隨著半導體器件特征尺寸持續微縮和三維堆疊結構的廣泛應用，傳統檢測技術面臨顯著挑戰。近紅外顯微鏡（NIR Microscopy）作為一種無損檢測技術，憑借其穿透成像特性，在半導體領域獲得日益廣泛的應用。本文系統闡述近紅外顯微鏡的工作原理與穿透觀測能力，并與X射線檢測、超聲掃描顯微鏡（SAM）進行綜合對比，為半導體行業質量控制和失效分析提供技術參考。

卡斯圖MIR400

一、近紅外顯微鏡的穿透觀測能力——以卡斯圖MIR400為例 

1. 工作原理 

MIR400采用700-2500nm波段近紅外光作為光源，具有以下技術特性： 

- 硅材料穿透性：1100nm以上波段可穿透硅基材料（硅晶圓穿透厚度達700μm） 

- 分辨率優勢：介于光學顯微鏡與X射線檢測之間（0.5-1μm級） 

- 安全性：非電離輻射，無樣品損傷風險 

2. 穿透觀測特性 

多層結構可視化： 

- 清晰呈現芯片內部金屬互連層、硅通孔（TSV）及焊點結構 

- 支持3D堆疊芯片的逐層非破壞性檢測 

動態監測能力： 

- 實時觀測器件工作狀態下的內部動態現象 

- 捕捉電流分布異常、熱點形成等失效過程 

三維重構技術： 

- 基于焦點堆棧算法實現三維成像 

- 無需物理切片即可獲取內部結構空間信息 

材料鑒別功能： 

- 通過特征光譜區分硅、金屬、介質等材料 

3. 典型應用場景 

- 3D IC/TSV結構質量檢測 

- 倒裝芯片焊點完整性評估 

- 晶圓級封裝（WLP）缺陷篩查 

- 短路/斷路故障定位 

- 器件熱分布特性分析 

二、三種檢測技術的對比分析 

1.  技術原理比較

2. 性能參數對比

3. 技術優勢與局限 

近紅外顯微鏡 

? 優勢： 

- 硅基材料專屬穿透能力 

- 支持動態觀測的技術 

- 設備集成度高，運維成本低 

? 局限： 

- 對非硅材料穿透能力有限 

- 深層缺陷檢出率低于X射線 

X射線檢測 

? 優勢： 

- 全材料通用穿透能力 

- 納米級超高分辨率 

? 局限： 

- 設備投資高昂（超千萬元級） 

- 存在輻射管理要求 

超聲掃描顯微鏡 

? 優勢： 

- 界面缺陷檢測靈敏度高 

- 可量化材料機械性能 

? 局限： 

- 需水浸耦合影響部分樣品 

- 微米級分辨率限制 

三、半導體行業應用選型指南 

優先選擇近紅外顯微鏡的場景 

- 硅基器件內部結構快速檢測 

- 3D IC/TSV工藝開發與質控 

- 動態失效機理研究 

- 輻射明顯樣品（如生物芯片） 

優先選擇X射線的場景 

- 2.5D/3D封裝全三維結構解析 

- 納米級缺陷準確確表征 

- 非硅材料（如化合物半導體）檢測 

優先選擇SAM的場景 

- 封裝界面分層分析 

- 材料彈性模量測量 

- 塑封器件內部空洞檢測 

四、技術發展趨勢 

1. 多模態融合：NIR+X射線+SAM聯用系統開發 

2. 分辨率突破：近紅外超分辨光學技術應用 

3. 智能分析：基于深度學習的缺陷自動分類 

4. 系統集成：與電性測試、熱成像聯機檢測 

5. 高速成像：毫秒級動態捕捉技術 

（更多技術參數請參見本站MIR系列產品技術文檔） 

結論 

近紅外顯微鏡在半導體檢測領域建立了應用生態，與X射線、SAM技術形成優勢互補。隨著異構集成技術的發展，MIR400等近紅外系統將通過持續的技術迭代，在半導體制造與封裝檢測中發揮更核心的作用。建議用戶根據實際檢測需求（分辨率/穿透深度/材料類型）選擇技術方案，必要時采用多技術協同檢測策略以實現分析效果。