解析用試料、試料作製方法および試料解析方法
【課題】 微小な膜厚を有する解析対象膜を含む解析用試料を、その解析対象膜の結晶構造を変化させることなく高精度に形成することのできる試料作製方法を提供する。
【解決手段】 積層膜１Ｚを形成したのち、ＦＩＢ法を用いて、解析対象膜１０と隣接する第１および第２隣接部分２３，３３をそれぞれ残すように第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚのうちの厚み方向の一部をそれぞれ選択的に除去する。第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚを溶解可能な溶剤を用いることにより第１および第２隣接部分２３，３３の厚み方向の一部を溶解除去し、厚みｔ２１，ｔ３１を精度良くさらに薄くする。これにより、例えばＴＥＭを用いた解析をおこなうのに適した解析用試料１を作製することができる。
【解決手段】 積層膜１Ｚを形成したのち、ＦＩＢ法を用いて、解析対象膜１０と隣接する第１および第２隣接部分２３，３３をそれぞれ残すように第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚのうちの厚み方向の一部をそれぞれ選択的に除去する。第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚを溶解可能な溶剤を用いることにより第１および第２隣接部分２３，３３の厚み方向の一部を溶解除去し、厚みｔ２１，ｔ３１を精度良くさらに薄くする。これにより、例えばＴＥＭを用いた解析をおこなうのに適した解析用試料１を作製することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、解析対象膜を含む解析用試料ならびに、この解析用試料を作製するための試料作製方法およびこの解析用試料の解析を行う試料解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、薄膜形成プロセスを利用して形成される薄膜磁気ヘッドや半導体デバイス等の電子・磁気デバイス（以下、薄膜デバイスという。）においては、各種の薄膜パターンが多用されている。例えば、薄膜磁気ヘッドでは磁性薄膜等を積層した磁気抵抗効果（ＭＲ；Magnetoresistive）素子が用いられ、半導体デバイスにおいては、導電性薄膜からなる配線パターンが用いられる。このような各種の薄膜パターンを解析対象膜として、その特定領域の結晶粒径や組成分析などの解析をおこなう場合、一般的には透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）を用いる。但し、ＴＥＭを用いる場合には、解析対象膜における解析対象領域の膜厚を、電子が透過可能な程度（例えば数百ｎｍ程度）に薄く加工する必要がある。
【０００３】
ＴＥＭ観察に適した厚みをなす解析対象膜を有する解析用試料の作製方法としては、集束イオンビーム（Focused Ion Beam）の照射によりエッチングをおこなう方法（ＦＩＢエッチング法）を利用したものが一般的である（例えば特許文献１参照。）。ＦＩＢエッチング法によれば、解析対象膜を有する解析用試料における特定領域（解析対象領域）のみを比較的均一に薄型加工することができる。
【特許文献１】特開平８−２６１８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、薄膜デバイスの小型化に伴い、それに含まれる薄膜パターンの薄型化が著しく進んでおり、例えば２０ｎｍ以下の膜厚となっているものもある。このため、薄膜パターンの結晶粒径や組成分布などの物性が、薄膜デバイスとしての諸特性に対して従来よりも大きな影響を与えるようになってきている。こうした状況から、薄膜デバイスを構成する薄膜パターンに関し、特定領域の結晶粒径や組成分布などの物性を、より正確に解析する必要性が高まっている。
【０００５】
しかしながら、上記のようなＦＩＢエッチング法では、加工対象物の膜厚を約５０ｎｍとするのが限界である。これ以上薄くしようとすると、解析対象膜となるべき加工対象物がイオンビームによってダメージを受けてしまい、本来の結晶構造が損なわれてしまうからである。通常、薄膜デバイスにおける薄膜パターン（解析対象膜）は、保護膜等の非解析対象膜によって両面が覆われた状態となっている。このため、ＦＩＢエッチング法によってＴＥＭ観察に適した解析用試料を作製しようとすると、解析対象膜の膜厚がＦＩＢエッチング法の加工限度を下回る（例えば５０ｎｍ未満の）場合には、その解析対象領域においても解析対象膜を覆う非解析対象膜を十分に除去することができない。すなわち、解析対象膜が非解析対象膜に覆われた状態のままとなる。ここで、残存する非解析対象膜の膜厚が解析対象膜の膜厚と比べて著しく大きくなってしまうと、後出の図７（Ｂ）に示したようにモアレ像（縞模様の像）が発生し、解析対象膜の結晶粒径などを正確に測定できないなどの支障を来すこととなる。
【０００６】
ＦＩＢ法の替わりにアルゴンイオンミリングをおこなうようにすれば、解析用試料の全体の厚みを３０ｎｍ程度まで薄くすることができる。しかし、この場合にはある領域の厚みを均一化することが困難であり、解析結果の正確性に欠ける。
【０００７】
また、化学エッチングを利用する方法によれば、解析用試料を比較的均一に薄くすることができるものの、特定の領域のみをエッチングすることが難しく、解析用試料全体が薄くなってしまう。したがって、解析用試料自体の扱いが難しいうえ、解析をおこなう段階において所望の解析対象領域を特定することが困難である。
【０００８】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、微小な膜厚を有する解析対象膜を含み、その解析対象膜の正確な解析に適した解析用試料を提供することにある。本発明の第２の目的は、上記の解析用試料を、解析対象膜の結晶構造を変化させることなく、より高精度に形成することのできる試料作製方法を提供することにある。本発明の第３の目的は、上記のような試料作製方法により作製した解析用試料を解析するための試料解析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の解析用試料は、解析対象領域および、この解析対象領域以外の支持領域を含む解析対象膜と、この解析対象膜を挟んで対向する第１および第２の支持層とを含み、これら第１および第２の支持層が、それぞれ、支持領域に対応する領域においてのみ設けられ、または、支持領域に対応する領域よりも解析対象領域に対応する領域において小さな厚みを有するように設けられ、解析対象膜が、成膜時の結晶構造と同等の結晶構造を保持するようにしたものである。ここで、「成膜時の結晶構造と同等」とは、本解析用試料における解析対象膜について、成膜時と同等のＴＥＭ観察像が得られることを意味する。
【００１０】
本発明の解析用試料では、解析対象膜を挟んで対向する第１および第２の支持層が、それぞれ、支持領域に対応する領域においてのみ設けられ、または、支持領域に対応する領域よりも解析対象領域に対応する領域において薄くなるように設けられているので、厚みの非常に薄い解析対象膜であっても支持領域において第１および第２の支持層によって支持されるうえ、解析対象領域における解析対象膜の解析をおこなうことが可能となっている。さらに、解析対象膜が成膜時の結晶構造と同等の結晶構造を保持するようにしたので、成膜当初の解析対象膜における結晶構造および諸物性についての解析が可能となっている。
【００１１】
本発明の試料作製方法は、以下に示す（１）から（３）の各工程を含むようにしたものである。
（１）第１の可溶膜の上に、解析対象領域およびこの解析対象領域以外の支持領域を含む解析対象膜と、第２の可溶膜とを順に積層する第１工程。
（２）ドライエッチング法を用いて、解析対象領域における解析対象膜と隣接する第１および第２の隣接部分をそれぞれ残すように第１および第２の可溶膜の厚み方向の一部をそれぞれ除去することにより、解析対象領域において、解析対象膜と第１および第２の隣接部分とを挟んで対向する第１および第２の凹部を形成する第２工程。
（３）第１および第２の可溶膜を溶解可能な溶剤を用いて、第１および第２の可溶膜のうち、支持領域に対応する部分をそれぞれ残しつつ第１および第２の隣接部分における厚み方向の少なくとも一部をそれぞれ溶解除去することにより、解析用試料を形成する第３工程。
