蔡司(ZEISS)使用Crossbeam Laser FIB-SEM數(shù)量級加快半導(dǎo)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(shè)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(chǎn)品能夠顯著加快高級半導(dǎo)體封裝失效分析以及制程優(yōu)化。蔡司Crossbeam Laser產(chǎn)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(jìn)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(gòu)，能夠?qū)︺~柱凸塊和硅通孔(TSV)等深埋封裝互連結(jié)構(gòu)以及器件后道工序(BEOL)和前道工序(FEOL)結(jié)構(gòu)進(jìn)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(zhì)量。除故障分析外，蔡司Crossbeam Laser系列還可用于結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(shè)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(shè)備在微型化和高互連密度方面的要求越來越高，推動技術(shù)創(chuàng)新的爆發(fā)性增長，實現(xiàn)細(xì)間距與多芯片封裝架構(gòu)。這些設(shè)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(nèi)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(shè)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(shù)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(shù)常用的機(jī)械橫截面很難迅速而準(zhǔn)確地到達(dá)埋藏很深的結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(shù)很難在很多封裝失效分析應(yīng)用所要求的時間內(nèi)完成>0.5立方厘米的蝕刻體量。此外，PFIB還達(dá)不到最高品質(zhì)TEM樣品制備所需要的分辨率，而且會在半導(dǎo)體封裝中常見的碳質(zhì)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(chǎn)生較大的熱影響區(qū)，從而增加了目標(biāo)區(qū)域的損壞機(jī)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(dǎo)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(fēng)險。

如圖所示，蔡司Crossbeam Laser FIB-SEM能夠?qū)ι盥裼?60微米處的銅柱凸塊進(jìn)行快速截面，提供高質(zhì)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(jīng)達(dá)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(nèi)部。因此，當(dāng)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(nèi)一流的技術(shù)，將速度、精度和高分辨率成像集成于單一設(shè)備，以前所未有的速度獲得失效分析結(jié)果。”

蔡司Crossbeam Laser系列產(chǎn)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(chǎn)品的主要特性包括：

飛秒激光可實現(xiàn)大體積刻蝕，且能夠?qū)斡皵?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(xué)組件具有最高成像質(zhì)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(hù)成本維持在較低水平

可在FIB-SEM和激光室之間輕松進(jìn)行樣品轉(zhuǎn)移，避免破壞真空

激光制備技術(shù)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(jié)合，為標(biāo)準(zhǔn)失效分析工作流程提供強(qiáng)大補(bǔ)充，有助于提高失效分析成功率，加快問題解決速度。

關(guān)于蔡司

蔡司是全球光學(xué)和光電領(lǐng)域的先鋒。上個財年度，蔡司集團(tuán)旗下四個部門的總收入超過64億歐元，包括半導(dǎo)體制造技術(shù)、工業(yè)質(zhì)量與研究、醫(yī)療技術(shù)以及消費市場(截止：2019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(xué)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(dǎo)體行業(yè)，“蔡司”已成為世界優(yōu)秀的光學(xué)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(dǎo)體元件。眼鏡鏡片、照相機(jī)鏡片和雙筒望遠(yuǎn)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(qiáng)大的品牌，蔡司正在塑造光學(xué)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(kuò)張奠定了基礎(chǔ)。

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(wù)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)，總部位于德國奧伯科亨?？?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(jìn)科學(xué)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(dǎo)體制造技術(shù)事業(yè)部

蔡司半導(dǎo)體制造技術(shù)事業(yè)部擁有廣泛產(chǎn)品組合與先進(jìn)專業(yè)技術(shù)，涵蓋微芯片生產(chǎn)的關(guān)鍵過程。其產(chǎn)品包括半導(dǎo)體制造光學(xué)組件(主要為光刻光學(xué)組件)，以及用于半導(dǎo)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(shù)，微芯片體積不斷縮小、功能日益強(qiáng)大、能效逐漸提高，而價格日趨合理。不斷增強(qiáng)的電子應(yīng)用推動了全球多個行業(yè)的進(jìn)步，包括技術(shù)、電子、通信、娛樂、交通和能源。半導(dǎo)體制造技術(shù)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(shè)有分部。