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機械工業に係わる先端技術研究開発分野の 分析技術高度化に関する

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システム開発 21-F-11

機械工業に係わる先端技術研究開発分野の 分析技術高度化に関する

フィージビリティスタディ 報 告 書

― 要 旨 -

平成22年3月

財団法人 機械システム振興協会 委託先 社団法人 研究産業協会

この事業は、競輪の補助金を受けて実施したものです。

http://ringring-keirin.jp

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わが国経済の安定成長への推進にあたり、機械情報産業をめぐる経済的、社 会的諸条件は急速な変化を見せており、社会生活における環境、都市、防災、

住宅、福祉、教育等、直面する問題の解決を図るためには技術開発力の強化に 加えて、多様化、高度化する社会的ニーズに適応する機械情報システムの研究 開発が必要であります。

このような社会情勢の変化に対応するため、財団法人機械システム振興協会 では、財団法人JKAから機械工業振興資金の交付を受けて、システム技術 開発調査研究事業、システム開発事業、新機械システム普及促進事業を実施し ております。

このうち、システム技術開発調査研究事業及びシステム開発事業については、

当協会に総合システム調査開発委員会(委員長:東京大学名誉教授 藤正 巖氏)

を設置し、同委員会のご指導のもとに推進しております。

本「機械工業に係わる先端技術研究開発分野の分析技術高度化に関するフィ ージビリティスタディ」は、上記事業の一環として、当協会が社団法人研究産 業協会に委託し、実施した成果をまとめたもので、関係諸分野の皆様方のお役 に立てれば幸いであります。

平成22年3月

財団法人 機械システム振興協会

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はじめに

本報告書は、財団法人機械システム振興協会より、社団法人研究開発協会が 平成 21 年度事業として受託した「機械工業に係わる先端技術研究開発分野の 分析技術高度化に関するフィージビリティスタディ」の成果をまとめたもので ある。

我が国の経済は昭和 30 年代後半以降、電子工業やバイオ産業のように、高度 な研究開発に裏打ちされた工業によって牽引されてきたが、近年若者の理科離 れ、製造業離れ、さらには BRICs 諸国の追い上げ等、我が国経済のさらなる発 展に大きな課題が顕在化してきた。

しかし、将来、少子高齢化が急速に進む我が国が、引き続き発展を遂げてい くためには、より高度な技術研究開発によって世界最先端の技術水準を確保し ていかざるを得ない。最先端分野においては、例えば材料や電子デバイスの分 野では原子レベル、ナノレベルの精度での研究開発が当たり前になっており、

その研究開発段階において、材料、あるいは加工がどのような状況であるかを より正確に分析できなければ、その研究開発の成果を挙げることは不可能であ るといってもいい。

本フィージビリティスタディ(以下 F/S という。)では、我が国において先 端分野の研究開発を強力に推進していくため、最先端分野の分析項目について、

我が国の異なる分析機関が出した結果についてどの程度のばらつきがあるかの 現状を把握し、その分析結果がより狭い範囲に収まるためにはどのような課題 があり、どのような解決策があるかについて検討をすることを目的としている。

最先端分野の分析について、同一の試供体を作成し、それを用いて、国内の異 なる分析機関で分析を実施し、分析結果の集計、解析を実施した。それらをま とめることによって分析技術高度化の指針を得た。

本 F/S を実施するにあたり、経済産業省の御指導と財団法人機械システム振 興協会の御高配に深謝するとともに、本 F/S に御協力いただいた委員各位に心 より感謝申し上げる次第である。

平成22年3月

社団法人 研究産業協会

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目 次

序 はじめに

1 F/S の目的--- 1

2 F/S の実施体制--- 3

3 F/S の成果の要約--- 7

1 章 対象とする分析技術と試料--- 8

1.1 分析対象試料--- 8

1.2 用いた分析手法--- 9

1.2.1 二次イオン質量分析法(SIMS)--- 9

1.2.2 透過型電子顕微鏡(TEM)--- 10

1.2.3 走査型透過電子顕微鏡(STEM)--- 11

1.2.4 同位体希釈質量分析法(IDMS)--- 11

1.3 対象とする分析試料及び分析技術の特許調査--- 11

2 章 共通試料の検討及び作製--- 12

2.1 共通試料の検討--- 12

2.2 As 極浅ドープシリコンウェハー--- 12

2.2.1 参照物質--- 12

2.2.2 共通イオン注入試料の作製--- 12

2.2.2(1) 注入条件--- 12

2.2.2(2) TXRF によるドーズ量の確認--- 12

2.2.2(3) HR-RBS による深さ方向分布評価--- 13

2.2.2(4) SRIM2006 によるシミュレーション--- 14

2.2.3 ラウンドロビンテスト試料の回付--- 15

2.3 半導体多層膜--- 15

2.3.1 半導体多層膜の作製条件--- 15

2.3.2 XRR による膜厚の確認--- 15

2.3.3 ラウンドロビンテスト試料の回付--- 16

2.4 高誘電体膜(HfO

2

膜)--- 17

2.4.1 参照試料--- 17

2.4.2 共通 HfO

2

膜試料の作製--- 17

2.4.2(1) 作製条件--- 17

2.4.2(2) TXRF による面密度の確認--- 17

2.4.3 ラウンドロビンテスト試料の回付--- 18

2.5 金属ナノ粒子(FePt ナノ粒子)--- 18

2.5.1 共通試料の検討--- 18

2.5.2 FePt ナノ粒子の試作 1--- 18

2.5.3 FePt ナノ粒子の試作 2--- 19

2.5.4 FePt ナノ粒子の試作 3--- 19

2.5.5 ラウンドロビンテスト試料の回付--- 20

(8)

3 章 評価分析の実施、評価結果の集計、分析技術高度化の検討--- 21

3.1 As 極浅ドープシリコンウェハーの SIMS 分析--- 21

3.1.1 概要--- 21

3.1.2 目的--- 21

3.1.3 As 極浅ドープシリコンウェハー共通試料の試作--- 21

3.1.4 As 極浅ドープシリコンウェハーの評価--- 21

3.1.4(1) 評価手順--- 21

3.1.4(2) 深さ校正--- 22

3.1.5 評価分析結果--- 22

3.1.5(1) 分析装置及び測定条件--- 22

3.1.5(2) 分析結果--- 23

3.1.5(3) 深さ校正--- 25

3.1.5(4) 濃度校正--- 26

3.1.6 評価結果の集計--- 28

3.1.7 分析高度化への課題--- 30

3.2 半導体多層膜の TEM 分析--- 31

3.2.1 概要--- 31

3.2.2 目的--- 31

3.2.3 半導体多層膜共通試料の作製--- 31

3.2.4 半導体多層膜の(S)TEM 観察による評価--- 31

3.2.4(1) 評価項目及び評価機関--- 31

3.2.4(2) 評価機関における評価手順一覧--- 32

3.2.4(3) 評価機関における観察結果--- 37

3.2.4(4) X 線反射率測定法による膜厚計測結果--- 40

3.2.4(5) 評価機関によるラウンドロビンテスト膜厚計測の結果--- 41

3.2.5 TEM 分析による評価結果の検討--- 43

3.2.5(1) 9 機関の測定データのばらつき評価--- 43

3.2.5(2) AlGaAs/GaAs ピッチのばらつき評価--- 43

3.2.5(3) 同一の測長ソフトを利用した膜厚計測の評価--- 44

3.2.5(4) TEM 分析結果の総合評価--- 44

3.2.6 TEM 分析技術の高度化に向けた検討--- 44

3.3 高誘電体膜(HfO

2

膜)の試作・評価--- 46

3.3.1 目的・概要--- 46

3.3.2 参照試料--- 46

3.3.3 共通試料--- 46

3.3.4 共通試料の分析・計測の実施--- 46

3.3.5 評価手法--- 47

3.3.6 分析・計測結果--- 47

3.3.7 分析・計測結果の集計と解析--- 48

3.3.8 分析の高度化に向けた検討--- 48

3.4 金属ナノ粒子(FePt ナノ粒子)の試作・評価--- 49

3.4.1 概要--- 49

3.4.2 FePt ナノ粒子の作製--- 49

3.4.3 FePt ナノ粒子の評価概要--- 49

3.4.3(1) FePt ナノ粒子の評価方法--- 49

3.4.3(2) 試料 1(Lot.No.091029)の評価結果--- 50

3.4.3(3) 試料 2(Lot.No.142-011-080-2)の評価結果--- 50

(9)

3.4.3(4) 試料 3(Lot.No.100110)の評価結果--- 51

3.4.4 高度化に向けたまとめと課題--- 51

3.4.4(1) まとめ--- 51

3.4.4(2) 今後の課題--- 51

4 章 標準化に向けた手順案--- 52

4.1 ISO の標準化活動--- 52

4.2 標準化の項目--- 54

4.2.1 SIMS による As 極浅ドープシリコンウェハーの評価--- 54

4.2.2 TEM による半導体多層膜の膜厚評価--- 55

4.3 標準化活動に向けた指針--- 56

4 F/S の今後の課題及び展開--- 57

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1 F / S の 目 的

我 が 国 の 経 済 は 昭 和 3 0 年 代 後 半 以 降 、電 子 工 業 や バ イ オ 産 業 の よ う に 、高 度 な 研 究 開 発 に 裏 打 ち さ れ た 工 業 に よ っ て 牽 引 さ れ て き た が 、 近 年 若 者 の 理 科 離 れ 、 製 造 業 離 れ 、 さ ら に は B R I C s 諸 国 の 追 い 上 げ 等 、 我 が 国 経 済 の さ ら な る 発 展 に 大 き な 課 題 が 存 在 し て い る 。

