記送りねじ７ｃの回転によりＸ軸方向に往復可動するようになっている。
【００３０】
［Ｚ軸テーブル］
前記Ｚ軸テーブル９は前記Ｘ軸テーブル７の移動駒７ｇに支持されてＺ軸方向に前記試料ホルダ６を往復可能に支持するものであり、図７に示すように、基台９ａと、ガイドレール９ｂと、送りねじ９ｃと、Ｚ軸用駆動モータ９ｄとを有している。なお、駆動モータ７ｄ，８ｃ，９ｅとして、ステッピングモータを図示したが、このモータに限られるものではない。
【００３１】
前記基盤９ａは図７に示すように下端に嵌合溝９ｅを有しており、その嵌合溝９ｅがＸ軸テーブル７（図５参照）の移動駒７ｇの凸状片７ｈに嵌合しており、前記基盤９ａはＸ軸テーブル７（図５参照）の移動駒７ｇに固定されている。前記ガイドレール９ｂは前記基盤９ａにＺ軸方向に向けて取り付けられ、前記試料ホルダ６の基台６ａは前記基盤９ａに取り付けた上下梁９ｇにＺ軸方向に向けて往復可能に支持されている。前記送りねじ９ｃはその両端が軸受けに軸支されて前記基盤９ａにＺ軸方向に向けて取り付けられ、前記Ｚ軸用駆動モータ９ｄは伝達機構９ｆを介して前記送りねじ９ｃに連結されている。従って、前記Ｚ軸用駆動モータ９ｄが時計方向又は逆時計方向に回転駆動すると、その駆動力が前記伝達機構９ｆを介して前記送りねじ９ｃに伝達されて前記試料ホルダ６の基台６ａがＺ軸方向に往復可動するようになっている。
【００３２】
前記試料ホルダ６は前記研磨盤３の上面と平行なＸＹ座標面上に前記Ｘ軸テーブル７及び前記Ｙ軸テーブル８により移動されるとともに、前記Ｚ軸テーブル９によりＺ軸方向（図３の上下方向）に往復移動（上下移動）可能に支持されるものであり、図３及び図４並びに図７に示すように、基台６ａと、移動軸６ｂと、チャック６ｃと、ウエイトキャンセラ６ｄとを有している。図７に示すウエイトキャンセラ６ｄは研磨面積が比較的大きく硬い試料５を研磨する際の荷重を管理することにより微小領域の高倍率観察やダメージの少ない試料５を得るために用いるものである。
【００３３】
前記試料ホルダ６の基台６ａは、前記Ｚ軸テーブル９の上下梁９ｇにＺ軸方向（図３の上下方向）に往復可能（上下移動）に支持されるともに、前記Ｚ軸テーブル９の送りねじ９ｃに連結されている。従って、前記Ｚ軸用駆動モータ９ｅを時計方向或いは反時計方向に回転させると、前記Ｚ軸テーブル９の送りねじ９ｃはＺ軸の周りに時計方向或いは反時計方向に回転し、この送りねじ９ｃの回転により、前記試料ホルダ６の基台６ａがＺ軸方向に往復（上下動）移動される。
【００３４】
前記移動軸６ｂは前記基台６ａにＺ軸方向（図７の上下方向）に摺動可能に支持され、その下端に前記チャック６ｃを介して前記ホルダ６が装備されている。前記ホルダ６は研磨対象となる試料５を保持するようになっている。さらに、前記ホルダ６の試料台６ｃで試料５を挟んで前記ホルダ６に保持する、あるいは前記試料５を前記試料台６ｃに貼り付けそのホルダ６ｃをチャック６ｃに装備することにより、前記試料５をホルダ６に保持する。
【００３５】
図７に示す前記ウエイトキャンセラ６ｄは、横軸６ｅと、Ｌ型金具６ｆと、重り６ｇと、連繋部材６ｈとを有している。前記横軸６ｅは前記基台６ａの上端に設けた軸受け６ｊに水平姿勢で回転可能に支持されており、前記Ｌ型金具６ｆの短辺側６ｋが前記横軸６ｅの一端に固定されている。
