JP2004170229A

JP2004170229A - 透過型電子顕微鏡用試料の表面処理方法

Info

Publication number: JP2004170229A
Application number: JP2002336115A
Authority: JP
Inventors: Kenji Watanabe; 憲志渡辺; Takuya Kawahara; 拓也川原; Etsuro Araki; 悦郎荒木
Original assignee: Ulvac Kyushu Corp
Current assignee: Ulvac Kyushu Corp
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】透過型電子顕微鏡本来の高性能の観察を行うために有用な試料表面の処理方法を提供する。
【解決手段】Ａｒガス導入口８、９を有する真空室１内に、あらかじめＦＩＢ加工などの前処理を行った透過型電子顕微鏡用試料１６を付着させたシリコン基板１７を装着した試料ホルダ６を載置する電極２と、これに対向する位置に設けた電極３とを備えた真空表面処理装置を用いて、試料１６の表裏両面をプラズマ雰囲気下に曝すことにより、プラズマ表面処理を行う。プラズマ発生のための活性種ガスとして、Ａｒガス以外にＣＦ_４ガスなどのハロゲン系ガスやＯ_２ガスを用いることが可能である。また、基板１７の材質には、シリコン以外にモリブデン、ケイ化鉄などを用いることができる。
【選択図】図１

Description

【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表面処理方法に関する。透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の結像には種々の方法があり、明視野像を用いた比較的低倍率の像から多波格子像によるナノ領域での高分解能観察及び分析まで、目的に応じて多様な観察が可能である。
【０００２】
【従来の技術】
透過型電子顕微鏡観察に用いられる試料の調整にさまざまな方法が用いられ、試料の観察部位を数百ｎｍ程度まで薄くする前処理工程（薄化工程）が重要である。この前処理工程には、従来、イオン研磨（イオンシンニング）装置やＦＩＢ（ＦｏｃｕｓｅｄＩｏｎＢｅａｍ）装置、電解研磨装置（例えば特許文献１参照。）などによる方法が用いられる。
【０００３】
しかしながら、これらのものを用いて前処理工程を行う際に、試料に対して炭化水素系のコンタミネーションが堆積して付着することがある。このコンタミネーションは、透過型電子顕微鏡による観察後に粒界での元素分析などを目的として行われるエネルギー分散Ｘ線分光分析（ＥＤＸ）時に、電子線照射により誘発されて分析部位にまで成長し、観察や分析の障害となるおそれがある。このような障害が生じると、例えばＸ線回折などを用いて行う観察追試験も不可能になる。
【０００４】
また、特に、ＦＩＢ装置を用いて前処理工程を行うと、試料表面に非晶質層が形成されることがあり、これも透過型電子顕微鏡による高性能の観察及び分析を阻害する要因となる。
【０００５】
また、いずれの装置による場合も、前処理工程中に自然酸化層など酸化層の形成を招く可能性があることも看過できない。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第５５１０６２４号明細書（第６頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑み、透過型電子顕微鏡本来の高性能の観察を行うために有用な試料表面の処理方法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、透過型電子顕微鏡用試料の薄化工程後に、この試料に対してプラズマ表面処理を行うものとする。
【０００９】
これによれば、電解研磨装置やイオン研磨装置、ＦＩＢ装置などにより前処理工程として薄化工程を行った透過型電子顕微鏡用試料に対し、イオンクリーニングが施されて、前処理工程の際に発生するコンタミネーションや非晶質層、あるいは酸化膜などが除去される。このため、その後の透過型電子顕微鏡観察や、ＥＤＸによる粒界での元素分析、及び、Ｘ線回折による膜構造の追試験など、透過型電子顕微鏡を用いる一連の評価を正確に行うことができる。
