JP2000121520A

JP2000121520A - 透過型電子顕微鏡用試料の作成方法

Info

Publication number: JP2000121520A
Application number: JP10296308A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Hayashi; 俊哉林
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-10-19
Filing date: 1998-10-19
Publication date: 2000-04-28
Anticipated expiration: 2018-10-19
Also published as: JP3287320B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の方法と比較して十分な大きさの観察
範囲を得ることができる透過型電子顕微鏡用試料の作成
方法を提供する。【解決手段】支持基板８上の一部分に、試料１０を研
磨する際に用いる研磨液に対して不活性な不活性層２を
設け、支持基板８上の不活性層２が存在しない部分に穴
３〜７を設け、試料１０の非研磨面に第１の接着剤１２
を用いて補強ジグ１１を接着し、補強ジグ１１が前記穴
３の内部に存在するように支持基板８と試料１０とを直
接重ね合わせた状態で穴３に第２の接着剤を注入し固化
させ、化学的機械的研磨により前記試料１０を薄層化
し、試料１０に対して補強ジグ１１と対称である試料１
０の研磨面上の領域にマスクを施し、試料１０のうちマ
スクを施した領域以外の部分を溶解させたのち第２の接
着剤及びマスクを溶解する。以上により上記目的を達成
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透過型電子顕微鏡
用試料の作成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｓｉ基板やＧａＡｓ基板上に形成された
薄膜の結晶構造や粒界構造を評価する方法の一つとし
て、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）が広く用いられてい
る。この場合、ＴＥＭを用いて薄膜の結晶構造や粒界構
造の評価を可能にするためには、試料を裏面から垂直方
向に研磨して、電子線が試料中を通過できる厚さ（数１
０〜数１００ｎｍ）まで薄く加工する必要がある。

【０００３】従来、表面薄膜を対象とした透過型電子顕
微鏡用試料の作成においては、試料を微細片に切り出し
たのちに、裏面側から機械研磨＋イオンミリング或いは
化学エッチングによって試料を薄膜化することにより透
過型電子顕微鏡で観察可能な試料を得る方法が一般に用
いられている。例えば、超音波加工機で図５（Ａ）に
示すような試料４１に対し、約３ｍｍΦの試料片を切り
出したのち（図５（Ｂ）参照）、平面研磨機等で試料４
１の観察したい面と反対側の面を厚さ約１００μｍに薄
膜化し（図５（Ｃ）参照：試料４１のＤ−Ｄ’面に対
応）、更に、ボウル研磨機で試料４１のＤ−Ｄ’面の中
央部を約１０〜２０μｍの厚さまで薄くすることにより
試料４１の観察したい面と反対側の面をお椀型の形状に
掘削してから（図５（Ｄ）参照）、イオンミリング装置
で前工程により厚さ約１０〜２０μｍとなった試料４１
のＤ−Ｄ’面の中央部にイオンビームを照射することに
より、試料４１の中心部近傍に厚さ数百μｍの観察領域
４２を設ければ（図５（Ｅ）参照）、透過型電子顕微鏡
で観察可能な試料が得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示すような従来の透過型電子顕微鏡用試料の作成方法に
おいては次のような問題点があった。例えば、基板内の
結晶格子密度を評価する場合等においては、測定精度を
向上させるために数多くの試料を作成する必要がある。
このため、一つの試料でできるだけ広い範囲を観察でき
ることが望ましい。しかしながら、従来の透過型電子顕
微鏡用試料の作成方法においては、ボウル研磨機及びイ
オンビームを用いて試料に透過型電子顕微鏡用の観察領
域を作成する。この場合、ボウル研磨機で形成した試料
４１の中央部をお椀型の形状に施してから、イオンビー
ムを用いて前記中央部を更に薄膜化するという工程を経
るため、１つの試料において限られた範囲の観察領域し
か形成することができない。具体的には、従来の透過型
電子顕微鏡用試料の作成方法により作成された試料が有
する透過型電子顕微鏡での観察可能範囲は概ね１００μ
ｍ²以下である。したがって、基板内の結晶格子密度を
評価する場合等において、試料の測定精度の向上を図る
ためには非常に数多くの試料を作成しなければならない
ため、多大な手間及び時間を費やさなければならないと
いう問題が生じていた。

【０００５】本発明は、以上の従来技術における問題に
鑑みてなされたものである。本発明の目的は、従来の方
法により得られる試料と比較して、十分な大きさの観察
範囲を得ることが可能である透過型電子顕微鏡用試料の
作成方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本出
願第１の発明は、基板上に薄膜が形成されてなる試料を
裏面から研磨して、前記試料を薄膜化し、前記薄膜評価
用の透過型電子顕微鏡用試料を作成する方法において、
支持基板上の少なくとも一部分に、試料を研磨する際に
用いる研磨液に対して不活性な不活性層を設け、支持基
板上の不活性層が存在しない部分に少なくとも一つ以上
の穴を設け、試料の非研磨面に第１の接着剤を用いて補
強ジグを接着し、補強ジグが前記穴の内部に存在するよ
うに支持基板と試料とを直接重ね合わせた状態で、前記
穴に第２の接着剤を注入し固化させ、化学的機械的研磨
により前記試料を薄層化し、試料に対して補強ジグと対
称である試料の研磨面上の領域にマスクを施し、試料の
うちマスクを施した領域以外の部分を溶解させたのち、
第２の接着剤及びマスクを溶解することを特徴とする透
過型電子顕微鏡用試料の作成方法である。

