МЕТОД ТЕСТИРОВАНИЯ ИМС УЛЬТРАЗВУКОВЫМ ЛАЗЕРОМ

С учетом текущей тенденции в отношении размеров корпуса, размеры будущих корпусов интегральных микросхем (ИМС) будут порядка нескольких нанометров. При более плотных конфигурациях не будет прямого доступа к компонентам корпуса ИМС. Принимая во внимание размеры и ограниченный доступ к интересующим компонентам, большинство современных методов тестирования часто не отвечают данным требованиям. Следовательно, будущие методы неразрушающего тестирования должны обеспечивать бесконтактный контроль, лучшее пространственное разрешение в субмикронном или нанометровом порядке, и возможность быть частью встроенных систем тестирования с умеренным временем контроля.

Среди новых передовых технологий оптические сверхбыстрые лазеры недавно продемонстрировали значительные возможности для неразрушающего контроля корпуса ИМС, такие как разрешение в субмикронах (нм), умеренным временем проверки (в пределах нескольких минут), с возможностью быть частью встроенных систем тестирования, чтобы обнаруживать подповерхностные дефекты. Акустическая длина волны ультрабыстрых оптических лазеров делает их привлекательными с точки зрения хорошей разрешающей способностью.

Сверхбыстрые лазеры используют импульсные лазеры с чрезвычайно короткими временными интервалами (обычно <1 пс). Когда такой оптический импульс, известный как импульс накачки, попадает на поверхность непрозрачного твердого тела, часть оптической энергии поглощается образцом и преобразуется в тепло. Нагревание затем приводит к тепловому напряжению, которое вызывает деформационную волну, распространяющуюся в определенных направлениях в зависимости от угла падения лазера. Второй ультракороткий импульс, называемый «зондом», может обнаружить отражение акустического импульса. Отражательную способность / изменение фазы можно измерить, отрегулировав временную задержку между импульсами накачки и зонда в оптической линии задержки без необходимости использования сверхбыстрого фотоприемника. Неоднородность (или граница раздела между различными слоями материала) под поверхностью, обычно на глубине от нм до мкм, может привести к отражению обратно на поверхность.

Когда размер оптического пятна (обычно несколько микрон) намного больше, чем глубина оптического поглощения (например, 10–50 нм), генерируемый акустический импульс может быть точно смоделирован как суперпозиция продольных плоских волн, распространяющихся по нормали к поверхности. Акустические частоты обычно находятся в диапазоне 10–1000 ГГц. Из-за короткой акустической длины волны (в диапазоне нанометров) сверхбыстрый оптический лазерный ультразвук является многообещающим методом для исследования тонких пленок и наноструктур. Подповерхностные структуры или неоднородные области, обычно расположенные на расстоянии менее 1 нм от поверхности, могут отражать акустический импульс обратно на поверхность. Импульсы насоса и зонда генерируются из генератора Ti: сапфира. Длина волны, частота повторения и длительность импульса лазера составляют 800 нм, 79,4 МГц и длительность 0,1 пс, соответственно. Лазер с падающей накачкой фокусируется на одной стороне образца, а лазер-зонд направляется через интерферометр. Одна половина луча фокусируется на образце, а другая половина отражается на зеркале на пьезоактюаторе (PZT) для стабилизации интерферометра. Фотодиоды регистрируют изменения отражательной способности из-за смещений поверхности. Полуволновая пластина и четвертьволновая пластина являются оптическими устройствами, которые изменяют состояние поляризации лазерных лучей.

Пикосекундные и фемтосекундные лазеры были успешно применены для определения характеристик материала, таких как исследование акустических характеристик на наноуровне, акустическое изображение в тонких пленках и микроструктуры на непрозрачных подложках, измерение свойств материала тонкой пленки, измерение активности переключения (изменения значений сигнала) и неразрушающий контроль микрометрических алмазных пленок. Длительность лазерного импульса может быть настроена для получения акустической длины волны всего 5 нм и предоставления объемной информации о структуре, в которой они перемещаются. Сверхбыстрые оптические лазерные ультразвуки могут генерировать и определять ультразвуковые волны с гигагерц-терагерцовыми частотами, используя ультракороткие световые импульсы и очень высокие частота повторения импульса возбуждения. Этот метод может быть применен к характеристикам материала, неразрушающей оценке, которые требуют пространственного разрешения в нанометрах.

Визуализация и обработка сигналов в режиме реального времени может сократить время проверки корпусов ИМС. В случае оптических лазеров с накачкой в режиме реального времени формируется изображение ультразвуковых волн, генерируемых сверхбыстрыми оптическими лазерами, создается изображение для ультразвуковых волн, включая сбор данных и анализ, что занимает всего от 4 до 22 минут в зависимости от количества пикселей на изображении.

Список литературы:

1. An Overview of Non-Destructive Testing Methods for Integrated Circuit Packaging Inspection [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6068802/ (дата обращения: 18.12.19).