し か し 、 将 来 、 少 子 高 齢 化 が 急 速 に 進 む 我 が 国 が 、 引 き 続 き 発 展 を 遂 げ て い く た め に は 、 よ り 高 度 な 技 術 研 究 開 発 に よ っ て 世 界 最 先 端 の 技 術 水 準 を 確 保 し て い か ざ る を 得 な い 。 最 先 端 分 野 に お い て は 、 例 え ば 材 料 や 電 子 デ バ イ ス の 分 野 で は 原 子 レ ベ ル 、 ナ ノ レ ベ ル の 精 度 で の 研 究 開 発 が 当 た り 前 に な っ て お り 、 そ の 研 究 開 発 段 階 に お い て 、 材 料 、 あ る い は 加 工 が ど の よ う な 状 況 で あ る か を よ り 正 確 に 分 析 で き な け れ ば 、 そ の 研 究 開 発 の 成 果 を 挙 げ る こ と は 不 可 能 で あ る と い っ て も い い 。

従 っ て 、 例 え ば 半 導 体 の 研 究 開 発 を 実 施 し て い る 大 企 業 の 場 合 、 多 額 な 金 額 を 費 や し て 標 準 試 供 材 を 作 製 し 、 社 内 、 あ る い は 有 力 な 分 析 会 社 で 分 析 を 実 施 し 、 そ の 分 析 結 果 の 補 正 を 実 施 し て い る 状 況 で あ る 。

他 方 、 異 分 野 の 技 術 を 融 合 す る 研 究 開 発 が 増 え 、 さ ら に 厳 し い 国 際 競 争 に 勝 利 し 、 か つ 、 研 究 開 発 の 成 果 を 速 や か に 事 業 化 す る た め に 研 究 開 発 期 間 の 短 縮 と い っ た 面 か ら 、 研 究 開 発 に お い て 、 近 年 、 オ ー プ ン イ ノ ベ ー シ ョ ン の 重 要 性 が 著 し く 増 加 し て い る 。 オ ー プ ン イ ノ ベ ー シ ョ ン の 推 進 の た め に は 大 学 、 公 的 研 究 機 関 あ る い は ベ ン チ ャ ー 企 業 の 役 割 が 増 大 し て い る と 言 え る 。 し か し な が ら 、 こ れ ら の 組 織 は 、 自 ら が 研 究 開 発 を 実 施 し て い る 大 企 業 と 異 な り 、 自 前 で 高 額 な 標 準 試 供 材 を 作 製 す る こ と が 困 難 な た め に 、 ど の 分 析 機 関 の デ ー タ が 信 頼 に 足 り る の か 、 あ る い は ど の 組 織 に 分 析 を 委 託 す る こ と が 妥 当 で あ る か 、 さ ら に は 異 な る 分 析 機 関 で 同 じ 分 析 結 果 に つ い て ど の 程 度 の ば ら つ き が あ る か 等 と い っ た 情 報 を 有 す る こ と は 極 め て 困 難 で あ る 。

実 際 の と こ ろ 、 最 先 端 分 野 の 分 析 に つ い て 、 同 一 の 試 供 体 に つ い て 、 国 内 の 異 な る 分 析 機 関 が 行 っ た 分 析 結 果 が ど の 程 度 の ば ら つ き が あ る の か に つ い て も ほ と ん ど デ ー タ が 存 在 し て い な い の が 現 状 で あ る 。 つ ま り 、 分 析 結 果 の 解 析 に し て も ど れ だ け 正 し い 情 報 に 基 づ い て 解 析 し て い る か が 、 不 確 実 で あ る 可 能 性 も 大 き い 。 従 っ て 、 大 学 、 公 的 研 究 機 関 あ る い は ベ ン チ ャ ー 企 業 等 が 最 先 端 分 野 の 研 究 開 発 を 実 施 す る 際 に 大 き な 障 害 が 存 在 す る 。

今 後 、 我 が 国 に お い て 先 端 分 野 の 研 究 開 発 を 強 力 に 推 進 し て い く た め に は 、 最 先 端 分 野 の 分 析 項 目 に つ い て 、 我 が 国 の 異 な る 分 析 機 関 が 出 し た 結 果 に つ い て ど の 程 度 の ば ら つ き が あ る か の 現 状 を 把 握 し 、 そ の 分 析 結 果 が よ り 狭 い 範 囲 に 収 ま る た め に は ど の よ う な 課 題 が あ り 、 ど の よ う な 解 決 策 が あ る か に つ い て 検 討 を す る 必 要 が あ る 。

ま た 、 こ の 分 野 に お い て は 、 分 析 試 料 及 び 分 析 手 順 に つ い て の 国 際 標 準 の 作 成 が 強 く 求 め ら れ て お り 、 特 定 の 項 目 に つ い て は 現 在 I S O に お い て 規 格 化 が 進 め ら れ て い る 。 こ の よ う な 規 格 作 成 に お い て 、 我 が 国 が 主 導 的 な 立 場 を 取 る こ

(12)

と が き わ め て 重 要 で あ る 。 そ の た め に も 国 際 標 準 に 展 開 で き る 先 端 的 な 共 通 評 価 試 料 を 作 製 す る こ と 、 及 び 、 そ の 測 定 を 実 施 す る こ と に よ っ て 我 が 国 の 分 析 の 技 術 水 準 を 把 握 し 標 準 と な る 分 析 手 順 の 検 討 を 行 う こ と が 必 要 で あ る 。 こ の よ う な F / S を 実 施 し て お け ば 、 今 後 、 よ り 先 端 的 な 分 野 に お け る 国 際 的 な 標 準 化 を 推 進 す る 際 に 我 が 国 が 主 導 的 な 立 場 を 取 る こ と が 可 能 と な る 。

さ ら に 、 こ れ ら の 異 な る 分 析 機 関 の 分 析 結 果 の ば ら つ き を 解 析 す る こ と に よ っ て 、 分 析 機 器 の 開 発 、 あ る い は 改 良 に あ た っ て も 重 要 な デ ー タ を 供 給 す る こ と が 可 能 と な る 。

ま た 、こ の よ う な 研 究 を 行 う こ と に よ っ て 、研 究 開 発 を 実 施 し て い る 研 究 者 、 技 術 者 が 安 心 し て 分 析 を 委 託 す る 分 析 機 関 を 把 握 す る こ と が 可 能 か に つ い て も 検 討 を 行 う も の と す る 。

(13)

2 F / S の 実 施 体 制

実 施 体 制 と し て 、 ( 財 ) 機 械 シ ス テ ム 振 興 協 会 に 総 合 シ ス テ ム 調 査 開 発 委 員 会 が 設 立 さ れ て い る 。 社 団 法 人 研 究 産 業 協 会 ( J R I A ) は 、 学 識 経 験 者 及 び 技 術 者 か ら な る 委 員 会 を 設 立 し 、 F / S の 活 動 を 行 っ た 。

共 通 試 料 の 分 析 ・ 計 測 に つ い て は 、 ( 社 ) 研 究 産 業 協 会 会 員 企 業 の 検 査 分 析 業 を 中 心 と し た 我 が 国 の 中 核 的 な 検 査 分 析 会 社 に 分 析 を 外 注 し て 実 施 し た 。 異 な る 分 析 機 関 が 実 施 し た 分 析 ・ 計 測 結 果 の 集 計 、 比 較 、 解 析 に つ い て は 基 準 と な る レ フ ァ レ ン ス 測 定 と と も に 公 的 機 関 ( ( 独 ) 産 業 技 術 総 合 研 究 所 計 測 標 準 研 究 部 門 ) に て 実 施 し た 。

( 財 ) 機 械 シ ス テ ム 振 興 協 会 総 合 シ ス テ ム 調 査 開 発 委 員 会

( 社 ) 研 究 産 業 協 会

本 F / S の 企 画 立 案 と ま と め

検 討 委 員 会

共 通 試 料 、 分 析 進 め 方 等 に つ い て 協 議

公 的 機 関 ( ( 独 ) 産 業 技 術 総 合 研 究 所 検 査 分 析 企 業 ( 試 料 ご と に 複 数 ) 計 測 標 準 研 究 部 門 ) 共 通 試 料 の 測 定

レ フ ァ レ ン ス 測 定 、 計 測 結 果 の 評 価 、 解 析 等

委 託

再 委 託 外 注

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総 合 シ ス テ ム 調 査 開 発 委 員 会 委 員 名 簿

( 順 不 同 ・ 敬 称 略 )

委 員 長 東 京 大 学 藤 正 巖 名 誉 教 授

委 員 埼 玉 大 学 太 田 公 廣 総 合 研 究 機 構

教 授

委 員 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所 金 丸 正 剛 エ レ ク ト ロ ニ ク ス 研 究 部 門

研 究 部 門 長

委 員 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所 志 村 洋 文 デ ジ タ ル も の づ く り 研 究 セ ン タ ー

招 聘 研 究 員

委 員 早 稲 田 大 学 中 島 一 郎 研 究 戦 略 セ ン タ ー

教 授

委 員 東 京 工 業 大 学 大 学 院 廣 田 薫 総 合 理 工 学 研 究 科

教 授

委 員 東 京 大 学 大 学 院 藤 岡 健 彦 工 学 系 研 究 科

准 教 授

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機 械 工 業 に 係 わ る 先 端 技 術 研 究 開 発 分 野 の 分 析 技 術 高 度 化 に 関 す る フ ィ ー ジ ビ リ テ ィ ス タ デ ィ 委 員 会 委 員 名 簿

( 順 不 同 ・ 敬 称 略 )

委 員 長 産 業 技 術 総 合 研 究 所 小 島 勇 夫 計 測 標 準 研 究 部 門 主 幹 研 究 員

先 端 材 料 科 ・ 科 長

委 員 東 京 理 科 大 学 宮 村 一 夫 理 学 部 化 学 科 教 授

委 員 産 業 技 術 総 合 研 究 所 平 田 浩 一 計 測 標 準 研 究 部 門 先 端 材 料 科

材 料 分 析 研 究 室

委 員 産 業 技 術 総 合 研 究 所 林 田 美 咲 計 測 標 準 研 究 部 門 先 端 材 料 科

材 料 評 価 研 究 室

委 員 産 業 技 術 総 合 研 究 所 加 藤 晴 久 計 測 標 準 研 究 部 門 先 端 材 料 科

高 分 子 標 準 研 究 室

委 員 株 式 会 社 コ ベ ル コ 科 研 笹 川 薫 技 監

委 員 株 式 会 社 住 化 分 析 セ ン タ ー 齋 藤 進 電 子 事 業 部 課 長

委 員 株 式 会 社 住 化 分 析 セ ン タ ー 行 嶋 史 郎 電 子 事 業 部

委 員 株 式 会 社 東 レ リ サ ー チ セ ン タ ー 山 田 敬 一 表 面 科 学 研 究 部

表 面 科 学 第 1 研 究 室 室 長

委 員 N T T ア ド バ ン ス テ ク ノ ロ ジ 株 式 会 社 水 野 誠 一 郎 先 端 プ ロ ダ ク ツ 事 業 本 部 材 料 分 析 セ ン タ