ここで、「可溶膜」とは、所定の溶剤によって溶解することのできる無機材料または有機材料からなる膜である。
【００１２】
本発明の試料作製方法では、上記の各工程を含むことにより、解析対象膜がエネルギービームの照射の影響を受けることなく、第１および第２の可溶膜のうちの解析対象領域に対応する部分（第１および第２の隣接部分）が薄型化されるので、成膜時と同等の結晶構造をなす解析対象膜を備えた解析用試料が形成される。さらに、第１および第２の可溶膜のうち、支持領域に対応する部分をそれぞれ残すようにしたので、支持領域において解析対象膜が第１および第２の可溶膜によって支持された解析用試料となり、取扱いが容易となると共に、解析対象領域の判別が容易となる。
【００１３】
本発明の試料作製方法では、アルゴン（Ａｒ）を１％以上含む酸化アルミニウムを用いて第１および第２の可溶膜を形成することが望ましい。その場合、溶剤として、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液を用いることが望ましい。
【００１４】
また、本発明の試料作製では、第２工程において、集束イオンビームを照射することにより第１および第２の凹部を形成し、第１および第２の可溶膜のうちの第１および第２の隣接部分の厚みを５０ｎｍ以上とすることが望ましい。
【００１５】
本発明に係る試料解析方法は、解析用試料の作製をおこなう試料作製工程と、透過型電子顕微鏡を用いて解析用試料を解析する試料解析工程とを含むようにしたものである。上記試料作製工程は、以下に示す（１）から（３）の各工程を含んでいる。
（１）第１の可溶膜の上に、解析対象領域およびこの解析対象領域以外の支持領域を含む解析対象膜と、第２の可溶膜とを順に積層する第１工程。
（２）ドライエッチング法を用いて、解析対象領域における解析対象膜と隣接する第１および第２の隣接部分をそれぞれ残すように第１および第２の可溶膜の厚み方向の一部をそれぞれ除去することにより、解析対象領域において、解析対象膜と第１および第２の隣接部分とを挟んで対向する第１および第２の凹部を形成する第２工程。
（３）第１および第２の可溶膜を溶解可能な溶剤を用いて、第１および第２の可溶膜のうち、支持領域に対応する部分をそれぞれ残しつつ第１および第２の隣接部分における厚み方向の少なくとも一部をそれぞれ溶解除去することにより、解析用試料を形成する第３工程。
【００１６】
本発明の試料解析方法では、試料作製工程において、解析対象膜がエネルギービームの照射の影響を受けることなく、第１および第２の可溶膜のうちの解析対象領域に対応する部分（第１および第２の隣接部分）が薄型化されるので、成膜時と同等の結晶構造をなす解析対象膜を備えた解析用試料が形成される。さらに、第１および第２の可溶膜のうち、支持領域に対応する部分をそれぞれ残すようにしたので、支持領域において解析対象膜が第１および第２の可溶膜によって支持された解析用試料となり、取扱いが容易となると共に、解析対象領域の判別が容易となる。試料解析工程において、この解析用試料を透過型電子顕微鏡を用いて解析するようにしたので、成膜当初の解析対象膜における結晶構造および諸物性についての解析が、従来よりも簡便におこなわれる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の解析用試料によれば、解析対象領域および、この解析対象領域以外の支持領域を含む解析対象膜と、この解析対象膜を挟んで対向する第１および第２の支持層とを含み、第１および第２の支持層を、それぞれ、支持領域に対応する領域においてのみ設け、または、支持領域に対応する領域よりも解析対象領域に対応する領域において小さな厚みを有するように設けるようにしたので、解析対象膜の解析をおこなうにあたって、その厚みが非常に薄い場合でも容易に取扱うことができ、かつ、その解析対象領域を容易に判別することができる。さらに、解析対象膜が成膜時の結晶構造と同等の結晶構造を保持するようにしたので、成膜当初の解析対象膜における結晶構造および諸物性についての解析が可能となっている。この際、第１および第２の可溶膜が、解析対象領域に対応する領域において解析対象膜の厚みと同等以下の厚みをなすようにすれば、より正確な解析に適したものとなる。
【００１８】
本発明の試料作製方法によれば、第１の可溶膜と解析対象膜と第２の可溶膜とを順に積層したのち、ドライエッチング法を用いて、解析対象領域における解析対象膜と隣接する第１および第２の隣接部分をそれぞれ残すように第１および第２の可溶膜の厚み方向の一部をそれぞれ除去することにより、解析対象領域において、解析対象膜と第１および第２の隣接部分とを挟んで対向する第１および第２の凹部を形成し、さらに、第１および第２の可溶膜を溶解可能な溶剤を用いて、第１および第２の可溶膜のうち、支持領域に対応する部分をそれぞれ残しつつ第１および第２の隣接部分における厚み方向の少なくとも一部をそれぞれ溶解除去するようにしたので、解析対象膜に対してエネルギービームの照射の影響を与えることなく、解析対象領域に対応する部分の第１および第２の可溶膜、すなわち第１および第２の隣接部分を高精度に薄く加工することができる。したがって、成膜時の結晶構造を保持した解析対象膜と、解析対象領域において高精度に薄型化された第１および第２の可溶膜とを有する解析用試料を形成することができる。この際、第１および第２の可溶層のうちの支持領域に対応する部分を残すようにしたので、解析対象膜の厚みが非常に薄い場合であっても容易に取扱うことができ、かつ、その解析対象領域を容易に判別することのできる解析用試料とすることができる。
【００１９】
本発明の試料解析方法によれば、試料作製工程において、成膜時の結晶構造を保持した解析対象膜と、解析対象領域において高精度に薄型化された第１および第２の可溶膜とを有すると共に、その解析対象領域を容易に判別することができ、取扱いの容易な解析用試料を形成することができる。したがって、試料解析工程において、解析対象膜の諸物性に関する解析を、より簡便におこなうことができる。特に、解析対象領域において、解析対象膜の厚みに応じた第１および第２の可溶膜の厚みとなるようにすれば、より正確な解析をおこなうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
最初に、図１および図２を参照して、本発明の一実施の形態に係る解析用試料の構成を説明する。図１は、本実施の形態の解析用試料１の概略構成を表す斜視図であり、図２は、解析用試料１の、図１における矢視方向IIから眺めた平面図である。
【００２２】
解析用試料１は、アルティック（Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ）などの基板４０上に、第１支持層２０と解析対象膜１０と第２支持層３０とが順に積層された積層体であり、その積層断面（ＹＺ平面）の一部がＨ型（図２）を呈するように、一対の凹部２１，３１が形成されている。解析対象膜１０は例えば金属からなる単層膜または積層膜であり、具体例としては、薄膜磁気ヘッドにおける磁気抵抗効果素子である。解析対象膜１０は成膜時の結晶構造と同等の結晶構造を保持しており、その厚みｔ１０は例えば２０ｎｍである。解析対象膜１０は積層面内に広がる解析対象領域１０Ｒおよび支持領域１０Ｓを含んでおり、例えばＴＥＭを用いて解析対象膜１０の解析をおこなう場合には、その解析対象領域１０Ｒに電子を透過させることとなる。
【００２３】
第１および第２支持層２０，３０は、例えばアルゴン（Ａｒ）を１％以上含有した非晶質の酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）により構成されており、それぞれ、解析対象領域１０Ｒに対応する領域に凹部２１，３１を有している。このため、解析対象領域１０Ｒに対応する領域の厚みｔ２１，ｔ３１は、支持領域１０Ｓに対応する領域の厚みｔ２０，ｔ３０よりも薄くなっている。厚みｔ２１，ｔ３１は、例えばそれぞれ５ｎｍ以下であり、厚みｔ２０，ｔ３０はそれぞれ１００ｎｍ以上である。
【００２４】
続いて、図３〜図５を参照して、上記の解析用試料１を形成するための試料作製方法について説明する。図３〜図５は、図２に対応する断面図である。本実施の形態の試料作製方法は、集束イオンビーム（ＦＩＢ）エッチング法と化学的エッチング法とを併用するものである。
【００２５】
