(57)【要約】【課題】簡便に高精度なＴＥＭ観察を行うことを可能にする。【解決手段】柱状の突起部に形成された透過電子顕微鏡の電子線が透過可能となる幅を有する一部領域に透過電子顕微鏡測定対象物１２を形成した透過電子顕微鏡観察試料１０を透過電子顕微鏡のホルダーに収まるよう加工し、この加工された透過電子顕微鏡観察試料を透過電子顕微鏡の筐体内に導入し、透過電子顕微鏡観察試料の一部領域の側部方向から電子線を入射させて透過電子顕微鏡像を得る。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅が約３００ｎｍ以下の一部領域を備える柱状の突起部を有することを特徴とする透過電子顕微鏡観測用下地試料。
【請求項２】
柱状の突起部に形成された透過電子顕微鏡の電子線が透過可能となる幅を有する一部領域に透過電子顕微鏡測定対象物を形成した透過電子顕微鏡観察試料を前記透過電子顕微鏡のホルダーに収まるよう加工し、この加工された透過電子顕微鏡観察試料を前記透過電子顕微鏡の筐体内に導入し、前記透過電子顕微鏡観察試料の前記一部領域の側部方向から電子線を入射させて透過電子顕微鏡像を得ることを特徴とする透過電子顕微鏡観察方法。
【請求項３】
柱状の突起部に形成された透過電子顕微鏡の電子線が透過可能となる幅を有する一部領域を備えた透過電子顕微鏡観測用下地試料を前記透過電子顕微鏡のホルダーに収まるよう加工し、この加工された透過電子顕微鏡観測用下地試料の前記一部領域上に透過電子顕微鏡測定対象物を形成して透過電子顕微鏡観察試料を作成し、この透過電子顕微鏡観察試料を前記透過電子顕微鏡の筐体内に導入し、前記透過電子顕微鏡観察試料の前記一部領域の側部方向から電子線を入射させて透過電子顕微鏡像を得ることを特徴とする透過電子顕微鏡観察方法。
【請求項４】
透過電子顕微鏡像が得られた前記透過電子顕微鏡観察試料に所定の処理を行い、この所定の処理が行われた前記透過電子顕微鏡観察試料を前記透過電子顕微鏡の筐体内に導入し、前記透過電子顕微鏡観察試料の前記柱状の突起部の側部方向から電子線を入射させて透過電子顕微鏡像を得ることを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の透過電子顕微鏡観察方法。
【請求項５】
前記一部領域が結晶領域であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の透過電子顕微鏡観察方法。
【請求項６】
透過電子顕微鏡観測用下地試料の柱状の突起部に形成された電子線が透過可能となる幅を有する一部領域に透過電子顕微鏡測定対象物を形成する装置を備えたことを特徴とする透過電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過電子顕微鏡観測用下地試料、透過電子顕微鏡測定方法、および透過電子顕微鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、透過電子顕微鏡（以下、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）とも云う）を用いて測定を行う各種の透過電子顕微鏡測定用試料（以下、ＴＥＭ測定用試料とも云う）  の作成方法およびＴＥＭ測定用試料を用いたＴＥＭ観察方法が知られている。例えば、ＴＥＭ測定試料の作成方法としてＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）法およびイオンミリング法が広く知られている。
【０００３】
ＦＩＢ法は、ダイシングソーで観察対象となる薄膜や半導体パターンを有する観察対象領域を約０．２ｍｍ×１．５ｍｍ角の大きさに切り出し、試料を保持するための冶具に固定した後、加速電圧５  ｋｅＶ〜３０ｋｅＶのＧａイオンビームを集束させてスパッタリングすることにより、上記観察対象となる薄膜もしくは半導体パターンを１００ｎｍ程度に薄片化することでＴＥＭ試料を作製する方法である。
【０００４】
イオンミリング法は、試料とダミー基板を接着剤（のり，  Ｇｌｕｅ）で張り合わせ、断面方向に機械的に数μｍ厚まで研磨後、加速電圧２  ｋｅＶ〜５ｋｅＶのＡｒイオンでスパッタリングして観察箇所を数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度まで薄片化することでＴＥＭ試料を作製する方法である（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
また、リソグラフィー工程とプラズマを用いた反応性イオンエッチング（以下ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）とも云う）を用いてマスク直下を残しマスクと同等の幅をもつ薄片化部を形成することでＴＥＭ試料を作製する方法（以下ＲＩＥ法とも云う）もある（例えば、非特許文献２参照）。
【０００６】
上記作成方法を用いて作成された試料を用いてＴＥＭ観察が行われている。また、近年、ナノテクノロジーの研究が盛んであり、処理を行いながら同時にＴＥＭ観察するという所謂、その場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）  ＴＥＭ観察が量子物性の研究に利用されている。
【０００７】
例えばＴＥＭ装置内に走査型トンネル顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を併設し、原子像と量子化コンダクタンスを同時測定することなどが行われている（例えば、非特許文献３参照）。
【０００８】
【非特許文献１】
平坂雅男・朝倉健太郎  共偏、「ＦＩＢ・イオンミリング技法Ｑ＆Ａ」、Ｐ．４２〜４７（２００２）
【非特許文献２】
Ｈｙｕｎ−Ｊｉｎ  Ｃｈｏ，  Ｐｅｔｅｒ  Ｂ，  Ｇｒｉｆｆｉｎ，  ａｎｄ  Ｊａｍｅｓ  Ｄ．  Ｐｌｕｍｍｅｒ，  Ｍａｔ．  Ｒｅｓ．  Ｓｏｃ．  Ｓｙｍｐ．  Ｐｒｏｃ．  Ｖｏｌ．４８０，  ２１７（１９９７）
【非特許文献３】
Ｑｕａｎｔｉｚｅｄ  ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ  ｒｏｗｓ  ｏｆ  ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  ｇｏｌｄ  ａｔｏｍｓ，  Ｈ．  Ｏｈｎｉｓｈｉ，  Ｙ．  Ｋｏｎｄｏ，  Ｋ．  Ｔａｋａｙａｎａｇｉ，  Ｎａｔｕｒｅ，  ３９５，  ７８０−７８３  （１９９８）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記方法によりＴＥＭ観察用試料を作成しＴＥＭ観察することが可能であるが、簡便に高精度なＴＥＭ観察を行うことは困難である。例えば、ＦＩＢ法は高加速のＧａイオンビームを用いるので、Ｇａや観察試料に含まれる元素を含んだアモルファス層を電子線が透過する観察領域に形成されてしまう。そして、この形成されたアモルファス層の厚さは２０ｎｍ程度もありＴＥＭ観察像を不鮮明なものとしてしまう。更にこの形成されたアモルファス層に様々な元素が含まれることからＥｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ  （ＥＤＸ）や、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｌｏｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  （ＥＥＬＳ）を困難なものとする。
