半导体技术的发展推动经济增长在一个广泛范围的地区在日常生活中,不断进步提供最先进的手机、电脑、汽车、信息技术和创新发展和人工智能。所有这些大大促成了全球人口的生活质量的改善。
O-PTIR光谱学提供了许多先进的特殊功能失效分析应用程序,包括:
- 30 x改善亚微米红外空间分辨率与传统的红外光谱相比/ QCL显微镜
- 提供独特的有机污染物共存荧光显微镜快速识别和更快的时间数据
- 高质量的光谱(颗粒形状/尺寸和表面粗糙度独立)没有色散/散射的文物,可以直接搜索商业/自定义红外光谱传输或ATR库
- 非接触性、非破坏性、反射(远场)模式测量用最小的样品制备
- O-PTIR提供优越的高分辨率测量,深色,光敏样本,通常使用现有的拉曼和红外光谱技术时面临的局限性。
- 同时O-PTIR和拉曼测量设备的补充和确认结果与改进的速度相对于时间和改进数据的信心
这些发展继续燃料增长投资的技术和制造半导体器件在工业和学术研究水平。改进技术,包括新材料、越来越窄的半导体线宽,生产流程和设备结构,都是推动新的在线计量亚博网站下载和检验方法,要求离线和失效分析。
失效分析(FA)过程和技术允许制造商建立在半导体设备失败的原因。分析包括各种各样的工艺和测量设备发现根本原因和防止未来的重演。app亚博体育
FA相关测量技术可能不同分析,数据采集、化学特异性,空间分辨率,样品制备要求、复杂性、自动化功能和成本。例如,扫描电子显微镜,当搭配能量色散x射线(SEM-EDX)光谱,可以提供特殊的空间分辨率,但只有元素化学信息,如图1所示。
O-PTIR为半导体失效分析提供了独特的测量功能。图片来源:光热光谱分析光谱
一般来说,基本信息仅是当灌输信心不足,未知的识别和有机分子信息也需要确定未知与更大程度的确定性。
技术,如红外(IR)和拉曼显微镜是行之有效的技术在足总提供有机分子的信息。
mIRage-LS亚微米红外光谱和成像系统。图片来源:光热光谱分析光谱
有关化学成像、拉曼和红外光谱设备的能力被认为是与空间宽达到解决化学表征能力,适用于多种多样的应用领域:设备退化,外国材料分析,制定错误原料杂质资格;app亚博体育亚博网站下载所有这些都可能导致早期失效的组件和设备在半导体和电子产品。
然而,传统的傅立叶变换红外显微镜是有限的FA在空间分辨率和灵敏度。同时,拉曼显微镜的敏感性往往是太低了大量样品由于自体荧光问题。它可能导致激光样品损坏,可以更明显的深色的材料。亚博网站下载
一个创新的技术,光学光热光谱分析红外显微镜(O-PTIR),可以规避上述局限性,同时保护拉曼和红外的互补特性。
O-PTIR也有稳定的集成与拉曼光谱和荧光显微法识别特定的有机污染物和指导后续红外测量。图1展示一个图形表示各种常规应用分析FA技术,绘制对空间分辨率和化学信息内容。
图1所示。空间分辨率和相对化学相关方法的特异性。图片来源:光热光谱分析光谱
本文描述了创新O-PTIR方法,以及它是如何结合拉曼光谱和荧光技术失效分析在mIRage-LS平台上的应用程序。
光学光热光谱分析红外(O-PTIR)同时光谱和拉曼光谱
不仅通过照明样本中脉冲可调谐量子级联激光器(QCL)和间接测量红外吸收可见激光束(532海里),O-PTIR技术可以克服红外衍射极限与传统红外显微技术。
当调优QCL激光波长激发分子振动的示例中,可以观察到吸收,产生光热光谱分析的影响,例如,样品表面扩张和折射率的变化。
可见探测激光光热光谱分析的响应措施,集中到亚微米光斑大小,通过调制引起的散射光,如图2所示。获得一个红外光谱,红外激光可以横扫整个范围在不到两秒。
图2。一种红外脉冲可调,专注于样品。吸收红外光线导致样品加热,创造一种光热光谱分析的反应。可见激光探测器在红外光线的直径测量光照反应样品红外吸收。图片来源:光热光谱分析光谱
此外,可见探测激光也生产分散拉曼光从相同的测量区域。当聚集在一起,它使同时采集的红外和拉曼光谱,与相同的亚微米空间分辨率,确切的位置。
这一光学光路原理图展示如下图3中显示。与同步量测功能,研究人员可以利用这两种技术的互补性和交付确认高度精确测量的光谱信息。
图3。梁的示意图表示路径的生成同时红外和拉曼。图片来源:光热光谱分析光谱