【００１０】
この場合、上記したプラズマ表面処理を試料の表裏両面に行うことにより、試料に対するイオンクリーニング効果がさらに確実になる。試料の表裏両面に対する処理を可能とするには、例えば、試料載置面を直立させ、その両面がプラズマ雰囲気下に曝されるようにすれば良い。
【００１１】
また、プラズマ表面処理のためのプラズマ源として、ハロゲン系ガス及びＡｒガス、Ｏ_２ガスのいずれかの活性種ガスまたはこれらのうちいずれかの活性種ガスを混合成分とする混合活性種ガスを導入して用いることができる。なお、この場合のハロゲン系ガスとして、Ｆ_２ガス、ＨＦガス、ＮＦ_３ガス、ＣＦ_４ガス、ＣＨＦ_３ガス、Ｃ_２Ｆ_６ガスなどを具体例として挙げることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明方法による試料表面処理を行うための真空表面処理装置の略断面図である。図１を参照して、真空室１の内部に、電極２及び３が対向して配置されている。このうち、電極２は、絶縁部材４を介して外部の高周波電源５と接続されると共に、透過型電子顕微鏡用試料の試料ホルダ６の載置台として用いられる。一方、電極３は、絶縁部材７を介して装置外部の接地電位に設定される。また、真空室１の側面には第１及び第２のガス導入口８、９が設けられ、それぞれ、可変流量弁１０、１１を介してシリンダ弁１２、１３からの導入ガスの流量が調整可能である。さらに、真空室１の下部には、ターボ分子ポンプ１４ａ及びダイヤフラムポンプ１４ｂから成る二段排気システムに連なる真空排気口１６が設けられている。
【００１３】
図２は、上記した試料ホルダ６に、試料１６を付着させた試料板１７が装着された状態を示す拡大図である。試料ホルダ６は、図２（ａ）の上面図及び（ｂ）の側面図で示すようにＬ字型の台座構造に形成され、一方の側端の突起部６ａにて、例えば、シリコン、モリブデン、ケイ化鉄などを材質とする円形基板から成る試料板１７が上下方向に着脱可能となっている。即ち、図２（ａ）で示すように突起部６ａには、その中央を最深部とするＶ字状の溝６ｂが設けられ、さらに、突起部６ａは、溝６ｂのＶ字形状よりやや小型の相似形状断面の切り欠き６ｃが両側面間で貫通している。そして、溝６ｂに円形試料板１７を落とし込むと、試料板１７の円周上の２点で試料板１７が支持され、さらに、試料板１７の中心部の試料１６が、突起部６ａの両側面方向から覗けるようにされている。（図２（ｃ）参照。）
【００１４】
このようにして直立して載置される試料板１７や試料１６は、例えば、それぞれ直径３ｍｍ及び直径１ｍｍ程度のものを想定しており、試料ホルダ６をＬ字台座構造にしたのは、このような小型試料を扱い易くするためである。
【００１５】
ただし、このようなＬ字台座構造は本実施の形態における一例に過ぎず、これにより本発明が限定されるものではない。即ち、図１の試料ホルダ６として、例えば、ＦＩＢ加工装置用のホルダをそのまま電極２上に載置するようにしても良い。
【００１６】
図１の装置を用いて表面処理を行うに際しては、試料ホルダ６に、あらかじめ上記の電解研磨やイオン研磨、あるいはＦＩＢなどによる前処理加工を行った試料１６付きの試料板１７を保持させた後、真空室１に付属のターボ分子ポンプ１４ａ及びダイヤフラムポンプ１４ｂから成る二段排気システムを作動させて、真空排気口１６から真空排気を開始して、真空表面処理装置１の内部を所定の到達圧力にする。そして、この状態で、第１及び第２のガス導入口８、９よりＡｒ及びＯ_２ガスをそれぞれ導入する。このとき、導入されるガスは、それぞれ所定流量に保たれ、この結果、真空室１の内部圧力も所定のプロセス圧力範囲内となるように図外の真空計でモニタしながら上記の排気システムの真空作動を調整する。なお、この際の導入ガスとしては、Ａｒガス、Ｏ_２ガス以外にも、ＣＦ_４ガスを始めとするハロゲン系ガスなど、プラズマ発生のための活性種ガスの条件を満たすものであれば、これを用いても良い。
【００１７】