【００１０】
また、イオンミリング法はＴＥＭ観察用試料を約１０ｎｍ程度まで薄膜化でき、アモルファス層の形成も５ｎｍ程度に抑えられることからＦＩＢ法よりもコントラストの高い像を得ることが可能である。しかし、試料が曲がり易く、観察対象物の欠陥や応力評価を困難なものとする。
【００１１】
一方、ＲＩＥ法は、一般にリソグラフィーの解像度がレジストの下地、つまり観察対象物の膜種および膜厚によって異なるため、ＴＥＭ  観察用試料をＲＩＥ法で作成する場合に、その都度リソグラフィーのフォーカスとドーズの条件出しを行う必要がある。また、ＲＩＥ工程においてもＲＩＥで削る対象、つまりＴＥＭ  観察試料の種類によってガスなどＲＩＥ条件を変える必要があり、ＴＥＭ  観察試料を作成するための時間を多く必要とする。
【００１２】
また、これらＴＥＭ試料の作成方法によって作成されたＴＥＭ試料を用いて、密着性の悪い微粒子をＴＥＭ観察する場合、ＴＥＭ試料の作成に特に注意をする必要がある。例えば、金ターゲットを用いて窒素プラズマを用いたスパッタ（所謂、金コート）により金微粒子を形成後に上記試料をＴＥＭ観察する場合、試料作成途中にダイシングソーを用いると、金微粒子が下地と密着性が悪いため金微粒子が剥がれてしまうことが頻発する。このように、金微粒子の粒径評価など行う際、困難を伴う。
【００１３】
また、一度作成されたＴＥＭ観察試料は、ある処理後に再びＴＥＭ観察を行うということが困難である。ＦＩＢ法、イオンミリング法で作成された場合、のりの領域をエッチングすることが必要であることが多い。また、ＲＩＥ法で形成されたＴＥＭ観察試料はＲＩＥ加工側壁部からの反応が避けがたい場合が多い。
【００１４】
更に、ＴＥＭ観察ではこれまで上記方法によりＴＥＭ観察用試料を作成する必要があったため、上記の文献に挙げた金の量子化コンダクタンス測定のような１次元系のＴＥＭ観察と異なり、２次元系の反応、特に反応初期過程のＴＥＭ観察は事実上不可能であった。
【００１５】
本発明は、上記事項を考慮してなされたものであって、簡便に高精度なＴＥＭ観察を行うことのできる透過電子顕微鏡観測用下地試料、透過電子顕微鏡測定方法、および透過電子顕微鏡装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様による透過電子顕微鏡観測用下地試料は、幅が約３００ｎｍ以下の一部領域を備える柱状の突起部を有することを特徴とする。ここで、「約」は、加工精度上の誤差を含む趣旨であり、または、電子線の透過可能幅のゆらぎを含む趣旨である。
【００１７】
また、本発明の第２の態様による透過電子顕微鏡観察方法は、柱状の突起部に形成された透過電子顕微鏡の電子線が透過可能となる幅を有する一部領域に透過電子顕微鏡測定対象物を形成した透過電子顕微鏡観察試料を透過電子顕微鏡のホルダーに収まるよう加工し、この加工された透過電子顕微鏡観察試料を透過電子顕微鏡の筐体内に導入し、透過電子顕微鏡観察試料の一部領域の側部方向から電子線を入射させて透過電子顕微鏡像を得ることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の第３の態様による透過電子顕微鏡観察方法は、柱状の突起部に形成された透過電子顕微鏡の電子線が透過可能となる幅を有する一部領域を備えた透過電子顕微鏡観測用下地試料を透過電子顕微鏡のホルダーに収まるよう加工し、この加工された透過電子顕微鏡観測用下地試料の一部領域に透過電子顕微鏡測定対象物を形成して透過電子顕微鏡観察試料を作成し、この透過電子顕微鏡観察試料を透過電子顕微鏡の筐体内に導入し、透過電子顕微鏡観察試料の一部領域の側部方向から電子線を入射させて透過電子顕微鏡像を得ることを特徴とする。
【００１９】
なお、透過電子顕微鏡像が得られた透過電子顕微鏡観察試料に所定の処理を行い、この所定の処理が行われた透過電子顕微鏡観察試料を透過電子顕微鏡の筐体内に導入し、透過電子顕微鏡観察試料の柱状の突起部の側部方向から電子線を入射させて透過電子顕微鏡像を得るように構成しても良い。
【００２０】
なお、一部領域は結晶領域であっても良い。
【００２１】
また、本発明の第４の態様による透過電子顕微鏡観察方法は、透過電子顕微鏡観測用下地試料の柱状の突起部に形成された電子線が透過可能となる幅を有する一部領域に透過電子顕微鏡測定対象物を形成する装置を備えたことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を、図１乃至図９を参照して説明する。
まず、本実施形態による透過電子顕微鏡観測用下地試料の作成を説明する。図１に示すように、結晶方位｛１００｝を面方位とするシリコン単結晶基板２上に、反射防止膜４０を形成し、この反射防止膜４０上にレジスト５０を塗布する。その後、図２に示すように、ＫｒＦを光源とする光リソグラフィー工程によりレジスト５０をパターニングし、細線パターン５０ａを形成する。続いて図３に示すように、上記細線パターン５０ａをマスクとして、プラズマを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により反射防止膜４０をエッチングし細線パターン４０ａを形成した後、更にシリコン基板１を深さ２００ｎｍ程度エッチングし、幅が薄い（１４０ｎｍ）単結晶突起領域を有するシリコン基板２Ａを形成する。その後、細線パターン４０ａ、５０ａを剥離し、希フッ酸処理により自然酸化膜を除去することにより、幅が１４０ｎｍの清浄なシリコン単結晶突起領域を有する透過電子顕微鏡観測用下地試料１が形成される。この透過電子顕微鏡観測用下地試料１の突起領域上面２ａの結晶面方位は｛１００｝で側面２ｂの結晶面方位は｛０１１｝である。
【００２４】
次に、図５に示すように、上記単結晶突起領域を覆うように化学気相堆積方法によりＨｆシリケート膜１２を４５ｎｍ堆積させる。その後、図６に示すように、Ｈｆシリケート膜１２が堆積されたシリコン単結晶突起領域を含むように、透過電子顕微鏡観測用下地試料１をダイシングソーで、幅２５０μｍに加工し、ＴＥＭ観察用試料１０を形成する。
【００２５】
次に、ＴＥＭ観察用試料１０をＴＥＭ用試料ホルダー（図示せず）に載せＴＥＭ  の筐体内に導入する。そして、図７に示すように、上記シリコン単結晶突起領域の側面の＜０１１＞方向からＴＥＭ観察用試料１０に電子線を照射し、ＴＥＭ観察用試料１０の後方に、電子線を結像させ、図８に示すＴＥＭ観察像を得る。
【００２６】
ＴＥＭ観察用試料１０が導入されたＴＥＭの筐体内は、真空であるため、図８に示すＴＥＭ観察像からわかるように、Ｈｆシリケート膜１２の表面の同定が容易であり、Ｈｆシリケート膜１２の膜厚を高精度に算出可能である。
【００２７】
