(57)【要約】【課題】  多層膜からなる試料の層間にある特定面を選択的に残存させた平面ＴＥＭ試料を容易に作製する。【解決手段】  平面ＴＥＭ試料作製装置はグロー放電発光分光分析（ＧＤＳ）装置部１０２とイオンミリング装置部１０３とを備え、多層膜からなる試料５に含まれる特定元素に対応した制御プログラムを設定する。ＧＤＳ装置部１０２を駆動しスパッタリング深さ方向を確認しながら試料５を特定面が露出するまでスパッタし、次にイオンミリング装置部１０３を駆動し、ＧＤＳ装置部１０２による測定領域において試料５を反対の面からイオンミリングでスパッタすることで、多層膜からなる試料５の層間に形成された特定面を破壊することなく選択的に残存させて薄膜化した平面ＴＥＭ試料を作製する。【選択図】  図１
2005069924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グロー放電発光分光分析装置部と、イオンミリング装置部と、前記グロー放電発光分光分析装置部と前記イオンミリング装置部のそれぞれの駆動の開始および停止を制御する制御回路とを備え、
前記グロー放電発光分光分析装置部は、
央部に開口部が設けられ陰極として機能する試料ステージ上に試料を保持し、前記試料の表面側に陽極管を配置して前記試料ステージと前記陽極管との間に高周波電圧を印加することにより、前記試料の表面を平面状にスパッタリングするとともに前記スパッタリングされた試料の粒子がグロー放電発光されるグロー放電ランプ部と、
前記スパッタリングされた試料の粒子のグロー放電発光線を分光する分光器と、
各々異なる元素ごとに設置され前記分光器で分光された光を検出する複数の光検出器と、
各々の前記光検出器で検出される分光された光の強度の時間的変化を測定することによって前記試料の深さ方向の元素プロファイルを求める測光部とを設け、
前記イオンミリング装置部は、
前記試料の裏面側から前記試料ステージの開口部を介して前記試料の裏面にイオンビームを照射することによりイオンミリングを行うイオンミリング銃と、
特定の波長をもつ試料開孔状態検出用レーザー光を前記試料ステージの開口部を介して前記試料の裏面へ照射するレーザー光源と、
前記試料の前記試料開孔状態検出用レーザー光が照射される部分が前記イオンミリングにより開孔されたときに前記試料開孔状態検出用レーザー光を検出するレーザー光検出器とを設けた平面ＴＥＭ試料作製装置。
【請求項２】
前記グロー放電ランプ部の前記陽極管の管径で設定される試料測定領域の径が３ｍｍΦであり、
前記試料ステージの開口部は、前記試料測定領域に対向した前記試料の裏面側の領域で確実にイオンミリングができる程度の大きさであることを特徴とする請求項１に記載の平面ＴＥＭ試料作製装置。
【請求項３】
前記イオンミリング銃は、前記試料の裏面へ入射するイオンビームの角度を２度〜1５度の間で調整可能であり、前記イオンミリング銃は真空チャンバー内に設けられ、前記イオンミリング銃は前記真空チャンバーの内周面に設けられた回転レールに沿って回転しながら前記試料ステージの開口部に向けてイオンビームを照射することを特徴とする請求項１に記載の平面ＴＥＭ試料作製装置。
【請求項４】
前記制御回路は、
前記グロー放電発光分光分析装置部の駆動を開始し、前記測光部で求められる元素プロファイルに基づいて前記試料内部の特定層の表面が露出するまでスパッタリングされたことを検知すると前記グロー放電発光分光分析装置部の駆動を停止させる第1制御プログラムと、
前記グロー放電発光分光分析装置部の駆動を停止させた後、前記イオンミリング装置部の駆動を開始する第2制御プログラムと、
前記レーザー光検出器での試料開孔状態検出用レーザー光の検出に応答して前記イオンミリング装置部の駆動を停止する第3制御プログラムとに基づいて、
前記グロー放電発光分光分析装置部と前記イオンミリング装置部のそれぞれの駆動の開始および停止を制御することを特徴とする請求項１に記載の平面ＴＥＭ試料作製装置。
【請求項５】
