蔡司(ZEISS)使用Crossbeam Laser FIB-SEM数量级加快半导体封装失效分析速度

来源:未知    作者:      2020-02-12 11:41

导语:

蔡司Crossbeam Laser将飞秒激光、镓离子聚焦离子束(FIB)和场发射扫描电镜(SEM)整合于单一设备,提供针对特定位置的最快速横截面工作流程

加州普莱斯顿与德国奥博科亨,2020年2月4日--蔡司日前推出了针对特定位置的聚焦离子束扫描电镜(FIB-SEM)新型解决方案——蔡司Crossbeam Laser,该产品能够显著加快高级半导体封装失效分析以及制程优化。蔡司Crossbeam Laser产品系列通过飞秒激光提高速度,通过镓离子(Ga+)束提高精度,通过SEM进行纳米级分辨率成像,为封装工程师和失效分析师提供速度最快的横截面解决方案和最高成像性能,同时将样品损坏降至最低。

蔡司Crossbeam Laser采用独特架构,能够对铜柱凸块和硅通孔(TSV)等深埋封装互连结构以及器件后道工序(BEOL)和前道工序(FEOL)结构进行快速截面,整个过程只需几分钟(其他方法则需要数小时或数天),同时能够最大程度地减少伪影,并在真空环境下维持样品质量。除故障分析外,蔡司Crossbeam Laser系列还可用于结构分析、工程分析、逆向工程、FIB断层扫描和透射电镜(TEM)样品制备。目前已有数部蔡司Crossbeam Laser系统部署于全球著名电子制造商。

 

蔡司Crossbeam Laser FIB-SEM加快高级半导体封装失效分析以及制程优化。它将飞秒激光、镓离子聚焦离子束(FIB)和场发射扫描电镜(SEM)整合于单一设备,,提供针对特定位置的最快速横截面工作流程

分析3D封装失效根本原因的新方法

移动设备在微型化和高互连密度方面的要求越来越高,推动技术创新的爆发性增长,实现细间距与多芯片封装架构。这些设计不仅缩小了互连封装,同时也在日益将封装推向第三维度。与此同时,深藏于这些封装内部的新型缺陷也浮出水面,影响到良品率和可靠性,因此必须迅速发现这些缺陷并予以消除。

在失效分析工作流程中,无损分析是优化封装制程和提高封装良品率的第一步。采用如蔡司Xradia Versa 3D X射线显微镜等设备用于无损观察缺陷部位,然后使用破坏性物理失效分析(PFA)技术确定故障根本原因并予以解决。今天,封装互连往往与芯片后道工序相互交叉,而PFA技术常用的机械横截面很难迅速而准确地到达埋藏很深的结构和缺陷。此外,芯片后道工序采用脆性材料(如极低介电材料),将使截面切割导致的伪影数量增加,很难将其与芯片和封装交互所造成的真实缺陷区分开来。

双束电浆离子束(PFIB)是另外一种截面方法,但比飞秒激光慢10,000倍。这种技术很难在很多封装失效分析应用所要求的时间内完成>0.5立方厘米的蚀刻体量。此外,PFIB还达不到最高品质TEM样品制备所需要的分辨率,而且会在半导体封装中常见的碳质材料中引发带状伪影。独立激光系统可实现快速蚀刻,但可能产生较大的热影响区,从而增加了目标区域的损坏机率,也延长了去除伪影的抛光时间。由于无法与FIB-SEM相集成,导致失效分析工作流程速度变慢、效率降低,同时还会因分析前暴露于大气而面临氧化伪影的风险。

 

如图所示,蔡司Crossbeam Laser FIB-SEM能够对深埋于860微米处的铜柱凸块进行快速截面,提供高质量成像,整个过程不到1个小时

蔡司制程控制解决方案(PCS)部门与蔡司SMT部门总裁Raj Jammy博士介绍说:“封装世界已经达到拐点:单个硅中介层的密度已接近百万I/O,晶圆厂商不断缩小互连面积,堆叠无处不在——器件本身、封装层之间以及印刷电路板内部。因此,当零件发生故障时,故障隔离和失效分析都变得异常困难。蔡司Crossbeam Laser系列旨在缓解失效分析工程师面临的这种压力,采用业内一流的技术,将速度、精度和高分辨率成像集成于单一设备,以前所未有的速度获得失效分析结果。”

蔡司Crossbeam Laser系列产品提供最佳PFA解决方案,能够显著缩短成像总时间,提供最高成像性能。新产品的主要特性包括:

飞秒激光可实现大体积刻蚀,且能够将伪影数量降至最低(仅30分钟即可刻蚀1立方毫米硅芯片,而其他方法需要数小时甚至数天)

蔡司的Gemini光学组件具有最高成像质量和分析能力

Ga + FIB,可提供100nA的高速磨削以及500V下的精抛光,以减少非晶化

采用FIB分辨率(低至3纳米)精确定位目的点

隔离式激光室可将刻蚀污染物与主成像室相隔离,保持最高分辨率成像能力,同时将维护成本维持在较低水平

可在FIB-SEM和激光室之间轻松进行样品转移,避免破坏真空

激光制备技术适用于多种材料,包括碳化硅和玻璃

蔡司Crossbeam Laser与蔡司Xradia Versa XRM相结合,为标准失效分析工作流程提供强大补充,有助于提高失效分析成功率,加快问题解决速度。

关于蔡司

蔡司是全球光学和光电领域的先锋。上个财年度,蔡司集团旗下四个部门的总收入超过64亿欧元,包括半导体制造技术、工业质量与研究、医疗技术以及消费市场(截止:2019年9月30日)。

蔡司为客户开发、生产和分销用于工业测量与质量控制的创新解决方案,用于生命科学和材料研究的显微镜解决方案,以及用于眼科和显微外科诊断与治疗的医疗技术解决方案。在半导体行业,“蔡司”已成为世界优秀的光学光刻技术的代名词,该技术被芯片行业用于制造半导体元件。眼镜镜片、照相机镜片和双筒望远镜等引领行业潮流的蔡司产品正在全球市场热销。

凭借与数字化、医疗保健和智能生产等未来增长领域相结合的投资组合,以及强大的品牌,蔡司正在塑造光学和光电行业以外的未来。该公司在研发方面的重大、可持续投资为蔡司技术和市场成功保持领先地位和持续扩张奠定了基础。

蔡司拥有约31,000名员工,活跃于全球近50个国家,拥有约60家自有销售和服务公司、30多家生产基地和约25家开发基地。公司于1846年创办于耶拿(Jena),总部位于德国奥伯科亨。卡尔·蔡司基金会(Carl Zeiss Foundation)是德国最大的基金会之一,致力于促进科学发展,是控股公司卡尔·蔡司股份公司的唯一所有者。

蔡司半导体制造技术事业部

蔡司半导体制造技术事业部拥有广泛产品组合与先进专业技术,涵盖微芯片生产的关键过程。其产品包括半导体制造光学组件(主要为光刻光学组件),以及用于半导体制造的光掩模系统和过程控制解决方案。得益于蔡司技术,微芯片体积不断缩小、功能日益强大、能效逐渐提高,而价格日趋合理。不断增强的电子应用推动了全球多个行业的进步,包括技术、电子、通信、娱乐、交通和能源。半导体制造技术事业部总部位于德国奥伯科亨(Oberkochen),在德国耶拿(Jena)、罗斯多夫(Rossdorf)和韦茨拉尔(Wetzlar),以色列巴尔·列夫(Bar Lev),美国加利福尼亚州普莱森顿(Pleasanton)及马萨诸塞州皮博迪(Peabody)设有分部。