(57)【要約】【課題】断面加工による試料表面の歪や凹凸の発生を抑制し、短時間で効率的に断面加工することができる電子顕微鏡観察用試料の作製方法及びその電子顕微鏡観察用試料、並びに試料の断面観察方法を提供する。【解決手段】観察対象となる試料１１をその試料１１よりも硬質な薄板１２に載置固定して薄板１２側から試料１１の観察断面に対して垂直な方向にアルゴンイオン１５を照射することによって断面加工し、電子顕微鏡による断面観察に用いられる電子顕微鏡観察用試料１６とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子顕微鏡による断面観察に用いられる電子顕微鏡観察用試料の作製方法であって、
観察対象となる試料を該試料よりも硬質な薄板に載置固定し、該薄板側から該試料の観察断面に対して垂直な方向にアルゴンイオンを照射して断面加工することを特徴とする電子顕微鏡観察用試料の作製方法。
【請求項２】
上記薄板は、導電性を有することを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡観察用試料の作製方法。
【請求項３】
上記薄板は、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、又はこれら少なくとも１種以上含む合金から選択されることを特徴とする請求項２記載の電子顕微鏡観察用試料の作製方法。
【請求項４】
上記薄板の厚さが１０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の電子顕微鏡観察用試料の作製方法。
【請求項５】
上記試料を導電性を有するペーストにより上記薄板に固定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の電子顕微鏡観察用試料の作製方法。
【請求項６】
３ｋＶ〜６ｋＶの印加電圧でアルゴンイオンを照射することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の電子顕微鏡観察用試料の作製方法。
【請求項７】
電子顕微鏡による断面観察に用いられる電子顕微鏡観察用試料であって、
観察対象となる試料が該試料よりも硬質な薄板に載置固定されており、該薄板側から該試料の観察断面に対して垂直な方向にアルゴンイオンを照射することによって断面加工されてなることを特徴とする電子顕微鏡観察用試料。
【請求項８】
電子顕微鏡による試料の断面観察方法であって、
観察対象となる試料を該試料よりも硬質な薄板に載置固定し、該薄板側から該試料の観察断面に対して垂直な方向にアルゴンイオンを照射することによって断面加工し、電子顕微鏡観察用試料を作製する観察用試料作製工程と、
上記観察用試料作製工程にて作製された電子顕微鏡観察用試料を、上記観察対象となる試料を上記薄板に載置固定させた状態で電子顕微鏡の試料台に載置し、該試料の観察断面に対して電子線を照射して該電子線による２次電子、反射電子又は透過電子を検出することによって上記試料の像を得る観察工程と
を有することを特徴とする試料の断面観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡用試料の作製方法及びその電子顕微鏡観察用試料、並びに試料の観察方法に関し、より詳しくは、電子顕微鏡による断面組織観察や後方散乱電子回折（Electron Backscatter Diffraction Pattern：ＥＢＳＤ）解析で高品質なデータを取得することを可能にする電子顕微鏡観察用試料の作製方法及びその電子顕微鏡観察用試料、並びに試料の断面観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体をはじめとする電子部品内には様々な金属素材が使われており、様々な機能や機構、役割を担っている。電子部品内に使用される金属の多くは電気回路の一部として使われるため銅、金、銀、錫などの導電性の高い素材が多く使われている。
【０００３】
これらの材料は、電気的特性や機械的特性の観点から、結晶組織の大きさや分布、歪の分布などを制御することで目的の特性になるようにコントロールしている。したがって、これら材料の開発時には勿論のこと生産時における不具合の際には、これらの素材についての内部金属組織の断面方向からの観察や、ＥＢＳＤ解析による結晶の大きさ、配向、歪などの解析を行っている（例えば、特許文献１又は２参照。）。
