JP2009025127A - 試料の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３ＤＡＰの試料作製に対する加工時間が短く、試料に異物が混入しないような試料作製方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の試料の作製方法は、基板に溝加工を施す事により島状構造体を形成する工程と、前記島状構造体に等方性エッチング処理を施し針状体を形成する工程と、前記針状体の少なくとも先端部に分析対象を膜状に形成する工程と、を備える。本発明の構成によれば、等方性エッチング処理による全面エッチングを行うことにより、島状構造体を針状に形状調整すると同時に異物の除去を行うため、レジストなどの異物が残留しにくいという効果を奏する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、試料の作製方法に関するものであり、特に、三次元アトムプローブ分析装置（以下、３ＤＡＰと呼ぶ）に用いる試料の作製方法に関するものである。

近年、携帯電話やパーソナルコンピュータなど情報通信機器の大容量化が進むにつれ、製品を成す構造の微細化が進んでいる。またそれに伴い、より微細な構造や組成を分析する手法や装置が増えている。特に記録メディア等の磁性材料を扱う分野では、磁性層を構成する膜組成やその多層構造の界面状態は製品そのものの性質に大きく影響を与えるため、膜構造を細かく分析する事は非常に重要である。このような微細構造を分析する装置にはＴＥＭ、ＳＥＭ、ＡＦＭ、ＸＲＤ、ＳＩＭＳ、３ＤＡＰ等が挙げられる。このような分析装置の中で取り分け３ＤＡＰは試料の微小領域における三次元構造を原子レベルで分析する事が出来る装置であり、組成と構造を同時に分析出来る手段として有用である。

３ＤＡＰの原理としては、次のとおりである。まず、試料表面に高電界を加えた際に、試料表面上の突起のある部位で電界が局所的に上昇する。この時、突起部の表面では電界蒸発により原子がイオン化して飛び出す電界イオン化現象が起こり、飛び出したイオン化原子はバイアスをかけられた検出面のスクリーン方向に向って放射状に加速する。加速したイオンはその質量に応じて検出器に到達するまでの飛行時間が異なるため、元素の同定を行う事が出来る。また、試料から飛び出したイオン化された原子は、試料中での位置情報をそのまま有して検出スクリーンに衝突するため、連続して分析を行う事で、試料中の原子分布をそのまま３次元的に再構成する事が出来る。また、近年では、高電界を用いる代わりにレーザーを照射する事によって、原子をイオン化する事によるレーザーアシスト型の３ＤＡＰの開発も進められている。

前述のような分析原理より、高電界を局所的に集中させるために針状の試料が必要となる。さらに３ＤＡＰの分析領域はおよそ１００ｎｍ角程度である為、針状体の先端部は同程度の平面を備えている必要がある。

このような針状の試料を作製する方法は様々にあるが、合金等の内部偏析を分析する際にはその合金そのものを、電界研磨法を用いて針状の試料を作製する方法が一般的である。

また、平面に構成された単一膜や多層膜の組成や構造を分析する際には、集束イオンビーム（以下ＦＩＢ）等を用いて平面から切り出し処理を行い、それを分析補助具である金属製のワイヤの上に接着し、電界研磨法によって分析に足る大きさの針状の試料を作製する方法が提案されている（特許文献１参照）。

また、フォトリソグラフィ法を用いて針状体を作製し、その針状体に分析すべき膜を形成する方法が提案されている（特許文献２参照）。
特開２００１‐２０８６５９号公報 特開２００５‐２３３７８６号公報

３ＤＡＰの試料は、高電界を局所的に集中させるために針状の試料が必要である。

しかしながら、平面に構成された単一膜もしくは多層膜に対してＦＩＢ加工を用いて切り出し処理を行う場合、実際のプロセスでは加工時間が長く非効率である。

また、フォトリソグラフィ法等を用いて加工を施す場合、試料作製にはレジスト塗布工程、レジストパターニング工程、エッチング工程、レジスト除去工程など多くの工程を必要とするために多大な時間を費やす。さらに、フォトリソグラフィ法を用いる場合には分析すべき単一膜または多層膜を形成すべき面に一度レジストを形成する事になり、その後、分析対象の膜を形成する際にレジストが異物として残留し、正確な検査結果を得られない恐れがある。

