JFEテクノリサーチ、空間分解能0.40μmの3次元X線顕微鏡による非破壊解析サービスを開始

この半導体ニュースのまとめ

・JFEテクノリサーチが3次元X線顕微鏡による非破壊解析サービスを本格提供
・最大直径300mmの試料に対応し、空間分解能0.40μmを実現
・全固体電池の微細クラックや先端半導体パッケージングのハイブリッドボンディング構造を可視化

JFEテクノリサーチは8月27日、米Sigray製の次世代3次元X線顕微鏡「ApexHybrid-210」を活用した非破壊解析技術を確立し、同年8月から受託分析サービスの本格提供を開始したことを発表した。

同社は同装置を2026年1月に国内で初めて導入したとのことで、全固体電池や半導体パッケージを対象とした解析技術の構築を進めてきた。

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  Sigray製の次世代3次元X線顕微鏡「ApexHybrid-210」 (出所:JFEテクノリサーチ)

直交CTと斜めCTを1台に搭載

ApexHybrid-210は、直交CTと斜めCTであるラミノグラフィの2種類のイメージングモードを1台に搭載した3次元X線顕微鏡。精密角度制御ラミノグラフィにより、最大直径300mm、厚さ20mmの大面積試料を切断せずに観察可能。ナノフォーカスX線源と高感度検出器を組み合わせることで、直交CTでは業界最高水準となる空間分解能0.40μmを実現したとしている。

試料全体をラミノグラフィで観察して解析対象を絞り込み、その後、直交CTで微細構造を高分解能観察することもできる。電子デバイスを対象とした場合、試料を切断して走査型電子顕微鏡などで観察する従来手法と比べ、内部構造の解析効率を10～100倍に高められるという。

全固体電池の2μm以下のクラックを可視化

電池分野では、JFEテクノリサーチが試作した硫化物系全固体電池のAlラミネート型セルを解析し、充放電に伴って電池内部に発生したクラックを非破壊で可視化したしたところ、直交CTによる測定では、正極層付近から負極層に向かって進展するクラックを確認。0.5μmのボクセルサイズでの測定で、2μm程度以下の微細なクラックまで捉えられたとしている。

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  直交CTモードの観察例 (出所:JFEテクノリサーチ)

また、リチウムイオン電池用の炭素負極の測定では、0.75μm/voxelの撮影により、約0.3μmの微細な空隙を可視化できていることを確認したという。

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  炭素負極の観察例 (出所:JFEテクノリサーチ)

CPU内部のハイブリッドボンディング構造を非破壊で観察

また電子デバイス分野では、市販されている基板上に搭載された約40mm角のCPUをラミノグラフィで測定し、内部のハイブリッドボンディング構造を非破壊で可視化。接合部に形成された幅2μm以下とされる配線構造を明瞭に捉えることに成功し、先端半導体パッケージング分野で進む数μmレベルの配線や接合状態の評価に対応できることを確認したとしている。

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  斜めCT(ラミノグラフィ)モードの観察例。市販CPUのハイブリッドボンディング構造を可視化した (出所:JFEテクノリサーチ)

チップレットや3次元積層では、TSVやハイブリッドボンディングを用いて複数のチップを高密度に接続するため、接合部に生じる微小なボイドや剥離が、歩留まりや長期信頼性に影響する。大面積のパッケージを切断せずに観察できれば、異常箇所を特定した後に断面解析するなど、破壊解析と組み合わせた効率的な故障原因の究明などにつながることが期待できるようになる。

なお、JFEテクノリサーチは同サービスを、全固体電池やリチウムイオン電池、半導体パッケージ、グラフィックスボード、ウェハなどの研究開発、品質保証、故障解析へ展開するとしており、今後は定量解析やAI解析による解析データの高度化や、ほかの評価手法との連携を進め、製造業をはじめとする顧客の研究開発・製品開発プロセス全体の最適化を支援していくとしている。