まず、図３に示したように、基板４０の上に、第１可溶膜２０Ｚと解析対象膜１０と第２可溶膜３０Ｚとを順に積層することにより積層膜１Ｚを形成する（第１工程）。ここでは、例えばスパッタリング法を用いるようにする。
【００２６】
積層膜１Ｚを形成したのち、第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚのうち、解析対象領域１０Ｒに対応する部分にＦＩＢを照射し、解析対象膜１０と隣接する第１および第２隣接部分２３，３３をそれぞれ残すように第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚの厚み方向（Ｚ方向）の一部をそれぞれ除去する（図４）。この場合、例えば、解析対象領域１０Ｒを保護膜で覆ったのちＦＩＢを照射する。こうすることにより、解析対象領域１０Ｒにおいて、解析対象膜１０と第１および第２隣接部分２３，３３とを挟んで対向する一対の凹部２１，３１を形成することができる（第２工程）。この際、解析対象膜１０がＦＩＢの照射の影響を受けないようにするため、第１および第２隣接部分２３，３３の厚みｔ２１，ｔ３１が、それぞれ５０ｎｍよりも薄くならない程度にエッチングをおこなう。なお、ここでは、解析対象領域１０Ｒに対応する領域の基体４０についても、第１可溶膜２０Ｚと併せて選択的にエッチングをおこなう。
【００２７】
続いて、第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚを溶解可能な溶剤（例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）などのアルカリ溶剤）を用いて、支持領域１０Ｓに対応する部分の第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚを一部残しつつ、第１および第２隣接部分２３，３３の一部をさらに厚み方向に溶解除去する。これにより、厚みｔ２１，ｔ３１がさらに薄くなり、それぞれ５ｎｍ以下となる。以上により、ＦＩＢの照射の影響を受けることなく成膜時の結晶構造を保持した解析対象膜１０と、解析対象領域１０Ｒにおいて高精度に薄型化された第１および第２支持層２０，３０とを有する解析用試料１の形成が終了する（第３工程）。
【００２８】
続いて、図６を参照して、本発明の一実施の形態に係る試料解析方法を説明する。本実施の形態の試料解析方法は、上記の試料作製方法によって得られた解析用試料１を、ＴＥＭを用いて解析するものである。
【００２９】
図６は、本実施の形態の試料解析方法において使用するＴＥＭ６０の構成を表すものである。ＴＥＭ６０は、解析用試料１０を透過させることによって得られる解析用試料１の情報を有する電子線を用いて、その内部の微細構造の観察をおこなうものである。ＴＥＭでは、数万倍以上の投影像を得ることにより原子レベルの観察を行うことができるうえ、電子線を照射することにより解析用試料１が反射電子、オージェ電子あるいはＸ線（特性Ｘ線および連続Ｘ線）を放出するので、これを利用して各種の解析をおこなうことができる。例えば、特性Ｘを検出することにより、元素分析（元素の定性分析や元素の分布状態の調査）をおこなうことができる。
【００３０】
ＴＥＭ６０は、図示しない筐体の内部に、電子線源としての電子銃６１と、照射レンズ系６２と、結像レンズ系６３と、撮像素子６４とが順に配設されたものである。解析用試料１は、照射レンズ系６２と結像レンズ系６３との間に設けられる。電子銃６１は、熱電子放射型と呼ばれる電子線源であり、カソード（フィラメント）６１Ａ、ウェーネルト６１Ｂおよびアノード（加速電極）６１Ｃを備えている。カソード６１Ａは例えばタングステン（Ｗ）からなり、電圧の印加によって加熱され、電子を放出するようになっている。また、アノード６１Ｃをアース電位として、カソード６１Ａにはマイナスの電圧が印加される。ウェーネルト６１Ｂに対しては、カソード６１Ａよりも僅かに低いマイナス電圧（バイアス電圧）が印加される。ウェーネルト６１Ｂは、カソード６１Ａからの電子を集束して電子密度の高い電子線束を形成するものである。ウェーネルト６１Ｂを通過した直後の電子線束の直径は、例えば１０μｍ〜３０μｍ程度である。アノード６１Ｃは、ウェーネルト６１Ｂからの電子線束を加速するように機能する。
【００３１】
照射レンズ系６２は、第１および第２の集束レンズ６２Ａ，６２Ｂを有し、電子銃６１からの電子線束を解析用試料１に照射するものである。結像レンズ系６３は、解析用試料１を透過した電子線束を拡大するための対物レンズ６３Ａおよび中間レンズ６３Ｂと、撮像素子６４の上に結像させるための投影レンズ６３Ｃとを有している。撮像素子６４は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ；Charge Coupled Device ）である。
【００３２】
このような構成のＴＥＭ６０においては、まず、筐体の内部を真空状態とする。次に、カソード６１Ａを加熱することにより電子を放出させ、ウェーネルト６１Ｂにおいてこれを収束して電子密度の高い電子線束を形成し、さらにアノード６１Ｃによってその電子線束を加速して照射レンズ系６２へ向けて放射させる。電子線束を、照射レンズ系６２によって微小なスポット径に絞り込み、解析用試料１へ照射する。照射された電子線束は解析用試料１を透過するので、これを結像レンズ系６３を介して撮像素子６４へ投影することにより、解析用試料１の内部構造の観察像を得ることができる。なお、撮像素子６４のかわりに蛍光板を用いるようにしてもよい。
【００３３】
以上のように、本実施の形態によれば、まず、ＦＩＢ法を用いて、解析対象領域１０Ｒにおける解析対象膜１０と隣接する第１および第２隣接部分２３，３３をそれぞれ残すように第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚのうちの厚み方向の一部をそれぞれ選択的に除去することにより、解析対象領域１０Ｒにおいて、解析対象膜１０を挟んで対向する一対の凹部２１，３１を形成するようにしたので、例えばフォトリソグラフィ法などと比べ、より高い寸法精度を確保することができるうえ、より短時間で簡便に加工をおこなうことができる。
【００３４】
こののち、第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚを溶解可能な溶剤を用いることにより第１および第２隣接部分２３，３３の厚み方向の一部を溶解除去し、厚みｔ２１，ｔ３１を精度良くさらに薄くするようにしたので、ＴＥＭを用いた解析をおこなうのに適した解析用試料１を作製することができる。ここでは、解析対象膜１０に対してＦＩＢの照射の影響を与えないようにしたので、解析対象膜１０の結晶構造を変化させることがない。さらに、第１および第２支持層２０，３０が、解析対象領域１０Ｒに対応する領域よりも支持領域１０Ｓに対応する領域において大きな厚みを有するようにしたので、解析対象膜１０が支持領域１０Ｓにおいて第１および第２支持層２０，３０によって支持されることとなる。よって、解析対象膜１０の厚みｔ１０が非常に薄い場合であっても容易に取扱うことができ、かつ、その解析対象領域１０Ｒを容易に判別することができる。
【００３５】
さらに、このような解析用試料１の解析対象領域１０Ｒについて、ＴＥＭを用いて解析するようにしたので、成膜時の結晶構造を保持した解析対象膜１０における面内の状態について、正確な解析を容易におこなうことができる。
【実施例】
【００３６】
続いて、上記の実施の形態における具体的な実施例について説明する。本実施例では、上記の実施の形態における試料作製方法に基づき、解析用試料１を作製し、ＴＥＭにより解析対象領域１０Ｒの観察をおこなった。
【００３７】
具体的には、まず、シリコン（Ｓｉ）からなる基板４０の上に、スパッタリング法により、２００ｎｍ厚のＡｌ2Ｏ3からなる第１可溶膜２０Ｚと、２０ｎｍ厚のイリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）からなる解析対象膜１０と、２００ｎｍ厚のＡｌ2Ｏ3からなる第２可溶膜３０Ｚとを順に積層し、積層膜１Ｚを形成した。次いで、ダイシングにより積層膜１Ｚを切り出したのち、厚みｔ２０，ｔ３０がそれぞれ５０ｎｍとなるように、ＦＩＢエッチング法を用いて第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚを選択的に除去した。こののち、４０℃に保持された４規定（Ｎ）のＮａＯＨの中に１０分間浸漬させ、第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚの一部を溶解除去することにより、厚みｔ２０，ｔ３０をそれぞれ５ｎｍ以下とした。また、これと併せて、上記の積層膜１ＺについてＦＩＢエッチングのみを施すことにより解析対象領域１０Ｒの厚みｔ１が３０ｎｍとなるように加工し、比較例としての解析用試料を作製した。
