(57)【要約】【課題】試料の断面の観察および化学分析を迅速かつ簡易に行うことができる試料断面解析方法を提供する。【解決手段】傾斜断面３を作製した試料を走査電子顕微鏡内に載置し、傾斜断面３の解析を行う試料断面解析方法。傾斜断面３は、集束イオンビーム加工装置を用いて、イオンビーム１を試料表面２に対して斜めに照射することで作製することができる。また、走査電子顕微鏡内で傾斜断面３を所定の角度に調整した後に解析を行うことで、傾斜断面３に対して垂直方向からの解析が可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾斜断面を作製した試料を走査電子顕微鏡内に載置し、該傾斜断面の解析を行うことを特徴とする試料断面解析方法。
【請求項２】
集束イオンビーム加工装置によって前記傾斜断面を作製することを特徴とする請求項１に記載の試料断面解析方法。
【請求項３】
走査電子顕微鏡内で前記傾斜断面を所定の角度に調整した後、前記傾斜断面の解析を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の試料断面解析方法。
【請求項４】
前記解析が、走査電子顕微鏡による形態観察を含むことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の試料断面解析方法。
【請求項５】
前記解析が、さらに、走査電子顕微鏡内で照射された電子線に起因して前記傾斜断面から放出される粒子を検出することで行われる化学分析を含むことを特徴とする請求項４に記載の試料断面解析方法。
【請求項６】
前記傾斜断面から放出される粒子が、特性Ｘ線、二次電子および反射電子から選択される１種以上であることを特徴とする請求項５に記載の試料断面解析方法。
【請求項７】
前記傾斜断面の側壁を除去加工することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の試料断面解析方法。
【請求項８】
集束イオンビーム加工装置によって前記側壁の除去加工を行うことを特徴とする請求項７に記載の試料断面解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料断面解析方法に係り、特に、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工装置を用いて観察用試料を作製し、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって試料断面を解析する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料の断面を観察する手法として、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）が広く用いられている。通常、観察用の断面を作製するためには、エメリー紙等の研磨紙またはダイヤモンドスラリー等の研磨材が用いられる。しかし、試料表面に剥離しやすい物質または水溶性の物質が付着している場合、研磨紙または研磨材の使用は困難となる。
【０００３】
非特許文献１では、黒染め加工した鋼鉄及び鉄の膜厚評価に適した断面試料作製の方法として、クロスセクションポリッシャ（ＣＰ）を用いている。ＣＰとは、試料表面に対して垂直な方向からアルゴンイオンビームを照射することで断面を得る加工装置である。
【０００４】
同様に、イオンビームを照射することで断面加工を行うことのできる装置として、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工装置が知られている。例えば、非特許文献２および特許文献１には、ＦＩＢを用いて、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察用の微小試料を採取する方法が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、試料に対して垂直にイオンビームを照射することで開口を形成し、さらに試料を回転傾斜させてから試料断面部分に電流量を減少させたイオンビームを照射して断面の組織を明瞭に観察できるように加工した後、断面部分をＳＥＭにより観察するＦＩＢ−ＳＥＭ装置における試料断面観察方法およびＦＩＢ−ＳＥＭ装置が提案されている。
【０００６】
特許文献３には、試料に対して垂直にイオンビームを照射することで開口を形成した後、試料を断面と平行になるような面で劈壊することで、断面と直交する方向からＳＥＭによる観察および元素分析を行う試料の微小部断面解析方法および解析装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２６１８９２号公報
【特許文献２】特開平１１−２１３９３５号公報
【特許文献３】特開２００５−１７２５８８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】株式会社ヤマヨ：「黒染め加工した鋼鉄及び鉄の評価手法の確立と処理条件の最適化」についての研究報告書、ｙａｓ研−０１−００３号、平成２２年３月３１日
