JPH04337445A - 検鏡用試料作製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

【０００２】本発明は透過電子顕微鏡およびその類似装
置の検鏡用試料の作製方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】透過電子顕微鏡は電子線を試料に照射し
、試料中を透過させ、その散乱された電子線を結像せし
めて、試料の内部構造を調べるものであるから、その検
鏡用試料は、電子線を透過させるために通常１００ｎｍ
程度以下の厚みである必要がある。このような条件を満
たさない試料から検鏡用試料を得るためには、従来は先
ず、観察を必要とする部分を含む試料をダイヤモンドカ
ッターによって適当な大きさに切断し、さらに適切な研
磨材により０．１ｍｍ程度の厚さになるまで研磨し、図
３のように薄片を作製する。この後、この薄片を電解研
磨やＡｒイオンを照射し、イオンスパッタリング現象を
利用して薄層化するイオン研磨等、材料に応じた方法を
選択して、試料の検鏡部の厚みが１００ｎｍ程度以下に
なるまで研磨し、図４のように検鏡用試料を得ていた。

【０００４】これらの従来法によって検鏡用試料を１個
作製しようとすると、切断、研磨の各工程に極めて多く
の時間、例えば１週間程度もしくはそれ以上の時間を必
要とし、多大の労力がかかっていた。さらに最終工程で
ある１００ｎｍ以下の薄層を得る研磨工程（電解研磨・
イオン研磨等）前において、観察を必要とする領域が特
定されておらず、薄層化の成否は偶然性に支配されてい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】透過電子顕微鏡および
その類似装置の簡易な検鏡用試料作製方法であって、詳
しくは目標とする観察領域である薄層部を随時に形成で
き、しかも広面積の観察領域の形成も可能な検鏡用試料
作製方法を提供するものである。

【０００６】本発明者等は、上記従来技術の問題点に関
し、通常の電子顕微鏡による観察時、炭化水素分子が試
料上に照射誘起蒸着する現象に着目した。この現象は減
圧雰囲気中で電子線が試料表面に照射さた場合に雰囲気
中に浮遊する炭化水素分子が試料上の電子線照射領域で
解離吸着し、炭化水素分子の膜として試料表面に蒸着さ
れるものである。従来は、前記炭化水素分子の膜が形成
されると、検鏡等の障害となるため、真空度を高めたり
して付着しないようにしていた。本発明ではこの現象を
逆に積極的に利用した点に特徴を有する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、検鏡用試料の
目標とする検鏡部表面に減圧雰囲気で電子線等の放射線
を照射し、前記検鏡部表面で炭素を含む分子を照射誘起
蒸着する照射誘起蒸着工程と、前記蒸着部の周囲をイオ
ンによりエッチングして薄層部を形成する薄層化工程と
からなる検鏡用試料作製法に関するものである。

【作用】

【０００８】本発明における電子線等の放射線の照射誘
起蒸着工程は、放射線を減圧雰囲気中で試料に照射し、
雰囲気中に浮遊する炭素を含む分子を試料上の放射線の
照射領域で解離吸着し、炭素を含む分子の膜として前記
照射領域に付着させるものである。

【０００９】また、薄層化工程は試料にイオン線を照射
し、炭素を含む分子の膜が形成されている領域以外の前
記膜周辺部をイオンスパッタリング現象を利用して除去
し、目標とする観察部分を薄層化するものである。

【発明の効果】

【００１０】制御が容易な放射線の照射を使うので、任
意の領域に炭素を含む分子の膜を照射誘起蒸着できる。 換言すれば、薄層化領域を任意に特定することができる
。また、この炭素を含む分子の膜はイオンエッチングさ
れにくいので、目標とする検鏡部である膜形成部を主体
として薄層化することができる。また、放射線照射領域
を確認しながら広い範囲にわたって放射線を照射すれば
、炭素を含む分子の膜の付着場所、すなわち薄層化領域
の広域化も可能である。

【実施例】（本発明の具体例）

【００１１】以下、本発明をより具体化した具体例を説
明する。

【００１２】本具体例の炭素を含む分子の膜の照射誘起
蒸着工程は放射線を所望部分にのみ照射して雰囲気中に
浮遊するまたは雰囲気中に導入する炭素を含む分子を膜
として蒸着するものである。（図１）

【００１３】照射は分子を蒸着するのに必要なエネルギ
ーを有する放射線すなわち電子線、レーザ光、Ｘ線、中
性子線やγ線等を用いて行う。このうち制御容易な電子
線、レーザ光およびＸ線が望ましい。

