JP6790426B2 - 積層体に内在する異常部を同定する方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層体に内在する異常部を同定する方法に関する。

近年、電子機器には、より高い信頼性が求められるようになっている。そのため、製造工程においては、品質管理がより重要となっており、その確実性が求められている。品質管理としては、例えば最終製品や中間製品などに混入する異物を把握するだけでなく、異物混入の原因を特定することが必要となる。具体的には、異物がどのような成分であって、何に由来するのか、を特定する必要がある。

例えば、ウェハ表面上に付着する異物（パーティクル）を同定する方法として、ウェハ上の異物を観察により見つけた後、異物に対してレーザービームを照射し、異物から発生するラマン散乱光に基づいて、異物の同定を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００６−３００８８３号公報

ところで、複数の樹脂層からなる積層体を対象とした品質管理では、積層体の外観検査によって異常な外観を有する部位が観察された場合に、その異常な外観を発生させている物質が、積層体表面ではなく、内部に存在することが、製造上想定される場合がある。この場合、その物質の存在位置を把握し、物質を同定することが重要である。

本発明は、上記の品質管理上の要求に対応するものであり、複数の樹脂層からなる積層体表面に異常な外観が観察され、その異常な外観を発生させている物質が積層体内部に存在することが想定される場合に、その物質の存在位置を把握し、さらにその物質を精度よく同定する技術を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、
第１の樹脂層と、前記第１の樹脂層上に積層された第２の樹脂層とを備える積層体において、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層との間に介在し、前記積層体に内在する異常部を同定する方法であって、
前記第２の樹脂層の表面を観察し、前記異常部の介在により前記第２の樹脂層の表面に生じる異常部領域の位置を特定する異常部領域特定工程と、
前記異常部領域を分断するように前記積層体を切断し、その切断面に前記異常部を露出させる切断工程と、
前記切断面に露出する前記異常部に対応するＥＤＸスペクトルおよびラマンスペクトルを取得し、前記異常部を分析する分析工程と、を有する、積層体に内在する異常部を同定する方法が提供される。

本発明の第２の態様は、第１の態様の異常部を同定する方法において、
前記切断工程では、前記積層体に集束イオンビームを照射して切断する。

本発明によれば、複数の樹脂層からなる積層体に内在する異常部を精度よく同定することができる。

本発明における異常部を内在する積層体の概略構成を示す模式図である。 積層体を切断し、その断面に異常部を露出させる場合を説明するための図である。 実施例１で用いた積層体の断面写真である。 実施例１の積層体における異常部、第１の樹脂層および第２の樹脂層のそれぞれのラマン分光測定によるラマンスペクトルを示す図である。

＜本発明の一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態に係る異常部の同定方法について図を用いて説明する。図１は、本発明における異常部を内在する積層体の概略構成を示す模式図である。図２は、積層体を切断し、その断面に異常部を露出させる場合を説明するための図である。

図１に示すように、本実施形態における積層体１０は、第１の樹脂層１１と、第１樹脂層１１上に積層された第２の樹脂層１２とを備えて構成されるものである。この積層体１０において、第１の樹脂層１１と第２の樹脂層１２との間に異常部１３が介在すると、第２の樹脂層１２の表面における異常部１３が位置する箇所に、異常部１３に起因する異常部領域１４が形成されることがある。異常部１３は、第２の樹脂層１２で覆われて積層体１０に内在しているので、その表面（異常部領域１４）から直接分析することが困難である。

積層体１０に内在して表面から直接分析できない異常部１３を同定するため、本実施形態では、異常部領域特定工程と、切断工程と、分析工程とを行う。以下、各工程について説明する。

（異常部領域特定工程）
本実施形態では、積層体１０に内在する異常部１３を精度よく同定するために、まず、異常部１３に起因して第２の樹脂層１２の表面に生じる異常部領域１４の位置を特定する。具体的には、例えば光学顕微鏡により第２の樹脂層１２の表面を観察し、異常部領域１４の位置を特定する。これにより、異常部１３の位置を特定する。