【非特許文献２】室井光裕：ＦＩＢ装置を用いた微細加工、筑波大学技術報告、２４（２００４）、第６９−７２頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非特許文献１に記載されたＣＰは、広い領域に対する加工処理には適するが、ＦＩＢに比べてビーム径が大きいため、微小領域での加工には適さない。また、非特許文献２および特許文献１に記載された方法は、ＴＥＭ観察用の薄片を作製するためものであり、ＳＥＭによる断面観察用の試料の作製方法とは異なる。
【００１０】
特許文献２に記載された方法では、試料の断面を斜め方向から観察することになる。そのためＳＥＭ像を得ることはある程度可能ではあるものの、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）、波長分散型Ｘ線分析（ＷＤＳ）等を行う場合には、開口部の周壁部が特性Ｘ線の進路の妨げとなり正確な元素分析が行えない問題がある。
【００１１】
特許文献３に記載された方法では、断面に対して垂直に観察可能ではあるが、試料全体を分断する必要が生じるため、簡易な手法とは言えない。
【００１２】
本発明は、試料の断面の観察および化学分析を迅速かつ簡易に行うことができる試料断面解析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】
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記の（１）〜（８）に示す試料断面解析方法を要旨とする。
【００１４】
（１）傾斜断面を作製した試料を走査電子顕微鏡内に載置し、該傾斜断面の解析を行うことを特徴とする試料断面解析方法。
【００１５】
（２）集束イオンビーム加工装置によって前記傾斜断面を作製することを特徴とする上記（１）に記載の試料断面解析方法。
【００１６】
（３）走査電子顕微鏡内で前記傾斜断面を所定の角度に調整した後、前記傾斜断面の解析を行うことを特徴とする上記（１）または（２）に記載の試料断面解析方法。
【００１７】
（４）前記解析が、走査電子顕微鏡による形態観察を含むことを特徴とする上記（１）〜（３）に記載の試料断面解析方法。
【００１８】
（５）前記解析が、さらに、走査電子顕微鏡内で照射された電子線に起因して前記傾斜断面から放出される粒子を検出することで行われる化学分析を含むことを特徴とする上記（４）に記載の試料断面解析方法。
【００１９】
（６）前記傾斜断面から放出される粒子が、特性Ｘ線、二次電子および反射電子から選択される１種以上であることを特徴とする上記（５）に記載の試料断面解析方法。
【００２０】
（７）前記傾斜断面の側壁を除去加工することを特徴とする上記（５）または（６）に記載の試料断面解析方法。
【００２１】
（８）集束イオンビーム加工装置によって前記側壁の除去加工を行うことを特徴とする上記（７）に記載の試料断面解析方法。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、試料を分断しなくても、所望の位置における試料断面の観察および化学分析を迅速かつ簡易に行うことが可能である。特に、本発明に係る試料断面解析方法は、試料の表層付近における断面観察を行う際に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る試料断面解析方法の一例を概略的に示した図である。
【図２】ＦＩＢ加工装置を用いて、傾斜断面を作製する過程を模式的に示した斜視図である。
【図３】傾斜断面のＳＥＭ画像である。                                              （ａ）試料表面に対して垂直に観察した状態                                    （ｂ）（ａ）の拡大画像                                                      （ｃ）傾斜断面に対して垂直に観察した状態
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明に係る試料断面解析方法の一例を概略的に示した図である。なお、以下の説明において試料の加工手段としてＦＩＢ加工装置の使用を想定しているが、試料の加工が可能なものであれば良く、これに限定されるものではない。
【００２５】
本発明の試料断面解析方法では、まず、イオンビーム１を試料表面２に対して斜めに照射し、傾斜断面３を作製する。その後、ＳＥＭによる傾斜断面の解析を行う。なお、本発明において、「解析」とは、形態観察またはさらに化学分析を含むものを指す。また、ＳＥＭ内で必要に応じて試料を傾斜・回転させて傾斜断面を所定の角度に調整することができる。特に、ＳＥＭによる電子線が試料の傾斜断面３に対して垂直に照射されるように調整するのが好ましい。ＳＥＭから電子線４が入射されることで、特性Ｘ線５、二次電子６等の粒子が傾斜断面３から放出される。この際に、ＥＤＳ等のＸ線検出器７によって、特性Ｘ線５を検出することで、傾斜断面３の化学分析を行うことができる。
【００２６】