【０００４】
ところで、上述した素材（試料）の内部の金属組織を断面から観察する場合においては、何らかの方法で断面加工する必要がある。一般的には、その断面加工においては、機械研磨や微小特定部位を加工できる集束イオンビーム加工装置による処理が行われている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２４９６１３号公報
【特許文献２】特開２００９−９８００８号公報
【特許文献３】特開２００７−１２３２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、軟質な金属を対象とした場合、それに対して機械研磨を行うと、金属内の金属組織に歪が入ってしまい詳細な断面観察やＥＢＳＤ解析が困難となる。また、集束イオンビーム加工装置を用いて断面加工を行った場合には、金属組織の結晶方位によって加工速度が異なるため、断面に傷状の凹凸が発生する問題がある。さらに、集束イオンビーム加工装置では、ガリウム（Ｇａ）イオンが試料表面に打ち込まれることによりミキシングが起こり、結晶状態を破壊することが知られている。ＥＢＳＤ解析では試料最表面の情報を得ているため、観察断面に歪や凹凸が生じた場合には、本来の結晶情報が得られないという不具合がある。
【０００７】
そこで、本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、上述した従来技術で問題となっていた断面加工による試料表面の歪や凹凸の発生を抑制し、短時間で効率的に断面加工することができる電子顕微鏡観察用試料の作製方法及びその電子顕微鏡観察用試料、並びに試料の断面観察方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法は、電子顕微鏡による断面観察に用いられる電子顕微鏡観察用試料の作製方法であって、観察対象となる試料を該試料よりも硬質な薄板に載置固定し、該薄板側から該試料の観察断面に対して垂直な方向にアルゴンイオンを照射して断面加工することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る電子顕微鏡観察用試料は、電子顕微鏡により断面観察するための電子顕微鏡観察用試料であって、観察対象となる試料が該試料よりも硬質な薄板に載置固定されており、該薄板側から該試料の観察断面に対して垂直な方向にアルゴンイオンを照射することによって断面加工されてなることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る試料の断面観察方法は、電子顕微鏡による試料の断面観察方法であって、観察対象となる試料を該試料よりも硬質な薄板に載置固定し、該薄板側から該試料の観察断面に対して垂直な方向にアルゴンイオンを照射することによって断面加工し、電子顕微鏡観察用試料を作製する観察用試料作製工程と、上記観察用試料作製工程にて作製された電子顕微鏡観察用試料を、上記観察対象となる試料を上記薄板に載置固定させた状態で電子顕微鏡の試料台に載置し、該試料の観察断面に対して電子線を照射して該電子線による２次電子、反射電子又は透過電子を検出することによって上記試料の像を得る観察工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、例えば軟質な金属試料を、その試料よりも硬質な材質からなる薄板に載置固定し、試料を載置させた薄板側から、作製される観察断面に対して垂直な方向にアルゴンイオンを照射して断面加工することによって電子顕微鏡観察用試料を作製している。これにより、断面加工による試料表面の歪や凹凸の発生を効果的に抑制して、簡単な操作で短時間に観察用断面試料を作製することができる。また、断面加工においてアルゴンイオンを用いているので、従来のようなミキシングによって結晶状態が破壊されることがなく、高い精度で金属組織等の結晶情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】電子顕微鏡観察用試料の作製方法の工程図である。
