Focus

今も活躍している当社のロングラン技術や製品をご紹介

お客さまと歩み続けた 20 年
ウエハの形状測定装置

技術再発見

LEO 事業本部 製造部

森田仁

IoT や自動車の自動運転、5G、データセンターなどデジタル技術が進展するなかで、ますます半導体の重要性が増してきている。その主要部材であるシリコンウエハは、2020 年度には過去最高の出荷枚数を記録し、今後も成長が見込まれている。ウエハの製造工程において、品質管理のために欠くことができないのが、ウエハの厚さや反りなどの形状を測定する当社の測定装置である。測定性能のみならず、お客さまのご要望にあわせたカスタマイズにより長くご愛用いただいている。初号機を上市して今年で 20 年を迎えるが、国内にとどまらず、世界のウエハ製造工場で活躍している。

【測定原理と特徴】

まが求められる計測精度を満たしつつ、コ要とされる物性（抵抗や p 型、n 型等）を測

本装置は、ウエハの上下に配した静電容ンパクトかつ高速での計測を可能にしたこ定するユニットを組み合わせた、新たな機量センサーと、ウエハを直線状に移動させとで、市場において高い評価をいただくに種としても展開している。測定以外の機能る搬送ステージ、さらに搬送ステージの両至った。

面でも、お客さまの工程に適したデータ形端に設けた回転ステージとで構成されてい【形状測定装置の進展】式や工場内のネットワーク、さらには無人る（第１図）。上下のセンサーでウエハとの距

この20 年間、お客さまの用途やサンプル離を測定し、それをもとにウエハの厚さをサの変化にあわせてハードウェア、ソフトウェブミクロン精度で算出している。さらに搬

アともに個別のカスタマイズも加えながら送ステージの直線状の動きと、その両端の進 化 させ て き た。販 売 開 始 当 初 は 直 径

ステージでウエハを回転させる機構とを組300mm のシリコンウエハ専用で、ロボットみ合わせて放射状にスキャンすることで、での自動搬送を備えた形のラインナップのウエハ全面の厚さ情報を得ることができるみであった（写真１）。しかしその後、ガラス（第２図）。こうして得られた厚さ情報に対基板や、ガラスとシリコンとを張り合わせたし、重力による影響を補正し無重力状態のウエハ等の新材料へのニーズをいただくなウエハ形状として算出している。

（完全自動化）のシステムにも対応している。

第2図

測定方法

下側センサー（裏面用）

かで、新たにレーザー変位計や光学式セン

ウエハ厚さ（S）

販売開始当時、市場ではウエハを立ててサーを採用した装置もラインナップに加え表面回転させながらスパイラル状に計測する装た。その他、大学等の研究用途向けのマニュ置が主流であった。ところが、このような装アル 機 や、直 径 50mm から200mm の小置は構造が複雑なため大型な装置になら径ウエハへの対応、さらには 450mmウエざるを得ない。当社は上記の機構を独自にハにも対応した装置も開発した。また、形状考案し、実用機として市場に投入し、お客さ測定以外に、シリコンウエハ製造工程で必

第 1図

計測部の構成上側センサー（表面用）

ウエハ

裏面ウエハ

写真1

放射状にラインスキャン

センサ間の距離（F） 距離（G）

ウエハ支持部（裏面接触）

距離（B）

SBW-330（300mmウエハ用形状測定装置 SBWシリーズ）

センサー

ウエハ

ウエハ回転ステージ

ウエハ搬送ステージ

このように、形状測定装置をさまざまなお客さまに幅広い用途でご採用いただくなかで、業界における認知度を高めるとともに、技術を磨いてきた。現在では、より高精度なサブナノメートル精度の計測技術も開発し、これを搭載した平坦度測定装置としても展開している。今後も、技術開発に取り組み、引き続き半導体分野の進展に貢献していく。