【０００７】上記構成を有する本出願第１の発明の透過
型電子顕微鏡用試料の作成方法によると、支持基板上の
少なくとも一部分に、試料を研磨する際に用いる研磨液
に対して不活性な不活性層を設け、支持基板上の不活性
層が存在しない部分に少なくとも一つ以上の穴を設け、
試料の非研磨面に第１の接着剤を用いて補強ジグを接着
し、補強ジグが前記穴の内部に存在するように支持基板
と試料とを直接重ね合わせた状態で、前記穴に第２の接
着剤を注入し固化させ、化学的機械的研磨により前記試
料を薄層化し、試料に対して補強ジグと対称である試料
の研磨面上の領域にマスクを施し、試料のうちマスクを
施した領域以外の部分を溶解させたのち、第２の接着剤
及びマスクを溶解することにより、従来の方法により得
られる試料と比較して、ＴＥＭ観察においてより広い観
察範囲を有する試料を得ることができる。

【０００８】また、本出願第２の発明の透過型電子顕微
鏡用試料の作成方法は、本出願第１の発明の透過型電子
顕微鏡用試料の作成方法であって、支持基板上面に不活
性層を設け、支持基板上の前記不活性層が設けられた側
の面と試料とが接する状態で前記穴に第２の接着剤を注
入することを特徴とする。

【０００９】上記構成を有する本出願第２の発明の透過
型電子顕微鏡用試料の作成方法によると、支持基板上面
に不活性層を設け、支持基板上の前記不活性層が設けら
れた側の面と試料とが接する状態で前記穴に第２の接着
剤を注入することにより、支持基板と試料とが接する状
態で接着されるので、支持基板と試料との間には接着剤
が存在しない。これにより、試料の厚さの制御が可能で
あるので、ＴＥＭ観察に適した厚さの試料を得ることが
できるうえに、均一且つ平坦な形状を有する試料を加工
することができることから、ＴＥＭ観察に適した形状を
有する試料を容易に得ることができる。

【００１０】また、本出願第３の発明の透過型電子顕微
鏡用試料の作成方法は、本出願第２の発明の透過型電子
顕微鏡用試料の作成方法であって、支持基板上面の周辺
部に不活性層を設け、前記不活性層の内側に試料を設置
し、支持基板と試料とが接する状態で前記穴に第２の接
着剤を注入することを特徴とする。

【００１１】上記構成を有する本出願第３の発明の透過
型電子顕微鏡用試料の作成方法によると、支持基板上面
の周辺部に不活性層を設け、前記不活性層の内側に試料
を設置し、支持基板と試料とが接する状態で前記穴に第
２の接着剤を注入することにより、支持基板と試料とが
接する状態で接着されるので、支持基板と試料との間に
は接着剤が存在しない。これにより、化学的機械的研磨
の際に試料の厚さの制御が可能であるので、ＴＥＭ観察
に適した厚さの試料を得ることができるうえに、均一且
つ平坦な形状を有する試料を加工することができること
から、ＴＥＭ観察に適した形状を有する試料を容易に得
ることができる。

【００１２】また、本出願第４の発明の透過型電子顕微
鏡用試料の作成方法は、本出願第１〜本出願第３の発明
の何れか一の透過型電子顕微鏡用試料の作成方法であっ
て、不活性層を所定の厚さに形成し、化学的機械的研磨
により試料を薄片化する際に、不活性層が研磨板に接す
るまで試料を研磨することを特徴とする。

【００１３】上記構成を有する本出願第４の発明の透過
型電子顕微鏡用試料の作成方法によると、不活性層を所
定の厚さに形成し、化学的機械的研磨により試料を薄片
化する際に、不活性層が研磨板に接するまで試料を研磨
することにより、試料を所定の厚さに施すことが容易に
可能となる。これにより、化学的機械的研磨の際に試料
の厚さを制御することができるため、ＴＥＭ観察に適し
た厚さの試料を得ることができるうえに、均一且つ平坦
な形状を有する試料を加工することができることから、
ＴＥＭ観察に適した形状を有する試料を容易に得ること
ができる。

【００１４】また、本出願第５の発明の透過型電子顕微
鏡用試料の作成方法は、本出願第１〜本出願第４の発明
の何れか一の透過型電子顕微鏡用試料の作成方法であっ
て、支持基板上面の周辺部に不活性層を設ける際に熱酸
化法、ＣＶＤ法、スパッタ法のうちいずれか１つ以上を
用いて不活性層を支持基板上面に成膜する工程と、前記
支持基板上面の周辺部をマスクを施す工程と、ウェット
エッチングもしくはドライエッチングによって前記周辺
部以外の不活性層を除去する工程とを含むことを特徴と
する。

【００１５】上記構成を有する本出願第５の発明の透過
型電子顕微鏡用試料の作成方法によると、支持基板上面
の周辺部に不活性層を設ける際に熱酸化法、ＣＶＤ法、
スパッタ法のうちいずれか１つ以上を用いて不活性層を
支持基板上面に成膜する工程と、前記支持基板上面の周
辺部をマスクを施す工程と、ウェットエッチングもしく
はドライエッチングによって前記周辺部以外の不活性層
を除去する工程とを含むことにより、不活性層が支持基
板上面の周辺部に設けられるので、化学的機械的研磨の
際に試料の厚さを制御することができるため、ＴＥＭ観
察に適した厚さの試料を得ることができるうえに、均一
且つ平坦な形状を有する試料を加工することができるこ
とから、ＴＥＭ観察に適した形状を有する試料を容易に
得ることができる。