T E M グ ル ー プ 担 当 部 長

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委 員 N T T ア ド バ ン ス テ ク ノ ロ ジ 株 式 会 社 高 野 明 雄 先 端 プ ロ ダ ク ツ 事 業 本 部 材 料 分 析 セ ン タ

表 面 分 析 グ ル ー プ 担 当 課 長

委 員 日 本 電 子 株 式 会 社 福 嶋 球 琳 男 E O 技 術 本 部 E M グ ル ー プ

第 1 技 術 チ ー ム

委 員 株 式 会 社 日 立 ハ イ テ ク ノ ロ ジ ー ズ 多 持 隆 一 郎 ナ ノ テ ク ノ ロ ジ ー 製 品 事 業 本 部

那 珂 事 業 所 那 珂 ア プ リ ケ ー シ ョ ン セ ン タ 副 セ ン タ 長

委 員 株 式 会 社 ル ネ サ ス テ ク ノ ロ ジ 朝 山 匡 一 郎 武 蔵 事 業 所 解 析 技 術 開 発 部

主 管 技 師

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3 F / S の 成 果 の 要 約

我 が 国 機 械 工 業 で 重 要 な 役 割 を 果 た す 半 導 体 ・ ナ ノ 材 料 等 の 最 先 端 の 研 究 開 発 に 不 可 欠 な 微 量 成 分 ・ 微 細 構 造 の 分 析 計 測 の 精 度 を 向 上 さ せ る こ と を 目 的 と し て 、 以 下 の 項 目 に し た が っ て F / S を 行 っ た 。

( 1 ) 最 先 端 研 究 開 発 の 分 析・計 測 項 目 の 仕 様 検 討:第 3 期 科 学 技 術 基 本 計 画 重 点 推 進 4 分 野 等 の 技 術 ・ 産 業 に 即 し た 各 種 ロ ー ド マ ッ プ を 参 照 し 、 先 端 分 析 の 基 礎 と な る 半 導 体 プ ロ セ ス の 極 浅 ド ー プ 層 を 考 慮 し た S I M S 計 測 、半 導 体 極 薄 膜 の T E M 計 測 に つ い て 、 組 成 及 び 微 細 寸 法 の 計 測 を 中 心 と し た 年 度 ご と の 推 移 も 考 慮 し て 検 討 を 行 っ た 。 ま た 、 次 世 代 半 導 体 、 ナ ノ 材 料 に つ い て の 先 行 検 討 試 料 の 検 討 を 行 っ た 。

( 2 ) 共 通 試 料 の 検 討 ( 試 料 準 備 含 む ): 上 記 仕 様 に 基 づ い て 共 通 試 料 の 検 討 を 行 っ た 。 2 0 1 1 年 以 降 の 実 用 化 が 検 討 さ れ て い る 、 極 浅 イ オ ン ド ー プ 試 料 、 半 導 体 多 層 構 造 試 料 を 共 通 評 価 用 と し て 作 成 し 、 試 料 の 評 価 を 行 っ た 。 ま た 、 高 誘 電 体 膜 及 び 金 属 ナ ノ 微 粒 子 を 試 作 し た 。

上 記 の 4 試 料 に 対 し て 以 下 ( 3 ) 、 ( 4 ) 、 ( 5 ) の 項 目 を 実 施 し た 。

( 3 ) 共 通 試 料 の 分 析 ・ 計 測 の 実 施 : 異 な る 検 査 ・ 分 析 機 関 に お い て 共 通 試 料 を 用 い た 分 析 ・ 計 測 を 実 施 し た 。

( 4 ) 分 析 ・ 計 測 結 果 の 集 計 、 比 較 、 評 価 、 解 析 : 上 記 測 定 結 果 を 集 計 し 検 査 ・ 分 析 機 関 、 分 析 方 法 ご と に 比 較 ・ 評 価 を 行 い 計 測 結 果 の ば ら つ き に つ い て 整 理 し た 。 ば ら つ き の 状 況 と 先 端 計 測 分 野 の 現 状 に つ い て 把 握 を 行 っ た 。

( 5 ) 分 析 、解 析 、機 器 及 び 方 法 の 高 度 化 に 向 け た 検 討 : 計 測 結 果 の ば ら つ き に 基 づ い て 分 析 方 法 、 デ ー タ 解 析 方 法 、 分 析 機 器 な ど の 視 点 か ら そ の 原 因 に つ い て 考 察 を 行 い 分 析 技 術 の 高 度 化 に 向 け た 課 題 抽 出 ・ 解 決 案 の 検 討 を 行 っ た 。

以 上 の 結 果 を ま と め る こ と に よ っ て 、

( 6 ) 標 準 化 の 検 討 : 本 F / S の 結 果 を 共 通 試 料 ・ 分 析 手 順 ・ 分 析 機 器 等 の 国 際 標 準 化 に 向 け て 活 用 す る た め の 方 策 に つ い て の 検 討 を 行 っ た 。

(18)

1 章 対 象 と す る 分 析 技 術 と 試 料

第 3 期 科 学 技 術 基 本 計 画 重 点 推 進 4 分 野 等 の 技 術 ・ 産 業 に 即 し た 各 種 ロ ー ド マ ッ プ に お い て 記 さ れ て い る と お り 、 最 先 端 の 研 究 開 発 の 最 重 要 課 題 の 一 つ は 微 細 構 造 を 制 御 す る こ と で あ る 。 微 細 構 造 の 制 御 を 行 う た め に は 高 度 な 分 析 ・ 計 測 が 不 可 欠 で あ る 。 分 析 ・ 計 測 に お い て は 半 導 体 を 対 象 と し た 技 術 が 基 礎 と な っ て 他 産 業 へ 展 開 さ れ る こ と が 多 く 、 分 析 ・ 検 査 項 目 に つ い て そ の 基 本 で あ る 組 成 及 び 寸 法 の 計 測 は 特 に そ の 傾 向 が 強 い 。 現 在 半 導 体 プ ロ セ ス で は ド ー プ 層 の 極 浅 化 が 進 め ら れ て い る が 計 測 の 基 本 と な る 二 次 イ オ ン 質 量 分 析 法 ( Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS) に よ っ て も そ の 評 価 が 困 難 に な る こ と が 懸 念 さ れ て い る 。 ま た 、 微 細 寸 法 計 測 で は 透 過 型 電 子 顕 微 鏡 (Transmission Electron Microscope, TEM) や 走 査 型 透 過 電 子 顕 微 鏡 (Scanning TEM, STEM)に よ る 計 測 が 今 後 と も 最 も 重 要 で あ る こ と は 間 違 い な い が そ こ で 問 題 に な る の は そ の 絶 対 値 で あ る 。 こ れ ら を 組 成 計 測 、 微 細 寸 法 計 測 の 中 心 と し て 年 度 ご と の 推 移 も 考 慮 し て 必 要 と さ れ る 仕 様 を 検 討 し た 。 ま た 、 将 来 の 国 際 標 準 化 を 視 野 に 入 れ た 場 合 、 広 く 使 わ れ る た め に は 、 対 象 技 術 、 試 料 が 特 許 に よ り 権 利 化 さ れ て い な い こ と も 必 要 と 考 え ら れ る 。 そ の た め 、 対 象 技 術 、 試 料 に つ い て の 特 許 に つ い て も 検 討 し た 。

本 F/S で は 、SIMS に よ る 異 な る 量 の ヒ 素( As)を イ オ ン 注 入 に よ っ て ド ー プ し た シ リ コ ン 半 導 体 試 料 3 種 類 の 深 さ 方 向 分 析 、 TEM に よ る ヒ 化 ガ リ ウ ム ( GaAs) と ヒ 化 ガ リ ウ ム ア ル ミ ニ ウ ム ( AlGaAs) の 多 層 膜 の 各 層 の 厚 み の 分 析 を 共 通 分 析 の 対 象 と し 、 分 析 技 術 の 高 度 化 を 目 指 し た 。

ま た 、 次 世 代 半 導 体 ゲ ー ト 絶 縁 膜 、 ナ ノ 材 料 の 試 作 ・ 評 価 に つ い て も 検 討 し た 。 高 誘 電 体 膜 と し て 酸 化 ハ フ ニ ウ ム ( HfO2) 薄 膜 の 均 一 性 の 同 位 体 希 釈 質 量 分 析 法

( Isotope Dilution Mass Specrometry, IDMS) に よ る 分 析 、 そ し て 金 属 ナ ノ 粒 子 と し て 鉄 -白 金 ( FePt) ナ ノ 微 粒 子 の TEM 及 び STEM に よ る 粒 度 測 定 に つ い て 、 検 討 し た 。

