(57)【要約】【課題】結晶性材料製の表面に形成された非結晶性材料製の薄膜の厚みを測定する方法を提供する。【解決手段】結晶性材料製の基体１、２、３の表面に形成された非結晶性材料製の薄膜４の厚みを測定する透過型電子顕微鏡による薄膜の厚みの測定方法であって、前記非結晶性材料製の薄膜の表面に結晶性材料製の測定用薄膜５を形成し、次に、前記測定用薄膜を形成した基体を樹脂製の保護体６に埋め込み、次に、電子線が透過可能な厚みに薄化した薄膜の厚み測定用試料を作成し、次に、透過型電子顕微鏡の電子線により薄膜の厚み測定用試料の透過像を得、次に、この透過像を観察して非結晶性材料製の薄膜の厚みを測定する。【選択図】　図１
2004117080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶性材料製の基体表面に形成された非結晶性材料製の薄膜の厚みを測定する透過型電子顕微鏡による薄膜の厚みの測定方法であって、前記非結晶性材料製の薄膜の表面に結晶性材料製の測定用薄膜を形成し、次に、前記測定用薄膜を形成した基体を樹脂製の保護体に埋め込み、次に、電子線が透過可能な厚みに薄化した薄膜の厚み測定用試料を作成し、次に、透過型電子顕微鏡の電子線により薄膜の厚み測定用試料の透過像を得、次に、この透過像を観察して非結晶性材料製の薄膜の厚みを測定することを特徴とする透過型電子顕微鏡による薄膜の厚みの測定方法。
【請求項２】
前記測定用薄膜が金属製であることを特徴とする請求項１に記載の透過型電子顕微鏡による薄膜の厚みの測定方法。
【請求項３】
前記測定用薄膜の厚みが１００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の透過型電子顕微鏡による薄膜の厚みの測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶性材料製の基体表面に形成された非結晶性材料製の薄膜の厚みを測定する透過型電子顕微鏡による薄膜の厚みの測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂のような非結晶性材料製の薄膜を金属のような結晶性材料製の基体表面に形成する例として、封孔処理膜と称されるものがある。これは、パソコンや携帯電話等の電子機器で使用されるコネクタのコンタクト部分の基体表面に形成した樹脂製の薄膜である。このコンタクト部分は、例えば、銅製であり、その表面には防錆用として、ニッケルメッキを中間層とする金メッキが施される。ここで、金メッキ層にピンホールが存在すると、ニッケルメッキ層や銅の部分が腐食する恐れがあり、これを防止するために、金メッキ層の表面にさらに樹脂製の薄膜である封孔処理膜が塗布により形成されるのである。
【０００３】
このような封孔処理膜は、その厚みが約１０ｎｍと薄いため、その良否の検査や測定は極めて面倒である。すなわち、従来の封孔処理膜の検査は、コンタクト部分を腐食液に浸して腐食状態の程度を顕微鏡により観察するものである。この検査は、封孔処理膜の良否の判別は可能であるが、封孔処理膜の厚みを直接に知ることはできない。
【０００４】
一方、半導体材料製の薄膜の厚みを、透過型電子顕微鏡（以下、ＴＥＭと記す）を用いて測定する方法として、特開２００２−１１８１５９に開示されるものがある。この厚みの測定方法は、電子線のエネルギー損失スペクトル強度から薄膜の厚みを算出するものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１１８１５９号公報（第４〜５頁、図５）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記した厚みの測定方法は、半導体材料製の薄膜には有効ではあるが、封孔処理膜のような樹脂製の薄膜の厚みの測定に適用しようとすると、次のような問題がある。つまり、ＴＥＭ観察用（厚み測定用）試料は、電子線が透過可能な厚みに薄化しなければならないから、切断や研磨等の加工が必要であり、このときに樹脂製の薄膜が損傷しないように、エポキシ系樹脂等の樹脂製の保護体に埋め込んで固定して薄化する。このように作製した観察用試料は、薄膜と保護体とがどちらも非結晶性材料製となっている。ここで、ＴＥＭは、試料を透過した電子線回折パターンを観察するのであるが、ともに非結晶性材料製である封孔処理膜と保護体とを区別することは困難となる。したがって、ＴＥＭを用いた厚みの測定方法では、結晶性材料製の基体表面に形成された非結晶性材料製の薄膜の厚みの測定は極めて困難なのである。