【図２】電子顕微鏡観察用試料の作製方法の各工程における操作を模式的に示す図である。
【図３】実施例１における試料についての走査電子顕微鏡による反射電子像である。
【図４】実施例２における試料についての結晶方位マップ解析結果を示すマップ解析図である。
【図５】比較例１における試料についての走査電子顕微鏡による反射電子像である。
【図６】比較例２における試料についての結晶方位マップ解析結果を示すマップ解析図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態（以下、「本実施の形態」という。）について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
本実施の形態に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法は、電子顕微鏡により断面組織観察や後方散乱電子回折パターンによる結晶組織の結晶方位解析などに用いられる電子顕微鏡観察用試料の作製方法である。この作製方法は、例えば軟質な金属などを観察試料として用いる場合に、その試料の観察面となる断面を加工するに際して、金属組織における歪や傷状の凹凸の発生を抑制することができ、高精度な結晶解析を可能にするものである。
【００１５】
具体的に、本実施の形態に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法は、試料をその試料よりも硬質な薄板に載置固定し、試料を載置させた薄板側から、作製しようとする試料の観察断面に対して垂直な方向にアルゴンイオンを照射して断面加工することを特徴とするものである。
【００１６】
図１は、電子顕微鏡観察用試料の作製方法の工程図であり、図２は、各工程における操作を模式的に示す図である。図１に示すように、電子顕微鏡観察用試料の作製方法は、観察対象となる試料を薄板に載置固定する試料固定工程Ｓ１と、薄板に固定された試料に対して観察面となる試料断面を加工する断面加工工程Ｓ２とを有する。また、このようにして作製した電子顕微鏡観察用試料の観察方法は、断面加工して得られた電子顕微鏡観察用試料を用いて、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）を用いた断面観察やＥＢＳＤ解析による組織観察を行う。以下、各工程についてより詳細に説明する。
【００１７】
（試料固定工程）
試料固定工程Ｓ１では、図２（ａ）に示すように、観察対象となる試料１１を薄板１２に載置固定する。
【００１８】
観察対象となる試料１１は、特に限定されるものではなく、結晶組織の大きさや配向、歪の分布などを観察することを目的とした金属などが挙げられる。特に、この電子顕微鏡観察用試料の作製方法では、硬度が小さく軟らかい性質を有する金属を試料とする場合に好適に用いることができる。
【００１９】
薄板１２は、観察対象となる試料１１を載置し固定するために用いられるものであり、水平な板状の形状からなる。本実施の形態においては、この薄板１２として、観察対象となる試料１１よりも硬質な材料からなるものを用いて、その薄板１２に試料１１を載置固定することが重要となる。
【００２０】
詳細は後述するが、試料１１に比して硬質な材料からなる薄板１２を用いて試料を載置固定し、次工程においてその薄板１２側からアルゴン（Ａｒ）イオンを照射して断面加工することにより、断面加工による金属組織における歪や傷状の凹凸の発生を抑制することができる。また、このように水平な板状の材料に試料１１を載置固定させることにより、断面加工後に、薄板１２に試料１１を載置させたままの状態で例えばＥＢＳＤ測定の試料台として用いることができる。つまり、試料１１を水平な薄板１２に載置させることにより、薄板１２によって試料１１の水平状態が保たれていることになる。したがって、この薄板１２に載置させた状態のままで例えば電子顕微鏡の試料台に載せることで、電子線の入射方向に対する試料１１の観察面の角度を正確に制御することが可能となり、結晶方位がずれることなどを防止することができる。
【００２１】
