【摘要】 Kim团队研发激光扫描共聚焦热反射显微镜，通过共聚焦成像与傅里叶域滤波技术，解决倒装芯片背面热成像分辨率与灵敏度难题。实测灵敏度提升23倍，分辨率提高25%。

在现代高密度微电子器件中，倒装芯片结构因采用多层金属堆叠设计，使有源半导体区域被遮蔽，只能通过硅衬底（Si）背面进行热特性分析。虽然热反射显微镜（TRM）技术已能检测埋藏器件，但背面热成像仍面临两大挑战：​空间分辨率限制与信号灵敏度不足。根本原因在于：

1.硅衬底需穿透＞1.1μm近红外波长，导致衍射极限分辨率降低

2.空气/硅界面反射噪声干扰热反射率（ΔR/R）测量

3.相干光源在硅层间多次反射引发信号畸变

 

技术突破：共聚焦TRM系统结合傅里叶域滤波

Dong Uk Kim团队研发的激光扫描共聚焦热反射显微镜，通过两项核心技术实现突破：

✅ ​共聚焦成像技术：利用振镜激光扫描逐点探测，消除硅衬底外来反射噪声

✅ ​傅里叶域滤波方法：精准提取器件局部热反射率变化（ΔR/R），提升信噪比

 

系统优势验证（图1）​

图1.近红外激光扫描共聚焦TRM系统原理图。[1]

实验采用多晶硅微电阻器件（图2），对比传统宽视场TRM与共聚焦TRM性能：

✅ ​灵敏度提升23倍：共聚焦检测有效抑制背景反射噪声

✅ ​分辨率提高25%：激光扫描突破硅衬底穿透的衍射极限

✅ ​无需固体浸没透镜（SIL）​：规避SIL接触缺陷导致的像差问题

图2. 在SiO2/Si衬底上使用多晶硅微电阻的DUT设计，以及用于顶部和背面测量的照明方向。[1]

 

应用价值

该技术为倒装芯片、3D封装等微电子器件热管理提供高精度解决方案，尤其适用于：

  • 埋藏半导体器件的热失效分析
  • 高密度集成电路热点定位
  • 新型封装结构的散热性能评估

 

参考文献：[1] Kim, D.U.; Jeong, C.B.; Kim, J.D.; Lee, K.-S.; Hur, H.; Nam, K.-H.; Kim, G.H.; Chang, K.S. Laser Scanning Confocal Thermoreflectance Microscope for the Backside Thermal Imaging of Microelectronic Devices. Sensors 2017, 17, 2774.

 

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