諜類 lpn.J.Phyco.
lSorui49:7‑10，
March 10，2001

金ふ7

研究技術紹介集束イオンビ ーム (FIB)加工装置による微細藻類断面の観察
鈴木秀和大石喜久檀紫1青 山学院高等部

南雲 保 3150‑8366東京都渋谷区渋谷 4‑4‑25

2 (株) 目立製作所テクノリサーチセンタ 312・8504茨城県ひたちなか市市毛 8823日本歯科大学生物学教室 102‑8159東京都千代 田区富士見 1‑
9‑20

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集束イオンビーム (FocusedIonBeam;FIB) 加工観

FIB加 工装 置 の 原 理

Scanning
察装置は ，微細加工機能と走査イオン顕微鏡 (FIB力1I工装置の外観は， SEMとほぼ同じである (図IonMicroscope;SIM) による観察機能を持つ最新の機

1)。しかし FIB加工装置は電子ではなく，ガリウム (Ga)械といえる 。近年半導体 ，金属，セラミックなど，こイオンを照射する 。区12に FIB加工観察装置(目立 :F‑れまで薄切や微細なエッチングなどに膨大な l
時間が必3000FB) の概略構成を示す。加速電圧 30kVのイオン要とされた分野において，特定箇所の透過電子顕微鏡源から引き出したガリウムイオンを集束レンズと対物(T E M) 観 察 試 料 作 製 や 微 細 断 面 観 察

m試料作製のツー ル と し て 広 く 活 用 さ れ つ つ あ る (Ishitani &Yaguchi1996)。 また生物試料においても，柔らかい組織をその構造を壊すことなく断面試料イノ戸製が可能であり，さらに部分的に表面物質を除去し内部構造を観察
Ishitaniet<11.1995)。
した例も報告されている (筆者らは主に工業的利用 を目 的として開発されたこの FIB装置を用い，普通の方法では得られない，微創1藻(珪藻類，パルマ藻 ，円石 i来)の￨新商加工を行い，走SEM) による観察を行 った。筆者らは査電子顕微鏡 (既にこの方法によって得られた観察結果を報告していSuzukieta.
12001)，本報では FIBの基本的な原るが (理と観察例を紹介する 。
区1I FIB加工袋誼の外観 (F‑3000FB)

鈴木他

8レンズで FIBを形成し，試本￨に照射する 。 この時 ，試料表面からスパアタリング現象により多くの試料構成rm粒子である氾子やイオン原子 (中性) と共に 二次和も放出される 。偏 向器で FIs を試料上で走盗し ， この走査信号と同期させて放出 二次荷屯粒子 (通常は二次電子)の検出器強度を 純度信号として走査画像を形成
すると， SIMによる試料 表而 が 観察 できる 。 さらに，

偏 向器
対物レン~ .

crepuou‑Es

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化 ﹁刷理M1 5unqr︑lLc
S位
装内ノ‑nurr

両陛絞り (可変) は大きさの違うピーム屯流/径を作る

LSの所の加工ができる 。

{iulM ‑
自ビーム照射の領域を特定することにより観察したい個i'[に応じて切り換える 。適ためのものであり， 加工 体fJl
I工
切な力[
1工ピームを選択することにより ，効率的な )ができる 。 ビームを電界で ~rtlililj 的に 1111 げる音11 分をプラ(1)観る笠皿金i(2)削る(Spu
旦旦且R

FIB

FIB

ンカと H
千び，絞りの切り換えやステージを使 った移動

F 1Bの￨捺，試キ￨
表面の不用意なスパアタリングを避けるた1
およステ イグマは FIsの光取1原子び断面形状を調整するために設けてある 。加工面の仕型自め使用する 。 アライナ

O寺の像分解能は，これらの調弦上がり良否および観察 Hに大きく依存する 。加工ビームは，通常，ビーム電流(Ip)は 20pA‑ 15nA，ピーム径 (dp)は 20nm‑ Imm‑表面/断面観察・加工位置決めである 。一方，微細な観察用ビームは ， レンズ条件と￨ ・断面/薄膜作製￨ ・切断/穴あけ‑保隆膜形成・配線i
主13 FI
s装置の機能小径絞りとの組み合わせにより lpは数 pA，dpは約 1011111(4)FIB力1工領域を特定し ，加工ビームの選択 と加に設定する 。

