(57)【要約】【課題】ＴＥＭを用いて絶縁性の試料に対して透過像の観察を試みると、試料に注入される電子線により試料が帯電し、試料の表面電位が急変する。表面電位が所定のレベル以上に上がるのに十分な電荷を試料が獲得した場合には、電荷が入射電子ビームを試料の外に反射させる電子ミラーとして機能するので、ＴＥＭにより分析することが困難となる。そこで、電子線による試料の帯電を抑え良好な観察用試料の製造方法を提供する。【解決手段】観察面１６を揃えた状態で試料片１２同士を対向させて接触若しくは近接させ、両試料片１２の間に導電性粒子１４を混合した充填材前駆体１３を介在させた状態で充填材前駆体１３を硬化させ、充填材１５を形成する。充填材前駆体１３には導電性粒子１４が混入されているため充填材１５は導電性を有し、試料片１２の帯電を抑えて良好なＴＥＭ観察を行うことができる。【選択図】図４
2007256055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過電子顕微鏡を用いて像観察するための観察用試料であって、
前記透過電子顕微鏡で像観察を行う場合に用いられる電子線が通過しうる、薄膜形状を
有する観察面の向きが揃えられ、且つ前記観察面に近接する側面同士が隣接するよう互い
に対向させて配置した２枚の試料片と、
前記２枚の試料片の間に配置された導電性粒子を分散させた充填材と、
前記観察面と交わる向きを有し、且つ前記充填材に触れる面に、前記充填材と電気的導
通を取るための導電部を有することを特徴とする観察用試料。
【請求項２】
透過電子顕微鏡を用いて観察するための観察用試料の製造方法であって、
観察すべき基体を分割し、共に観察面を含む２枚の試料片を形成する工程と、
前記観察面の向きを揃えて、前記２枚の試料片を前記観察面に近接する側面同士が隣接
するよう互いに対向させて配置し、前記２枚の試料片の間に導電性粒子を分散させた流動
性を有する充填材前駆体を充填した状態で前記２枚の試料片を固定する工程と、
前記充填材前駆体を硬化させ充填材に変換する工程と、
前記観察面と交わる向きを有し、且つ前記充填材に触れる面に、前記充填材と電気的導
通をさせるための導電部を形成する工程と、
前記観察面を、前記観察面の法線と揃えられた方向から研磨し薄膜化する工程と、
ディンプルグラインダ法により、前記観察面の一部を更に薄膜化する工程と、
イオンミリング法により前記観察面の一部を厚みが前記透過電子顕微鏡で用いられる電
子線が通過しうるよう薄膜化する工程、を含むことを特徴とする観察用試料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過電子顕微鏡を用いて断面像を観察するための観察用試料及び観察用試料
製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）は、例えば２００ｋｅＶ程度にエネルギーを与えた電子線を
０．１μｍ以下程度の厚みを有する試料に投射して物質の構造を調べるために用いられる
。透過電子顕微鏡を用いることで０．１ｎｍ程度の分解能を有する試料観察が可能となる
。
【０００３】
上記した透過電子顕微鏡を用いて試料を観察する場合、試料が導電性を持つ場合には試
料に注入された電子は試料を介して外部に逃げていくため容易に観察を行うことができる
。
【０００４】
この場合に対して、試料が絶縁体である場合には、透過電子顕微鏡による観察は困難と
なる。これは、試料が絶縁体の場合、試料製造時及び分析時に試料に電荷蓄積（チャージ
アップ）が発生するからである。透過電子顕微鏡分析における上述した電荷蓄積は下記の
ようにして発生する。
【０００５】
試料に投射された電子の多数は最初のエネルギーを失って試料に捕獲される。この過程
において、試料が導体であって適当な接地があれば、電荷はこれを通じて流れて行く。こ
こで試料が絶縁性である場合には、急速に電荷が蓄積され、このため試料の表面電位が急
変する。表面電位が所定のレベル以上に上がるのに十分な電荷を試料が獲得した場合には
、電荷が入射電子ビームを試料の外に反射させる電子ミラーとして機能するので、透過電
子顕微鏡により分析することが困難となる。
【０００６】
走査電子顕微鏡においてはこのような電荷の蓄積を防止するために、分析すべき領域に
導電性物質を蒸着させる方法が用いられていた。この方法は、電子ビームを照射された薄
片の試料で得られた画像を分析する透過電子顕微鏡分析には適用できない。その理由は、