图4显示了变量空间分辨率中发现传统的红外显微镜系统在传统的红外范围内使用两个红外目标0.5或0.7 NA和恒定的空间分辨率0.78 NA O-PTIR技术与应用程序的目标(Kansiz, 2020)。
图4。空间分辨率比较传统的红外光谱,QCL-equipped红外显微镜和O-PTIR pump-probe红外显微镜。图片来源:光热光谱分析光谱
O-PTIR技术不仅提供了独立空间分辨率在整个波数中由于使用范围波长探测束固定在532海里。
mIRage-LS操作:校长O-PTIR和荧光显微镜
系统的布局结合O-PTIR sub-micrometer红外显微镜、共存与荧光显微镜,如图5所示。脉冲红外光束时直接通过样品的底部设置应对传播模式。可见荧光和探测光束路径使用显微镜物镜共存。
图5。显微镜原理O-PTIR和共存的荧光显微镜。图片来源:光热光谱分析光谱
同时红外+拉曼光谱与二维搜索搜索结果与KnowItAll表示®
足总过程的主要目标之一是确定的化学识别未知的材料。结果,最后一步光谱采集后对光谱数据库的搜索。
通常,当寻找红外光谱,拉曼光谱会对一个红外光谱库和搜索,另外,对拉曼光谱库。然后用户会仔细评估这两个所谓的“遇害”红外和拉曼光谱。
同时与进步对亚微米红外+拉曼光谱采集,作为显示在图6中,不仅是红外和拉曼光谱同时获得,但是现在红外和拉曼光谱的谱搜索也发生在同一时间,只有一个单一的点击数据采集软件。
无花果保证6。的例子,同时红外+拉曼搜索结果同时从红外+拉曼测量。从威利的KnowItAll屏幕截图®光谱搜索引擎显示了红外光谱(光谱窗格)未知谱在红色黑色和参考图书馆频谱。拉曼光谱是绘制在中间窗格,未知的光谱与参考图书馆黑红色的拉曼光谱。较低的面板由二维散点图显示最好的结果数据点右上角的(橙色点)与红外HQI最高和喇曼HQI最高。图片来源:光热光谱分析光谱
此外,协助评估结果,红外和拉曼列表显示在二维散点图、红外打击质量指数(HQI)绘制一个轴和拉曼HQI绘制轴。图6显示了一个示例同时红外+拉曼搜索结果标准的塑料。
当评估二维散点图,最好的结果可以在右上角的情节,结果表明的红外光谱和拉曼HQI高,提供一个确认和补充方面。这部小说的方法的好处是双重的:
- 生产力和易用性收益通过一个简单的一键光谱KnowItAll导出和装载®,容易显示搜索和数据分析师提供答案。
- 增加的准确性和信心在附带的数据用户可以实现红外+拉曼光谱,它既提供了补充和确认数据,即红外搜索结果证实了喇曼,反之亦然。
高价值的失效分析有O-PTIR和综合技术的应用程序
高分辨率故障设备的化学成像特性
展示在图7中,O-PTIR克服当前的红外光谱技术与相关的挑战一个例子描述未充满的黑暗疑似蠕变(UF)两个金属截面之间的表面(Zulkifli, 2022)。
图7。亚微米O-PTIR疑似蠕变试样的光谱和成像分析。图片来源:光热光谱分析光谱
O-PTIR技术,多个组件可以被分离和确定光谱方法。在这里,它是确定前三µm黑暗污染是一种环氧组件,这是通常的有机粘结剂成分未充满的材料。亚博网站下载3µm层底部似乎拥有大量的碳和羧化物;后者可能来源于氧化纤维素物质[Madorsky, 1958]。
这样前所未有的自然提供的细节调查见解定位的源头污染,原材料,或错误的过程。亚博网站下载相反,传统的傅立叶变换红外显微镜无法提供实用信息来自同一标本(Zulkifli, 2022)。
显著优势发现当使用O-PTIR这个测量样品制备使用标准chemo-mechanical抛光技术,表明显著节省时间在更复杂的技术,如耗时、费力聚焦离子束切片。
电容器的失效分析设备同时O-PTIR和拉曼
抛光截面电容与黑暗的有机金属多层结构样本类型的典型例子演示同步的主要好处O-PTIR和拉曼分析。
显示在图8中,一个典型的横截面的电解电容器(E-cap):薄,10µm层介电材料集中位于电极的金属套管和中心。有机材料吸收红外广泛和强烈,与深色的导电聚合物。因此,最小的红外线返回到红外探测器在红外光谱测量。
图8。横截面分析的有机介质电容器正常。图片来源:光热光谱分析光谱
