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OM 光学顕微鏡

光学顕微鏡
光学顕微鏡(Optical Microscope, OM)は、可視光を用いて試料表面を照射し、反射、散乱、光学的コントラストの違いを利用して、迅速に部品、材料、構造のマクロな形態を明らかにし、後続の分析の重要な基準点を提供します。故障分析、プロセス開発、材料研究のプロセスにおいて、OMは最前線の観察ツールであり、エンジニアが最短時間で試料の全体的な状況を把握し、次にSEM、FIB、TEMなどのより高解像度の技術に進む必要があるかどうかを判断するのを助けます。
MA-tekの設備能力
多モーダル光学イメージングをサポートし、異なる材料とプロセスのニーズに応えます。
図 (a) 50-1000X (b) 100-500X / 40-200X / 5-75X (c)50-1000X
MA-tekは、低倍率の大視野観察から高倍率の微細構造識別までの完全なイメージング能力を備えた複数のOM光学顕微鏡を提供しており、材料構造、表面形状、プロセスの特徴を深く示し、半導体、パッケージング、材料工学などの異なる分野の観察ニーズに応えています。

 

倍率 倍率範囲 アプリケーション
50–1000X 高倍率、ICの層剥離、金属層構造、界面観察、微小欠陥検出(オーバーエッチ、IMD異常など)に使用されます。 高解像度構造比較、微細欠陥とプロセス異常の位置特定、Delayerの精密層分析
100–500X 中高倍率、PCB/PCBAのはんだ付け、パッケージングインターフェース、薄膜の厚さと金属分布の分析に使用されます。 はんだ点 IMC、パッケージ界面、金属層とワイヤーの形状
40–200X 中倍率(40-200X)は、結晶粒分析、デレイヤーの層位置確認、初期構造検査に使用されます。 構造の階層確認、結晶粒分析、エッチングプロファイルスキャン
5–75X 低倍率大視野,用於外觀檢查、截面掃描、晶圓破裂、封裝剝離等宏觀缺陷定位。 外観検査、断面大視野、パッケージ破壊、ウエハ欠陥スキャン
技術原理
可視光イメージング、光学回折限界と解像度特性

光学顕微鏡の利用可視光(波長 400–700 nm)進行照射,當光線與樣品表面互動產生反射或散射,就會形成不同的影像對比。然而,可見光的波長較長,因此 OM 的理論解析度(即兩點能被分辨之最小距離)僅約0.2 μm,これによりOMの最高有効倍率は約1000倍です。OMの機能は「ナノ詳細の解析」ではなく、「迅速に完全なマクロ構造の状況を取得する」ことであり、すべての詳細な分析の出発点です。

 

  • 電子顕微鏡(SEM/TEM)に及ばないが、OMには顕著な利点がある。
  • 視野大:能快速掃描大面積區域,是判斷製程一致性與大範圍缺陷的最佳工具。
  • 高速:量産監視、プロセス比較、故障位置特定に適しています。
  • 高い許容度:金属層、シリコンウエハ、パッケージ、PCB、断面、デレイヤーなどの様々なサンプルに適用可能。
  • 非破壊性:真空を必要とせず、金属コーティングを必要とせず、サンプルの元の状態で迅速に観察を行うことができます。
分析アプリケーション
材料、断面からプロセス診断の重要なツール

光学顕微鏡(OM)はナノスケールの詳細を解明することはできませんが、その高視野、高速度、低破壞性と高い許容度の特性により、電子、半導体および材料分野で最も一般的に使用され、最もリアルタイムの価値を持つ観察方法となっています。以下は、OMが産業で最も代表的な分析用途とエンジニアリングシーンの説明です:

 

截面構造観察(Cross-section Analysis)

断面を準備した後、OMを通じてサンプルの全体構造の配置と界面の挙動を明確に観察でき、パッケージング、PCB、モジュール、材料工学で最も一般的に使用される初期構造検査方法です。

 

観察可能な内容 応用シナリオ
  • 金属層の厚さ:設計仕様を比較し、コーティングの均一性とプロセスの安定性を確認します。
  • VIA / TSV 構造の完全性:チェック穴埋めの完全度、側壁の形状、銅柱または通孔に空洞、ずれ、または収縮がないかを確認します。
  • はんだの形状と潤湿挙動:はんだ接合が均一であるか、ボイドが発生しているか、IMC層(中間金属化合物)が異常であるかを評価する。
  • パッケージ界面観察:含まれる:ダイアタッチ面、モールド充填、アンダーフィル分布など。
  • 材料間の剥離、亀裂と破壊挙動:失敗位置を特定するために使用され、機械的/熱的ストレスによって引き起こされる損傷を判断します。
  • パッケージ開発と構造検証