1.1 分 析 対 象 試 料

産 業 の 米 と 称 さ れ る シ リ コ ン か ら メ モ リ な ど の 素 子 を 作 成 す る と き に は 、 均 一 な 試 料 で は な く 、 い ろ い ろ な 不 純 物 を 加 え た り 、 表 面 に 酸 化 膜 を 作 っ た り し て 所 定 の 機 能 を 持 つ よ う に す る 。 メ モ リ の 集 積 度 の 向 上 に 伴 い 、 作 成 さ れ る 素 子 中 に 導 入 し た 不 純 物 を ナ ノ ス ケ ー ル で 高 精 度 に 分 布 測 定 を 行 う 必 要 に 迫 ら れ て い る の が 現 状 で あ る 。 今 回 は 、 シ リ コ ン 内 に ヒ 素 を 1keV と 3keV で 同 量 の 1x101 5 cm- 2の 面 密 度 で イ オ ン 注 入 し た 試 料 を 分 析 対 象 と し た 。 加 速 電 圧 が 高 い ほ ど イ オ ン は 試 料 の 深 い 位 置 ま で 注 入 さ れ る 。 シ リ コ ン は 真 性 半 導 体 と な る が 、 最 外 殻 電 子 数 が 一 つ 多 い ヒ 素 を ド ー プ す る と 電 子 が キ ャ リ ア と な る n 型 半 導 体 に な る 。p- n 接 合 な ど を 形 成 す る た め に 、 イ オ ン 注 入 法 が 用 い ら れ て い る が 、 半 導 体 と し て の 性 質 は 注 入 量 や 濃 度 に よ っ て 変 化 す る た め 、 注 入 し た ヒ 素 の 分 布 を 正 確 に 精 度 よ く 評 価 す る 必 要 が あ る 。 ラ ザ フ ォ ー ド 後 方 散 乱 法( RBS)を 用 い れ ば 、精 度 よ く 分 布 を 知 る こ と が で き る が 、や や 特 殊 な 測 定 法 で あ る た め 、 汎 用 性 の 高 い SIMS で の 深 さ 方 向 分 析 を 目 指 し て い る 。 ヒ 化 ガ リ ウ ム ( GaAs) は 代 表 的 な 化 合 物 半 導 体 で あ り 、 シ リ コ ン と は 異 な り 直 接 遷 移 型 の ダ イ オ ー ド と な る た め 、 発 光 ダ イ オ ー ド と し て 広 く 用 い ら れ て い る 。 GaAs

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の ガ リ ウ ム を 一 部 ア ル ミ ニ ウ ム に 代 え た AlGaAs は 、 そ の 結 晶 格 子 が GaAs と ほ と ん ど 変 わ ら ず 、 や や 電 子 親 和 力 が 高 い 。 そ の た め 、 両 者 の 接 合 は 比 較 的 容 易 で あ り 、 交 互 に 積 層 し た 超 格 子 を 作 る こ と が で き る 。 超 格 子 で は 、 繰 り 返 し の 周 期 に 応 じ て 電 子 状 態 が 変 化 す る た め 、 フ ォ ト カ ソ ー ド な ど の 光 ・ 電 子 材 料 や 磁 性 材 料 と し て 期 待 さ れ て い る 。 一 方 、 そ の 物 性 が 繰 り 返 し 周 期 に 強 く 依 存 す る た め 、 正 確 な 繰 り 返 し 構 造 の 作 成 と 評 価 が 必 要 で あ る 。特 に 数 十 nm で の 繰 り 返 し 構 造 の 場 合 、原 子 数 個 に よ る 違 い で も 性 能 に 影 響 す る 。 今 回 は TEM 及 び STEM を 用 い た 評 価 を 検 討 し た 。 現 状 の 半 導 体 素 子 に さ ら に 高 い 集 積 度 を 求 め る と 、 従 来 の シ リ コ ン 表 面 に 絶 縁 膜 と し て 用 い ら れ て き た 酸 化 ケ イ 素 の 膜 で は 絶 縁 性 を 保 て な い た め 、 高 誘 電 体

( High-k)材 料 が 必 要 と さ れ る 。酸 化 ハ フ ニ ウ ム は 、誘 電 率 が 特 に 高 い High-k 材 料 と し て 有 望 視 さ れ て い る 材 料 で あ る 。 均 一 な 薄 膜 と し て シ リ コ ン 基 板 上 に 成 長 さ せ た 酸 化 ハ フ ニ ウ ム の 膜 厚 を 今 回 は 同 位 体 希 釈 質 量 分 析 法 で 評 価 し た 。

鉄 - 白 金 ナ ノ 粒 子 は 、磁 性 材 料 と し て の 応 用 が 期 待 さ れ て い る 材 料 で あ る 。数 nm の 大 き さ で 均 一 に 揃 っ た 粒 子 を 用 い れ ば 高 密 度 の 記 録 が 可 能 と な る こ と が 予 測 さ れ る が 、 そ の 粒 度 分 布 を 正 確 に 計 測 す る こ と は 磁 性 材 料 と し て の 特 性 を 評 価 す る う え で 欠 か せ な い 。3 次 元 の 立 体 的 な 粒 子 の 大 き さ を TEM お よ び STEM で 評 価 す る た め に 、 ま ず は 試 料 の 作 成 か ら 検 討 し た 。

1.2 用 い た 分 析 手 法

1.2.1 二 次 イ オ ン 質 量 分 析 法 (SIMS)

SIMS は 、イ オ ン 銃 で 発 生 さ せ た イ オ ン を 加 速 し て 試 料 に 照 射 し 、試 料 表 面 で 発 生 す る 二 次 イ オ ン の 質 量 を 分 析 す る 。 加 速 電 圧 を 高 く し て 、 試 料 自 体 を ス パ ッ タ に よ っ て 削 り な が ら 分 析 す る ダ イ ナ ミ ッ ク( 動 的 )SIMS と 、温 和 な 条 件 で 表 面 に 吸 着 し て い る 化 学 種 を 分 析 す る ス タ チ ッ ク( 静 的 )SIMS の 二 つ の 測 定 モ ー ド が あ り 、分 析 目 的 に 応 じ て 使 い 分 け る 。 原 理 的 に 破 壊 分 析 で あ る が 、 二 次 イ オ ン の 検 出 感 度 が 高 く 、 試 料 の 組 成 、 化 学 構 造 、 吸 着 化 学 種 を サ ブ ミ ク ロ ン の 空 間 分 解 能 で 解 析 で き る 上 、 深 さ 方 向 の 分 布 を 求 め る こ と が で き る た め 、 半 導 体 や 高 分 子 試 料 の 分 析 に 欠 か せ な い 測 定 法 と な っ て い る 。

SIMS で は 、イ オ ン ビ ー ム を 利 用 し て い る た め 、超 高 真 空 下 で 測 定 を 行 う 必 要 が あ る 。 ま た 、 イ オ ン ビ ー ム の 加 速 電 圧 で 若 干 変 わ る も の の 二 次 イ オ ン の 脱 出 深 さ は 浅 く 、 原 理 的 に 表 面 数 層 ま で の 化 学 種 が イ オ ン 化 さ れ る た め 、 試 料 の 汚 染 に は 細 心 の 注 意 が 必 要 で あ る 。SIMS で は 、表 面 に あ る 原 子 や 分 子 に 対 し て 一 次 イ オ ン の 運 動 エ ネ ル ギ ー が 受 け 渡 さ れ 、 表 面 か ら の 離 脱 と イ オ ン 化 が 同 時 に 進 行 す る 。 こ の 現 象 を ス パ ッ タ と 呼 ぶ が 、 ス パ ッ タ さ れ る 確 率 は 試 料 に よ っ て 異 な る こ と に 注 意 が 必 要 で あ る 。 た と え ば 二 種 類 の 元 素 か ら な る 試 料 の 一 方 の 元 素 の ス パ ッ タ 確 率 が 著 し く 低 い 場 合 、 そ の 元 素 の 組 成 比 が 低 く 見 積 も ら れ て し ま う し 、 表 面 組 成 自 体 が 変 化 す る 結 果 と な っ て し ま う 危 険 性 が あ る 。加 速 電 圧 な ど の 条 件 設 定 に は 注 意 が 必 要 で あ る 。 SIMS の 測 定 装 置 は 、大 ま か に 分 け て イ オ ン 銃 、イ オ ン の 加 速 お よ び 集 束 系 、試 料 ホ ル ダ 、質 量 分 析 計 に よ っ て 構 成 さ れ る 。SIMS で 用 い ら れ る イ オ ン 源 と し て は 、比 較 的 低 温 で 液 化 す る ガ リ ウ ム ( Ga) や セ シ ウ ム ( Cs) な ど の 液 体 金 属 が 多 く 用 い ら れ る が 、 一 次 イ オ ン に よ る 汚 染 が 問 題 と な る 場 合 に は 、 ア ル ゴ ン ( Ar) も 用 い ら れ る 。 こ れ ら を 電 子 衝 撃 法 に よ っ て イ オ ン 化 し て 加 速 電 圧 に よ っ て 引 き 出 し て 集 束 レ

(20)

ン ズ 系 で イ オ ン ビ ー ム に す る 。集 束 レ ン ズ 系 を 用 い て 数 nm ま で 集 束 し た イ オ ン ビ ー ム を 作 る こ と が で き 、 イ オ ン に よ っ て 表 面 に あ る 原 子 を ス パ ッ タ に よ り 弾 き 飛 ば し な が ら 分 析 す る 。 従 っ て 、 加 速 電 圧 や 電 流 密 度 を 上 げ る こ と に よ っ て 、 深 さ 方 向 の 分 析 速 度 が 速 く な る 。 一 方 、 深 さ 方 向 や 平 面 方 向 の 分 解 能 の 低 下 、 周 辺 へ の 試 料 の 堆 積 な ど の 問 題 も 生 じ る の で 、 試 料 や 分 析 目 的 に 応 じ た 適 正 な 条 件 を 設 定 す る 必 要 が あ る 。

SIMS で 用 い ら れ る 質 量 分 析 計 に は 、磁 場 型 、四 重 極 型 、飛 行 時 間 型 が あ る 。磁 場 型 で は 電 場 の エ ネ ル ギ ー 収 束 性 を 利 用 し た 高 い 質 量 分 解 能 を 持 つ 二 重 収 束 型 質 量 分 析 計 が 主 と し て 用 い ら れ る 。 四 重 極 型 は 質 量 分 解 能 は 低 い も の の 、 装 置 が 簡 便 ・ コ ン パ ク ト で 汎 用 性 が 高 い 。 飛 行 時 間 型 は 高 い 質 量 分 解 能 を 持 つ が 、 質 量 数 に よ っ て 同 じ 電 場 で 加 速 し て も 速 度 に 違 い が 生 じ る こ と を 利 用 し た 質 量 分 析 計 で あ る た め 、 原 理 的 に イ オ ン ビ ー ム を パ ル ス 状 に す る 必 要 が あ る 。 必 要 な 質 量 分 解 能 に 応 じ て 選 択 す れ ば よ い 。

