(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料表面に存在する有機膜を透過電子顕微鏡で観察可能にする分析試料の作製方法であって、
前記有機膜の表面にオスミウム膜を形成する工程と、
前記オスミウム膜の表面にアルミニウム膜を形成する工程と、
前記有機膜、前記オスミウム膜及び前記アルミニウム膜が積層された積層試料を積層方向に沿って切断して該積層試料の薄片試料を作製する工程と、
前記薄片試料の切断断面を前記透過電子顕微鏡で観察する工程と、を含むことを特徴とする分析試料の作製方法。
【請求項２】
前記オスミウム膜は、オスミウムコーターによって常温で形成されることを特徴とする請求項１に記載の分析試料の作製方法。
【請求項３】
前記アルミニウム膜を形成する工程の後に、該アルミニウム膜の表面にタングステン膜を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の分析試料の作製方法。
【請求項４】
前記薄片試料は、集束イオンビーム装置によって作製されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の分析試料の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料表面に存在する有機膜を透過電子顕微鏡での観察等を可能にする分析試料の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料最表面に存在する数ミクロン以下の薄膜について、その厚みを分析する手法として、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）による分析が用いられる。ＴＥＭ分析では、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）を用いて試料から薄片試料を作製する必要がある。
【０００３】
透過電子顕微鏡で金属試料を観察するための薄片試料を作製する際には、観察対象となる金属試料の表面にＦＩＢを用いてタングステンで保護膜を形成し、その後、薄片試料を作製し、観察することが行われている。特許文献１には、観察対象となるチタン薄膜上に当該チタン薄膜の表面保護等をするための高分子膜を形成してから、ＦＩＢを用いて当該高分子膜上にタングステン保護膜を形成し、薄片試料を作製することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６６６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、タングステン等の金属膜を保護膜として当該有機膜の表面に真空蒸着させようとすると、熱または保護膜形成時に使用するイオンビームの衝撃で分解してしまう可能性がある。このため、かかる有機膜が試料表面の所望の部位に確実に付着している旨を確認することや、当該有機膜の厚さを確実に測定することが困難となっていた。すなわち、試料最表面に存在する有機膜にダメージを与えず、ＴＥＭ分析で当該有機膜の膜厚測定や付着状況の観察を実現可能とする前処理手法が必要とされている。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、試料最表面に存在する有機膜について透過電子顕微鏡での観察を確実に実現することの可能な、新規かつ改良された分析試料の作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、試料表面に存在する有機膜を透過電子顕微鏡で観察可能にする分析試料の作製方法であって、前記有機膜の表面にオスミウム膜を形成する工程と、前記オスミウム膜の表面にアルミニウム膜を形成する工程と、前記有機膜、前記オスミウム膜及び前記アルミニウム膜が積層された積層試料を積層方向に沿って切断して該積層試料の薄片試料を作製する工程と、前記薄片試料の切断断面を前記透過電子顕微鏡で観察する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様によれば、熱の影響等を受けやすい有機膜の表面をオスミウム膜で被覆することによって、有機膜の熱分解等を未然に防げるので、試料表面に存在する有機膜を透過電子顕微鏡で確実に観察できるようになる。
【０００９】
このとき、本発明の一態様では、前記オスミウム膜は、オスミウムコーターによって常温で形成されることとしてもよい。
【００１０】
このようにすれば、常温にて有機膜の表面にオスミウム膜を被覆できるので、有機膜の熱による影響を低減できる。
【００１３】
また、本発明の一態様では、前記アルミニウム膜を形成する工程の後に、該アルミニウム膜の表面にタングステン膜を形成する工程を更に含むこととしてもよい。
【００１４】
このようにすれば、積層試料から薄片試料を加工する際における集束イオンビーム装置のＧａイオンビームによる有機膜へのダメージを大幅に軽減できる。
【００１５】
また、本発明の一態様では、前記薄片試料は、集束イオンビーム装置によって作製されることとしてもよい。
【００１６】
このようにすれば、効率的に観察対象となる薄片試料を作製できる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明によれば、熱の影響等を受けやすい有機膜をオスミウム膜で被覆することによって、有機膜の熱分解等を未然に防げるので、試料の最表面に存在する有機膜を透過電子顕微鏡で確実に観察できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る分析試料の作製方法の概略を示すフロー図である。
