光学顕微鏡の利用可視光(波長 400–700 nm)照射を行うと、光が試料表面と相互作用して反射または散乱が生じると、異なる画像コントラストが形成されます。しかし、可視光の波長が長いため、OMの理論的解像度(すなわち、2点が識別できる最小距離)は約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「ナノの詳細を解析する」ことではなく、「迅速に完全なマクロ構造の状況を取得する」ことにあり、すべての詳細分析の出発点です。
- 電子顕微鏡(SEM/TEM)よりも解像度は劣りますが、OMは顕著な利点を持っています:
- 視野が広い:広い面積を迅速にスキャンできるため、プロセスの一貫性や大規模な欠陥を判断するための最適なツールです。
- 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。
- 高い耐性:金属層、シリコンウェハ、パッケージ、PCB、断面、デレイヤーなどのさまざまなサンプルに適しています。
- 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る。
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、その広視野、高速、低侵襲性と高い許容度の特性により、電子、半導体、材料分野で最も一般的に使用され、最も即時的な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:
1. 断面構造観察(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るため、パッケージング、PCB、モジュール、材料工学で最も一般的な初期構造検査方法です。
| 観察可能な内容 | 応用シチュエーション |
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2. IC デレイヤー構造確認
デレイヤ分析(平面デレイヤ)は、チップの動作ロジックを破壊せずに金属層と誘電体層を一層ずつ除去し、内部回路構造を観察する手法です。OM は IC 層別解析における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 |
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3. 析出物空乏帯(PFZ)分析
PFZは金属材料(例えばアルミニウム合金)が熱処理またはひずみ後に、結晶境界付近に現れる析出物空乏領域であり、金属材料工学における重要なパラメータであり、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 |
|---|---|
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4. ひずみ線、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、ウェーハの前工程(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 | アプリケーションシナリオ |
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5. 酸化重ね差(酸化誘発スタッキングフォルト、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または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 |
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MA-tekは多様なOM光学顕微鏡を配置しており、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カバーしています。材料構造、表面形状、プロセス特性を深く表現し、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を満たします。
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図|(a) 50-1000X (b) 100-500X / 40-200X / 5-75X (c)50-1000X
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図|(a) メタル (b) ポリ (c) OD/AA
| 倍率 | 倍率範囲 | 応用 |
|---|---|---|
| 50–1000X | 高倍率。ICのデレイヤ、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。 | 高分解能構造比較、微細欠陥およびプロセス異常の位置特定、Delayer 精密層分析 |
| 100–500X | 中高倍率。PCB/PCBA のはんだ接合部、パッケージ界面、薄膜厚さおよび金属分布の分析に使用します。 | 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、結晶粒の分析、Delayerの層位置確認、初歩的な構造検査に使用されます。 | 構造の層確認、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、外観検査、断面スキャン、ウェハ破損、パッケージ剥離などのマクロ欠陥の特定に使用されます。 | 外観検査、断面大視野、パッケージ破壊、ウェハ欠陥スキャン |