这样的一个实验通常产生贫穷,嘈杂的傅立叶变换红外光谱结果与一些可以理解的光谱信息(Zulkifli, 2022)。测量红外频谱利用的ATR附件就会出现复杂的水平时达到足够的光学内反射元件之间的联系(愤怒)和坚硬的金属材料,也会损害愤怒。
O-PTIR技术可以从子应对这些挑战通过收购光谱测微计样本在非接触式测量反射光斑大小。transmission-like红外光谱带形状可以归因于较小的采样区域可见激光和本地化的传感探测的光照效果。
图8显示了强劲O-PTIR基线,证实了广泛的、强大的红外吸收黑暗介电层的性质。O-PTIR光谱展览空间解决光谱差异,延长红外吸收概要文件引发石墨碳的存在。
介质的化学是最一致的使用聚亚苯基衍生物(古河道,2002)。子千分尺O-PTIR同时拉曼收购有助于明确同时表征极性和非极性的物种在同一时间在同一地点。在这里,强拉曼转变为1574厘米1和1355厘米1结合石墨(Tunistra, 1970),验证相应O-PTIR光谱观察。
相反,破碎的化学签名E-cap截面相当不同于典型的标本。同时可以看出,存在稳定的光谱基线偏移在图9中,O-PTIR光谱带形状差别很大,和一个新的1100厘米1信号出现在几个标记的位置。
图9。横截面分析有机介质电容器失败(Zulkifli, 2022)。图片来源:光热光谱分析光谱
1100厘米-1带可能是由于聚乙二醇衍生物存在;这是一个已知的试剂为提高电解电容器的性能(熊,2012)。乐器的同时拉曼特性生成一个锋利的光谱特征符合PEDOT: PSS(张,2014年),可能的主要组件。
如果单独进行,识别未知的成分是具有挑战性的,如果不是不可能,但同时分析可以是一个非常有效的工具使用子O-PTIR和拉曼测微计相结合。横截面的粗糙的地形并不阻碍识别过程。
这些结果证明有机介电层的综合的方法从两个供应商有不同的化学成分和破裂的构成E-cap可能已经失败的一个原因。
O-PTIR深色的光敏感材料的测量亚博网站下载
确定杂质的化学成分在一个开放的电路组成最常见的一种,长期以来工业微电子失效分析中存在的问题。不幸的是,这些设备通常的层窄比微米大小的红外波长的衍射极限,推动传统傅立叶变换红外显微镜的分辨能力的限制。
拉曼显微镜可能是一个合适的替代光谱技术测量这些样品,但是样品的黑暗的颜色通常会导致过度加热和荧光,这反过来会导致样品损失。
减少激光功率降低热效应导致拉曼光谱的信噪比低于所需的水平还记录可用化学信息从测试面积和长时间测量。
样品燃烧或融化变成了一个更重要的风险,因为需要更强的样本照明实现高信噪比测量。拉曼散射光子每一百万年发生一次的事件,高信噪比测量要求强照明示例。
图10显示了样本,可以很容易地融化在典型的拉曼激光功率水平,破坏一个示例(安德森,2022)。标准的黑色样品——fig.10 (A)与拉曼测量会导致样品损坏,如图10所示(b)以及质量差拉曼光谱在图10 (c)展出。
图10。(a)一个黑暗的标本通常发生在微电子FA应用程序。(b)损害毫瓦特的深色样品拉曼权力范围所需的足够的信噪比。(c)拉曼光谱质量差作为示例布朗在毫瓦的功率。(d)高质量红外和搜索与商用数据库收集的数据(例如KnowItAll®)> 96% HQI使用adp和可见的力量用于微瓦特范围。图片来源:光热光谱分析光谱
即使在没有样本损坏发生在毫瓦的激光功率水平低,拉曼光谱是无用的,由于强烈的自体荧光基线照明时,会出现强烈的材料。亚博网站下载
使用一个雪崩光电二极管(adp)探测器收集O-PTIR数据本质上提高和地址从深色样品反射率低,粗糙的样本,同时确保高空间分辨率。如图11所示,adp展品高灵敏度探测激光照明水平远低于阈值较低的样品的激光损伤。
图11。光学图像和O-PTIR光谱获得蓝色标记位置的截面品牌C电解电容器;蓝色光谱用adp和红色标准光电二极管探测器。图片来源:光热光谱分析光谱
美国标准探测器相比,使用收益率提高信噪比数据,提供物质分异显著提高清晰度和信心。此外,此类样品的粗糙的地形并不阻碍收购高信噪比的红外吸收光谱在使用幻影O-PTIR adp探测器。
快速识别感兴趣的区域使用共存荧光和O-PTIR