  • PCB/PCBA はんだ点品質検査

  • WLCSP、BGA、QFNのパッケージ検査

  • RA 可靠度後の構造破壊分析(Drop、TC、HTS 後)

2. IC デレイヤー構造確認

Delayer 分析(平面式去層次)是在不破壞晶片運作邏輯的前提下,逐層去除金屬與介電層以觀察內部電路結構,OM は IC 分層分析において最も重要な初期観察およびプロセス監視ツールです。

 

観察可能な内容 応用シチュエーション
  • 金属層レイアウト(Metal Routing):各層の金属が設計通りに配置されているか、断線、短絡、焼損、偏食がないかを確認する。
  • 回路の完全性(Integrity Check):層剥がしプロセスが破壊を引き起こさないことを確認し、分析対象の位置が正しいかどうかを確認します。
  • 製程殘留(Process Residue)或乾蝕刻異常:ポリマー残留、残膜がきれいに清掃されていない、局所的な腐食など。
  • 大面積欠陥の位置特定:過電壓導致的燒毀、金屬遷移(Electromigration)造成的 hotspot、金屬開路、黑化、燒焦
  • IC設計検証、競合比較
  • 故障分析(FA)定位開路 / 短路異常
  • プロセス比較またはバッチ差異分析
  • ESD、EOS、Latch-up 失效後的初步定位

3.析出物空乏區(PFZ)分析

PFZは金属材料(アルミニウム合金など)が熱処理またはひずみ後に、晶界近くに現れる析出物空乏区であり、金属材料工学において重要なパラメータで、熱処理の影響と材料劣化を判断するために使用されます。

 

観察可能な内容 応用シチュエーション
  • PFZの幅と分布
  • Al合金の微視的組織変化
  • 析出物が材料の強度、延展性、及び信頼性に与える影響
  • アルミ線(Al Wire)接合(Wire Bond)評価
  • パッケージ材料の信頼性分析

  • アルミニウム金属堆積プロセスの品質監視

  • 熱処理後の構造変化評価

  • 長期可靠度試驗(HTS、HTOL、Burn-in)後材料劣化

4. 差排線、エッチング異常と結晶欠陥の観察

OMは、結晶成長、熱処理、またはエッチングプロセスによって引き起こされる表面欠陥を迅速に識別でき、ウェーハ前工程(FEOL)および材料研究において重要な検査項目です。

 

観察可能な内容 応用シチュエーション
  • 差排線:結晶成長の欠陥や応力によって引き起こされる転位。
  • 過剰エッチング(Over-etch)によって引き起こされる凹みと形状の変化:ドライエッチング、ウェットエッチングプロセスが正常かどうかを反映します。
  • プロセスの痕跡、表面プロファイル:エッチング速度、アンダーカット、エッチングの均一性などを確認するために使用されます。
  • 結晶の破裂、スリップ、コーティングの剥離などのマクロ欠陥
  • ウェハ FEOL プロセス監視

  • 材料熱処理失敗メカニズム分析

  • RA 可靠度後晶體破壞確效

  • 高温ストレスによる結晶のスリップ観察

酸化重ね差(Oxidation Induce Stacking Fault, OISF)研究

酸化スタッキングフォールトは、高温酸化プロセス中に双晶欠陥や結晶欠陥の拡散によって生じるスタッキングフォールトです。OMは酸化スタッキングフォールトの分布と拡散プロファイルを明確に示すことができ、シリコンウェハー材料の重要な品質指標であり、成長および酸化プロセスの分析に使用されます。

 

観察可能な内容 応用シチュエーション
  • OISFの位置と半径
  • 欠陥拡散挙動
  • ウエハ酸化工程による転位変化
  • SOIと特殊基板の欠陥分布
  • シリコンウエハの材料品質検査

  • 酸化プロセス改善評価

  • シリコン材料供給業者の比較

  • SOI(Silicon On Insulator)材料分析

オンライン登録
01.16
2026
本次研討會以「シリコンで未来を探る:AI × シリコンフォトニクスのスマートな機会探求」をテーマに、AI、高速計算、シリコンフォトニクス、先進パッケージ技術の融合が計算効率をどのように再定義するかを強調し、「スマートな機会探求」の概念を用いて、これらの重要な技術を通じて未来の技術発展の最良の機会を示し、解析します。詳細情報:https://www.matek.com/zh-TW/Seminar/detail/all/20250327
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