また、図４に示す透過電子顕微鏡観測用下地試料１の単結晶突起領域を覆うように、膜厚が１０ｎｍのＨｆシリケート膜を堆積後、酸化雰囲気のもと１０００℃で１０分熱処理を行い、ＴＥＭ用試料ホルダーに収まるようダイシング加工して、ＴＥＭ観察試料を作成し、ＴＥＭ観察を行うと、図９に示すようなＴＥＭ観察像が得られる。図９は、シリコン基板上に、ほぼアモルファス状態のＳｉＯ２からなる界面層が形成され、この界面層上にＨｆシリケート膜が形成されていることを示している。
【００２８】
この図９からわかるように、Ｈｆシリケート膜の膜厚の算出、シリコン基板２ＡとＨｆシリケート膜との界面の界面層増加の情報が得られるばかりでなく、シリコン基板２Ａの単結晶突起領域の上部２ａに形成されたＨｆシリケート膜に結晶縞が認められ、Ｈｆシリケート膜の結晶化判断を行うことができる。すなわち、通常の断面ＴＥＭ観察と同等以上の評価が可能となる。
【００２９】
また、図９に示すように、シリコン基板２Ａの単結晶突起領域の側面２ｂに形成されたＨｆシリケート膜の領域において、Ｈｆシリケート膜の結晶化に起因した縞模様が下地のシリコン単結晶の格子縞とモアレ縞を形成するので、膜の結晶化の判断を敏感に行うことが可能となる。つまり、通常の平面ＴＥＭ観察と同等以上の評価が可能である。
【００３０】
なお、膜厚評価、基板界面層の評価を行う場合には、本実施形態のように、堆積させる膜厚をＴ、ＲＩＥでエッチングしたシリコン基板２Ａの深さＤとの間にＴ＜Ｄの関係が必要である。
【００３１】
シリコン基板の各面方位は上記面方位に限るものではなく、例えば基板鉛直方向の面方位が｛１００｝で側面の面方位が｛０１０｝である場合なども含むものとする。特にこの場合のように鉛直方向と側面の面方位が同一である場合、通常のエピタキシャル膜の結晶性判断と同等の評価、つまり、断面ＴＥＭ評価と、平面ＴＥＭ評価を一度に行うことが可能である。通常、断面ＴＥＭ評価と、平面ＴＥＭ評価について別々にＴＥＭ観察試料を作成していた場合と比較してＴＥＭ観察試料作成の手間が半分で済みＴＥＭ観察コストが低減される利点がある。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態によれば、簡便に高精度なＴＥＭ観察を行うことが可能な透過電子顕微鏡観測用下地試料、および透過電子顕微鏡観測用下地試料を用いた透過電子顕微鏡測定方法を得ることができる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図１０乃至図１２を参照して説明する。
まず、本実施形態による透過電子顕微鏡観測用下地試料の作成について説明する。図１０に示すように、結晶方位｛１００｝を面方位とするシリコン単結晶基板２上に酸化膜を０．６ｎｍ形成し、この酸化膜をプラズマ窒化し酸窒化膜４を形成する。その後、酸窒化膜４上にポリシリコン５を２００ｎｍ堆積させ、このポリシリコン５上に反射防止膜４０を形成し、この反射防止膜４０上にレジスト５０を塗布する（図１０参照）。
【００３４】
次に、ＫｒＦを光源とする光リソグラフィー工程によりレジスト５０をパターニングし、細線パターン５０ａを形成する。そして、この細線パターン５０ａをマスクとして、プラズマを用いた反応性イオンエッチングを行い、反射防止膜４０、ポリシリコン５、酸窒化膜４、およびシリコン基板２を、シリコン基板２が深さ２００ｎｍ程度掘り込まれるまでエッチングする（図１１参照）。その後、レジスト剥離工程および自然酸化膜除去工程により、幅の薄い（６０ｎｍ）の単結晶突起領域を有するシリコン基板２Ａと、この単結晶突起領域上に積層された酸窒化膜４ａおよびポリシリコン５ａからなる積層膜とを有する透過電子顕微鏡観測用下地試料１Ａが形成される（図１１参照）。この透過電子顕微鏡観測用下地試料１Ａの側面２ｂの結晶面方位は｛０１１｝である。
【００３５】
次に、透過電子顕微鏡観測用下地試料１Ａをダイシングソーで、幅２５０μｍに加工する。そして、図１２に示すように、加工された透過電子顕微鏡観測用下地試料１Ａ上に窒素プラズマを用いた物理スパッタ方法によって金の微粒子１３を形成し、ＴＥＭ観察用試料１０Ａを作成する。
【００３６】
このＴＥＭ観察用試料１０ＡをＴＥＭ用試料ホルダーに載せ透過電子顕微鏡筐体内に導入し、ＴＥＭ観察用試料１０Ａの側面すなわちシリコン基板２Ａのシリコン単結晶突起領域の側面方向（結晶方位＜０１１＞の方向）から電子線を照射し、ＴＥＭ観察用試料１０Ａの後方に電子線を結像させ、図１３に示すようなＴＥＭ観察像を得る。図１３に示す、薄く黒ずんだ部分は金の微粒子１３を示し、シリコン基板領域の白い点は、Ｓｉ原子で囲まれた領域（所謂、格子像）を示している。そして、結晶領域内のＳｉ原子は規則正しく配列されているため、この白い点の間隔から得られたＴＥＭ像の絶対尺度を算出でき、薄く黒ずんだ部分すなわち金の微粒子の粒径を測定することができる。
【００３７】
ダイシングの際用いる水により、剥がれてしまうような下地試料と密着性の悪いＴＥＭ評価用試料や、水と反応してしまうような試料をＴＥＭ評価する場合、本実施形態のように、ＴＥＭ評価対象物（本実施形態の場合は金の微粒子１３）を形成する前にＴＥＭ用試料ホルダーに導入できる大きさにＴＥＭ観測用下地試料１Ａを加工しておき、それからＴＥＭ評価対象物を形成すると良い。
【００３８】
また、密着性の悪い金の微粒子をＴＥＭ評価する際、ＦＩＢやイオンミリング等を用いて行う従来のＴＥＭ測定方法では、予め試料を加工する前に、試料をある一定の大きさにダイシングソーで加工する必要が有った。このため、従来の方法では、ＴＥＭ評価前のダイシング加工時に金の微粒子が剥がれたりすることが起こり、ＴＥＭ評価試料を再作成する必要があった。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態によれば、簡便に高精度なＴＥＭ観察を行うことが可能な透過電子顕微鏡観測用下地試料、および透過電子顕微鏡観測用下地試料を用いた透過電子顕微鏡測定方法を得ることができる。
【００４０】
また、一般に、物質Ａと複数の物質Ｂ１，  Ｂ２，  …．との反応性を調べる際、本実施形態のように、まず物質Ｂ１，  Ｂ２，  …．からなる積層膜をシリコン基板２Ａの単結晶突起領域上に形成し、ＲＩＥを施した上で物質Ａと反応させることで、各物質との反応性を一度に調べることが可能となる。例えば、ＳｉとＧｅからなるＳｉｘＧｅ１−ｘ層が複数からなる突起領域にシリサイド化反応する物質Ｔｉ、  ＣｏまたはＮｉを堆積させ熱処理を施しシリサイドを形成させた後、ＴＥＭ観察することで、各組成ＳｉｘＧｅ１−ｘ毎のシリサイド化反応の詳細を調べることが可能である。また、この組成は傾斜的に変化させてあっても良い。
【００４１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図１４および図１５を参照して説明する。
まず、本実施形態による透過電子顕微鏡観測用下地試料は、結晶面方位｛１００｝を基板表面の面方位とするシリコン単結晶から形成された、形状が図４に示す第１実施形態の透過電子顕微鏡観測用下地試料２Ａであって、清浄なシリコン単結晶突起領域の幅が６０ｎｍのものである。したがって、シリコン単結晶突起領域の上面の結晶面方位は｛１００｝で側面の結晶面方位は｛０１１｝である。
【００４２】