【００１４】蒸着装置は前記放射線を発生することが可
能な真空室を有する装置であれば特に限定はない。一方
、炭素を含む分子とは、一酸化炭素、二酸化炭素、ある
いは珪素を含む炭化水素分子等をいう。真空室中に炭素
を含む分子を導入する。また、通常の装置では１０−３
〜１０−１０　Ｔｏｒｒの真空室中には少なくとも拡散
ポンプの油成分である炭素を含む分子が存在しているの
でこれを利用してもよい。蒸着装置として走査電子顕微
鏡の真空室（真空度１０−４〜１０−１０　Ｔｏｒｒ）
を用いれば、試料表面の電子顕微鏡像を見ながら望みの
領域に放射線を照射することができる。また、蒸着は試
料を特に加熱しなくても室温で行えば十分である。

【００１５】蒸着膜の厚さは特に限定はない。蒸着膜も
後工程でエッチングされるので、検鏡部に形成した蒸着
膜がエッチングにより消失し、少なくとも露出した検鏡
部が損傷しないような厚さに形成されていればよい。蒸
着膜を形成する時間、イオンエッチングを実用的な時間
で終了させるためには、５００ｎｍ以下が望ましい。

【００１６】蒸着膜の幅は検鏡部の厚さで決定されるが
、放射線の径が０．０１〜数μｍであり、照射しながら
保持すると成長することを考慮して放射線を適宜移動し
て所定の幅の膜を形成する。また、線状の蒸着膜を形成
するには通常放射線を繰り返し走査して行う。

【００１７】次に、薄層化工程は試料にイオン線を照射
して、炭素を含む分子の膜で被われた部分以外をイオン
スパッタリング現象を利用して除去して検鏡部を薄層化
するものである。薄層化した試料の状態を図２に示す。 本工程によって試料にイオン照射を行って炭素を含む分
子の膜で被われた試料の部分、すなわち検鏡部にはイオ
ンがあたらないので、観察領域の損傷は全くない。

【００１８】イオン線の照射は通常の表面処理で用いら
れるスパッタ装置、イオン銃が設置されているイオンミ
ーリング装置等を用いれば十分である。照射するイオン
としては、稀ガスイオン、および、Ｎ２　＋　、Ｏ２＋
　、ＣＦ４　＋　などの反応性イオンを用いる。稀ガス
イオン照射では、イオンを試料にぶつけ、試料表面の原
子を真空中にはじき飛ばす。反応性イオン照射では、こ
の効果に加えて、飛来した反応性イオンと試料表面原子
が反応し、反応生成物質が真空中に昇華する。例えば、
ＳｉにＣＦ４　＋　イオンを照射すると、反応生成物質
ＳｉＦ３　を生じ、これは気体分子として真空中に放出
される。

【００１９】また、照射するイオンのエネルギーは５０
ｅＶ〜１０ｋｅＶの範囲が望ましい。この範囲外でもイ
オンスパッタリングは可能であるが、イオンエッチング
速度が小さくなる。また、検鏡部の薄膜の厚さは１〜１
００ｎｍとする。１ｎｍ以下だと原子２個程度となり、
コントラストが悪くなる。逆に１００ｎｍ以上だと電子
線が透過しにくくなり、好ましくない。

【００２０】次に検鏡用試料の材質が金属の場合は放射
線の照射によって試料が損傷を受けることはないが、セ
ラミックス、化合物半導体やプラスチック等の場合は放
射線が照射されると局部的に温度が上昇し、これらの試
料を構成している原子の一部が蒸発したりして、その構
造が変わるおそれがある。また、試料自体が導電性を有
していない場合は放射線を照射することができないため
、炭素を含む分子の膜の形成が不可能となる。そこで検
鏡用試料が導電性を有しないセラミックス等の場合には
試料表面に導電性物質を被覆する工程を設ける。

【００２１】被覆方法としては物理的蒸着法（ＰＶＤ法
）や直接塗布法等の既存の方法を用いて行なえばよい。

【００２２】ＰＶＤ法には真空蒸着やスパッタリング法
等があり、被覆条件は通常の表面処理で行なわれている
条件でよい。例えば、真空蒸着法では１０−３〜１０−
９Ｔｏｒｒの真空中に導電性物質を加熱して蒸発させ、
試料上に凝固、堆積させる。直接塗布法は導電性物質を
含む溶液（例えばシリコーン油（ジメチルジクロルシラ
ンからなる重合体））中に少なくとも試料の検鏡部を浸
漬することによって溶液を直接塗布し、その後、大気中
での自然乾燥、真空乾燥又は大気中での加熱乾燥によっ
て被覆する。

