(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査電子顕微鏡による試料観察のための試料表面への導電性膜のコーティング方法において、
真空槽と、前記真空槽内に平行に対向して配置された陰極および陽極と、前記陰極に取り付けられた金属ターゲットと、前記陽極に取り付けられた試料とからなる装置を使用し、前記真空槽内へ導入される不活性ガスと炭化水素ガスとの混合ガスの存在下に、前記陰極と前記陽極との間に電圧を印加してグロー放電を生起させプラズマを形成させることにより、前記試料の表面に、前記不活性ガスが電離した陽イオンによって前記金属ターゲットからスパッタリングされる金属粒子と前記炭化水素が分解されて生ずるカーボン粒子とを同時に析出させて、 前記金属粒子と前記カーボン粒子が均等に分散された混合粒子膜からなる導電性膜を形成させることを特徴とするコーティング方法。
【請求項２】
前記炭化水素ガスとしてメタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、およびアセチレンの中の何れか一種のガス、または二種以上の混合ガスを使用する  請求項１に記載のコーティング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は走査電子顕微鏡によって観察する試料を導電性とするために適用されるコーティング方法に関するものであり、更に詳しくは、簡便に適用することができ、かつ試料表面の微細構造の観察を可能とするコーティング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
走査電子顕微鏡は試料に電子線を照射し、試料から放出される二次電子を検出してこれを画像化している。ところが、試料が絶縁性である場合、電子線照射によって試料が帯電し、その帯電が原因となって走査電子線が偏向され、得られる像が歪んだり、流れたりして正確な画像が得られなくなる。この帯電を回避するために、試料の表面を導電性にし、二次電子の放出性を高めるために、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）等の貴金属のコーティングを施すことが従来から広く行われている。貴金属のコーティング方法としては真空蒸着法とスパッタリング法があるが、真空蒸着法は凹凸のある表面構造に対して金属粒子の回り込みが悪いので、一般的にはスパッタリング法が採用されている。このスパッタリング法による場合、導電性を保つのに十分な厚さのコーティングを施すとＡｕ粒子やＰｔ粒子の核成長が起こり、試料の表面構造だけでなく、コーティング膜の核成長した表面構造が観察されてしまうほか、試料表面に微細構造がある場合には、これを核成長した粒子が覆ってしまうので、微細構造の観察ができなくなるという問題がある。しかし、粒子の成長を抑制するべくコーティング膜の厚さを小にすると導電性が不十分となり、上記したように正確な画像が得られなくなる。
【０００３】
そのほか、微細構造の観察可能な方法として、１０-2Ｐａ以下の圧力で試料表面にあらかじめ核成長し難い炭素（Ｃ）をアーク放電によって蒸着し、次いでその上へＰｔを蒸着する方法、および酸化オスミウムをプラズマ重合させるコーティング方法があり実用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体デバイスが走査電子顕微鏡の観察対象となっているように、観察試料は益々微細化している。これに対して従来から広く使用されているＡｕやＰｔをスパッタリングしてコーティングする方法は、上述したように、粒子の成長を伴うので微細構造の観察に難があり、実用されているＣとＰｔとの２層コーティングはＣのコーティングとＰｔのコーティングとを行うので試料作成に複雑な手間を要するほか、Ｐｔの核成長を完全には防ぎ得ず満足のできる方法ではない。また、酸化オスミウによる方法は酸化オスミウに毒性があるほか材料が高価であり、また酸化オスミウムをガス状としてプラズマ重合させる装置が必要であり、従来のＡｕやＰｔをスパッタリングする方法に比して経済性に劣る。