【図２】（Ａ）乃至（Ｄ）は、本発明の一実施形態に係る分析試料の作製方法の観察対象となる薄片試料を作製する工程を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る分析試料の作製方法により得られる薄片試料の切断断面の観察像の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００２０】
本発明の一実施形態に係る分析試料の作製方法について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る分析試料の作製方法の概略を示すフロー図であり、図２（Ａ）乃至（Ｄ）は、本発明の一実施形態に係る分析試料の作製方法の観察対象となる薄片試料を作製する工程を示す断面図であり、図３は、本発明の一実施形態に係る分析試料の作製方法により得られる薄片試料の切断断面の観察像の一例を示す図である。
【００２１】
本発明の一実施形態に係る分析試料の作製方法は、基板等の試料の表面に有機膜が存在する分析試料を透過電子顕微鏡で観察可能にする際に適用される。本発明者は、前述した本発明の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、試料の表面に存在する有機膜上にプラズマコーターによってオスミウム膜を被覆させることによって、当該有機膜が熱分解することなく安定した状態で保持されるので、有機膜を観察できることを見出し、これらの知見に基づいて、更に研究を行った結果、本発明を完成するに至った。
【００２２】
まず、試料を試料台に固定する（工程Ｓ１１）。本実施形態では、走査電子顕微鏡の試料台にカーボンペースト等の接着剤を塗布して、その上に試料を載せる。当該接着剤が乾くことで、走査電子顕微鏡の試料台と試料が密着するようになる。次に、試料台をオスミウムプラズマコーターに設置する（工程Ｓ１２）。本実施形態では、オスミウムプラズマコーターに走査電子顕微鏡試料台をセットする。
【００２３】
次に、試料の表面に有する有機膜の表面にオスミウム膜を形成する（工程Ｓ１３）。本実施形態では、オスミウム膜は、オスミウムコーターによって常温で非晶薄膜として試料表面に形成される。このように、本実施形態では、オスミウムコーターを用いることによって、常温にて有機膜の表面に非晶薄膜であるオスミウム膜を被覆できるので、有機膜の熱による影響を低減できる。
【００２４】
一般的に保護膜は、カーボンが用いられるが、本実施形態で観察対象となる有機膜は、当該カーボンと同成分となる。その場合、透過電子顕微鏡で観察する際に、有機膜と保護膜のコントラスト差が付かず、有機膜の判断が困難となる。
【００２５】
また、カーボンの保護膜及びその他成分で保護膜を形成することができる真空蒸着装置では、保護膜成分の材料を高温に加熱し、蒸発させることで試料表面に保護膜が形成される。そのため、試料表面に熱に弱い有機膜があった場合、かかる観察対象となる有機膜が破壊される。
【００２６】
そこで、本実施形態では、オスミウムプラズマコーターを用いて、有機膜の保護膜としてオスミウム膜を有機膜の表面に被覆させる。このため、オスミウムによる保護膜の形成時に熱がかからないため、有機膜が熱によって破壊されるリスクを大幅に低減できる。
【００２７】
オスミウム膜を形成する工程Ｓ１３の後には、当該オスミウム膜の表面にアルミニウム膜を形成する（工程Ｓ１４）。本実施形態では、真空蒸着装置を用いて、高真空中でアルミニウムを高温に加熱することで蒸発させて、オスミウム膜の表面にアルミニウムの膜を形成させる。
【００２８】
このように、金属被膜となるオスミウム膜の上にアルミニウムコートを行うことによって、有機膜を保護するために被覆させた保護膜となるオスミウム膜の強度を増大させられる。すなわち、有機膜を被覆したオスミウム膜をアルミニウム膜で補強するので、有機膜をより安定させた状態で試料に保持させられるようになる。
【００２９】
また、本実施形態では、有機膜をオスミウム膜で被覆してから、当該オスミウム膜を被覆するようにアルミニウム膜を真空蒸着によって形成している。このように、オスミウム膜で有機膜を被覆してから、真空蒸着によってオスミウム膜の表面にアルミニウム膜を形成するので、真空蒸着中の高温環境下でも、有機膜が熱分解するリスクを軽減できる。なお、本実施形態では、オスミウム膜の表面にアルミニウム膜を形成しているが、オスミウム膜が十分厚みを有する等の理由により補強する必要がない場合等には、アルミニウム膜を設けなくてもよい。
【００３０】
アルミニウム膜を形成する工程Ｓ１４の後には、後工程で薄片試料を作製する際に、集束イオンビーム装置によるＧａイオンビームの影響を軽減するために、当該アルミニウム膜の表面に保護膜となるタングステン膜を形成する（工程Ｓ１５）。
【００３１】
このように、工程Ｓ１１乃至工程Ｓ１５を経ることによって、図２（Ａ）に示すように、試料１１の表面に付着した有機膜１２の表面側に、オスミウム膜１３、アルミニウム膜１４、及びタングステン膜１５が積層されて、本実施形態における分析試料となる積層試料１０が作製される。
【００３２】
タングステン膜１５を積層させて、積層試料１０を作製したら、次に、積層試料１０を積層方向に沿って切断して当該積層試料１０の薄片試料を作製する（工程Ｓ１６）。本実施形態では、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）内へ試料を挿入することによって、観察対象となる薄片試料を作製する。
【００３３】
