JP4140674B2 - 多孔質アモルファス膜の観察方法及びその観察装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔質アモルファス膜の観察方法及びその観察装置に関し、詳しくは多孔質アモルファス膜の空孔の形状を観察する多孔質アモルファス膜の観察方法及びその観察装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の高密度化及び微細化に伴い、各部の寄生容量が大きな問題になりつつある。寄生容量を抑えるため、誘電率の低い絶縁膜が注目されている。
【０００３】
半導体製造工程で用いられる絶縁膜には、その誘電率を小さくするために、例えば絶縁膜を開孔して複数の空孔を形成した多孔質の絶縁膜がある。
このような多孔質絶縁膜は、その空孔率が大きくなると誘電率が小さくなることから、所定の誘電率を得るために所定の空孔率の絶縁膜にすることが必要になる。このため、この多孔質絶縁膜の形状特性を測定して、その形状特性を維持、管理することが大切になる。
【０００４】
一般に、多孔質材料の形状特性を測定する方法としては、気体吸着法、走査型電子顕微鏡及び透過型電子顕微鏡を用いる方法がある。
気体吸着法では、吸着断面積の分かるガス分子を空孔内に充満させ、この空孔内でガス分子が液体凝縮を起こした際のガス圧から、Ｋｅｌｖｉｎの毛管凝縮理論を適用して近似的に孔径、さらに空孔率等を算出している。
しかしながら、空孔を円筒型モデルと仮定して孔径、空孔率等を算出していることから、孔径、空孔率等の値に誤差が生じやすいという問題がある。
【０００５】
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた方法では、例えば１０〜３０ｋｖの電圧で加速し細く絞った電子線を多孔質材料の表面上に走査し、その表面から発生する２次電子を検出して画像データを作成する。そして、この画像データから多孔質材料の孔径、空孔率等を測定している。
しかし、走査型電子顕微鏡の最大倍率は大きくなく、例えば多孔質材料の孔径が１０ｎｍのように孔径が小さくなると、空孔部分の認識が困難になるという問題がある。
【０００６】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた方法では、加速電圧１００〜３００ｋｖの電圧で加速した電子を、多孔質材料を薄片化した試料に照射する。そして、この試料を透過した電子を用いて拡大した画像データを作成し、この画像データから孔径、空孔率等を測定している。
透過型電子顕微鏡の最大倍率は、走査型顕微鏡の最大倍率よりも大きく、空孔部分の画像も鮮明に表すことができる。このため、多孔質材料の空孔の孔径、空孔率等の形状特性を正確に測定することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多孔質絶縁膜にシリコン酸化膜のようなアモルファス系の材料を用いた場合には、その空孔部の画像とその他の部分の画像とのコントラストが小さくなってしまい、透過型電子顕微鏡による画像が不明確になる。このため、空孔の部分とそれ以外の部分との識別が困難であり、多孔質絶縁膜の空孔の形状を観察することは困難であった。従って、多孔質絶縁膜の空孔の大きさ、空孔率等の形状特性を正確に測定することは困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、多孔質アモルファス膜の空孔の形状を正確に観察することができる多孔質アモルファス膜の観察方法及びその観察装置を提供することにある。
さらに、多孔質アモルファス膜の空孔の大きさ、空孔率等の形状特性を正確に測定することができる多孔質アモルファス膜の観察方法及びその観察装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の第１の観点にかかる多孔質アモルファス膜の観察方法は、多孔質アモルファス膜の空孔部の内壁に結晶性物質を形成する処理工程と、前記結晶性物質が形成された多孔質アモルファス膜の画像データを透過型電子顕微鏡により生成する画像データ生成工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この構成では、多孔質アモルファス膜の空孔部の内壁に結晶性物質が形成される。この結晶性物質と多孔質アモルファス膜とのコントラストは大きく、透過型電子顕微鏡による画像が明確に示される。そして、結晶性物質の画像を介して多孔質アモルファス膜の空孔部の画像データが示され、画像データから空孔部の形状が観察される。
【００１１】
前記画像データ生成工程の後に、前記画像データを処理して前記多孔質アモルファス膜の形状特性を算出する画像データ処理工程を備えると、画像データから多孔質アモルファス膜の形状特性が算出され、多孔質アモルファス膜の形状特性が測定できる。
【００１２】
結晶性物質の薄膜形成手段としては、例えば化学気相成長がある。
また、前記処理工程では、例えば前記結晶性物質の薄膜を生成するための生成ガスの反応温度より低温下で前記多孔質アモルファス膜の空孔部に前記生成ガスを充満させた後、前記多孔質アモルファス膜を前記生成ガスの反応温度より高温に加熱して化学気相成長を起こし前記空孔部の内壁に前記結晶性物質の薄膜を形成すると、空孔部の内壁に確実に結晶性物質の薄膜が形成される。
【００１３】
前記多孔質アモルファス膜は、例えば絶縁膜に用いられる。また、前記多孔質アモルファス膜の形状特性の対象としては、例えば多孔質アモルファス膜の空孔の大きさ、空孔率等がある。
【００１４】
前記各工程を真空下で連続して行うと、結晶性物質は大気に接触せず、結晶性物質がアモルファス化することがなくなる。
また、本発明は、特にオープンポア型の多孔質アモルファス膜に有効に適用できる。
【００１５】
この発明の第２の観点にかかる多孔質アモルファス膜の観察装置は、多孔質アモルファス膜内の空孔部の内壁に結晶性物質を形成するための処理室と、前記処理室に連結するとともに、前記結晶性物質が形成された多孔質アモルファス膜の画像データを生成する透過型電子顕微鏡が配設された観察室と、前記多孔質アモルファス膜が成膜された試料を前記処理室から前記観察室に搬送し、前記透過型電子顕微鏡にセットする搬送手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
この構成では、処理室内で多孔質アモルファス膜の空孔部の内壁に結晶性物質が形成され、観察室の透過型電子顕微鏡で多孔質アモルファス膜の空孔部の画像データが示され、画像データから空孔部の形状が観察される。
【００１７】
前記画像データを処理して前記多孔質アモルファス膜の形状特性を算出する画像データ処理手段を更に備えると、画像データから多孔質アモルファス膜の形状特性が算出され、多孔質アモルファス膜の形状特性が測定できる。
【００１８】