透過電子顕微鏡分析の場合には、電子ビームを薄片の試料に透過させて、透過された画像
を分析しなければならないので、分析しようとする領域に導電性物質が蒸着されていると
、試料の実際の画像と試料上に蒸着された導電性物質の画像とがオーバーラップして、分
析が困難になるからである。
【０００７】
更に、上述した絶縁性試料の電荷蓄積現象は、試料を製造するためのイオンミリングに
も影響を及ぼす。例えば正に帯電したＡｒイオンを用いてイオンミリングを行うと電子線
照射した場合と同様な現象が発生し、イオンミリング工程を行うことが困難となる。試料
が絶縁性である場合には上記したような問題が発生する。
【０００８】
そこで、例えば特許文献１にあるように、イオンミリング（特許文献１中では集束イオ
ンビーム研磨と呼称）を行う前に観察面を覆うように金を蒸着し、導電性を与えてからイ
オンミリングを行うことで、イオンミリングする場合、及び透過電子顕微鏡で像観察を行
う場合の電荷の放出経路を確保する方法が知られていた。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１０４１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記した、観察面を覆うように金を蒸着し導電性を与えてからイオンミリングを行う技
術では、イオンミリングの量が少ない場合には金が残留するため、残留した金に由来する
像の乱れが発生する。また、イオンミリングの量が多い場合には観察すべき面の周辺部ま
で金が削られるために導電性が低下し、イオンミリングを行う場合や透過電子顕微鏡での
像観察を行う場合にチャージアップを起こしてしまうという課題がある。そのためＴＥＭ
観察用の試料を得るには精密にイオンミリングの量を制御する必要があり、透過電子顕微
鏡分析に適した試料を得るのは容易ではない。また、試料の状態によってはチャージアッ
プによりイオンミリングによる試料加工や透過電子顕微鏡分析が極めて困難となる場合が
ある。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、イオンミリングの量が変動し
ても金等の導電性物質の観察面への残留を防ぎ、且つイオンミリングを行う場合や透過電
子顕微鏡分析を行う場合に生じるチャージアップを効果的に抑制しうる透過電子顕微鏡用
の観察用試料及び観察用試料の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の観察用試料は、透過電子顕微鏡を用いて像観察す
るための観察用試料であって、前記透過電子顕微鏡で像観察を行う場合に用いられる電子
線が通過しうる、薄膜形状を有する観察面の向きが揃えられ、且つ前記観察面に近接する
側面同士が隣接するよう互いに対向させて配置した２枚の試料片と、前記２枚の試料片の
間に配置された導電性粒子を分散させた充填材と、前記観察面と交わる向きを有し、且つ
前記充填材に触れる面に、前記充填材と電気的導通を取るための導電部を有することを特
徴とする。
【００１３】
この構成によれば、像観察を行う部分の近傍に導電性粒子を分散させた充填材が位置し
ている。透過電子顕微鏡を用いて像観察する場合には、観察する領域に照射される電子線
に起因する蓄積電荷が生ずる。蓄積電荷は像観察をする領域に隣接するよう形成された、
導電性粒子を分散させた充填材を通して、充填材と触れる面に配置された、充填材と電気
的導通をさせるための導電膜に導かれる。
【００１４】
導電膜に導かれた電荷は、試料台を通して接地電位に導かれ放出されるため、透過電子
顕微鏡を用いた像観察途中で、観察する領域が有する蓄積電荷量を抑えることができる。
このため、蓄積電荷に起因する像観察を妨げる現象の発生を抑制することができる。
【００１５】
また、２枚の試料片の間を充填材が埋めているため、透過電子顕微鏡で観察し得る厚さ
を有する領域の周辺は充填材で補強される形となる。このため蓄積電荷に起因する像観察
を妨げる現象の発生を抑制することができ、更に機械的強度にも優れた、透過電子顕微鏡
を用いて像観察するための観察用試料を提供することができる。
【００１６】
また、上記した本発明の観察用試料の製造方法は、透過電子顕微鏡を用いて観察するた
めの観察用試料の製造方法であって、観察すべき基体を分割し、共に観察面を含む２枚の
試料片を形成する工程と、前記観察面の向きを揃えて、前記２枚の試料片を前記観察面に
近接する側面同士が隣接するよう互いに対向させて配置し、前記２枚の試料片の間に導電