FIB加￨工は，物理スパ γ タリング現象 を利用した加工￨時間の設定を行う 。

工であり ，加￨工材料の制限は少ない 。加工効率 は材料(5)第 lの加工 (組 加工) では，所望￨折面の手前昔11S.
2‑0.81111113I
1A‑程度である 。また，機‑Iにも依存し， 0分を除去し，断而を斜め方向から SI
M 観察が械加工に付随しているマクロ的応力 (せん l
折，圧縮，引できるようにする 。加工途中の形状は，加工張) を伴わないため，応力レスの加工 である (図 3)。
Ff
Bには ，)J[I
工 (自JIる)，観察 (観る )の他に，成 j
換

デポジ シ ョン )は，(着ける )の機能がある 。この成 J英(LBの照加工部の表面保護が必要な場合 に利用す る。 F
吹き
射と同 1寺に成 J莫材料 を含むガスをその照射領域に l

Mf象; でリアルタイムに視覚的にビームによる SIモニターできる 。
(6)第 2の力1工 (仕上げ加工)では，粗加工した断而をさらに 平坦に削る 。
(7)試が￨ステージを傾斜し ，仕上げ断面の状態を付 けることにより ，試料表而に l汲精した力ス分子を分SIM1象で観察する 。追加工 が必要な場合は ，再Wfし，そこに l撲を堆積させることができる 。導電性のタングステン (w)やカーボン (C)などの成l換が可能

I工を行う 。
度 ，仕上げ力J
ff
i加工時間は 30‑ 60分でこの加工例における総 Fpは 50‑200pAの Faを使である 。成Jl失には ，通常 ，Iある 。また， FIs成 J英は用いていない 。本加工例では ，u用する 。

FIB力工の特徴である (1)所望位 i
Eでの 断而加工， (2)

加工手順

視覚的な力旧二プ ロセス， (3) 材料制限の少ない加工，Fa断面加工手I}
頂を「珪藻Jに適用して説明する 。

4)応力レスの加工，のいずれもが活用されおよ び ((1)試料 (珪藻)を試料台に固定する 。

てい る。

(2)チャージアップを ￨坊ぐため試料表面に白金 (Pt)をl
事さ数 IOnmプラズマコ ーティングする 。
(3)詰¥j
I
E
I
台を F
ff
i装置チャンパー内の試本￨
ステージに載せ，観察ビームをrti
Jl.祭する 。

mいた SIM 像により到ニ諜を観 察例

1)政務類
珪 ij;~ の分類同定において殻あるいは被殻の l折而を観察す ることは，秘の特徴や近縁腐との類縁を i検討す

Fls加工装 fll:による微細1藻 類断 面 の観祭

関4A.Aulacos四r
asp.(珪 藻) の被主主縦断面 (2細胞)
B.Aulacoseirasp.(設 秘) の 絞 横 断 商

C.Cocconei
spseudomargirw
lilvar.i11lermedhl (珪藻) の被殺横断面
D.N;
川 cularein/Jardii(珪 渓) の被殻横断面

E.Emilianiasp.(円石務) の釧胞 l折I町
lrapanllasp. ( ノ~ )レマ泌)の断面lF.Te

910鈴木他る際に重要である。筆者らはこれまで，先端を鋭利にが観察される(図 F)
oF1B加工はこのような 10仰nにした針を用いて，珪藻被殻や殻を顕微鏡下で目的とすも満たない微小藻類の内部構造の観察も可能である。

る部分を目がけて割る，あるいは超音波洗浄機の波動によって割るという方法を用いてきた(南雲・小林まとめ

1979)。しかしこの方法では完全な殻の断面を SEMで今回用いた FIB加工は複雑な処理工程や熟練した観察することは不可能であった。そこで従来断面の観"技"を必要とせず，ごく短時間に観察したい切断面が察には，百M試料作成法を用い，樹脂包埋試斜を作り，得られる。また本報で紹介した珪藻類のような中空の薄切片を作成した後，樹脂を溶かし(脱樹脂)，その面試料においても，その構造を損傷することなく断面加を SEMで観察するという時間の掛かる方法がとられ工を施すことができる。さらにF1Bは，断面試料作製982)。
ていた (Pocock& Cox1

でなく材料表面を指定した領域および深さで削り取る

AulaαJSe.
加 sp.

