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SI traceble length measurement of lattice distances by a transmission electron microscope through the intermediary of the metrological atomis force micrscope

Research Project

Project/Area Number 20K04511
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21030:Measurement engineering-related
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

Kobayashi Keita  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (40556908)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 木津 良祐  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (40760294)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords透過電子顕微鏡 / 原子間力顕微鏡 / ナノメトロロジー / 倍率校正 / シリコン / 試料調製 / 測長 / 不確かさ / 試料加工 / SIトレーサビリティー
Outline of Research at the Start

サブnmの領域に至る極微サイズの測長に国際整合性を持たせるため、透過電子顕微鏡ならびに走査透過電子顕微鏡(併せてS/TEMと略記)による国際単位系(SI)にトレーサブルな極微測長技術の確立を目指す。S/TEMはサブnmオーダーを超える分解能を有するが、測長のSIトレーサビリティは確保されていない。そこでケイ素(Si)結晶試料の同一箇所を測長原子間力顕微鏡(AFM)とS/TEMでそれぞれ測長し、測長AFMのもつSIトレーサビリティをS/TEMの測長結果につなぐ。これによりS/TEMでSiの格子面間隔をSIトレーサブルに測長して、これを極微サイズの物差しとするSIトレーサブルな測長技術を確立する。

Outline of Final Research Achievements

1. By comparison between Si lattice spacing in TEM images obtained under different imaging conditions reveals that the major component of the measurement uncertainty in metrology using TEM are interday variation of the magnification, magnetic hysteresis and distortion of the lens.
2. The lattice spacing of thin-film processed Si for TEM observation is found to vary depending on the processing conditions or the observation area of the specimen, suggesting that care should be taken when using the lattice spacing distance of Si as a scale for TEM measurement.
3. The reference material consisting of Si single crystal that can be used for comparative measurement between metrological AFM (m-AFM) and TEM was developed. We will introduce SI-traceable measurement values obtained by m-AFM into the TEM image to realize SI-traceable measurement by TEM.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

サブナノメートルオーダの測長は今後の半導体プロセスルールの微細化にともない産業基盤として重要性を増すと考えられる。本研究はこのような極微スケールで利用されるTEMによる測長の結果が国際的な整合性の観点から未だ不完全であることを実験的に指摘し、国際単位系(SI)の長さの定義にトレーサブルな測長を実現するため、TEMと測長AFMとの比較測長を試みた。研究期間内に比較測長までは至れなかったがこれを行うための基盤の構築を達成した。今後研究を発展させることでサブナノメートルの測長に対する国際的整合性の確保の実現が期待できる。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Effect of specimen processing for transmission electron microscopy on lattice spacing variation in Si specimens2022

    • Author(s)
      Kobayashi Keita, Misumi Ichiko, Yamamoto Kazuhiro
    • Journal Title

      Ultramicroscopy

      Volume: 238 Pages: 113537-113537

    • DOI

      10.1016/j.ultramic.2022.113537

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Trend of Developing Measurement Technology Using Transmission Electron Microscope2021

    • Author(s)
      小林 慶太
    • Journal Title

      Journal of The Society of Instrument and Control Engineers

      Volume: 60 Issue: 8 Pages: 608-616

    • DOI

      10.11499/sicejl.60.608

    • NAID

      130008076920

    • ISSN
      0453-4662, 1883-8170
    • Year and Date
      2021-08-10
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Experimental evaluation of uncertainty in sub-nanometer metrology using transmission electron microscopy due to magnification variation2021

    • Author(s)
      Kobayashi Keita、Misumi Ichiko、Yamamoto Kazuhiro
    • Journal Title

      Measurement Science and Technology

      Volume: 32 Issue: 9 Pages: 095011-095011

    • DOI

      10.1088/1361-6501/ac03e4

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Research Activities of Nanodimensional Standards Using Atomic Force Microscopes, Transmission Electron Microscope, and Scanning Electron Microscope at the National Metrology Institute of Japan2021

    • Author(s)
      Misumi Ichiko、Kizu Ryosuke、Itoh Hiroshi、Kumagai Kazuhiro、Kobayashi Keita、Sigehuzi Tomoo
    • Journal Title

      Nanomanufacturing and Metrology

      Volume: - Issue: 2 Pages: 83-90

    • DOI

      10.1007/s41871-021-00119-1

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 倍率校正標準としてのSi 格子面間隔距離の試料条件に依存した変動の実験的評価2023

    • Author(s)
      小林慶太, 三隅伊知子, 山本和弘
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第79回学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 電子線を遮蔽する構造をもつ試料のTEM観察で現れる特異な回折図形と回折波からなる像2023

    • Author(s)
      小林慶太, 木津良佑
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第79回学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 透過電子顕微鏡を用いた測長における倍率変動による測長値の不確かさの実験的評価2021

    • Author(s)
      小林 慶太、 三隅 伊知子、 山本 和弘
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第77回学術講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 透過電子顕微鏡によるナノメトロロジーにおける測長値の不確かさ要因についての検討2020

    • Author(s)
      小林慶太, 三隅伊知子, 山本和弘
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第63回シンポジウム
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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