電子機器・半導体向けFIB-SEM

不良解析と3Dデバイス特性評価

半導体および電子デバイス分野における物理的不良解析、技術パスファインディング、プロセス歩留まり管理をサポートします。

ZEISS Crossbeam FIB-SEMは、半導体ワークフローにおいて、精密な断面作製、TEMラメラの作製、および3Dトモグラフィーを実現します。リアルタイムイメージングと統合解析機能を組み合わせることで、深部にある構造へのアクセスを可能にし、信頼性の高い高分解能結果を提供します。

確かな信頼性で電子機器の開発を加速

電子デバイスの微細化が進む中、半導体開発チームには、深部にある構造への迅速なアクセスと、ばらつきを低減するための高精度かつ再現性の高い試料作製が求められます。ZEISS Crossbeamは、高解像度のGemini SEMイメージングと精密なFIB加工を統合し、制御された3Dワークフローの中で、ミリング、イメージング、および解析を一元化します。リアルタイムモニタリング、自動TEMラメラ作製、およびシリアルトモグラフィーにより、エンドポイント精度を向上させ、複雑なデバイス構造の信頼性の高い再構築を可能にします。

電子機器のワークフロー向けTEMラメラ作製

ZEISS Crossbeam FIB-SEMは、ZEN core EMにおいて、ガイド付きかつ自動化されたTEMラメラ作製を可能にします。精密なFIB加工と高分解能SEMイメージングを統合することで、制御された薄片化とターゲットを絞ったエンドポイント処理を実現します。これにより、ナノメートルスケールでの構造的、化学的、物理的特性の評価が可能になります。
  • 自動・ガイド付きマルチサイトTEMラメラ作製

    自動・ガイド付きマルチサイトTEMラメラ作製

  • ラメラチャンク作製

    ラメラチャンク作製

  • ラメラのリフトアウト

  • グリッドへのラメラ固定

    グリッドへのラメラ固定

  • ラメラ薄片化およびエンドポイント処理

  • 自動・ガイド付きマルチサイトTEMラメラ作製
  • ラメラチャンク作製
  • ラメラのリフトアウト
  • グリッドへのラメラ固定
  • ラメラ薄片化およびエンドポイント処理
ZEN core EMユーザーインターフェース

Crossbeamでできること

  • 自動化されたラメラ作製によりタイムリーにデータを収集し、ワークフローを手動で制御しながら貴重な試料を徹底的に解析できます。
  • 1回の作業で多様な材料を評価できます。材料ごとにFIBパラメータを調整し、レシピライブラリを作成できます。
  • 1つのユーザーインターフェースでワークフロー全体を実行できます。ZEN core EMにより、ラメラ作製の各ステップをシームレスに実行できます。

Crossbeamポートフォリオ

加工しながら観察し、用途に合った選択を実現

ZEISS Crossbeamのアプリケーション例

ZEN core EMによるガイド付きから自動化までのワークフロー

すべてのZEISS Crossbeamモデルは、事前定義されたZEN core EMワークフローによるTEMラメラ作製に対応しており、トレンチング、薄片化、リフトアウト、およびグリッド上での仕上げまでの体系的な手順により、一貫したプロセス制御を実現します。

ワークフローの主な特長

  • プロセスリスト、無人実行、および単一シーケンス内での異なる材料や設定の混在によるバッチ実行により、スループットを向上させます。
  • 安全チェック、プロンプト、一時停止/ログ記録/再開機能によるオペレーター保護により、作製精度を維持します。
  • FIBスキャンパターンの回転および角度調整により位置合わせを微調整し、エンドポイント精度を向上させます。

薄片化時の「加工しながら観察」

最終研磨工程はTEMラメラ品質において極めて重要です。Geminiのフィールドフリー光学系により、試料作製時の傾斜角でも鮮明なSEMイメージングが可能になり、主要パラメータをリアルタイムで調整できます。

  • エネルギー/電流の段階調整
  • ナッジング
  • スキャン戦略

HDR Mill+SEM(Crossbeam 750)

