中古 日立 Hitachi フラットミリング E-3200

フラットミリングの仕組み

フラットミリングは、アルゴンイオンビームを利用して試料の表面を原子レベルで削り取る（スパンタリング現象）物理的な超精密表面処理技術です。半導体分野においては、イオンミリング装置や断面試料作製装置（クロスセクションポリッシャーなど）の主要な機能として広く採用されています。

具体的な仕組みとしては、高真空の真空容器内でアルゴンガスをイオン化し、高電圧をかけて形成したイオンビームを試料表面に対して照射します。この際、試料を水平方向に回転させたり、傾斜・揺動させたりしながら広範囲にビームを均一にあてることで、表面の微小な凸部を優先的に削り落とし、広域にわたって極めて高い平坦度を持つ面を形成します。

また、試料の直前に高精度な遮蔽板（エッジマスク）を配置してイオンビームの一部を遮断することで、マスクのエッジに沿って直角に研磨を行い、内部構造を熱や応力なしで露出させる断面作製手法としても応用されています。

フラットミリングの主な特徴

フラットミリングの最大の特徴は、非接触の物理現象を利用しているため、機械研磨のように歪みや傷、残留ストレス（加工硬化）を試料に与えない点にあります。

従来の研磨剤を用いたダイヤモンド研磨や物理研磨では、柔らかい金属が伸びて境界を塞いでしまう「展延（ダレ）」や、研磨粒子が表面に突き刺さるコンタミネーション、さらには硬さの異なる材料同士の境界に段差が生じる現象が避けられませんでした。

しかし、フラットミリングでは物理的な負荷がかからないため、硬度の異なる異種材料が複雑に組み合わさったサンプルでも、段差を作ることなく平滑に削ることができます。シリコン基板と金属配線、樹脂、あるいは微小な空隙（ボイド）が混在している箇所であっても、本来の形態を崩さずに鮮明な平坦面・断面を作製することが可能です。

さらに、熱による組織変化や結晶構造の破壊がほとんど起こらないため、電子背向散乱回折（EBSD）分析など、結晶方位の解析を目的とした高度な前処理においても非常に優れた適性を発揮します。

半導体分野における主な用途

半導体産業において、フラットミリングは主に物性解析、不良解析、および製品開発のための試料前処理技術として活用されています。

１．半導体デバイスの構造解析・不良解析
ICチップやメモリーデバイスの内部構造を観察するための前処理として用いられます。走査型電子顕微鏡（SEM）や透過型電子顕微鏡（TEM）で観察する際、層間絶縁膜や微細配線の剥離、クラック（ひび割れ）、接続不良の原因となるボイドの発生状況を、加工傷をつけることなく正確に露出させることができます。

２．先端パッケージング（3D積層・TSV）の観察
近年主流となりつつあるチップレット構造や3D-NAND、TSV（シリコン貫通電極）といった高密度実装技術の評価に利用されます。シリコン、銅バンプ、アンダーフィル樹脂、はんだなど、硬度が大きく異なる多層構造の断面を、ダレや段差なく一括で綺麗に切り出すことができるため、接合部の評価には不可欠となっています。

３．新材料・薄膜の界面評価
パワー半導体に使用される化合物の成長層や、極薄の酸化膜、新素材の多層膜など、ナノメートルオーダーの膜厚測定や接合界面の高品質な観察面作製に用いられます。膜の剥れや潰れを防ぎながら正確な膜厚を計測することができます。