【００１６】また、本出願第６の発明の透過型電子顕微
鏡用試料の作成方法は、本出願第１〜本出願第５の発明
の何れか一の透過型電子顕微鏡用試料の作成方法であっ
て、補強ジグが、マスクを施した領域以外の試料を溶解
させる際に用いる第１の溶剤、並びに試料に施したマス
ク及び第２の接着剤を溶解させる際に用いる第２の溶剤
に対する耐侵食性を有することを特徴とする。

【００１７】上記構成を有する本出願第６の発明の透過
型電子顕微鏡用試料の作成方法によると、補強ジグが、
マスクを施した領域以外の試料を溶解させる際に用いる
第１の溶剤、並びに試料に施したマスク及び第２の接着
剤を溶解させる際に用いる第２の溶剤に対する耐侵食性
を有することにより、試料が第１の溶剤及び第２の溶剤
による侵食等の影響を殆ど受けないので、所定の厚さを
有し、均一且つ平坦な形状を有する試料を得ることがで
きるため、従来の方法により得られる試料と比較して、
ＴＥＭ観察においてより広い観察範囲を有する試料を得
ることができる。

【００１８】また、本出願第７の発明の透過型電子顕微
鏡用試料の作成方法は、本出願第１〜本出願第６の発明
の何れか一の透過型電子顕微鏡用試料の作成方法であっ
て、第１の接着剤が、マスクを施した領域以外の試料を
溶解させる際に用いる第１の溶剤に対する耐溶性、並び
に試料に施したマスク及び第２の接着剤を溶解させる際
に用いる第２の溶剤に対する耐溶性を有することを特徴
とする。

【００１９】上記構成を有する本出願第７の発明の透過
型電子顕微鏡用試料の作成方法によると、第１の接着剤
が、マスクを施した領域以外の試料を溶解させる際に用
いる第１の溶剤に対する耐溶性、並びに試料に施したマ
スク及び第２の接着剤を溶解させる際に用いる第２の溶
剤に対する耐溶性を有することにより、研磨された試料
を上記の溶剤から保護することができるため、研磨した
試料の形状を変化させることなく試料を得ることができ
る。

【００２０】また、本出願第８の発明の透過型電子顕微
鏡用試料の作成方法は、本出願第１〜本出願第７の発明
の何れか一の透過型電子顕微鏡用試料の作成方法であっ
て、第２の接着剤が、試料のうちマスクを施した領域以
外の部分を溶解させる際に用いる第１の溶剤に対する耐
溶性を有することを特徴とする。

【００２１】上記構成を有する本出願第８の発明の透過
型電子顕微鏡用試料の作成方法によると、第２の接着剤
が、試料のうちマスクを施した領域以外の部分を溶解さ
せる際に用いる第１の溶剤に対する耐溶性を有すること
により、第１の溶剤を用いて試料のうちマスクを施した
領域以外の部分を溶解させる場合においても支持基板と
試料とが接着している状態を強固に保つことができるた
め、ＴＥＭ観察に適した形状を有する試料を容易に得る
ことができる。

【００２２】また、本出願第９の発明の透過型電子顕微
鏡用試料の作成方法は、本出願第１〜本出願第８の発明
の何れか一の透過型電子顕微鏡用試料の作成方法であっ
て、試料がＳｉ基板もしくはＳｉ上に形成した薄膜を表
面に設けてなる半導体であり、化学的機械的研磨に用い
る研磨液がピペラジンであり、不活性層がＳｉＯ₂から
なることを特徴とする。

【００２３】上記構成を有する本出願第９の発明の透過
型電子顕微鏡用試料の作成方法によると、試料がＳｉ基
板もしくはＳｉ上に形成した薄膜を表面に設けてなる半
導体であり、化学的機械的研磨に用いる研磨液がピペラ
ジンであり、不活性層がＳｉＯ₂からなることにより、
ピペラジンを研磨液に用いた場合、ＳｉとＳｉＯ₂との
エッチング速度の比が１対無限大であることから、試料
が化学的機械的研磨を受ける際不活性層であるＳｉＯ₂
はほとんど研磨されない。これにより、化学的機械的研
磨の際に試料の厚さを厳密に制御することができるた
め、ＴＥＭ観察に適した厚さの試料を得ることができる
うえに、均一且つ平坦な形状を有する試料を加工するこ
とができることから、ＴＥＭ観察に適した形状を有する
試料を容易に得ることができる。

【００２４】また、本出願第１０の発明の透過型電子顕
微鏡用試料の作成方法は、本出願第１〜本出願第８の発
明の何れか一の透過型電子顕微鏡用試料の作成方法であ
って、試料がガラス基板もしくはガラス基板上に形成し
た薄膜を表面に設けてなる半導体であり、化学的機械的
研磨に用いる研磨液がコロイダルシリカであり、不活性
層がＳｉ₃Ｎ₄からなることを特徴とする。

【００２５】上記構成を有する本出願第１０の発明の透
過型電子顕微鏡用試料の作成方法によると、試料がガラ
ス基板もしくはガラス基板上に形成した薄膜を表面に設
けてなる半導体であり、化学的機械的研磨に用いる研磨
液がコロイダルシリカであり、不活性層がＳｉ₃Ｎ₄から
なることにより、コロイダルシリカを研磨液に用いた場
合、ＳｉとＳｉ₃Ｎ₄とのエッチング速度の比が１対無限
大であることから、試料が化学的機械的研磨を受ける際
不活性層であるＳｉ₃Ｎ₄はほとんど研磨されない。これ
により、化学的機械的研磨の際に試料の厚さを厳密に制
御することができるため、ＴＥＭ観察に適した厚さの試
料を得ることができるうえに、均一且つ平坦な形状を有
する試料を加工することができることから、ＴＥＭ観察
に適した形状を有する試料を容易に得ることができる。