そして、透過電子顕微鏡観測用下地試料２Ａを１０００℃酸化雰囲気でアニールすることでシリコン単結晶突起物の表面を酸化し、図１４に示すように、表面にシリコン酸化膜１４を形成する。そして、シリコン単結晶突起領域を含むようにダイシングソーで幅２５０μｍに加工することにより、ＴＥＭ用観察試料１０Ｂが得られる。
【００４３】
このＴＥＭ用観察試料１０ＢをＴＥＭ用試料ホルダーに載せて透過電子顕微鏡筐体内に導入し、図１５に示すように、上記シリコン単結晶突起領域の側面の｛０１１｝方向からＴＥＭ用観察試料１０Ｂに電子線を照射し、ＴＥＭ用観察試料１０Ｂの後方に電子線を結像させることにより、シリコン酸化膜１４のＴＥＭ観察像を得る。これにより、第１および第２実施形態と同様に、シリコン酸化膜の膜厚評価を精密に行うことができる。
【００４４】
なお、膜厚評価を行う場合には、図１４に示すように、堆積させる膜厚をＴ、ＲＩＥでエッチングした基板深さＤとすれば、Ｔ＜Ｄの関係が必要である。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、簡便に高精度なＴＥＭ観察を行うことが可能な透過電子顕微鏡観測用下地試料、および透過電子顕微鏡観測用下地試料を用いた透過電子顕微鏡測定方法を得ることができる。
【００４６】
なお、第３実施形態においては、透過電子顕微鏡観測用下地試料２Ａのシリコン単結晶突起領域の表面を酸化して、表面にシリコン酸化膜１４を形成した後に、ダイシングソーで幅２５０μｍに加工することにより、ＴＥＭ用観察試料１０Ｂを得たが、シリコン酸化膜１４を形成する前に、ダイシングソーで幅２５０μｍに加工し、その後、シリコン単結晶領域の表面を酸化し、表面にシリコン酸化膜を形成しても良い。
【００４７】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を、図１６および図１７を参照して説明する。
まず、本実施形態による透過電子顕微鏡観測用下地試料は、結晶面方位｛１００｝を基板表面の面方位とするシリコン単結晶から形成された、形状が図４に示す第１実施形態の透過電子顕微鏡観測用下地試料２Ａであって、清浄なシリコン単結晶突起領域の幅が６０ｎｍのものである。このシリコン単結晶突起領域の上面の結晶面方位は｛１００｝で側面の結晶面方位は｛０１１｝である。
【００４８】
この透過電子顕微鏡観測用下地試料２Ａの単結晶突起領域に化学気相堆積方法でＳｉＨ４（シラン）ガスを用いて６００℃でアモルファスシリコン膜を堆積させた後、シランガスを止め、Ｎ２ガス中で６００℃のアニールを行い、図１６に示すように、基板単結晶シリコンを種としたアモルファスシリコン膜のエピタキシャル成長を促進させ、図１６に示すように、シリコン単結晶突起領域上にエピタキシャル成長膜１５を形成する。そして、シリコン単結晶突起領域を含むようにダイシングソーで厚さ２５０ミクロンに加工することにより、図１６に示すようなＴＥＭ用観察試料１０Ｃが得られる。
【００４９】
このＴＥＭ用観察試料１０ＣをＴＥＭ用試料ホルダーに載せ透過電子顕微鏡筐体内に導入し、図１７に示すように、シリコン単結晶突起領域の側面の＜０１１＞方向からＴＥＭ用観察試料１０Ｃに電子線を照射し、ＴＥＭ用観察試料１０Ｃの後方に電子線を結像させＴＥＭ観察像を得る。これにより、第１および第２実施形態と同様に、エピタキシャル成長膜１５の膜厚評価、結晶性評価および基板との界面層の評価を精密に行うことができる。
【００５０】
上記エピタキシャル成長の膜評価は上記のような固相エピタキシャル成長膜に対してだけでなく気相エピタキシャル成長膜などにも適用可能である。
【００５１】
膜厚評価、基板界面層の評価を行う場合には、図１６に示すように、堆積させる膜厚をＴ、ＲＩＥでエッチングした基板深さＤとすれば、Ｔ＜Ｄの関係が必要である。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態によれば、簡便に高精度なＴＥＭ観察を行うことが可能な透過電子顕微鏡観測用下地試料、および透過電子顕微鏡観測用下地試料を用いた透過電子顕微鏡測定方法を得ることができる。
【００５３】
なお、基板の各面方位は上記面方位に限るものではなく、他に一例として、基板鉛直方向の面方位が（１００）で側面の面方位が（０１０）である場合なども含むものとする。特にこの場合のように鉛直方向と側面の面方位が同一である場合、通常のエピタキシャル膜の結晶性判断と同等の評価、つまり、断面ＴＥＭ評価と平面ＴＥＭ評価を一度に行うことが可能である。通常、断面ＴＥＭ評価と平面ＴＥＭ評価について別々にＴＥＭ試料を作成していたのと比較してＴＥＭ試料作成の手間が半分で済みＴＥＭ観察コストが低減される利点がある。
【００５４】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図１８乃至図２４を参照して説明する。
まず、本実施形態による透過電子顕微鏡観測用下地試料の作成を説明する。図１８にしめすように、表面のミラー指数が｛１００｝であるシリコン｛１００｝基板２上にシリコン窒化膜６を堆積する。その後、シリコン窒化膜６上に反射防止膜４０を形成し、この反射防止膜４０上にレジスト５０を塗布する。
【００５５】
次に、図１９に示すように、ＫｒＦを光源とするリソグラフィー工程により、レジスト５０をパターニングし、細線パターン５０ａを形成する。この細線パターン５０ａをマスクとして、プラズマを用いた反応性イオンエッチング工程により反射防止膜４０およびシリコン窒化膜６をパターニングして細線パターン４０ａおよび窒化膜６ａを形成するとともにシリコン基板２を加工し、幅６０ｎｍ程度の柱状部を有するシリコン基板２Ａを形成する（図２０参照）。なお、柱状部を形成するためにシリコン基板を掘り込む深さは２００ｎｍ程度とする。
【００５６】
次に、Ｏ２プラズマによるレジスト灰化処理および硫酸と過酸化水素の混合液によりレジスト５０ａおよび反射防止膜４０ａを剥離した後、１０００℃酸化雰囲気においてシリコン基板２Ａの表面を酸化し、図２１に示すように、柱状部の側面にシリコン酸化膜７を形成する。このとき、柱状部の上面には窒化膜６ａが形成されているため、柱状部の上面は酸化されない。
【００５７】
その後、酸化の際のマスクとなった窒化膜６ａを熱燐酸を用いて剥離し（図２２参照）、シリコン基板２Ａの柱状部の上面を露出させた後、８００℃の減圧下でシランガスを流しシリコン基板２Ａの柱状部の露出面を種としてシリコンをエピタキシャル成長させて柱状部の上面にエピタキシャル成長膜１６が形成されたＴＥＭ観察用試料１０Ｄを形成する（図２３参照）。
【００５８】
このＴＥＭ観察用試料１０ＤをＴＥＭ観察用ホルダーに入る大きさにダイシングソーを用いて加工し、図２４に示すように、上記柱状部の横方向から電子線を透過させＴＥＭ観察を行う。
【００５９】