1.2.2 透 過 型 電 子 顕 微 鏡 (TEM)

電 子 の 波 長λは ド ブ ロ イ の 式λ= h/p で 表 さ れ る 。 こ こ で p は 電 子 の 運 動 量 、 h は プ ラ ン ク 定 数 で あ る 。 し た が っ て 電 子 の 波 長 は 運 動 量 が 大 き く な る と 短 く な る こ と が 分 か る 。 質 量 m で 電 荷 e の 電 子 を 電 圧 V で 加 速 す る と そ の 運 動 エ ネ ル ギ ー T=mv/ 2=p/ 2m= eV な の で 、 波 長λ= h/ 2meV と な る 。 こ の 式 を 用 い て 計 算 す る と 、 加 速 電 圧 V が 1.5 V で 1 nm と な り 、 15 k V で 加 速 す る と 水 素 原 子 の 半 径

( 0.05 nm) よ り も 短 い 0.01 nm と な る 。 TEM で は 数 10 kV か ら 数 100 kV で 加 速 し た 短 波 長 の 電 子 を 試 料 に 照 射 し て 、 透 過 し て き た 電 子 を 検 出 器 で あ る 撮 像 素 子 上 に 投 影 し て 検 出 す る 。TEM は 、電 子 銃 、集 束 電 子 レ ン ズ 、対 物 電 子 レ ン ズ 、対 物 絞 り 、 撮 像 素 子 で 構 成 さ れ て い る 。 大 気 中 で は 電 子 が 散 乱 さ れ て し ま う た め 、 系 全 体 を 高 真 空 に 保 つ 必 要 が あ る 。

電 子 線 源 と し て は 、 従 来 、 タ ン グ ス テ ン や ほ う 化 ラ ン タ ン ( LaB6) の フ ィ ラ メ ン ト を 用 い る 熱 電 子 銃 が 用 い ら れ て き た が 、 最 近 で は 電 界 で 電 子 を 引 き 出 す 電 界 放 射 型 の 電 子 銃 が 用 い ら れ て い る 。 電 子 銃 か ら 放 出 さ れ た 電 子 は 電 場 や 磁 場 を 利 用 し た 電 子 レ ン ズ に よ っ て 集 束 し て 試 料 に 照 射 さ れ る 。 こ の と き 、 試 料 中 で は 電 子 密 度 が 大 き い 原 子 位 置 に 入 射 し た 電 子 ほ ど 大 き く 散 乱 さ れ る 。 透 過 し て き た 電 子 を 対 物 電 子 レ ン ズ を 通 し た 後 、 対 物 絞 り に て 散 乱 電 子 を 除 い て 撮 像 素 子 に て 電 子 を 検 出 す れ ば 、 散 乱 強 度 に よ る 明 暗 が 像 と し て 観 察 さ れ る 。 試 料 が 結 晶 で 微 粒 子 あ る い は 非 常 に 薄 い 薄 膜 の 場 合 、 透 過 電 子 と 散 乱 電 子 が 干 渉 し て 結 晶 格 子 像 が 得 ら れ る 場 合 が あ る 。 TEM で 観 測 さ れ る 原 子 に よ る 格 子 像 は こ う し た 干 渉 に よ っ て で き る 像 で あ る 。 TEM で は 、 電 子 の 散 乱 と 干 渉 に よ っ て 像 が で き る 。

電 子 は 電 磁 波 で あ る 光 子 と 比 べ て 物 質 中 の 電 子 と の 相 互 作 用 が 大 き い た め 、 透 過 力 が 弱 い 。 電 圧 を 上 げ れ ば 透 過 力 は 増 加 す る も の の 、 100 kV で 加 速 し た 電 子 で も せ い ぜ い 数 100 nm し か 物 質 中 を 移 動 し な い 。 そ の た め 、 試 料 は 1 ミ ク ロ ン 以 下 の 薄 片 に す る か 、 さ ら に 加 速 電 圧 を 上 げ て 電 子 の 透 過 力 を あ げ ね ば な ら な い 。 市 販 装 置 で は な い が 、数 MV で 加 速 し た 電 子 を 用 い る 超 高 圧 電 子 顕 微 鏡 が 開 発 さ れ て お り 、こ れ を 用 い れ ば 数 ミ ク ロ ン 厚 の 金 属 試 料 で も 透 過 電 子 顕 微 鏡 像 が 得 ら れ る 。

TEM で は 原 理 的 に 電 子 を 照 射 し て 、そ の 透 過 具 合 の 違 い を 濃 淡 と し て 画 像 化 す る 。

(21)

そ の た め 、 異 な る 元 素 組 成 の 試 料 が 接 触 し て い る 境 界 付 近 で の 電 子 の 回 り 込 み ( 回 折 ) が 起 こ り 、 電 子 密 度 の 差 が 大 き く な る と 周 辺 が ふ く ら ん で 見 え る 。 ま た 、 顕 微 鏡 に 共 通 す る 問 題 と し て 、 試 料 表 面 に 対 す る 電 子 線 の 入 射 角 が 傾 い て い る 場 合 や 表 面 自 体 が 凸 凹 し て い た り 傾 い た り し て い る 試 料 で は 正 確 な 計 測 が で き な く な る 。

1.2.3 走 査 型 透 過 電 子 顕 微 鏡 (STEM)

TEM で は 散 乱 さ れ る 電 子 数 の 位 置 に よ る 違 い を 、 散 乱 さ れ な か っ た 電 子 を 2 次 元 検 出 器 で 検 出 す る こ と に よ っ て 計 測 し て い る が 、 さ ら に 原 子 の 大 き さ と 同 程 度 ま で 電 子 ビ ー ム を 絞 り 、 電 子 ビ ー ム が 試 料 に あ た る 位 置 を 走 査 し な が ら 散 乱 さ れ る 電 子 数 を 計 測 す る こ と も で き る 。 散 乱 電 子 数 の デ ー タ を コ ン ピ ュ ー タ で 蓄 積 し て 、 そ の 大 小 を 濃 淡 の イ メ ー ジ に 変 え て 画 像 化 す る の が 走 査 型 透 過 電 子 顕 微 鏡 STEM で あ る 。 STEM で は 、散 乱 さ れ た 電 子 を 環 状 の 検 出 器 で 計 測 す る と と も に 、散 乱 さ れ ず に 透 過 し て く る 電 子 を エ ネ ル ギ ー 分 析 器 に 導 き 、 そ の 運 動 エ ネ ル ギ ー の 分 布 を 同 時 に 計 測 す る 。 散 乱 電 子 に よ る 像 は 原 理 的 に TEM で 得 ら れ る 像 と 同 等 で あ る 。 一 方 、 透 過 し て く る 電 子 に は 、 入 射 時 の 運 動 エ ネ ル ギ ー を 保 っ て 透 過 し て く る も の の ほ か に 、 試 料 の 電 子 を 励 起 し て 運 動 エ ネ ル ギ ー を 失 っ た 非 弾 性 散 乱 電 子 も 含 ま れ て い る 。 し た が っ て 、 透 過 電 子 の 運 動 エ ネ ル ギ ー の 分 布 は 電 子 エ ネ ル ギ ー 損 失 ス ペ ク ト ル

( Electron Energy Loss Spectrum, EELS) を 与 え る こ と に な る 。 元 素 に よ っ て 、 エ ネ ル ギ ー 損 失 の 大 き さ が 異 な る た め 、 特 定 の 運 動 エ ネ ル ギ ー の 非 弾 性 散 乱 電 子 に つ い て 、そ の 強 度 の 位 置 に よ る 違 い を 画 像 化 す る と 、元 素 分 布 が 求 め ら れ る 。STEM で は 、 形 状 観 察 だ け で は な く 、 分 析 も 可 能 で あ る こ と が 分 か る 。

1.2.4 同 位 体 希 釈 質 量 分 析 法 ( IDMS)

誘 導 結 合 プ ラ ズ マ 質 量 分 析 法 ( Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, ICP-MS)は 高 い 感 度 と 元 素 特 定 能 を あ わ せ も つ 分 析 法 で あ る 。こ の ICP-MS を 行 う 試 料 に 、 通 常 の 同 位 体 比 と は 異 な る 濃 縮 同 位 体 ( ス パ イ ク ) を 加 え る こ と に よ っ て 、 加 え る 前 後 で の 同 位 体 比 の 違 い か ら 試 料 中 の 目 的 元 素 の 定 量 を 行 う の が IDMS で あ る 。元 の 試 料 と 添 加 試 料 は SI ト レ ー サ ブ ル な 質 量 で 計 測 す る た め 、値 付 け が な さ れ た ス パ イ ク を 用 い れ ば 、 得 ら れ た 測 定 値 の 信 頼 性 が 高 い の が 特 長 で あ る 。

1.3 対 象 と す る 分 析 試 料 及 び 分 析 技 術 の 特 許 調 査

す で に 特 許 化 さ れ て い る 試 料 や 手 順 を 用 い る こ と は 標 準 化 を 進 め る う え で 支 障 を き た す 恐 れ が あ る 。 そ こ で 、 上 記 で 検 討 し た 共 通 分 析 試 料 ( 極 浅 ド ー プ Si 基 板 、 GaAs/AlGaAs 多 層 周 期 構 造 )、及 び 、計 測 方 法( 極 浅 ド ー プ 試 料 の 計 測 法 、GaAs/AlGaAs 多 層 周 期 構 造 寸 法 計 測 ) に つ い て は 、 特 許 情 報 を 調 査 し 、 特 許 上 の 制 約 の な い こ と を 確 認 し た 。

(22)