【００３８】
以上のように作製した本実施例の解析用試料１について、ＴＥＭにより観察をおこなったところ、図７（Ａ）に示したように、モアレ像の少ない観察像が得られ、結晶粒径などの正確な解析が可能であることが確認できた。これに対し、ＦＩＢエッチング法のみによって作製した比較例としての解析用試料の場合には、図７（Ｂ）に示したように、モアレ像が発生してしまい、結晶粒径などの正確な解析が困難であった。
【００３９】
このように、本実施例によれば、ＦＩＢエッチング法と化学的エッチング法とを併用することにより、解析対象膜１０の結晶構造を変質させることなく解析対象領域１０Ｒにおける第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚを十分に薄く加工するようにしたので、ＴＥＭによる解析を実施するにあたってモアレ像の少ない観察像が得られ、解析対象膜１０の諸物性についての正確な解析が可能であることが確認できた。
【００４０】
以上、いくつかの実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、解析対象領域に対応する領域の第１および第２の可溶膜を、解析対象膜を挟んで覆うように薄く残すようにしたが、解析対象膜の酸化等の劣化が問題とならない場合には、解析対象領域に対応する領域の第１および第２の可溶膜を完全に除去し、支持領域に対応する領域においてのみ残すようにしてもよい。その場合には、モアレ像の発生を完全に防ぐことができる。
【００４１】
また、本実施の形態および実施例では、Ａｌ2Ｏ3により第１および第２の可溶膜を構成すると共に、これを溶解する溶剤としてＮａＯＨを用いるようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、シリコン（Ｓｉ）により第１および第２の可溶膜を構成するようにしてもよい。
【００４２】
また、上記実施の形態では、ドライエッチング法としてＦＩＢエッチング法を用いるようにしたが、他のドライエッチング法を用いるようにしてもよい。あるいは、ドライエッチング法と併せて、レーザ光を照射するレーザエッチング法を用いるようにしてもよい。
【００４３】
また、上記実施の形態では、ＴＥＭを用い、電子線を照射して解析用試料の解析を行う場合について説明するようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、Ｘ線やイオンビームを照射して解析を行う解析手法を用いることもできる。そのような解析手法の例としては、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ；X-ray Photoelectron Spectroscopy）、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ；Secondary Ion Mass Spectrometry）またはラザフォード後方散乱分析法（ＲＢＳ；Rutherford Backscattering Spectrometry ）などが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の試料作製方法および試料解析方法は、例えば、半導体素子や磁気抵抗効果素子
などの電子・磁気デバイスに含まれる各種の薄膜パターンの解析に好適に用いることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る解析用試料の概略構成を表す斜視図である。
【図２】図１に示した解析用試料の平面構成を表す平面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る試料作製方法における一工程を表す平面図である。
【図４】図３に続く一工程を表す断面図である。
【図５】図４に続く一工程を表す平面図および断面である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る試料解析方法において用いるＴＥＭの構成を表す概略図である。
【図７】図１に示した解析用試料の解析対象領域におけるＴＥＭ観察像である。
【符号の説明】
【００４６】
１…解析用試料、１Ｚ…積層膜、１０…解析対象膜、１０Ｒ…解析対象領域、１０Ｓ…支持領域、２０…第１支持層、２０Ｚ…第１可溶膜、２１，３１…凹部、２２，３２…底面、２３，３３…隣接部分、３０…第２支持層、３０Ｚ…第２可溶膜、４０…基板、６０…ＴＥＭ、６１…電子銃、６２…照射レンズ系、６３…結像レンズ系、６４…撮像素子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、解析対象膜を含む解析用試料ならびに、この解析用試料を作製するための試料作製方法およびこの解析用試料の解析を行う試料解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、薄膜形成プロセスを利用して形成される薄膜磁気ヘッドや半導体デバイス等の電子・磁気デバイス（以下、薄膜デバイスという。）においては、各種の薄膜パターンが多用されている。例えば、薄膜磁気ヘッドでは磁性薄膜等を積層した磁気抵抗効果（ＭＲ；Magnetoresistive）素子が用いられ、半導体デバイスにおいては、導電性薄膜からなる配線パターンが用いられる。このような各種の薄膜パターンを解析対象膜として、その特定領域の結晶粒径や組成分析などの解析をおこなう場合、一般的には透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）を用いる。但し、ＴＥＭを用いる場合には、解析対象膜における解析対象領域の膜厚を、電子が透過可能な程度（例えば数百ｎｍ程度）に薄く加工する必要がある。
【０００３】
ＴＥＭ観察に適した厚みをなす解析対象膜を有する解析用試料の作製方法としては、集束イオンビーム（Focused Ion Beam）の照射によりエッチングをおこなう方法（ＦＩＢエッチング法）を利用したものが一般的である（例えば特許文献１参照。）。ＦＩＢエッチング法によれば、解析対象膜を有する解析用試料における特定領域（解析対象領域）のみを比較的均一に薄型加工することができる。
【特許文献１】特開平８−２６１８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、薄膜デバイスの小型化に伴い、それに含まれる薄膜パターンの薄型化が著しく進んでおり、例えば２０ｎｍ以下の膜厚となっているものもある。このため、薄膜パターンの結晶粒径や組成分布などの物性が、薄膜デバイスとしての諸特性に対して従来よりも大きな影響を与えるようになってきている。こうした状況から、薄膜デバイスを構成する薄膜パターンに関し、特定領域の結晶粒径や組成分布などの物性を、より正確に解析する必要性が高まっている。
【０００５】
しかしながら、上記のようなＦＩＢエッチング法では、加工対象物の膜厚を約５０ｎｍとするのが限界である。これ以上薄くしようとすると、解析対象膜となるべき加工対象物がイオンビームによってダメージを受けてしまい、本来の結晶構造が損なわれてしまうからである。通常、薄膜デバイスにおける薄膜パターン（解析対象膜）は、保護膜等の非解析対象膜によって両面が覆われた状態となっている。このため、ＦＩＢエッチング法によってＴＥＭ観察に適した解析用試料を作製しようとすると、解析対象膜の膜厚がＦＩＢエッチング法の加工限度を下回る（例えば５０ｎｍ未満の）場合には、その解析対象領域においても解析対象膜を覆う非解析対象膜を十分に除去することができない。すなわち、解析対象膜が非解析対象膜に覆われた状態のままとなる。ここで、残存する非解析対象膜の膜厚が解析対象膜の膜厚と比べて著しく大きくなってしまうと、後出の図７（Ｂ）に示したようにモアレ像（縞模様の像）が発生し、解析対象膜の結晶粒径などを正確に測定できないなどの支障を来すこととなる。