（切断工程）
積層体１０において、異常部１３が第２の樹脂層１２で覆われた状態だと、異常部１３を直接分析することが困難であり、異常部１３がどのような物質であるかを精度よく同定することができない。
そこで、本実施形態では、積層体１０を切断し、その切断面に異常部１３を露出させるようにする。具体的には、図１に示すように、異常部領域１４が分断されるようなカットライン（図１中の点線）に沿って積層体１０を積層方向に切断する。これにより、図２に示すような、切断面２０ａに異常部１３が露出する分析試料２０を作製する。後述する分析工程では、この分析試料２０の切断面２０ａを被分析面とする。

切断方法としては、特に限定されないが、集束イオンビーム（FIB:Focused Ion Beam）により行うことが好ましい。ＦＩＢによれば、積層体１０にイオンビームを照射したときに２次電子を測定することによりＳＩＭ（Scanning Ion Microscope）像を観測することができるので、ＳＩＭ像を観察しながら切断加工を行うことができる。しかも、その分解能が１０ｎｍ以下であるので、異常部領域１４が微小なサイズ、例えばサブμｍレベルのサイズであっても、切断加工を行うことができる。

（分析工程）
続いて、分析試料２０の切断面２０ａに露出する異常部１３に対応するＥＤＸスペクトルおよびラマンスペクトルを取得し、異常部１３の分析を行う。

切断面２０ａをＳＥＭ−ＥＤＸで測定することにより異常部１３がどのような元素から構成されているかを把握することができる。ＳＥＭ−ＥＤＸでは、数μｍオーダーの微小な対象に対し元素の分析を行うことが可能である。例えば、異常部１３が金属や金属酸化物などの無機化合物からなる場合であれば、異常部１３の元素を特定することで、その化合物種を同定することが可能となる。一方、異常部１３が有機物からなる場合、異常部１３が有機物として例えば炭素を含むといったように元素分析はできるものの、その化学構造などまでは特定できず、有機化合物としての種類までは同定することができない。そのため、後述する顕微ラマン分光にて、異常部１３について化学構造などを含む詳細な情報を取得し、化合物種の同定を行う。

分析工程では、異常部１３とともに、第１の樹脂層１１や第２の樹脂層１２についても同様に分析を行ってもよい。これにより、第１の樹脂層１１や第２の樹脂層１２に含まれる元素を特定し、例えば、異常部１３に含まれる元素と比較することで、異常部１３が何に由来する成分であるかを把握することができる。

分析工程では、ＥＤＸスペクトルの取得を行うとともに、ＳＥＭにより分析試料２０の切断面２０ａの形態観察を行うことが好ましい。ＳＥＭによる観察によれば、切断面２０ａの凹凸状態だけでなく、組成の分布状態、結晶粒子の状態なども観察することができる。つまり、異常部１３の周囲の状態を物理的に把握することが可能となる。

また、切断面２０ａに露出する異常部１３について、その有機物の化学構造などを把握すべく、分析を行う。微小な異常部１３の化学構造を分析する方法としては、顕微ラマン分光法や顕微フーリエ変換赤外分光法（顕微ＦＴＩＲ）といった分光手法が考えられるが、本実施形態では、顕微ラマン分光法により異常部１３の同定を行う。

顕微ラマン分光法とは、光学顕微鏡とレーザラマン分光器を組み合わせた顕微ラマン分光システムである。これは、顕微鏡に単色光（レーザ光）を導入し、顕微鏡下に置かれた微小試料にレーザ光を集光し、微小試料からの散乱光を顕微鏡で収集し、それをラマン分光計に導入してラマンスペクトルを得るものである。試料にレーザ光を照射した際に発生するラマン散乱光を検出・分光することにより、試料の化学結合や結晶状態などに関する情報を得る方法で、各種化合物の化学分析を高い空間分解能で行うことができる。また、測定された試料のラマンスペクトルを、既知物質のスペクトルのデータベースと照らし合わせることで、試料の物質名を特定することができる。

本実施形態において、異常部１３を顕微ラマン分光法により分析する理由としては、顕微ラマン分光法の空間分解能（最小分析サイズ）が１μｍ程度であって、顕微ＦＴＩＲの空間分解能（１０μｍ程度）よりも小さく、より微細な試料を分析できるためである。また、顕微ラマン分光法によれば、顕微ＦＴＩＲのように、分析対象である異常部１３の下地（本実施形態では第１の樹脂層１１）による影響を受けることなく分析できるので、異常部１３の組成や化学構造などを精度よく分析できるためである。

