蔡司(ZEISS)使用Crossbeam Laser FIB-SEM數(shù)量級加快半導體封裝失效分析速度

蔡司Crossbeam Laser將飛秒激光、鎵離子聚焦離子束(FIB)和場發(fā)射掃描電鏡(SEM)整合于單一設備，提供針對特定位置的最快速橫截面工作流程

加州普萊斯頓與德國奧博科亨，2020年2月4日--蔡司日前推出了針對特定位置的聚焦離子束掃描電鏡(FIB-SEM)新型解決方案——蔡司Crossbeam Laser，該產品能夠顯著加快高級半導體封裝失效分析以及制程優(yōu)化。蔡司Crossbeam Laser產品系列通過飛秒激光提高速度，通過鎵離子(Ga+)束提高精度，通過SEM進行納米級分辨率成像，為封裝工程師和失效分析師提供速度最快的橫截面解決方案和最高成像性能，同時將樣品損壞降至最低。

蔡司Crossbeam Laser采用獨特架構，能夠對銅柱凸塊和硅通孔(TSV)等深埋封裝互連結構以及器件后道工序(BEOL)和前道工序(FEOL)結構進行快速截面，整個過程只需幾分鐘(其他方法則需要數(shù)小時或數(shù)天)，同時能夠最大程度地減少偽影，并在真空環(huán)境下維持樣品質量。除故障分析外，蔡司Crossbeam Laser系列還可用于結構分析、工程分析、逆向工程、FIB斷層掃描和透射電鏡(TEM)樣品制備。目前已有數(shù)部蔡司Crossbeam Laser系統(tǒng)部署于全球著名電子制造商。

蔡司Crossbeam Laser FIB-SEM加快高級半導體封裝失效分析以及制程優(yōu)化。它將飛秒激光、鎵離子聚焦離子束(FIB)和場發(fā)射掃描電鏡(SEM)整合于單一設備，，提供針對特定位置的最快速橫截面工作流程

分析3D封裝失效根本原因的新方法

移動設備在微型化和高互連密度方面的要求越來越高，推動技術創(chuàng)新的爆發(fā)性增長，實現(xiàn)細間距與多芯片封裝架構。這些設計不僅縮小了互連封裝，同時也在日益將封裝推向第三維度。與此同時，深藏于這些封裝內部的新型缺陷也浮出水面，影響到良品率和可靠性，因此必須迅速發(fā)現(xiàn)這些缺陷并予以消除。

在失效分析工作流程中，無損分析是優(yōu)化封裝制程和提高封裝良品率的第一步。采用如蔡司Xradia Versa 3D X射線顯微鏡等設備用于無損觀察缺陷部位，然后使用破壞性物理失效分析(PFA)技術確定故障根本原因并予以解決。今天，封裝互連往往與芯片后道工序相互交叉，而PFA技術常用的機械橫截面很難迅速而準確地到達埋藏很深的結構和缺陷。此外，芯片后道工序采用脆性材料(如極低介電材料)，將使截面切割導致的偽影數(shù)量增加，很難將其與芯片和封裝交互所造成的真實缺陷區(qū)分開來。

雙束電漿離子束(PFIB)是另外一種截面方法，但比飛秒激光慢10,000倍。這種技術很難在很多封裝失效分析應用所要求的時間內完成>0.5立方厘米的蝕刻體量。此外，PFIB還達不到最高品質TEM樣品制備所需要的分辨率，而且會在半導體封裝中常見的碳質材料中引發(fā)帶狀偽影。獨立激光系統(tǒng)可實現(xiàn)快速蝕刻，但可能產生較大的熱影響區(qū)，從而增加了目標區(qū)域的損壞機率，也延長了去除偽影的拋光時間。由于無法與FIB-SEM相集成，導致失效分析工作流程速度變慢、效率降低，同時還會因分析前暴露于大氣而面臨氧化偽影的風險。

如圖所示，蔡司Crossbeam Laser FIB-SEM能夠對深埋于860微米處的銅柱凸塊進行快速截面，提供高質量成像，整個過程不到1個小時

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：“封裝世界已經達到拐點：單個硅中介層的密度已接近百萬I/O，晶圓廠商不斷縮小互連面積，堆疊無處不在——器件本身、封裝層之間以及印刷電路板內部。因此，當零件發(fā)生故障時，故障隔離和失效分析都變得異常困難。蔡司Crossbeam Laser系列旨在緩解失效分析工程師面臨的這種壓力，采用業(yè)內一流的技術，將速度、精度和高分辨率成像集成于單一設備，以前所未有的速度獲得失效分析結果。”

蔡司Crossbeam Laser系列產品提供最佳PFA解決方案，能夠顯著縮短成像總時間，提供最高成像性能。新產品的主要特性包括：

飛秒激光可實現(xiàn)大體積刻蝕，且能夠將偽影數(shù)量降至最低(僅30分鐘即可刻蝕1立方毫米硅芯片，而其他方法需要數(shù)小時甚至數(shù)天)

蔡司的Gemini光學組件具有最高成像質量和分析能力

Ga + FIB，可提供100nA的高速磨削以及500V下的精拋光，以減少非晶化

采用FIB分辨率(低至3納米)精確定位目的點

隔離式激光室可將刻蝕污染物與主成像室相隔離，保持最高分辨率成像能力，同時將維護成本維持在較低水平

可在FIB-SEM和激光室之間輕松進行樣品轉移，避免破壞真空

激光制備技術適用于多種材料，包括碳化硅和玻璃

蔡司Crossbeam Laser與蔡司Xradia Versa XRM相結合，為標準失效分析工作流程提供強大補充，有助于提高失效分析成功率，加快問題解決速度。

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64億歐元，包括半導體制造技術、工業(yè)質量與研究、醫(yī)療技術以及消費市場(截止：2019年9月30日)。

蔡司為客戶開發(fā)、生產和分銷用于工業(yè)測量與質量控制的創(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)秀的光學光刻技術的代名詞，該技術被芯片行業(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行業(yè)潮流的蔡司產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(yè)以外的未來。該公司在研發(fā)方面的重大、可持續(xù)投資為蔡司技術和市場成功保持領先地位和持續(xù)擴張奠定了基礎。

蔡司擁有約31,000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(fā)基地。公司于1846年創(chuàng)辦于耶拿(Jena)，總部位于德國奧伯科亨。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(fā)展，是控股公司卡爾·蔡司股份公司的唯一所有者。

蔡司半導體制造技術事業(yè)部

蔡司半導體制造技術事業(yè)部擁有廣泛產品組合與先進專業(yè)技術，涵蓋微芯片生產的關鍵過程。其產品包括半導體制造光學組件(主要為光刻光學組件)，以及用于半導體制造的光掩模系統(tǒng)和過程控制解決方案。得益于蔡司技術，微芯片體積不斷縮小、功能日益強大、能效逐漸提高，而價格日趨合理。不斷增強的電子應用推動了全球多個行業(yè)的進步，包括技術、電子、通信、娛樂、交通和能源。半導體制造技術事業(yè)部總部位于德國奧伯科亨(Oberkochen)，在德國耶拿(Jena)、羅斯多夫(Rossdorf)和韋茨拉爾(Wetzlar)，以色列巴爾·列夫(Bar Lev)，美國加利福尼亞州普萊森頓(Pleasanton)及馬薩諸塞州皮博迪(Peabody)設有分部。