前記制御回路の前記第1制御プログラムにおける前記試料内部の特定層の表面が露出するまでスパッタリングされたことの検知は、前記測光部で求められる１つまたは２つ以上の特定元素の元素プロファイルに基づくものであることを特徴とする請求項４に記載の平面ＴＥＭ試料作製装置。
【請求項６】
請求項１に記載の平面ＴＥＭ試料作製装置を用いて、多層膜で構成された多層膜試料から前記多層膜の内部の特定層を観察対象とする平面ＴＥＭ試料を作製する平面ＴＥＭ試料作製方法であり、
前記多層膜試料を試料ステージ上に保持し、グロー放電発光分光分析装置部を駆動させて前記多層膜試料の表面を平面状にスパッタリングを行い、測光部で求められる元素プロファイルに基づいて前記多層膜試料の前記特定層の表面が露出するまで前記スパッタリングされたことを検知すると前記グロー放電発光分光分析装置部の駆動を停止させる工程と、
前記グロー放電発光分光分析装置部の駆動を停止させた後、イオンミリング装置部を駆動させて前記多層膜試料の裏面にイオンビームを照射することによりイオンミリングを行い、レーザー光検出器での試料開孔状態検出用レーザー光の検出に応答して前記イオンミリング装置部の駆動を停止させる工程とを含む平面ＴＥＭ試料作製方法。
【請求項７】
前記多層膜試料の前記特定層の表面が露出するまで前記スパッタリングされたことの検知は、測光部で求められる１つまたは２つ以上の特定元素の元素プロファイルに基づくものであることを特徴とする請求項６に記載の平面ＴＥＭ試料作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に多層膜からなる試料について、特定の面を選択的に残存させて薄膜化し電子顕微鏡で観察するための平面ＴＥＭ試料を作製する平面ＴＥＭ試料作製装置と平面ＴＥＭ試料作製装置を用いた平面ＴＥＭ試料作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８に従来のグロー放電発光分光分析装置を示す。気体圧力が４〜１０Ｔｏｒｒ程度のアルゴン（Ａｒ）雰囲気中で、二つの電極間に高周波の高電圧を印加すると、グロー放電が起こり、Ａｒイオンが生成される。生成したＡｒイオンは高電界で加速されて陰極表面に衝突し、そこに存在する物質をたたき出す。この現象をスパッタリングと呼ぶが、スパッタされた粒子（原子、分子、イオン）はプラズマ中で励起されて基底状態に戻る際にその元素に固有の波長の光を放出する。この発光線を分光器で分光して元素を同定する分析方法が、グロー放電発光分光分析方法と呼ばれている。このグロー放電発光分光分析方法を具現化した分析装置におけるグロー放電管として、図８に示すように中空陽極型のグリムグロー放電管１が一般的に用いられている。このグリムグロー放電管１は、陰極となる支持ブロック２と陽極ブロック３とが、絶縁物であるテフロン（登録商標）ワッシャ４を介して接合されている。陽極ブロック３は、Ａｒガス供給孔３ａと、第１および第２真空排気孔３ｂ、３ｃとを有しており、管内のグロー放電空間ＶがＡｒの希ガス雰囲気（４〜１０Ｔｏｒｒ）とされている。陽極ブロック３におけるグロー放電空間Ｖには、中空陽極管３ｄが一体形成されており、この陽極管３ｄは、テフロン（登録商標）ワッシャ４を貫通して支持ブロック２の内方のグロー放電空間Ｖに収納されている。分析対象の試料５は、その分析面を含む表面５ａをＯリングなどのシール材６を介して陽極管３ｄに対向するよう支持ブロック２に機密状態で押し付けられている。このグリムグロー放電管１は、陽極ブロック３と支持ブロック２との間に電源部７により高電圧を印加してグロー放電を発生させると共に、一般に銅からなる支持ブロック２を通じ試料５に負電圧を印加し、グロー放電の発生により生成されるＡｒイオンを試料５の表面５ａに衝突させて、試料５を平面状にスパッタリングし、たたき出された粒子がプラズマにより励起され発光する。グロー放電のプラズマからの発光線８は、アノードの中空部を通り分光器１１に導かれレンズ９で集光されたあと、入射スリット１０を通過して回折格子１２により分光され、分光された光１３は、元素ごとに設置された光検出器１４により同時測定され、その測光部１５で光強度の時間変化から深さ分布が測定される。このように、試料５の表面５ａをスパッタリングして平面状に分散した粒子のグロー放電発光分光分析を行い、特定元素に着目することによって、異なる組成の粒子が混在する場合であっても、平面状に分散した粒子に対するグロー放電発光分析によって特定元素の発光線を検出し、粒子に含まれる特定元素の発光線データから、異なる組成の粒子ごとの粒子測定を行うものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
