質量分析計を使ったデバイスの品質分析、ガス分析についてわかりやすく解説
近年、半導体製造プロセスにおいて「3D構造化」や「チップレット」といった技術進化に伴い工程、材料の開発・評価が加速しています。そのような状況から品質保証の点で質量分析による残留ガスのリーク検査のニーズは非常に高まっています。例えばウェハのガラス基板中の気泡や各積層間の残留ガス等はデバイスの品質劣化に直結しますので、どんな微小なガスも検知する必要性があります。また、EVの促進、自動運転化が進む自動車業界においても車載デバイス、
MEMSセンサーなどに対するリーク検査のニーズは高まっております。デバイスやMEMSのチップは真空に封止されていますので、そこにガスが混入すると品質は一気に劣化します。そこでガスが混入しているかどうかのリーク検査が必要となるわけです。車載デバイスの品質は安全性に直結するため、自動車メーカー、デバイスメーカーが規定する値は非常に厳しいものがあります。実際にはE-15Pa・m3/s（He）という値を規定しているところもあります。東京電子の質量ガス分析システムWATMASS-MPH GA Systemは高精度質量ガス分析を実現しデバイスの品質管理に貢献をします。
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このカタログについて
| ドキュメント名 | 質量ガス分析法で行うデバイスの品質管理 |
|---|---|
| ドキュメント種別 | ハンドブック |
| ファイルサイズ | 4.4Mb |
| 登録カテゴリ | |
| 取り扱い企業 | 東京電子株式会社 (この企業の取り扱いカタログ一覧) |
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このカタログの内容
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スライド番号 1
デバイスの品質問題
どのように解決する？
その答えは質量ガス分析です。
東京電子株式会社
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スライド番号 2
Mass
Spectrometry
デバイスの質量ガス分析とは
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スライド番号 3
デバイスのガス分析とは
封止デバイスの極微小リークチェック、ウエハからの放出ガス、気
泡分析などマニピュレータにより試料を破壊、あるいは非破壊を
ビルドアップ法（蓄積法）により極微小の質量ガス分析を行う手法
です。
ウェハ
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スライド番号 4
Mass
Spectrometry
超低ガス放出の真空構造材 0.2%BeCu
テクノロジーが実現する極微小質量ガス分析
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スライド番号 5
超低ガス放出により超高真空を保持する
真空構造材 0.2%BeCu
BeCu は SUS と比較して熱伝導率は13倍、
熱輻射率は 1/7 以下の特性を持つ。
0.2%BeCu 製品
高熱伝導率・低熱輻射率が低温化により超低ガス放出を実現
質量ガス分析計の性能改善
(QMS)
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スライド番号 6
QMS イオンソース内壁からの
ガス放出問題
従来の真空構造材である SUS は熱特性が悪いために、フィラメント
点灯後にイオンソース部が高温となり、ガス放出の原因となる。
高温になることで内壁からのガス放出が顕著になる。
結果、H2,H2O,CO2 などが放出されピークノイズとなり正確な計測が
困難となる。
真空構造材 0.2% BeCu による低温化にて改善
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スライド番号 7
Mass
Spectrometry
極微小ガス分析を実現する
破壊型超高感度質量ガス分析システム
WATMASS-MPH DA System
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スライド番号 8
デバイス破壊分析装置
WATMASS-MPH DA System
破壊型超高感度ガス分析装置
WATMASS-MPH DA System
0.2%BeCuの分析室を備え極高真空下で極微小リーク分析が可能な
質量ガス分析装置です。
サンプルを分析室に設置し真空排気後 L1を閉じた状態で分析管内を10-7Pa 台に保持す
る。サンプルからの放出ガスおよび、直線導入器による破壊後のガス分析から、真空度
・残留成分・各分圧を測定する。
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スライド番号 9
デバイス破壊分析
サンプルを0.2%BeCuの分
析室にセットし、真空排気
を行い、直線導入機でサン
プルを破壊し混入した極微
小ガスを計測します。0.2％
BeCuテクノロジーにより、
アウトガスを極限まで抑制
し、極高真空状態を造り、
ノイズ源一切排除すること
で、極微小リークを検出す
ることを実現します。
1．BeCu台座にチップをセットする。
2．E-8Pa台まで真空引きする。（ベーキング含）
3．真空排気のバルブを閉める。（蓄積法）
4．E-7Pa台を維持する。
5．直線導入機で破壊する。
6．分析する。
分析室カットモデルでのチップの破壊イメージ
10-15Pa・m3/s（He)の極微小リーク計測を実現
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スライド番号 10
N2封止光デバイスのHe圧入