【０００６】
ＦＩＢ法の替わりにアルゴンイオンミリングをおこなうようにすれば、解析用試料の全体の厚みを３０ｎｍ程度まで薄くすることができる。しかし、この場合にはある領域の厚みを均一化することが困難であり、解析結果の正確性に欠ける。
【０００７】
また、化学エッチングを利用する方法によれば、解析用試料を比較的均一に薄くすることができるものの、特定の領域のみをエッチングすることが難しく、解析用試料全体が薄くなってしまう。したがって、解析用試料自体の扱いが難しいうえ、解析をおこなう段階において所望の解析対象領域を特定することが困難である。
【０００８】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、微小な膜厚を有する解析対象膜を含み、その解析対象膜の正確な解析に適した解析用試料を提供することにある。本発明の第２の目的は、上記の解析用試料を、解析対象膜の結晶構造を変化させることなく、より高精度に形成することのできる試料作製方法を提供することにある。本発明の第３の目的は、上記のような試料作製方法により作製した解析用試料を解析するための試料解析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の解析用試料は、解析対象領域および、この解析対象領域以外の支持領域を含む解析対象膜と、この解析対象膜を挟んで対向する第１および第２の支持層とを含み、これら第１および第２の支持層が、それぞれ、支持領域に対応する領域においてのみ設けられ、または、支持領域に対応する領域よりも解析対象領域に対応する領域において小さな厚みを有するように設けられ、解析対象膜が、成膜時の結晶構造と同等の結晶構造を保持するようにしたものである。ここで、「成膜時の結晶構造と同等」とは、本解析用試料における解析対象膜について、成膜時と同等のＴＥＭ観察像が得られることを意味する。
【００１０】
本発明の解析用試料では、解析対象膜を挟んで対向する第１および第２の支持層が、それぞれ、支持領域に対応する領域においてのみ設けられ、または、支持領域に対応する領域よりも解析対象領域に対応する領域において薄くなるように設けられているので、厚みの非常に薄い解析対象膜であっても支持領域において第１および第２の支持層によって支持されるうえ、解析対象領域における解析対象膜の解析をおこなうことが可能となっている。さらに、解析対象膜が成膜時の結晶構造と同等の結晶構造を保持するようにしたので、成膜当初の解析対象膜における結晶構造および諸物性についての解析が可能となっている。
【００１１】
本発明の試料作製方法は、以下に示す（１）から（３）の各工程を含むようにしたものである。
（１）第１の可溶膜の上に、解析対象領域およびこの解析対象領域以外の支持領域を含む解析対象膜と、第２の可溶膜とを順に積層する第１工程。
（２）ドライエッチング法を用いて、解析対象領域における解析対象膜と隣接する第１および第２の隣接部分をそれぞれ残すように第１および第２の可溶膜の厚み方向の一部をそれぞれ除去することにより、解析対象領域において、解析対象膜と第１および第２の隣接部分とを挟んで対向する第１および第２の凹部を形成する第２工程。
（３）第１および第２の可溶膜を溶解可能な溶剤を用いて、第１および第２の可溶膜のうち、支持領域に対応する部分をそれぞれ残しつつ第１および第２の隣接部分における厚み方向の少なくとも一部をそれぞれ溶解除去することにより、解析用試料を形成する第３工程。
ここで、「可溶膜」とは、所定の溶剤によって溶解することのできる無機材料または有機材料からなる膜である。
【００１２】
本発明の試料作製方法では、上記の各工程を含むことにより、解析対象膜がエネルギービームの照射の影響を受けることなく、第１および第２の可溶膜のうちの解析対象領域に対応する部分（第１および第２の隣接部分）が薄型化されるので、成膜時と同等の結晶構造をなす解析対象膜を備えた解析用試料が形成される。さらに、第１および第２の可溶膜のうち、支持領域に対応する部分をそれぞれ残すようにしたので、支持領域において解析対象膜が第１および第２の可溶膜によって支持された解析用試料となり、取扱いが容易となると共に、解析対象領域の判別が容易となる。
【００１３】
本発明の試料作製方法では、アルゴン（Ａｒ）を１％以上含む酸化アルミニウムを用いて第１および第２の可溶膜を形成することが望ましい。その場合、溶剤として、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液を用いることが望ましい。
【００１４】
また、本発明の試料作製では、第２工程において、集束イオンビームを照射することにより第１および第２の凹部を形成し、第１および第２の可溶膜のうちの第１および第２の隣接部分の厚みを５０ｎｍ以上とすることが望ましい。
【００１５】
本発明に係る試料解析方法は、解析用試料の作製をおこなう試料作製工程と、透過型電子顕微鏡を用いて解析用試料を解析する試料解析工程とを含むようにしたものである。上記試料作製工程は、以下に示す（１）から（３）の各工程を含んでいる。
（１）第１の可溶膜の上に、解析対象領域およびこの解析対象領域以外の支持領域を含む解析対象膜と、第２の可溶膜とを順に積層する第１工程。
（２）ドライエッチング法を用いて、解析対象領域における解析対象膜と隣接する第１および第２の隣接部分をそれぞれ残すように第１および第２の可溶膜の厚み方向の一部をそれぞれ除去することにより、解析対象領域において、解析対象膜と第１および第２の隣接部分とを挟んで対向する第１および第２の凹部を形成する第２工程。
（３）第１および第２の可溶膜を溶解可能な溶剤を用いて、第１および第２の可溶膜のうち、支持領域に対応する部分をそれぞれ残しつつ第１および第２の隣接部分における厚み方向の少なくとも一部をそれぞれ溶解除去することにより、解析用試料を形成する第３工程。
【００１６】
本発明の試料解析方法では、試料作製工程において、解析対象膜がエネルギービームの照射の影響を受けることなく、第１および第２の可溶膜のうちの解析対象領域に対応する部分（第１および第２の隣接部分）が薄型化されるので、成膜時と同等の結晶構造をなす解析対象膜を備えた解析用試料が形成される。さらに、第１および第２の可溶膜のうち、支持領域に対応する部分をそれぞれ残すようにしたので、支持領域において解析対象膜が第１および第２の可溶膜によって支持された解析用試料となり、取扱いが容易となると共に、解析対象領域の判別が容易となる。試料解析工程において、この解析用試料を透過型電子顕微鏡を用いて解析するようにしたので、成膜当初の解析対象膜における結晶構造および諸物性についての解析が、従来よりも簡便におこなわれる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の解析用試料によれば、解析対象領域および、この解析対象領域以外の支持領域を含む解析対象膜と、この解析対象膜を挟んで対向する第１および第２の支持層とを含み、第１および第２の支持層を、それぞれ、支持領域に対応する領域においてのみ設け、または、支持領域に対応する領域よりも解析対象領域に対応する領域において小さな厚みを有するように設けるようにしたので、解析対象膜の解析をおこなうにあたって、その厚みが非常に薄い場合でも容易に取扱うことができ、かつ、その解析対象領域を容易に判別することができる。さらに、解析対象膜が成膜時の結晶構造と同等の結晶構造を保持するようにしたので、成膜当初の解析対象膜における結晶構造および諸物性についての解析が可能となっている。この際、第１および第２の可溶膜が、解析対象領域に対応する領域において解析対象膜の厚みと同等以下の厚みをなすようにすれば、より正確な解析に適したものとなる。
【００１８】