前記処理室と前記観察室には、その室内を実質的に真空に制御する真空制御部が配設され、実質的な真空雰囲気下で、前記搬送手段により前記処理室から前記観察室に前記試料を搬送すると、多孔質アモルファス膜の空孔部の内壁に形成された結晶性物質は大気に接触せず、結晶性物質がアモルファス化することがなくなる。
【００１９】
前記処理室に前記結晶性物質の薄膜を生成するための生成ガスを導入するガス導入手段と、前記処理室内及び該処理室内に載置されている前記試料を温調するための温度制御手段とを備えると、生成ガスの反応温度に対応した温度条件で結晶性物質の薄膜を生成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図７に従って説明する。
本実施の形態では、多孔質アモルファス膜に多孔質アモルファス絶縁膜を用いた場合を例に説明する。
図１は、多孔質アモルファス絶縁膜の形状を観察すると共に、その形状特性（空孔の大きさ、空孔率等）を測定するための観察装置の主要部分を示したものである。
【００２１】
図１に示すように、多孔質アモルファス絶縁膜の観察装置１は処理室２と観察室３と搬送室４と搬入出室５とを備えている。
処理室２は観察及び測定対象である多孔質アモルファス絶縁膜を収納し、処理工程を行う装置であり、具体的には、多孔質アモルファス絶縁膜の形状の観察及び形状特性を測定する前に、多孔質アモルファス絶縁膜の内部の空孔の内壁に結晶性物質としての結晶性薄膜を形成する。
【００２２】
観察室３は多孔質アモルファス絶縁膜の空孔の形状を透過型電子顕微鏡を用いて観察し、更に多孔質アモルファス絶縁膜の画像データを取得する装置である。また、透過型電子顕微鏡には図示しない画像データ処理手段が設けられ、多孔質アモルファス絶縁膜の画像データを処理し、多孔質アモルファス絶縁膜の空孔の大きさ、空孔率等の形状特性を算出する機能を有する。
搬送室４は処理室２と観察室３とを連結し、試料（多孔質アモルファス絶縁膜が形成されたウエハ）を搬送する装置である。
【００２３】
処理室２、観察室３及び搬送室４は、真空ポンプ、バルブ等から構成された真空制御部６によって真空に保持されている。
搬入出室５は観察装置１と外部との間で試料の搬入出を行う空間であり、搬入出室５は真空制御部６によって真空と常圧との切り替えが可能なように構成されている。
【００２４】
処理室２と搬送室４とはゲート７によって接続され、観察室３と搬送室４とはゲート８によって接続されている。また、観察装置１の外部と搬入出室５とはゲート９によって接続され、搬送室４と搬入出室５とはゲート１０によって接続されている。そして、試料１１はゲート９を介して搬入出室５に搬入され、搬送室４内の搬送レール１２上に設置された搬送手段としての搬送アーム１３により、ゲート１０を介して搬送室４に搬送される。さらに、試料１１はゲート７を介して処理室２に搬送され、ゲート８を介して観察室３内に搬送される。このゲート７、ゲート８、ゲート９、ゲート１０の開閉、及び搬送アーム１３の移動は、マイクロプロセッサ等から構成された制御装置１４で制御されている。
【００２５】
図２に処理室２及び観察室３の概略構成図を示す。
図２に示すように、処理室２は密閉可能に構成されている。処理室２の内部には試料１１を載置する載置台１５が配置されている。そして、試料１１は図３に示すような透過型電子顕微鏡での測定に適した試料形状に加工されている。
【００２６】
載置台１５の内部には温度制御手段としてのヒータ１６が配置されている。このヒータ１６を制御装置１４で制御することにより、処理室２内及び試料１１の温度を所望の温度に調整する。
処理室２の上面には、結晶性薄膜を生成するための生成ガスを処理室２内に導入するガス導入手段を構成するガス導入孔１７が設けられている。このガス導入孔１７はガス導入手段を構成するガス制御弁１８に接続されており、ガス制御弁１８の開閉制御により処理室２内に導入される生成ガスの量が調整されている。
【００２７】
処理室２の下面には、排気孔１９が配置されている。この排気孔１９は真空制御部６に接続されている。
ガス導入孔１７から処理室２内に導入されるガスの流量及び排気孔１９から排気されるガスの流量を制御することにより、処理室２内を適当な圧力に維持することができる。
【００２８】
観察室３は密閉可能に構成されている。観察室３には透過型電子顕微鏡２０が配設されている。観察室３の内部に透過型電子顕微鏡２０の試料取付部２１が配置され、試料取付部２１に試料１１を取り付けることにより、透過型電子顕微鏡２０での試料１１の観察が行われる。また、透過型電子顕微鏡２０には、図示しない画像データ処理手段が設けられている。画像データ処理手段は、例えば画像分析装置等から構成されている。
【００２９】
次に、以上のように構成された観察装置１を用いた多孔質アモルファス絶縁膜の形状の観察及び形状特性を測定する方法について図４を参照して説明する。図４は多孔質アモルファス絶縁膜の形状の観察及び形状特性を測定する方法を示したフローチャートである。
【００３０】
まず、略円盤状に形成したウエハの主面にオープンポア型の多孔質アモルファス絶縁膜を形成する（ＳＴＥＰ１）。
例えば、二酸化珪素の入った流体をスピンコート法によりウエハにコートする。この膜をエージングして揮発成分を除去し、続いて、ベーキングして固定化することにより、内径がおおよそ１ｎｍ〜５０ｎｍで互いに連通する微細な空孔部が形成されたシリコン酸化膜を形成する。シリコン酸化膜の内部の空孔は相互に連通し、一部はシリコン酸化膜の表面に達し、いわゆるオープンポア型の多孔質となっている。
【００３１】
次に、多孔質シリコン酸化膜が形成されたウエハを透過型電子顕微鏡２０での観察及び測定に適した形状の試料に加工する。具体的には、多孔質シリコン酸化膜が形成されたウエハをダイシングソーで粗加工した後、集束イオンビーム（Focused Ion Beam）を用いて精密加工を行い、図３に示すような形状の試料１１を作成する（ＳＴＥＰ２）。
図３の例では、試料１１の幅狭部１１ａが多孔質シリコン酸化膜であり、幅広部１１ｂがウエハである。幅狭部１１ａには、電子線を通過させて測定を行うために、さらに薄く加工された測定領域１１ｃが形成されている。
【００３２】
この試料１１をゲート９から常圧に設定された搬入出室５に搬入した後、ゲート９を閉鎖して搬入出室５内を真空制御部６で真空にする。搬入出室５内がほぼ真空になったところで、搬送アーム１３により試料１１をゲート１０、搬送室４、ゲート７を介して処理室２内の載置台１５上に載置し、ゲート７を閉鎖して処理室２を密閉する（ＳＴＥＰ３）。
【００３３】
次に、多孔質シリコン酸化膜の空孔部の内壁に結晶性薄膜を形成する処理工程を行う。図５〜図７は、この処理工程を模式図で示したものである。
まず、処理室２を密閉した後、ヒータ１６を制御することにより処理室２内の温度を結晶性薄膜を生成するための生成ガスの分解温度より低温に調整する。本実施の形態では、生成ガスとしてシランガス（ＳｉＨ４）を用い、処理室２内の温度を生成ガスの反応（分解）温度である４００℃以下に調整する。この状態での多孔質アモルファス絶縁膜の模式図を図５に示す。なお、図５では、理解を容易にするために、多孔質シリコン酸化膜２２を粒子状の絶縁部２３で表しており、これ以外の部分が空孔部２４に相当する。
