2022 Fiscal Year Annual Research Report

測長原子間力顕微鏡を介した格子面間隔の透過電子顕微鏡によるSIトレーサブルな測長

Research Project

Project/Area Number	20K04511
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	小林慶太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
Keywords	ナノメトロロジー / 測長 / 不確かさ / 透過電子顕微鏡 / 原子間力顕微鏡 / シリコン
Outline of Annual Research Achievements	本研究は透過電子顕微鏡(TEM)による測長に国際的整合性を持たせるために、国際単位系(SI)にトレーサブルな測長が可能な測長原子間力顕微鏡(M-AFM)との比較測長を通して、SIトレーサビリティの導入を目指すものである。まず予備実験として、申請者はTEMによる測長の不確かさ、ならびに一般的に倍率校正標準として利用されるSi薄膜の格子面間隔距離の変動の実験的評価を行った。その結果、TEMの測長は、倍率の経時変動およびレンズの磁気履歴・収差を要因とする不確かさの影響を受けること、ならびに試料調製条件と試料部位によりSi薄膜の格子面間隔距離が変動するためこれを用いた校正では測長値に国際的整合性が保証できないことの、現状のTEM測長が抱える二点の課題を明らかとした。続いて、Si基板を加工して、M-AFMでの壁面間隔測長とTEMによる格子像取得が可能な凸状パタンを有する、TEMとM-AFMによる比較測長用標準物質を創成した。この標準物質のTEM観察を行い、Si格子縞を撮影し得る高倍率でM-AFMで値付けを行う凸状パタン壁面間隔を収めた像を取得し、M-AFMを介したTEM像中のSiの格子面間隔距離への値付けが可能であることを実証した。引き続き、TEMで撮像した同一部位の凸状パタン壁面間隔距離のM-AFMによる測長の実証実験を目下遂行中である。加えて、共通試料の試料厚さの異なる凸状パタン群を利用して、300 kV-TEMで格子像が取得し得る試料厚の限界について実験的に見積もり、試料加工の影響を抑えた厚膜試料の格子面間隔距離の倍率校正への利用を目指した研究の基礎データ収集も行った。申請者は引き続きこの研究を、現在並行して進めているTEMの測長値の不確かさの低減の研究と合わせて発展させ、TEMの高い空間分解能が要求される寸法に対する国際的整合性を持ち不確かさの小さな測長技術の確立を目指す。