本発明の試料作製方法によれば、第１の可溶膜と解析対象膜と第２の可溶膜とを順に積層したのち、ドライエッチング法を用いて、解析対象領域における解析対象膜と隣接する第１および第２の隣接部分をそれぞれ残すように第１および第２の可溶膜の厚み方向の一部をそれぞれ除去することにより、解析対象領域において、解析対象膜と第１および第２の隣接部分とを挟んで対向する第１および第２の凹部を形成し、さらに、第１および第２の可溶膜を溶解可能な溶剤を用いて、第１および第２の可溶膜のうち、支持領域に対応する部分をそれぞれ残しつつ第１および第２の隣接部分における厚み方向の少なくとも一部をそれぞれ溶解除去するようにしたので、解析対象膜に対してエネルギービームの照射の影響を与えることなく、解析対象領域に対応する部分の第１および第２の可溶膜、すなわち第１および第２の隣接部分を高精度に薄く加工することができる。したがって、成膜時の結晶構造を保持した解析対象膜と、解析対象領域において高精度に薄型化された第１および第２の可溶膜とを有する解析用試料を形成することができる。この際、第１および第２の可溶層のうちの支持領域に対応する部分を残すようにしたので、解析対象膜の厚みが非常に薄い場合であっても容易に取扱うことができ、かつ、その解析対象領域を容易に判別することのできる解析用試料とすることができる。
【００１９】
本発明の試料解析方法によれば、試料作製工程において、成膜時の結晶構造を保持した解析対象膜と、解析対象領域において高精度に薄型化された第１および第２の可溶膜とを有すると共に、その解析対象領域を容易に判別することができ、取扱いの容易な解析用試料を形成することができる。したがって、試料解析工程において、解析対象膜の諸物性に関する解析を、より簡便におこなうことができる。特に、解析対象領域において、解析対象膜の厚みに応じた第１および第２の可溶膜の厚みとなるようにすれば、より正確な解析をおこなうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
最初に、図１および図２を参照して、本発明の一実施の形態に係る解析用試料の構成を説明する。図１は、本実施の形態の解析用試料１の概略構成を表す斜視図であり、図２は、解析用試料１の、図１における矢視方向IIから眺めた平面図である。
【００２２】
解析用試料１は、アルティック（Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ）などの基板４０上に、第１支持層２０と解析対象膜１０と第２支持層３０とが順に積層された積層体であり、その積層断面（ＹＺ平面）の一部がＨ型（図２）を呈するように、一対の凹部２１，３１が形成されている。解析対象膜１０は例えば金属からなる単層膜または積層膜であり、具体例としては、薄膜磁気ヘッドにおける磁気抵抗効果素子である。解析対象膜１０は成膜時の結晶構造と同等の結晶構造を保持しており、その厚みｔ１０は例えば２０ｎｍである。解析対象膜１０は積層面内に広がる解析対象領域１０Ｒおよび支持領域１０Ｓを含んでおり、例えばＴＥＭを用いて解析対象膜１０の解析をおこなう場合には、その解析対象領域１０Ｒに電子を透過させることとなる。
【００２３】
第１および第２支持層２０，３０は、例えばアルゴン（Ａｒ）を１％以上含有した非晶質の酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）により構成されており、それぞれ、解析対象領域１０Ｒに対応する領域に凹部２１，３１を有している。このため、解析対象領域１０Ｒに対応する領域の厚みｔ２１，ｔ３１は、支持領域１０Ｓに対応する領域の厚みｔ２０，ｔ３０よりも薄くなっている。厚みｔ２１，ｔ３１は、例えばそれぞれ５ｎｍ以下であり、厚みｔ２０，ｔ３０はそれぞれ１００ｎｍ以上である。
【００２４】
続いて、図３〜図５を参照して、上記の解析用試料１を形成するための試料作製方法について説明する。図３〜図５は、図２に対応する断面図である。本実施の形態の試料作製方法は、集束イオンビーム（ＦＩＢ）エッチング法と化学的エッチング法とを併用するものである。
【００２５】
まず、図３に示したように、基板４０の上に、第１可溶膜２０Ｚと解析対象膜１０と第２可溶膜３０Ｚとを順に積層することにより積層膜１Ｚを形成する（第１工程）。ここでは、例えばスパッタリング法を用いるようにする。
【００２６】
積層膜１Ｚを形成したのち、第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚのうち、解析対象領域１０Ｒに対応する部分にＦＩＢを照射し、解析対象膜１０と隣接する第１および第２隣接部分２３，３３をそれぞれ残すように第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚの厚み方向（Ｚ方向）の一部をそれぞれ除去する（図４）。この場合、例えば、解析対象領域１０Ｒを保護膜で覆ったのちＦＩＢを照射する。こうすることにより、解析対象領域１０Ｒにおいて、解析対象膜１０と第１および第２隣接部分２３，３３とを挟んで対向する一対の凹部２１，３１を形成することができる（第２工程）。この際、解析対象膜１０がＦＩＢの照射の影響を受けないようにするため、第１および第２隣接部分２３，３３の厚みｔ２１，ｔ３１が、それぞれ５０ｎｍよりも薄くならない程度にエッチングをおこなう。なお、ここでは、解析対象領域１０Ｒに対応する領域の基体４０についても、第１可溶膜２０Ｚと併せて選択的にエッチングをおこなう。
【００２７】
続いて、第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚを溶解可能な溶剤（例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）などのアルカリ溶剤）を用いて、支持領域１０Ｓに対応する部分の第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚを一部残しつつ、第１および第２隣接部分２３，３３の一部をさらに厚み方向に溶解除去する。これにより、厚みｔ２１，ｔ３１がさらに薄くなり、それぞれ５ｎｍ以下となる。以上により、ＦＩＢの照射の影響を受けることなく成膜時の結晶構造を保持した解析対象膜１０と、解析対象領域１０Ｒにおいて高精度に薄型化された第１および第２支持層２０，３０とを有する解析用試料１の形成が終了する（第３工程）。
【００２８】
続いて、図６を参照して、本発明の一実施の形態に係る試料解析方法を説明する。本実施の形態の試料解析方法は、上記の試料作製方法によって得られた解析用試料１を、ＴＥＭを用いて解析するものである。
【００２９】
図６は、本実施の形態の試料解析方法において使用するＴＥＭ６０の構成を表すものである。ＴＥＭ６０は、解析用試料１０を透過させることによって得られる解析用試料１の情報を有する電子線を用いて、その内部の微細構造の観察をおこなうものである。ＴＥＭでは、数万倍以上の投影像を得ることにより原子レベルの観察を行うことができるうえ、電子線を照射することにより解析用試料１が反射電子、オージェ電子あるいはＸ線（特性Ｘ線および連続Ｘ線）を放出するので、これを利用して各種の解析をおこなうことができる。例えば、特性Ｘを検出することにより、元素分析（元素の定性分析や元素の分布状態の調査）をおこなうことができる。
【００３０】
ＴＥＭ６０は、図示しない筐体の内部に、電子線源としての電子銃６１と、照射レンズ系６２と、結像レンズ系６３と、撮像素子６４とが順に配設されたものである。解析用試料１は、照射レンズ系６２と結像レンズ系６３との間に設けられる。電子銃６１は、熱電子放射型と呼ばれる電子線源であり、カソード（フィラメント）６１Ａ、ウェーネルト６１Ｂおよびアノード（加速電極）６１Ｃを備えている。カソード６１Ａは例えばタングステン（Ｗ）からなり、電圧の印加によって加熱され、電子を放出するようになっている。また、アノード６１Ｃをアース電位として、カソード６１Ａにはマイナスの電圧が印加される。ウェーネルト６１Ｂに対しては、カソード６１Ａよりも僅かに低いマイナス電圧（バイアス電圧）が印加される。ウェーネルト６１Ｂは、カソード６１Ａからの電子を集束して電子密度の高い電子線束を形成するものである。ウェーネルト６１Ｂを通過した直後の電子線束の直径は、例えば１０μｍ〜３０μｍ程度である。アノード６１Ｃは、ウェーネルト６１Ｂからの電子線束を加速するように機能する。
【００３１】
照射レンズ系６２は、第１および第２の集束レンズ６２Ａ，６２Ｂを有し、電子銃６１からの電子線束を解析用試料１に照射するものである。結像レンズ系６３は、解析用試料１を透過した電子線束を拡大するための対物レンズ６３Ａおよび中間レンズ６３Ｂと、撮像素子６４の上に結像させるための投影レンズ６３Ｃとを有している。撮像素子６４は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ；Charge Coupled Device ）である。
【００３２】