【００３４】
次に、ガス制御弁１８を開いてガス導入孔１７から結晶性薄膜を生成するための生成ガスを圧力が、例えば２７Ｐａになるまで処理室２内に導入する。このとき、ヒータ１６を制御して、処理室２内の温度をシランガスの分解開始温度４００℃以下に維持する（ＳＴＥＰ４）。
【００３５】
処理室２内に導入されたシランガスは、多孔質シリコン酸化膜の表面から互いに連通している空孔部２４を通って内部に浸透し、図６に符号２５で示すように、絶縁部２３以外の処理室２内部（空孔部２４）に充満する。
本実施の形態では、オープンポア型の多孔質シリコン酸化膜なので、空孔部２４の内部にシランガスが浸透しやすく、空孔部２４の内壁のほぼ全面にシランガス２５が充満する（ＳＴＥＰ５）。
【００３６】
シランガス２５を充満して圧力が２７Ｐａになると、ガス制御弁１８を閉じて、シランガスの供給を停止し、さらに、ヒータ１６を制御して処理室２内及び試料１１の温度を生成ガスの分解結晶化温度（６２０℃以上）より高温（例えば、８５０℃）に昇温し、その温度にて一定時間維持する。すると、空孔部２４の内面に充満していたシランガス２５が分解反応を起こしてシリコン多結晶膜に変化し、図７に示す結晶性薄膜２６を形成する（ＳＴＥＰ６）。
この反応は、化学式１で示される。
【化１】
ＳｉＨ４ →Ｓｉ＋２Ｈ２↑
【００３７】
結晶性薄膜２６の形成後、観察室３内で試料１１の形状を観察するために、搬送アーム１３により試料１１をゲート７、搬送室４、ゲート８を介して観察室３内の試料取付部２１上に載置する（ＳＴＥＰ７）。
【００３８】
試料１１の測定部１１ｃに透過型電子顕微鏡２０からの電子線を透過させて画像データを取得し、画像データからシリコン酸化膜の形状を観察する（ＳＴＥＰ８）。
具体的には、試料１１の測定部１１ｃに電圧で加速した電子を照射し、試料１１を透過した電子を用いて拡大した画像データを生成する。
【００３９】
最後に、透過型電子顕微鏡２０により形成されたシリコン酸化膜の画像データを、透過型電子顕微鏡２０に設けられた画像データ処理手段で処理し、シリコン酸化膜の形状特性、すなわち空孔の大きさや空孔率等を算出（測定）する（ＳＴＥＰ９）。
【００４０】
試料１１を構成するシリコン酸化膜は、図７に示すように、アモルファスシリコンの粒子状の絶縁部２３と空孔部２４との境界部分に多結晶シリコンの結晶性薄膜２６が形成されている。透過型電子顕微鏡２０により撮影された画像のアモルファス部分及び空孔部分と境界の結晶性薄膜２６との階調が大きく異なる。このため、この結晶性薄膜２６の像を境界として、絶縁部２３と空孔部２４とを識別でき、多孔質シリコン酸化膜２２の画像データを生成することができる。この画像データから、各空孔部２４の形状を観察することができる。さらに、画像データを画像データ処理手段、例えば画像分析装置、画像分析ソフトウエアなどを用いて分析することにより、各空孔部２４の径を含む大きさ、空孔率（空孔部の面積／絶縁部の面積＝空孔部の画素数／絶縁部の画素数）などを測定することができる。また、測定した空孔率から、シリコン酸化膜の誘電率を正確に測定することができる。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、結晶性薄膜の画像が明確に示されることにより、シリコン酸化膜の空孔部の形状、大きさ、割合を相対的に明確に示すことができる。このため、シリコン酸化膜の形状を正確に観察することができる。さらに、シリコン酸化膜の大きさ、空孔率等の形状特性を正確に測定することができる。
また、測定した空孔率から、シリコン酸化膜の誘電率を正確に特定することができ、生成されたシリコン酸化膜の誘電率を評価したり、管理することができる。
【００４２】
本実施の形態では、シランガスを充満させたところで高温に加熱してシランガスを反応させ、シリコン酸化膜の空孔部の内壁に結晶性薄膜を形成しているので、結晶性薄膜がシリコン酸化膜の空孔部の内壁の全面に形成され、シリコン酸化膜中の空孔の測定精度が向上する。また、シランガスを充満させた後も圧力が２７Ｐａになるまで処理室２内にシランガスを導入しているので、結晶性薄膜がシリコン酸化膜の空孔部の内壁の全面に確実に形成され、シリコン酸化膜中の空孔の測定精度が向上する。
【００４３】
本実施の形態によれば、処理室２、観察室３、搬送室４がほぼ真空に保たれているので、結晶性薄膜が大気に触れてアモルファス化することがなくなり、シリコン酸化膜の測定精度は低下しない。
【００４４】
なお、本発明は上記に限定されるものではなく、例えば生成ガスの分解反応によって結晶性薄膜を形成するものはシランガスに限らない。
また、生成ガスの分解反応によって結晶性薄膜を形成するものの他、例えば複数の生成ガスを合成することによって結晶性薄膜を形成するもの、例えば生成ガスに六フッ化タングステン（ＷＦ６）と水素を用いてもよい。この場合の反応は、化学式２で示される。
【化２】
ＷＦ６＋３Ｈ２→Ｗ＋６ＨＦ
【００４５】
また、生成ガスが六フッ化タングステンとシランの場合の反応は、化学式３で示される。
【化３】
ＷＦ６＋ＳｉＨ４→Ｗ＋ＳｉＦ６↑＋２Ｈ２
このように、生成ガスとしては多孔質アモルファス絶縁膜の空孔部に充満し、多孔質アモルファス絶縁膜の空孔部の内壁に結晶性薄膜を化学気相成長により形成するものであればよい。
【００４６】
多孔質アモルファス絶縁膜についても、結晶性薄膜の生成ガスが充満して、結晶性薄膜が形成できるものであればよく、シリコン酸化膜に限定されるものではない。さらに、絶縁膜以外の用途に用いられる多孔質アモルファス膜にも、本発明を適用することができるのはもちろんである。
【００４７】
上記実施の形態では、２７Ｐａの圧力で、シランガスを多孔室アモルファス絶縁膜の空孔部２４内に導入したが、その圧力は、２７Ｐａに限定されるものではなく、空孔部２４内にシランガスが充填でき、最終的に、結晶性薄膜を形成できるならば、任意の圧力を選択可能である。また、シランガスを空孔部２４内に浸透しやすくするために、例えば、処理室２内のシランガスの圧力を変動させてもよい。
【００４８】
さらに、結晶性物質を形成するための材料は、気体に限定されず、液体やコロイドでもよい。例えば、コロイド状物を多孔質アモルファス絶縁膜の空孔部に充填した後、多孔質アモルファス絶縁膜を加熱してコロイド状物内の溶媒を除去（蒸発）させ、空孔部２４の内壁に結晶性物質を形成してもよい。
【００４９】
このようなコロイド状物としては、例えば、数ｎｍ程度の大きさのコバルト顔料、鉄顔料、クロム顔料、マンガン顔料のような無機顔料を、ナフタリンスルホン酸ナトリウムホルマリン縮合物、メタクレゾールスルホン酸ナトリウムホルマリン縮合物のような溶媒（分散剤）に分散させたコロイドサスペンジョンを使用することができる。この種のコロイドを使用する場合には、１２０℃〜１３０℃程度のコロイドサスペンジョン中に試料を浸積させて、顔料分子を空孔中に拡散させる。試料をコロイドサスペンジョンから引き上げた後、例えば３００℃程度に試料を昇温し、溶媒を除去する。このようにコロイド状物を用いる場合、結晶性薄膜を化学気相成長で形成するのに比べて、低温で処理するため、観察及び測定をより容易に行うことができる。