そして、この状態で、電極２の温度が２０〜３００℃の範囲となるように高周波電源５を調整して、電極２、３間にてプラズマ放電を行い、試料１６の表裏両面が所定時間プラズマ雰囲気下に曝されるようにする。このとき、試料１６の表面では、前処理工程中に形成されていたコンタミネーションや非晶質層、あるいは酸化層が、プラズマを用いたイオンクリーニングにより除去される。このようにして表面処理を行った試料１６は、透過型電子顕微鏡による観察や、これを用いた一連の分析作業に適した清浄表面を備えている。
【００１８】
また、本実施の形態において表面処理を行う試料を、透過型電子顕微鏡用のものとしたが、試料表面をクリーニングして観察や分析を確実に行える点から透過型電子顕微鏡より感度の劣る走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）においても、その効果が有効であることは言うまでもない。
【００１９】
【実施例】
図１の真空表面処理装置１を用い、あらかじめＦＩＢ加工済みのＧａＮ膜１６付きシリコン基板１７を試料ホルダ６に装着した。その後、装置内部を１０^−２Ｐａの初期到達圧力とした状態で、Ａｒガスのみを導入ガスとしてその流量を４０ｓｃｃｍに保ち、プロセス圧力を１．３３Ｐａに維持させた。そして、高周波電源５より５Ｗの高周波電力を印加して、約４分間プラズマ放電を持続させた。
【００２０】
このようにしてプラズマ表面処理によるイオンクリーニングを行ったＧａＮ膜の顕微鏡写真を図３（ａ）に示す。
【００２１】
本発明のプラズマ表面処理を行わないままのＧａＮ膜の顕微鏡写真図３（ｂ）では、ＦＩＢ加工に起因するアモルファス層（非晶質層）が２０ｎｍ程度の膜厚で形成されているのに対し、本発明の表面処理を経たＧａＮ膜（図３（ａ））では、このような付着層が確実に除去されていることが分る。
【００２２】
なお、本実施例において、基板１７としてシリコン基板を用いたが、これ以外にもモリブデン基板、ケイ化鉄基板などを用いても同様の結果が得られる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の表面処理方法により、透過型電子顕微鏡観察に用いる試料表面は効果的にイオンクリーニングされるので、試料に対する前処理工程において発生が危惧されるコンタミネーションや非晶質層、あるいは酸化層などを確実に除去することができる。
【００２４】
したがって、透過型電子顕微鏡観察や、これを用いた一連の分析作業に支障をもたらす試料表面付着物の影響を払拭することができ、透過型電子顕微鏡本来の高い性能に基づいた高精度の測定を行うことができる。
【００２５】
また、本発明による、試料表面の確実なクリーニング効果は、透過型電子顕微鏡用試料にとどまらず、走査型電子顕微鏡による観察及び分析にも転用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表面処理方法を行うための真空表面処理装置の略断面図
【図２】（ａ）試料ホルダの拡大上面図
（ｂ）試料ホルダの拡大側面図
（ｃ）試料ホルダの拡大正面図
【図３】（ａ）前処理工程後に本発明の表面処理を行ったＧａＮ膜表面の顕微鏡写真
（ｂ）従来の前処理工程のみを経たＧａＮ膜表面の顕微鏡写真
【符号の説明】
１真空表面処理装置
２，３電極
５高周波電源
６試料ホルダ
６ａ突起部
６ｂ溝
６ｃ切り欠き
８，９ガス導入口
１４ａターボ分子ポンプ
１４ｂダイヤフラムポンプ
１５真空排気口
１６試料
１７試料板

Claims

透過型電子顕微鏡用試料の薄化工程後に、該試料に対してプラズマ表面処理を行うことを特徴とする透過型電子顕微鏡用試料の表面処理方法。
前記プラズマ表面処理を、前記試料の表裏両面に行う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表面処理方法。
前記プラズマ表面処理のためのプラズマ源として、ハロゲン系ガス及びＡｒガス、Ｏ_２ガスのいずれかの活性種ガスまたは該ガスを混合成分とする混合活性種ガスを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の透過型電子顕微鏡用試料の表面処理方法。