ZEISS Crossbeam 750はHDR Mill+SEMを統合し、SEMとFIBの走査を同時に行いながら、ミリングを中断することなく高ビーム電流下でも画像の鮮明さを維持します。これにより、プロセスの可視性を保ちながら粗除去を加速させます。

完全自動化された大量TEM試料作製

ZEISS Crossbeam Samplefabは、大量TEMラメラ作製に特化した自動化ソリューションです。バルクからグリッドまでの試料作製プロセスを標準化することで、オペレーター、シフト、生産拠点を問わず、再現性、トレーサビリティ、および一貫したラメラ品質を確保します。

5nm SRAM構造のCrossbeam 750 HDR Mill+SEMイメージング(左)。ミリング中でもナノスケールのディテールが鮮明に確認できる。
5nm SRAM構造のCrossbeam 750 HDR Mill+SEMイメージング(右)。ミリング中でもナノスケールのディテールが鮮明に確認できる。

標的断面および欠陥位置特定

Crossbeamは、FIBミリングとリアルタイムSEMイメージングを同期させることで、継続的なパラメータ調整とプローブおよび検出器の精密制御を可能にし、欠陥位置特定の精度を向上させます。二次電子ノイズや信号エイリアシングが増加する高ビーム電流条件下においても、HDR Mill+SEMは信号を交互に処理することで、ミリングを中断することなく画像の鮮明さを維持し、複雑な構造の試料作製をより一貫して行えるようにします。

主な機能
断面の高分解能画像を取得し、表面下の情報を得ることができます。Crossbeamは、試料の包括的な特性評価のために幅広い検出器を提供しており、最大4つの検出器信号を同時に取得することが可能です。

  • 広範囲にわたる5nm SRAMデバイスのFIBトモグラフィー。試料全体にわたるナノスケールの詳細な構造を示す。

    デバイスの理解に向けた3D FIB-SEMトモグラフィーおよび解析

    ZEISS CrossbeamにおけるFIB-SEMトモグラフィーは、連続断面作製により試料体積を3Dでイメージングおよび再構築します。インテリジェントなソフトウェアソリューションにより、長時間かつ無人でのトモグラフィー実行が可能となり、信頼性が高く正確な結果を効率的に得られます。

  • FIB-SEMトモグラフィー中に取得された3D EDXマップ

    Crossbeam 550Lで作製したパワーMOSFETデバイスの3D EDXマップおよびFIBトモグラフィー。元素分布とナノスケール構造を示しています。

    3D解析

    ZEISS CrossbeamはR&Dおよび不良解析向けの3Dデータ取得をサポートし、統合されたEBSDおよびEDSにより、複雑なデバイス構造における構造情報と組成情報を相関させながら高精度な再構築を可能にします。

  • XRMからFIB-SEMへの相関ワークフロー(X線顕微鏡から集束イオンビーム搭載SEM解析への標的転送)
    XRMからFIB-SEMへの相関ワークフロー(X線顕微鏡から集束イオンビーム搭載SEM解析への標的転送)

    XRMからFIB-SEMへの相関ワークフロー(X線顕微鏡から集束イオンビーム搭載SEM解析への標的転送)

    XRMからFIB-SEMへの相関ワークフロー(X線顕微鏡から集束イオンビーム搭載SEM解析への標的転送)

    マルチスケール相関

    ZEISSの相関イメージングソフトウェアAtlas 5は、画像の相関付けとX線ボリュームデータの統合により、マルチスケールかつマルチモーダルのワークフローを実現します。これにより、深部にある特徴を特定し、関心領域の見逃しリスクを低減します。

半導体ワークフロー向けハードウェア機能

  • フェムト秒レーザーは、数分でミリメートル規模の体積を除去し、スループットを向上させるとともに、XRM、APTピラー、および大面積TEMラメラ作製のための深部デバイス構造への迅速なアクセスを可能にします。これにより、EBSDおよびEDSに対応したクリーンな断面が得られ、FIBは最終研磨のみに使用されるため、時間短縮と潜在的なダメージの低減が図れます。