【００５０】
また、図１及び図２に示した観察装置１の構成も例示であり、これに限定されるものではない、例えば、処理室２や観察室３の形状及びサイズは任意であり、さらに、処理室２と観察室３との間で試料を搬送するための手段は、搬送アーム１３に限定されず、任意の形状のキャリアを使用できる。
【００５１】
また、図８に示すようないわゆるマルチチャンバシステムに試料加工室２７とともに多孔質アモルファス絶縁膜の観察装置１を組み込んでもよい。この場合、半導体製造工程中に随時、多孔質アモルファス絶縁膜の空孔率を測定することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、多孔質アモルファス膜の空孔部の内壁に結晶性物質が形成されるので、透過型電子顕微鏡による結晶性物質の画像を介して多孔質アモルファス膜の空孔部の画像データが明確に示され、画像データから空孔部の形状を観察することができる。
【００５３】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、画像データ処理工程により、画像データから多孔質アモルファス膜の形状特性が算出され、多孔質アモルファス絶縁膜の形状特性が測定できる。
【００５４】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明の効果に加えて、化学気相成長により多孔質アモルファス膜の空孔部の内壁に結晶性物質の薄膜を形成するので、様々な生成ガスを用いて結晶性物質の薄膜を生成することができる。
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加えて、空孔部の内壁に確実に結晶性物質の薄膜を形成することができる。
【００５５】
請求項５に記載の発明によれば、請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、多孔質アモルファス絶縁膜の空孔の大きさ、空孔率等を測定することができる。また、測定した空孔率から多孔質アモルファス絶縁膜の誘電率を特定することができる。
【００５６】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、結晶性物質は大気に接触せず、結晶性物質がアモルファス化することがなくなる。
請求項７に記載の発明によれば、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、空孔部の内部に結晶性物質が導入しやすく、空孔部の内壁のほぼ全面に結晶性物質を形成することができる。
【００５７】
請求項８に記載の発明によれば、多孔質アモルファス絶縁膜の空孔部の内壁に結晶性物質が形成されるので、透過型電子顕微鏡により多孔質アモルファス絶縁膜の空孔部の画像データが示され、画像データから空孔部の形状を観察することができる。
【００５８】
請求項９に記載の発明によれば、請求項８に記載の発明の効果に加えて、画像データから多孔質アモルファス膜の形状特性が算出され、多孔質アモルファス絶縁膜の形状特性が測定できる。
【００５９】
請求項１０に記載の発明によれば、請求項８又は請求項９に記載の発明の効果に加えて、多孔質アモルファス膜の空孔部の内壁に形成された結晶性物質は大気に接触せず、結晶性物質がアモルファス化することがなくなる。
【００６０】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項８〜請求項１０のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、生成ガスの反応温度に対応した温度条件で結晶性物質の薄膜を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の多孔質アモルファス絶縁膜の観察装置の模式図である。
【図２】本発明の実施の形態の処理室及び観察室の概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態の透過型電子顕微鏡用試料の模式図である。
【図４】本発明の実施の形態の観察方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態の多孔質シリコン酸化膜を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態の多孔質シリコン酸化膜に生成ガスが吸着した状態を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態の多孔質シリコン酸化膜に結晶性薄膜が形成された状態を示す模式図である。
【図８】別の実施の形態の多孔質アモルファス絶縁膜の観察装置の模式図である。
【符号の説明】
１ 多孔質アモルファス絶縁膜の観察装置
２ 処理室
３ 観察室
６ 真空制御部
１１ 試料
１３ 搬送アーム
１６ ヒータ
１７ ガス導入孔
１８ ガス制御弁
２０ 透過型電子顕微鏡
２２ シリコン酸化膜
２４ 空孔部
２５ シランガス
２６ 結晶性薄膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔質アモルファス膜の観察方法及びその観察装置に関し、詳しくは多孔質アモルファス膜の空孔の形状を観察する多孔質アモルファス膜の観察方法及びその観察装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の高密度化及び微細化に伴い、各部の寄生容量が大きな問題になりつつある。寄生容量を抑えるため、誘電率の低い絶縁膜が注目されている。
【０００３】
半導体製造工程で用いられる絶縁膜には、その誘電率を小さくするために、例えば絶縁膜を開孔して複数の空孔を形成した多孔質の絶縁膜がある。
このような多孔質絶縁膜は、その空孔率が大きくなると誘電率が小さくなることから、所定の誘電率を得るために所定の空孔率の絶縁膜にすることが必要になる。このため、この多孔質絶縁膜の形状特性を測定して、その形状特性を維持、管理することが大切になる。
【０００４】
一般に、多孔質材料の形状特性を測定する方法としては、気体吸着法、走査型電子顕微鏡及び透過型電子顕微鏡を用いる方法がある。
気体吸着法では、吸着断面積の分かるガス分子を空孔内に充満させ、この空孔内でガス分子が液体凝縮を起こした際のガス圧から、Ｋｅｌｖｉｎの毛管凝縮理論を適用して近似的に孔径、さらに空孔率等を算出している。
しかしながら、空孔を円筒型モデルと仮定して孔径、空孔率等を算出していることから、孔径、空孔率等の値に誤差が生じやすいという問題がある。
【０００５】
