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CPイオン研磨

ion milling

イオンミリング(Ion Milling)はCross-Section Polishing(CP)、高エネルギーイオンビームを使用して試料表面を打撃し、材料を除去して滑らかな断面を形成する試料製作技術であり、半導体材料分析や故障解析の過程で、チップやパッケージ内部の微細構造を観察するために、例えば多層金属配線、誘電体層、はんだ接合構造や材料界面など、通常は試料を高品質な断面に仕上げる必要があります。しかし、単に使用する場合機械切割または研磨では、応力、塑性変形または材料の引きずりにより構造破壊が生じることが多く、後続の走査型電子顕微鏡(SEM)の観察品質に影響を受ける。

 

イオンミリング技術は高エネルギーアルゴンイオンビーム(Ar ion beam)試料の表面を衝撃し、材料を層ごとに除去することで、作成することができる低ストレス、低損傷かつ高度に滑らかな断面そのため、半導体、電子パッケージ、材料科学、光電子デバイスの分析に広く応用されています。

技術原理

イオンミリングシステムは通常、電感耦合 RF 源またはマイクロ波源プラズマを生成し、システムの運用過程で:

  1. アルゴン(Ar)がプラズマチャンバーに導入されます。

  2. 高エネルギー電子とアルゴン原子の衝突により大量の正アルゴンイオン(Ar⁺)

  3. 電極システムはこれらのアルゴンイオンを加速して高エネルギーイオンビームを形成します。

  4. イオンビームが試料表面を打撃し、材料が徐々に除去されます。

透過精確控制イオンエネルギー、入射角度と加工時間、機械的損傷のない平坦な断面を作成し、研磨後に再利用する。光学顕微鏡(OM)または走査型電子顕微鏡(SEM)観察と分析を行う。

 

 

断面研磨(Cross-section Milling)

サンプル内部構造の観察と分析を行うためには、サンプル内部構造を完全に露出させる必要があります。切断と機械研磨だけを使用すると、材料の応力によって変形や損傷が生じることが多く、SEMで理想的な画像を得ることが難しくなります。イオンビーム照射加工低応力で高平坦度の断面を製作でき、SEMで試料の内部構造を明確に観察できる。

  • 半導体多層金属構造

  • 誘電体の厚さ

  • はんだ点界面

  • 材料界面欠陥

  • 異物或污染物

 

平面研磨(Flat Milling)

SEM表面観察と分析において、通常必要です大面積かつ平坦な試料表面が必要です。フラットミリングは、イオンビームを通じて試料の表面層材料を均一に除去するために一般的に使用されます。表面分析または機械研磨後の後処理プロセス

  • 機械研磨によって生じた損傷層を除去する

  • 平坦な試料表面

  • より広い観察領域を提供する

  • SEM画像の品質を向上させる

MA-tekのイオン研磨分析の優位性
MA-tekのイオン研磨分析の優位性

MA-tekは完全なイオン研磨と電子顕微分析の統合能力高品質なサンプルの準備と精密な材料分析を提供できます。

  • 高品質な断面作製能力:低ストレス、低損傷で高平坦度の試料断面を製作可能です。
  • 多様な材料システムに適用:半導体、PCB、パッケージ材料、LED、金属材料の分析に適しています。
  • 大面積サンプル加工能力:大面積観察領域を準備でき、構造分析やプロセス診断に適しています。
  • 技術の統合分析能力:結合できるSEM、EDS、EBSD、FIB、TEMなどの分析技術と組み合わせ、完全な材料分析ソリューションを提供します。

 

機台設備
  • 図|Ion Milling System ArBlade 4000

    ArBlade 4000 イオン研磨システムは、安定したイオンビーム加工能力を提供し、半導体および電子材料の高品質な断面製作に適しています。

  • 図|Ion Milling System ArBlade 5000

    ArBlade 5000 イオン研磨システムは、より高精度なイオンビーム制御能力を備えており、大面積で低損傷の試料断面を製作できます。

分析ケース

FFC 異常サンプル分析

FFC(フレキシブルフラットケーブル)異常サンプルは機械研磨の後、イオンミリングを通じて断面調整を行うことで、従来の研磨プロセスで発生する材料の引きずりや研磨くずの再堆積問題を効果的に回避できます。イオンビーム加工後、サンプルの断面はさらに平坦で界面が明確になり、異常領域と材料構造をより正確に観察・判読できるようになり、後続の欠陥位置特定や失敗分析に役立ちます。

受光素子(CCD / CMOS)の断面分析

CCDとCMOSの光感知素子は多層薄膜構造と精密な微細構造を持ち、その材料界面と回路構造は比較的脆弱です。化学機械研磨(CMP)のみを使用してサンプルを製作すると、機械的ストレスにより構造が変形または破壊される恐れがあります。イオンミリング(Ion Milling)技術を使用して、高エネルギーのアルゴンイオンビームでサンプルを精密加工することで、研磨ストレスを効果的に低減し、材料の引っ張りを避けることができ、多層構造と重要な寸法を完全に保持し、SEM観察と構造分析の精度を向上させることができます。

LED サファイア基板材料分析

一部のLED素子は基板材料としてサファイア(Sapphire)ウェーハを使用しています。サファイアは高い硬度と高い機械的強度を持っているため、化学機械研磨(CMP)だけでサンプルを準備すると、層差(step height difference)や界面の不平整が発生しやすくなります。イオンミリング(Ion Milling)技術を使用して、高エネルギーのアルゴンイオンビームでサンプルを精密に断面加工することで、異なる材料間の研磨速度の差を効果的に改善し、多層構造の界面をより平滑で明確に表現し、SEM構造観察と材料分析の品質を向上させることができます。

銅結晶粒(Cu Grain)微細構造観察

サンプルはイオンミリング処理を施すことで、機械研磨によって生じた表面損傷層を効果的に除去し、材料内部の微細構造を明確に示すことができます。走査型電子顕微鏡(SEM)で観察すると、銅材料の結晶粒(Cu grain)構造と結晶境界の分布を明確に識別でき、材料の微細構造分析とプロセス品質評価に役立ちます。

一二ハンダ点構造のイオン研磨断面画像

イオンミリング(Ion Milling)で作製した断面試料により、パッケージ部品内の第一ハンダ点(1st bond)と第二ハンダ点(2nd bond)構造。精密にイオンビームのエネルギーと研磨角度を制御することにより、機械的ストレス損傷を生じさせることなく、大面積で平坦な断面を製作できるため、はんだ接合界面、メタルパッド(bond pad)、および封止材料の界面構造を明確に表示でき、はんだ点の品質評価と故障分析に役立ちます。
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