【０００５】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、走査電子顕微鏡の観察試料に簡便に適用することができ、かつ試料表面の微細構造を十分に観察し得るコーティング方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は請求項１の構成によって解決されるが、その解決手段を以下に説明すれば、請求項１のコーティング方法は、真空槽と、真空槽内に平行に対向して配置された陰極および陽極と、陰極に取り付けられた金属ターゲットと、陽極に取り付けられた試料とからなる装置を使用し、真空槽内へ導入される不活性ガスと炭化水素ガスとの混合ガスの存在下に、陰極と陽極との間に電圧を印加してグロー放電を生起させプラズマを形成させることにより、試料の表面に、不活性ガスが電離した陽イオンによって金属ターゲットからスパッタリングされる金属粒子と炭化水素が分解されて生ずるカーボン粒子とを同時に析出させて、金属粒子とカーボン粒子とが均等に分散された混合粒子膜からなる導電性膜を形成させるコーティング方法である。
この様なコーティング方法は、コーティング膜中に分散しているＣ粒子によって金属粒子の核成長が抑制され、試料表面の微細構造に忠実な緻密な膜が形成される。
【０００７】
請求項２のコーティング方法は、炭化水素ガスとして、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、およびアセチレンの中の何れか一種のガス、または二種以上の混合ガスを使用する方法であり、これらのガスは入手、取扱いが簡便であり、廉価であるので、コーティング方法を容易化させ、コーティング・コストを上昇させない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態のコーティング方法は、走査電子顕微鏡によって微細構造を有する試料表面を観察するための試料表面へのコーティング方法において、真空槽内に平行に対向して配置された陰極および陽極を有するスパッタリング装置内へ不活性ガスと炭化水素ガスとの混合ガスを導入しながら一定の真空度、例えば圧力１０〜１Ｐａに維持し、金属ターゲット側の陰極と試料側の陽極との間に直流電圧、例えば１〜７ｋＶを印加し、グロー放電を生起させてプラズマを形成させ、試料の表面に、不活性ガスが電離して生成する陽イオンによって金属ターゲットからスパッタリングされる金属粒子と、炭化水素ガスがプラズマによって分解されて生成するカーボン粒子とを同時に析出させて、金属粒子とカーボン粒子とが均等に分散された混合粒子膜からなる導電性膜を形成させる方法である。
【０００９】
スパッタリングのために、一般的にはアルゴンガス等の不活性ガスがスパッタリング装置内へ導入されるが、本発明のコーティング方法においては、不活性ガスと炭化水素ガスとの混合ガスがスパッタリング装置内へ導入される。不活性ガスとしては、ヘリウム、窒素、ネオン、アルゴン、クリプトン、およびキセノンの中の何れか一種のガス、または二種以上の混合ガスが好適に使用される。炭化水素としてはスパッタリング条件下においてガス状となり得る全ての炭化水素、例えば飽和炭化水素、不飽和炭化水素、ないしは鎖状炭化水素、環状炭化水素が使用され得るが、中でも入手、取扱いが容易であり、廉価な鎖状の飽和炭化水素であるメタン、エタン、プロパン、およびブタンあるいは不飽和炭化水素であるエチレン、アセチレンの中の何れか一種のガス、または二種以上の混合ガスが好適に使用される。
【００１０】
また、不活性ガスと炭化水素ガスとの混合ガス中の炭化水素の好ましい量は５容積％から３０容積％の範囲内にある。すなわち、炭化水素ガスを５容積％以下とすると、得られるコーティング膜中の金属粒子の核成長を抑制することは困難となる。また、炭化水素ガスを３０容積％以上とすると、得られるコーティング膜はＣ粒子の組成比が大になるので二次電子発生効率が低下し走査顕微鏡による鮮鋭な画像を得難くなる。
【００１１】
スパッタリングによってコーティングする金属として、仕事関数が小さく二次電子を放出し易いＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄのような金属単体、またはＡｕ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｐｄのような合金が好ましく使用される。形成させるコーティング膜の好ましい厚さは１０ｎｍから２０ｎｍまでの範囲内にある。５ｎｍ以下では連続膜を得難く、５ｎｍ以上の厚さが必要であり、細部にわたる観察が可能な画像を得るには１０ｎｍ以上の厚さが必要である。また２０ｎｍ以上とすると観察対象の微細構造が覆われてしまうようになる。