本実施形態によれば、エピタキシャル成長はシリコン基板２Ａの柱状部の上面に限られ、柱状シリコン領域の側壁部および角部の領域はエピタキシャル成長を抑制できるため、シリコン基板表面の面指数のエピタキシャル成長の様子を限定してＴＥＭ観察可能である。また、酸化膜７上へ乗り上げて横方向にエピタキシャル成長する場合の結晶性についても観察可能となる。上記実施例のシリコン基板の面指数は｛１００｝に限るものではなく、一般の面指数が可能である。また、下地基板はシリコン単結晶に限るものでは無く、ＳｉＧｅやＳｉＧｅＣを含めＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮなど一般の化合物半導体の単結晶および多結晶基板を含むものとすることが可能となる。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態によれば、簡便に高精度なＴＥＭ観察を行うことが可能な透過電子顕微鏡観測用下地試料、および透過電子顕微鏡観測用下地試料を用いた透過電子顕微鏡測定方法を得ることができる。
【００６１】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態を図２５乃至図３１を参照して説明する。
まず、本実施形態による透過電子顕微鏡観測用下地試料の作成を説明する。表面のミラー指数が｛１００｝であるシリコン基板上に反射防止膜形成し、この反射防止膜上にレジストを塗布し、ＫｒＦを光源とするリソグラフィー工程およびプラズマを用いた反応性イオンエッチング工程によりシリコン基板を加工し、厚さ６０ｎｍ程度の柱状部を有するシリコン基板２Ａを形成する。なお、シリコン基板を掘り込む深さは２００ｎｍ程度とする。Ｏ２プラズマによるレジスト灰化処理および硫酸と過酸化水素の混合液によりレジストおよび反射防止膜を剥離した後、１０００℃酸化雰囲気においてシリコン基板全面を酸化し、シリコン酸化膜７を形成する（図２５参照）。
【００６２】
続いて、図２６に示すようにシリコン酸化膜７上にシリコン窒化膜８を堆積させ、その後、プラズマを用いた反応性イオンエッチングでシリコン窒化膜８をエッチングし、柱状部の側部にのみシリコン窒化膜８ａを残置する（図２７参照）。そして、シリコン基板２Ａの表面を希フッ酸で処理し、柱状部の側部にのみシリコン酸化膜７ａおよびシリコン窒化膜８ａからなる側壁を形成し、透過電子顕微鏡測定用試料１Ｃを得る。（図２８参照）。
【００６３】
その後、この透過電子顕微鏡測定用試料１Ｃを８００℃の減圧下でシランガスを流し、シリコン基板２Ａの露出表面を種としてシリコンをエピタキシャル成長させ、エピタキシャル成長膜１６を形成し、ＴＥＭ観察用試料１０Ｅを形成する（図２９参照）。
【００６４】
ＴＥＭ観察用試料１０ＥをＴＥＭ観察用ホルダーに入る大きさにダイシングソーを用いて加工し（図３０参照）、ＴＥＭ観察用試料１０Ｅの柱状部の横方向から電子線を透過させＴＥＭ観察を行う（図３１参照）。
【００６５】
本実施形態によれば、観察されるエピタキシャル成長は柱状部の上面に限られ、柱状部の側壁部および角部の領域のエピタキシャル成長を抑制できるため、シリコンの表面の面指数のエピタキシャル成長の様子を限定してＴＥＭ観察可能である。また、酸化膜７ａ上へ乗り上げて横方向にエピタキシャル成長する場合の結晶性についても観察可能となる。
【００６６】
なお、シリコン基板の面指数は｛１００｝に限るものではなく、一般の面指数が可能である。また、下地基板はシリコン単結晶に限るものでは無く、ＳｉＧｅやＳｉＧｅＣを含めＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮなど一般の化合物半導体の単結晶および多結晶基板を含むものとする。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態によれば、簡便に高精度なＴＥＭ観察を行うことが可能な透過電子顕微鏡観測用下地試料、および透過電子顕微鏡観測用下地試料を用いた透過電子顕微鏡測定方法を得ることができる。
【００６８】
（第７実施形態）
本発明の第７実施形態を図３２乃至図３４を参照して説明する。
まず、本実施形態による透過電子顕微鏡観測用下地試料の作成を説明する。結晶方位が｛１００｝を面方位とするシリコン単結晶基板上にシリコン窒化膜を形成し、リソグラフィー工程を用いて、シリコン窒化膜およびシリコン単結晶基板をエッチングすることにより、図３２に示すように上面の面方位が｛１００｝で側面の面方位が｛０１１｝である柱状部を有するシリコン基板２Ａと、上記柱状部の上面に形成されたシリコン窒化膜６ａを有する透過電子顕微鏡観測用下地試料１Ｄを得る。
【００６９】
次に、透過電子顕微鏡観測用下地試料１Ｄ上にＨｆシリケート膜を４ｎｍ堆積し、ＴＥＭ観察用ホルダーに入る大きさにダイサーを用いて加工し、ＴＥＭ観察用試料１０Ｆを得る（図１０Ｆ参照）。このＴＥＭ観察用試料１０Ｆの柱状部の横方向から電子線を透過させＴＥＭ観察を行う。
【００７０】
一般に、シリコン基板に直接Ｈｆシリケート膜を堆積する場合は、シリコン基板とＨｆシリケート膜の界面に界面層が形成されてしまうが、本実施形態のようにシリコン窒化膜のように耐酸化性膜上へ堆積することでＨｆシリケート膜本来の耐熱性を評価できる。
【００７１】
以上説明したように、本実施形態によれば、簡便に高精度なＴＥＭ観察を行うことが可能な透過電子顕微鏡観測用下地試料、および透過電子顕微鏡観測用下地試料を用いた透過電子顕微鏡測定方法を得ることができる。
【００７２】
（第８実施形態）
本発明の第８実施形態を図３５乃至図３６を参照して説明する。
まず、本実施形態による透過電子顕微鏡観測用下地試料の作成を説明する。結晶方位が｛１００｝を面方位とするシリコン単結晶基板上にシリコン窒化膜を４ｎｍ  体積し、リソグラフィー工程を用いて、シリコン窒化膜をパターニングすることにより、シリコン基板２上にパターニングされたシリコン窒化膜６ａが形成された透過電子顕微鏡観測用下地試料１Ｅを得る（図３５参照）。
【００７３】
この透過電子顕微鏡観測用下地試料１Ｅ上にＨｆシリケート膜１２を４ｎｍ堆積し、その後、ＴＥＭ観察用ホルダーに入る大きさにダイサーを用いて加工し、ＴＥＭ観察試料１０Ｇを形成する（図３５参照）。このＴＥＭ観察試料１０Ｇの柱状部の横方向から電子線を透過させＴＥＭ観察を行う。
【００７４】
一般に、シリコン窒化膜とシリコンを加工する装置は通常異なることが多いが、本実施形態のように透過電子顕微鏡観測用下地試料を形成すれば、加工の手間を省くことができる。
【００７５】
本実施形態は、膜厚評価よりも膜の耐熱性などの結晶性評価を簡便に行いたい場合に用いることが出来る。
【００７６】
以上説明したように、本実施形態によれば、簡便に高精度なＴＥＭ観察を行うことが可能な透過電子顕微鏡観測用下地試料、および透過電子顕微鏡観測用下地試料を用いた透過電子顕微鏡測定方法を得ることができる。
【００７７】
（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態を、図３７および図３８を参照して説明する。
まず、シリコン基板をリソグラフィー工程およびＲＩＥ法により加工し、最大幅１００ｎｍ，  高さ２００ｎｍの三角柱状部を有するシリコン基板２Ａからなる透過電子顕微鏡観測用下地試料１Ｆを形成する（図３７参照）。
【００７８】
