随着半导体器件特征尺寸持续微缩和三维堆叠结构的广泛应用，传统检测技术面临显著挑战。近红外显微镜（NIR Microscopy）作为一种无损检测技术，凭借其穿透成像特性，在半导体领域获得日益广泛的应用。本文系统阐述近红外显微镜的工作原理与穿透观测能力，并与X射线检测、超声扫描显微镜（SAM）进行综合对比，为半导体行业质量控制和失效分析提供技术参考。 

卡斯图MIR400

一、近红外显微镜的穿透观测能力——以卡斯图MIR400为例 

1. 工作原理 

MIR400采用700-2500nm波段近红外光作为光源，具有以下技术特性： 

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

- 分辨率优势：介于光学显微镜与X射线检测之间（0.5-1μm级） 

- 安全性：非电离辐射，无样品损伤风险 

2. 穿透观测特性 

多层结构可视化： 

- 清晰呈现芯片内部金属互连层、硅通孔（TSV）及焊点结构 

- 支持3D堆叠芯片的逐层非破坏性检测 

动态监测能力： 

- 实时观测器件工作状态下的内部动态现象 

- 捕捉电流分布异常、热点形成等失效过程 

三维重构技术： 

- 基于焦点堆栈算法实现三维成像 

- 无需物理切片即可获取内部结构空间信息 

材料鉴别功能： 

- 通过特征光谱区分硅、金属、介质等材料 

3. 典型应用场景 

- 3D IC/TSV结构质量检测 

- 倒装芯片焊点完整性评估 

- 晶圆级封装（WLP）缺陷筛查 

- 短路/断路故障定位 

- 器件热分布特性分析 

二、三种检测技术的对比分析 

1.  技术原理比较

 2. 性能参数对比

3. 技术优势与局限 

近红外显微镜 

✓ 优势： 

- 硅基材料专属穿透能力 

- 支持动态观测的技术 

- 设备集成度高，运维成本低 

✕ 局限： 

- 对非硅材料穿透能力有限 

- 深层缺陷检出率低于X射线 

X射线检测 

✓ 优势： 

- 全材料通用穿透能力 

- 纳米级超高分辨率 

✕ 局限： 

- 设备投资高昂（超千万元级） 

- 存在辐射管理要求 

超声扫描显微镜 

✓ 优势： 

- 界面缺陷检测灵敏度高 

- 可量化材料机械性能 

✕ 局限： 

- 需水浸耦合影响部分样品 

- 微米级分辨率限制 

三、半导体行业应用选型指南 

优先选择近红外显微镜的场景 

- 硅基器件内部结构快速检测 

- 3D IC/TSV工艺开发与质控 

- 动态失效机理研究 

- 辐射明显样品（如生物芯片） 

优先选择X射线的场景 

- 2.5D/3D封装全三维结构解析 

- 纳米级缺陷准确确表征 

- 非硅材料（如化合物半导体）检测 

优先选择SAM的场景 

- 封装界面分层分析 

- 材料弹性模量测量 

- 塑封器件内部空洞检测 

四、技术发展趋势 

1. 多模态融合：NIR+X射线+SAM联用系统开发 

2. 分辨率突破：近红外超分辨光学技术应用 

3. 智能分析：基于深度学习的缺陷自动分类 

4. 系统集成：与电性测试、热成像联机检测 

5. 高速成像：毫秒级动态捕捉技术 

（更多技术参数请参见本站MIR系列产品技术文档） 

结论 

近红外显微镜在半导体检测领域建立了应用生态，与X射线、SAM技术形成优势互补。随着异构集成技术的发展，MIR400等近红外系统将通过持续的技术迭代，在半导体制造与封装检测中发挥更核心的作用。建议用户根据实际检测需求（分辨率/穿透深度/材料类型）选择技术方案，必要时采用多技术协同检测策略以实现分析效果。