次に、電子顕微鏡観察のためにイオンビームを用いて試料を薄膜化する従来のイオンミリング装置を図９に示す。このイオンミリング装置１７に用いる試料５は、図１０（ａ１）の研磨前の状態から図１０（ｂ）の研磨後の状態に示すように、予め機械研磨して厚さを３０μｍ程度として３ｍｍΦの単孔メッシュ１６に貼り付けられた試料５を用意する。図１０（ａ２）は単孔メッシュ１６の平面図である。図１０（ｂ）の機械研磨された試料５の研磨面５ｂに対して浅い角度でイオンビーム１９を照射するように、イオンミリング装置１７の試料ステージ２４に試料５を固定する。イオンミリング銃１８からイオンビーム１９を照射させて、試料５の研磨面５ｂをイオンミリングする。試料５を挟んで対向する位置にレーザー光などの試料開孔状態検出用光ビーム２０の光源２１および光センサー２２を配置し、この状態でイオン研磨を行うと、図１０（ｃ）に示すように、試料５の中心部付近に微小な孔が開く。このとき研磨面５ｂと反対面に配置された光源２１から照射された光ビーム２０が孔を通過して光センサー２２が光ビーム到達の検出信号をイオンミリング装置制御系２３に送信して、イオンビーム装置１７はイオンビーム１９の照射を自動的に停止することにより、ＴＥＭ試料作製を行うものである（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１―２９５２２４号公報（第２−７頁、第１図）
【特許文献２】特開平１０−６２３２３号公報（第２−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のグロー放電発光分光分析装置では、多層膜からなる試料において深さ方向の元素の情報を得ることはできるが、構造観察を行う場合には、試料を別の試料作製装置に入れ替えて別個に平面ＴＥＭ試料を作製する必要があった。
【０００５】
さらに、多層膜から構成される試料の層間にある任意の特定面についての平面ＴＥＭ試料を作製する場合、上記従来のＴＥＭ試料作製方法のように、機械研磨とイオンミリングによると、試料作製工程中でどの層を切削しているかを確認することは困難でかつ任意の特定面を破壊する危険性を伴うため、多層膜について層間にある任意の特定面を選択的に残存させて試料を薄膜化することは極めて困難であった。
【０００６】
そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、グロー放電発光分光分析により検出できる特定の元素を含んだ多層膜からなる試料について、試料の層間にある特定面について、グロー放電発光分光分析を利用して試料作製工程中のスパッタリング位置を確認しながら選択的に特定面を残存させて薄膜化して平面ＴＥＭ試料を作製することができる平面ＴＥＭ試料作製装置および平面ＴＥＭ試料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】