【００２３】導電性物質としては、Ａｌ、Ｆｅ、Ａｕ等
の金属、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ等の半導体、炭素やシリ
コーン油等の炭化水素系膜が用いられる。該炭素を含む
分子の膜を被覆すると炭素を含む分子の吸着効果が高ま
り炭素を含む分子の膜の蒸着効率を高めることができる
。膜の厚さは特に限定はなく、５００ｎｍ以上でも本被
覆の効果は発揮されるが、後のイオンエッチングを実用
的な時間で終了させるためには厚さの上限は５００ｎｍ
がよい。 （実施例１）（１）試料の準備

【００２４】厚さが４５０μｍのＳｉ基板（３インチウ
ェハ）を用意し、図１に示すように該基板表面にＭｏと
Ｓｉの多層膜２を形成し検鏡用試料１とした。前記多層
膜の各層の厚さはＭｏが８ｎｍ、Ｓｉが５ｎｍを目標に
真空蒸着で成膜し、ＭｏとＳｉが２４周期繰り返し成膜
されている。 （２）炭素を含む分子の膜の照射誘起蒸着工程

【００２
５】上記直方体状試料を走査電子顕微鏡真空室に導入し
、試料に垂直な方向から線状に放射線を照射し、真空中
に浮遊する炭化水素系分子（拡散ポンプ油分子（ペント
アフェニルトリメチルトリシロキサン）等）から電子線
誘起炭化水素系膜３を線幅約１００ｎｍ、長さ約５μｍ
、膜厚２５０ｎｍ蒸着した。照射条件は、真空度：１ｘ
１０−５Ｔｏｒｒ、放射線エネルギー：２０ｋｅＶ、エ
ミッション電流：１００ｍＡ、所要時間約３０分であり
、電子線を繰り返し照射し線状炭化水素系膜を蒸着した
。 （３）薄層化工程（図２）

【００２６】本実施例では蒸着部を観察しながらエッチ
ングを行うため、走査電子顕微鏡内にイオン銃を設置し
た。該イオン銃を用い、試料に垂直にイオン照射５を行
い、上記炭化水素系膜を蒸着した部分を残し約３００ｎ
ｍの深さ除去した（図２）。用いたイオン種はＡｒ＋　
、エネルギー３ＫｅＶ、真空度８．５×１０−５Ｔｏｒ
ｒ、所要時間は９０分であった。 （４）透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察結果

【００２７】
上記試料の試料断面方向４からのＴＥＭによって観察し
た金属組織を図５に示す。この図より明らかなように、
Ｍｏ／Ｓｉの２４周期が広範囲に渡り確認された。この
図において、Ｍｏ原子はＳｉ原子に比べ重いため放射線
が透過しにくく、黒く見えている。

【００２８】図６は検鏡部の電子線回析図形である。電
子線回析図形は結晶性の程度を表し、結晶性の良いもの
はリング状となり、結晶性が悪く非晶質に近いものはリ
ングがぼやけてくる。本回析図６よりＭｏが多結晶であ
り、リングの現れないＳｉが非晶質であることがわかる
。電子線回析図中の中心の黒点は、試料を透過した電子
線によってフィルムが黒化したものである。この黒点の
上下に見える線は倍率が低いため線に見えているが、実
際には点が並んだものである。この点列は、長い周期を
もつ周期構造に起因するもので、積層の周期性がこの線
からも確認された。図７は図５を拡大した金属組織であ
る。図７から分かるように、Ｍｏ、Ｓｉの膜厚は各々７
．４ｎｍ、４．９ｎｍであった。また、ＭｏとＳｉの界
面は急峻で、反応層は認められなかった。

【００２９】このように本実施例の方法によれば透過電
子顕微鏡観察の場所を任意に選択でき、イオンによる損
傷がない検鏡部を作製できることが確認された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の照射誘起蒸着工程によって炭素を含む
分子の膜を蒸着した試料を示した斜視図である。

【図２】本発明の薄層化工程によって薄層化した検鏡部
を示した斜視図である。

【図３】従来技術の検鏡部である積層構造を示した斜視
図である。

【図４】従来技術の薄層化した検鏡部を示した斜視図で
ある。

【図５】本発明の実施例１によって作製した検鏡部の金
属組織を示した図である。

【図６】本発明の実施例１によって作製した検鏡部の電
子線回析図形を示した図である。

【図７】本発明の実施例１によって作製した検鏡部の金
属組織を示した図である。

【符号の説明】

１　　検鏡用試料 ２　　検鏡部である積層構造 ３　　炭素を含む分子の膜 ４　　透過電子顕微鏡の観察方向 ５　　照射イオン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　検鏡用試料の目標とする検鏡部表面に
   減圧雰囲気中で電子線等の放射線を照射し、前記検鏡部
   表面で炭素を含む分子を照射誘起蒸着する照射誘起蒸着
   工程と、前記蒸着部の周囲をイオンによりエッチングし
   て薄層部を形成する薄層化工程とからなる検鏡用試料作
   製法。