性粒子を分散させた流動性を有する充填材前駆体を充填した状態で前記２枚の試料片を固
定する工程と、前記充填材前駆体を硬化させ充填材に変換する工程と、前記観察面と交わ
る向きを有し、且つ前記充填材に触れる面に、前記充填材と電気的導通をさせるための導
電部を形成する工程と、前記観察面を、前記観察面の法線と揃えられた方向から研磨し薄
膜化する工程と、ディンプルグラインダ法により、前記観察面の一部を更に薄膜化する工
程と、イオンミリング法により前記観察面の一部を厚みが前記透過電子顕微鏡で用いられ
る電子線が通過しうるよう薄膜化する工程、を含むことを特徴とする。
【００１７】
この製造方法によれば、透過電子顕微鏡を用いて像観察する場合に２枚の試料片を対向
させて配置する２枚の試料片の間に導電性粒子を分散させた流動性を有する充填材前駆体
が充填される。この状態で充填材前駆体を硬化させ導電性粒子を分散させた充填材を形成
することで、観察面は導電性粒子を分散させた充填材と電気的に導通された状態となる。
ここで、観察面と交わる向きを有し且つ充填材と触れる面に導電膜を形成することで、観
察面に蓄積された蓄積電荷を、導電膜を経由して接地電位に導くことで蓄積電荷量を抑え
ることができる。又、この充填材は蓄積電荷を導き出すための経路と成ると同時に、透過
電子顕微鏡で用いられる電子線が通過しうるように薄膜化された領域を補強し機械的強度
を高める機能を有している。
【００１８】
このように、観察面に蓄積された蓄積電荷を、導電性粒子を分散させた充填材と導電膜
を経由して接地電位に導くことで蓄積電荷量を抑えることで蓄積電荷に起因する、像観察
を妨げる現象の発生を抑制し、更に機械的強度にも優れた観察用試料の製造方法を提供す
ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る透過電子顕微鏡（以下、「ＴＥＭ」と呼称する）用の、金属製の
単孔メッシュに固定された観察用試料の基本部分を示す模式図である。より詳しくは、図
１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は正面図、図１（ｃ）は側面図である。
【００２１】
観察用試料１は、観察用試料１を補強する金属製の単孔メッシュ２に固定されている。
観察用試料１は、観察対象となる２枚の試料片３と、２枚の試料片３の間を充填する充填
材４とから形成され、充填材４中には導電性を与えるための導電性粒子５が分散されてい
る。また充填材４は、充填材４中に分散された導電性粒子５を通じ、例えば白金等からな
る金属薄膜６と電気的に接続されている。金属薄膜６は、金属製の単孔メッシュ２と電気
的に接続されている。
【００２２】
そして観察用試料１の形状は、側面図となる図１（ｃ）に描かれているよう、観察用試
料１は弓型の断面形状を有している。この形状は、観察用試料１の厚さを例えば５０μｍ
程度に平坦化した後、円柱形の砥面を有するディンプルグラインダを用いて観察用試料を
薄くすることで形成される。本実施形態では、試料形状として、充填材４と交差する向き
に弓形を有する観察用試料１を用いているが、これは充填材４と並ぶ向きに弓形を有する
物を観察用試料１として用いても良い。また、観察用試料１に開口領域が生じた物を観察
用試料１として用いても良い。開口領域の周辺は観察用試料１を構成する試料片３の厚み
が極めて薄くなっているため、ＴＥＭ観察に適した領域として用いることができる。
【００２３】
ＴＥＭ観察は観察用試料１に電子線を照射して行う。電子線の照射により観察用試料１
のＴＥＭ観察を行っている間は、観察用試料１中に負電荷が供給されることとなる。この
負電荷は、試料片３が導電性を有する場合には、試料片３を通して単孔メッシュ２を経由
してＴＥＭ本体の接地部に導かれるため、ＴＥＭ観察に殆ど影響を与えることはない。
【００２４】
これに対して試料片３が絶縁性を有する場合には、観察用試料１中に供給された負電荷
は導電性を与えるために導電性粒子５が分散された充填材４中に流入する。充填材４に流
入した負電荷は、電気的に接続されている金属薄膜６に伝達され、単孔メッシュ２を経由
してＴＥＭ本体の接地部に導かれるため、やはりＴＥＭ観察に殆ど影響を与えることはな
い。
【００２５】
ここで、試料片３が絶縁性を有し且つ充填材４中に導電性粒子５が分散していない場合
には、観察用試料１中に供給された負電荷を外部に伝達する経路が無いため、電子線が照
射された位置に負電荷が蓄積される。蓄積された負電荷は入射電子ビームの経路を歪めて