前記連繋部材６ｈは、前記移動軸６ｂの上下方向への動きを前記横軸６ｅの回転に変換して伝達するように前記横軸６ｅと前記移動軸６ｂとを連繋させている。前記移動軸６ｂが上方向に移動する過程においては、前記連繋部材６ｈは前記横軸６ｅを反時計方向に回転させ、前記移動軸６ｂが下方向に移動する過程においては、前記連繋部材６ｈは前記横軸６ｅを時計方向に回転させる。前記移動軸６ｂ，前記連繋部材６ｈを含む試料ホルダ６の総荷重は前記試料５を前記研磨材２の研磨面２ａで研磨する際の加圧力として作用するものであるから、前記Ｌ型金具６ｆの長辺側に装填する重り６ｇの重量が前記試料ホルダ６の荷重をキャンセルする重量に調節することにより、前記加圧力を前記試料５がダメージを受けない極めて低い値（理想的には零の値）になるように管理することができる。前記試料ホルダ６による加圧力を前記ウエイトキャンセラ６ｄによりキャンセラした後に、前記試料５を研磨する際に適正な接触圧に相当する重量の重り６ｍを前記移動軸６ｂに取り付けて、前記重り６ｍの重量を前記試料ホルダ６に加える。これにより、前記試料にダメージを加えることなく正確に研磨することができる。なお、前記Ｌ型金具６ｆを枢支している枢支点の位置を変更して梃子比を変更することにより複数の荷重が異なる前記試料ホルダ６の荷重をキャンセルするのに対応することができる。
【００３６】
図７に示すウエイトキャンセラ６ｄ及び前記重り６ｍに代えて、図１０に示すウエイトコントローラを用いてもよいものである。図７に示すウエイトキャンセラ６ｄ及び前記重り６ｍの組み合わせによるウエイトキャンセラ６ｄは研磨面積が比較的大きい試料５を研磨する際の荷重を管理する場合に最適であるが、図１０に示すウエイトコントローラは研磨面積が比較的小さい試料５を研磨する際の荷重を管理する場合に最適であり、試料５の研磨面積の大小に応じて図７あるいは図１０のウエイトコントローラを選択して用いることになる。
【００３７】
図１０に示すウエイトコントローラは図７に示す試料ホルダ６の基台６ａに移動軸６ｂが上下移動可能に支持されており、前記移動軸６ｂの下端に前記ホルダ６が装着されている。さらに、前記ホルダ６と前記基台６ａとの間には板バネ２０が取付られ、板バネ２０の一端２０ａを前記チャック６ｃに取付け、その途中を湾曲させて遊び２０ｂを持たせて、その他端２０ｃを前記基台６ａに取付けている。前記チャック６ｃには試料５をセットする試料台６ｋが設けられている。
【００３８】
図１０に示すウエイトコントロールは、前記板バネ２０に撓みを加えないでフリーな状態で前記チャック６ｃを支持している状態のまま、前記チャック６ｃの試料５を研磨面２ａに接触させると、その場合、前記試料５に加わる前記試料ホルダ６の荷重はほぼ零になる。この状態から前記試料ホルダ６をＺ軸テーブル９によりＺ軸方向に押し下げて前記試料５を加圧して研磨面２ａに接触させると、前記試料５を加圧した力に相当するバネ力が前記板バネ２０に蓄力される。前記試料ホルダ６はＺ軸テーブル９により前記試料５の研磨量に応じてＺ軸方向を研磨材２の研磨面２ａに向けて下降するため、前記板バネ２０がさらに撓むことはなく、前記板バネ２０に蓄力された力が研磨に必要な荷重として前記試料５に研磨継続中に加わることになり、前記試料にダメージを加えることなく研磨に必要な荷重を加えて研磨することができる。
【００３９】
図１０に示すウエイトコントローラは、前記板バネ２０に撓みを加えないでフリーな状態で前記チャック６ｃを支持している状態が、図７に示すウエイトキャンセラ６ｄにより、前記試料ホルダ６による加圧力が試料５に加わるのをキャンセラした状態に相当し、前記試料５を研磨する際に適正な接触圧に相当する重量の重り６ｍを前記移動軸６ｂに取り付けて、前記重り６ｍの重量を前記試料ホルダ６に加える。これにより、前記試料にダメージを加えることなく正確に研磨することができる。