【００２６】また、本出願第１１の発明の透過型電子顕
微鏡用試料の作成方法は、本出願第９又は本出願第１０
の発明の透過型電子顕微鏡用試料の作成方法であって、
補強ジグが、硝酸、フッ化水素酸、又は硝酸とフッ化水
素酸との混合液に対して耐侵食性を有するとともに、ア
ルコールに対して耐侵食性を有する材料からなることを
特徴とする。

【００２７】上記構成を有する本出願第１１の発明の透
過型電子顕微鏡用試料の作成方法によると、補強ジグ
が、硝酸、フッ化水素酸、又は硝酸とフッ化水素酸との
混合液に対して耐侵食性を有するとともに、アルコール
に対して耐侵食性を有する材料からなることにより、試
料が、これらの溶液による侵食等の影響を殆ど受けない
ので、所定の厚さを有し、均一且つ平坦な形状を有する
試料を得ることができるため、従来の方法により得られ
る試料と比較して、ＴＥＭ観察においてより広い観察範
囲を有する試料を得ることができる。

【００２８】また、本出願第１２の発明の透過型電子顕
微鏡用試料の作成方法は、本出願第１１の発明の透過型
電子顕微鏡用試料の作成方法であって、補強ジグが白金
又は金からなることを特徴とする。

【００２９】上記構成を有する本出願第１２の発明の透
過型電子顕微鏡用試料の作成方法によると、補強ジグが
白金又は金からなることにより、白金・金は硝酸、フッ
化水素酸、又は硝酸とフッ化水素酸との混合液に対して
耐侵食性を有するとともに、有機溶剤又はアルコールに
対して耐侵食性を有することから、これらの溶液により
試料が腐食したり溶解したりすることから保護すること
ができる。これにより、所定の厚さを有し、均一且つ平
坦な形状を有する試料を得ることができるため、従来の
方法により得られる試料と比較して、ＴＥＭ観察におい
てより広い観察範囲を有する試料を得ることができる。

【００３０】また、本出願第１３の発明の透過型電子顕
微鏡用試料の作成方法は、本出願第９〜本出願第１２の
発明の何れか一の透過型電子顕微鏡用試料の作成方法で
あって、第１の接着剤が、硝酸、フッ化水素酸、又は硝
酸とフッ化水素酸との混合液に対する耐溶性、並びにア
ルコールに対する耐溶性を有することを特徴とする。

【００３１】上記構成を有する本出願第１３の発明の透
過型電子顕微鏡用試料の作成方法によると、第１の接着
剤が、第１の接着剤が、硝酸、フッ化水素酸、又は硝酸
とフッ化水素酸との混合液に対する耐溶性、並びにアル
コールに対する耐溶性を有することにより、試料と補強
ジグとが接着している状態を保つことができるので、所
定の厚さを有し、均一且つ平坦な形状を有する試料を得
ることができるため、従来の方法により得られる試料と
比較して、ＴＥＭ観察においてより広い観察範囲を有す
る試料を得ることができる。

【００３２】また、本出願第１４の発明の透過型電子顕
微鏡用試料の作成方法は、本出願第９〜本出願第１３の
発明の何れか一の透過型電子顕微鏡用試料の作成方法で
あって、第２の接着剤が、硝酸、フッ化水素酸、又は硝
酸とフッ化水素酸との混合液に対して耐溶性を有するこ
とを特徴とする。

【００３３】上記構成を有する本出願第１４の発明の透
過型電子顕微鏡用試料の作成方法によると、第２の接着
剤が、硝酸、フッ化水素酸、又は硝酸とフッ化水素酸と
の混合液に対して耐溶性を有することにより、第１の溶
剤を用いて試料のうちマスクを施した領域以外の部分を
溶解させる場合においても支持基板と試料とが接着して
いる状態を強固に保つことができるので、所定の厚さを
有し、均一且つ平坦な形状を有する試料を得ることがで
きるため、従来の方法により得られる試料と比較して、
ＴＥＭ観察においてより広い観察範囲を有する試料を得
ることができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して詳細に説明するが、以下の実施の形態は本
発明に係る一例にすぎない。図１及び図２は、本発明の
一実施の形態に係る透過型電子顕微鏡用試料の作成方法
を工程順に示す図である。

【００３５】基板１の上に、熱酸化法、ＣＶＤ法、もし
くはスパッタ法等を用いて不活性層２を形成する（図１
（Ａ）参照）。ただし、不活性層２は基板１と異なる材
料からなり、後述する試料１０を研磨する際に用いる研
磨液に対して不活性である材料を用いる。また、不活性
層２を所定の厚さに施す。所定の厚さとは、後述する試
料１０を後の工程において研磨する際に、希望する研磨
後の試料１０の厚さである。不活性層２を所定の厚さに
施すことにより、希望する厚さの試料１０を得ることが
できる。このような基板と不活性層との組み合わせとし
ては、シリコン（Ｓｉ）とシリコン酸化膜（Ｓｉ
Ｏ₂）、コロイダルシリカとシリコン窒化膜（Ｓｉ
₃Ｎ₄）等が挙げられる。次に、基板１上の不活性層２の
一部を、ウエットエッチングもしくはドライエッチング
等を用いて除去する（図１（Ｂ）参照）。次に、基板１
上の不活性層２を除去した領域内に穴３〜７を設ける
（図１（Ｃ）参照）。このようにして支持基板８を形成
する。支持基板８に設けられる穴の数はこれに限定され
るものでなく、支持基板８と試料１０とを接着するのに
十分な数だけ設けられていればよく、少なくとも１つ以
上であればよい。次に、支持基板８とは別の基板から試
料１０を作成する。試料１０は、イオン注入等を行うこ
とにより形成される薄膜を有してなる。次に、平面ＴＥ
Ｍ観察を行うための試料を作成するために、まず、試料
１０の表面側（研磨面と反対側の面）に補強ジグ１１
を、観察領域１３が補強ジグ１１の内周内の穴に存在す
るように第１の接着剤１２を用いて貼り付ける（図１
（Ｄ）参照）。この場合、補強ジグ１１は、後述する第
１の溶剤及び第２の溶剤に対する耐侵食性を有する材料
からなるものであり、図１（Ｄ）にはドーナツ状のもの
を示したが、内部にＴＥＭ観察領域に相当する穴を有す
る形状、すなわち枠状の形状を有するものであれば補強
ジグ１１の形状は図１（Ｄ）に示したようにドーナツ状
に限定されない。また、第１の接着剤１２は、後述する
第１の溶剤及び第２の溶剤に対する耐溶性を有するもの
を用いる。