    ZEISS LaserFIBでできること

    • 深部にある構造へ迅速にアクセス。
    • 幅・深さともにミリメートルスケールの断面を作製。
    • 超短パルスレーザーにより、ダメージおよび熱影響を最小化。
    • X線顕微鏡データセットとの相関分析による隠れた関心領域の特定。
    • ワークフローを自動化し、FIBチャンバーへシームレスに移行。
  • ZEISS Crossbeamには2種類のチャンバーサイズが用意されており、解析、イメージング、および試料改質機能を拡張します。大型チャンバー構成では、最大200mmの大型試料およびフルウェハの処理に対応し、半導体ワークフローにおいてより高い柔軟性を実現します。

    特長

    • 150 mmまたは200 mmステージ:標準仕様またはオプションの高精度(HP)ステージ
    • 200 mmエアロックと延長レールにより、ウェハをスムーズに移送
    • フルウェハイメージングおよび高速ROIナビゲーションのためのNavCamライザー
    • ウェハとチャンバー/カラムの干渉を防止する内蔵安全装置
    • 500 g超の重量物にも対応する堅牢なロッド/ホルダーシステムによる高荷重移送能力
  • CrossbeamのFE-SEMカラムには、フィールドフリー対物レンズを備えたGemini電子光学系が採用されています。これにより、強い磁場への曝露を防ぎ、傾斜時であっても広い視野にわたって歪みのない高分解能イメージングを実現するとともに、繊細な半導体解析においても試料の完全性を維持します。

    • Gemini 1:Crossbeam 350に搭載。柔軟性を提供し、帯電やアウトガスを示す試料向けの低真空イメージングに対応。
    • Gemini 2:Crossbeam 550に搭載。低加速電圧での高分解能イメージングを実現するとともに、要求の厳しい分析および試料作製ワークフローに必要なビーム電流に対応。
    • Gemini 4:Crossbeam 750に統合。傾斜時でも低加速電圧での分解能およびSNRを大幅に向上させると同時に、高分解能SEM条件下で低エネルギーFIBプローブに対する対物レンズの影響を低減。

    Ion-sculptor FIB
    Ion-sculptor FIBカラムは1pA〜100nAの範囲に対応しており、単一のスケーラブルなワークフロー内で迅速なバルク除去と制御された低エネルギー仕上げを可能にします。

電子機器特性評価向けアクセサリおよびアドオン

  • Crossbeam FIB-SEMで作製したGaNデバイスのToF-SIMSイオンマップ。構造全体にわたるアルミニウム、酸素、窒素化合物、およびチタンの空間分布を示します。

    ToF-SIMS

    リチウムなどの軽元素や同位体の解析を含め、ppmレベルまでの原子イオンおよび分子イオンの並列検出を可能にします。

  • Crossbeam FIB-SEMによるGaNデバイス断面のSTEMイメージングモード(明視野(BF)、暗視野(DF)、ADF、HAADF、ODF)は、構造コントラストと材料界面を明瞭に示します。

    STEM

    セグメント化環状暗視野(ADF)および高角度環状暗視野(HAADF)に対応した格納式走査透過電子顕微鏡(STEM)検出器により、FIB-SEMチャンバー内で薄片試料を直接観察できます。これにより、高コントラストなナノスケール構造解析、in-situでの方位/欠陥マッピング、およびクリティカルディメンション(CD)計測を実現します。

  • Crossbeam FIB-SEMで取得したGaNデバイス断面のEDS元素マップ。層構造全体にわたるAl、O、Au、Ga、N、およびSiの分布を示します。

    EDS

    断面作製および3Dワークフロー中に元素分析を統合し、マルチ検出器取得により包括的な材料特性評価を実現します。

ダウンロード

  • ZEISS Crossbeam 750

    非常に困難なターゲットに対しても、 一度で確実な試料作製を可能に

    4 MB


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