半導体不良解析を加速する
集束イオンビーム搭載電子顕微鏡 FIB-SEM

FIB-SEMとは

FIB-SEM(Focused Ion Beam Scanning Electron Microscope)は、微細な観察と加工を同時に行える分析装置です。電子線(SEM)で試料表面の形状や成分に関する情報を高解像度で観察できる一方、イオンビーム(FIB)を用いることで、狙った箇所を数十ナノメートル〜サブミクロンレベルの精度で薄く削り出したり、断面を作製したりできます。
そのため、従来の観察だけでは分かりにくかった内部構造の観察や、層構造・欠陥・界面・破壊組織などの3次元的な解析に適した手法として広く活用されています。

集束イオンビーム搭載電子顕微鏡 DB550とは

DB550は、最先端の科学機器を開発・製造するグローバルメーカーCIQTEK製。極限の生産性を追求したナノ解析ツールです。
低加速・高分解能の電子カラムとスーパーデセレーション(超減速)機能の採用により、極低加速電圧下においてもサブナノスケールの解像度を維持します。

中核となる次世代イオンカラム「Chengying 2.0(承影2.0)」は、低加速における分解能の向上と大電流化を実現し、ナノ加工のスピードを最適化しました。

統合されたハードウェア体系とインテリジェントなソフトウェアアルゴリズムにより、洗練された万能なマイクロナノ解析・加工センターを構築し、スループット(産出効率)を劇的に向上させます。

集束イオンビーム搭載電子顕微鏡 DB550の特長

統合型ガス注入装置(GIS)

統合型ナノマニュピレーター

エアロック室
(最大8インチ対応)

技術紹介

電子ビーム鏡筒

「承影」2.0イオン鏡筒

豊富なオプション

エネルギー分散型X線分析(EDS)

カソードルミネッセンス(CL / 陰極蛍光)

EBSD

原位加熱システム(In-situ Heating System)

RAFM鋼・900℃加熱時の電子顕微鏡像

EBSDフェーズマップ(相分布図)

データ提供:中国科学技術大学 微ナノ研究・製造センター

インシチュナノメカニックシステム

ナノインデンテーション試験前

ナノインデンテーション試験後

データ提供:中国科学技術大学 工程・材料科学実験センター

4D-STEM

炭化ホウ素(B₄C)の回析パターン(電子回析図形)

グラフェンの回析パターン(電子回析図形)

データ提供:中国科学技術大学 理化学実験センター

活用分野

半導体産業

FIB-SEMデュアルビームシステムは、正確なピンポイント加工とサブナノメートル解像度のイメージングにより、半導体チップの欠陥・不具合箇所を正確に特定します。
また、イオンビーム誘導堆積(IBID)による回路修正やプロトタイプ検証を可能にし、製造ラインの歩留まり向上と研究開発のサイクル加速に貢献します。

14nm pmos (STEM-DF)

CIS(イメージセンサ)チップ:断面構造解析

28nm Cu配線プロセスチップ:断面構造解析

14nm pmos

28nm (pvc)

TEM試料作製|全工程フロー

①トレンチ加工

②デポジション

③Uカット

④サンプルピックアップ

⑤リフトアウト

⑥グリッドへマウント

⑦薄膜化加工

⑧試料作製完了

新エネルギー産業

FIB-SEMデュアルビームシステムは、材料の精密な断面加工と詳細な構造観察・分析を通じて、研究開発の加速と製造プロセスの改善に大きく貢献します。

グラファイト(黒鉛)粒子:断面構造解析

プロトン交換膜(PEM):表面加工位置選定

プロトン交換膜(PEM):断面構造解析

太陽電池パネル:ITO薄膜の膜厚評価(STEM-DF)

三元系正極材料(NMC):断面構造解析

セラミックス材料

 材料解析 
FIB-SEMデュアルビームシステムは、セラミックス材料の高精度なマイクロ・ナノ加工と鮮明なイメージングを実現します。
さらに、多様な検出モード(BSE、EDS、EBSD、SIMSなど)と組み合わせることで、微細領域における材料の三次元空間構造の深い研究・評価を強力にサポートします。

 断面試料作製 
FIB(集束イオンビーム)を用いることで、セラミックス材料の断面試料の作製が可能です。
SEM観察と組み合わせることで、サンプルの断面形状の評価や寸法計測を正確に行えます。

 材料同定 
セラミックス材料を構成する成分(組成)および結晶構造の同定をサポートします。

セラミックス材料:表面形状観察

セラミックス材料:表面構造解析

合金材料

金属材料分野における集束イオンビーム(FIB)の核心的なアプリケーションは、ミクロ・ナノスケールにおける「高精度な加工と分析」です。
集束された高エネルギーイオンビームを用いて、金属材料の精密なエッチング(スパッタリング)、デポジション(局所堆積)、または材料特性(キャラクタリゼーション)を行うことで、従来の機械研磨やエッチング技術では困難だったマイクロ領域の加工・欠陥検出課題を解決します。

チタン合金

フェライト・マルテンサイト鋼(微小磁性):電子顕微鏡像

フェライト・マルテンサイト鋼(微小磁性):原子分解能像(STEM-HAADF)

マイクロ・ナノ加工

太陽電池・シリコン表面銀電極の断面構造解析

高硬度ダイヤモンド材料のTEM試料作製

MEMSチップの広範囲断面加工

インサイチュ(原位)力学試験用マイクロ引張試験片の加工

インサイチュ加熱EBSD解析用試料の表面調整・加工

アトムプローブ(APT)用ニードル試料作製

仕様

電子光学系

電子銃タイプ

高輝度・高安定ショットキー電解放出光源(FEG)

分解能

1.4nm@1kV, 0.9nm@15kV

1.3nm@1kV (with TD), 1.2nm@1.0kV*

1.9nm@200V (with TD), 0.7nm@15kV*

加速電圧

20V~30kV

イオン光学系

イオンタイプ

ガリウム(Ga)液体金属イオン源

分解能

2.5nm@30kV, 100nm@1kV

加速電圧

500V~30kV

イオンビーム電流

1pA~100nA

試料室

チャンバー内モニター

トリプルカメラシステム(3カメラ内蔵)
(光学ナビゲーションカメラ×1・チャンバー内監視用IRカメラ×2)

ステージタイプ

5軸全自動機械式ユーセントリックステージ

ステージ移動範囲

X = 110mm, Y = 110mm, Z = 65mm
T : -38°~70°, R = 360°

X = 150mm, Y = 150mm, Z = 65mm
T : -10°~70°, R = 360° (オプション)

検出器およびシステム拡張

標準構成

インレンズ二次電子検出器(In-lens SED)

チャンバー二次電子検出器(ETD)

オプション

リトラクタブル反射電子検出器(BSED)

インレンズ反射電子検出器(Inlens-BSE)

リトラクタブルSTEM検出器(STEM)

4D-STEMシステム

ナノマニュピレーター(3軸/4軸から選択可能)

ガスインジェクションシステム(GIS)(前駆体ガス:Pt, C, W, XeF₂から選択)

コントロールパネル

リターディング機能(試料ステージ減速)

プラズマクリーナー

X線エネルギー分散型分光器(EDS)

電子背後散乱回析装置(EBSD)

飛行時間型二次イオン質量分析計(TOF-SIMS)

クライオ(冷熱)トランスファーシステム

ソフトウェア

システム言語

英語(言語カスタマイズ対応可)

対応OS

Windows(最新バージョン対応)

ナビゲーション機能

光学ナビゲーション

*特殊仕様・カスタマイズ対応可

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