蔡司高分辨3DX射線成像方案用于半導體封裝失效分析

 　新型亞微米與納米級XRM系統及新型microCT系統為失效分析提供了靈活選擇,幫助客戶加速技術發展,提高先進半導體封裝的組裝產量。

　　加州普萊斯頓與德國上科亨,2019年3月12日--蔡司發布了一套新型高分辨率3D X射線成像解決方案,用于包括2.5/3D與擴散型晶圓級封裝在內的先進半導體封裝的失效分析(FA)。蔡司X射線顯微系統包括:通過亞微米級和納米級高分辨率成像對封裝產品進行失效分析的Xradia 600 Versa系列和 Xradia 800 Ultra X射線顯微鏡(XRM),以及Xradia Context microCT。隨著在現有產品基礎上新設備的研發推出,現如今,蔡司可以為半導體行業提供一系列3D X射線成像技術輔助生產。

　　蔡司制程控制解決方案(PCS)部門與蔡司SMT部門總裁Raj Jammy博士介紹說:“在170年的歷史中,蔡司始終致力于拓展科學研究的疆域,推動成像技術的發展,以實現新的工業應用和技術創新。在今天的半導體行業,封裝尺寸與器件尺寸越做越小,因此我們比以往任何時候都更需要新型成像解決方案,用于快速排除故障,實現更高的封裝產量。蔡司很榮幸宣布推出這一新型先進半導體封裝3D X射線成像解決方案,為客戶提供強大的高分辨率成像分析設備,以提高失效分析準確率。”

先進封裝技術需要新型缺陷檢測與失效分析的方法

　　隨著半導體產業面臨CMOS微縮極限的挑戰,人們需要通過半導體封裝技術彌合性能上的差距。為了繼續生產更小巧、更快速、更低功耗的器件,半導體行業正在通過芯片的3D堆疊和其他新型封裝方式嘗試封裝創新。這些創新催生了日益復雜的封裝架構,帶來了新的制造挑戰,同時也增加了封裝故障的風險。此外,由于發生故障的位置往往隱藏于復雜的三維結構之中,傳統的故障位置確認方法難以滿足高效分析的需求。行業需要新型技術來有效地篩選和確定產生故障的根本原因。

　　為滿足這一需求,蔡司開發出全新3D X射線成像解決方案,提供亞微米與納米級3D圖像,顯示出隱藏于完整的封裝3D結構中的特性與缺陷。將樣品置于系統,樣品在光路中旋轉,從不同角度捕捉一系列2D X射線投影圖像,然后使用復雜的數學模型和算法重建3D模型。新型解決方案可以從任意角度觀察3D模型虛擬切片,從而在進行物理失效分析(PFA)之前對缺陷進行三維可視化。蔡司亞微米和納米級XRM解決方案相結合,為客戶提供獨特的故障分析工作流程,有助于顯著提高失效分析成功率。蔡司的新型Xradia Context microCT采用基于投影的幾何放大技術,在大視場中實現高襯度和高分辨率成像,而且也可以全面升級至Xradia Versa X射線顯微鏡。

新型成像解決方案詳解

　　Xradia 600 Versa系列是新一代3D XRM,能夠在完整的已封裝半導體器件中對已定位的缺陷進行無損成像。在結構化分析和失效分析應用中,新型解決方案在制程開發、良率提升和工藝分析等方面表現出色。Xradia 600 Versa系列以屢獲殊榮且具有大工作距離高分辨率(RAAD)特性的Versa X射線顯微鏡為基礎,提供優異的成像性能,實現大工作距離下的大樣品的高分辨率成像,用于為封裝、電路板和300毫米晶圓生產確定產生缺陷與故障的原因。利用該解決方案,可以輕松看到與封裝級故障相關的缺陷,例如凸塊或微型凸塊中的裂紋、焊料潤濕或硅通孔(TSV)空隙。在進行物理失效分析之前對缺陷進行3D可視化處理,有助于減少偽影,提供橫縱方向的虛擬切片效果,從而提高失效分析成功率。新型解決方案的主要特性包括:

