「最表面に変色した箇所がある」「異物が乗っている」
製造プロセスで生じた不良の原因を特定するとき、元素の情報だけでなく、由来する成分の同定まで出来ればスムーズに対策を取ることができます。
今回はTOF-SIMS・FT-IR・Ramanといった分子の結合状態を評価するラインアップをご紹介します。
MSTは分析サービスを通じて皆様の歩留まり向上をお手伝いします。
分析事例のご紹介
Siウエハ上の表面汚染の原因を特定したい
Siウエハ ベベル部の汚染評価
～金属成分と有機成分を同時に評価可能です～
半導体デバイス製造において、歩留まり向上の観点から、ウエハの裏面の清浄度向上に加え、ウエハのベベル部に残留する物質を除去することが求められています。今回、ベベル傾斜面のTOF-SIMS分析を行い、汚染の分布を評価しました（図2）。また、付着物と正常部・汚染源のマススペクトルを比較し、付着物は汚染源の金属（Cr）成分・有機物成分と一致していることがわかりました。
TOF-SIMSにてベベル部（端面と傾斜面）の汚染の発生工程を捉える事が可能です。
Siウエハの有機物汚染評価
～ゲルパック・サンプルシートからの汚染評価～
半導体の高集積化により従来の金属汚染、異物、欠陥の他にクリーンルーム等の雰囲気や工程中の有機物汚染が大きな問題となっています。
TOF-SIMSにより、ゲルパックに固定したSiウエハとサンプルシートで固定したSiウエハの表面汚染について評価しました。ゲルパック固定ではポリジメチルシロキサン(PDMS)が、サンプルシート固定ではジオクチルフタル酸(DOP)が検出されました。
粘着テープの残渣評価
～TOF-SIMSにより表面付着物成分を同定します～
粘着テープの残渣は、製造工程において密着不良・剥離の原因となります。不良の原因として残渣が疑われる場合、表面付着物の成分とその分布を調べることができるTOF-SIMSが有効です。
粘着テープをSiウエハ表面に張り、剥がした後のSiウエハ表面および粘着テープの表面をTOF-SIMSで測定した事例をご紹介します。
ウォーターマークの無機・有機同時評価
～微小特定箇所の無機成分・有機成分を同時に測定～
TOF-SIMSには有機物、無機物の同時評価、微小領域に対応、最表面を感度よく分析できるなどの特徴がありますので、洗浄工程での残渣調査などに力を発揮します。
Siウェハ上で純水を乾燥した事例を紹介します。光学顕微鏡では点状の異物や曇りがわずかに見えるだけです。TOF-SIMSで測定した結果、汚れ部では、炭化水素、PDMS、アミドなど自然に吸着しやすい有機成分が凝集していることがわかりました。
金属表面の化学状態を調べたい
Cu表面の有機物汚染評価
～Cu表面洗浄残渣のTOF-SIMS分析～
洗浄後のCu表面について、TOF-SIMS分析を行った結果、半導体プロセスにおけるCu配線形成時のCMPプロセスで防錆剤として使用されるベンゾトリアゾール(BTA)が検出されました。
データを見るCu表面の酸化状態の定量
～Cuスペクトルの複合解析～
Cu2p3/2スペクトルとCuオージェスペクトル等の解析から、Cu表面の結合状態・定量評価・膜厚評価が可能です。
主な応用例として、Cu配線のCMP処理・洗浄の評価、Cu電極の錆・変色調査が挙げられます。
以下、各種処理を施したCu表面状態および酸化膜厚についてまとめます。
（クリーンルーム環境下にて処理し、直後に測定を行うことが可能です。）
液晶パネルの異物の原因を調べたい
液晶パネルの異物・汚れ成分の同定・推定
～ミクロンからセンチオーダーの異物・汚れをイメージとして捉えます～
液晶パネルの量産化において、欠陥（異物・汚れ)を除去することが求められています。そこで、原因となる異物・汚れが何に起因するか調査することは、歩留まり向上に有効です。
液晶パネルの異物・汚れを評価した事例を紹介します。TOF-SIMSではμm～cmオーダーの洗浄残渣をイメージとして捉えることが可能です。また、標準スペクトルとの比較により、成分の推定が可能です。
切断できない部品の表面付着物を調べたい
部品表面のシミ・水はじきの原因調査
～切断できない大きな部品でも表面汚染を適切にサンプリングして測定～
Al材表面に水はじきのよいシミがあることがわかりました。そのシミ部をテープに付着（転写）させ、TOF-SIMSで分析を行いました。
「シミ部を転写させたテープ表面」からは、「Al材表面のシミ部」と同じフラグメントが検出されており、シミの原因物質がテープに転写されているものと考えられます。このように、原因物質をテープに転写させて採取するこの方法は、切断ができない部品に有効です。
フッ素系潤滑剤・高分子の同定
～汚染成分を同定し、汚染発生工程を推定～
フッ素系の化合物はさまざまな種類が存在します。汚染原因調査の際、フッ素系の種類の定性を行うことで、原因となった工程を調べることが可能となります。そこで、表面敏感なTOF-SIMSを用いて水はじきのよい場所に何が付着しているか分析を行いました。
各工程で使用しているフッ素系のオイルは、種類によってフラグメントパターンが異なることを利用し、指紋照合を行ったところ、工程Bのオイルに相当する物質が付着していることがわかりました。
プリント基板上の有機異物を同定したい
プリント基板上有機物系異物の評価
～適切なサンプリングで異物周辺情報の影響を軽減～
ラマン分光分析は微小異物の定性分析に有効な手法です。異物の下地の情報も併せて検出してしまい評価が困難となる場合には、サンプリングを併用することにより測定が可能となります。
下地の影響のほとんど無い電極上異物はフラックスと同定されましたが、プリント基板上異物は異物由来の情報が取得できませんでした（図1）。下地の影響の無い無機結晶上にサンプリングを行うことで、異物の情報が得られ、異物はフラックスと同定されました（図2）。
プリント基板上有機物系異物の評価
～適切なサンプリングと顕微測定で異物周辺情報の影響を軽減～
サンプリングを併用した顕微FT-IR分析が有効な異物の評価事例を紹介します。
下地の影響がほとんど無い電極上異物はフラックスと同定されましたが、プリント基板上異物からは異物由来の情報が取得できませんでした（図1）。無機結晶上にサンプリングを行うことで異物の情報が得られ、異物はフラックスと同定されました（図2）。
フラックスの洗浄残渣評価
～微小・極薄の残渣をイメージとして捉えます～
近年のPbフリーハンダ導入に伴い、フラックス成分も改良（活性度が高い、熱耐性がある等）が進み、腐食性が大きくなり、残渣の問題も重要度を増しています。そのため、フラックスを除去することが求められています。プリント基板電極部の異物について、TOF-SIMSを用いた分析を行った結果、フラックスの成分が検出されました。
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