薄板１２としては、上述のように、観察対象となる試料１１よりも硬質な材料からなるものであれば特に限定されないが、導電性を有する金属材料などからなるものであることが好ましい。導電性を有するものであることにより、電子顕微鏡で観察する場合においても帯電などの障害を生じさせず、導電性を別途付加するなどの処理が必要とならずに、高い精度で結晶を観察することができる。また、その金属材料としては、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、又はこれらを１種以上含む合金から選ばれるものであることがより好ましい。これらの金属材料は、特に硬度の高い硬質な金属であり、より効果的に断面加工による歪の発生や凹凸の発生を抑制することができる。また、これらの特に硬質な金属材料からなる薄板１２を用いることにより、どのような試料１１に対しても効果的な断面加工を行うことができ、汎用性が高まる。
【００２２】
なお、薄板１２として、アルミナやジルコニアのような硬度の高い材料からなるものを用いることも可能であるが、これらの材料は多孔質であることにより断面加工に際して孔による加工速度のムラが生じ、金属組織に傷が生じてしまう可能性がある。そのため、アルミナやジルコニアのような材料を用いる場合には、緻密な孔を有するものを選択することが好ましい。
【００２３】
また、薄板１２の厚さは、特に限定されないが、１０〜１００μｍ程度のものが好ましい。薄板１２の厚さが１０μｍよりも薄い場合には、試料１１を固定するための強度が弱くなり、一方で１００μｍよりも厚い場合には、次工程において薄板１２をＡｒイオンで照射して断面を削る時間が長くなり、効率的な処理を行うことができない。
【００２４】
試料１１を薄板１２に載置固定するに際しては、図２（ａ）に示すように、薄板１２とその薄板１２に載置させた試料１１とを例えばペースト１３を用いて固定する。試料１１の薄板１２に対する固定手段（方法）としては、試料１１を確実に固定できるものであれば特に限定されず、例えば、樹脂ペーストや銀ペースト、カーボンペースト、接着剤、テープ、ハンダなどを用いて固定することができる。その中でも、特に、銀ペーストやカーボンペーストなどの導電性を有するものによって固定することが好ましい。銀ペーストやカーボンペーストなどは、一般的に電子顕微鏡で導電性を得るために用いられているものであり、これらの導電性ペーストを用いて試料１１を薄板１２に固定することにより、確実に試料１１を薄板１２に載置固定できるとともに、電子顕微鏡で観察する場合における帯電などの障害の発生を防止することができる。
【００２５】
また、試料１１を固定するに際しては、実体顕微鏡や金属顕微鏡などを用いて薄板１２や試料１１を拡大観察し、薄板１２と試料１１の位置を調整することで試料１１の特定部位における断面の加工を行うことができる。
【００２６】
（断面加工工程）
次に、断面加工工程Ｓ２では、図２（ｂ）に示すように、試料固定工程Ｓ１にて薄板１２に固定された試料１１に対して観察面となる試料断面を加工する。このとき、本実施の形態においては、試料１１を固定させた薄板１２の側から、観察する断面を作製しようとする試料面１４に対して垂直な方向（図２（ｂ）中矢印Ｘ方向）にアルゴンイオン１５を照射することによって断面加工を行う。
【００２７】
従来、軟質な金属を観察対象試料とした場合、機械的な研磨や集束イオンビームによって断面加工を行っていたが、その断面加工においては試料内部の金属組織などに歪や傷状の凹凸が発生してしまっていた。このようにして観察断面に歪や凹凸が生じると、例えば走査電子顕微鏡による反射電子像にも亀裂のような傷や凹凸が発生してしまい、加工した金属試料の結晶組織についての詳細で精度の高い観察やＥＢＳＤ解析が困難となっていた。このことは、対象とする試料である金属などの軟質性に起因するものと考えられている。
【００２８】
そこで、本実施の形態においては、上述のように、先ず、観察対象となる試料１１をその試料１１に比して硬質な材料からなる薄板１２に載置固定し、そして、薄板１２に載置固定させた試料１１に対して、その薄板１２側からアルゴンイオン１５を照射することにより断面を加工する。このように、試料１１よりも硬質な薄板１２の側から、すなわちその薄板１２を介在させて、試料１１に対してアルゴンイオン１５を照射することにより、例えば観察対象の試料１１として軟質な金属の断面加工を行う場合でも、試料１１の加工断面１４’に歪や傷状の凹凸が発生することを効果的に抑制することができ、高い精度で結晶組織を観察できる電子顕微鏡観察用試料１６を作製することができる。