このような構成のＴＥＭ６０においては、まず、筐体の内部を真空状態とする。次に、カソード６１Ａを加熱することにより電子を放出させ、ウェーネルト６１Ｂにおいてこれを収束して電子密度の高い電子線束を形成し、さらにアノード６１Ｃによってその電子線束を加速して照射レンズ系６２へ向けて放射させる。電子線束を、照射レンズ系６２によって微小なスポット径に絞り込み、解析用試料１へ照射する。照射された電子線束は解析用試料１を透過するので、これを結像レンズ系６３を介して撮像素子６４へ投影することにより、解析用試料１の内部構造の観察像を得ることができる。なお、撮像素子６４のかわりに蛍光板を用いるようにしてもよい。
【００３３】
以上のように、本実施の形態によれば、まず、ＦＩＢ法を用いて、解析対象領域１０Ｒにおける解析対象膜１０と隣接する第１および第２隣接部分２３，３３をそれぞれ残すように第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚのうちの厚み方向の一部をそれぞれ選択的に除去することにより、解析対象領域１０Ｒにおいて、解析対象膜１０を挟んで対向する一対の凹部２１，３１を形成するようにしたので、例えばフォトリソグラフィ法などと比べ、より高い寸法精度を確保することができるうえ、より短時間で簡便に加工をおこなうことができる。
【００３４】
こののち、第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚを溶解可能な溶剤を用いることにより第１および第２隣接部分２３，３３の厚み方向の一部を溶解除去し、厚みｔ２１，ｔ３１を精度良くさらに薄くするようにしたので、ＴＥＭを用いた解析をおこなうのに適した解析用試料１を作製することができる。ここでは、解析対象膜１０に対してＦＩＢの照射の影響を与えないようにしたので、解析対象膜１０の結晶構造を変化させることがない。さらに、第１および第２支持層２０，３０が、解析対象領域１０Ｒに対応する領域よりも支持領域１０Ｓに対応する領域において大きな厚みを有するようにしたので、解析対象膜１０が支持領域１０Ｓにおいて第１および第２支持層２０，３０によって支持されることとなる。よって、解析対象膜１０の厚みｔ１０が非常に薄い場合であっても容易に取扱うことができ、かつ、その解析対象領域１０Ｒを容易に判別することができる。
【００３５】
さらに、このような解析用試料１の解析対象領域１０Ｒについて、ＴＥＭを用いて解析するようにしたので、成膜時の結晶構造を保持した解析対象膜１０における面内の状態について、正確な解析を容易におこなうことができる。
【実施例】
【００３６】
続いて、上記の実施の形態における具体的な実施例について説明する。本実施例では、上記の実施の形態における試料作製方法に基づき、解析用試料１を作製し、ＴＥＭにより解析対象領域１０Ｒの観察をおこなった。
【００３７】
具体的には、まず、シリコン（Ｓｉ）からなる基板４０の上に、スパッタリング法により、２００ｎｍ厚のＡｌ2Ｏ3からなる第１可溶膜２０Ｚと、２０ｎｍ厚のイリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）からなる解析対象膜１０と、２００ｎｍ厚のＡｌ2Ｏ3からなる第２可溶膜３０Ｚとを順に積層し、積層膜１Ｚを形成した。次いで、ダイシングにより積層膜１Ｚを切り出したのち、厚みｔ２０，ｔ３０がそれぞれ５０ｎｍとなるように、ＦＩＢエッチング法を用いて第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚを選択的に除去した。こののち、４０℃に保持された４規定（Ｎ）のＮａＯＨの中に１０分間浸漬させ、第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚの一部を溶解除去することにより、厚みｔ２０，ｔ３０をそれぞれ５ｎｍ以下とした。また、これと併せて、上記の積層膜１ＺについてＦＩＢエッチングのみを施すことにより解析対象領域１０Ｒの厚みｔ１が３０ｎｍとなるように加工し、比較例としての解析用試料を作製した。
【００３８】
以上のように作製した本実施例の解析用試料１について、ＴＥＭにより観察をおこなったところ、図７（Ａ）に示したように、モアレ像の少ない観察像が得られ、結晶粒径などの正確な解析が可能であることが確認できた。これに対し、ＦＩＢエッチング法のみによって作製した比較例としての解析用試料の場合には、図７（Ｂ）に示したように、モアレ像が発生してしまい、結晶粒径などの正確な解析が困難であった。
【００３９】
このように、本実施例によれば、ＦＩＢエッチング法と化学的エッチング法とを併用することにより、解析対象膜１０の結晶構造を変質させることなく解析対象領域１０Ｒにおける第１および第２可溶膜２０Ｚ，３０Ｚを十分に薄く加工するようにしたので、ＴＥＭによる解析を実施するにあたってモアレ像の少ない観察像が得られ、解析対象膜１０の諸物性についての正確な解析が可能であることが確認できた。
【００４０】
以上、いくつかの実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、解析対象領域に対応する領域の第１および第２の可溶膜を、解析対象膜を挟んで覆うように薄く残すようにしたが、解析対象膜の酸化等の劣化が問題とならない場合には、解析対象領域に対応する領域の第１および第２の可溶膜を完全に除去し、支持領域に対応する領域においてのみ残すようにしてもよい。その場合には、モアレ像の発生を完全に防ぐことができる。
【００４１】
また、本実施の形態および実施例では、Ａｌ2Ｏ3により第１および第２の可溶膜を構成すると共に、これを溶解する溶剤としてＮａＯＨを用いるようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、シリコン（Ｓｉ）により第１および第２の可溶膜を構成するようにしてもよい。
【００４２】
また、上記実施の形態では、ドライエッチング法としてＦＩＢエッチング法を用いるようにしたが、他のドライエッチング法を用いるようにしてもよい。あるいは、ドライエッチング法と併せて、レーザ光を照射するレーザエッチング法を用いるようにしてもよい。
【００４３】
また、上記実施の形態では、ＴＥＭを用い、電子線を照射して解析用試料の解析を行う場合について説明するようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、Ｘ線やイオンビームを照射して解析を行う解析手法を用いることもできる。そのような解析手法の例としては、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ；X-ray Photoelectron Spectroscopy）、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ；Secondary Ion Mass Spectrometry）またはラザフォード後方散乱分析法（ＲＢＳ；Rutherford Backscattering Spectrometry ）などが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の試料作製方法および試料解析方法は、例えば、半導体素子や磁気抵抗効果素子
などの電子・磁気デバイスに含まれる各種の薄膜パターンの解析に好適に用いることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る解析用試料の概略構成を表す斜視図である。
【図２】図１に示した解析用試料の平面構成を表す平面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る試料作製方法における一工程を表す平面図である。
【図４】図３に続く一工程を表す断面図である。
【図５】図４に続く一工程を表す平面図および断面である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る試料解析方法において用いるＴＥＭの構成を表す概略図である。
【図７】図１に示した解析用試料の解析対象領域におけるＴＥＭ観察像である。
【符号の説明】
【００４６】
１…解析用試料、１Ｚ…積層膜、１０…解析対象膜、１０Ｒ…解析対象領域、１０Ｓ…支持領域、２０…第１支持層、２０Ｚ…第１可溶膜、２１，３１…凹部、２２，３２…底面、２３，３３…隣接部分、３０…第２支持層、３０Ｚ…第２可溶膜、４０…基板、６０…ＴＥＭ、６１…電子銃、６２…照射レンズ系、６３…結像レンズ系、６４…撮像素子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
