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FIB-SEMによる3D再構築

半導体材料、電池材料の立体的な構造の把握のために

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FIB-SEMによる3D再構築とは

FIB-SEMの概要図
FIB-SEMの概要図

FIB-SEMとはFIB(Focused Ion Beam:集束イオンビーム)装置で試料の加工、露出した断面のSEM(scanning electron microscope;走査型電子顕微鏡)観察をします。

3D(3次元)再構築は試料の加工と観察を繰り返し、そのSEM画像をコンピュータで処理することで試料構造を立体的に観察する分析手法です。

半導体材料、電子材料をはじめとしたさまざまな材料を立体的な視点から観察し、その構造、欠陥、空孔などの解析が可能となります。

従来のFIB-SEM観察では立体的な構造を調べるためには、加工・観察を繰り返して数多くの写真を取得し、それを並べて考察していました。

今回の3D再構築では、その写真をソフトウェアで処理し立体的な像にします。そのため、ソフトウェア上で立体画像を動かしたり、任意の方向から任意の断面を取り出すなど、様々な解析が可能かつ迅速に行えるようになります。

さらにFIBとSEMが同一装置内にあるため、露出した断面を大気に触れることなくSEM観察ができるメリットがあります。例えば"電池材料"も大気にさらされるダメージを受けずに観察が可能となります。

弊社ではNTT研究所の様々な材料の分析から得た技術・経験を有しております。次世代エネルギーの燃料電池・太陽電池の開発、さらにレアアースを使わない新素材開発など、さまざまな分野の物質材料が分析可能です。ぜひ弊社分析サービスにご相談ください。

FIB-SEMによる3次元構造の観察例

多層配線の観察例

多層配線の観察例をご紹介します。

(1)連続的な断面加工とSEM像取得

連続的な断面加工とSEM像取得
FIBですこしずつ加工し(例えば100nmステップ)、露出した断面をSEM観察します。

(2)3D再構築

取得した複数枚のSEM像をソフトウェアで3Dに再構築します
取得した複数枚のSEM像をソフトウェアで3Dに再構築します。

(3)任意断面の抽出による構造解析

任意断面の抽出による構造解析

任意の断面を抽出し可視化することで、従来の方法ではできなかった様々な方向から、構造を把握することが可能となります。例えば、粒子、空孔、異物や欠陥といったものの形状や分布などを、立体的な視点から解析することが可能です。

金属材料の結晶粒界の観察例

観察対象物を最適な観察条件にて、明瞭な3D画像を取得いたします。

画像を取得するSEMは幅広い加速電圧で高分解能・高コントラストで観察できます。
弊社では試料へのダメージやチャージアップの影響も考慮した上で明瞭な像が得られる条件で3D画像を取得します。

他、金属材料ではニッケルや鉄鋼などの磁性材料にも対応することができます。
取得した画像データはお客様へお渡しすることができます。そのため、お手持ちの画像ソフト等での編集が可能です。例えば、ImageJ(画像処理ソフトウェア)にて3D再構築や解析を行うことができます。

下の動画はCuの結晶粒界を3D再構築を行った例です。観察条件は以下の通りです。
材料:Cu
サイズ(xyz):5×5×5μm
加速電圧:1kV
加工ステップ:20nm
ステップ数:250回

-スライス動画例-任意の角度・位置で評価を行うことができます

結晶粒界が明瞭に見える条件に調整してSEMを撮影しました。
※チャネリングコントラストが最大になる条件(加速電圧等)

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お客様のさまざまな課題解決を、私たちの分析サービスがお手伝いします。
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