【００２９】
また、従来のように集束イオンビームによってＧａイオンを照射するものではないため、Ｇａイオンが試料１１の表面に打ち込まれることによるミキシングを防止して、結晶状態が破壊されることを防止することができる。さらに、従来の断面加工方法を比較して、簡易な操作で短時間のうちに効率的に、平滑な加工断面１４’を形成することができる。
【００３０】
アルゴンイオン１５による断面加工は、具体的には、薄板１２に載置固定させた試料１１を真空中に入れてアルゴンイオン銃を用いてアルゴンイオンを発生させ、その薄板１２側から、作製しようとする断面となる試料面１４に対して垂直な方向にアルゴンイオン１５を照射する。この断面加工では、薄板１２と試料１１とが同時にアルゴンイオン１５の照射により削られ断面が表出され加工断面１４’となる。
【００３１】
アルゴンイオン１５の印加電圧は、試料１１の特性に合わせて適宜調整することが好ましいが、３〜６ｋＶ程度で行うことが特に好ましい。アルゴンイオン１５の印加電圧を３〜６ｋＶ程度に調整して照射することにより、歪や凹凸の発生を抑制するとともに試料の加工断面１４’をより平滑にすることができる。
【００３２】
このようにして、観察対象となる試料１１を薄板１２に載置固定させ、その薄板１２側からアルゴンイオン１５の照射により断面加工を行うことにより、平滑な加工断面１４’を有する電子顕微鏡観察用試料１６を作製することができる。
【００３３】
以上のように作製された電子顕微鏡観察用試料１６を用いた断面観察は、例えば走査電子顕微鏡や集束イオンビーム加工観察装置などを用いて行うことができる。本実施の形態に係る方法により作製された電子顕微鏡観察用試料１６によれば、上述のように機械的な研磨や集束イオンビームなどによる断面加工により生じていた歪や傷状の凹凸の発生を防止できているので、試料１１の結晶粒一つ一つをコントラストの違いとして明確に判別することができ、非常に迅速かつ精度の高い解析が可能となる。
【００３４】
具体的に、試料１１の結晶情報を取得するにあたっては、例えば、走査電子顕微鏡に搭載したＥＢＳＰ検出器により結晶構造由来の回折パターンを取得して結晶学的な解析を行うことによって結晶方位を導き出すＥＢＳＤ法を用いる。このＥＢＳＤ測定では、試料１１を高傾斜して観察するため、観察面に凹凸が残っていると影ができて回折パターンが取得できなくなる。しかしながら、本実施の形態に係る方法より作製された電子顕微鏡観察用試料によれば、歪や凹凸の発生が抑制されて非常に平坦な観察面とすることができるため、観察面の凹凸による影響がなくなり、回折パターンの取得エラーを防止して高品質な解析が可能となる。
【００３５】
走査型顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察の場合、上述したように、観察対象となる試料１１が載置固定された薄板１２ごと、ＳＥＭの試料ホルダーに固定して搭載することができる。ＳＥＭの試料ホルダーに対しては、試料１１を載置固定させた薄板１２を、例えばカーボンペーストや銀ペーストなどの接着性を有する導電性ペーストを用いて固定する。具体的には、試料ホルダーの取り付け箇所に導電性ペーストを塗布し、塗布した導電性ペースト上に、試料１１を載置固定させた薄板１２を載置し固定する。
【００３６】
電子顕微鏡による観察は、従来知られている方法に従って行うことができる。例えば、ＳＥＭによる観察の場合、断面加工した電子顕微鏡観察用試料１６に対して電子線を照射し、照射された電子線による２次電子、反射電子又は透過電子を検出して、観察対象となる試料の像を得る。検出した電子による反射電子像などの取得に際しては、分解能などを考慮して加速電圧、コンデンサーレンズ電流値、対物絞り径、作動距離などを設定した後、撮影を行い画像データを取得することで行うことができる。
【実施例】
【００３７】
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。本実施例では、観察対象試料として軟質な金属を用いて電子顕微鏡観察用試料を作製し、作製した金属試料における断面方向のＥＢＳＤ解析を行った。