その後、シリコン基板２Ａの表面希フッ酸処理により、三角柱状上のシリコン領域を清浄にした後、Ｈｆシリケート膜１２をＣＶＤ法により４ｎｍ堆積し、ＴＥＭ観察用試料１０Ｈを得る（図３８参照）。このＴＥＭ観察用試料１０Ｈを、ダイシングソーを用いてＴＥＭホルダーに収まる大きさに加工し、ＴＥＭ観察を行う（図３８参照）。その後、ＴＥＭ観察用試料１０Ｈを酸化雰囲気で１０００℃、１０分熱処理した後、再びＴＥＭ観察する。
【００７９】
一般に、Ｈｆシリケート膜の堆積後にＲＩＥ法により基板まで掘り込んでＴＥＭ観察試料を作成した場合、Ｈｆシリケート膜は楔酸化されてしまうことが知られている。
【００８０】
本実施形態はシリコン基板をＲＩＥ工程後、全面にＨｆシリケート膜１２を堆積しているため、Ｈｆシリケート膜１２が楔酸化されることなくＨｆシリケート膜１２を熱処理することが可能である。更に同試料を複数回熱処理とＴＥＭ観察を繰り返すことが出来るため、ＴＥＭ観察試料作成の手間を省くことが可能となる。  また、同一試料をＴＥＭ観察可能なためサンプル間のバラツキも無く、低コストで高精度のＴＥＭ評価を行うことが可能である。
【００８１】
本実施形態は熱処理に限るものではなく、希フッ酸処理などウェット処理に対する膜の耐性を評価する場合などにも用いることが可能である。また、これら異なる処理を適宜組み合わせた評価も可能である。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態によれば、簡便に高精度なＴＥＭ観察を行うことが可能な透過電子顕微鏡観測用下地試料、および透過電子顕微鏡観測用下地試料を用いた透過電子顕微鏡測定方法を得ることができる。
【００８３】
なお、上記第１乃至第９実施形態における透過電子顕微鏡観測用下地試料は、図３７に示す形状のものに限られず、図３９に示すように、円柱形状の柱状部を備えている透過電子顕微鏡観測用下地試料１Ｇであっても良い。この場合も、透過電子顕微鏡観測用下地試料１Ｇの全面に、Ｈｆシリケート膜１２を堆積することにより、図４０に示すようなＴＥＭ観察試料１０Ｉを得ることができる。また、ＲＩＥは条件によって側壁が角度を持った形状（テーパー）になる場合があり、このことを利用して図４１に示すような形状の透過電子顕微鏡観測用下地試料１Ｈを作成可能である。この透過電子顕微鏡観測用下地試料１Ｈの全面に、Ｈｆシリケート膜１２を堆積することにより、図４２に示すようなＴＥＭ観察試料１０Ｊを得ることができる。これら透過電子顕微鏡観測用下地試料を用いれば、図３７、３９、４１に示すように極端に薄い領域が存在するが、ＴＥＭ像は電子線透過厚さが薄い程、高分解能像が得られるため、薄い領域において高分解能なＴＥＭ観察像を得られるという利点がある。
【００８４】
なお、上記第１乃至第９実施形態における、突起領域を有する透過電子顕微鏡観察用下地試料は、反応性イオンエッチングを用いて形成したが、反応性イオンエッチングに限るものではない。例えば、図４３に示すように、シリコン基板２上にマスク６０を形成し、フッ酸、硝酸の混合液によりウェットエッチングすることにより、図４４に示す形状のシリコン基板２Ｅからなる透過電子顕微鏡観察用下地試料下地を作成できる。また、図４３に示すように、シリコン基板２上にマスク６０を形成し、エチレンジアミンとピロカテコールの水溶液を用いることにより、図４５に示すように異方的にエッチングし、図４５に示す形状のシリコン基板からなる透過電子顕微鏡観察用下地試料を作成できる。また、図４６に示すように、シリコン基板２上の所定の領域にのみマスク６２を形成し、マスク６２で覆われていない領域にエピタキシャル成長を利用して突起部２０形成することもできる。
【００８５】
また、上記実施形態における下地基板作成時にエッチングまたは酸化を繰り返し行うことも有効である。例えば、図４７に示すようなシリコン突起領域を有するシリコン基板２ＡをＲＩＥ法で形成後、図４８に示すように、シリコン基板２Ａの全面を酸化して酸化膜２２を形成し、更に希フッ酸処理を行うことで図４９に示すような形状の突起領域を有するシリコン基板２Ｇからなる透過電子顕微鏡観察用下地試料を作成できる。この突起領域の電子線が透過する幅はリソグラフィー工程で製作することのできる限界幅以下にすることが可能である。このため、この透過電子顕微鏡観察用下地試料上に観察対象を形成し、ＴＥＭ観察することで、より高分解能のＴＥＭ観察像を得ることができる。
【００８６】
ところで、上記第１乃至第９実施形態においては、ＴＥＭ観察用試料は、図５０に示すように、複数の突起部を有すＲシリコン基板２Ａ上に、観察膜（図示せず）を形成し、その後、透過電子顕微鏡のＴＥＭホルダーに収まるような大きさにダイシングソー７０によって加工することによって形成される。現在、最も薄いダイシングソー７０の厚さＬｄｓは、５μｍである。したがって、突起部と突起部との間隔Ｌｓは、ダイシングソー７０の厚さＬｄｓよりも大きいことが必要となる。また、突起部の幅Ｌｌは電子線が透過する程度に薄くする必要があり、Ｌｌ≦３００ｎｍとなる。すなわち、突起部の幅Ｌｌは、約３００ｎｍ以下である。ここで、「約」は、加工精度上の誤差を含む趣旨であり、または、電子線の透過可能幅のゆらぎを含む趣旨である。
【００８７】
ＴＥＭホルダーに収まるように加工するダイシング以外の方法として追加でＲＩＥやｗｅｔエッチングで加工する方法や、シリコン単結晶基板が｛１１１｝面で壁開され易い特性を活かして単に壁開によって加工する方法、特に適当な曲率を持ったガイドラインを引いて微小幅に壁開する方法なども有効である。
【００８８】
（第１０実施形態）
次に、本発明の第１０実施形態による透過電子顕微鏡を、図５２を参照して説明する。図５２は、本実施形態による透過電子顕微鏡装置１００の構成を示すブロック図である。
【００８９】
この実施形態による透過電子顕微鏡装置は、透過電子顕微鏡１１０と、エピタキシャル膜成膜装置１４０と、ロードロック１５０とを備えている。透過電子顕微鏡１１０は、電子銃１１２と、集束レンズ１１４と、対物レンズ１１６と、制限視野絞り１１８と、中間レンズ１２０と、投影レンズ１２２と、蛍光板１２４とを備えており、これらの構成要素は、筐体内に設けられている。
【００９０】
エピタキシャル膜成膜装置１４０は、超高真空状態（１×１０−６Ｐａ程度）において透過電子顕微鏡観察用下地試料（図示せず）に、エピタキシャル膜を堆積する装置であって、ロードロック１５０を介して透過電子顕微鏡１１０に接続されている。エピタキシャル膜成膜装置１４０内に、第５実施形態または第６実施形態における、突起部を有する透過電子顕微鏡観察用下地試料を導入する。８００℃の超高真空下で還元性ガスである水素ガスをエピタキシャル膜成膜装置１４０内に導入し、透過電子顕微鏡観察用下地試料の表面に形成されている自然酸化膜を除去する。続いて、シラン（ＳｉＨ４）ガスを導入し、剥き出しになったシリコン領域を種としてシリコンの気相エピタキシャル成長を行い、エピタキシャル膜が形成されたＴＥＭ観察試料１０を作成する。
【００９１】
次に、この作成されたＴＥＭ観察試料１０は、ロードロック１５０に搬送される。ロードロック１５０は、透過電子顕微鏡１１０や、エピタキシャル膜成膜装置１４０に比べて、減圧状態（１×１０−４Ｐａ程度）にあり、透過電子顕微鏡１１０およびエピタキシャル膜成膜装置１４０との間の境界にそれぞれ弁（図示せず）が設けられた構成となっている。また、ロードロック１４０には、ＴＥＭ観察試料１０をエピタキシャル膜成膜装置１４０から搬入する際や透過電子顕微鏡１１０に搬出する際に、ロードロック１４０内の圧力を超高真空状態にする超高真空ポンプ（図示せず）が設けられた構成となっている。