そこで、本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、試料作製に対する加工時間が短く、試料に異物が混入しないような試料作製方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、三次元アトムプローブによる分析に用いる試料の作製方法であって、基板に溝加工を施す事により島状構造体を形成する工程と、前記島状構造体に等方性エッチング処理を施し針状体を形成する工程と、前記針状体の少なくとも先端部に分析対象を膜状に形成する工程と、を備えた事を特徴とする試料の作製方法である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の試料の作製方法であって、基板に溝加工を施す事により島状構造体を形成する工程は、ダイシングブレードを用いた機械加工により溝加工を施す工程であることを特徴とする試料の作製方法である。

請求項３に記載の本発明は、請求項１または２のいずれかに記載の試料の作製方法を用いて作製された三次元アトムプローブの分析に用いる試料である。

請求項４に記載の本発明は、請求項１または２のいずれかに記載の試料の作製方法にて用いる針状体である。

本発明の試料の作製方法は、基板に溝加工を施す事により島状構造体を形成する工程と、前記島状構造体に等方性エッチング処理を施し針状体を形成する工程と、前記針状体の少なくとも先端部に分析対象を膜状に形成する工程と、を備える。
本発明の構成によれば、溝加工を施す事により島状構造体を形成するため、多数の針状体を列ごとに多数一括生産することが出来、針状体生産の加工時間を短縮することが出来る。また、等方性エッチング処理による全面エッチングを行うことにより、島状構造体を針状に形状調整すると同時に異物の除去を行うため、レジストなどの異物が残留しにくいという効果を奏する。
これにより、試料作製に対する加工時間が短く、試料に異物が混入しないような試料作製方法を提供することが可能となる。

以下、本発明の試料の作製方法について、具体的に図１を用いながら説明を行う。
本発明の試料の作製方法は、
基板に溝加工を施す事により島状構造体を形成する工程と、
前記島状構造体に等方性エッチング処理を施し針状体を形成する工程と、
前記針状体の少なくとも先端部に分析対象を膜状に形成する工程と、
を備える。

＜基板に溝加工を施す事により島状構造体を形成する工程（図１（Ａ）〜（Ｂ））＞
まず、基板を用意し、溝加工を施す。
これにより、碁盤目形状に整列した島状構造体形成する事が出来る。ここで、碁盤目形状とは、連続した直線または曲線により閉じた図形が一定間隔に並んでいる形状の事であり、例えば、図２（Ａ）に示す四角形が並んだ形状、図２（Ｂ）に示す三角形が並んだ形状の他、任意の頂点数を持つ図形が並んだ形状を含むものとする。
基板に溝を設け、列ごとに島状構造体を形成する事により、列ごとに加工が行われる事になり、針状体を複数一括して作製する事が出来、針状体がアレイ状に整列された構造体を容易に形成する事が可能となる。

基板としては、ある程度導電性の高いものである必要があり、取分け金属が好適であるがレーザーアシスト型の３ＤＡＰを利用する場合には半導体のような材料を用いてもよい。例えば、シリコン、ニッケル、アルミなどの基板を用いてよい。特に、シリコン、ニッケル、アルミの基板は、既知の微細加工方法に対して、良好な加工特性を備えているため、本発明の基板として好ましい。

溝の加工方法としては、所望する針状体の形状、寸法に併せて適宜選択する事が出来る。例えば、切削加工や研削加工、ワイヤ放電加工といった機械加工技術を用いる方法が挙げられる。

また、基板に溝加工を施す事により島状構造体を形成する工程は、ダイシングブレードを用いた機械加工により溝加工を施す工程であることが好ましい。ダイシングを用いた機械加工を行うにより、ダイシングブレードを基板に対して直線的に走らせる事で一度に一列分の加工が出来るため、加工時間を大幅に短縮することが出来る。

