蔡司推出半導體封裝失效分析的新型高分辨率3D X射線成像解決方案

新型亞微米與納米級XRM系統(tǒng)及新型microCT系統(tǒng)為失效分析提供了靈活選擇,幫助客戶加速技術(shù)發(fā)展,提高先進半導體封裝的組裝產(chǎn)量。

加州普萊斯頓與德國上科亨,2019年3月12日--蔡司發(fā)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(nèi)的先進半導體封裝的失效分析(FA)。蔡司X射線顯微系統(tǒng)包括:通過亞微米級和納米級高分辨率成像對封裝產(chǎn)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(xiàn)有產(chǎn)品基礎(chǔ)上新設(shè)備的研發(fā)推出,現(xiàn)如今,蔡司可以為半導體行業(yè)提供一系列3D X射線成像技術(shù)輔助生產(chǎn)。

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(shù)的發(fā)展,以實現(xiàn)新的工業(yè)應用和技術(shù)創(chuàng)新。在今天的半導體行業(yè),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(xiàn)更高的封裝產(chǎn)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(shè)備,以提高失效分析準確率。”

先進封裝技術(shù)需要新型缺陷檢測與失效分析的方法

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

為滿足這一需求,蔡司開發(fā)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(jié)構(gòu)中的特性與缺陷。將樣品置于系統(tǒng),樣品在光路中旋轉(zhuǎn),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(shù)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(jié)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(shù),在大視場中實現(xiàn)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(jié)構(gòu)化分析和失效分析應用中,新型解決方案在制程開發(fā)、良率提升和工藝分析等方面表現(xiàn)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(chǔ),提供優(yōu)異的成像性能,實現(xiàn)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(chǎn)確定產(chǎn)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(guān)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(nèi)保持出色的X射線源焦點尺寸穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性

更加簡便易用,包括快速激活源

可靠性測試中可實現(xiàn)多個位點連續(xù)成像,并能觀察封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部亞微米結(jié)構(gòu)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(qū)域的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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?qū)γ荛g距銅柱微凸塊中的金屬間化合物所消耗焊料的結(jié)構(gòu)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(shù)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(jié)構(gòu)質(zhì)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(nèi)提取完整體積(結(jié)構(gòu))樣品(通常直徑為100微米)

兼容多種后續(xù)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(zhì)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(tǒng)。該解決方案用于封裝產(chǎn)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(tǒng)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(zhì)量與襯度

可升級為Xradia Versa,實現(xiàn)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(chǎn)品和解決方案,包括新型Xradia 600 Versa系列、Xradia 800 Ultra和Xradia Context microCT系統(tǒng)。如有意了解詳情,您可到N2展廳2619號展位參觀蔡司展品。

關(guān)于蔡司

蔡司是全球光學和光電領(lǐng)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(yè)質(zhì)量與研究、醫(yī)療技術(shù)、消費市場,以及半導體制造技術(shù)(截止:2018年9月30日)。

蔡司為客戶開發(fā)、生產(chǎn)和分銷用于工業(yè)測量與質(zhì)量控制的創(chuàng)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(yī)療技術(shù)解決方案。在半導體行業(yè),“蔡司”已成為世界優(yōu)秀的光學光刻技術(shù)的代名詞,該技術(shù)被芯片行業(yè)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(lǐng)行業(yè)潮流的蔡司產(chǎn)品正在全球市場熱銷。

憑借與數(shù)字化、醫(yī)療保健和智能生產(chǎn)等未來增長領(lǐng)域相結(jié)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(yè)以外的未來。該公司在研發(fā)方面的重大、可持續(xù)投資為蔡司技術(shù)和市場成功保持領(lǐng)先地位和持續(xù)擴張奠定了基礎(chǔ)。

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(chǎn)基地和約25家開發(fā)基地。公司于1846年創(chuàng)辦于耶拿(Jena),總部位于德國上科亨?？?middot;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(fā)展,是控股公司卡爾·蔡司股份公司的唯一所有者。