上記課題を解決するため、本発明の平面ＴＥＭ試料作製装置は、グロー放電発光分光分析装置部と、イオンミリング装置部と、グロー放電発光分光分析装置部とイオンミリング装置部のそれぞれの駆動の開始および停止を制御する制御回路とを備え、グロー放電発光分光分析装置部は、央部に開口部が設けられ陰極として機能する試料ステージ上に試料を保持し、試料の表面側に陽極管を配置して試料ステージと陽極管との間に高周波電圧を印加することにより、試料の表面を平面状にスパッタリングするとともにスパッタリングされた試料の粒子がグロー放電発光されるグロー放電ランプ部と、スパッタリングされた試料の粒子のグロー放電発光線を分光する分光器と、各々異なる元素ごとに設置され分光器で分光された光を検出する複数の光検出器と、各々の光検出器で検出される分光された光の強度の時間的変化を測定することによって試料の深さ方向の元素プロファイルを求める測光部とを設け、イオンミリング装置部は、試料の裏面側から試料ステージの開口部を介して試料の裏面にイオンビームを照射することによりイオンミリングを行うイオンミリング銃と、特定の波長をもつ試料開孔状態検出用レーザー光を試料ステージの開口部を介して試料の裏面へ照射するレーザー光源と、試料の試料開孔状態検出用レーザー光が照射される部分がイオンミリングにより開孔されたときに試料開孔状態検出用レーザー光を検出するレーザー光検出器とを設けている。
【０００８】
また、本発明において、グロー放電ランプ部の陽極管の管径で設定される試料測定領域の径が３ｍｍΦであり、試料ステージの開口部は、試料測定領域に対向した試料の裏面側の領域で確実にイオンミリングができる程度の大きさであることが好ましい。
【０００９】
また、本発明において、イオンミリング銃は、試料の裏面へ入射するイオンビームの角度を２度〜1５度の間で調整可能であり、イオンミリング銃は真空チャンバー内に設けられ、イオンミリング銃は真空チャンバーの内周面に設けられた回転レールに沿って回転しながら試料ステージの開口部に向けてイオンビームを照射することが好ましい。
【００１０】
また、本発明において、制御回路は、グロー放電発光分光分析装置部の駆動を開始し、測光部で求められる元素プロファイルに基づいて試料内部の特定層の表面が露出するまでスパッタリングされたことを検知するとグロー放電発光分光分析装置部の駆動を停止させる第1制御プログラムと、グロー放電発光分光分析装置部の駆動を停止させた後、イオンミリング装置部の駆動を開始する第2制御プログラムと、レーザー光検出器での試料開孔状態検出用レーザー光の検出に応答してイオンミリング装置部の駆動を停止する第3制御プログラムとに基づいて、グロー放電発光分光分析装置部とイオンミリング装置部のそれぞれの駆動の開始および停止を制御することが好ましい。
【００１１】
この場合、制御回路の第1制御プログラムにおける試料内部の特定層の表面が露出するまでスパッタリングされたことの検知は、測光部で求められる１つまたは２つ以上の特定元素の元素プロファイルに基づくものとすることができる。
【００１２】
また、本発明の平面ＴＥＭ試料作製方法は、本発明の平面ＴＥＭ試料作製装置を用いて、多層膜で構成された多層膜試料から多層膜の内部の特定層を観察対象とする平面ＴＥＭ試料を作製する平面ＴＥＭ試料作製方法であり、多層膜試料を試料ステージ上に保持し、グロー放電発光分光分析装置部を駆動させて多層膜試料の表面を平面状にスパッタリングを行い、測光部で求められる元素プロファイルに基づいて多層膜試料の特定層の表面が露出するまでスパッタリングされたことを検知するとグロー放電発光分光分析装置部の駆動を停止させる工程と、グロー放電発光分光分析装置部の駆動を停止させた後、イオンミリング装置部を駆動させて多層膜試料の裏面にイオンビームを照射することによりイオンミリングを行い、レーザー光検出器での試料開孔状態検出用レーザー光の検出に応答してイオンミリング装置部の駆動を停止させる工程とを含む。
【００１３】
また、この場合、多層膜試料の特定層の表面が露出するまでスパッタリングされたことの検知は、測光部で求められる１つまたは２つ以上の特定元素の元素プロファイルに基づくものとすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、グロー放電発光分光分析装置部とイオンミリング装置部とそれらを制御する制御回路とを備えた平面ＴＥＭ試料作製装置を用い、試料の片面をグロー放電発光分光分析によって深さ方向の元素プロファイルを求めながら試料表面を平面状にスパッタリングして試料の特定層の表面を露出させ、次に、イオンミリング装置部の駆動を開始させ、試料のグロー放電によってスパッタリングされた領域について反対側の試料面をイオンミリングでスパッタし、試料が開孔すると瞬時に試料開孔状態検出用レーザー光をレーザー光検出器で検出しイオンミリング装置部の駆動を停止させることによって、試料の特定面を選択的に残存させて薄膜化した平面ＴＥＭ試料を作製できる。