【００３８】
（実施例１）
実施例１では、先ず、試料としての軟質な金属を、３０μｍの厚さのＭｏ製薄板上に載置しカーボンペーストを用いて固定した。次に、Ｍｏ製薄板に載置固定させた試料を真空中に投入し、６ｋＶのＡｒイオンを照射して３０分間の断面加工を行い、電子顕微鏡観察用試料を作製した。この断面加工においては、試料を載置固定させた薄板側から作製しようとする観察断面に対して垂直な方向にＡｒイオンを照射した。なお、Ａｒイオンの照射は、イオンビームミリング装置（型式：ＲＥＳ１０１  ＢＡＬ-ＴＥＣ社製）を用いて行った。
【００３９】
次に、作製した電子顕微鏡観察用試料を用いてＥＢＳＤ解析を行った。解析は、走査電子顕微鏡（ＵＬＴＲＡ５５、Ｚｅｉｓｓ社製）を用いて反射電子像を観察した。図３に観察結果を示す。
【００４０】
図３に示されるように、上述のようにして作製した電子顕微鏡観察用試料では、金属組織に歪や凹凸のない封断面を明瞭に観察できることが分かった。
【００４１】
（実施例２）
実施例２では、先ず、試料としての軟質な金属を、２００μｍの厚さのＭｏ製薄板上に載置しカーボンペーストを用いて固定した。次に、Ｍｏ製薄板に載置固定させた試料を真空中に投入し、６ｋＶのＡｒイオンを照射して３０分間の断面加工を行い、電子顕微鏡観察用試料を作製した。この断面加工においては、実施例１と同様の装置を用い、試料を載置固定させた薄板側から作製しようとする観察断面に対して垂直な方向にＡｒイオンを照射した。
【００４２】
次に、作製した電子顕微鏡観察用試料を用いて結晶方位マップ解析を行った。解析は、走査電子顕微鏡（ＵＬＴＲＡ５５、Ｚｅｉｓｓ社製）に搭載したＥＢＳＤシステム（Ｃｈａｎｎｅｌ５、ＨＫＬ社製）を用いて回折パターンを取得することによって方位解析を行った。図４に結晶方位マップ解析の結果を示す。
【００４３】
図４に示されるように、上述のようにして作製した電子顕微鏡観察用試料では、結晶粒一つ一つが明瞭な色彩コントラストとして表れ、高い精度で金属結晶の方位分布を解析できることが分かった。
【００４４】
（比較例１）
比較例１では、実施例１と同様に、試料として軟質な金属を用い、集束イオンビーム観察装置（ＦＢ−２０００Ａ、日立ハイテクノロジーズ社製）を用いて断面加工を行い、電子顕微鏡観察用試料を作製した。
【００４５】
次に、作製した電子顕微鏡観察用試料を用いてＥＢＳＤ解析を行った。解析は、走査電子顕微鏡（ＵＬＴＲＡ５５、Ｚｅｉｓｓ社製）を用いて反射電子像を観察した。図５に観察結果を示す。
【００４６】
図５に示されるように、従来と同様に試料に対して直接集束イオンビームを用いて断面加工して電子顕微鏡観察用試料を作製した場合では、試料の金属組織においてイオンを照射した方向に傷のような凹凸が発生してしまった。これにより、精度が高く高品質な結晶組織の解析を行うことができないことが分かった。
【００４７】
（比較例２）
比較例２では、比較例１と同様の断面加工を行うことによって作製した電子顕微鏡観察用試料を用いて結晶方位マップ解析を行った。
【００４８】
解析は、走査電子顕微鏡（ＵＬＴＲＡ５５、Ｚｅｉｓｓ社製）に搭載したＥＢＳＤシステム（Ｃｈａｎｎｅｌ５、ＨＫＬ社製）を用いて回折パターンを取得することによって方位解析を行った。図６に結晶方位マップ解析の結果を示す。
【００４９】
図６の解析結果において、方位マップ内に黒くなっている部分は、凹凸や断面加工によるダメージの影響により回折パターンが取得できなかった部位である。このように、従来と同様の断面加工により作製した電子顕微鏡観察用試料では、加工による傷や照射したＧａイオンによる試料表面へのダメージによる影響で、詳細な方位解析を行うことは難しいことが分かった。
【符号の説明】
【００５０】
１１  試料、１２  薄板、１３  ペースト、１４  試料面、１４’  加工断面、１５  アルゴンイオン、１６  電子顕微鏡観察用試料
【図１】
2013160552.tif 000003
【図２】
2013160552.tif 000004
【図３】
2013160552.tif 000005
【図４】
2013160552.tif 000006
【図５】
2013160552.tif 000007
【図６】
2013160552.tif 000008