【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.13】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT1147
利用課題名 / Title
半導体内部加工の光計測用試料試作
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
三次元集積技術,ダイシング/ Dicing,電子顕微鏡/ Electronic microscope,高品質プロセス材料/技術/ High quality process materials/technique,先端半導体（超高集積回路）/ Advanced Semiconductor (Very Large Scale Integration),赤外・可視・紫外分光/ Infrared/visible/ultraviolet spectroscopy
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
小関 泰之
所属名 / Affiliation
東京大学先端科学技術研究センター
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
半導体デバイスの高密度化に向けて、三次元集積技術や新しい加工技術の開発が盛んに進められている。そこでは、シリコン (Si) 基板の残留応力がデバイスに与える影響が懸念されている。しかしながら、従来技術ではSi基板内部の歪みを非破壊かつ高い空間分解能で計測することはできない。自発ラマン顕微法は貫通ビア (TSV) やフリップチップなどの半導体パッケージにおける残留応力の計測に応用されてきたが、ラマン計測に用いる可視光はSiの吸収波長帯にあるため、表面しか測定できない。長波長の励起光を使うと、Si内部を計測できる可能性はあるが、ラマン散乱光強度が波長の4乗に反比例して減弱するとともに、赤外域では分光器の感度が低い。本研究では、高速なラマンイメージング法として知られる誘導ラマン散乱 (SRS) 顕微法を光通信波長帯の光源を用いて実現することで、Si基板内部のひずみをラマンイメージング解析することに成功したので報告する。
実験 / Experimental
Fig. 1に実験系を示す。レーザー光源として、繰り返し周波数frep = 44.5 MHz、中心波長1.56 µmのモード同期Er添加ファイバー発振器を使用した。発振器から出力される光パルスをEr添加ファイバー増幅器 (EDFA) で増幅し、ポンプ光とストークス光の2つに分割した。電気光学変調器 (EOM) でストークス光を強度変調した後、EDFAで再び増幅し、ソリトン自己周波数シフトによって波長を1.7 µmにシフトさせた。ポンプ光とストークス光を自由空間に出力した後、透過型グレーティング対で負の群遅延分散を与え、スペクトルフォーカシングによる波数掃引を行った。ポンプ光とストークス光を合波し、ガルバノスキャナーでレーザー走査し、50倍の対物レンズで試料上に集光した。試料の透過光のうち、ポンプ光のみをショートパスフィルターで抽出し、InGaAsフォトダイオードで検出した。その光電流をロックイン検出することでSRS信号を取得した。
結果と考察 / Results and Discussion
ステルスダイサーで内部にダメージを与えたシリコン基板のF2gピーク (521 cm-1) の波数シフト画像を取得したところ、Fig. 2に示すように、計測面の深さに応じて異なる画像が得られており、表面では見られないSi内部のひずみを可視化できていると考えられる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1. 実験系。
Fig. 2. ラマンピークシフト像。a-f: 異なる深さ（Z位置）におけるX-Y像。g: Y方向に平均化して得られたXZ像。
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：1件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件