こべるにくす OCT. 2021

No.53

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技術再発見

今も活躍している当社のロングラン技術や製品をご紹介

電界放出型オージェ電子分光法（FE-AES）による表面・微小領域解析
技術本部 加古川事業所 技術室

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今も活躍している当社のロングラン技術や製品をご紹介

機能性材料の開発を支える、DSC をもちいた熱分析技術

技術再発見

吉川 卓郎

技術本部 加古川事業所 技術室

2007年に当社がいち早く導入したオージェ電子分光分析装置（日本電子製：JAMP-9500F、外観：第1図）は、主にエレク

熱分析とは物質の熱に対する物理的な変化を分析する手法である。古くは19トロニクス分野の半導体や電子材料の開発支援、不具合調査に活躍してきた。本装置の特徴は 2 つ、検出深さが数 nmと極めて世紀後半の合金状態図研究の黎明期に端を発し、当時発明されたばかりの白金 -浅く、nm オーダーの高い空間解像度を持つことである。前者特徴は、対象物の表面から深ロジウム熱電対をもちいたオスモンの“逆冷却速度法”による熱分析が鋼の変態さ数 nm のオージェ電子を検出することに由来、後者は、本装置が FE 銃を搭載し、照射す第 1図装置外観る電子ビームを非常に細く収束させることができるためである。

第 1図

金築 俊介

炭素鋼（S15C 〜 S55C）の比熱曲線を発見する決め手となった。以降温度センサーの進歩とともに熱分析技術は高度化し、熱電対が多重に直列接続されたサーモパイル型の熱流束センサーが開発

エレクトロニクスは、人の手に収まる製品から人を運ぶ製品まで多岐にわたり組み込まされ、これを搭載した熱量計である DSC（示差走査熱量計）の技術確立によってれている。しかし、活用の幅が広い分、不具合が発生した際には、大きな事故につながる危熱分析技術は成熟した。当社では 30 年来、最大1400℃までの高温測定と高感険性もはらむ。製品の動作保証には、各種半導体の品質はもちろんのこと、各種部品をつ度な熱分析が可能な DSC を早々と導入し、材料設計に必要不可欠な熱分析サーなぐ接続技術も極めて重要である。代表的な接続技術としてははんだが挙げられ、またそビスを提供してきた。炭素鋼の比熱曲線（第1図）では、パーライト変態（AC1点）、のはんだ付け先としてめっきが存在する。これらは共通して金属材料表面の清浄度が求め磁気変態（A2 点）、オーステナイト変態（AC3 点）といった一連の鋼の変態挙動られ、製品になる前段階で接続部に不具合が生じた場合、表面に着目した調査が必要となが明瞭に表れており、C 量に対する変態点の変化を系統的に理解できる。本稿でる。一般に、SEM-EDXやXPS などの汎用装置が利用されるが、昨今の技術革新により分は DSC の分析事例を交えながら熱分析技術の有用性について触れたい。

析対象の微小化が進み、解像度の点で本装置を活用するケースが増えている。
本稿では、需要高く多用される本装置の魅力を改めて、2 つの分析事例で解説したい。

【事例1：スパッタ併用の深さ方向分析による酸化皮膜の厚さ測定】【析出強化型アルミ合金の熱分析事例】

件の違いが明瞭に表れており、T6 処 理が溶融挙動を知ることが焼鈍プロセスの最適

昨今の自動車のマルチマテリアル化にと長くなるとηʼ相の固溶ピークが大きくなる化につながる。第 3 図は日常用途の Nd 磁

銅は表面の酸化皮膜の厚さにより、その能や歩留まりに悪影響を与えるため、迅速なもうアルミ合金適用率の増大を受け、アルなど、複雑かつ微弱な固溶・析出挙動を明石市販材の DSC 曲線であるが、約 400〜外観色が赤、銀、金、橙色などに変化する（第原因究明が必須となるが、汚染箇所は極薄

ミ板材にはさらなる高強度化が要求されて確に測定できている。またTEM では観察

500℃における粒界相の微弱な融解ピーク

はんだ不濡れやめっき不着といった不具2 図）。この厚さを本手法で測定すると（第 3かつ微小であることが多い。まさに本装置のおり、析出強化メカニズム等の冶金現象のが困難な G.P.ゾーン（サイズが 1nmで構造を検出できている。Nd 磁石は高温酸化し合は、酸化皮膜が原因となるケースがある。