＜島状構造体に等方性エッチング処理を施し針状体を形成する工程（図１（Ｃ））＞
次に、島状構造体１１を有した基板１０に等方性エッチング処理を施す。等方性エッチング処理による全面エッチングを行うことにより、島状構造体を針状に形状調整することが出来、また、同時に異物の除去を行うことが出来る。このため、レジストなどの異物が残留しにくいという効果を奏する。
なお、ここで「等方性エッチング」とは、完全な等方性を示すエッチングのみならず、わずかに異方性の傾向を示す等方性の傾向が強いエッチングをも含むものとして定義する。

また、等方性エッチング処理として、ドライエッチング加工を行ってもよい。ドライエッチング加工を行った場合、先端部と根元部では供給されるエッチング種に対する被エッチング部の密度の差により先端部より根元部のほうが若干太く形成される。このため、負荷のかかる根元部が補強された形状となり、取り回しに際して、針状体が破損しにくいという効果を奏する。

また、ドライエッチング加工は、ドライエッチング時の条件（ガス流量、ガス種など）により、精度良く微細加工を行うことが出来る。このため、針状体の先端部を１μｍ未満の精度で加工する事が出来る。

また、ドライエッチング加工としては、例えば、ＲＩＥ、マグネトロンＲＩＥ、ＥＣＲ、ＩＣＰ、ＮＬＤ、マイクロ波、ヘリコン波等の放電方式を用いたドライエッチング装置を用いて良い。また、このとき用いるガスとしては、例えば、ＳＦ_６等を用いてもよい。

＜針状体の少なくとも先端部に分析対象を膜状に形成する工程（図１（Ｄ））＞
次に、針状体１２の少なくとも先端部に分析対象を膜状に形成する。膜の成膜方法は、例えばＣＶＤ、スパッタリング、ＭＢＥ、抵抗加熱蒸着、ＥＢ蒸着等の方法が挙げられる。

以上より、本発明の三次元アトムプローブによる分析に用いる試料の作製方法を実施することが出来る。

＜実施例１＞
まず、基板として、５２５μｍ厚さの単結晶シリコン基板を用意した。

次に、側面と底面の成す角が９０°のダイジングブレードを用い、シリコン基板を碁盤目状に研削加工を行った。このとき、加工によって形成される島状構造体の上部平面を一辺の長さが４０μｍの正方形状とした。また、加工深さが１５０μｍとなるように加工を施した。

次に、形成された島状構造体にドライエッチング加工を施し、針状体を形成した。反応ガス種にはＳＦ_６ガスを用い、島状構造体の上部平面が１μｍ角になるまでエッチング加工を行った。
以上より、先端径１μｍ、根元径８μｍ、高さ１５０μｍ、の針状体を基板上にアレイ状に形成する事ができた。

次に、上記針状体にスパッタリング法を用いて、分析対象のＴａＮ膜を厚さ１００ｎｍで形成した。
以上より、三次元アトムプローブの分析に用いる試料を作製することが出来た。

本発明の試料の作製方法を経時的に説明するための図である。 本発明の試料の作製方法における溝加工形成方法の例を示す図である。 本発明の試料の作製方法に用いる針状体を示す図である。

符号の説明

１０……基板
１１……島状構造体
１２……針状体
１３……溝加工部
１４……ダイシングブレード
１５……分析対象膜

Claims (4)

1. 三次元アトムプローブによる分析に用いる試料の作製方法であって、
   基板に溝加工を施す事により島状構造体を形成する工程と、
   前記島状構造体に等方性エッチング処理を施し針状体を形成する工程と、
   前記針状体の少なくとも先端部に分析対象を膜状に形成する工程と、
   を備えた事を特徴とする試料の作製方法。
2. 請求項１に記載の試料の作製方法であって、
   基板に溝加工を施す事により島状構造体を形成する工程は、ダイシングブレードを用いた機械加工により溝加工を施す工程であること
   を特徴とする試料の作製方法。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の試料の作製方法を用いて作製された三次元アトムプローブの分析に用いる試料。
4. 請求項１または２のいずれかに記載の試料の作製方法にて用いる針状体。