JP3735614B2 - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3735614B2 JP3735614B2 JP2003076357A JP2003076357A JP3735614B2 JP 3735614 B2 JP3735614 B2 JP 3735614B2 JP 2003076357 A JP2003076357 A JP 2003076357A JP 2003076357 A JP2003076357 A JP 2003076357A JP 3735614 B2 JP3735614 B2 JP 3735614B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electron microscope
- transmission electron
- sample
- observation
- tem
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Description
【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。
【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５１を参照して説明する。図５１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
【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。
【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５１を参照して説明する。図５１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
Claims (5)
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003076357A JP3735614B2 (ja) | 2003-03-19 | 2003-03-19 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003076357A JP3735614B2 (ja) | 2003-03-19 | 2003-03-19 | 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004286486A JP2004286486A (ja) | 2004-10-14 |
| JP3735614B2 true JP3735614B2 (ja) | 2006-01-18 |
Family
ID=33291439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003076357A Expired - Fee Related JP3735614B2 (ja) | 2003-03-19 | 2003-03-19 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3735614B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4947965B2 (ja) * | 2005-12-06 | 2012-06-06 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 透過型電子顕微鏡用の試料の作製方法、観察方法及び構造 |
| JP5292326B2 (ja) * | 2010-01-29 | 2013-09-18 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 標準試料作成方法、および標準試料 |
| DE102010032894B4 (de) | 2010-07-30 | 2013-08-22 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Tem-Lamelle, Verfahren zu ihrer Herstellung und Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens |
| US8822921B2 (en) | 2011-06-03 | 2014-09-02 | Fei Company | Method for preparing samples for imaging |
| US8912490B2 (en) | 2011-06-03 | 2014-12-16 | Fei Company | Method for preparing samples for imaging |
| US8859963B2 (en) | 2011-06-03 | 2014-10-14 | Fei Company | Methods for preparing thin samples for TEM imaging |
| CN103558055B (zh) * | 2013-09-29 | 2016-01-06 | 中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所 | 一种针对感染病毒的病变细胞的定位超薄切片方法 |
| JP6955675B2 (ja) * | 2018-05-15 | 2021-10-27 | 信越半導体株式会社 | サンプル作製方法、欠陥観察方法 |
| JP2024022791A (ja) * | 2022-08-08 | 2024-02-21 | 株式会社日立製作所 | 透過電子顕微鏡に用いられる標準試料及びその製造方法、透過電子顕微鏡の調整方法、透過電子顕微鏡で得られた観察画像の解析方法 |
-
2003
- 2003-03-19 JP JP2003076357A patent/JP3735614B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004286486A (ja) | 2004-10-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6963630B2 (en) | Method for evaluating an SOI substrate, evaluation processor, and method for manufacturing a semiconductor device | |
| US5960255A (en) | Calibration standard for 2-D and 3-D profilometry in the sub-nanometer range and method of producing it | |
| JP3735614B2 (ja) | 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 | |
| JPH05251338A (ja) | 量子箱列の作製方法 | |
| CN106997847A (zh) | 表膜及其制造方法 | |
| US6884362B2 (en) | Mass production of cross-section TEM samples by focused ion beam deposition and anisotropic etching | |
| US20030032299A1 (en) | Method of aligning structures on opposite sides of a wafer | |
| US9721751B2 (en) | Electron microscopy specimen and method of fabrication | |
| Decoster et al. | Lift-off protocols for thin films for use in EXAFS experiments | |
| JP2010056295A (ja) | スパッタ率補正用標準試料およびその試料を用いたスパッタ率比の算出方法 | |
| JP3287320B2 (ja) | 透過型電子顕微鏡用試料の作成方法 | |
| US7232631B2 (en) | Mask for charged particle beam exposure, and method of forming the same | |
| Kennedy | MBE-grown ZnO-based nanostructures for electronics applications | |
| US8906709B1 (en) | Combinatorially variable etching of stacks including two dissimilar materials for etch pit density inspection | |
| JP7327714B1 (ja) | ヒ化ガリウム単結晶基板およびその製造方法 | |
| KR20050112261A (ko) | 투과전자현미경 분석용 시편의 제작 방법. | |
| JP2006093642A (ja) | 断面試料の作製方法 | |
| JP3303858B2 (ja) | Ｘ線マスク及びその製造方法 | |
| KR100676613B1 (ko) | 파라핀을 이용한 반도체 시편 제조 방법 | |
| Vanhellemont et al. | A rapid specimen preparation technique for cross-section TEM investigation of semiconductors and metals | |
| Patchett | Germanium-tin-silicon epitaxial structures grown on silicon by reduced pressure chemical vapour deposition | |
| JP4858939B2 (ja) | サファイア基板上への窒化物薄膜の製造方法 | |
| CN113916919A (zh) | 样品制备方法、样品检测方法及样品检测系统 | |
| JP2917937B2 (ja) | 半導体デバイスの不純物濃度分布の分析方法 | |
| KR950000856B1 (ko) | Tem시편의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050621 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050628 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050822 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20051011 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20051024 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081028 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091028 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101028 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111028 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111028 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121028 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131028 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |