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是Thermal,不是Thermal——滨松TD Imaging热点定位新技术发布

来源:滨松光子学商贸(中国)有限公司      分类:新品 2025-05-23 17:00:16 31阅读次数
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在过去的十几年里,EMMI和OBIRCH已被证实是芯片失效分析中极具价值的工具。对于常规器件,当正面金属层过于密集时,无论是热信号还是光信号都难以穿透,从样品正面获取信号变得极为困难。此时,从样品背面进行分析的 EMMI 和 OBIRCH 技术便显得尤为重要。

然而,随着芯片结构日益复杂,例如在 BS-PDN(Backside Power Delivery Network)结构中,背面还附加了用于供电的金属层,这使得传统的 EMMI 和 OBIRCH 方法在面对这种“三明治”结构时,无论是从正面还是背面都无法有效定位内部器件层的失效问题。

滨松最新发布的 TD Imaging(ThermoDynamic Imaging)技术,为这一难题提供了创新的解决方案TD Imaging 技术能够有效解决在正反面都有金属层或样品本身很厚的情况下如何进行失效定位的问题,为更先进制程和技术提供了一种更高精度的失效定位方案

在详细介绍这项突破性技术之前,让我们先回顾一下目前主流的 Thermal(热成像)技术。

对于大多数芯片而言,一旦通电,半导体器件和金属导线必然会发热。这些热量传导至芯片表面,再由热成像相机精准捕捉,从而实现对热点的精确定位,这便是热成像技术的核心原理。而我们通常将通过红外相机捕捉热信号的这一过程称为LIT(Lock-In Thermography),以便进一步介绍热反射技术——TD Imaging。
尽管热成像是一种主流的热分析方法,但它也存在一些不足

首先,其空间分辨率较低,影响显微镜成像的一个因素是光的波长,通常使用阿贝判据来衡量光学系统的分辨能力。
不难看出,波长越短,显微镜的分辨能力就越好。红外相机的探测波段通常在中红外波段(3um-5um),从波长上对显微镜的分辨率造成了限制。
其次放大倍率低,目前市面上常见的热点定位设备中,放大倍率最大的中红外物镜仅为15倍,难以满足更高精度的热点定位需求。
此外,热存在扩散,热信号在传导到器件表面的过程中会发生扩散,就像水滴落在纸巾上一样“晕开”,使得很难从这“一滩”信号中分辨出实际的失效点,从而无法为失效分析(PFA)提供明确的定位。
同时,热成像还容易受到材料的影响,例如对于Cu/Al等金属材料,其较强的吸热能力会使热信号看起来像是被屏蔽了一样。
最后,受相机帧速限制,热成像相机的帧速通常在几百Hz以内,无法进行更高频的分析。

那么如何更精确地定位热信号,提高PFA的成功率呢?下面我们将通过一个实际案例介绍 TD Imaging,并进行对比

案例分享


对同一表面金属间隔排布的VNAND样品,使用LITTD Imaging两种技术来采集信号。首先使用Thermal相机,在8倍中红外镜头下得到的信号图如下: 

放大后(下图左)可以看出,样品的热信号被导线结构所遮挡,仅从金属间隙间透过。使用TD Imaging对同一区域进行扫描,得到的信号图(下图右)中,信号明显更加集中。

 TD Imaging的图像进一步处理,可以将热点定位在2 μm以内。

 为了更直观地体现两种方法的结果差异,我们将两组信号叠加起来:

由此可见,对于表面有金属覆盖的样品,使用TD Imaging可以有更多机会抓到金属下的热点信号。

热反射技术 ——TD Imaging


TD Imaging是一种使用光束扫描器件表面,通过对比入射光和出射光之间的信号差异,进行失效定位的技术。反射光的强度变化,与样品表面的反射率有关,而反射率本身对温度变化非常灵敏。

  • 热成像技术得到信号过程:

样品内部产生热→热传导到样品表面→样品表面发生热辐射→被红外相机捕捉→得到信号

  • 热反射技术得到信号过程:
样品内部产生热→影响样品表面温度→样品表面的光反射率变化→反射光到传感器→得到信号

材料对电磁波的反射率+透射率+吸收率=1。这意味着,物体的反射率越高,吸收率就越低;反之,反射率越低,吸收率越高。在日常生活中,这一原理也随处可见。比如在阳光下,穿深色衣服会比穿浅色衣服更热,原因就在于深色衣物的光反射率较低,光吸收率较高,因此反射的阳光较少;而浅色衣物反射能力强,吸收能力弱,自然就更凉爽。热反射技术和热成像技术是相互补充的。对于不同材料,结合使用这两种技术,可以在减少定位耗时的同时,显著提高定位精度。

TD Imaging 的优势


从上文案例的结果来看,TD Imaging探测到了金属层下的热点,同时进一步缩小了定位范围。由于信号波长从中红外转为近红外,可选用放大倍率更高的透镜来收集信号,同时空间分辨率也更好。

滨松的TD Imaging技术可用1300 nm/670 nm的非相干光扫描待测样品,更小的波长使得分辨率得到提升。同时,对于Cu/Al材料,670 nm的反射率更高,图像的信噪比也更高。 

如上图,分别使用1300 nm670 nm进行对比,在相同强度下,670 nm的信号明显更多、更集中、效果更好。

总结


TD Imaging 是一种基于光束扫描的热反射成像技术,有效弥补了传统热成像在空间分辨率上的不足,尤其在金属等材料的热信号收集和分析方面表现出色。它为高精度定位需求提供了全新的解决方案。如果您有相关测试或调研需求,欢迎扫码添加工程师微信。我们计划于今年 7 月开放此功能的测试与体验。

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编辑:又又&
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最近更新:2024-09-05 09:08:14
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