しまうチャージアップ現象が発生するため、ＴＥＭ観察を行うことが極めて困難となる。
【００２６】
このように、導電性粒子５が分散された充填材４を用いた観察用試料１を用いることで
、観察用試料１へのチャージアップでの影響が抑制されたＴＥＭ観察を行うことができる
。
【００２７】
なお、金属薄膜６は充填材４の観察面を避けた２面に形成されているが、これは、どち
らか一面のみに金属薄膜６を形成するようにしても良い。また、メッシュは単孔のものに
特定されることなく、複数の孔或いは格子状に形成されたメッシュを用いても良い。
【００２８】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る観察用試料の製造方法について図面を参照しなが
ら説明する。本実施形態において、図２〜図１１は、本発明の第２の実施形態に係る観察
用試料の製造工程を示す工程図である。
【００２９】
まず、図２に示すように断面観察を行う基体１１を分割し、２枚の試料片１２を取り出
す。基体１１の分割には、例えばガラスカッター等を用いて傷を入れて傷を広げるよう応
力を掛けて割る方法を用いることができる。
【００３０】
次に、図３に示すように充填材前駆体１３を調合する。充填材前駆体１３には例えばエ
ポキシ系の主剤と硬化剤を混合したものを用いることができる。そして充填材前駆体１３
に導電性粒子１４を混合する。導電性粒子１４としては例えばアルミニウムを微粒子に加
工したものを用いることができる。充填材前駆体１３に導電性粒子１４を混入することで
、充填材前駆体１３が硬化し図５に示すように充填材１５に転換された場合に充填材１５
は導電性を有するものとなる。
【００３１】
次に、図４に示すように観察面１６を揃えた状態で試料片１２同士を対向させて接触若
しくは近接させ、両試料片１２の間に導電性粒子１４を混合した充填材前駆体１３を介在
させた状態で固定する。
【００３２】
次に、図５に示すように充填材前駆体１３を硬化させ、充填材１５を形成する。充填材
前駆体１３には導電性粒子１４が混入されているため、充填材１５は導電性を有している
。
【００３３】
次に、図６に示すように精密カッター等を用いて、張り合わされた試料片１２を更に薄
く切断した観察用試料１７を取り出す。
【００３４】
次に、図７に示すように金属薄膜１８をスパッタ法等を用いて形成する。具体的には観
察面１６を囲う位置にあり充填材１５と接触する面に金属薄が付着するよう観察用試料１
７を配置してスパッタ法を実行する。この工程で、観察面１６近傍に入射された荷電粒子
に起因する電荷は観察面１６から、導電性粒子を混入することで導電性を得た充填材１５
を経由し金属薄膜１８に伝わり、金属薄膜１８から観察用試料１７を支える、後述する図
１０に記載の金属製の単孔メッシュ２２を通して接地されることで放電される。なお、以
降の説明では観察用試料１７は金属薄膜１８を含めたものとして扱う。
【００３５】
次に、図８に示すように機械的研磨により、観察用試料１７を更に薄膜化し鏡面加工す
る。機械的研磨は例えば酸化アルミニウムの粒子を分散させた研磨用のシート１９を用い
、観察用試料１７を研磨治具２０に固定し、研磨治具２０を自転・公転させるように研磨
することで行う。最初は研磨用粒子径が例えば３０μｍ程度と大きいものを用い研磨速度
を大きく設定し、研磨が進行すると共に粒子径を小さくして鏡面化を進めることで観察用
試料１７を薄膜化し鏡面加工を行うために費やす時間を短縮することができる。同様に、
観察用試料１７の裏面にも機械的研磨を行い、観察用試料１７の厚さを調整する。観察用
試料１７裏面の加工は、観察用試料１７表面の鏡面加工終了後、裏面を研磨治具に固定し
て再度機械的研磨をすることで実現される。
【００３６】
次に、図９に示すように、円柱状の研磨面を形成するディンプルグラインダ２１を用い
て観察用試料１７のＴＥＭ観察を行う領域の厚さを更に薄膜化する。
【００３７】
次に、図１０に示すように接着剤等を用いて金属製の単孔メッシュ２２に観察用試料１
７を固定する。観察用試料１７を固定する場合には、観察用試料１７に形成されている金
属薄膜１８が金属製の単孔メッシュ２２に触れるよう配置する。このように配置すること
で、観察面１６近傍に入射された荷電粒子に起因する電荷は観察面１６から、導電性粒子
を混入することで導電性を得た充填材１５を経由し金属薄膜１８に伝わる。そして金属薄
膜１８から観察用試料１７を支える金属製の単孔メッシュ２２を通して接地されることで