2 章 共 通 試 料 の 検 討 及 び 作 製

2 . 1 共 通 試 料 の 検 討

第 1 章 の 仕 様 に 基 づ い て 異 な る 機 関 の 分 析 ・ 計 測 結 果 を 比 較 ・ 解 析 を 行 う た め に 必 要 な 先 端 研 究 開 発 分 野 で の 共 通 試 料 の 検 討 を 行 っ た 。技 術 ロ ー ド マ ッ プ 、 重 点 4 分 野 等 の 技 術・産 業 動 向 に 合 致 し た 半 導 体 材 料( イ オ ン 注 入 極 浅 ド ー プ 、 高 誘 電 体 膜 ( H i g h - k 膜 )、 多 層 構 造 )、 ナ ノ テ ク 材 料 ( 金 属 微 粒 子 ) の 国 際 標 準 化 を 見 据 え た 共 通 試 料 を 作 製 し 、 さ ら に 先 端 的 な 先 行 試 料 を 検 討 し た 。

2 . 2 A s 極 浅 ド ー プ シ リ コ ン ウ ェ ハ ー 2 . 2 . 1 参 照 物 質

参 照 物 質 と し て 、産 業 技 術 総 合 研 究 所 で ド ー ズ 量 の 値 付 け を し た A s 注 入 シ リ コ ン ウ ェ ハ ー を 用 い た 。こ れ は 、S i ( 1 0 0 ) ウ ェ ハ ー に A s+を 1 0 k e V 、3 . 1 × 1 01 5 / c m2 注 入 し た も の で あ る 。

2 . 2 . 2 共 通 イ オ ン 注 入 試 料 の 作 製 2 . 2 . 2 ( 1 ) 注 入 条 件

ソ ー ス ・ ド レ イ ン エ ク ス テ ン シ ョ ン の 技 術 ロ ー ド マ ッ プ を 意 識 し 、 8 イ ン チ S i ( 1 0 0 ) ウ ェ ハ ー に 、 A s+を 1 k e V 、 1 × 1 01 5 / c m2で 注 入 し た 試 料 、 及 び 8 イ ン チ S i ( 1 0 0 ) ウ ェ ハ ー に 、 A s+を 3 k e V 、 1 × 1 01 5 / c m2で 注 入 し た 試 料 を そ れ ぞ れ 5 枚 作 製 し た 。 そ の 他 の 注 入 条 件 は 、 チ ル ト 角 : 7 ° 、 ツ イ ス ト 角 : 2 7 ° 、 注 入 ビ ー ム 電 流 : 2 m A ( 1 k e V 注 入 試 料 ) 、 2 . 4 m A ( 3 k e V 注 入 試 料 ) で あ る 。 注 入 は 株 式 会 社 S E N で 行 っ た 。

2 . 2 . 2 ( 2 ) T X R F に よ る ド ー ズ 量 の 確 認

全 反 射 蛍 光 X 線 ( T X R F ) に よ り 、 作 製 し た 共 通 試 料 の ド ー ズ 量 評 価 を 行 っ た 。 T X R F の 測 定 条 件 は 、 装 置 : テ ク ノ ス 社 製 T R E X 6 3 0 Ⅲ 、 X 線 : A g - K α 、 電 圧 : 3 0 k V 、 電 流 : 1 0 m A 、 照 射 角 度 : 0 . 2 ° で あ る 。 こ の 条 件 は 、 デ ッ ド タ イ ム が 小 さ く な る よ う に 電 圧 、 電 流 を 設 定 し 、 入 射 角 度 に 関 し て は 、 ① A s が ピ ー ク を 持 つ 角 度 よ り も 深 く 、 ② A s の 強 度 が 高 く 、 ③ A g 及 び S i の 強 度 が 低 く 、 ④ A g 、 S i 、 A s と も に 角 度 変 化 に よ る 強 度 変 化 の 小 さ い 、こ と を 満 た す 条 件 で あ る 。さ ら に 、 X 線 の 結 晶 方 位 依 存 性 を 調 べ 、 ① A s - K α 強 度 が 高 く 、 ② A g - K α 及 び S i - K α 強 度 が 低 く な る 、 方 位 か ら X 線 を 照 射 し 測 定 を 行 っ た 。

表 2 . 2 - 1 に 、 参 照 物 質 ( 1 0 k e V 注 入 ウ ェ ハ ー ) 、 1 k e V 注 入 ウ ェ ハ ー ( 5 枚 )、

3 k e V 注 入 ウ ェ ハ ー の 中 心 部 か ら 得 ら れ た T X R F 測 定 結 果 、及 び 参 照 物 質 、1 k e V 注 入 ウ ェ ハ ー ( 1 枚 ) 、 3 k e V 注 入 ウ ェ ハ ー ( 1 枚 ) の 面 内 測 定 結 果 を 示 す 。 表 中 の ド ー ズ 量 は 、 参 照 試 料 の ド ー ズ 量 ( 3 . 1 × 1 01 5 / c m2) を 基 に 算 出 し て い る 。 こ の 結 果 か ら ラ ウ ン ド ロ ビ ン ( R R T ) 試 料 と し て 回 付 し た 1 k e V 注 入 試 料 の ド ー ズ 量 は 1 . 0 6 × 1 01 5 / c m2、 3 k e V 注 入 試 料 の ド ー ズ 量 は 1 . 0 0 × 1 01 5 / c m2、 で あ る こ と を 確 認 し た 。

(23)

表 2 . 2 - 1 A s 注 入 共 通 試 料 の T X R F に よ る ド ー ズ 量 評 価 結 果

A s - K α 強 度

試 料 測 定

ウ ェ ハ ー N o .

n 平 均

( c p s ) C V ( % )

ド ー ズ 量 ( c m

- 2

) 面 内 ば ら つ き 測

定 # 1 0 - 1 1 7 1 . 0 9 7 X 1 0

2

6 . 8 9 9 X 1 0

- 1

・ ・ ・ 1 0 k e V

( 参 照 物 質 )

中 心 測 定 # 1 0 - 1 3 1 . 1 0 7 X 1 0

2

2 . 1 3 5 X 1 0

- 1

・ ・ ・ 面 内 ば ら つ き 測

定 # 1 - 1 1 3 3 . 7 7 2 X 1 0

6 . 8 8 5 X 1 0

- 1

1 . 0 5 7 X 1 0

1 5

# 1 - 1 4 3 . 7 9 2 X 1 0

5 . 0 6 4 X 1 0

- 1

1 . 0 6 2 X 1 0

1 5

# 1 - 2 3 3 . 7 6 8 X 1 0

3 . 1 1 5 X 1 0

- 1

1 . 0 5 6 X 1 0

1 5

# 1 - 3 3 3 . 7 7 3 X 1 0

4 . 6 6 2 X 1 0

- 1

1 . 0 5 7 X 1 0

1 5

# 1 - 4 3 3 . 7 4 8 X 1 0

6 . 3 5 3 X 1 0

- 1

1 . 0 5 0 X 1 0

1 5

1 k e V

中 心 測 定

# 1 - 5 3 3 . 7 3 8 X 1 0

3 . 7 8 8 X 1 0

- 1

1 . 0 4 7 X 1 0

1 5

面 内 ば ら つ き 測

定 # 3 - 1 1 3 3 . 5 6 8 X 1 0

4 . 8 4 4 X 1 0

- 1

9 . 9 9 5 X 1 0

1 5

# 3 - 1 4 3 . 5 6 8 X 1 0

7 . 6 5 8 X 1 0

- 1

9 . 9 9 6 X 1 0

1 5

# 3 - 2 3 3 . 5 8 6 X 1 0

3 . 9 7 6 X 1 0

- 1

1 . 0 0 5 X 1 0

1 5

# 3 - 3 3 3 . 6 2 6 X 1 0

2 . 6 3 2 X 1 0

- 1

1 . 0 1 6 X 1 0

1 5

# 3 - 4 3 3 . 6 5 1 X 1 0

3 . 9 1 2 X 1 0

- 1

1 . 0 2 3 X 1 0

1 5

3 k e V

中 心 測 定

# 3 - 5 3 3 . 6 4 8 X 1 0

2 . 7 4 9 X 1 0

- 1

1 . 0 2 2 X 1 0

1 5

( 太 字 は 、 ラ ウ ン ド ロ ビ ン テ ス ト 用 に 回 付 し た 試 料 ) 今 回 の 測 定 装 置 は 、面 内 座 標 を ( x , y ) で は な く 、( r , θ ) に よ り 決 定 す る た め 、 面 内 測 定 を 行 う に あ た り 、 全 て の 測 定 箇 所 で 回 転 角 を 揃 え る こ と は で き な い た め 、 こ れ が 面 内 測 定 時 の 不 確 か さ の 要 因 の 一 つ に な っ て い る 。

2 . 2 . 2 ( 3 ) H R - R B S に よ る 深 さ 方 向 分 布 評 価

高 分 解 能 ラ ザ フ ォ ー ド 後 方 散 乱 分 光 法 ( H R - R B S ) に よ り 共 通 試 料 の 深 さ 方 向 分 布 を 評 価 し た 。 測 定 条 件 は 、 装 置 : 神 戸 製 鋼 所 製 H R B S 5 0 0 、 入 射 イ オ ン の エ ネ ル ギ ー : 4 8 0 k e V 、 イ オ ン 種 : H e+、 散 乱 角 : 7 7 ° 、 入 射 角 : 試 料 面 の 法 線 に 対 し 5 0 ° 、 試 料 電 流 : 2 5 n A 、 照 射 量 : 4 0 μ C 、 で あ る 。 デ ー タ 処 理 は 、 ま ず 酸 素 の 高 エ ネ ル ギ ー 側 エ ッ ジ の 中 点 を 基 準 に 横 軸 の チ ャ ン ネ ル を 散 乱 イ オ ン の エ ネ ル ギ ー に 変 換 し 、 次 い で シ ス テ ム バ ッ ク グ ラ ウ ン ド を 差 し 引 い た 。 図 2 . 2 - 1 に 参 照 物 質 ( 1 0 k e V 注 入 試 料 ) 、 1 k e V 注 入 試 料 、 3 k e V 注 入 試 料 か ら 得 ら れ た H R - R B S ス ペ ク ト ル を 示 す 。 表 2 . 2 - 2 に H R - R B S か ら 得 ら れ た A s の ピ ー ク 濃 度 、 ピ ー ク 深 さ 及 び ド ー ズ 量 を 示 す 。 な お 、 こ こ で は ド ー ズ 量 は 、 H R - R B S に よ り 直 接 測 定 さ れ た 値 を 示 し 、T X R F 測 定 の よ う に 、参 照 物 質 の ド ー ズ 量 を 基 に 換 算 し 直 し て い な い 。