具体的には、分析試料２０を顕微ラマン分光分析装置の測定部に導入する。このとき、図２に示すように、分析試料２０の分析面となる切断面２０ａが、測定部で照射される単色光３０（レーザー光３０）の光軸と直行するように、かつ焦点深度が分析面で同じとなるように、分析試料２０を測定部に配置する。

分析試料２０の配置の際、分析試料２０が厚く、自立できるようであれば、測定部にそのまま配置すればよい。一方、分析試料２０が薄く、自立できないようであれば、例えば、分析試料２０の側面、例えば第２の樹脂層１２の表面側（図２の紙面の奥側）に金属プレートを添えるように貼り合わせるとよい。これにより、分析試料２０の取り扱い性を良くし、分析試料２０を位置ずれや焦点深度のずれなどを生じさせることなく移動させることが可能となる。

次に、測定部に配置した分析試料２０の切断面２０ａに露出する異常部１３に対してレーザ光３０を照射する。照射により異常部１３から発生するラマン散乱光を分光部にて分光し、分光されたラマン散乱光を検出部にて検出することで、最終的に異常部１３のラマンスペクトルを得る。そして、異常部１３のラマンスペクトルを既知物質のラマンスペクトルと照らし合わせることにより、異常部１３の化合物種を同定する。

分析工程では、異常部１３と同様に、第１の樹脂層１１や第２の樹脂層１２についても顕微ラマン分光によりそれぞれのラマンスペクトルを得るようにしてもよい。これらのスペクトルと異常部１３のスペクトルとを照らし合わせることで、異常部１３が、第１の樹脂層１１、第２の樹脂層１２もしくはこれら以外の他の部材のいずれに由来するのか、把握することができる。

なお、分析工程にて、顕微ラマン分光を行うときのレーザ光の照射条件は特に限定されない。この照射条件としては、例えばレーザ波長やレーザ強度、露光時間などがあり、これらは短時間の測定でＳＮ比の高いラマンスペクトルを得られることを目指して適宜変更すればよい。
レーザ光源の励起波長は特に制限されないが、異常部１３などの損傷を抑制するとともに微細な異常部１３を分析できるような高い空間分解能を得る目的からは、可視光線の領域４５０〜８００ｎｍが好ましく、例えば、アルゴンイオンレーザやヘリウムネオンレーザを用いることができる。レーザ光の波長は基本的には短い波長が好ましい。その理由は、短波長であるほどラマン散乱の効率が上がるためである。
レーザ光強度は、レーザ光により異常部１３などが損傷しない程度であれば特に限定されない。例えば、レーザ強度を、低いレベル（１％程度）から徐々に高くして、異常部１３などが損傷しないような範囲で、高感度となるように適宜調製するとよい。
また、露光時間については、上記で決定したレーザ強度でラマンスペクトルの強度が十分得られるように適宜変更すればよい。

このように、本実施形態の方法によれば、複数の樹脂層からなる積層体１０において、その層間に異常部１３が介在し、表面から直接分析できない場合であっても、積層体１０の切断により異常部１３を露出させて分析することで、その異常部１３を精度よく同定することができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々に改変することができる。

以下、本発明をさらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。

（実施例１）
まず、分析対象である積層体を準備した。本実施例では、第１の樹脂層（厚さ約５０μｍ）と、第１の樹脂とは組成および構造式が異なる第２の樹脂層（厚さ約２５μｍ）とを積層させたフィルム状の積層体を用いた。

次に、準備した積層体の第２の樹脂層の表面を光学顕微鏡により観察し、積層体に内在する異常部に起因して第２の樹脂層の表面に生じる異常部領域の位置を特定した。異常部領域の大きさは、径が約２５μｍであることが確認された。

続いて、ＦＩＢにて、異常部領域を分断するように積層体を切断し、切断面に異常部が露出する分析試料を得た。その切断面を図３に示す。図３は、実施例１で用いた積層体の断面写真である。図３に示すように、第１の樹脂層１１上に第２の樹脂層１２が積層されており、これらの間に異常部１３（図３中で黒部分）が介在していることが確認された。異常部１３の厚さは、約２μｍであることが確認された。