図１０に示すウエイトコントローラは、図７に示すウエイトキャンセラ６ｄ及び前記重り６ｍに代えて板バネ２０のみを用いる構成であり、その構成を簡素化することができるという効果を有している。
【００４０】
［コントローラ］
上述したように前記３次元テーブル４の動作を制御するコントローラＣは具体的には、前記３次元テーブル４のうちＸＹ軸移動機構４Ａを直交する２軸のＸＹ方向に駆動制御して、前記試料５を研磨する開始位置Ｓ１から対局する対局位置Ｓ２に前記試料５を前記研磨材２の回転中心Ｏを避けて移動させ、前記対局位置Ｓ２での前記試料５の外周側５ａの研磨領域Ａ及び内周側５ｂの研磨領域Ｂを前記開始位置Ｓ１での前記試料５の外周側５ａの研磨領域Ａ及び内周側５ｂの研磨領域Ｂに対して反転させる機能を有している。その具体的な構成について説明する。
【００４１】
前記コントローラＣは図８に示すように、図３および図４に示す装置本体１の前面パネルに取り付けたキースイッチ群１３と、装置本体１に装備した顕微鏡用のＬＥＤ１４と、メインＣＰＵ基板１５と、サブＣＰＵ基板１６とを有している。
【００４２】
前記メインＣＰＵ基板１５は図８に示すように、メインのＣＰＵ１５ａと、電源部と、ＬＥＤドライバ１５ｃと、パラメータメモリ１５ｄと、駆動モータドライバ１５ｅとを有している。前記メインのＣＰＵ１５ａは、ＬＥＤドライバ１５ｃと、パラメータメモリ１５ｄと、駆動モータドライバ１５ｅとを有している。前記メインのＣＰＵ１５ａは、前記サブＣＰＵ基板１６のサブＣＰＵ１６ａを制御するようになっている。前記電源部は、商用電源の電圧を例えばＡＣ２４Ｖに降圧する電源ユニット１５ｂと、前記電源ユニット１５ｂからのＡＣ２４ＶをＤＣ５Ｖに変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１５ｆと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ｆからのＤＣ５ＶをＤＣ３．３Ｖに降圧するリニアレギュレータ１５ｊとを有しており、前記リニアレギュレータ１５ｊからの出力電源を前記メインのＣＰＵ１５ａに供給するようになっている。
【００４３】
前記ＬＥＤドライバ１５ｃは前記メインのＣＰＵ１５ａからの指令に基づいて前記顕微鏡用のＬＥＤ１４を駆動して顕微鏡で観察する試料５を照明するようになっている。前記駆動モータドライバ１５ｅは前記メインのＣＰＵ１５ａからの指令に基づいて、前記研磨盤３を回転駆動させる駆動モータ１７を駆動制御するようになっている。
【００４４】
前記パラメータメモリ１５ｄは、前記試料ホルダ６及び前記試料５の位置を前記研磨材２の研磨面２ａと平行なＸＹ座標面内で且つ前記研磨材の研磨面２ａの範囲内で任意に変化させる際に後述のＸ軸用駆動モータ７ｄ及びＹ軸用駆動モータ８ｃを駆動するためのパラメータを記憶している。前記パラメータは、図３および図４に示す装置本体１の前面パネルに取り付けたキースイッチ群１３の操作によって入力される。
前記パラメータメモリ１５ｄに記憶されているパラメータの例を説明すると、前記試料ホルダ６及び前記試料５の位置を前記研磨材２の研磨面２ａと平行なＸＹ座標面内で且つ前記研磨材２の研磨面２ａの範囲内で、図１に示す円弧状軌跡、図８に示す渦巻き曲線、内トロコイド曲線状軌跡あるいはジグザグ状に移動させるための軌跡のパラメータを記憶している。
【００４５】