図）、外観色は厚さ数10nm の酸化皮膜の厚特徴にマッチした事象であり、実際に Siウエ理解が進んでいる。アルミ合金の析出強化がはっきりしない）の固溶挙動も見て取れ、易い材料でもあり、高感度な熱分析を行う

厚さは nm オーダーであり、検出深さの深いさに大きく影響を受けている様子が判る。

ハ上の汚染部を調査した事例を紹介する。

においてはナノオーダーの微細なクラスタ

DSC による熱分析の有用性がよく分かる。には残存酸素を排した雰囲気制御が重要

EDX 分析だけでは現象を捉えきれない。本本事例では解像度に重きを置いていない

Siウエハ上をSEM 観察した時、第 4 図のの形成・再固溶を捉える必要があり、高感装置では、深さ方向分析により酸化皮膜のが、例えばはんだバンプ、ピラーやチップのような変色部が見られた。この変色原因を度の熱分析が不可欠である。第 2 図は当社厚さを推定する事が可能で、銅の酸化皮膜パッド部、配線パターンといった微小領域にオージェ電子 分 光で特定したところ（第 5で試作した7000 系（Al-Zn-Mg）アルミ合

モ ー タ用 Nd 系 永 久 磁 石 材 料 は、主 相の不活性ガス雰囲気での熱分析が可能でに着目した測定例を紹介する。

対して同様の分析が可能である。

図）、変色部は数10nm 程度の非常に微小金の高温反応挙動を DSC によって評価し（強 磁 性 Nd-Fe-B 相）の 粒 界を Ndリッチあり、急冷・焼結・焼鈍といった熱処理プ【事例 2：Siウエハ変色部の表面マッピンな部分も含めて、炭素元素と判り、有機汚れた事例である。自然時 効（T4 処 理）→人工な低融 点相（粒界相）が覆うことで高い保ロセスの最適化のために有用な知見を与えグ分析】が原因であると推察された。

時効（T6 処理）の二段時効における処理条磁力が発現する。それゆえまずは粒界相のてくれる。

銅板の外観

冒頭では接続部の重要性を説いたが、接このようにnm オーダーの微小物を視覚的続先である半導体でも清浄度は重要である。に捉えることが可能で、他に微細な析出物と材料となるウエハで汚染が発生した場合、性いった金属の組織についても適用できる。

第2図

第3図

7000 系アルミ合金の DSC 曲線
発熱第2図となる。当 社の 酸 素 ゲッターを搭 載した【永久磁石の熱分析事例】

DSC をもちいれば酸素濃度 1ppmレベル

Nd 系永久磁石の DSC 曲線0ηʼ析出-0.1

10,000O強度 Intensity

9,000
8,000
7,000
6,000
5,0004,000

銀3,000

金

橙

第4図

二次電子像

第5図

C のマッピング像

推定酸化膜厚（nm）
未処理： 1.4
赤： 14.8
銀： 27.5
金： 48.8
橙： 87.9

DSC（µW）

Cu 板の酸化膜厚測定結果

吸熱

第3図

DSC（mW）

Tʼ析出

GPゾーン固溶ηʼ固溶-0.3-0.4-0.5-0.6

温度（℃）

2,000 未処理 赤-0.2

200

420

440300460400480500

500

温度（℃）

600

700

800

1,000
0020

40 60 80 100 120 140
深さ（nm）（SiO 2 換算）

以上から明らかなように、状態変化を始めとする材料のさまざまな高温反応挙動を知る上で熱分析は極めて有用であり、材料の開発や製造プロセスの検討を進める上で今なお欠かすことのできない重要な技術である。最近では 2 次電池やモータ用の本稿で紹介した機能以外に、線分析や広域マッピング、元素によっては化学式で示されるような状態解析をすることも可能である。今後も分析対象の微細化は進むと思われるが、本装置の特徴を生かしたメニューを提案していきたい。

27 こべるにくす OCT. 2021

No.53

機能性材料を熱分析するケースも増えてきており、各産業分野における材料技術の知見を活用しながらさまざまなニーズに応えていきたい。

こべるにくす OCT. 2021

No.5328