O-PTIR技术已被证明成功地建立复杂样品的化学特性,以前没有可能与传统红外显微镜提供了有限的空间分辨率和灵敏度。拉曼显微镜的非接触作战性质通常是受到强烈的自体荧光(AF)和可怜的光谱灵敏度在几个材料固有的礼物。亚博网站下载
快速和高效的数据采集是非常重要的在一个快节奏的测试设备和高吞吐量。海市蜃楼的brightfield或光学相机工具生成一个高质量的图像,用户可以随时可见突出区域为后续OPTIR在高速测量。然而,有时可见图像的对比可能不够当报警或指导用户的已知或未知的缺陷所在。
正如前面演示的,空间构图可以复杂;这将是有益的,节省时间的本地化和物种分化感兴趣的区域(ROI)之前收集第一O-PTIR和同时拉曼光谱或图像。
荧光(FL)图像可以获得令人兴奋的感兴趣的区域(ROI)不同可见光波和识别长波长的辐射放射。荧光成像技术在材料科学应用程序中使用了很长时间。亚博老虎机网登录
特定分子的激发和发射波长是直接关系到其固有的电子态,但不会影响O-PTIR数据采集(秦,2020;陈,2022)。由于,宽视野FL图像可以先制定收购前的ROI空间由亚微米O-PTIR解决化学信息。
图12展示了一个创新的应用荧光成像技术对确定焊点周围的黑暗的ROI,这意味着它不能与一个铝垫。
brightfield (BF)图像显示在图12(一个)显示了用户可以定位填充不足的金属表面,但它是不可能确定任何化学变化在附近的有机物质。当相同的ROI是照亮分别使用497 nm, 578 nm和628 nm励磁线,如图12所示(b),相对FL强度在ROI可以快速记录。
FL图像覆盖在图12 (b)显示了各种化学对比的ROI区域,容易获取O-PTIR光谱提供位置。不能分辨这些位置仅在男朋友的图像,如图12所示(一个)。可以看出,未充满的化学污染附近的差距相比非常不同。
强度的变化是值得注意的,表明目标收购O-PTIR光谱位置。FL图像的效用可以对应于一个O-PTIR图像1732厘米1,如图12所示(c)。
图12。Fluorescence-guided O-PTIR不润湿的横截面分析焊点由于有机质的存在铝垫;插图:brightfield图像(一);插图B:图像后覆盖单个荧光图像激发波长497 nm(蓝色),578 nm(绿色)和628海里(红色);在1732 cm - 1嵌入C: O-PTIR拍摄;所有的数据都是用APD车辆检测器。图片来源:光热光谱分析光谱
广泛吸收约1680厘米1结合warm-colored标记,按照羧化物。增加吸收基线出现从无序碳(瞧,2021)。
在更遥远的紫色带图12 (b),灰色的标志象征着正常光谱符合silica-enriched环氧填充不足。紫色的光谱接近焊点区域内,比体积填充不足,反倒在FL形象,这非常符合O-PTIR图像由于存在更大的红外吸收的碳。
此外,最亮的FL地区走出聚酰亚胺焊料抵抗,这是支持高质量O-PTIR光谱按照聚酰亚胺(蓝色)。再一次,可以使多通道mIRage-LS O-PTIR仪器与共存FL与黑暗和彩色的污染远远低于可见激光损伤阈值,通常小于0.1 mW。一个敏感的雪崩光电二极管(adp)探测器可以很容易地实现高光谱信噪比。
结论
O-PTIR上海市蜃楼和mIRage-LS平台是一个创新的技术,可以规避很多限制在使用传统的红外光谱显微术和光谱技术,包括其亚微米红外空间化学决议,允许扩展使用红外严重故障分析等应用。
O-PTIR使更快time-to-data比传统IR和可以在反射模式没有散射函数工件样品制备要求零个或几乎为零。adp检测与O-PTIR绕过现有的拉曼光谱技术中的一种重要的限制有彩色和黑色样品,通常燃烧或生成低信噪比数据。
O-PTIR收购一个美国探测器探测光束力量的微瓦特政权使亚微米分辨率光谱数据的收集,收集通常是不可能的。
O-PTIR也可以搭配喇曼光谱学提供同步拉曼和红外成像和光谱测量的位置。
提供免费和确认结果,显著而加速时间数据。未知数ID在足总进一步提高搭配同时红外和拉曼光谱寻找更精确的识别。
此外,随着mIRage-LS平台,O-PTIR可以与荧光显微镜对增强可视化配置特定的污染物与O-PTIR额外的化学分析。
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