【００３６】次に、水平板９上において、補強ジグ１１
が保持基板８の穴３の内部に存在するように、補強ジグ
１１を貼りつけた試料１０上に支持基板８を載せる。す
なわち、試料１０において研磨したい面と水平板９とが
接するように試料１０を水平板９の上に載せ、その上に
支持基板８を重ね合わせる。その際、支持基板８の不活
性層２が形成されている面と試料１０とが接するように
するとともに、不活性層２が試料１０に接しないように
支持基板８を重ね合わせる（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）
参照）。支持基板８上の不活性層２が形成されていない
側の面から穴３〜７に第２の接着剤１４を注入し固化さ
せる。この場合、第２の接着剤１４は、後述する第１の
溶剤に対する耐溶性を有する一方、後述する第２の溶剤
に良溶であるものを用いる。この工程における図２
（Ａ）のＡ−Ａ’での断面図を図２（Ｂ）に示す。支持
基板８と試料１０とは穴３に注入した第２の接着剤１４
により、穴３の側壁と試料１０の非研磨面の穴を覆って
いる領域において接着され、支持基板８と試料１０との
間には第２の接着剤１４が存在しない。次に、研磨液を
用いた化学的機械的研磨により、試料１０の裏面側を所
定の厚さまで機械的に研磨し且つその表面を鏡面に仕上
げる。この場合、研磨液は、試料１０のエッチング速度
と不活性層２のエッチング速度との比が１対無限大であ
るものを用いることにより、不活性層２は前記研磨の影
響を殆ど受けずに試料１０のみが研磨される。加えて、
前記研磨は不活性層２と研磨板である水平板９とが接す
るまで行われるので、試料１０は不活性層２とほぼ同じ
厚さに加工される（図２（Ｃ）参照）。

【００３７】次に、試料１０に対して補強ジグ１１と対
称である試料１０の研磨面上の領域にマスク１５を施
す。よって、この場合に施されるマスク１５の面積は補
強ジグ１１の外周の面積とほぼ等しい。すなわち、試料
１０の研磨面側の補強ジグ１１を貼りつけた領域のみを
覆う形でフォトレジストを用いてマスク１５を施す（図
２（Ｃ）参照）。マスク１５は、第１の溶剤に対する耐
溶性を有する一方で、第２の溶剤に良溶である。次に、
第１の溶剤により、試料１０のうちマスク１５を施した
領域以外の部分を溶解させる（図２（Ｄ）参照）。さら
に、第２の溶剤により、第２の接着剤１４及びマスク１
５を溶解除去することによって、試料１０を支持基板８
から外す（図２（Ｅ）参照）。第２の溶剤は、第２の接
着剤１４及びマスク１５を良く溶解させるものを用い
る。このようにして得られる試料１０はそのまま測定に
用いることができ、且つ補強ジグ１１の内径内に存在す
る試料部分はすべて観察可能である。以上により、観察
領域１３全面の平面ＴＥＭ観察が可能である試料を得る
ことができる。

【００３８】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をより具体的に
説明する。

【００３９】（実施例１）本発明の一実施例を以下に示
す。図３は、本発明の実施例１に係る透過型電子顕微鏡
用試料の作成方法を工程順に示す図である。

【００４０】本実施例においては、基板としてシリコン
（Ｓｉ）基板２１を、不活性層としてシリコン酸化膜
（ＳｉＯ₂）２２をそれぞれ用い、図１に示した工程に
従って試料を作成した。厚さ約７００μｍのシリコン基
板２１を約９００〜１１００℃で酸化雰囲気中にさら
し、シリコン基板２１上に膜厚約１μｍのシリコン酸化
膜２２を成長させた。次に、シリコン酸化膜２２が露出
している面の周辺部（端部から幅約３ｍｍ）をマスクし
てフッ化水素酸を用いたウェットエッチングを行い、シ
リコン酸化膜２２のマスクしていない部分を除去した。
これによりシリコン酸化膜２２はシリコン基板２１上に
周辺部から幅約３ｍｍだけ設けられている状態となっ
た。次に、シリコン基板２１内のシリコン酸化膜２２を
除去した領域内に、５箇所直径約４ｍｍΦに打ち抜くこ
とによって、穴２３〜２７を形成し、支持基板２８を作
成した。

【００４１】次に、シリコン基板２１とは別のシリコン
基板を用いて、このシリコン基板の表面側（イオン注入
を行った側）から、Ｐ（燐）をエネルギー１．５Ｍｅ
Ｖ、ドース１×１０１４ｃｍ^-2の条件でイオン注入を行
ったのち熱処理を行い薄膜を形成した。続いて、このシ
リコン基板から、薄膜を形成してなる半導体である試料
２１０を切り出して得た。この試料２１０を、図１に示
した工程に従ってさらに加工した。

