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光学显微镜在失效分析中的应用
查看:  发稿日期:2020-01-19 16:04
  失效分析过程中,样品形貌主要通过光学显微镜观察和记录,光学显微镜可以提供几倍到上千倍的放大倍数,另外光学显微镜对半导体的某些多层结构具有透明性,比如二氧化硅钝化层。光学显微镜要求样品是固体,在高倍观测时由于景深的限制,要求样品表面要平坦。
  应用显微镜一般是先通过低倍显微镜观察整体形貌和缺陷,然后用高倍显微镜进一步确认缺陷,比如裂纹,断裂,沾污,变形等异常,常用的显微镜观测方式有明场,暗场,干涉照明,偏振光,荧光显微镜等。
  明场照明:
  光学显微镜明场照明的图像是由反射光形成的,光源的入射光垂直射向样品表面,从样品表面反射后重新进入物镜,大部分的反射光线会返回,因而照明强度大,适用于表面平整的样品,明场观测到的发暗的或者不清晰的区域可能是由于表面不平所致。
  暗场照明:
  入射光是以一定的角度发出的,这样就可以使一些从侧面或者不平的表面反射的光被光路系统接收,因而可以观测到明场看不到的一些微观形貌,能得到比较理想的图像,即暗场照明是通过接收倾斜光和阻隔入射光来提供反差,对一些精细特征如空洞,裂缝和分层等进行检查时比较有效。
  偏振光:
  偏振光照明是利用偏振器将入射光变为平面偏振光提供反差,偏振光将所有与分析仪不平行的光滤掉,此方法能提供各相异性金属和相位的微观结构反差。另外在失效分析中用的较多的是液晶热点探测(LCT), 起偏器滤掉没有极化的入射光,把极化的偏振光入射到样品表面,将检偏器进行转动直到达到理想的对比度,找到液晶温度异常点,即发暗的区域。
  微分干涉照明(DIC):
  微分干涉相衬显微术,原理是将来自均匀的光源的光束分裂,一束光用作参考,另一束光则由样品改变,然后组合成样品的完整图形,这个过程对图形的微小变化及其敏感,尤其在较高的放大倍数下更明显,它可以使样品表面很细微的细节变得非常明显,很多明场无法观测到的细节得以观测,比如存在凸凹结构的表面,利用差动干涉成像很有效。
  荧光显微镜:
  紫外荧光显微镜是用短波长的紫外光激发出荧光来进行观察的显微镜。某些标本在可见光中觉察不到结构细节,但样品经过荧光染料染色处理,以汞灯光源照射,荧光物质当被短光波的紫外线照射时则发出可见光线,形成可见的图像,有机材料一般激发出绿色光,可以对样品表面的污染物进行检测。在塑封半导体器件的分析中,常用于检查水汽通过封装材料二进入内部的渗入路径,方法是先进行荧光剂的灌封,之后进行断面抛光,然后放在荧光显微镜下进行观察,染料进入的区域即存在分层,开裂,空洞等缺陷。
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