【０００７】
本発明は、かかる事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、結晶性材料製の基体表面に形成された樹脂のような非結晶性材料製の薄膜の厚みをＴＥＭにより測定する方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、結晶性材料製の基体表面に形成された非結晶性材料製の薄膜の厚みを測定するＴＥＭによる薄膜の厚みの測定方法であって、前記非結晶性材料製の薄膜の表面に結晶性材料製の測定用薄膜を形成し、次に、前記測定用薄膜を形成した基体を樹脂製の保護体に埋め込み、次に、電子線が透過可能な厚みに薄化した薄膜の厚み測定用試料を作成し、次に、ＴＥＭの電子線により薄膜の厚み測定用試料の透過像を得、次に、この透過像を観察して非結晶性材料製の薄膜の厚みを測定することを特徴としている。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の薄膜の厚みの測定方法において、前記測定用薄膜が金属製であることを特徴としている。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の薄膜の厚みの測定方法において、前記測定用薄膜の厚みが１００ｎｍ以上であることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本実施形態の薄膜の厚みの測定方法を図に基づいて説明する。図１の厚みを測定する薄膜の試料断面図である。薄膜の観察用（厚み測定用）試料は、従来の技術において説明したコネクタの封孔処理したもの、すなわち、薄膜と防錆用の層を形成したコンタクト部分である。１は銅製のコンタクト部分で、結晶性材料製の基体である。コンタクト部分１は、その基体表面に、それぞれ約１００ｎｍの厚みの結晶性材料製であるニッケルメッキ層２と金メッキ層３が形成されている。そして、この金メッキ層３の表面に、株式会社テトラ製ポリαオレフィン（品番Ａ−９０５０）を封孔処理樹脂として塗布し、厚み約１０ｎｍの非結晶性材料製の封孔処理膜（薄膜）４が形成されている。
【００１２】
次に、封孔処理膜４の厚み測定方法について説明する。まず、封孔処理膜４の表面に白金を蒸着等により、測定用薄膜５を１０μｍの厚みで形成する。次に、ニッケル層２、金メッキ層３、封孔処理膜４そして測定用薄膜５が形成されたコンタクト部分１をエポキシ系樹脂（ストルアス社製エポフィックス）製の保護体６に埋め込んで固定する。次に、これを精密カッターで縦横を約２ｍｍに切り出し、さらに機械研磨により厚み約３０μｍまで薄化して観察用（厚み測定用）試料の中間体を作製する。次に、ディンプリングにより、観察用試料の中間体の中央部に凹状の窪地を形成し、さらにイオンミリングにより、アルゴンイオンを窪地の中央部に照射させて、小孔をあける。ここで、小孔の周辺部分は、約０．１μｍとなり、観察用試料が完成する。これにより、この小孔の周辺部分には電子線が透過するようになる。そして、ＴＥＭにより観察用試料の透過像を観察する。
【００１３】
本実施形態では、このように作製したＴＥＭ観察用試料に加速電圧が約２００ｋＶの電子線を照射して観察した結果、コンタクト部分（基体）１、ニッケルメッキ層２及び金メッキ層３、測定用薄膜５の電子線透過像はいずれも面心立方格子の回折パターンとなった。これに対して、封孔処理膜４及び保護体６は、非結晶性材料製のために、ＴＥＭの透過像は、ぼやけたものしか見られなかった。