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた方法では、例えば１０〜３０ｋｖの電圧で加速し細く絞った電子線を多孔質材料の表面上に走査し、その表面から発生する２次電子を検出して画像データを作成する。そして、この画像データから多孔質材料の孔径、空孔率等を測定している。
しかし、走査型電子顕微鏡の最大倍率は大きくなく、例えば多孔質材料の孔径が１０ｎｍのように孔径が小さくなると、空孔部分の認識が困難になるという問題がある。
【０００６】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた方法では、加速電圧１００〜３００ｋｖの電圧で加速した電子を、多孔質材料を薄片化した試料に照射する。そして、この試料を透過した電子を用いて拡大した画像データを作成し、この画像データから孔径、空孔率等を測定している。
透過型電子顕微鏡の最大倍率は、走査型顕微鏡の最大倍率よりも大きく、空孔部分の画像も鮮明に表すことができる。このため、多孔質材料の空孔の孔径、空孔率等の形状特性を正確に測定することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多孔質絶縁膜にシリコン酸化膜のようなアモルファス系の材料を用いた場合には、その空孔部の画像とその他の部分の画像とのコントラストが小さくなってしまい、透過型電子顕微鏡による画像が不明確になる。このため、空孔の部分とそれ以外の部分との識別が困難であり、多孔質絶縁膜の空孔の形状を観察することは困難であった。従って、多孔質絶縁膜の空孔の大きさ、空孔率等の形状特性を正確に測定することは困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、多孔質アモルファス膜の空孔の形状を正確に観察することができる多孔質アモルファス膜の観察方法及びその観察装置を提供することにある。
さらに、多孔質アモルファス膜の空孔の大きさ、空孔率等の形状特性を正確に測定することができる多孔質アモルファス膜の観察方法及びその観察装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の第１の観点にかかる多孔質アモルファス膜の観察方法は、多孔質アモルファス膜の空孔部の内壁に結晶性物質を形成する処理工程と、前記結晶性物質が形成された多孔質アモルファス膜の画像データを透過型電子顕微鏡により生成する画像データ生成工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この構成では、多孔質アモルファス膜の空孔部の内壁に結晶性物質が形成される。この結晶性物質と多孔質アモルファス膜とのコントラストは大きく、透過型電子顕微鏡による画像が明確に示される。そして、結晶性物質の画像を介して多孔質アモルファス膜の空孔部の画像データが示され、画像データから空孔部の形状が観察される。
【００１１】
前記画像データ生成工程の後に、前記画像データを処理して前記多孔質アモルファス膜の形状特性を算出する画像データ処理工程を備えると、画像データから多孔質アモルファス膜の形状特性が算出され、多孔質アモルファス膜の形状特性が測定できる。
【００１２】
結晶性物質の薄膜形成手段としては、例えば化学気相成長がある。
また、前記処理工程では、例えば前記結晶性物質の薄膜を生成するための生成ガスの反応温度より低温下で前記多孔質アモルファス膜の空孔部に前記生成ガスを充満させた後、前記多孔質アモルファス膜を前記生成ガスの反応温度より高温に加熱して化学気相成長を起こし前記空孔部の内壁に前記結晶性物質の薄膜を形成すると、空孔部の内壁に確実に結晶性物質の薄膜が形成される。
【００１３】
前記多孔質アモルファス膜は、例えば絶縁膜に用いられる。また、前記多孔質アモルファス膜の形状特性の対象としては、例えば多孔質アモルファス膜の空孔の大きさ、空孔率等がある。
【００１４】
前記各工程を真空下で連続して行うと、結晶性物質は大気に接触せず、結晶性物質がアモルファス化することがなくなる。
また、本発明は、特にオープンポア型の多孔質アモルファス膜に有効に適用できる。
【００１５】
この発明の第２の観点にかかる多孔質アモルファス膜の観察装置は、多孔質アモルファス膜内の空孔部の内壁に結晶性物質を形成するための処理室と、前記処理室に連結するとともに、前記結晶性物質が形成された多孔質アモルファス膜の画像データを生成する透過型電子顕微鏡が配設された観察室と、前記多孔質アモルファス膜が成膜された試料を前記処理室から前記観察室に搬送し、前記透過型電子顕微鏡にセットする搬送手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
この構成では、処理室内で多孔質アモルファス膜の空孔部の内壁に結晶性物質が形成され、観察室の透過型電子顕微鏡で多孔質アモルファス膜の空孔部の画像データが示され、画像データから空孔部の形状が観察される。
【００１７】
前記画像データを処理して前記多孔質アモルファス膜の形状特性を算出する画像データ処理手段を更に備えると、画像データから多孔質アモルファス膜の形状特性が算出され、多孔質アモルファス膜の形状特性が測定できる。
【００１８】
前記処理室と前記観察室には、その室内を実質的に真空に制御する真空制御部が配設され、実質的な真空雰囲気下で、前記搬送手段により前記処理室から前記観察室に前記試料を搬送すると、多孔質アモルファス膜の空孔部の内壁に形成された結晶性物質は大気に接触せず、結晶性物質がアモルファス化することがなくなる。
【００１９】
前記処理室に前記結晶性物質の薄膜を生成するための生成ガスを導入するガス導入手段と、前記処理室内及び該処理室内に載置されている前記試料を温調するための温度制御手段とを備えると、生成ガスの反応温度に対応した温度条件で結晶性物質の薄膜を生成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図７に従って説明する。
本実施の形態では、多孔質アモルファス膜に多孔質アモルファス絶縁膜を用いた場合を例に説明する。
図１は、多孔質アモルファス絶縁膜の形状を観察すると共に、その形状特性（空孔の大きさ、空孔率等）を測定するための観察装置の主要部分を示したものである。
【００２１】
図１に示すように、多孔質アモルファス絶縁膜の観察装置１は処理室２と観察室３と搬送室４と搬入出室５とを備えている。
処理室２は観察及び測定対象である多孔質アモルファス絶縁膜を収納し、処理工程を行う装置であり、具体的には、多孔質アモルファス絶縁膜の形状の観察及び形状特性を測定する前に、多孔質アモルファス絶縁膜の内部の空孔の内壁に結晶性物質としての結晶性薄膜を形成する。
【００２２】
観察室３は多孔質アモルファス絶縁膜の空孔の形状を透過型電子顕微鏡を用いて観察し、更に多孔質アモルファス絶縁膜の画像データを取得する装置である。また、透過型電子顕微鏡には図示しない画像データ処理手段が設けられ、多孔質アモルファス絶縁膜の画像データを処理し、多孔質アモルファス絶縁膜の空孔の大きさ、空孔率等の形状特性を算出する機能を有する。