(24)

表 2 . 2 - 2 A s の ピ ー ク 濃 度 、 ピ ー ク 深 さ 及 び ド ー ズ 量 試 料 A sピ ー ク 濃 度

( a t % )

A sピ ー ク 深 さ ( n m )

A s ド ー ズ 量

× 1 01 5 ( a t o m s / c m2) 1 k e V 5 . 8 ± 0 . 1 4 . 6 ± 1 1 . 0 ± 0 . 1 3 k e V 3 . 4 ± 0 . 1 7 . 5 ± 1 0 . 9 ± 0 . 1 1 0 k e V

(参 照 物 質)

4 . 7 1 6 . 9 ± 1 2 . 9 ± 0 . 1

2 . 2 . 2 ( 4 ) S R I M 2 0 0 6 に よ る シ ミ ュ レ ー シ ョ ン

S R I M 2 0 0 6 を 用 い て 、 1 k e V 注 入 試 料 と 3 k e V 注 入 試 料 の 注 入 プ ロ フ ァ イ ル を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン し た 。 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り 得 ら れ た デ プ ス プ ロ フ ァ イ ル を 図 2 . 2 - 2 に 示 す 。

1E+17 1E+18 1E+19 1E+20 1E+21

0 5 10 15 20

Depth (nm)

Concentration (atoms/cm3) 1 keV注入

3 keV注入

図 2 . 2 - 2 S R I M 2 0 0 6 に よ る シ ミ ュ レ ー シ ョ ン プ ロ フ ァ イ ル 0

1000 2000 3000

400 440

Energy (keV)

Yield (counts/keV)

1 keV 3 keV 10 keV

0 5000 10000 15000 20000

300 340 380 420 460

Energy (keV)

Yield (counts/keV)

1 keV 3 keV 10 keV

A S i

O

図 2 . 2 - 1 各 試 料 の H R - R B S ス ペ ク ト ル

(25)

2 . 2 . 3 ラ ウ ン ド ロ ビ ン テ ス ト 試 料 の 回 付

共 通 試 料 は 、 表 面 の 酸 化 や 汚 染 を 防 ぐ た め 、 1 5 × 1 5 m m2 に ヘ キ 開 の 後 、 真 空 封 止 さ れ 、 ラ ウ ン ド ロ ビ ン テ ス ト 参 加 機 関 に 回 付 さ れ た 。

2 . 3 半 導 体 多 層 膜

2 . 3 . 1 半 導 体 多 層 膜 の 作 製 条 件

T E M に よ り 格 子 を 数 え ら れ る 1 0 n m の 超 格 子 構 造 試 料 ( 以 下 1 0 n m 試 料 ) と 、 直 接 格 子 を 数 え る こ と に よ っ て 膜 厚 を 決 定 す る こ と が 一 般 的 に は 厳 し い と さ れ る 3 0 n m の 超 格 子 構 造 試 料 ( 以 下 3 0 n m 試 料 ) の 作 製 を 検 討 し た 。 1 0 n m 試 料 は 、 i - G a A s ( 1 0 0 n m ) / { i - G a A s ( 1 0 n m ) / i - A l0 . 9G a0 . 1A s ( 1 0 n m ) } × 6 0 周 期 / i - G a A s ( 3 0 n m ) / i - G a A s ( 1 0 n m ) / S . I . G a A s ( 1 0 0 ) 基 板 ( 0 1 1 方 向 に 5 ° オ フ ) 構 造 と し 、 3 0 n m 試 料 は 、 i - G a A s ( 1 0 0 n m ) / { i - G a A s ( 3 0 n m ) / i - A l0 . 9G a0 . 1A s ( 3 0 n m ) }

× 6 0 周 期 / i - G a A s ( 3 0 n m ) / i - G a A s ( 1 0 n m ) / S . I . G a A s ( 1 0 0 ) 基 板 ( 0 1 1 方 向 に 5 ° オ フ ) 構 造 と し た 。 成 膜 は 住 友 化 学 株 式 会 社 で M O V P E に よ り 行 い 、 成 膜 手 順 は 、 ① A l0 . 9G a0 . 1A s 単 層 構 造 で の 段 差 計 に よ る 膜 厚 調 整 と X R D に よ る A l 組 成 調 整 、 ② { G a A s ( 3 0 n m ) / A l0 . 9G a0 . 1A s ( 3 0 n m ) } × 2 0 周 期 で の 段 差 計 に よ る 合 計 膜 厚 調 整 と X R D に よ る 超 格 子 膜 厚 の 調 整 、 ③ 本 構 造 で の 試 作 、 ④ 本 試 料 成 膜 、 で 行 っ た 。

2 . 3 . 2 X R R に よ る 膜 厚 の 確 認

X 線 反 射 率 測 定 法 ( X R R ) に よ り 、 1 0 n m 試 料 、 3 0 n m 試 料 と も 5 点 ウ ェ ハ ー の 膜 厚 を 確 認 し た 。 分 析 条 件 は 、 装 置 : リ ガ ク 製 水 平 型 X 線 回 折 装 置 S m a r t L a b に よ る ( 2 θ - ω 走 査 ) 反 射 率 測 定 、 タ ー ゲ ッ ト : C u 、 単 色 化 : 多 層 膜 ミ ラ ー + G e ( 4 0 0 ) チ ャ ン ネ ル カ ッ ト 2 結 晶 (K α1線 ) 、 タ ー ゲ ッ ト 出 力 : 4 5 k V – 2 0 0 m A 、 ス リ ッ ト 入 射 系 : P S C O p e n 、 I S 0 . 0 5 m m 幅 × 5 m m 高 さ 、 ス リ ッ ト 受 光 系 : R S 0 . 1 m m 、走 査 速 度:0 . 2 ° / m i n 、サ ン プ リ ン グ 幅:0 . 0 0 4 ° 、測 定 角 度 ( 2 θ ):0 ° ~ 6 ° 、 で あ る 。 デ ー タ 解 析 は 、 リ ガ ク 製 X 線 反 射 率 解 析 ソ フ ト G X R R 〔 V e r . 3 . 0 . 0 . 0 〕 を 用 い て 、 測 定 結 果 と 計 算 結 果 の 値 が 近 く な る よ う に 非 線 形 最 小 2 乗 法 に よ っ て フ ィ ッ テ ィ ン グ を 行 っ た 。 図 2 . 3 - 1 に 1 0 n m 試 料 の 5 点 測 定 結 果 と 、 3 0 n m 試 料 の 5 点 測 定 結 果 を 示 す 。 2 試 料 と も 面 内 で 有 意 差 が な い こ と が わ か る 。 表 2 . 3 - 1 に 1 0 n m 試 料 の G a A s 層 及 び A l0 . 9G a0 . 1A s 層 の X R R か ら 得 ら れ た 各 層 の 膜 厚 を 示 す 。 A l0 . 9G a0 . 1A s 層 9 . 9 n m 、 G a A s 層 1 0 . 0 n m と 確 認 で き る 。

表 2 . 3 - 1 1 0 n m 試 料 の X R R 測 定 に よ る 各 層 の 膜 厚 ( 5 箇 所 の 平 均 )

膜 構 成 周 期 膜 厚 ( n m ) 相 対 標 準 偏 差 表 面 層 - - - 4 . 4 7 0 . 0 3 9 6 0

G a A s 1 9 5 . 8 1 0 . 0 0 2 2 5 A l G a A s 5 9 9 . 9 0 0

G a A s 1 0 . 0 1 0

A l G a A s 9 . 9 8 0

G a A s

(26)

図 2 . 3 - 1 1 0 n m 試 料 の X R R 測 定 に よ る 5 点 測 定 結 果

2 . 3 . 3 ラ ウ ン ド ロ ビ ン テ ス ト 試 料 の 回 付

共 通 試 料 は 、 A l0 . 9G a0 . 1A s 層 の 変 質 を 避 け る た め 、 1 0 × 1 0 m m2 に ヘ キ 開 の 後 、 真 空 封 止 さ れ 、 ラ ウ ン ド ロ ビ ン テ ス ト 参 加 機 関 に 回 付 さ れ た 。

0 1 2 3 4 5 6

10-1 109 1019

re fl ec ti vi ty( a.u .)

