[发明专利]可见光热反射测温装置

说明书

本发明公开了可见光热反射测温装置，包括照明光路，用于为待测样品提供照明脉冲信号；样品激励模块，用于为所述待测样品施加激励脉冲信号；成像模块，用于捕获所述待测样品反射的照明脉冲反射信号，获取所述待测样品在所述激励脉冲信号的激励下的热过程图像；其中，所述成像模块在同一曝光周期内捕获多个激励脉冲信号的同一相位对应的所述照明脉冲反射信号；所述成像模块在不同曝光周期捕获的所述照明脉冲反射信号对应的所述激励脉冲信号的相位不同。本发明实施例通过可见光热反射测温装置可以实现半导体器件的热过程图像，并通过减少预设时长，减少照明脉冲信号与激励脉冲信号的预设相位差，提升热成像过程的时间精度，大幅提升了时间分辨率。

技术领域

本发明涉及显微成像技术领域，具体涉及到可见光热反射测温装置。

背景技术

在半导体器件领域中，首先，由于微纳加工技术的不断突破，使得单位面积晶体管数量越来越多，目前已达到数十亿个/平方厘米，而且电子器件的工作频率越来越高，目前已到GHz；其次，由于半导体器件在工作过程中频繁的开关动作，会造成发热现象，导致器件内部的温度上升，而温度是半导体集成电路至关重要的参数，是分析元件可靠性、研究元件故障机理的重要依据，因此需要高时空分辨率的热分布测量技术。

然而常用的测温方法有光学方法、电学参数法和物理接触法三类。相对于只能测量平均温度或单点温度的电学参数法和物理接触法，光学方法具有明显的时空分辨率优势。微尺度下的光学测量方法需要借助显微成像测温技术，目前广泛采用的显微成像技术有红外热成像测温技术、拉曼光谱显微成像测温技术、可见光热反射测温技术等。拉曼光谱显微成像测温技术基于拉曼散热效应，通过单色光照射到物质上，光子与物质分子发生非弹性碰撞造成拉曼散射，在热平衡的条件下，通过测量同一散射带的斯托克斯散热量和反斯托克斯散热量的强度来计算器件温度，该测量方法具备微米级空间分辨率，温度分辨率可以达到1K～2K。红外热成像测温技术基于红外辐射的普朗克定律，得到被测对象的红外辐射能量分布，进一步获得与物体表面的热分布场相对应的红外热像图，该技术具备微米级的空间分辨率以及毫秒级的时间分辨率。相比之下，基于可见光热反射的测温技术具有更高的空间分辨率和时间分辨率，在微尺度热分布测量中具有显著优势。为了获得高频工作状态下半导体器件的表面温度变化过程和温度分布，可以采用可见光热反射测温装置对工作中的半导体器件进行成像测温。

在对半导体器件进行一次完整瞬态热过程测量前，假设热反射率已知，需要对室温下未被施加激励的被测样品进行成像，获取初始状态图像，并记录室温t₀，便可开始正式测量。首先，对被测样品(Device Under Test，英文缩写DUT)施加激励，随后对照明光源施加照明所需的脉冲信号，此信号周期与被测样品的激励信号周期相同且相位同步，即每个周期内的高电平位置应该与被测样品激励信号零相位位置同步，这样就可以得到被测样品在零相位时的热图像。

目前现有技术中广泛采用的延时方法如图1所示，该控制方法要求CCD相机在一个热过程中针对每个照明信号进行一次曝光，并通过对激励脉冲信号相对照明信号进行延时t₁，然后逐一进行延迟t₂、t₃...t_n，直到覆盖整个热过程，从而获得被测样品完整的瞬态热过程的图像。因为拍摄时间分辨率足够高的图像需要照明光源的脉冲宽度在微秒甚至纳秒级别，还需要让成像系统中CCD相机的曝光时间与照明光源的脉宽或亮度相适应，所以对设备的要求很高，但是现有技术一般难以达到，因此限制了时间分辨率的提升。

发明内容

为了提高获得高频工作状态下半导体器件的表面温度变化过程和温度分布的时间分辨率，本发明实施例提出了可见光反射测温装置。