搬送室４は処理室２と観察室３とを連結し、試料（多孔質アモルファス絶縁膜が形成されたウエハ）を搬送する装置である。
【００２３】
処理室２、観察室３及び搬送室４は、真空ポンプ、バルブ等から構成された真空制御部６によって真空に保持されている。
搬入出室５は観察装置１と外部との間で試料の搬入出を行う空間であり、搬入出室５は真空制御部６によって真空と常圧との切り替えが可能なように構成されている。
【００２４】
処理室２と搬送室４とはゲート７によって接続され、観察室３と搬送室４とはゲート８によって接続されている。また、観察装置１の外部と搬入出室５とはゲート９によって接続され、搬送室４と搬入出室５とはゲート１０によって接続されている。そして、試料１１はゲート９を介して搬入出室５に搬入され、搬送室４内の搬送レール１２上に設置された搬送手段としての搬送アーム１３により、ゲート１０を介して搬送室４に搬送される。さらに、試料１１はゲート７を介して処理室２に搬送され、ゲート８を介して観察室３内に搬送される。このゲート７、ゲート８、ゲート９、ゲート１０の開閉、及び搬送アーム１３の移動は、マイクロプロセッサ等から構成された制御装置１４で制御されている。
【００２５】
図２に処理室２及び観察室３の概略構成図を示す。
図２に示すように、処理室２は密閉可能に構成されている。処理室２の内部には試料１１を載置する載置台１５が配置されている。そして、試料１１は図３に示すような透過型電子顕微鏡での測定に適した試料形状に加工されている。
【００２６】
載置台１５の内部には温度制御手段としてのヒータ１６が配置されている。このヒータ１６を制御装置１４で制御することにより、処理室２内及び試料１１の温度を所望の温度に調整する。
処理室２の上面には、結晶性薄膜を生成するための生成ガスを処理室２内に導入するガス導入手段を構成するガス導入孔１７が設けられている。このガス導入孔１７はガス導入手段を構成するガス制御弁１８に接続されており、ガス制御弁１８の開閉制御により処理室２内に導入される生成ガスの量が調整されている。
【００２７】
処理室２の下面には、排気孔１９が配置されている。この排気孔１９は真空制御部６に接続されている。
ガス導入孔１７から処理室２内に導入されるガスの流量及び排気孔１９から排気されるガスの流量を制御することにより、処理室２内を適当な圧力に維持することができる。
【００２８】
観察室３は密閉可能に構成されている。観察室３には透過型電子顕微鏡２０が配設されている。観察室３の内部に透過型電子顕微鏡２０の試料取付部２１が配置され、試料取付部２１に試料１１を取り付けることにより、透過型電子顕微鏡２０での試料１１の観察が行われる。また、透過型電子顕微鏡２０には、図示しない画像データ処理手段が設けられている。画像データ処理手段は、例えば画像分析装置等から構成されている。
【００２９】
次に、以上のように構成された観察装置１を用いた多孔質アモルファス絶縁膜の形状の観察及び形状特性を測定する方法について図４を参照して説明する。図４は多孔質アモルファス絶縁膜の形状の観察及び形状特性を測定する方法を示したフローチャートである。
【００３０】
まず、略円盤状に形成したウエハの主面にオープンポア型の多孔質アモルファス絶縁膜を形成する（ＳＴＥＰ１）。
例えば、二酸化珪素の入った流体をスピンコート法によりウエハにコートする。この膜をエージングして揮発成分を除去し、続いて、ベーキングして固定化することにより、内径がおおよそ１ｎｍ〜５０ｎｍで互いに連通する微細な空孔部が形成されたシリコン酸化膜を形成する。シリコン酸化膜の内部の空孔は相互に連通し、一部はシリコン酸化膜の表面に達し、いわゆるオープンポア型の多孔質となっている。
【００３１】
次に、多孔質シリコン酸化膜が形成されたウエハを透過型電子顕微鏡２０での観察及び測定に適した形状の試料に加工する。具体的には、多孔質シリコン酸化膜が形成されたウエハをダイシングソーで粗加工した後、集束イオンビーム（Focused Ion Beam）を用いて精密加工を行い、図３に示すような形状の試料１１を作成する（ＳＴＥＰ２）。
図３の例では、試料１１の幅狭部１１ａが多孔質シリコン酸化膜であり、幅広部１１ｂがウエハである。幅狭部１１ａには、電子線を通過させて測定を行うために、さらに薄く加工された測定領域１１ｃが形成されている。
【００３２】
この試料１１をゲート９から常圧に設定された搬入出室５に搬入した後、ゲート９を閉鎖して搬入出室５内を真空制御部６で真空にする。搬入出室５内がほぼ真空になったところで、搬送アーム１３により試料１１をゲート１０、搬送室４、ゲート７を介して処理室２内の載置台１５上に載置し、ゲート７を閉鎖して処理室２を密閉する（ＳＴＥＰ３）。
【００３３】
次に、多孔質シリコン酸化膜の空孔部の内壁に結晶性薄膜を形成する処理工程を行う。図５〜図７は、この処理工程を模式図で示したものである。
まず、処理室２を密閉した後、ヒータ１６を制御することにより処理室２内の温度を結晶性薄膜を生成するための生成ガスの分解温度より低温に調整する。本実施の形態では、生成ガスとしてシランガス（ＳｉＨ４）を用い、処理室２内の温度を生成ガスの反応（分解）温度である４００℃以下に調整する。この状態での多孔質アモルファス絶縁膜の模式図を図５に示す。なお、図５では、理解を容易にするために、多孔質シリコン酸化膜２２を粒子状の絶縁部２３で表しており、これ以外の部分が空孔部２４に相当する。
【００３４】
次に、ガス制御弁１８を開いてガス導入孔１７から結晶性薄膜を生成するための生成ガスを圧力が、例えば２７Ｐａになるまで処理室２内に導入する。このとき、ヒータ１６を制御して、処理室２内の温度をシランガスの分解開始温度４００℃以下に維持する（ＳＴＥＰ４）。
【００３５】
処理室２内に導入されたシランガスは、多孔質シリコン酸化膜の表面から互いに連通している空孔部２４を通って内部に浸透し、図６に符号２５で示すように、絶縁部２３以外の処理室２内部（空孔部２４）に充満する。
本実施の形態では、オープンポア型の多孔質シリコン酸化膜なので、空孔部２４の内部にシランガスが浸透しやすく、空孔部２４の内壁のほぼ全面にシランガス２５が充満する（ＳＴＥＰ５）。
【００３６】
シランガス２５を充満して圧力が２７Ｐａになると、ガス制御弁１８を閉じて、シランガスの供給を停止し、さらに、ヒータ１６を制御して処理室２内及び試料１１の温度を生成ガスの分解結晶化温度（６２０℃以上）より高温（例えば、８５０℃）に昇温し、その温度にて一定時間維持する。すると、空孔部２４の内面に充満していたシランガス２５が分解反応を起こしてシリコン多結晶膜に変化し、図７に示す結晶性薄膜２６を形成する（ＳＴＥＰ６）。
この反応は、化学式１で示される。
【化１】
ＳｉＨ４ →Ｓｉ＋２Ｈ２↑
【００３７】
結晶性薄膜２６の形成後、観察室３内で試料１１の形状を観察するために、搬送アーム１３により試料１１をゲート７、搬送室４、ゲート８を介して観察室３内の試料取付部２１上に載置する（ＳＴＥＰ７）。
【００３８】
試料１１の測定部１１ｃに透過型電子顕微鏡２０からの電子線を透過させて画像データを取得し、画像データからシリコン酸化膜の形状を観察する（ＳＴＥＰ８）。