具体的には、積層試料１０のうち、薄片試料２０を作製する領域箇所１６の周縁部１７にＧａイオンビームを照射することによって、図２（Ｂ）に示すように、当該周縁部１７が積層試料１０の積層方向に沿って鉛直方向に削り取られる。その後、薄片試料２０を作製する領域箇所１６の周縁部１７を削り取りながら、図２（Ｃ）に示すように、Ｇａイオンビームの角度を積層方向、すなわち、鉛直方向から少し傾けて、薄片試料２０を作製する領域箇所１６の下端部１６ｂが先細りとなるように当該領域箇所１６を削り取る。そして、当該領域箇所１６の下端部１６ｂが分離可能な程度に細くなったら、Ｇａイオンビームによって細くなった箇所を切断し、図２（Ｄ）に示すように、当該薄片試料２０を積層試料１０から分離摘出することによって、観察対象となる薄片試料２０が作製される。
【００３４】
薄片試料２０を作製したら、当該薄片試料２０の切断断面２０ａを透過電子顕微鏡で観察する（工程Ｓ１７）。本実施形態では、薄片試料２０の切断断面２０ａは、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）又は走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で観察を行う。図３は、本発明の一実施形態に係る分析試料の作製方法により得られる薄片試料の切断断面の観察像の一例を示す図である。
【００３５】
本実施形態では、熱の影響等を受けやすい有機膜１２の表面をオスミウム膜１３で被覆することによって、有機膜１２の熱分解等を未然に防げるので、薄片試料２０に含まれる試料１１の表面に存在する有機膜１２を透過電子顕微鏡で確実に観察できるようになる。特に、観察対象が有機膜１２の場合には、図３に示すように、有機膜１２とオスミウム膜１３との色合いのコントラストが明確になるので、有機膜１２の厚さや試料１１への付着具合等を観察し易くなる。
【００３６】
このように、本発明の一実施形態に係る分析試料の作製方法は、試料１１の最表面に存在する有機膜１２の厚みを分析するに際して、有機膜１２の厚みを透過電子顕微鏡で観察することができるので、その工業的価値は極めて大きい。なお、本実施形態では、有機膜１２の厚みを走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で観察を行っているが、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）以外の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）でも観察可能である。
【実施例】
【００３７】
次に、本発明の一実施形態に係る分析試料の作製方法について実施例により詳しく説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００３８】
本発明の一実施形態に係る分析試料の作製方法の実施例として、試料を試料台に固定する際に、カーボンペーストをシリコンウエハ上に極薄く塗布した。これを試料の有機膜とした。次に、走査電子顕微鏡試料台（直径１５ｍｍφ、高さ１０ｍｍ）に接着剤としてカーボンペーストを塗布し、その上に観察対象となる有機膜としてカーボンペーストが塗布されたシリコンウエハを載置して固定した。
【００３９】
その後、オスミウムプラズマコーター（日本レーザー電子株式会社製ＮＬ−ＯＰＣ８０Ｎ）に電子顕微鏡の試料台をセットした。そして、グロー放電時間１０(ｓｅｃ)に設定し、１０回放電を行うことによって、オスミウム膜を形成した。本実施例では、１回７ｎｍ相当のオスミウムコートが形成されるので、合計７０ｎｍ相当のコートを行った。
【００４０】
次に、アルミニウム膜を形成した。本実施例では、真空蒸着装置として日本電子製ＪＥＥ−４００を用いて、アルミ配線０．１ｍｍ×１ｃｍをセットし、高温に加熱することで蒸発させて、試料表面にアルミニウム膜を形成させた。
【００４１】
その後、集束イオンビーム装置（日立製ＦＢ−２１００）を用いて、タングステン膜を形成した。さらに、集束イオンビーム装置（日立製ＦＢ−２１００）を用いて、薄片試料を作製した。そして、走査透過電子顕微鏡（日立製ＨＤ−２３００Ａ）を用いて、加速電圧２００ｋＶで明視野像の観察を行った。
【００４２】
本実施例では、図３に示すように、有機膜１２が熱分解することなく、安定した状態で保持されていることが分かった。特に、有機膜１２をオスミウム膜１３で被覆させることによって、有機膜１２を安定した状態で保持できる上に、有機膜１２とオスミウム膜１３との色合いのコントラストが明確になるので、有機膜１２の厚さや試料１１への付着具合等を容易に観察できることが分かった。
【００４３】
なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。
【００４４】
例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、分析試料の構成、分析試料の作製方法の動作も本発明の各実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  分析試料（積層試料）、１１  基板（試料）、１２  有機膜、１３  オスミウム膜、１４  アルミニウム膜、１５  タングステン膜、２０  薄片試料、２０ａ  切断断面、Ｓ１１  試料を試料台に固定する工程、Ｓ１２  試料台をオスミウムコーターに設置する工程、Ｓ１３  オスミウム膜を形成する工程、Ｓ１４  アルミニウム膜を形成する工程、Ｓ１５  保護膜を形成する工程、Ｓ１６  薄片試料を作製する工程、Ｓ１７  薄片試料を観察する工程
【図１】
0006604231.tif 000002
【図２】
0006604231.tif 000003
【図３】
0006604231.tif 000004