DB P-FIB 二重束焦点イオンビーム

Dual Beam Plasma FIB

双束プラズマフォーカスイオンビーム（Dual Beam Plasma FIB, DP-FIB）プラズマイオンビームと走査型電子顕微鏡（SEM）を組み合わせた高性能材料加工および分析装置です。従来のガリウムイオン（Ga⁺）を使用したFIBシステムとは異なり、P-FIBはキセノンイオン（Xe⁺）プラズマイオン源を採用しており、より高いイオンビーム電流とより迅速な材料除去速度を提供します。

キセノンイオンビームはエッチング効率が高いため、P-FIB の材料除去速度は従来の Ga⁺ FIB の約 20 倍したがって、大型構造の断面製作や迅速な欠陥分析に特に適しています。この技術は、先進的なパッケージング、チップの裏面分析、TSV構造、はんだ接合構造の研究において重要な応用価値を持っています。

双束システムアーキテクチャの下で、P-FIBは同時に電子ビームとイオンビームの2つの光学システムを備えており、エンジニアは材料を削ると同時にSEMで断面構造の変化をリアルタイムで観察し、欠陥の位置や構造の異常を迅速に判断できます。

DB P-FIB 技術原理

P-FIB 採用キセノンプラズマイオンソース（Xe Plasma Ion Source）高電流のイオンビームを生成し、電磁レンズで焦点を合わせて試料表面に作用させます。イオンビームが材料に衝突すると、強力な材料スパッタリング効果が生じ、試料表面の材料が迅速に除去されます。Ga⁺ FIBと比較して、P-FIBには以下のいくつかの重要な技術的特徴があります：

Xe⁺ イオンビームを使用することで、より高いビーム電流を提供できます。
材料除去速度が大幅に向上
大面積の断面製作に適しています
Gaイオン汚染問題の軽減

システムアーキテクチャにおいて、P-FIBは採用しています。デュアルビーム（Dual Beam）設計したがって、断面の準備プロセス中に構造の変化を同時に観察でき、分析位置の正確性を確保できます。

イオンビームシステム（Ion Beam）
- 材料の切断と断面の準備に使用される
- 大範囲の迅速なエッチング
電子ビームシステム（SEM）
- 画像観察と位置決めに使用される
- 即時監控削切過程

DB P-FIB 分析アプリケーション

P-FIBは高速な材料除去能力を持っているため、大型パッケージ構造やチップの断面分析において顕著な利点があります。熱放射顕微鏡、光学顕微鏡（OM）、3D X線または超音波走査顕微鏡（SAT）非破壊分析技術で疑わしい異常領域を特定した後、P-FIBを使用して断面確認と微細構造分析を行うことができます。

2.5D / 3D IC パッケージング
TSV（Through-Silicon Via）
C4バンプ / インターポーザー / Uバンプ
Bond pad / 第一焊点 / 第二焊点
はんだバンプ / BGAボール
チップ裏面分析
MEMS 部品
パッケージングとPCB構造

MA-tek DB P-FIB 分析優勢

MA-tekが完全なプラズマFIB分析プラットフォーム、先端パッケージングと半導体デバイスの大規模断面分析のニーズをサポートします。P-FIBを通じてSEM、TEM、X-ray、SAT、EMMI、OBIRCH などの技術統合非破壊分析から微細構造解析までの完全な故障解析プロセスを確立でき、従来のFIBと比較して、P-FIBはより高い材料除去効率とより大きな断面加工能力を持ち、先端パッケージングと3D IC分析において重要な役割を果たします。

機台設備

図｜(a) FEI Plasma FIB システム (b) TESCAN Plasma FIB システム

MA-tekは高性能を導入しましたP-FIB分析システム。それぞれFEI（Thermo Fisher Scientific）とTESCAN大きなサイズのサンプルの迅速な断面分析と高解像度の画像観察をサポートします。

Beam current：1.5 pA – 1.3 µA
Landing voltage：2 – 30 kV
Ion beam resolution：< 25 nm @ 30 kV
自動化大面積加工能力
最大切断サイズは達成可能です500 µm × 500 µm
高効率な材料除去と断面作成

パッケージ構造分析ケース

図｜ボンドパッドとワイヤボンディングの観察

P-FIBはパッケージ断面を迅速に作成し、ボンドパッド、金線接合、金属層構造を観察し、はんだ付け品質と材料界面の状況を分析します。
図｜Solder bump 結晶粒構造観察