【００９２】
ロードロック１５０から透過電子顕微鏡１１０に搬出されたＴＥＭ観察試料１０は、集束レンズ１１４と対物レンズ１１６の間に配置される。そして、電子銃１１２から放出された電子線は集束レンズ１１４によって集束され、ＴＥＭ観察試料１０を透過する。ＴＥＭ観察試料１０を透過した電子線は、対物レンズ１１６、限視野絞り１１８、中間レンズ１２０、および投影レンズ１２２を介して蛍光板１２４に入射し、ＴＥＭ観察試料１０の電子顕微鏡像が蛍光板１２４に形成され、ＴＥＭ観察が行われる。
【００９３】
一般に、エピタキシャル膜は、その結晶性が重要であり、エピタキシャル膜中の欠陥評価をＴＥＭで行うことが多い。従来は、エピタキシャル膜は、一旦室温に戻されＴＥＭ内に配置されるが、８００℃という高温のエピタキシャル温度から室温に温度を下げる際に、エピタキシャル膜には熱応力が印加される。エピタキシャル膜に欠陥の存在が認められる場合、この欠陥がエピタキシャル膜の成長時によるものなのか降温時の熱応力によるものなのか通常判断し難い。
【００９４】
しかし、本実施形態の透過電子顕微鏡装置１００を用いれば、エピタキシャル膜の成長時の“その場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）”観察が可能であるため、良質なエピタキシャル膜形成のための温度やガス流量などの条件を決めることが可能となる。
【００９５】
なお、本実施形態においては、透過電子顕微鏡１１０およびエピタキシャル膜成膜装置１４０は、ロードロック１５０を介して接続されていたが、同一の真空炉内にあるように構成しても良い。
【００９６】
上記第１０実施形態においては、エピタキシャル膜成膜装置１４０が透過電子顕微鏡と併設されていたが、超高真空化学気相堆積装置等が併設されていても良い。結晶性、膜厚、粒子の粒径などのｉｎ−ｓｉｔｕ  ＴＥＭ観察を行うことができる。
【００９７】
なお、ＴＥＭ観察は、実像の撮影だけでなく、ＥＥＬＳ、ＥＤＸ、電子線回折など一般にＴＥＭ観察に付随する様々な観察手法に適用可能であることは言うまでもない。
【００９８】
以上説明したように、本発明の第１乃至第９実施形態のいずれかによる透過電子顕微鏡観察用下地試料を用いれば、ＴＥＭ観察を行うには、ＴＥＭ観察対象物を透過電子顕微鏡観察用下地試料に形成し、ＴＥＭ観察試料とし、ＴＥＭ観察用ホルダーに入る大きさに上記ＴＥＭ観察試料を加工するだけで済み、ＴＥＭ観察までの時間を短縮できる。
【００９９】
また、本発明の第１０実施形態によれば、成膜直後にＴＥＭ観察を行うことができ、ＴＥＭ観察像を得るまでの時間を更に短縮することができる。なお、下地のクリーン度がＴＥＭ観察対象物を形成するための装置のクリーン度のスペックを満たさない場合は、第１乃至第９実施形態によるＴＥＭ観察試料を作成し、ＴＥＭ観察を行う必要がある。一般に、クリーンルーム内の製品を流品する装置は、その装置に入れるウエハに対するクリーン度の要求が高く、この様なクリーンルーム内の成膜装置の膜質、膜厚をＴＥＭ観察する場合は、第１乃至第９実施形態を用いると良い。
【０１００】
また、透過電子顕微鏡観察用下地試料を一般のリソグラフィー装置およびＲＩＥで形成することで、第１乃至第９実施形態の透過電子顕微鏡観察用下地試料を大量に形成可能である。例えば、透過電子顕微鏡観察用下地試料を個々のチップに壁開後、各々のチップ上へ成膜可能な場合に、各下地試料上に別々にＴＥＭ観察対象物を形成すれば、ＴＥＭ観察試料一つあたりの試料作成単価を下げられるメリットがある。
【０１０１】
本発明の一実施形態によれば、原子の表面拡散や重合など反応の初期状態をＴＥＭ観察することが可能で、これまで難しかった膜成長などの様子をその場観察することができる。
【０１０２】
また、本発明の一実施形態によれば、下地領域の結晶の格子間隔からＴＥＭ観察像の長さの校正を容易に行うことが可能で、ＴＥＭ観察対象の膜厚や粒径などを精度良く同定可能である。
【０１０３】
なお、従来は通常、ＴＥＭ観察試料の表面には、ＴＥＭ観察試料の強度の補強などの理由で、のり（Ｇｌｕｅ）や金属などを付着させるが、これらはＴＥＭ観察対象の膜厚を不明確なものとする場合があり、また、観察対象物と反応してしまう場合もある。例えば、シリコン酸化膜の膜厚を評価する場合、表面に形成されたのりの層との境界が不明瞭であり、正確な膜厚を計測するのを困難なものとする。一般にこの表面に形成した層を、ＴＥＭ観察時前に取り除くことは困難である。
【０１０４】
これに対して、本発明の各実施形態によれば、ＴＥＭ観察試料の強度の補強のために、のり（Ｇｌｕｅ）や金属などを付着させる必要がなく、正確な膜厚を計測することができる。
【０１０５】
また、本発明の各実施形態によれば、ＴＥＭ観察時のＴＥＭ観察試料の表面は、透過電子顕微鏡の筐体内が真空であるため、同定することが容易であり、ＴＥＭ観察を簡便に精度良く遂行可能である。
【０１０６】
また、下地は、下地作成時に下地表面に形成されたＴＥＭ観察阻害領域を適当な処理を行うことで取り除くことが比較的容易で、精度の高いＴＥＭ観察を行うことができる。例えば、シリコン基板を酸素雰囲気の下、ＲＩＥで削り５０ｎｍ程度の厚さを持つ柱上の領域を形成しレジスト剥離を行った場合、削った側壁にはＲＩＥの削り屑が付着し、また、レジスト直下のシリコン基板表面には自然酸化膜が形成されてしまい、このままではＴＥＭ観察の擾乱要因となってしまうが、これら酸化膜領域はＴＥＭ観察対象物形成前に下地の特性を損なうことなく下地のシリコン基板と選択性良く希フッ酸処理で取り除くことが容易に可能である。よって本発明の各実施形態による下地を用いればＴＥＭ観察対象物以外の観察擾乱要因を極力取り除いた上でＴＥＭ観察を行えるため高精度なＴＥＭ像を得ることが可能である。また、下地の幅をリソグラフィーによって規定できるため、ＴＥＭ観察領域で電子線が透過する厚さを揃えることが容易で、厚さに起因した不確定要因を極力避けることが可能となる。このため、高精度なＴＥＭ観察を行うことができる。
【０１０７】
また、上記下地に酸化およびエッチングを施すことでリソグラフィー限界以下の突起領域を比較的容易に形成可能であり、高分解能ＴＥＭ像を容易に得ることが可能である。
【０１０８】
リソグラフィー工程に用いる光源は上記のようなＫｒＦに限るものではなく、ＡｒＦ、  Ｆ２を始め、電子線、Ｘ線など光源一般を含むものとする。また、パターニングされたステンシルマスクをエッチング対象物に密着または非密着させて下地試料をエッチングして作成しても良い。
【０１０９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、簡便に高精度なＴＥＭ観察を行うことのできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の製造工程を示す工程断面図。
【図２】本発明の第１実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の製造工程を示す工程断面図。