【００４２】次に、平面ＴＥＭ観察を行うための試料を
作成するために、まず、試料２１０の表面側（研磨面と
反対側の面）に補強ジグ２１１を、観察領域が補強ジグ
２１１の内径内に存在するように第１の接着剤２１２を
用いて貼り付けた。この場合、補強ジグ２１１は、後述
する第１の溶剤として用いるフッ化水素と硝酸との混合
液に対する耐侵食性、及び第２の溶剤に対する耐侵食性
を有する材料からなるものであり、例えば白金又は金か
らなる。また、第１の接着剤２１２は、フッ化水素と硝
酸との混合液に対する耐溶性及びエタノールに対する耐
溶性を有するものを用いる。水平板２９上において、補
強ジグ２１１が保持基板２８の穴の内部に存在するよう
に、補強ジグ２１１を貼りつけた試料２１０上に支持基
板２８を載せる。すなわち、試料２１０において研磨し
たい面と水平板２９とが接するように試料２１０を水平
板２９の上に載せ、その上に支持基板２８を重ね合わせ
る。その際、支持基板２８のシリコン酸化膜２２が形成
されている面と試料２１０が接するようにするととも
に、シリコン酸化膜２２が試料２１０に接しないように
支持基板２８を重ね合わせる。支持基板２８上のシリコ
ン酸化膜２２が形成されていない側の面から穴２３〜２
７に第２の接着剤２１４を注入し固化させる。この場
合、第２の接着剤２１４は、後述する第１の溶剤に対し
て耐溶性を有する。支持基板２８の穴を覆い、かつ支持
基板の周囲に施されたシリコン酸化膜２２にかからない
ように試料２１０を乗せた状態で水平板２９上に試料２
１０の表面側（イオン注入を行った側）が接する状態で
のせ、支持基板２８のシリコン酸化膜２２を成膜してい
ない側から穴２３〜２７に第２の接着剤２１４を注入し
たのち固化させた（図３（Ａ）参照）。この工程におけ
る図３（Ａ）のＢ−Ｂ’での断面図を図３（Ｂ）に示
す。この結果、支持基２８表面と試料２１０の表面との
間に接着剤が存在しなくても、穴２３〜２７に流し込ん
だ第２の接着剤２１４により支持基板２８と試料２１０
とが接着された（図３（Ａ）・（Ｂ）参照）。次に、研
磨剤にピペラジンを用いて、試料２１０の裏面側に化学
的機械的研磨を施した。試料２１０は支持基板２８のシ
リコン基板２１周囲のシリコン酸化膜２２と水平板２９
が接触するまで研磨される。ピペラジンを研磨液に用い
た場合、シリコンのエッチング速度とシリコン酸化膜の
エッチング速度との比が１対無限大であるため、試料２
１０のみが研磨され、シリコン酸化膜２２はほとんど研
磨されない。これにより、前記研磨はシリコン酸化膜２
２と水平板２９が接した時点、すなわち試料２１０の厚
さが約１μｍとなった時点で終了する。

【００４３】次に、図２に示した工程に従って、図３に
示される試料２１０の研磨面側の補強ジグ２１１を貼り
つけた箇所のみを覆う形でフォトレジストを用いてマス
クを施した。次に、第１の溶剤としてフッ化水素酸及び
硝酸の混合液を用いて、試料２１０のうちマスクを施し
た領域以外の部分を溶解させた。なお、第１の溶剤とし
て、フッ化水素酸及び硝酸の混合液の代わりに、フッ化
水素酸もしくは硝酸を用いることもできる。さらに、第
２の溶剤としてエタノールを用いて、第２の接着剤２１
４及びマスクを溶解除去することによって、試料２１０
を支持基板２８から外した。なお、本実施例では、第２
の溶剤としてエタノールを用いたが、第２の接着剤２１
４及びマスクを溶解除去することができ且つ、補強ジグ
２１１及び試料２１０を腐食させず、第１の接着剤２１
２を溶解させない有機溶剤であればよく、例えばメタノ
ール、１−プロパノール、２−プロパノール、ｔ−ブタ
ノール等のアルコールを用いてもよい。従来の方法によ
り得られる試料の観察可能範囲は概ね１００μｍ²以下
なのに対し、本実施例により得られる試料は補強ジグ２
１１の内径（１．５ｍｍΦ）内はすべて観察可能となる
ことから最大約１．７ｍｍ²の観察範囲が得られるた
め、従来の方法と比較して極めて広い範囲の観察範囲を
有する試料を得ることができる。以上により、所定の厚
さを有し、均一且つ平坦な形状を有する試料を得ること
ができた。

【００４４】（実施例２）本発明の一実施例を以下に示
す。図４は、本発明の実施例２に係る透過型電子顕微鏡
用試料の作成方法を工程順に示す図である。

【００４５】本実施例においては、基板としてシリコン
（Ｓｉ）基板３１を、不活性層としてシリコン窒化膜
（Ｓｉ₃Ｎ₄）３２をそれぞれ用い、図１に示した工程に
従って試料を作成した。厚さ約７００μｍのシリコン基
板３１を約９００〜１１００℃で酸化雰囲気中にさら
し、シリコン基板３１上に膜厚約１μｍのシリコン窒化
膜３２を成長させた。次に、シリコン窒化膜３２が露出
している面の周辺部（端部から幅約３ｍｍ）をマスクし
てフッ化水素酸を用いたウェットエッチングを行い、シ
リコン窒化膜３２のマスクしていない部分を除去した。
これによりシリコン窒化膜３２はシリコン基板３１上に
周辺部から幅約３ｍｍだけ設けられている状態となっ
た。次に、シリコン基板３１内のシリコン窒化膜３２を
除去した領域内に、５箇所直径約４ｍｍΦに打ち抜くこ
とによって、穴３３〜３７を形成し、支持基板３８を作
成した。