ことも可能である。しかも形状は任意に設定できる o本属は淡水産の代表的な中心珪藻である。殻は長いF1B加工技術による試料製作の展開や応用は，電子工

円筒形で，糸状の群体を形成する。糸状群体 (2細胞)学分野だけでなく材料工学，医療分野，化学産業分野の縦断商観では群体を形成する殻どうしのつながりがそして基礎研究分野など多岐にわたる分野への拡大が観察される(図 A)。手作業では絶対不可能なこのよう考えられる。特に生物分野では生物体の形態観察におな試料作製がF1B加工では容易である。肋にある種特いて，今までにない新しい角度からの知見が得られ，有の唇状突起の形態とその位置が観察される(図 B)。

分類学や系統学への発展に大いに貢献するものと期待

Cocconeisp.
哩:eudomarginataGreg.v
ar.in
飽'nnediaGrun.

される。

着生珪藻の代表的な属の一種である。本属に特徴的な，上殻と下殻の厚さの違いや，湾曲の程度の違いが観察される(図 C)

謝辞本報をまとめるにあたり，貴重な試料をご提供下Nav
iculareinhardtuGrun.

さった筑波大学生物科学系井上勲教授，国立環境研究

典型的な羽状珪藻の形態、をもっ種である。上下 2枚所河地正伸主任研究員に感謝する。の殺の組み合わせ部，および縦溝や胞紋の断面構造が)。
観察される(図 D

引用文献
Boo出，B.C.andMarchant，H.J.1987. Parmales，anew2) パルマ藻と円石藻それぞれピコおよぴナノプランクトンと呼ばれ極めて微細な藻類であり，これらの種の同定には SEMやorderofmarineα町 sophytes，
withdesctiptionsof曲 mnewgener
aandsevennews
peci関.J.Phycol.23ヨ45・
260.

百 MI
ま不可欠なものであり， F1B加工も今後有効になIshi
tani，
T.，Hirose，H.andTsuboi，H.1
995.Focused‑
Ionるであろう。
円石藻はハプト藻網に属し，炭酸カルシウムを主成

Beamd
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iologicalspecimens.J.ElectronMicrosc.4
4:1
1ふ 1
14.
Ishi
回ni，T.andYaguchi，
T.1
996.Cross‑
Sectionalsample

分とする細胞外被である円石 (coccolith) を持つ。円preparationbyfocusedionbeam:areviewofion‑sampleEmilianiasp.

石には同心円および放射状の模様があり，種に固有の様々な形態に分化している。この微細形態は種の記載において重視されている特徴の lつである(河地∞2 0)。本種では上下 2枚の盤が中央の円柱で連結し，互いに噛み合って球形の被殻を形成しているのが観察される(図 E)。

Te回I
pannasp.
パルマ藻は現時点で黄金色藻綱に属しているが(B∞血&Marchant1987)，分類・系統上の位置についての手がかりが全く得られていない。珪酸質でできた複数の鱗片が互いに隙聞なく連結し合うプレート構造

in胞raction.Mi
crosc.Res.Tech.3
5:320‑
333.

∞.
oハプト藻類.月刊海洋号外 (21):51・56.

河地正伸 2南雲保・小林弘 1
979.Pinnu
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asun
daen
sisHust.の縦裂構造について.日本歯科大学紀要 1
979:1
49・
161.
PO∞ck，K.L.andCox，
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982.F
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ωiffiRhabdonemaarcuatum (L戸gb.
) K首位. Nova.
Hedwigia36:621・641∞I.Mo hology

S阻 止i，H.，Tan紘a， J.andNagumo，T.2

中。
fthemarinediatomCocconei
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6:inpress.