続いて、ＳＥＭ−ＥＤＸ分析装置にて、分析試料の切断面に露出する異常部に対応するＥＤＸスペクトルを取得した。また、異常部と同様に、切断面に露出する第１の樹脂層および第２の樹脂層に対応するＥＤＸスペクトルをそれぞれ取得した。この結果、異常部は第２の樹脂層と同じ成分で構成されていることが分かった。
なお、ＳＥＭ−ＥＤＸ分析装置としては、日本電子株式会社製の電界放出型走査電子顕微鏡ＪＳＭ−７１００Ｆを用いた。測定条件としては、加速電圧は、観察時５ｋＶ、分析時１５ｋＶとし、Ｗ．Ｄ（分析試料とプローブとの間の距離）は、観察時、分析時ともに１０ｍｍとした。

続いて、分析試料の側面に金属プレートを貼り合わせ、これを顕微ラマン分光分析装置の試料ステージに載置した。この試料ステージを分析装置に設けられる光学顕微鏡の対物レンズの直下に動かした。そして、レーザ光の焦点を異常部に移動させ、異常部に対応するラマンスペクトルを取得した。また同様に、切断面に露出する第１の樹脂層および第２の樹脂層に対応するラマンスペクトルの取得も行った。
なお、顕微ラマン分光分析装置としては、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製のＤＸＲ型を用いた。測定条件は以下のとおりである。励起光源としては、波長５３２ｎｍのＡｒレーザを使用した。励起光の出力は、分析試料の分析面で０．５ｍＷとなるように設定した。レーザ光強度としては、低い強度から徐々に高い強度に上げ、異常部などが損傷しないように設定した。対物レンズとしては、倍率５０倍の長焦点レンズを使用した。露光時間は１秒とし、露光（積算）回数は１０回とし、アパーチャーを２５μmピンホールとし、測定範囲を５０ｃｍ^−１〜３４００ｃｍ^−１とした。

得られたラマンスペクトルを図４に示す。図４では、上から順に異常部、第２の樹脂層および第１の樹脂層それぞれのラマンスペクトルを示す。

図４の結果によると、異常部からは、第２の樹脂層の３本のラマンピークと同じ位置にラマンピークが検出されており、異常部は第２の樹脂層に由来するものと同定された。

以上のように、本発明によれば、積層体の内部に存在し、表面分析では化合物種を同定できないような異常部であっても、積層体を切断して切断面に露出させ、露出した異常部を直接分析することで、その化合物種を同定することが可能となる。そして、本発明によれば、電子機器などの製造工程に適用することにより、例えば中間製品や最終製品への異常部の発生原因を明らかにして、品質管理や品質向上に寄与することができる。

１０ 積層体
１１ 第１の樹脂層
１２ 第２の樹脂層
１３ 異常部
１４ 異常部領域
２０ 分析試料
２０ａ 切断面（分析面）

Claims (1)

1. 第１の樹脂層と、前記第１の樹脂層上に積層された第２の樹脂層とを備える積層体において、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層との間に介在し、前記積層体に内在し、有機物を含む異常部を同定する方法であって、
   前記第２の樹脂層の表面を観察し、前記異常部の介在により前記第２の樹脂層の表面に生じる異常部領域の位置を特定する異常部領域特定工程と、
   前記異常部領域を分断するように前記積層体を切断し、その切断面に前記異常部を露出させる切断工程と、
   前記切断面に露出する前記異常部に対応するＥＤＸスペクトルおよびラマンスペクトルを取得し、前記異常部を分析する分析工程と、を有し、
   前記切断工程では、前記積層体に集束イオンビームを照射することにより、得られるＳＩＭ像で前記異常部領域を観察しながら前記積層体を切断し、
   前記分析工程では、前記ラマンスペクトルを取得するときのレーザ光の励起波長として、レーザ光の波長を４５０ｎｍ〜８００ｎｍに調整するとともに、レーザ光強度を、低いレベルから徐々に高くして、前記異常部が損傷しないような範囲で高感度となるように調整する、積層体に内在する異常部を同定する方法。