前記サブＣＰＵ基板１６は図８に示すように、前記メインのＣＰＵ１５ａによる制御指令に基づいて、サブＣＰＵ１６ａと、Ｘ軸用駆動モータのドライバ１６ｂと、Ｙ軸用駆動モータのドライバ１６ｃと、Ｚ軸用駆動モータのドライバ１６ｄと、電源部とを有している。前記サブＣＰＵ１６ａは、Ｘ軸原点センサＳ１が検出する前記Ｘ軸用駆動モータ７ｄの原点位置情報に基づいて前記Ｘ軸用駆動モータのドライバ１６ｂを駆動制御し、Ｙ軸原点センサＳ２が検出する前記Ｙ軸用駆動モータ８ｃの原点位置情報に基づいて前記Ｙ軸用駆動モータのドライバ１６ｃを駆動制御し、Ｚ軸原点センサＳ３が検出する前記Ｚ軸用駆動モータ９ｅの原点位置情報に基づいて前記Ｚ軸用駆動モータのドライバ１６ｄを駆動制御するようになっている。前記電源部は、前記電源ユニット１５ｂからのＡＣ２４ＶをＤＣ５Ｖに変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｆと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｆからのＤＣ５ＶをＤＣ３．３Ｖに降圧するリニアレギュレータ１６ｊとを有しており、前記リニアレギュレータ１６ｊからの出力電源を前記サブＣＰＵ１６ａに供給するようになっている。
【００４６】
前記Ｘ軸用駆動モータのドライバ１６ｂは、前記Ｘ軸テーブル７のＸ軸用駆動モータ７ｄを駆動制御して前記Ｘ軸用の送りねじ７ｃを回転駆動するようになっている。前記Ｙ軸用駆動モータのドライバ１６ｃは、前記Ｙ軸テーブル８のＹ軸用駆動モータ８ｃを駆動制御して前記Ｙ軸用の送りねじ８ｂを回転駆動するようになっている。前記Ｚ軸用駆動モータのドライバ１６ｄは、前記Ｚ軸テーブル９のＺ軸用駆動モータ９ｅを駆動制御して前記Ｚ軸用の送りねじ９ｄを回転駆動するようになっている。
【００４７】
１８はジョイステックユニットであり、そのジョイステックユニット１８からのＡＣ用出力信号がＡＣ／ＤＣコンバータでＤＣ用信号に変換されて前記サブＣＰＵ１６ａに出力される。
【００４８】
次に、本実施形態に係る研磨装置を用いて試料５を研磨する場合について説明する。図１は、ＸＹ軸移動機構４Ａを直交する２軸のＸＹ方向に駆動制御し、かつ前記試料ホルダ６に支えられた試料５を研磨材２の回転中心Ｏを避けて研磨材２の外周側５ａに沿って円弧状に研磨開始位置Ｓ１から対局位置Ｓ２に移動させて、前記対局位置Ｓ２での前記試料５の外周側５ａの研磨領域Ａ及び内周側５ｂの研磨領域Ｂを前記開始位置Ｓ１での前記試料５の外周側５ａの研磨領域Ａ及び内周側５ｂの研磨領域Ｂに対して変化させる（反転させる）場合を示している。図３に示す試料５を移動させる軌跡のパラメータをキースイッチ群１３により入力し、これらのパラメータをパラメータメモリ１５ｄに記憶させておく。
【００４９】
次に、上面に研磨材２を貼り付けた研磨盤３を駆動モータ１７のスピンドルに取り付ける。微細な試料５をそれに対応したワークホルダに取り付けた後、そのワークホルダを試料ホルダ６のチャック６ｃに取付ける。試料５の取付けが終了したら、試料ホルダ６の移動軸６ｂを下方に移動して、試料５が研磨盤３の研磨材２の研磨面２ａに接触させる。試料５を研磨材２の研磨面２ａに接触させる際には、ウエイトキャンセラ６ｄを用いて試料ホルダ６の荷重をキャンセルし、試料ホルダ６の移動軸６ｂに研磨に必要な荷重の重り６ｍを搭載し、その重り６ｍの荷重により試料５を研磨材２の研磨面２ａに接触させる。
【００５０】
次にメイン基板１５に搭載したメインＣＰＵ１５ａに研磨開始の指令をキースイッチ群１３により入力すると、メインＣＰＵ１５ａはパラメータメモリ１５ｄから図１に示す試料５の軌跡のパラメータを読み出し、そのパラメータに基づいて演算処理を実行し、研磨材２の研磨面２ａ内におけるＸ軸テーブル７による試料ホルダ５のＸ軸方向への移動量とＹ軸テーブル８による試料ホルダ５のＹ軸方向への移動量をサブＣＰＵ１６ａに出力する。
【００５１】