解析対象領域および、この解析対象領域以外の支持領域を含む解析対象膜と、
前記解析対象膜を挟んで対向する第１および第２の支持層と
を含み、
前記第１および第２の支持層は、それぞれ、前記支持領域に対応する領域においてのみ設けられ、または、前記支持領域に対応する領域よりも前記解析対象領域に対応する領域において小さな厚みを有するように設けられ、
前記解析対象膜は、成膜時の結晶構造と同等の結晶構造を保持している
ことを特徴とする解析用試料。
【請求項２】
前記第１および第２の支持層は、アルゴン（Ａｒ）を１％以上含有した非晶質の酸化アルミニウムからなる
ことを特徴とする請求項１に記載の解析用試料。
【請求項３】
第１の可溶膜の上に、解析対象領域およびこの解析対象領域以外の支持領域を含む解析対象膜と、第２の可溶膜とを順に積層する第１工程と、
ドライエッチング法を用いて、前記解析対象領域における解析対象膜と隣接する第１および第２の隣接部分をそれぞれ残すように前記第１および第２の可溶膜の厚み方向の一部をそれぞれ除去することにより、前記解析対象領域において、前記解析対象膜と前記第１および第２の隣接部分とを挟んで対向する第１および第２の凹部を形成する第２工程と、
前記第１および第２の可溶膜を溶解可能な溶剤を用いて、前記第１および第２の可溶膜のうち、前記支持領域に対応する部分をそれぞれ残しつつ前記第１および第２の隣接部分における厚み方向の少なくとも一部をそれぞれ溶解除去することにより、解析用試料を形成する第３工程と
を含むことを特徴とする試料作製方法。
【請求項４】
アルゴン（Ａｒ）を１％以上含む酸化アルミニウムを用いて前記第１および第２の可溶膜を形成する
ことを特徴とする請求項３に記載の試料作製方法。
【請求項５】
前記溶剤として、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液を用いる
ことを特徴とする請求項４に記載の試料作製方法。
【請求項６】
集束イオンビームを照射することにより前記第１および第２の凹部を形成する
ことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の試料作製方法。
【請求項７】
前記第２工程において、前記第１および第２の可溶膜のうちの前記第１および第２の隣接部分の厚みを５０ｎｍ以上とする
ことを特徴とする請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の試料作製方法。
【請求項８】
前記第１工程において、２０ｎｍ以下の厚みをなすように前記解析対象膜を形成する
ことを特徴とする請求項３から請求項７のいずれか１項に記載の試料作製方法。
【請求項９】
解析用試料の作製をおこなう試料作製工程と、
透過型電子顕微鏡を用いて前記解析用試料を解析する試料解析工程とを含み、
前記試料作製工程は、
第１の可溶膜の上に、解析対象領域およびこの解析対象領域以外の支持領域を含む解析対象膜と、第２の可溶膜とを順に積層する第１工程と、
ドライエッチング法を用いて、前記解析対象領域における解析対象膜と隣接する第１および第２の隣接部分をそれぞれ残すように前記第１および第２の可溶膜の厚み方向の一部をそれぞれ除去することにより、前記解析対象領域において、前記解析対象膜と前記第１および第２の隣接部分とを挟んで対向する第１および第２の凹部を形成する第２工程と、
前記第１および第２の可溶膜を溶解可能な溶剤を用いて、前記第１および第２の可溶膜のうち、前記支持領域に対応する部分をそれぞれ残しつつ前記第１および第２の隣接部分における厚み方向の少なくとも一部をそれぞれ溶解除去することにより、解析用試料を形成する第３工程と
を含むことを特徴とする試料解析方法。
【請求項１】
解析対象領域および、この解析対象領域以外の支持領域を含む解析対象膜と、
前記解析対象膜を挟んで対向する第１および第２の支持層と
を含み、
前記第１および第２の支持層は、それぞれ、前記支持領域に対応する領域においてのみ設けられ、または、前記支持領域に対応する領域よりも前記解析対象領域に対応する領域において小さな厚みを有するように設けられ、
前記解析対象膜は、成膜時の結晶構造と同等の結晶構造を保持している
ことを特徴とする解析用試料。
【請求項２】
前記第１および第２の支持層は、アルゴン（Ａｒ）を１％以上含有した非晶質の酸化アルミニウムからなる
ことを特徴とする請求項１に記載の解析用試料。
【請求項３】
第１の可溶膜の上に、解析対象領域およびこの解析対象領域以外の支持領域を含む解析対象膜と、第２の可溶膜とを順に積層する第１工程と、
ドライエッチング法を用いて、前記解析対象領域における解析対象膜と隣接する第１および第２の隣接部分をそれぞれ残すように前記第１および第２の可溶膜の厚み方向の一部をそれぞれ除去することにより、前記解析対象領域において、前記解析対象膜と前記第１および第２の隣接部分とを挟んで対向する第１および第２の凹部を形成する第２工程と、
前記第１および第２の可溶膜を溶解可能な溶剤を用いて、前記第１および第２の可溶膜のうち、前記支持領域に対応する部分をそれぞれ残しつつ前記第１および第２の隣接部分における厚み方向の少なくとも一部をそれぞれ溶解除去することにより、解析用試料を形成する第３工程と
を含むことを特徴とする試料作製方法。
【請求項４】
アルゴン（Ａｒ）を１％以上含む酸化アルミニウムを用いて前記第１および第２の可溶膜を形成する
ことを特徴とする請求項３に記載の試料作製方法。
【請求項５】
前記溶剤として、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液を用いる
ことを特徴とする請求項４に記載の試料作製方法。
【請求項６】
集束イオンビームを照射することにより前記第１および第２の凹部を形成する
ことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の試料作製方法。
【請求項７】
前記第２工程において、前記第１および第２の可溶膜のうちの前記第１および第２の隣接部分の厚みを５０ｎｍ以上とする
ことを特徴とする請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の試料作製方法。
【請求項８】
前記第１工程において、２０ｎｍ以下の厚みをなすように前記解析対象膜を形成する
ことを特徴とする請求項３から請求項７のいずれか１項に記載の試料作製方法。
【請求項９】
解析用試料の作製をおこなう試料作製工程と、
透過型電子顕微鏡を用いて前記解析用試料を解析する試料解析工程とを含み、
前記試料作製工程は、
第１の可溶膜の上に、解析対象領域およびこの解析対象領域以外の支持領域を含む解析対象膜と、第２の可溶膜とを順に積層する第１工程と、
ドライエッチング法を用いて、前記解析対象領域における解析対象膜と隣接する第１および第２の隣接部分をそれぞれ残すように前記第１および第２の可溶膜の厚み方向の一部をそれぞれ除去することにより、前記解析対象領域において、前記解析対象膜と前記第１および第２の隣接部分とを挟んで対向する第１および第２の凹部を形成する第２工程と、
前記第１および第２の可溶膜を溶解可能な溶剤を用いて、前記第１および第２の可溶膜のうち、前記支持領域に対応する部分をそれぞれ残しつつ前記第１および第２の隣接部分における厚み方向の少なくとも一部をそれぞれ溶解除去することにより、解析用試料を形成する第３工程と
を含むことを特徴とする試料解析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−７１３３９（Ｐ２００６−７１３３９Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５２３９７（Ｐ２００４−２５２３９７）
【出願日】平成１６年８月３１日（２００４．８．３１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月３１日（２００４．８．３１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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