【００１５】
したがって、平面ＴＥＭ試料作製装置としてグロー放電発光分光分析装置部とイオンミリング装置部とを組み合わせているので試料を入れ替える工程を省略し、グロー放電発光分光分析装置部により試料を特定面（特定層の表面）までスパッタする際に、この測光部で同時測定している元素プロファイルに基づき、試料のスパッタリング深さ方向を確認しながら試料をスパッタリングすることが出来、さらに試料を反対の面からイオンミリングで薄膜化するために、多層膜からなる試料の特定面が層間にあった場合でも、その試料の特定面を破壊することなく選択的に残存させた平面ＴＥＭ試料を容易に作製することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、試料の構成元素に対応させて平面ＴＥＭ試料作製装置の制御プログラムを設定することが出来るため、多層膜からなる試料の特定面についてのＴＥＭ用試料作製を自動化することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図１〜図７の図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に関わる平面ＴＥＭ試料作製方法の実施に供される平面ＴＥＭ試料作製装置１０１を示す概略構成図である。この平面ＴＥＭ試料作製装置１０１は、図１に示すように試料５を配置し、グロー放電発光分光分析（以下、ＧＤＳと略す）装置部１０２とイオンミリング装置部１０３とそれらを制御する制御系１０４から構成される。
【００１９】
図２は、平面ＴＥＭ試料作製装置１０１に用いる試料５の一例を示す図であり、この試料５はＳｉ半導体デバイスであり、Ｓｉ基板５Ｂ上に半導体パターン５Ｐを形成し、半導体パターン５Ｐ側の試料面５ｂに単孔メッシュ１６（図１では図示せず）が貼り付けられている。詳しくは後述する。
【００２０】
この平面ＴＥＭ試料作製装置１０１に備えたＧＤＳ装置部１０２は、グロー放電ランプ部Ｇ１と、分光器部Ｇ２と、測光部Ｇ３と、試料ハンドリング部Ｇ４と、制御系１０４から構成される。
【００２１】
図３に示すように、上記ＧＤＳ装置部１０２のグロー放電ランプ部Ｇ１は、その空間Ｇ１０２内をＡｒを分析用ガスとしてＡｒガスを流しながら真空排気を行って低真空雰囲気に保ち、試料測定領域が３ｍｍΦの陽極管Ｇ１０１と、陽極管Ｇ１０１の外周を絶縁材料で被覆した外周部Ｇ１０４と、放電用の電源として高周波電源を用いた電源Ｇ１０３で構成される。次に、ＧＤＳ装置部１０２の分光器部Ｇ２は、図１に示すように、軽元素の測定にも使用できる真空容器Ｇ２０１と、グロー放電で発光した発光線Ｇ２０６を集光するレンズＧ２０２と、発光線Ｇ２０６の入射スリットＧ２０３と、発光線Ｇ２０６を分光するための回折格子Ｇ２０４と、分光した光Ｇ２０６ａの出射スリットＧ２０５と、Ｈ、Ｃ、Ｎ、Ｏなどの軽元素も含めた元素毎の特定波長の発光線を検出できる光検出器Ｇ２０７およびイオンミリング装置部１０３に備えた試料開孔確認用光ビームを検出できる光検出器Ｇ２０８とを備えて構成される。次に、ＧＤＳ装置部１０２の測光部Ｇ３は、表面分析のプロファイルを同時測定する機能を備えて構成される。試料ハンドリング部Ｇ４は、搬送用支柱Ｇ４０１と試料ステージＧ４０２から構成され、試料ハンドリング部Ｇ４は試料ステージＧ４０２が搬送用支柱Ｇ４０１に沿ってイオンミリング装置部内を昇降できるように構成され、試料ハンドリング部Ｇ４の試料ステージＧ４０２は、図３に示すように２ｍｍΦの開口部Ｇ４０２ａをグロー放電の測定領域に対向して備えた金属材から構成され、グロー放電ランプ部Ｇ１の陰極としての役割を果たすものである。