2θ 角 度 (° )

5 4 3 2 1

測定データ シミュレーション

10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100

0.0000 1.0000 2.0000 3.0000 4.0000 5.0000 6.0000

X線反射率プロファイル

2θ角度(°)

射強度(相対値)

5 点 測 定 結 果

測 定 デ ー タ と シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の フ ィ ッ テ ィ ン グ 結 果

( 上 記 2 に 関 し て )

(27)

2 . 4 高 誘 電 体 膜 ( H f O2膜 ) 2 . 4 . 1 参 照 試 料

参 照 物 質 と し て 、 産 業 技 術 総 合 研 究 所 で H f 面 密 度 の 値 付 け を し た H f O2膜 付 き シ リ コ ン ウ ェ ハ ー を 用 い た 。 こ の 試 料 は 、 H f O2 ( 約 2 . 5 n m ) / S i ( 1 0 0 ) ウ ェ ハ ー で 、 H f 濃 度 は 、 6 . 0 8 × 1 01 5 / c m2と 値 付 け さ れ て い る 。

2 . 4 . 2 共 通 H f O2膜 試 料 の 作 製 2 . 4 . 2 . ( 1 ) 作 製 条 件

ゲ ー ト 絶 縁 膜 の 技 術 ロ ー ド マ ッ プ を 意 識 し 、 3 0 セ ン チ S i ( 1 0 0 ) ウ ェ ハ ー に 、 H f O2 ( 1 . 5 n m ) / S i O2 ( 1 n m ) を A L D 法 に よ り 成 膜 し た 。 条 件 と し て は 、 装 置 : 日 立 国 際 電 気 製 Q U I X A C E 、成 膜 方 式:縦 型 バ ッ チ 式 A L D 、成 膜 温 度:1 8 0 ~ 2 5 0 ° 、 H f ソ ー ス : 有 機 H f 系 ソ ー ス ( 一 般 品 )、 酸 化 ソ ー ス : H2O 、 で あ り 、 株 式 会 社 フ ィ ル テ ッ ク に て 成 膜 し た 。

2 . 4 . 2 . ( 2 ) T X R F に よ る 面 密 度 の 確 認

全 反 射 蛍 光 X 線 ( T X R F ) に よ り 、 作 製 し た 共 通 試 料 の ド ー ズ 量 評 価 を 行 っ た 。 T X R F の 測 定 条 件 は 、 装 置 : テ ク ノ ス 社 製 T R E X 6 3 0 Ⅲ 、 X 線 : A g - K α 、 電 圧 : 3 0 k V 、 電 流 : 1 0 m A 、 照 射 角 度 : 0 . 2 ° で あ る 。 こ の 条 件 は 、 デ ッ ド タ イ ム が 小 さ く な る よ う に 電 圧 、 電 流 を 設 定 し 、 入 射 角 度 に 関 し て は 、 ① H f が ピ ー ク を 持 つ 角 度 よ り も 深 く 、 ② H f の 強 度 が 高 く 、 ③ A g 及 び S i の 強 度 が 低 く 、 ④ A g 、 S i 、 H f と も に 角 度 変 化 に よ る 強 度 変 化 の 小 さ い 、こ と を 満 た す 条 件 で あ る 。さ ら に 、 X 線 の 結 晶 方 位 依 存 性 を 調 べ 、 ① H f - L α 強 度 が 高 く 、 ② A g - K α 及 び S i - K α 強 度 が 低 く な る 、 方 位 か ら X 線 を 照 射 し 測 定 を 行 っ た 。

表 2 . 4 - 1 に 、 参 照 物 質 ( H f O2 ( 2 . 5 n m ) 膜 付 き ウ ェ ハ ー ) と H f O2 ( 1 . 5 n m ) 膜 付 き ウ ェ ハ ー 中 心 部 か ら 得 ら れ た T X R F 測 定 結 果 、 及 び 参 照 物 質 と H f O2 ( 1 . 5 n m ) 膜 付 き ウ ェ ハ ー の 面 内 測 定 結 果 を 示 す 。 表 2 . 4 - 2 に 、 H f O2 ( 1 . 5 n m ) 膜 付 き ウ ェ ハ ー 中 心 部 の 表 面 と 裏 面 を T X R F 測 定 し た 結 果 を 示 す 。 表 2 . 4 - 1 中 の 面 密 度 は 、 参 照 試 料 の 面 密 度 ( 6 . 0 8 × 1 01 5 / c m2) を 基 に 算 出 し て い る 。 表 2 . 4 - 2 中 の 裏 面 の 面 密 度 は 、 表 面 の 面 密 度 ( 3 . 2 0 × 1 01 5 / c m2) を 基 に 算 出 し て い る 。 こ の 結 果 か ら ラ ウ ン ド ロ ビ ン ( ラ ウ ン ド ロ ビ ン テ ス ト ) 試 料 と し て 回 付 し た 共 通 試 料 の 表 面 の 面 密 度 は 3 . 2 8 × 1 01 5 / c m2 で あ る こ と を 確 認 し た 。 裏 面 の 面 密 度 は 3 . 2 8 × 1 01 5 / c m2× 1 . 0 2 4 9 = 3 . 3 6 × 1 01 5 / c m2と 推 定 さ れ る 。

今 回 の 測 定 装 置 は 、面 内 座 標 を ( x , y ) で は な く 、( r , θ ) に よ り 決 定 す る た め 、 面 内 測 定 を 行 う に あ た り 、 全 て の 測 定 箇 所 で 回 転 角 を 揃 え る こ と は で き な い た め 、 こ れ が 面 内 測 定 時 の 不 確 か さ の 要 因 の 一 つ に な っ て い る 。

(28)

表 2 . 4 - 1 H f O2膜 試 料 の T X R F 測 定 に よ る H f 強 度 の ま と め

H f - L α 強 度

試 料 測 定 ス ロ ッ ト n 平 均

( c p s ) C V ( % )

面 密 度 ( c m

- 2

)

面 内 ば ら つ き 測 定

5 1 3 2 . 5 3 1 . 2 9 ・ ・ ・ H f O

2

- 5

( 参 照 物 質 )

中 心 測 定

3 1 3 1 . 7 8 0 . 5 5 ・ ・ ・

面 内 ば ら つ き 測 定

1 6 1 7 7 0 . 1 3 0 . 7 8 3 . 2 3 6 X 1 0

1 5

1 6 3 7 1 . 5 4 0 . 2 9 3 . 3 0 0 X 1 0

1 5

1 7 3 7 1 . 1 1 0 . 1 9 3 . 2 8 1 X 1 0

1 5

1 8 3 7 1 . 1 0 0 . 2 8 3 . 2 8 0 X 1 0

1 5

1 9 3 7 0 . 9 5 0 . 2 5 3 . 2 7 3 X 1 0

1 5

2 0 3 7 1 . 0 8 0 . 0 3 3 . 2 7 9 X 1 0

1 5

2 1 4 7 0 . 8 5 0 . 2 1 3 . 2 6 9 X 1 0

1 5

2 2 3 7 0 . 6 1 0 . 3 0 3 . 2 5 8 X 1 0

1 5

2 3 3 7 0 . 8 5 0 . 2 5 3 . 2 6 9 X 1 0

1 5

2 4 3 7 0 . 8 5 0 . 2 7 3 . 2 6 9 X 1 0

1 5 中 心 測 定

2 5 3 6 9 . 4 0 0 . 3 5 3 . 2 0 1 X 1 0

1 5

H f O

2

( 1 . 5 n m )

S i O

2

( 1 n m ) S i ( 1 0 0 ) 基 板

( 共 通 試 料 )

面 内 ば ら つ き 測 定

2 5 1 7 6 8 . 5 9 0 . 6 4 3 . 1 6 5 X 1 0

1 5

( 太 字 は 、 ラ ウ ン ド ロ ビ ン テ ス ト 用 に 回 付 し た 試 料 )

表 2 . 4 - 2 H f O2膜 試 料 の T X R F 測 定 に よ る H f 強 度 の ま と め

H f - L α 強 度

試 料 測 定 ス ロ ッ ト n 平 均

( c p s ) C V ( % )

面 密 度 ( c m

- 2

) 共 通 試 料

表 面 2 5 3 6 7 . 9 5 0 . 7 9 ・ ・ ・

共 通 試 料 裏 面

中 心 測 定

2 5 3 6 9 . 6 4 0 . 4 1 3 . 2 8 2 X 1 0

1 5

2 . 4 . 3 ラ ウ ン ド ロ ビ ン テ ス ト 試 料 の 回 付

共 通 試 料 は 、 表 面 の 酸 化 や 汚 染 を 防 ぐ た め 、 1 5 × 1 5 m m2 に ヘ キ 開 の 後 、 真 空 封 止 さ れ 、 ラ ウ ン ド ロ ビ ン テ ス ト 参 加 機 関 に 回 付 さ れ た 。

2 . 5 金 属 ナ ノ 粒 子 ( F e P t ナ ノ 粒 子 ) 2 . 5 . 1 共 通 試 料 の 検 討

燃 料 電 池 の 活 物 質 、 高 密 度 記 録 材 料 な ど 、 今 後 産 業 の 発 展 の 見 込 ま れ る ナ ノ 粒 子 の 大 き さ を 正 確 に 評 価 す る 必 要 性 は 高 ま っ て い る 。 ナ ノ 粒 子 の 中 で も 高 密 度 記 録 材 料 等 へ の 展 開 が 期 待 さ れ て い る F e P t ナ ノ 粒 子 を 試 作 し 、ラ ウ ン ド ロ ビ ン テ ス ト 測 定 の た め の 共 通 試 料 の 可 能 性 を 検 討 し た 。

2 . 5 . 2 F e P t ナ ノ 粒 子 の 試 作 1

株 式 会 社 ナ ー ド 研 究 所 で 、F e P t ナ ノ 粒 子 の 試 作 を 行 っ た 。合 成 手 順 は 以 下 の 通 り で あ る 。 ① 5 0 m l コ ル ベ ン に 白 金 ア セ チ ル ア セ ト ネ ー ト ( 1 9 7 . 2 m g ) 、 塩 化

表 2 . 2 - 1   A s 注 入 共 通 試 料 の T X R F に よ る ド ー ズ 量 評 価 結 果 A s - K α 強 度   試 料   測 定   ウ ェ ハー   N o
表 2 . 2 - 2   A s の ピ ー ク 濃 度 、 ピ ー ク 深 さ 及 び ド ー ズ 量 試 料   A s ピ ー ク 濃 度 ( a t % )   A s ピ ー ク 深 さ( n m )   A s ド ー ズ 量× 1 01 5   ( a t o m s / c m 2 )   1   k e V   5
図 2 . 3 - 1   1 0   n m 試 料 の X R R 測 定 に よ る 5 点 測 定 結 果   2 . 3 . 3   ラ ウ ン ド ロ ビ ン テ ス ト 試 料 の 回 付     共 通 試 料 は 、 A l 0
表 2 . 4 - 1   H f O 2 膜 試 料 の T X R F 測 定 に よ る H f 強 度 の ま と め   H f - L α 強 度   試 料   測 定   ス ロ ッ ト n   平 均   ( c p s )   C V   ( % )   面 密 度  ( c m- 2)   面 内 ば ら つ き 測 定   5 1 3 2
+7

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