【００４６】次に、ガラス基板を用いて、このガラス基
板の表面側（研磨面と反対側の面）に多結晶シリコンを
５０ｎｍ成膜後、熱処理を行い薄膜を形成して試料３１
０を得た。この試料３１０を、図１に示した工程に従っ
てさらに加工した。

【００４７】次に、平面ＴＥＭ観察を行うための試料を
作成するために、図１に示した工程に従って、まず、試
料３１０の表面側（研磨面と反対側の面）に補強ジグ３
１１を、観察領域が補強ジグ３１１の内径内に存在する
ように第１の接着剤３１２を用いて貼り付けた。この場
合、補強ジグ３１１は、後述する第１の溶剤に対する耐
侵食性、及び第２の溶剤に対する耐侵食性を有する材料
からなるものであり、例えば白金又は金からなる。ま
た、第１の接着剤３１２は、第１の溶剤に対する耐溶性
及び第２の溶剤に対する耐溶性を有するものを用いる。
水平板３９上において、補強ジグ３１１が保持基板３８
の穴の内部に存在するように、補強ジグ３１１を貼りつ
けた試料３１０上に支持基板３８を載せる。すなわち、
試料３１０において研磨したい面と水平板３９とが接す
るように試料３１０を水平板３９の上に載せ、その上に
支持基板３８を重ね合わせる。その際、支持基板３８の
シリコン窒化膜３２が形成されている面と試料３１０が
接するようにするとともに、シリコン酸化膜３２が試料
３１０に接しないように支持基板３８を重ね合わせる。
支持基板３８上のシリコン窒化膜３２が形成されていな
い側の面から穴３３〜３７に第２の接着剤３１４を注入
し固化させる。この場合、第２の接着剤３１４は、後述
する第１の溶剤３１２に対する耐溶性を有する。支持基
板３８の穴を覆い、かつ支持基板の周囲に施されたシリ
コン窒化膜３２にかからないように試料３１０を乗せた
状態で水平板３９上に試料３１０の表面側（多結晶シリ
コンを成膜した側）が接する状態でのせ、支持基板３８
のシリコン窒化膜３２を成膜していない側から穴３３〜
３７に第２の接着剤３１４を注入したのち固化させた
（図４（Ａ）参照）。この工程における図４（Ａ）のＣ
−Ｃ’での断面図を図４（Ｂ）に示す。この結果、支持
基３８表面と試料３１０の表面との間に接着剤が存在し
なくても、穴３３〜３７に流し込んだ第２の接着剤３１
４により支持基板３８と試料３１０とが接着された（図
４（Ａ）・（Ｂ）参照）。次に、研磨剤にコロイダルシ
リカを用いて、試料３１０の裏面側に化学的機械的研磨
を施した。試料３１０は支持基板３８のシリコン基板３
１周囲のシリコン窒化膜３２と水平板３９が接触するま
で研磨される。コロイダルシリカを研磨液に用いた場
合、試料３１０のエッチング速度とシリコン窒化膜のエ
ッチング速度との比が１対無限大であるため、試料３１
０のみが研磨され、シリコン窒化膜３２はほとんど研磨
されない。これにより、前記研磨はシリコン窒化膜３２
と水平板３９が接した時点、すなわち試料３１０の厚さ
が約１μｍとなった時点で終了する。

【００４８】次に、試料３１０の研磨面側の補強ジグ３
１１を貼りつけた箇所のみを覆う形でフォトレジストを
用いて、図２に示した工程に従ってマスクを施した。次
に、第１の溶剤３１２としてフッ化水素酸及び硝酸の混
合液を用いて、試料３１０のうちマスクを施した領域以
外の部分を溶解させた。なお、第１の溶剤として、フッ
化水素酸及び硝酸の混合液の代わりに、フッ化水素酸も
しくは硝酸を用いることもできる。さらに、第２の溶剤
としてエタノールを用いて、第２の接着剤３１４及びマ
スクを溶解除去することによって、試料３１０を支持基
板３８から外した。以上により、所定の厚さを有し、均
一且つ平坦な形状を有する試料を得ることができた。

【００４９】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明に係る透過型
電子顕微鏡用試料の作成方法によれば、支持基板上の少
なくとも一部分に、試料を研磨する際に用いる研磨液に
対して不活性な不活性層を設け、支持基板上の不活性層
が存在しない部分に少なくとも一つ以上の穴を設け、試
料の非研磨面に第１の接着剤を用いて補強ジグを接着
し、補強ジグが前記穴の内部に存在するように支持基板
と試料とを直接重ね合わせた状態で、前記穴に第２の接
着剤を注入し固化させ、化学的機械的研磨により前記試
料を薄層化し、試料に対して補強ジグと対称である試料
の研磨面上の領域にマスクを施し、試料のうちマスクを
施した領域以外の部分を溶解させたのち、第２の接着剤
及びマスクを溶解することにより、従来の方法と比較し
て、ＴＥＭ観察においてより広い観察範囲を有する試料
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る透過型電子顕微
鏡用試料の作成方法を工程順に示す図である。