前記サブＣＰＵ１６ａは、Ｘ軸原点センサＳ１が検出する前記Ｘ軸用駆動モータ７ｄの原点位置情報に基づいて前記Ｘ軸用駆動モータのドライバ１６ｂを駆動制御し、Ｙ軸原点センサＳ２が検出する前記Ｙ軸用駆動モータ８ｃの原点位置情報に基づいて前記Ｙ軸用駆動モータのドライバ１６ｃを駆動制御し、Ｚ軸原点センサＳ３が検出する前記Ｚ軸用駆動モータ９ｅの原点位置情報に基づいて前記Ｚ軸用駆動モータのドライバ１６ｄを駆動制御する。
【００５２】
前記Ｘ軸用駆動モータのドライバ１６ｂは、前記Ｘ軸テーブル７のＸ軸用駆動モータ７ｄを駆動制御して前記Ｘ軸用の送りねじ７ｃを回転駆動する。前記Ｙ軸用駆動モータのドライバ１６ｃは、前記Ｙ軸テーブル８のＹ軸用駆動モータ８ｃを駆動制御して前記Ｙ軸用の送りねじ８ｂを回転駆動する。
【００５３】
以上のように、コントローラＣは図１に示すように、試料５をＸＹ軸移動機構４Ａにより研磨材２上に直交する２軸のＸＹ方向に駆動制御し、研磨材２の外周側５ａに沿って円弧状に研磨開始位置Ｓ１から試料５を移動させて、前記試料５を研磨する研磨開始位置Ｓ１からの前記試料５の移動過程（研磨開始位置Ｓ１〜移動後位置Ｓ２〜Ｓ１５又はＳ１６）を経て、前記開始位置Ｓ１と前記移動後の位置Ｓ２〜Ｓ１５又はＳ１６との前記試料５の外周側５ａの研磨領域Ａ及び内周側５ｂの研磨領域Ｂを変化させる（入れ替える）ことにより、前記研磨盤３の内外の周速差による研磨量の差を補正する。
【００５４】
図１に示すように、試料５の軌跡を検討すると、研磨開始位置Ｓ１における試料５１の外周側５ａの研磨領域Ａは研磨材２の外周側２ａに対峙し、試料５１の内周側５ｂの研磨領域Ｂは研磨材２の内周側２ｂに対峙している。この研磨開始位置Ｓ１から試料５を図１に示す軌跡に基づいて移動させると、３時方向までの試料５１〜５５（移動後位置Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５）では、その外周側５ａの研磨領域Ａは研磨材２の外周側２ａに対峙する割合が多く、３時方向を過ぎて６時方向に移動するに従って試料５６〜５９（移動後位置Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９では、その内周側５ｂの研磨領域Ｂは研磨材２の外周側２ａに対峙する割合が多くなる。
【００５５】
そして、対局の移動後位置Ｓ９に至ると、移動後位置Ｓ９における試料５９の外周側５ａの研磨領域Ａは研磨材２の内周側２ｂに対峙し、試料５９の内周側５ｂの研磨領域Ｂは外周側２ｂに対峙することになる。すなわち、前記移動後位置Ｓ９での前記試料５９の外周側５ａの研磨領域Ａ及び内周側５ｂの研磨領域Ｂは前記開始位置Ｓ１での前記試料５１の外周側５ａの研磨領域Ａ及び内周側５ｂの研磨領域Ｂに対して完全に入れ替わることになる。
【００５６】
さらに、６時方向から９時方向に移動すると、試料５１０〜５１３（移動後位置Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３）では、その内周側５ｂの研磨領域Ｂは外周側２ａに対峙する割合が多くなる。さらに、９時方向から１２時方向（研磨開始位置Ｓ１）に移動すると、試料５１４〜５１６，５１（移動後位置Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６，Ｓ１）では、その外周側５ａの研磨領域Ａは研磨材２の外周側２ａに対峙する割合が多くなる。
【００５７】
以上のように、試料５を研磨する開始位置Ｓ１からの前記試料５の移動課程を経て、前記開始位置Ｓ１と前記移動後の位置で前記研磨材に対する前記試料の研磨領域を変化させることにより、前記研磨盤の内外の周速差による研磨量の差を補正する。
