CD-SEMとは　電子顕微鏡で回路の線の幅を測る計測装置　日立ハイテクが首位

半導体の工場では、露光で回路を写した後と、エッチングで削った後に、線の幅が狙いどおりかを測ります。線が太すぎても細すぎても、トランジスタの性能がずれます。この寸法を量産の途中で測るのがCD-SEMで、日本では測長SEMとも呼びます。

電子の線で測る仕組み

光の顕微鏡で見分けられる細かさは、光の波長で限られます。最先端の回路の線は、それよりずっと細くなっています。CD-SEMは、光の代わりに電子の線を使います。

1. 細く絞った電子の線を、ウエハーの表面でなぞるように動かします。
2. 電子が当たった所から、表面の電子がはね出します（2次電子）。
3. はね出した電子の量を場所ごとに数え、画像にします。線の端では電子が多く出るため、端が明るく写ります。
4. 明るい端と端の間の距離を計算して、線の幅とします。

レジストのような柔らかい膜は、電子を強く当てると縮んでしまいます。このため、当てる電子のエネルギーを低く抑えて測ります。1枚のウエハーの中で決めた何か所もの点を測り、ばらつきを見ます。

EUVの時代の課題

日立ハイテクは2021年12月の発表で、EUV露光で加工する回路の寸法は、ArF露光の約半分になると説明しています。EUVでは、線の幅のばらつきや、確率的に生じる小さな欠陥が問題になります。測る点の数が増え、速く広く測る装置の需要が増えました。

このため同社は、CD-SEMの技術を生かした電子線の広視野の検査装置「GS1000」を開発しました。発表によると、従来のCD-SEMの100倍の広い範囲を走査して撮像でき、計測の精度は0.2ナノメートル未満（同社の標準条件）です。

日立ハイテクの「GS1000」の主な仕様（2021年12月の発表）

項目	仕様
電子の加速電圧	500電子ボルト〜3キロ電子ボルト
検査・計測の処理量	毎時2万4000点〜
検査・計測の精度	0.2nm未満
ウエハーの大きさ	直径300mm

処理量と精度は同社の標準の条件での値です。

つくる会社

CD-SEMは、日立製作所の電子顕微鏡の技術から生まれました。日立ハイテクは2001年に、日立製作所の計測器と半導体製造装置の部門などを統合して発足しています。海外ではアプライドマテリアルズもCD-SEMを手がけます。

日立は日立ハイテクの半導体装置を「計測分析システム」として開示しています。2026年7〜9月期の受注は3296億円で前年同期比77%増、4〜9月の累計は6361億円で66%増でした。会社はAI関連の需要で、半導体の製造、計測、検査の装置の受注が増えたと説明しています。

関連する用語

• 欠陥検査装置：異物やパターンの欠けを探す装置です。CD-SEMは寸法を「測る」装置で、役割が違います。
• 重ね合わせ計測：上下の層の回路がずれずに重なっているかを測る計測です。
• OCD：光の反射の仕方から寸法や形を割り出す計測の方法です。

日立は2027年3月期の売上収益予想を12兆円、純利益予想を9200億円に引き上げています。