[論文レビュー] CCD Thermoreflectance Thermography System: Methodology and Experimental Validation

Pavel L. Komarov, Mihai Burzo+1 more|ArXiv.org|Sep 12, 2007

Thermography and Photoacoustic Techniques参考文献 19被引用数 10

ひとこと要約

本論文では、微小電子デバイスの表面温度場を0.2 µmまで達するサブミクロン空間分解能（最大512×512データポイント）で測定可能なCCD熱反射率熱画像法を提案する。反射率の変化を絶対温度にキャリブレーションすることにより、高精度な熱マッピングが実現され、レーザー法および電気抵抗測定法と優れた一致を示す。

ABSTRACT

This work introduces a thermoreflectance-based system designed to measure the surface temperature field of activated microelectronic devices at submicron spatial resolution with either a laser or a CCD camera. The article describes the system, outlines the measurement methodology, and presents validation results. The thermo-reflectance thermography (TRTG) system is capable of acquiring device surface temperature fields at up to 512x512 points with 0.2 $μ$m resolution. The setup and measurement methodology are presented, along with details of the calibration process required to convert changes in measured surface reflectivity to absolute temperatures. To demonstrate the system's capabilities, standard gold micro-resistors are activated and their surface temperature fields are measured. The results of the CCD camera and our existing laser-based measurement approaches are compared and found to be in very good agreement. Finally, the system is validated by comparing the temperatures obtained with the TRTG method with those obtained from electrical resistance measurements.

研究の動機と目的

• 微小電子デバイス向けに高分解能で非接触の熱画像化システムを開発すること。
• 熱反射率の原理を用いて、表面温度マッピングにおけるサブミクロン空間分解能を実現すること。
• 反射率の変化を絶対温度にキャリブレーションし、定量的熱解析を可能とすること。
• 既存のレーザー法に基づく熱反射率測定法および電気抵抗測定法と照合して、CCDベースのシステムの妥当性を検証すること。
• 動作中の標準的な金マイクロ抵抗素子上でのシステムの能力を実証すること。

提案手法

• 本システムは、微小電子デバイス内の温度変化によって誘発される表面反射率の変化をCCDカメラで捉える。
• 熱反射率は、金属表面（特に金）の反射率が温度に依存することに基づくものであり、これにより熱センサーとして機能する。
• キャリブレーション手順により、既知の熱的基準を用いて測定された反射率の変化を絶対温度値に変換する。
• 本装置は、0.2 µmピクセルサイズで512×511の空間分解能を実現し、詳細な熱マッピングが可能である。
• 本手法は、電気的に駆動された金マイクロ抵抗素子に適用され、温度場マップの生成が行われた。
• 結果は、正確性を確認するため、レーザー法に基づく熱反射率測定および電気抵抗測定と照合された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CCDベースの熱反射率システムは、微小電子デバイスの熱画像化においてサブミクロン空間分解能を達成できるか？
• RQ2 キャリブレーションにより、反射率の変化を絶対温度値にどれほど正確に変換できるか？
• RQ3 CCDベースのシステムの性能は、既存のレーザー法に基づく熱反射率法と比べてどの程度か？
• RQ4 測定された温度場は、電気抵抗法による温度読み取り値とどの程度相関しているか？
• RQ5 本システムは、高い空間分解能および熱的分解能を備えて、動作中のマイクロ抵抗素子の熱分布を信頼性高くマッピングできるか？

主な発見

• CCD熱反射率システムは、0.2 µmの空間分解能を達成し、微小電子デバイスの詳細な熱マッピングが可能となった。
• 最大512×512ポイントの温度場が測定され、デバイス表面全体にわたる高分解能の熱データが得られた。
• CCDベースの測定結果は、既存のレーザー法に基づく熱反射率システムの測定結果と優れた一致を示した。
• システムの温度キャリブレーションにより、反射率の変化を絶対温度値に正確に変換できるようになった。
• 電気抵抗測定法との照合により、熱反射率熱画像法の結果の信頼性と正確性が確認された。