【００５８】
以上のように本実施形態によれば、試料５を研磨する開始位置Ｓ１からの前記試料５の移動課程を経て、前記開始位置Ｓ１と前記移動後の位置との前記試料の研磨領域を変化させることにより、前記研磨盤の内外の周速差による研磨量の差を補正するため、前記研磨材の内外周側間の周速差による不均一な研磨量を均一に補正することができる。
【００５９】
さらに図１において、研磨開始位置Ｓ１から移動後位置Ｓ９を通って再度元の位置に戻る試料５の移動軌跡において、試料５の外周側５ａと内周側５ｂとの中間領域に着目すると、研磨開始位置Ｓ１から３時方向までの課程における試料５１〜５５の中間領域は外周側２ａに対峙する割合が多く、試料５１〜５５の中間領域は内周側２ｂに対峙する割合が多い。
【００６０】
さらに、３時方向を過ぎて６時方向（移動後位置Ｓ９）に至る過程では、試料５１〜５５の中間領域は内周側２ｂに対峙する割合が多く、試料５１〜５５の中間領域は外周側２ａに対峙する割合が多くなる。
【００６１】
６時方向の移動後位置Ｓ９から１２時方向の研磨開始位置Ｓ１における試料５の軌跡の課程においても、試料５１０〜５１５，５１の中間領域が外周側２ａ及び内周側２ｂと接する面積が逐次変化する。
【００６２】
以上のように、試料５の中間領域が外周側２ａ及び内周側２ｂと接する面積が逐次変化するので、試料５の中間領域における研磨盤３の内外周側間の周速差による不均一な研磨量を均一に補正することができる。図１２に示すＥＢＳＤによる電子解析パターンに基づいて説明すると、従来の機械研磨では図１２（ａ）に示すように表面加工層が含まれるが、本実施形態による機械研磨では図１２（ｂ）に示すように表面加工層のない研磨ができる。
【００６３】
前記研磨盤の内外の周速差による不均一な研磨量を均一に補正することができるため、前記試料の研磨される面にダレが生じることがなく、その研磨面のいずれの位置でも前記試料の結晶方位を研磨面全体で正確に観察することができる。
【００６４】
試料が積層構造であって積層構造の界面組織を観察する際、積層構造の界面組織の観察・分析に正確性を確保するには、機械式研磨機による研磨には限界があり、熟練者による高度な研磨方法で研磨する必要があったが、本実施形態では、試料の研磨面の全面が平坦に研磨されることになるため、積層構造の界面組織の観察・分析に正確性を確保する観察を正確に行うことができる。
【００６５】
試料の研磨面が内周側及び外周側での研磨量を均一にすることでダレの発生を抑制することができ、その結果、試料に樹脂包埋をしなくても研磨することができる。
【００６６】
さらに、前記試料ホルダ６は図７に示すように、上下動する移動軸６ｂの下端にチャック６ｃを介して試料５を取り付けることになるから、試料５を研磨材２の研磨面２ａに接触させる際に、試料５以外の荷重、すなわち移動軸６ｂ及びチャック６ｃなどの試料ホルダ６の総荷重が試料５に加わり、これらの荷重を受けて試料５が研磨材２の研磨面２ａ内に加わってしまう。
【００６７】
そこで、本実施形態では、ウエイトコントローラ６ｄが基台に揺動可能に枢支され、その一端が移動軸６ｂに枢支されており、ウエイトコントローラ６ｄの他端に試料５に加わる荷重をキャンセルする重り６ｍが交換可能に取り付けられている。
従って、重り６ｍの調節により、試料５が研磨材の研磨面に接触する際の荷重をキャンセルすることができる。以上のように、ウエイト(荷重)をキャンセルしたのち、試料５を研磨材２の研磨面２ａで研磨する際に設定された荷重に相当する重り６ｍを移動軸６ｂに装着することにより、適正な荷重の下で試料を研磨することができる。