【００１４】
この結果、ＴＥＭの透過像において、封孔処理膜４の部分は、金属材料製である金メッキ層３と測定用薄膜５に両側を挟まれているので、境界面が明確に観察できる。したがって、両側の境界面の幅を画像上で測定することにより、封孔処理膜４の厚みが判明する。以上の測定方法により、本実施形態の封孔処理膜５は、その厚みが５〜１２ｎｍであることがわかった。したがって、本実施形態の厚み測定方法を用いることで、結晶性材料製の表面に形成した樹脂のような非結晶性材料製の薄膜の厚みを測定することが可能となった。
【００１５】
比較として、封孔処理膜４の表面に白金の蒸着膜（測定用薄膜５）を形成しない場合について、ＴＥＭ観察を実施した。図２はこの試料断面図である。すなわち、コンタクト部分１を直接に同様のエポキシ系樹脂製の保護体６に埋め込んで固定し、本実施形態と同様にして、ＴＥＭ観察用試料を作成する。これにＴＥＭの電子線を照射することで、透過像を観察する。このとき、封孔処理膜４と保護体６は、ともに非結晶性材料製のために、透過像はぼやけたものしか観察されなかった。この結果、封孔処理膜４と金メッキ層３の境界面は観察できたが、封孔処理膜４と保護体６との境界面は観察することができなかった。したがって、このように封孔処理膜４の表面に白金製の測定用薄膜５を形成しない場合は、封孔処理膜（薄膜）４の厚みを測定することはできなかった。
【００１６】
上述したように、従来、測定が困難であった封孔処理膜（薄膜）４の厚みが、本実施形態の薄膜の厚みの測定方法により直接測定できるようになった。さらに、原子間力顕微鏡（以下、ＡＦＭと記す）のように試料の表面状態を２次元的に観察できるものと組合すことで、封孔処理膜の２次元分布を測定することができる。以下にこの方法について説明する。
【００１７】
図３はＡＦＭの試料表面測定の模式図である。ＡＦＭ観察用試料１２は、導電材料製である銀ペーストにより試料台１３の上に固定され、カンチレバー１１を試料表面に接触させる。本実施形態の試料１２は、前記コネクタのコンタクト部分から、縦横１ｍｍの試料１２を切り出したものである。ここで、試料台１３に電圧Ｖを印加し、カンチレバー１１を接地すると、カンチレバー１１→試料１２→試料台１３という順で接触電流Ｉが流れる。印加電圧Ｖを一定（本実施形態では１ｍＶ）にして、試料台１３の下部に設けられている圧電素子１４により試料１２を上下させながら、カンチレバー１１を面内に走査させることで、接触電流の２次元分布を測定する。図４は、この接触電流分布の測定例である。本実施形態では、接触電流は大半の部分では５ｎＡ以下であり、その最大値は約１００ｎＡであった。なお、図４は画像処理の関係上、分布状態がモザイク状となっているが、元のデータでは、分布状態は滑らかに変化している。
【００１８】
一方、本実施形態の試料１２のように、導体材料製であるコンタクト部分およびメッキ層の表面に絶縁材料製である封孔処理膜を形成したときの接触電流Ｉは封孔処理膜の厚みｔに依存し、両者には以下の関係式がある。
【００１９】
ｔ＝（Ｖ／Ｉ―δ）・ｓ／ρ
ここで、Ｖは印加電圧、δは絶縁材料製以外の電気抵抗値の合計、ｓはカンチレバー先端の表面積、ρは絶縁材料製の低効率である。ＶとＩは既知であるから、他のデータの数値がわかれば、上式から封孔処理膜の厚みｔがわかる。しかし、通常はｓやδ等の数値を知ることは困難である。そこで、まず、ＡＦＭにより試料の特定部分について１次元の接触電流分布を測定する。次に、前記のＴＥＭによる薄膜の厚みの測定方法を用いて、同じ場所について封孔処理膜の厚みを測定する。ここで、両者の測定結果を組合すことにより、接触電流Ｉと厚みｔとの具体的な関係式が得られる。図５は、両者の関係の測定例である。さらに、ＡＦＭにより、接触電流の２次元分布を測定し、前記関係を用いて、接触電流Ｉを封孔処理膜の厚みｔに換算することで、厚みの２次元分布がわかる。図６は、この方法で測定した封孔処理膜でスポット的に薄くなっている場所の厚みの２次元分布の測定例である。したがって、前記のＴＥＭによる封孔処理膜の厚み測定方法とＡＦＭによる接触電流分布の測定とを組合すことで、封孔処理膜の厚みの２次元分布を知ることができる。