具体的には、試料１１の測定部１１ｃに電圧で加速した電子を照射し、試料１１を透過した電子を用いて拡大した画像データを生成する。
【００３９】
最後に、透過型電子顕微鏡２０により形成されたシリコン酸化膜の画像データを、透過型電子顕微鏡２０に設けられた画像データ処理手段で処理し、シリコン酸化膜の形状特性、すなわち空孔の大きさや空孔率等を算出（測定）する（ＳＴＥＰ９）。
【００４０】
試料１１を構成するシリコン酸化膜は、図７に示すように、アモルファスシリコンの粒子状の絶縁部２３と空孔部２４との境界部分に多結晶シリコンの結晶性薄膜２６が形成されている。透過型電子顕微鏡２０により撮影された画像のアモルファス部分及び空孔部分と境界の結晶性薄膜２６との階調が大きく異なる。このため、この結晶性薄膜２６の像を境界として、絶縁部２３と空孔部２４とを識別でき、多孔質シリコン酸化膜２２の画像データを生成することができる。この画像データから、各空孔部２４の形状を観察することができる。さらに、画像データを画像データ処理手段、例えば画像分析装置、画像分析ソフトウエアなどを用いて分析することにより、各空孔部２４の径を含む大きさ、空孔率（空孔部の面積／絶縁部の面積＝空孔部の画素数／絶縁部の画素数）などを測定することができる。また、測定した空孔率から、シリコン酸化膜の誘電率を正確に測定することができる。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、結晶性薄膜の画像が明確に示されることにより、シリコン酸化膜の空孔部の形状、大きさ、割合を相対的に明確に示すことができる。このため、シリコン酸化膜の形状を正確に観察することができる。さらに、シリコン酸化膜の大きさ、空孔率等の形状特性を正確に測定することができる。
また、測定した空孔率から、シリコン酸化膜の誘電率を正確に特定することができ、生成されたシリコン酸化膜の誘電率を評価したり、管理することができる。
【００４２】
本実施の形態では、シランガスを充満させたところで高温に加熱してシランガスを反応させ、シリコン酸化膜の空孔部の内壁に結晶性薄膜を形成しているので、結晶性薄膜がシリコン酸化膜の空孔部の内壁の全面に形成され、シリコン酸化膜中の空孔の測定精度が向上する。また、シランガスを充満させた後も圧力が２７Ｐａになるまで処理室２内にシランガスを導入しているので、結晶性薄膜がシリコン酸化膜の空孔部の内壁の全面に確実に形成され、シリコン酸化膜中の空孔の測定精度が向上する。
【００４３】
本実施の形態によれば、処理室２、観察室３、搬送室４がほぼ真空に保たれているので、結晶性薄膜が大気に触れてアモルファス化することがなくなり、シリコン酸化膜の測定精度は低下しない。
【００４４】
なお、本発明は上記に限定されるものではなく、例えば生成ガスの分解反応によって結晶性薄膜を形成するものはシランガスに限らない。
また、生成ガスの分解反応によって結晶性薄膜を形成するものの他、例えば複数の生成ガスを合成することによって結晶性薄膜を形成するもの、例えば生成ガスに六フッ化タングステン（ＷＦ６）と水素を用いてもよい。この場合の反応は、化学式２で示される。
【化２】
ＷＦ６＋３Ｈ２→Ｗ＋６ＨＦ
【００４５】
また、生成ガスが六フッ化タングステンとシランの場合の反応は、化学式３で示される。
【化３】
ＷＦ６＋ＳｉＨ４→Ｗ＋ＳｉＦ６↑＋２Ｈ２
このように、生成ガスとしては多孔質アモルファス絶縁膜の空孔部に充満し、多孔質アモルファス絶縁膜の空孔部の内壁に結晶性薄膜を化学気相成長により形成するものであればよい。
【００４６】
多孔質アモルファス絶縁膜についても、結晶性薄膜の生成ガスが充満して、結晶性薄膜が形成できるものであればよく、シリコン酸化膜に限定されるものではない。さらに、絶縁膜以外の用途に用いられる多孔質アモルファス膜にも、本発明を適用することができるのはもちろんである。
【００４７】
上記実施の形態では、２７Ｐａの圧力で、シランガスを多孔室アモルファス絶縁膜の空孔部２４内に導入したが、その圧力は、２７Ｐａに限定されるものではなく、空孔部２４内にシランガスが充填でき、最終的に、結晶性薄膜を形成できるならば、任意の圧力を選択可能である。また、シランガスを空孔部２４内に浸透しやすくするために、例えば、処理室２内のシランガスの圧力を変動させてもよい。
【００４８】
さらに、結晶性物質を形成するための材料は、気体に限定されず、液体やコロイドでもよい。例えば、コロイド状物を多孔質アモルファス絶縁膜の空孔部に充填した後、多孔質アモルファス絶縁膜を加熱してコロイド状物内の溶媒を除去（蒸発）させ、空孔部２４の内壁に結晶性物質を形成してもよい。
【００４９】
このようなコロイド状物としては、例えば、数ｎｍ程度の大きさのコバルト顔料、鉄顔料、クロム顔料、マンガン顔料のような無機顔料を、ナフタリンスルホン酸ナトリウムホルマリン縮合物、メタクレゾールスルホン酸ナトリウムホルマリン縮合物のような溶媒（分散剤）に分散させたコロイドサスペンジョンを使用することができる。この種のコロイドを使用する場合には、１２０℃〜１３０℃程度のコロイドサスペンジョン中に試料を浸積させて、顔料分子を空孔中に拡散させる。試料をコロイドサスペンジョンから引き上げた後、例えば３００℃程度に試料を昇温し、溶媒を除去する。このようにコロイド状物を用いる場合、結晶性薄膜を化学気相成長で形成するのに比べて、低温で処理するため、観察及び測定をより容易に行うことができる。
【００５０】
また、図１及び図２に示した観察装置１の構成も例示であり、これに限定されるものではない、例えば、処理室２や観察室３の形状及びサイズは任意であり、さらに、処理室２と観察室３との間で試料を搬送するための手段は、搬送アーム１３に限定されず、任意の形状のキャリアを使用できる。
【００５１】
また、図８に示すようないわゆるマルチチャンバシステムに試料加工室２７とともに多孔質アモルファス絶縁膜の観察装置１を組み込んでもよい。この場合、半導体製造工程中に随時、多孔質アモルファス絶縁膜の空孔率を測定することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、多孔質アモルファス膜の空孔部の内壁に結晶性物質が形成されるので、透過型電子顕微鏡による結晶性物質の画像を介して多孔質アモルファス膜の空孔部の画像データが明確に示され、画像データから空孔部の形状を観察することができる。
【００５３】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、画像データ処理工程により、画像データから多孔質アモルファス膜の形状特性が算出され、多孔質アモルファス絶縁膜の形状特性が測定できる。
【００５４】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明の効果に加えて、化学気相成長により多孔質アモルファス膜の空孔部の内壁に結晶性物質の薄膜を形成するので、様々な生成ガスを用いて結晶性物質の薄膜を生成することができる。