【００６８】
次に、図７に示すウエイトコントローラを使用して研磨した場合の研磨結果を図１１に基づいて説明する。図１１（ａ）は本実施形態による研磨方法に基づいて試料を研磨した面を観察した図であり、図１１（ａ）から明らかなように試料の研磨される面に塑性流動層がなく、正常な組織（材料本来の組織）が顕在していることが分かる。
【００６９】
これに対して、従来例（図２参照）に係る研磨方法に基づいて金属組織を研磨した面を観察すると、図１１（ｂ）に示すように、試料の研磨された面には塑性流動層が多数存在する。特に、白枠で囲んだ領域には異常組織が観察されている。このような異常組織は、大きな荷重で研磨されたり、試料の表面に加工変質層が残っていることにより観察される。これをなくすには、本実施形態は試料にできるだけ荷重を掛けないで研磨しており、図１１（ａ）に示すように、金属組織に塑性流動層がない研磨を実行できる最適な方法である。
ＥＢＳＤ（Electron Back Scattering Diffraction）法は微小領域の結晶方位解析であり、電子線後方散乱回折パターンの発生から詳細な結晶解析ができる。表面加工層がある場合には図１２（ａ）に示したように、ノイズの多いＥＢＳＤ像しか得られないが、表面加工層がないときは図１２（ｂ）のように、きれいなＥＢＳＤ像が得られる。図１２（ｂ）に示すように表面加工層が残らないように研磨する最適な方法が本発明の研磨方法である。
【００７０】
本発明により、ＩＳやＩＭによる加工に代わる研磨を機械式研磨によって実現することができた。
【００７１】
試料５の移動軌跡を図９に示す渦巻き状に設定することにより、研磨盤３上の研磨面２ａ内における未使用領域上に試料５の移動軌跡を設定することができ、試料５を研磨する際の研磨面２ａは磨滅されていない新層面の状態にあり、研磨の際の削り粉などで試料にダメージを与えることを回避することができる。
【００７２】
図１０に示すバネ２０ｂを用いたウエイトコントローラを使用すると、バネ２０ｂにより試料ホルダ６を支えて試料ホルダ６の荷重を零にキャンセルすることができ、バネ２０ｂのバネ荷重により試料５に研磨に必要な荷重を加えることができるので、表面傷が付きやすい軟質金属であるＡｌ，Ｃｕ，Ｍｇなどの試料を研磨することができる。
【００７３】
以上の説明では、ＸＹ移動機構４Ａにより図１に示すように研磨盤３上のＸ方向とＹ方向との合成方向に試料の移動過程を設定したが、これに限られるものではない。ＸＹ移動機構４ＡによりＸ方向あるいはＹ方向の一方向にのみ試料の移動過程を設定してもよいものでる。
【００７４】
以上、前記実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、前記実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明に係る研磨装置は、イオンミリングによる加工に代わる研磨を機械式研磨によって実現することができ、例えば、ＥＢＳＤ用の試料作成、半導体の故障解析、金属や高分子材料等の研磨に最適となる。
【符号の説明】
【００７６】
１  装置本体
２  研磨材
２ａ  研磨材の研磨面
３  研磨盤
４  移動テーブ
４Ａ  ＸＹ軸移動機構
５  試料
６  試料ホルダ
７  Ｘ軸テーブル
８  Ｙ軸テーブル
Ｃ  コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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