【００２０】
なお、本実施形態の被測定材料は樹脂製のものに限定されることはなく、ガラスのような無機物の非結晶性材料製のものに対しても適用可能である。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１に係るＴＥＭによる薄膜の厚みの測定方法は、結晶性材料製の基体表面に形成された非結晶性材料製の薄膜の厚みを測定するＴＥＭによる薄膜の厚みの測定方法であって、前記非結晶性材料製の薄膜の表面に結晶性材料製の測定用薄膜を形成し、次に、前記測定用薄膜を形成した基体を樹脂製の保護体に埋め込み、次に、電子線が透過可能な厚みに薄化した薄膜の厚み測定用試料を作成し、次に、ＴＥＭの電子線により薄膜の厚み測定用試料の透過像を得、次に、この透過像を観察して非結晶性材料製の薄膜の厚みを測定するので、非結晶性材料製である薄膜の境界面が結晶性材料製である基体表面と測定用薄膜にて明瞭に観察できるようになり、非結晶性材料製の薄膜の厚みを測定することができる。
【００２２】
請求項２に係るＴＥＭによる薄膜の厚みの測定方法は、請求項１に記載の測定方法において、前記測定用薄膜が金属製であるので、請求項１の効果に加え、蒸着等によって容易に薄膜を形成することができ、樹脂に埋め込んで固定したときに、非結晶性材料製を保護することができる。
【００２３】
請求項３に係る薄膜の厚みの測定方法は、請求項１に記載の薄膜の厚みの測定方法において、前記測定用薄膜の厚みが１００ｎｍ以上であるので、請求項１の効果に加え、前記非結晶性材料製と測定用薄膜との境界面をＴＥＭで明瞭に観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の薄膜の厚み測定用試料の断面図である。
【図２】従来例の薄膜の厚み測定用試料の断面図である。
【図３】ＡＭＦによる試料表面の測定の原理図である。
【図４】ＡＭＦの接触電流の２次元分布の測定例である。
【図５】ＡＭＦの接触電流Ｉと薄膜の厚みｔの関係の測定例である。
【図６】封孔処理膜の厚みの２次元分布の測定例である。
【符号の説明】
１　　　　銅塊（コネクタ本体）
２　　　　ニッケルメッキ層
３　　　　金メッキ層
４　　　　封孔処理膜
５　　　　白金薄膜
６　　　　埋め込み用樹脂
１１　　　　カンチレバー
１２　　　　ＡＭＦ用試料
１３　　　　試料台
１４　　　　圧電素子
【図１】
2004117080.tif 000003
【図２】
2004117080.tif 000004
【図３】
2004117080.tif 000005
【図４】
2004117080.tif 000006
【図５】
2004117080.tif 000007
【図６】
2004117080.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成14年11月5日(2002.11.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の薄膜の厚み測定用試料の断面図である。
【図２】従来例の薄膜の厚み測定用試料の断面図である。
【図３】ＡＦＭによる試料表面の測定の原理図である。
【図４】ＡＦＭの接触電流の２次元分布の測定例である。
【図５】ＡＦＭの接触電流Ｉと薄膜の厚みｔの関係の測定例である。
【図６】封孔処理膜の厚みの２次元分布の測定例である。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【符号の説明】
１　　　　銅塊（コネクタ本体）
２　　　　ニッケルメッキ層
３　　　　金メッキ層
４　　　　封孔処理膜
５　　　　白金薄膜
６　　　　埋め込み用樹脂
１１　　　　カンチレバー
１２　　　　ＡＦＭ用試料
１３　　　　試料台
１４　　　　圧電素子