放電され、イオンミリングやＴＥＭ観察を行う場合に発生するチャージアップが抑制され
た状態で処理することができる。
【００３８】
次に、図１１に示すようにイオンミリングを行う。イオンミリングは、観察面１６に対
して極めて浅い、例えば２°程度の角度で例えばＡｒやＧａ等から成るイオンビーム２３
を照射して行う。観察用試料１７の表面部にある物質をイオンミリングすることでＴＥＭ
観察に用いられる電子ビームが貫通できるよう更に薄膜化する。イオンミリングを行う場
合に生じるイオンに起因する電荷は、前述した経路を通じて放電されるため、チャージア
ップ現象の発生は抑えられ、安定したイオンミリングを行うことができる。また、イオン
ミリングを行う際に、イオンミリングが均一に行われるよう単孔メッシュ２２を回転させ
ても良い。以上の工程により、ＴＥＭ観察が行える観察用試料１７が単孔メッシュ２２上
に形成される。
【００３９】
なお、イオンミリングは、例えば観察用試料１７の一部に孔が開くまで行うことが好ま
しい。開孔するまでイオンミリングを行うことで、孔の周辺は原子オーダーでの厚さに薄
膜化される。ＴＥＭ観察を行う場合には孔の周辺を観察することで観察面１６に形成され
たＴＥＭ測定用の電子線が透過可能な原子オーダーの薄さを持つ領域を観察することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る、ＴＥＭ用の、金属製の単孔メッシュに固定された観察用試料の基本部分を示す模式図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る、２つの試料片を得る工程を示す工程図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る、充填材前駆体に導電性粒子を混合する工程を示す工程図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る、２つの試料片間に導電性粒子を含む充填材前駆体を挟む工程を示す工程図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る、導電性粒子を混合した充填材前駆体を硬化する工程を示す工程図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る、張り合わされた試料片１２を更に薄く切断する工程を示す工程図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る、金属薄膜をスパッタ法を用いて形成する工程を示す工程図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る、機械的研磨により、観察用試料を更に薄膜化し鏡面加工する工程を示す工程図。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る、円柱状の研磨面を形成するディンプルグラインダを用いて観察用試料を更に薄膜化する工程を示す工程図。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る、接着剤を用いて金属製の単孔メッシュに観察用試料を固定する工程を示す工程図。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る、イオンミリングにより更に薄膜化する工程を示す工程図。
【符号の説明】
【００４１】
１…観察用試料、２…単孔メッシュ、３…試料片、４…充填材、５…導電性粒子、６…
金属薄膜、１１…基体、１２…試料片、１３…充填材前駆体、１４…導電性粒子、１５…
充填材、１６…観察面、１７…観察用試料、１８…金属薄膜、１９…シート、２０…研磨
治具、２１…ディンプルグラインダ、２２…単孔メッシュ、２３…イオンビーム。
【図１】
2007256055.tif 000003
【図２】
2007256055.tif 000004
【図３】
2007256055.tif 000005
【図４】
2007256055.tif 000006
【図５】
2007256055.tif 000007
【図６】
2007256055.tif 000008
【図７】
2007256055.tif 000009
【図８】
2007256055.tif 000010
【図９】
2007256055.tif 000011
【図１０】
2007256055.tif 000012
【図１１】
2007256055.tif 000013