【００２２】
なお、試料ハンドリング部Ｇ４の試料ステージＧ４０２の開口部Ｇ４０２ａは、３ｍｍΦ未満で、かつ、陽極管Ｇ１０１の管径で設定される３ｍｍΦの試料測定領域が確実にイオンミリングできる任意の大きさであれば良い。
【００２３】
平面ＴＥＭ試料作製装置１０１に備えた制御系１０４は、測光部Ｇ３で得た元素プロファイルを読み込みＧＤＳ装置部１０２を制御できる制御回路（制御プログラム）Ｐを備え、この制御回路Ｐは、特定の元素プロファイルにおける光強度の変化に伴いＧＤＳ装置部１０２の高周波電源Ｇ１０３の定電圧を変化させるプログラムＰ１と、特定の元素プロファイルにおける光強度の変化に伴いＧＤＳ装置部１０２の高周波電源Ｇ１０３を落としてＧＤＳ装置部１０２を停止するプログラムＰ２と、２つ以上の特定元素のプロファイルにおける光強度の変化に伴い上記プログラムＰ１を組み合わせたプログラムＰ３と、ＧＤＳ装置部１０２を停止すると平面ＴＥＭ試料作製装置１０１に備えたイオンミリング装置部１０３の駆動を開始するプログラムＰ４と、イオンミリング装置部１０３の試料開孔確認用光ビームＩ１０５を回折格子Ｇ２０４で分光した光Ｉ１０５ａをＧＤＳ装置の分光器部Ｇ２（光検出器Ｇ２０８）、測光部Ｇ３で検出するとイオンミリング駆動を停止するプログラムＰ５とを備えて構成される。
【００２４】
次に、平面ＴＥＭ試料作製装置１０１に備えたイオンミリング装置部１０３について図６を用いて説明する。イオンミリング装置部１０３は、ＧＤＳ装置部１０２のグロー放電の陰極管としての役割を果たす２ｍｍΦの開口部Ｇ４０２ａを備えた金属材から構成される試料ステージＧ４０２を備えて支柱Ｇ４０１に沿って昇降できる試料ハンドリング部Ｇ４と、イオンミリング装置部１０３の真空チャンバーＩ１０２の側壁（図示せず）の内周に備えた回転レールＩ１０３に沿って回転し、かつ試料５へ入射するイオンビーム１９の角度θを２度〜1５度の間で角度調整が可能なイオンミリング銃Ｉ１０４と、イオンミリング銃Ｉ１０４を回転レールＩ１０３に沿って回転・停止させるとともにイオンビーム１９の照射・停止および照射角度の調整を行うイオンミリング駆動回路Ｉ１０７と、上記ＧＤＳ装置部１０２の分光器部Ｇ２・測光部Ｇ３で検出できかつ試料を透過しない固有の波長をもつ試料開孔確認用光ビームＩ１０５を発生する試料開孔確認用光ビーム光源Ｉ１０６と、制御系１０４で設定されたイオンミリングの駆動を開始させる制御プログラムＰ４とイオンミリング装置部１０３に備えた光源Ｉ１０６から発光した固有波長の光ビームＩ１０５を検出するとイオンミリング駆動回路Ｉ１０７を停止するイオンミリング自動停止が出来る制御プログラムＰ５とで制御されて構成される。
【００２５】
次に、本発明の実施形態に関わる平面ＴＥＭ試料作製方法で用いる平面ＴＥＭ観察用試料の例を図２に示す。図２（ａ）には平面ＴＥＭ観察用試料の一例を示しており、任意の大きさに切り出した試料５はＳｉ半導体デバイスであり、Ｓｉ基板５Ｂ上に、層間膜にＳｉ酸化膜を用い５層からなるＡｌ金属配線の半導体パターン５Ｐを形成し、ここではＳｉ基板５Ｂから１層目５０１、２層目５０２と数えて３層目の金属配線層５０３をＴＥＭ観察する特定面とする。また、図２（ｂ）に示すように試料５の半導体パターン５Ｐ側の試料面５ｂに３ｍｍΦの単孔メッシュ１６を予め貼り付けておく。
【００２６】
なお、本発明の実施形態に関わる試料５は、Ｓｉ半導体デバイス以外にも、半導体レーザーデバイスや鋼板など、ＧＤＳ装置部１０２で検出できる特定元素を含む多層膜からなる試料を用いることが出来る。また、単孔メッシュ１６は試料５を薄膜化する工程のあとで貼り付けることが出来る。
【００２７】
次に、本発明の実施形態に関わる平面ＴＥＭ試料作製方法の一例について、図１〜図７を参照しながら詳細に説明する。ここで、試料５のＳｉ基板５Ｂ側からＧＤＳ装置部１０２でスパッタリングし、試料５の半導体パターン５Ｐ側からイオンミリング装置部１０３でイオンミリングしてＴＥＭ試料を作製する場合について説明する。
【００２８】
なお、試料５の向きは、試料の構成によって変えても良い。
