红外透射（IR）图像检测系统是最常用的空洞检测系统，可以广泛应用于预键合后和高温退火后空洞的检测，也可以用来观察预键合过程中键合波的扩展情况，改进预键合和高温退火工艺。红外透射（IR）图像系统主要是由红外光源、红外摄像头、图像处理软件和电脑组成，原理图如图2.11所示。由红外光源发出红外光，透射通过键合硅片的红外光由红外摄像头接收，并且把接收到的红外光信号转化为电信号传输到电脑，经过电脑的图像处理软件处理，最后的硅片IR图像显示在电脑的显示器上。
图2.11 红外透射（IR）原理图
红外透射（IR）图像检测系统利用硅片对入射的红外光透明的原理。如果入射光子的能量，hν ( h：普朗克常量=6.62617×10-34J-s；ν：是光的频率)等于或大于材料的禁带宽度Eg，光子能量能够使材料的共价键断裂产生电子-空穴对，因此光子几乎完全并吸收。所以要求入射光的频率ν和波长要满足...
其中c是光速。室温下硅片的禁带宽度Eg =1.12eV，根据方程（2.30），波长小于1.10µm的光能够透过硅片，其处于电磁能谱的红外波段。对于其他常用的键合材料，表2.1给出了光能够透过材料的各自最小波长λmin。
若键合硅片的界面没有空洞，红外光能够通过，则在显示器上显示出白区；若界面有空洞，则红外线通过空洞时将产生干涉现象，使强度变弱，小的空洞会在显示器上一个阴影区，大的空洞会显示出干涉条纹。图2.12 给出了一个红外图像，可以清晰看到空洞的产生的圆形环状干涉条纹。图2.13 给出了一个空洞中红外干涉条纹的示意图，可以根究干涉条纹的条数确定空洞的高度。
表2.1 光能够透过材料的各自的最小波长λmin
| 材料 | Eg (eV) | λ(µm) |
| Si GaAs InP Ge α-SiC(3C-SiC) β-SiC(3C-SiC) GaN AlN SiO2(晶体) ZnS C(金刚石) | 1.12 1.43 1.35 0.67 2.2 2.93 3.4 6.2 8 3.6 5.48 | 1.10 0.86 0.91 1.84 0.56 0.42 0.36 0.20 0.15 0.34 0.22 |
图 2.13 空洞中红外光的干涉条纹
产生暗条纹时，应满足：
这里，n为空洞里面的介质的折射率，H为空洞的厚度，m为暗条纹的条数，λ为红外光的波长。其中n、m、λ都是已知的，可以得到：
假设气泡是空气并且折射系数n=1.0，气泡的高度H可以有干涉条纹数m来估计，由于m最小为0，所以红外系统测量到的空洞间隙要大于λ/4红外线波长，对于λ=1.10µm的红外光，对应的最小可测量高度为0.275µm。可测量到的空洞的横向尺寸取决于摄像头的最高分辨率。一般直径大于1mm的空洞可以测量到。微空洞（直径在0.05~1mm）通常是由于硅片在键合前表面可能吸附的各种化学物质、微粒、气体等造成，这些微空洞通常难以用红外法直接测量，常用分辨率更高的x射线拓扑测量（XRT）或反射超声波图像。
红外透射（IR）图像检测系统对硅片的杂质浓度也有一定的要求，当杂质浓度很高时，红外光的波长λ>λmin也不能透射通过硅片，这是由于高浓度的自由载流子的吸收效应，这也是红外光不能透过金属薄板的原因。根据文献[23]知，吸收系数α正比于自由载流子的浓度n和入射光的波长的平方λ2
实验证明，对于n型硅片，电阻率大于0.004Ω·cm，对于p型硅片，电阻率大于0.02Ω·cm的硅片红外系统都适用。当硅片的电阻率小于这个极限，就只能用其它检测方法。