• 最高空間分辨率0.5微米,最小體素40納米

• 與Xradia 500 Versa系列相比, 工作效率提高了兩倍,且在保證高分辨率的同時,在整個kV(電壓)和功率范圍內保持出色的X射線源焦點尺寸穩定性與熱穩定性

• 更加簡便易用,包括快速激活源

• 可靠性測試中可實現多個位點連續成像,并能觀察封裝結構內部亞微米結構變化

　　Xradia 800 Ultra將3D XRM提升至納米級尺度,并在納米尺寸下探索隱藏的特性,獲得高空間分辨率圖像的同時保持感興趣區域的結構完整性。其應用包括超密間距覆晶與凸塊連接的工藝分析、結構分析和缺陷分析,從而改進超密間距封裝與后段制程(BEOL)互連的工藝改進。Xradia 800 Ultra能夠對密間距銅柱微凸塊中的金屬間化合物所消耗焊料的結構和體積進行可視化。在成像過程中保留缺陷部位,有助于采用其他技術進行針對性的后期分析。還可以利用3D圖像來表征盲孔組件(blind assemblies)的結構質量,例如晶圓對晶圓鍵合互連與直接混合鍵合等。該解決方案的主要特性包括:

• 空間分辨率150納米與50納米(需要制備樣品)

• 選配皮秒激光樣品制備工具,能夠在一小時內提取完整體積(結構)樣品(通常直徑為100微米)

• 兼容多種后續分析方法,包括透射電子顯微鏡(TEM)、能量色散X射線譜(EDS)、原子力顯微鏡(AFM)、二次離子質譜(SIMS)和納米探針

　　Xradia Context microCT是一種基于Versa平臺的新型亞微米分辨率3D X射線microCT系統。該解決方案用于封裝產品在小工作距離和高通量下進行高分辨率成像。主要特性包括:

• 在大視場下提供大樣品的全視場成像(體積比Xradia Versa XRM系統大10倍)

• 小像素尺寸的高像素密度探測器(六百萬像素)即使在觀察視野較大的情況下也能確保較高分辨率

• X射線microCT擁有空間分辨率0.95微米,最小體素0.5微米

• 出色的圖像質量與襯度

• 可升級為Xradia Versa,實現RaaD功能,對完整大樣品進行高分辨率成像

　　上海新國際博覽中心即將于3月20日至22日舉辦中國半導體展(SEMICON China),蔡司將在展會上展示最新顯微鏡產品和解決方案,包括新型Xradia 600 Versa系列、Xradia 800 Ultra和Xradia Context microCT系統。如有意了解詳情,您可到N2展廳2619號展位參觀蔡司展品。

關于蔡司

　　蔡司是全球光學和光電領域的先鋒。上個財年度,蔡司集團旗下四個部門的總收入超過58億歐元,包括工業質量與研究、醫療技術、消費市場,以及半導體制造技術(截止:2018年9月30日)。

　　蔡司為客戶開發、生產和分銷用于工業測量與質量控制的創新解決方案,用于生命科學和材料研究的顯微鏡解決方案,以及用于眼科和顯微外科診斷與治療的醫療技術解決方案。在半導體行業,“蔡司”已成為世界優秀的光學光刻技術的代名詞,該技術被芯片行業用于制造半導體元件。眼鏡鏡片、照相機鏡片和雙筒望遠鏡等引領行業潮流的蔡司產品正在全球市場熱銷。

　　憑借與數字化、醫療保健和智能生產等未來增長領域相結合的投資組合,以及強大的品牌,蔡司正在塑造光學和光電行業以外的未來。該公司在研發方面的重大、可持續投資為蔡司技術和市場成功保持領先地位和持續擴張奠定了基礎。

　　蔡司擁有約30,000名員工,活躍于全球近50個國家,擁有約60家自有銷售和服務公司、30多家生產基地和約25家開發基地。公司于1846年創辦于耶拿(Jena),總部位于德國上科亨。卡爾·蔡司基金會(Carl Zeiss Foundation)是德國最大的基金會之一,致力于促進科學發展,是控股公司卡爾·蔡司股份公司的唯一所有者。