半導体は私たちの生活に革命をもたらしました。 スマートフォン、デジタルカメラ、テレビ、洗濯機、CPU、冷蔵庫、LED電球など、身の回りのあらゆるところに存在し、私たちの快適な生活を支えてくれています。 IC（Integrated Circuit：集積回路）は、現代のあらゆる電子機器の基本的な構成要素であり、どこの回路基板にもある小さな黒い「チップ」です。 半導体材料（通常はシリコン結晶）の薄い基板上に、数百から数十億個のトランジスタ、抵抗、コンデンサー、論理ゲートが接続され、複雑なデジタル回路を形成しています。

このような小さなデバイスを作ることは、技術的に非常に困難なことですが、ICメーカーが直面する意外な問題は、検査能力です。 半導体デバイスの微細化に伴い、性能や信頼性はデバイス回路の局所的な化学的性質やサイズ、形状にさらに敏感になっています。 また製造の歩留まりを向上させるためには、欠陥を迅速に検出・分析することが必須条件です。 AZtecLiveは、IC製造プロセスのどの段階でも使用することができます。またライブケミカルイメージング機能により、さまざまな回路構造の迅速な検査にも役立ちます。 AZtecLiveを使うことで、関心のある領域を素早く見つけ出し、必要に応じてより詳細に調べることができます。

このブログ記事では、ライブケミカルイメージングを使って、複数の集積回路が搭載された旧世代のシリコンチップをmm～µmスケールで検査する方法を紹介しています。

従来のEDSマッピングでは、サンプル上で関心のある領域を選択する前に化学情報を得ることができませんでしたが、ライブケミカルイメージングの導入により、その限界が克服されました。 これでステージを動かしながらEDSデータと電子線画像を同時に取得して、簡単にサンプルを調べることができるようになりました。 この記事は、半導体サンプルでのライブケミカルイメージングの使用についての紹介となりますが、さらに詳しく知りたい方は、近日開催のウェビナー「Revolutionise your SEM capabilities with Live Chemical Imaging」にご参加ください。

AZtecLiveのライブケミカルイメージングのナビゲーターステップを選択して、サンプルの検査を開始します。 サンプル上を移動していると、ウェハには膨大な数の線が伸びているのがわかります。 これらはアルミニウム製のマイクロスケールワイヤーで、チップ上を流れる情報や電力のグローバルハイウェイとして機能しています。 回路のさまざまな部分を見分けることができ、さらには、リンのドーピングによる信号を収集することも容易です。 チップの各領域には、シリコンの電気的特性を変化させる不純物が処理（ドープ）されており、当社のEDS検出器「Ultim Max」は、このドーパントからの信号をマッピングする優れた性能を備えています。

炭素に対応するピンク色のX線マップを追跡することで、すぐに汚染を発見することができます。 チップの信頼性を脅かす重大な問題として「コンタミネーション」があります。 半導体製造においては、極めて微小な欠陥（突起、パターンの変形、傷など）や異物であっても、性能上の問題を引き起こす可能性があります。 この例では、汚染は有機物（CとO）と、Caを含むいくつかの塩類（主要元素：KとCI）で構成されています。

図 1. AztecLiveを使って汚染粒子を簡単に発見

それでは、左の配線構造をよく見て、そこからどのような情報が引き出せるのかを探ってみましょう。

Live Chemical ImagingのEDSマッピング画面を見てみると、シリコンのEDS信号がチップウエハから発生していることがわかります。 チップの最上層である二酸化ケイ素が絶縁層として機能しているため、酸素マップがシリコンと重なっていることがユーザーには明確にわかります。アルミニウムマップでは、すべての内部接続が簡単に解決され、アルミニウム層の下にチタンがあると結論づけることができます。また回路の特定の部分でAlコーティングが無くなっていることも明らかです。Tiの薄い層は、他の金属が表面に付着するのを助けるために蒸着されることが多く、また今日ではそれほど一般的ではありませんが、Si層へのAlの拡散を止めるための保護層としても機能します。

図 2. 回路の形状と化学的性質の検査

配線の右側に現れた構造を見ると、下の層が上の層に影響を与えていることがわかり、また、表面が波状になっているのは、連続的に層を重ねることで表面が粗くなっているためです。 最近のチップでは、製造過程で定期的に層を研磨しているため、この効果はあまり顕著ではありません。

図1と図2の右下には、登録した画像を使った「ライブトレースミニビュー」が表示されています。 登録された画像は、デバイスの回路図や単なる写真でもよく、一度登録されると、その画像が背景画像として自動的に表示され、サンプル内でのナビゲーションに利用されます。 矩形は、サンプル上の各スキャンされた視野のサイズと位置を表しています。 現在の視野が青くハイライトされています。ミニビューの中で、ユーザーは表示する元素を選択することができます。 その元素を含むすべての視野が赤で表示されます。例えばCを選択すると、ミニビューで、有機汚染を含むスキャンされた視野を簡単に認識することができます。 赤色の濃淡が明るいほど、その視野に含まれる元素の質量％が大きいことを示しています。さらにメインのワークスペースからフィールドを選択し（黄色でハイライト）、「移動」をクリックすると、顕微鏡のステージが選択した視野に移動します。

AZtecLiveのもう一つの便利な機能は、サンプルをナビゲートしながら、オーバーレイ画像で関心のある元素を追跡するように選択できることです。例えば、電子線画像にオーバーレイされるAl信号のみを選択して、Alコーティングの断線に注目したり、Cマップのみを選択して、有機汚染に特化して表示することができます。

図 3. サンプルをナビゲートしながら、関心のある異なる元素を選択することができます。

このブログでは、表面積の大きい電子部品の調査にAZtecLiveがいかに役立つかをご紹介しました。このブログでは、ユーザーが表面の汚染物質や故障構造を素早く発見し、同時にそれらに関する重要な化学情報を得る方法を紹介しました。

Dr Lucia Spasevski

Product Scientist