リーク検査の例
N2大気圧封止の赤外線感知デバイスの 気密性検査を行った事例
です。
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スライド番号 11
MEMS: 破壊による残留成分の分析の事例
減圧封止MEMSのガス分析やガラス微細気泡の分析など、 非常に
小さい部分に封じ込められたガスを真空中に膨張させてガス分析
をします。
Heのリーク量1.7×10-15Pa・m3/s を検出
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スライド番号 12
Mass
Spectrometry
超高感度ガス分析装置を校正する
極微小リーク校正ユニット
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スライド番号 13
超高感度ガス分析装置を校正する
極微小リーク校正ユニット
産総研の特許「参照リーク発生装置および、それを用いた超微小
リーク試験装置」（特許第6091017号）のライセンスを受け、本
極微小リーク校正ユニットと弊社製超高感度ガス分析装置を接続
させ 10-15Pa・m3/s 以下の校正が可能となりました。
産総研 超微小リーク校正ユニット
10-10
10-11 He
10-12
10-13
10-14
10-15
10-16
10-17
10-14 10-13 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7
Reference leak rate, Q (Pa m3/s)
RHe
*2)
*1)
[27日間における7回の校正曲線]
[10-15Pa・m3/sオーダーのリーク量測定
・校正の例] 10-14Pa・m3/sオーダーまでの校正
結果の例。その後、弊社装置を用い
検査室に校正用ヘリウムリーク量を導入 た、産総研との共同実験により10-
して、質量分析計の検量線を作成する。 15Pa・m3/sオーダーまでの測定・
次に試験体試験体からのヘリウムリーク 校正が可能であることが確認された
量を測定し、検量線を用いて定量化する ＊3)
*1), 2) Hajime Yoshida and Kenta Arai, “Calibration of ultra-fine helium leak rates
for leak testing of microelectromechanical systems“, Journal of Vacuum
Science & Technology A 37, 031602 (2019).
世界最小10-15Pa・m3/s（He)
以下のリーク量が校正可能
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ΔdI /dt (A/s)
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スライド番号 14
Mass
Spectrometry
様々なアプリケーションの
デバイス質量ガス分析
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スライド番号 15
車載デバイスの気密試験
自動運転の広がりから車載デバイスの信頼性は益々求められています。
信頼性試験の一つとして、デバイスの破壊試験による
10-15Pa・m3/s（He）以下いう極微小リークの検出が可能となります。
半導体デバイスの不良解析、品質改善、
品質管理から高信頼性に貢献します。
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スライド番号 16
接合ウェハーの剥離の問題
接合ウェハーはトレンド技術となっていますがその一方で接合面の水
によって剥離が生じるなどの問題が起きています。
高温にアニールすることにより水分が出てきて剥離を起こしています。
F. Fournel et al 2015 ECS J. Solid State Sci. Technol. 4 P124
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スライド番号 17
半導体デバイスの残留ガス・
放出ガス測定
先端半導体では接合ウェハー、3D積層、実装ではチップレットがトレ
ンドとなっています。
ウエハーの貼り合わせ部分の
残留ガスの課題解決に。
工程の改善につながります。
積層部分の残留ガスの課題解
決に。
どのように残留ガスを除去す
るか？こちらも工程の改善に
つながります。
半導体デバイスの不良解析、品質改善、
品質管理から高信頼性に貢献します。
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スライド番号 18
Mass
Spectrometry
受託質量ガス分析サービスのご案内
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スライド番号 19
受託質量ガス分析サービス
お客様からサンプルをお預かりし、当社が保有する高精度
の四重極型質量分析システムにより、破壊/非破壊を蓄積法
でガス分析（リーク量測定）を行います。
〔測定例〕
● 半導体チップの各積層間の残留・放出ガス測定
● 半導体ウェハ基板からのガス放出測定
● MEMSデバイスチップ内の残留ガス測定
残留・放出ガス測定、極微小リーク測定でお困りの方、受託分析サービス
をご相談ください。
＊経験に基づく分析方法のカウンセリング
＊破壊方法等適切なサンプリング方法の提案
＊装置導入前のテスト分析としても利用可能
弊社ラボ
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スライド番号 20
受託分析のフロー
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