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加えて、空孔部の内壁に確実に結晶性物質の薄膜を形成することができる。
【００５５】
請求項５に記載の発明によれば、請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、多孔質アモルファス絶縁膜の空孔の大きさ、空孔率等を測定することができる。また、測定した空孔率から多孔質アモルファス絶縁膜の誘電率を特定することができる。
【００５６】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、結晶性物質は大気に接触せず、結晶性物質がアモルファス化することがなくなる。
請求項７に記載の発明によれば、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、空孔部の内部に結晶性物質が導入しやすく、空孔部の内壁のほぼ全面に結晶性物質を形成することができる。
【００５７】
請求項８に記載の発明によれば、多孔質アモルファス絶縁膜の空孔部の内壁に結晶性物質が形成されるので、透過型電子顕微鏡により多孔質アモルファス絶縁膜の空孔部の画像データが示され、画像データから空孔部の形状を観察することができる。
【００５８】
請求項９に記載の発明によれば、請求項８に記載の発明の効果に加えて、画像データから多孔質アモルファス膜の形状特性が算出され、多孔質アモルファス絶縁膜の形状特性が測定できる。
【００５９】
請求項１０に記載の発明によれば、請求項８又は請求項９に記載の発明の効果に加えて、多孔質アモルファス膜の空孔部の内壁に形成された結晶性物質は大気に接触せず、結晶性物質がアモルファス化することがなくなる。
【００６０】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項８〜請求項１０のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、生成ガスの反応温度に対応した温度条件で結晶性物質の薄膜を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の多孔質アモルファス絶縁膜の観察装置の模式図である。
【図２】本発明の実施の形態の処理室及び観察室の概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態の透過型電子顕微鏡用試料の模式図である。
【図４】本発明の実施の形態の観察方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態の多孔質シリコン酸化膜を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態の多孔質シリコン酸化膜に生成ガスが吸着した状態を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態の多孔質シリコン酸化膜に結晶性薄膜が形成された状態を示す模式図である。
【図８】別の実施の形態の多孔質アモルファス絶縁膜の観察装置の模式図である。
【符号の説明】
１ 多孔質アモルファス絶縁膜の観察装置
２ 処理室
３ 観察室
６ 真空制御部
１１ 試料
１３ 搬送アーム
１６ ヒータ
１７ ガス導入孔
１８ ガス制御弁
２０ 透過型電子顕微鏡
２２ シリコン酸化膜
２４ 空孔部
２５ シランガス
２６ 結晶性薄膜
Claims (11)
- 多孔質アモルファス膜の空孔部の内壁に結晶性物質を形成する処理工程と、
前記結晶性物質が形成された多孔質アモルファス膜の画像データを透過型電子顕微鏡により生成する画像データ生成工程と
を備えることを特徴とする多孔質アモルファス膜の観察方法。 - 前記画像データ生成工程の後に、前記画像データを処理して前記多孔質アモルファス膜の形状特性を算出する画像データ処理工程を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の多孔質アモルファス膜の観察方法。
- 前記処理工程では、化学気相成長により前記結晶性物質の薄膜を形成する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多孔質アモルファス膜の観察方法。
- 前記処理工程では、前記結晶性物質の薄膜を生成するための生成ガスの反応温度より低温下で前記多孔質アモルファス膜の空孔部に前記生成ガスを充満させた後、前記多孔質アモルファス膜を前記生成ガスの反応温度より高温に加熱して化学気相成長を起こし前記空孔部の内壁に前記結晶性物質の薄膜を形成する、ことを特徴とする請求項３に記載の多孔質アモルファス膜の観察方法。
- 前記多孔質アモルファス膜は絶縁膜であり、
前記画像データ処理工程では、前記多孔質アモルファス膜の空孔の大きさ、空孔率のうち少なくとも１つを測定する、ことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の多孔質アモルファス膜の観察方法。 - 前記各工程を真空下で連続して行う、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の多孔質アモルファス膜の観察方法。
- 前記多孔質アモルファス膜はオープンポア型の多孔質アモルファス膜である、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の多孔質アモルファス膜の観察方法。
- 多孔質アモルファス膜内の空孔部の内壁に結晶性物質を形成するための処理室と、
前記処理室に連結するとともに、前記結晶性物質が形成された多孔質アモルファス膜の画像データを生成する透過型電子顕微鏡が配設された観察室と、
前記多孔質アモルファス膜が成膜された試料を前記処理室から前記観察室に搬送し、前記透過型電子顕微鏡にセットする搬送手段と
を備えることを特徴とする多孔質アモルファス膜の観察装置。 - 前記画像データを処理して前記多孔質アモルファス膜の形状特性を算出する画像データ処理手段を更に備える、ことを特徴とする請求項８に記載の多孔質アモルファス膜の観察装置。
- 前記処理室と前記観察室には、その室内を実質的に真空に制御する真空制御部が配設され、
前記搬送手段は、実質的な真空雰囲気下で前記処理室から前記観察室に前記試料を搬送する、
ことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の多孔質アモルファス膜の観察装置。 - 前記処理室に前記結晶性物質の薄膜を生成するための生成ガスを導入するガス導入手段と、
前記処理室内及び該処理室内に載置されている前記試料を温調するための温度制御手段と
を備える、ことを特徴とする請求項８〜請求項１０のいずれか１項に記載の多孔質アモルファス膜の観察装置。
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