【００１２】
また、上述したように本発明のコーティング方法はスパッタリング装置によって行われる。すなわち、最も簡単には直流２極式スパッタリング装置によって行われるが、それ以外に、試料の陽極側にバイアスを印加したスパッタリング装置や、ターゲットの陰極側に磁石を配したマグネトロン方式のスパッタリング装置も採用し得る。勿論、これらの装置には通常使用される不活性ガスの導入手段以外に、炭化水素ガスの導入手段が必要であることは言うまでもない。
【００１３】
【実施例】
以下、走査電子顕微鏡による観察試料に適用される本発明のコーティング方法について、実施例によって図面を参照し具体的に説明する。
【００１４】
図１は本発明の方法が実施されるスパッタリング装置の一例を示す図である。図１の直流２極式スパッタリング装置１０においては、真空槽１内に陰極２と陽極３とが平行に対向して配置されており、それぞれは真空槽１外の直流高圧電源４に接続され、その回路にモニターとしての放電電流計４ｍが設けられている。なお、陽極３は接地されている。そして、陰極２にはコーティング膜用の金属Ｐｔからなるターゲット５が取り付けられ、陽極３には試料ステージ６が設けられて試料７としてシリコン基板が載置される。また、真空槽１には真空排気系８が接続されて真空計としてのイオンゲージ１９が取り付けられている。更には真空槽１内へ導入するアルゴン（Ａｒ）ガスのボンベ１１とプロパン（Ｃ3 Ｈ8 ）ガスのボンベ１２とが、それぞれの可変流量バルブ１１ｖ、可変流量バルブ１２ｖを介して、真空槽１に接続されている。
【００１５】
（実施例１）
上記のスパッタリング装置１０を使用して試料７のフラットな表面に導電性コーティング膜を形成させた。真空排気系８を起動し、真空槽１内の圧力が１Ｐａに維持されるようにして、ボンベ１１からのＡｒガスが９０容積％、ボンベ１２からプロパンガスが１０容積％となるように流量を調整して導入する。そして、陰極２と陽極３との間に直流電圧を印加した。なお、このスパッタリング装置は走査顕微鏡に付属の簡単な装置であるために、電圧計が備わっておらず５ｋＶの直流電圧が印加されるようになっている。両電極間に電流５ｍＡのグロー放電を生じ、ターゲット５と試料ステージ６との間にプラズマ９が形成され、Ａｒが電離されて生成する電子は陽極３へ、またＡｒ+ イオンはターゲット５に衝突する。このＡｒ+ イオンの衝突によってターゲット５から粒子状のＰｔがプラズマ内へ放出され、試料７の表面に析出する。この時、プラズマ中で分解されたプロパンからのＣが試料７の表面に同時に粒子状に析出し、試料７の表面にはＰｔ粒子とＣ粒子とが均等に分散したコーティング膜が形成される。６０秒間のスパッタリングによって厚さ１０ｎｍのコーティング膜ａが得られた。そして、このコーティング膜ａはＰｔ粒子とＣ粒子とが分散した状態にあるために、Ｐｔの核成長が抑制された膜として得られた。そのコーティング膜ａの走査電子顕微鏡写真を図２のＡに示した。
【００１６】
（比較例１）
上記のスパッタリング装置１０を使用し、アルゴン（Ａｒ）ガスは導入するが、プロパンガスは導入しないこと以外は、実施例１と全く同様にして、スパッタリングを施して、試料７の表面にＰｔ単独のコーティング膜ｂを形成させた。このコーティング膜ｂの走査電子顕微鏡写真を図２のＢに示した。
【００１７】
図２のＡと図２のＢとを比較して明らかなように、実施例１のコーティング膜ａを示す図２のＡはＰｔからの二次電子の検出を示す白色部が均一で微小な点状に示されているに対して、比較例１のコーティング膜ｂを示す図２のＢは白色部が大きい粒子状になっていおり、Ｐｔが核成長した状態であることを示している。
【００１８】
上述した実施例１で示した本発明のコーティング方法と、比較例１で示した従来のコーティング方法とを、試料の微細構造に適用された場合を模式的に示せば図３のＡ、図３のＢ、図３のＣの如くになる。すなわち、Ｐｔ粒子を白丸、Ｃ粒子を黒丸で示して、図３のＡは従来のＰｔ単体のコーティングにおいて、Ｐｔの核成長を抑えるためにコーティング量を小にするとＰｔ粒子による連続膜が形成されず導電性が得られない場合を示し、図３のＢは導電性を得るべくＰｔ単体のコーティング量を大にすると連続膜は形成されるが、粒子が集まり大きくなった部分Ｄを生じ試料表面の微細構造を埋めて、微細構造の観察を不能にする場合を示す。これに対して、図３のＣはＰｔ粒子とＣ粒子とが分散したコーティング膜となるために、連続膜を形成させても微細構造を埋めるような大きい粒子が形成されず、微細構造の観察が可能になることを示す。