利用Ion Channeling Contrastはんだボール内部の結晶粒分布と結晶構造を観察できます。
図｜C4バンプの断面観察

Flip-chipのはんだ接合構造、IMC層および接合品質の分析に使用されます。

図｜BGAボールパッケージの断面

P-FIBは大型はんだボール構造を迅速に切断し、はんだ接合界面と空洞欠陥を分析できます。
図｜TSV構造分析

適用対象：3D ICと先進パッケージTSV構造の断面観察。

TESCAN P-FIB 特殊分析機能

EBIC（Electron Beam Induced Current）

EBIC技術は、プローブを使用して電子ビームが試料に衝突した際に生成される電流信号を測定し、EBIC画像を形成します。電流信号の分布を通じて、半導体デバイス内の欠陥位置、例えば漏電経路や材料欠陥を判断することができます。

カソードルミネッセンス（CL）画像は、電子ビーム励起下での材料の発光分布を観察するために使用され、材料の組成の違いや欠陥の位置を識別するのに役立ちます。
二次電子（Secondary Electron, SE）画像。試料表面の形態と汚染分布状況を示します。

反射電子検出器（Backscattered Electron Detector, BSE Detector）

反射電子検出器（Backscattered Electron Detector, BSE Detector）は反射電子信号を利用して画像を形成します。材料によって原子番号が異なるため、BSE 画像では明確な材料コントラストが現れ、材料組成と界面位置を効果的に識別できます。

二次電子成像（Secondary electron imaging, SEI）：試料の断面表面の形態の詳細を表示し、材料加工後の表面粗さと微細構造の特徴を明確に観察できます。
背向散射電子（Backscattered Electron, BSE）成像：背向散射電子信号を利用して材料コントラスト画像を形成し、異なる材料や相の分布を区別し、界面構造や材料組成の違いを明確に示すことができます。

陰極射線発光（Cathodoluminescence, CL）

カソードルミネセンス（Cathodoluminescence, CL）検出器は、電子ビームの励起下で材料が生成する発光信号を分析できます。CL画像を通じて、材料の組成、欠陥分布、および結晶構造の違いを判断できます。

Cathodoluminescence（CL）画像電子ビーム励起下で生成されるカソードルミネセンス分布を表示し、材料の組成の違いや結晶欠陥、汚染粒子の位置を識別することができます。
Secondary Electron（SE）画像試料の表面形状と微細構造の特徴を示し、材料の表面の亀裂、汚染、または構造の不連続性などの欠陥を観察することができます。

LVSTD 低真空モード

LVSTD（Low Vacuum Secondary TESCAN Detector）可在1–500 Pa の低真空環境下操作により、試料の帯電効果を低減し、非導電材料や生物試料の観察を可能にします。低真空モードを通じて、生物試料、水分を含む材料、非導電材料などを観察できます。

シリカ藻（Diatom）の微細構造は、低真空モードのSEM画像で観察でき、そのナノサイズの多孔質殻体構造を見ることができます。
低真空モードでのSEM画像の微小昆虫サンプルは、サンプル表面の詳細と立体的な形状を示しています。

冷凍載台(Cooling Stage)低温観察

Cooling stage は低真空モードで使用する必要があり、試料温度を-50°C から 70°C、低温環境を通じて、異なる温度条件下での材料の結晶挙動と相変化を観察することができ、材料研究や生物試料分析に一般的に使用されます。

イオンチャネリングコントラスト画像は、はんだ内部の結晶粒分布と結晶構造を示します。
Solder Bump（はんだバンプ、はんだ凸塊または略して凸塊）微構造SEM画像では、結晶粒の方向と金属界面を観察できます。

ロッキングステージ自動角度ポリッシング

ロッキングステージは自動的にサンプルの角度を回転させ、イオンビーム加工をより均一にします。手動で角度を調整するのに比べて、断面の傷を効果的に減少させ、断面の品質を向上させることができます。

手動角度調整研磨（Manual Polishing）による断面画像サンプルは手動で角度を調整してイオンビーム研磨を行った後、断面領域にまだ一部の刃痕や不均一な加工痕跡が存在することが観察される。
Rocking Stage 自動回転ポリッシング断面画像Rocking stageを通じて自動的に試料の角度を調整し、イオンビーム加工を行うことで、刃痕を効果的に減少させ、断面の平坦度を向上させ、材料の界面と構造の輪郭をより明確にします。

特殊偵測器(Special Detector)

SI検出器は画像のコントラストと立体感を向上させ、材料の構造や界面をより明確にし、多層金属構造、パッケージ相互接続、微細構造の観察において、画像の詳細を効果的に強化し、材料分析と欠陥識別能力を向上させることができます。

二次イオン像（Secondary Ion Image, SI Detector Imaging）試料の微細構造を示す基本的な画像比較ができ、材料の層状構造や加工後の表面形状を観察できます。
SI検出器によるコントラスト強化画像SI検出器を通じて画像のコントラストと立体感を向上させ、材料の界面、導線構造、微細な欠陥をより明確にします。