[논문 리뷰] CCD Thermoreflectance Thermography System: Methodology and Experimental Validation

Pavel L. Komarov, Mihai Burzo외 1명|ArXiv.org|2007. 09. 12.

Thermography and Photoacoustic Techniques참고 문헌 19인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 표면 온도 분포를 마이크로전자소자에서 0.2 µm까지의 해상도를 갖는 서브미크론 수준(최대 512×512 데이터 포인트)으로 측정할 수 있는 CCD 열반사율 열화상 시스템을 제시한다. 반사율 변화를 절대 온도로 校정함으로써 고정밀 열지도를 구현하였으며, 레이저 기반 방법과 전기 저항 측정 결과와의 뛰어난 일치도를 통해 검증되었다.

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.

연구 동기 및 목표

• 마이크로전자소자에 대한 고해상도, 비접촉식 열영상 측정 시스템을 개발하기 위해.
• 열반사율 원리를 활용하여 표면 온도 맵핑에서 서브미크론 수준의 공간 해상도를 달성하기 위해.
• 반사율 변화를 절대 온도로 校정하여 정량적 열분석을 가능하게 하기 위해.
• 기존의 레이저 기반 열반사율 측정 및 전기 저항 측정 방법과의 비교를 통해 CCD 기반 시스템의 정확성을 검증하기 위해.
• 작동 중인 표준 금 마이크로 저항체에서 시스템의 능력을 입증하기 위해.

제안 방법

• 시스템은 마이크로전자소자의 온도 변화에 의해 유도된 표면 반사율 변화를 촬영하기 위해 CCD 카메라를 사용한다.
• 열반사율은 금과 같은 금속 표면의 온도에 따른 반사율 변화에 기반하며, 특히 금은 열센서로 기능한다.
• 교정 절차를 통해 알려진 열기준을 사용하여 측정된 반사율 변화를 절대 온도 값으로 변환한다.
• 이 설정은 0.2 µm 픽셀 크기로 512×511의 공간 해상도를 제공하여 세밀한 열지도를 가능하게 한다.
• 이 방법은 전기적으로 활성화된 금 마이크로 저항체에 적용되어 온도 분포 맵을 생성한다.
• 정확도를 확보하기 위해 결과는 레이저 기반 열반사율 측정 및 전기 저항 측정을 통해 상호 검증된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CCD 기반 열반사율 시스템은 마이크로전자소자의 열영상 촬영에서 서브미크론 수준의 공간 해상도를 달성할 수 있는가?
• RQ2 교정을 통해 반사율 변화를 절대 온도 값으로 얼마나 정확하게 변환할 수 있는가?
• RQ3 CCD 기반 시스템의 성능은 기존의 레이저 기반 열반사율 방법과 비교하여 어떻게 다른가?
• RQ4 측정된 온도 분포가 전기 저항 기반 온도 읽기와 얼마나 일치하는가?
• RQ5 이 시스템은 고해상도의 공간 및 열 해상도를 갖추고 활성 마이크로 저항체의 열분포를 신뢰성 있게 맵핑할 수 있는가?

주요 결과

• CCD 열반사율 시스템은 0.2 µm의 해상도를 달성하여 마이크로전자소자의 세밀한 열지도를 가능하게 하였다.
• 최대 512×512개의 온도 분포 데이터 포인트를 측정하여 소자의 표면 전반에 걸친 고해상도 열 데이터를 제공하였다.
• CCD 기반 측정 결과는 기존의 레이저 기반 열반사율 시스템 측정 결과와 뛰어난 일치도를 보였다.
• 시스템의 온도 교정을 통해 반사율 변화를 절대 온도 값으로 정확하게 변환할 수 있었다.
• 전기 저항 측정 결과와의 검증을 통해 열반사율 열화상법 결과의 신뢰성과 정확도가 확인되었다.