半導体顕微鏡の仕組みとは？ - ブログ

半導体顕微鏡は、半導体産業において不可欠なツールであり、エンジニアや研究者が半導体材料やデバイスを顕微鏡レベルで検査および分析できるようになります。半導体顕微鏡のサプライヤーとして、私はこれらの顕微鏡がどのように機能するかについてよく質問されます。このブログ記事では、半導体顕微鏡の動作原理をわかりやすく解説します。

顕微鏡検査の基礎

半導体顕微鏡の詳細に入る前に、顕微鏡検査の基本について簡単に説明しましょう。顕微鏡は小さな物体や標本を拡大して、肉眼では見えない細部を見ることができます。顕微鏡にはさまざまな種類がありますが、半導体アプリケーションで使用される最も一般的なものは光学顕微鏡と電子顕微鏡です。

光学顕微鏡

光学顕微鏡は、可視光を使用して標本を照明し、一連のレンズを使用して画像を拡大します。比較的シンプルで安価なため、基本的な半導体検査によく使用されます。光学顕微鏡の光源は、標本を透過する (透過型光学顕微鏡) か、標本から反射する (反射型光学顕微鏡) かのいずれかです。

半導体用途では、半導体ウェーハの表面を検査するために反射光学顕微鏡がよく使用されます。光はウェーハ表面に焦点を合わせ、反射光は対物レンズによって集められ、拡大されて像を形成します。これにより、ウェーハ上の傷、欠陥、パターンなどの表面の特徴を確認できるようになります。

電子顕微鏡

一方、電子顕微鏡は、光の代わりに電子ビームを使用して試料を画像化します。光学顕微鏡よりもはるかに高い解像度を提供し、ナノメートルスケールで詳細を見ることができます。電子顕微鏡には、走査型電子顕微鏡 (SEM) と透過型電子顕微鏡 (TEM) の 2 つの主な種類があります。

走査電子顕微鏡 (SEM): SEM は、集束した電子ビームを試料の表面全体に走査することによって機能します。電子が試料と相互作用すると、二次電子、後方散乱電子、その他の信号が生成され、これらの信号が検出され、表面の画像の作成に使用されます。 SEM は表面トポグラフィーと組成の高解像度画像を提供できるため、半導体検査によく使用されます。
透過型電子顕微鏡 (TEM): TEM は、薄い試料に電子ビームを通過させることによって機能します。試料を通過した電子は検出器上に集束され、画像が形成されます。 TEM は、半導体材料やデバイスの内部構造を原子レベルで検査するために使用されます。

半導体顕微鏡の仕組み

顕微鏡の基本を理解したところで、半導体顕微鏡がどのように機能するかを詳しく見てみましょう。半導体顕微鏡は、高解像度イメージング、精密測定、非破壊検査などの半導体産業の特定のニーズを満たすように設計されています。

3D Optical Profiler

Microscope-Based Photoelectrical Analysis System

サンプルの準備

半導体顕微鏡を使用する最初のステップは、サンプルを準備することです。これには通常、半導体ウェーハを小さな断片に切断し、それらをサンプルホルダーに取り付けることが含まれます。表面の品質を改善し、イメージングを容易にするために、サンプルを研磨またはエッチングする必要がある場合もあります。

照明

サンプルが準備されたら、それを顕微鏡ステージに置き、照明します。光学顕微鏡では、ハロゲンランプ、LED ライト、レーザーなどのさまざまな光源によって照明を提供できます。使用される照明の種類は、特定の用途と顕微鏡の種類によって異なります。

電子顕微鏡では、電子ビームを生成する電子銃によって照明が提供されます。電子ビームは、一連の電磁レンズを使用してサンプル上に集束されます。

イメージング

サンプルが照明された後、顕微鏡はサンプルの画像をキャプチャします。光学顕微鏡では、画像は対物レンズによって形成され、接眼レンズまたはカメラに投影されます。電子顕微鏡では、電子ビームとサンプルの相互作用によって画像が形成され、検出器によって検出されます。

画像はモニター上でリアルタイムに表示したり、後で分析するために保存したりできます。多くの半導体顕微鏡には、特徴のサイズと形状の測定、粒子の計数、サンプルの組成の分析などの画像処理と分析を可能にするソフトウェアも備えています。

分析

画像を取得したら、それを分析してサンプルに関する情報を抽出できます。これには、特徴のサイズと形状の測定、粒子の計数、サンプルの組成の分析、または欠陥の検出が含まれる場合があります。分析は手動で行うことも、自動ソフトウェアを使用して行うこともできます。

半導体顕微鏡の応用

半導体顕微鏡は、半導体業界の次のような幅広い用途で使用されています。

ウェーハ検査: 半導体顕微鏡は、半導体ウェーハの傷、亀裂、粒子などの欠陥を検査するために使用されます。これは、ウェーハの品質を確保し、欠陥が最終的な半導体デバイスの性能に影響を与えるのを防ぐのに役立ちます。
デバイスの特性評価: 半導体顕微鏡は、トランジスタ、ダイオード、集積回路などの半導体デバイスの特性評価に使用されます。これには、デバイスの電気的および光学的特性の測定とその性能の分析が含まれます。
故障解析: 半導体顕微鏡は、故障した半導体デバイスを分析するために使用されます。これには、デバイスを顕微鏡で検査して、短絡、開回路、材料の欠陥などの故障の原因を特定することが含まれます。
研究開発: 半導体顕微鏡は、新しい半導体材料やデバイスを研究する研究開発に使用されます。これには、材料やデバイスの構造や特性を顕微鏡レベルで調べて、それらの挙動を理解し、新しい技術を開発することが含まれます。

当社の半導体顕微鏡製品

当社は半導体顕微鏡のサプライヤーとして、お客様のニーズにお応えする幅広い半導体顕微鏡製品を提供しています。当社の製品には次のものが含まれます。

顕微鏡ベースの光電解析システム: このシステムは、半導体材料およびデバイスの光電分析用に設計されています。これにより、さまざまな条件下での材料やデバイスの電気的および光学的特性の測定が可能になります。
自動ウェーハ検査顕微鏡: この顕微鏡は、半導体ウェーハの自動検査用に設計されています。キズ、クラック、パーティクルなどの欠陥を高精度かつ高速に検出できます。
3D光学プロファイラー: このプロファイラーは、半導体表面の 3D 測定用に設計されています。表面トポグラフィーの高解像度 3D 画像を提供し、高さ、粗さ、その他の表面パラメーターを測定できます。