【図２】本発明の一実施の形態に係る透過型電子顕微
鏡用試料の作成方法を工程順に示す図である。

【図３】本発明の実施例１に係る透過型電子顕微鏡用
試料の作成方法を工程順に示す図である。

【図４】本発明の実施例２に係る透過型電子顕微鏡用
試料の作成方法を工程順に示す図である。

【図５】従来の透過型電子顕微鏡用試料の作成方法を
工程順に示す図である。

【符号の説明】

１基板２不活性層３〜７・２３〜２７３３〜３７穴８・２８・３８支持基板９・２９・３９水平板１０・２１０・３１０試料１１・２１１・３１１補強ジグ１２・２１２・３１２第１の接着剤１３観察領域１４・２１４・３１４第２の接着剤１５マスク２１・３１シリコン基板２２シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）３２シリコン窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に薄膜が形成されてなる試料を裏
面から研磨して、前記試料を薄膜化し、前記薄膜評価用
の透過型電子顕微鏡用試料を作成する方法において、支
持基板上の少なくとも一部分に、試料を研磨する際に用
いる研磨液に対して不活性な不活性層を設け、支持基板
上の不活性層が存在しない部分に少なくとも一つ以上の
穴を設け、試料の非研磨面に第１の接着剤を用いて補強
ジグを接着し、補強ジグが前記穴の内部に存在するよう
に支持基板と試料とを直接重ね合わせた状態で前記穴に
第２の接着剤を注入し固化させ、化学的機械的研磨によ
り前記試料を薄層化し、試料に対して補強ジグと対称で
ある試料の研磨面上の領域にマスクを施し、試料のうち
マスクを施した領域以外の部分を溶解させたのち、第２
の接着剤及びマスクを溶解することを特徴とする透過型
電子顕微鏡用試料の作成方法。
【請求項２】支持基板上面に不活性層を設け、支持基
板上の前記不活性層が設けられた側の面と試料とが接す
る状態で前記穴に第２の接着剤を注入することを特徴と
する請求項１に記載の透過型電子顕微鏡用試料の作成方
法。
【請求項３】支持基板上面の周辺部に不活性層を設
け、前記不活性層の内側に試料を設置し、支持基板と試
料とが接する状態で前記穴に第２の接着剤を注入するこ
とを特徴とする請求項１に記載の透過型電子顕微鏡用試
料の作成方法。
【請求項４】不活性層を所定の厚さに形成し、化学的
機械的研磨により試料を薄片化する際に、不活性層が研
磨板に接するまで試料を研磨することを特徴とする請求
項１〜請求項３の何れか一に記載の透過型電子顕微鏡用
試料の作成方法。
【請求項５】支持基板上面の周辺部に不活性層を設ける
際に熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタ法のうちいずれか１
つ以上を用いて不活性層を支持基板上面に成膜する工程
と、前記支持基板上面の周辺部をマスクを施す工程と、
ウェットエッチングもしくはドライエッチングによって
前記周辺部以外の不活性層を除去する工程とを含むこと
を特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一に記載の透
過型電子顕微鏡用試料の作成方法。
【請求項６】補強ジグが、試料のうちマスクを施した領
域以外の部分を溶解させる際に用いる第１の溶剤、並び
に試料に施したマスク及び第２の接着剤を溶解させる際
に用いる第２の溶剤に対して耐侵食性を有することを特
徴とする請求項１〜請求項５の何れか一に記載の透過型
電子顕微鏡用試料の作成方法。
【請求項７】第１の接着剤が、試料のうちマスクを施し
た領域以外の部分を溶解させる際に用いる第１の溶剤、
並びに試料に施したマスク及び第２の接着剤を溶解させ
る際に用いる第２の溶剤に対して耐溶性を有することを
特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一に記載の透過
型電子顕微鏡用試料の作成方法。
【請求項８】第２の接着剤が、試料のうちマスクを施し
た領域以外の部分を溶解させる際に用いる第１の溶剤に
対して耐溶性を有することを特徴とする請求項１〜請求
項７の何れか一に記載の透過型電子顕微鏡用試料の作成
方法。
【請求項９】試料がＳｉ基板もしくはＳｉ基板上に形成
した薄膜を表面に設けてなる半導体であり、化学的機械
的研磨に用いる研磨液がピペラジンであり、不活性層が
ＳｉＯ₂からなることを特徴とする請求項１〜請求項８
の何れか一に記載の透過型電子顕微鏡用試料の作成方
法。
【請求項１０】試料がガラス基板もしくはガラス基板上
に形成した薄膜を表面に設けてなる半導体であり、化学
的機械的研磨に用いる研磨液がコロイダルシリカであ
り、不活性層がＳｉ₃Ｎ₄からなることを特徴とする請求
項１〜請求項８の何れか一に記載の透過型電子顕微鏡用
試料の作成方法。
【請求項１１】補強ジグが、硝酸、フッ化水素酸、又は
硝酸とフッ化水素酸との混合液に対して耐侵食性を有す
るとともに、アルコールに対して耐侵食性を有する材料
からなることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記
載の透過型電子顕微鏡用試料の作成方法。
【請求項１２】補強ジグが白金又は金からなることを特
徴とする請求項１１に記載の透過型電子顕微鏡用試料の
作成方法。
【請求項１３】第１の接着剤が、硝酸、フッ化水素酸、
又は硝酸とフッ化水素酸との混合液に対する耐溶性、並
びにアルコールに対する耐溶性を有することを特徴とす
る請求項９〜請求項１２の何れか一に記載の透過型電子
顕微鏡用試料の作成方法。
【請求項１４】第２の接着剤が、硝酸、フッ化水素酸、
又は硝酸とフッ化水素酸との混合液に対する耐溶性を有
することを特徴とする請求項９〜請求項１３の何れか一
に記載の透過型電子顕微鏡用試料の作成方法。