【００１９】
本実施の形態によるコーティング方法は以上のように構成され作用するが、勿論、本発明はこれに限られることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００２０】
例えば本実施の形態においては、試料のシリコン基板にＰｔ粒子とＣ粒子との分散したコーティング膜を形成させたが、これ以外に使用し得る金属としては、上述したＡｕ、Ｐｄ等の貴金属以外に、例えばモリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、クローム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）なども使用される。
【００２１】
また本実施の形態においては、直流２極式スパッタリング装置１０内の真空度を１Ｐａに維持してスパッタリングを施したが、勿論、真空度はこの値以外の通常的な値、例えば、１Ｐａから１０Ｐａまでの範囲内の圧力を採用し得る。圧力を高くすると、ガス分子と金属粒子との衝突によって散乱の度合いが増大し、凹凸部への回り込みの度合いも増大するが、コーティング膜に緻密さが失われ易いので、鮮明な画像を得難くなる。
【００２２】
【発明の効果】
走査電子顕微鏡の観察試料に適用される本発明のコーティング方法は以上に説明したような形態で実施され、次に記載するような効果を奏する。
【００２３】
請求項１のコーティング方法によれば、不活性ガスと炭化水素ガスとの混合ガスをスパッタリング装置内へ導入して金属をスパッタリングさせるという簡便な方法によって、試料表面に金属粒子とＣ粒子とが分散し核成長のない導電性のコーティング膜を形成させることができるので、試料表面の微細構造をそのまま観察することを可能ならしめる。
【００２４】
請求項２のコーティング方法によれば、炭化水素ガスとして入手、取扱いが簡便で廉価なメタン、エタン、プロパン、エチレン、アセチレンおよびブタンの中の何れか一種のガス、または二種以上の混合ガスを使用するので、コーティング方法を簡易化させ、コーティング・コストの上昇を防ぐ。
【００２５】
また、スパッタリング装置内へ導入する不活性ガスと炭化水素ガスとの混合ガス中の炭化水素の量を５容積％から３０容積％までの範囲内とすることにより、金属粒子にＣ粒子が分散して核成長が効果的に抑制され、微細構造に忠実なコーティング膜が得られる。また、Ｃ粒子と共にＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄのような金属単体、またはＡｕ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｐｄのような合金からなる金属粒子を含む二次電子放出効率が大きいコーティング膜が形成されるので、観察対象としての微細構造の鮮明な画像を与える。さらに試料表面に形成された厚さ１０ｎｍから２０ｎｍまでの範囲内のコーティング膜は、試料表面の微細構造の観察を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態で使用するスパッタリング装置を示す縦断面図である。
【図２】Ａは実施例１で得られたコーティング膜の走査電子顕微鏡による写真であり、Ｂは比較例１で得られたコーティング膜の走査電子顕微鏡による写真である。
【図３】Ａは凹凸のある試料表面に対して、従来のＰｔコーティングにおいて、コーティング量を小とした場合を概念的に説明する断面図であり、Ｂは従来のＰｔコーティングにおいて、コーティング量を大とした場合を概念的に説明する断面図であり、Ｃは本発明のＰｔ−Ｃコーティングを概念的に説明する断面図である。
【符号の説明】
１    真空槽
２    陰極
３    陽極
４    直流高圧電源
５    ターゲット
６    試料ステージ
７    試料
８    真空排気系
９    グロー放電領域
１０  直流２極式スパッタリング装置
１９  イオンゲージ
【図１】
0004017268.tif 000002
【図２】
0004017268.tif 000003
【図３】
0004017268.tif 000004