【００２９】
平面ＴＥＭ試料作製装置の制御系１０４には、試料の特定面である３層目金属配線５０３を選択して残存させることが出来るように、制御プログラムＰを設定する。制御プログラムＰは、図５の模式的な図で示す元素プロファイル（ｂ）に示すように、試料５の第１層目金属配線５０１、第２層目金属配線５０２を順にＧＤＳ装置部１０２でスパッタリングして同時測定で得られるＡｌ光強度について、２つめの光強度が下がり、なおかつ第２層目金属配線５０２と第３層目金属配線５０３の間にあるＳｉ酸化膜の酸素（Ｏ）光強度が検出された図５の破線Ｌで示す深さ位置においてＧＤＳ装置部１０２を停止し、イオンミリング駆動開始して試料５が開孔したら停止する制御プログラムＰ１〜Ｐ５の組み合わせによって構成される。
【００３０】
図３に示すように、試料５は、試料ステージＧ４０２側に半導体デバイスパターン５Ｐを、ＧＤＳ装置部２の陽極管Ｇ１０１側に試料５のＳｉ基板５Ｂを配置する向きにして、なおかつ試料ステージ開口部Ｇ４０２ａの位置に試料５に貼り付けた単孔メッシュ１６の開口が配置されるようにして試料５を試料ステージＧ４０２上に載せ、イオンミリング装置部１０３内にハンドリングされる。ＧＤＳ装置部１０２およびイオンミリング装置部１０３で真空排気を行い低真空雰囲気に保ち、十分な低真空雰囲気に到達すると支柱Ｇ４０１に沿って試料ステージＧ４０２が上昇し、ＧＤＳ装置部１０２の中空状に形成した陽極管Ｇ１０１と試料５とを対向配置する。図３に示すＧＤＳ装置部１０２は、Ａｒガスを流しながら真空排気を行い低真空雰囲気に保ち、試料５に高周波電力を供給して、試料５と陽極管Ｇ１０１との間に安定したＡｒのグロー放電プラズマを形成する。
【００３１】
プラズマの正イオンは、試料のＳｉ基板５Ｂ側から試料表面を均一にスパッタリングし、スパッタリングされた試料の原子は、プラズマ中で励起されて元素特有の光を発光する。図１に示すようにＧＤＳ装置部１０２は、この発光線Ｇ２０６を回折格子Ｇ２０４で分光して光検出器Ｇ２０７で元素毎の特定波長の発光線が検出される。
【００３２】
光検出器Ｇ２０７で検出された信号は測光部Ｇ３へ送られ、測光部Ｇ３によって得られる元素固有の発光線Ｇ２０６の発光強度の時間的変化を測定することによって、試料５のＳｉ基板からの試料深さ方向の元素分布を求めることが出来、試料５の配線パターンの１層目、２層目と試料深さ方向を確認しながらスパッタリングしていくことが出来る。２層目配線５０２の上層部の図５に示す線Ｌの深さまでスパッタされると、求めた元素プロファイルに基づいて予め設定した制御プログラムＰによって、ＧＤＳ装置部１０２の制御系１０４を介して、特定面の３層目配線５０３を選択的に残存させた状態（図４）でＧＤＳ装置部１０２を停止する。
【００３３】
次に、予め設定した制御プログラムＰによって、平面ＴＥＭ試料作製装置１０１に備えたイオンミリング装置部１０３が駆動を自動的に開始する。図６に示すように、イオンミリング銃Ｉ１０４を試料５に対して例えば５度でイオンビーム１９を入射できるように予め角度調整を行い、イオンミリング装置部１０３内で回転レールＩ１０３に沿ってイオンミリング銃Ｉ１０４を回転させる。イオンミリング装置部１０３にＡｒガス供給部からＡｒガスを供給し、固有波長をもつ試料開孔確認用光ビームＩ１０５を光源Ｉ１０６から試料５に照射しながら、ＧＤＳ装置部１０２でスパッタされた領域について、試料５の半導体デバイスパターン５Ｐ側からＡｒイオンによるイオンミリングを行う。イオンミリングによって試料５の一部がわずかに開孔すると、試料開孔確認用光ビームＩ１０５が試料５の開孔部を通過してＧＤＳ装置部１０２の分光器部Ｇ２へ導かれ、その光検出器Ｇ２０８および測光部Ｇ３で検出することにより、予め設定しておいた制御プログラムＰによりイオンミリング駆動回路Ｉ０１７を介してイオンミリング装置部１０３を停止することにより、ＧＤＳ装置部１０２によるスパッタリングで残存させた３層目配線５０３を、イオンミリング装置部１０３で半導体パターン５Ｐ側からイオンミリングして、図７に示すように特定面とした３層目配線５０３を選択的に残存させてＴＥＭで観察できる十分な試料厚さまで薄膜化することが出来る。試料５に貼り付けた単孔メッシュ１６の外周に沿って試料５を切り出し、平面ＴＥＭ試料を作製することが出来る。