図２は、ＦＩＢ加工装置を用いて、試料表面２に傾斜断面３を作製する過程を模式的に示した斜視図である。イオンビーム１を試料表面２に対して斜めに照射することで、傾斜断面３を作製する。この時の加工する傾斜角度については、特に制限はないが、傾斜断面３の試料表面２に対してなす角が小さすぎると、断面方向を観察するためには水平方向に広範囲にわたって加工する必要が生じ、一方、大きすぎるとＳＥＭ観察およびＸ線分析を断面に垂直に行うのが困難となる。したがって、傾斜断面３が試料表面２に対してなす角は、５〜７０°とすることが望ましく、２０〜６０°とすることがより望ましく、４０〜５０°とすることがさらに望ましい。
【００２７】
図１および２においては、傾斜角度を４５°として加工した例を示した。この場合においては、傾斜断面は深さ方向に√２倍拡大されることになるため、実際の深さを得るためには、１／√２倍すれば良い。傾斜断面を観察することで、深さ方向に拡大されるため、例えば、試料表面に形成した薄膜の化学分析を行う場合でも、薄膜の深さが拡大されており電子線を容易に当てることができるようになる。
【００２８】
図２に示すように、傾斜断面３を作製することによって、側壁８が形成される。両側の側壁８の間の距離は、観察面を十分に確保することと、加工面が過剰とならないことに留意しつつ適宜選択すれば良いが、例えば、５０μｍ程度とすれば良い。
【００２９】
また、ＳＥＭ観察は可能であっても、Ｘ線分析する場合、特に、ＷＤＳを用いる場合、側壁８が特性Ｘ線の進路を妨害することがある。その際には、側壁８をさらにＦＩＢ加工装置等の加工手段によって除去することで、特性Ｘ線の進路を確保することができる。上記の除去加工は、側壁の片側のみに対して行っても良いし、両側に対して行っても良い。側壁の除去加工を行う際に、除去した側壁の物質が解析面である傾斜断面に再付着することのないように、ＦＩＢ加工を行う場合、側壁に直接イオンビームが照射されるような向きで行う。その際のイオンビームの照射角度は、側壁に対して３０〜６０°とするのが良い。装置の検出器の配置によって、側壁の除去加工が必要な幅、深さは異なるが、概ね側壁を１００μｍ程度の深さまで除去すれば良い。検出対象が、特性Ｘ線だけでなく、二次電子、反射電子等であっても同様である。なお、側壁８が特性Ｘ線等の進路を妨害しているかどうかは、Ｘ線強度を計測することで判定することが可能である。
【００３０】
ＦＩＢ加工装置では、デポジション加工による保護皮膜９の形成が可能であるので、必要に応じて形成すれば良い。保護皮膜９を形成することで、より平滑な傾斜断面３の作製が可能となる。この際、ＦＩＢ加工する角度と同一の角度で保護皮膜９を形成すると、試料表面２に疵部等の凹凸形状があっても、加工部分全体に均一に保護皮膜９をデポジション加工することができるため好ましい。
【００３１】
デポジション加工により形成する保護皮膜９としては特に制限はなく、試料、ＦＩＢ加工装置に合わせて適宜選択すれば良いが、通常、タングステン、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等が用いられる。
【００３２】
ＦＩＢ加工に用いるイオンビームとしては、通常、Ｇａイオンを３０ｋＶの加速電圧で用いるが、試料表面を加工できるイオン源であれば特に制限はない。
【００３３】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００３４】
酸洗した熱延鋼板に対して、４５°傾斜させた状態でタングステンデポジション加工を１時間行い、その後、加速電圧３０ｋＶでＧａイオンビームを照射し、粗加工を７時間、仕上加工を３時間実施して、傾斜断面を加工した。
【００３５】
図３は、上記の熱延鋼板に加工した傾斜断面のＳＥＭ画像である。図３（ａ）は、試料表面に対して垂直に観察している状態であり、図３（ｂ）はその拡大画像である。その後、図３（ｃ）に示すように、試料を傾斜させ、断面に対して垂直に観察した。傾斜断面は試料表面に対して４５°傾いているため、深さ方向に√２倍拡大されていることになる。図３（ｃ）から、断面を垂直方向から明瞭に観察できることが分かる。
【００３６】
さらに、傾斜断面の化学分析を行うことができる。ＷＤＳで測定する場合、装置によっては検出器と試料との配置によって加工面の側壁が特性Ｘ線の進路を妨害することがある。その際には、側壁の一部をＦＩＢ加工で取り除くことによって、特性Ｘ線の進路を確保することができ、高精度の化学分析を行うことができる。具体的には、以下のように側壁の除去加工を行った。
【００３７】
イオンビームの照射角度は、側壁に対して４５°とし、側壁の両側をそれぞれ１００μｍ程度の深さまで除去した。また、除去加工に際しては、デポジション加工を行う必要はない。上記の除去加工に要する時間は、５〜６時間程度であった。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る試料断面解析方法によれば、試料を分断しなくても、所望の位置における試料断面の観察および化学分析を迅速かつ簡易に行うことが可能であるため、特に、試料の表層付近における断面観察を行う際に有効である。
【符号の説明】
【００３９】
１．イオンビーム
２．試料表面
３．傾斜断面
４．電子線
５．特性Ｘ線
６．二次電子
７．Ｘ線検出器
８．側壁
９．保護皮膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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