【図３】本発明の第１実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の製造工程を示す工程断面図。
【図４】本発明の第１実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の構成を示す断面図。
【図５】本発明の第１実施形態によるＴＥＭ観察試料の製造工程を示す工程断面図。
【図６】本発明の第１実施形態によるＴＥＭ観察試料の製造工程を示す平面図。
【図７】本発明の第１実施形態による透過電子顕微鏡観察方法を説明する斜視図。
【図８】本発明の第１実施形態による透過電子顕微鏡観察方法によって観察されたＴＥＭ観察像を示す写真。
【図９】本発明の第１実施形態による透過電子顕微鏡観察方法によって観察されたＴＥＭ観察像を示す写真。
【図１０】本発明の第２実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の製造工程を示す工程断面図。
【図１１】本発明の第２実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の製造工程を示す工程断面図。
【図１２】本発明の第２実施形態による透過電子顕微鏡観察方法を示す断面図。
【図１３】本発明の第２実施形態による透過電子顕微鏡観察方法によって観察されたＴＥＭ観察像を示す写真。
【図１４】第３実施形態によるＴＥＭ観察試料の構成を示す断面図。
【図１５】第３実施形態による透過電子顕微鏡観察方法を示す斜視図。
【図１６】第４実施形態によるＴＥＭ観察試料の構成を示す断面図。
【図１７】第４実施形態による透過電子顕微鏡観察方法を示す斜視図。
【図１８】第５実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の製造工程を示す工程断面図。
【図１９】第５実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の製造工程を示す工程断面図。
【図２０】第５実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の製造工程を示す工程断面図。
【図２１】第５実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の構成を示す断面図。
【図２２】第５実施形態によるＴＥＭ観察試料の製造工程を示す断面図。
【図２３】第５実施形態によるＴＥＭ観察試料の構成を示す断面図。
【図２４】第５実施形態による透過電子顕微鏡観察方法を説明する斜視図。
【図２５】第６実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の製造工程を示す工程断面図。
【図２６】第６実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の製造工程を示す工程断面図。
【図２７】第６実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の製造工程を示す工程断面図。
【図２８】第６実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の構成を示す断面図。
【図２９】第６実施形態によるＴＥＭ観察試料の構成を示す断面図。
【図３０】第６実施形態によるＴＥＭ観察試料の製造工程を示す平面図。
【図３１】第６実施形態による透過電子顕微鏡観察方法を説明する斜視図。
【図３２】第７実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の構成を示す断面図。
【図３３】第７実施形態によるＴＥＭ観察試料の構成を示す断面図。
【図３４】第７実施形態による透過電子顕微鏡観察方法を説明する斜視図。
【図３５】第８実施形態によるＴＥＭ観察試料の構成を示す断面図。
【図３６】第８実施形態による透過電子顕微鏡観察方法を説明する斜視図。
【図３７】第９実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の構成を示す断面図。
【図３８】第９実施形態による透過電子顕微鏡観察方法を説明する斜視図。
【図３９】第９実施形態の一変形例による透過電子顕微鏡観察用下地試料の構成を示す断面図。
【図４０】第９実施形態の一変形例による透過電子顕微鏡観察方法を説明する斜視図。
【図４１】第９実施形態の他の変形例による透過電子顕微鏡観察用下地試料の構成を示す断面図。
【図４２】第９実施形態の他の変形例による透過電子顕微鏡観察方法を説明する斜視図。
【図４３】本発明の一実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の製造工程を説明する断面図。
【図４４】本発明の一実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の製造工程を説明する断面図。
【図４５】本発明の一実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の製造工程を説明する断面図。
【図４６】本発明の一実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の製造工程を説明する断面図。
【図４７】本発明の一実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の製造工程を説明する断面図。
【図４８】本発明の一実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の製造工程を説明する断面図。
【図４９】本発明の一実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の構成を示す断面図。
【図５０】本発明の一実施形態による透過電子顕微鏡観察用下地試料の突起部の幅と、突起部間の間隔の限界を説明する図。
【図５１】本発明の第１０実施形態による透過電子顕微鏡装置の構成を示しブロック図。
【符号の説明】
１  透過電子顕微鏡観察用下地試料
２  シリコン基板
４  シリコン酸窒化膜
５  ポリシリコン膜
６  シリコン窒化膜
７  シリコン酸化膜
８  シリコン窒化膜
１０  ＴＥＭ観察試料
１２  Ｈｆシリケート膜
１３  金の微粒子
１４  シリコン酸化膜
１５  エピタキシャル成長膜
１６  エピタキシャル成長膜
４０  反射防止膜
５０  レジスト
６０  マスク
７０  ダイシングソー
１００  透過電子顕微鏡装置
１１０  透過電子顕微鏡
１１２  電子銃
１１４  集束レンズ
１１６  対物レンズ
１１８  制限視野絞り
１２０  中間レンズ
１２２  投影レンズ
１２４  蛍光板
１４０  エピタキシャル膜成膜装置
１５０  ロードロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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