【００３４】
以上のように本実施形態によれば、平面ＴＥＭ試料作製装置としてＧＤＳ装置部１０２とイオンミリング装置部１０３とを組み合わせているので試料５を入れ替える工程を省略し、ＧＤＳ装置部１０２により試料５を特定面（特定層の表面）までスパッタする際に、この測光部Ｇ３で同時測定している元素プロファイルに基づき、試料５のスパッタリング深さ方向を確認しながら試料５をスパッタリングすることが出来、さらに試料５を反対の面からイオンミリングで薄膜化するために、多層膜からなる試料５の特定面が層間にあった場合でも、その試料５の特定面を破壊することなく選択的に残存させた平面ＴＥＭ試料を容易に作製することができる。
【００３５】
また、試料５の構成元素に対応させて平面ＴＥＭ試料作製装置の制御プログラムを設定することが出来るため、多層膜からなる試料５の特定面についてのＴＥＭ用試料作製を自動化することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明にかかる平面ＴＥＭ試料作製装置および作製方法は、多層膜からなる試料の特定面を破壊することなく選択的に残存させた平面ＴＥＭ試料を容易に作製することができ、多層膜からなる試料の特定の面を選択的に残存させて薄膜化し電子顕微鏡で観察するための平面ＴＥＭ試料等の作製に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態における平面ＴＥＭ試料作製装置の概要図。
【図２】本発明の実施形態における試料の断面構造図(ａ)とその概要図（ｂ）。
【図３】本発明の実施形態における平面ＴＥＭ試料作製方法の工程１における平面ＴＥＭ試料装置に備えたグロー放電発光分光分析装置部の概要図。
【図４】本発明の実施形態における平面ＴＥＭ試料作製方法の工程２における平面ＴＥＭ試料装置に備えたグロー放電発光分光分析装置部の概要図。
【図５】本発明の実施形態における平面ＴＥＭ試料作製方法の工程２に用いる試料断面概略図(ａ)と元素プロファイルの模式図（ｂ）。
【図６】本発明の実施形態における平面ＴＥＭ試料作製方法の工程３に用いる平面ＴＥＭ試料装置に備えたイオンミリング装置部の概要図。
【図７】本発明の実施形態における平面ＴＥＭ試料作製方法により作製された平面ＴＥＭ試料の開孔部近傍の断面簡略図。
【図８】従来例のグロー放電発光分光分析装置の概要図。
【図９】従来例のイオンミリング装置の概要図。
【図１０】従来例の平面ＴＥＭ試料作製方法を説明するための概要図(ａ１)、(ａ２)、（ｂ）、（ｃ）。
【符号の説明】
【００３８】
１０１      平面ＴＥＭ試料作製装置
１０２      グロー放電発光分光分析装置部
１０３      イオンミリング装置部
１０４      制御系
５          試料
５０３      ３層目の金属配線層（試料特定面）
Ｇ１        グロー放電ランプ部
Ｇ２        分光器部
Ｇ３        測光部
Ｇ４        試料ハンドリング部
Ｇ１０１    陽極管
Ｇ１０３    高周波電源
Ｇ２０２    レンズ
Ｇ２０３    入射スリット
Ｇ２０４    回折格子
Ｇ２０５    出射スリット
Ｇ２０６    発光線
Ｇ２０７    光検出器
Ｇ２０８    試料開孔確認用光ビームの光検出器
Ｇ４０２    試料ステージ
Ｇ４０２ａ  開口部
Ｉ１０３    回転レール
Ｉ１０４    イオンミリング銃
Ｉ１０５    試料開孔確認用光ビーム
Ｉ１０６    光源
Ｉ１０７    イオンミリング駆動回路
【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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