PHEMOS -1000エミッション顕微鏡 C11222-16

フ ィ ー モ ス Ｒ

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PHEMOS-1000Emission microscope

PHEMOS-1000は、半導体デバイスの故障に起因する発光・発熱などを

とらえて故障個所を特定する高解像度エミッション顕微鏡です。汎用プロー

バと組み合わせて解析することが可能なため、使い慣れたサンプルセッティ

ングのまま各種解析が可能です。レーザスキャンシステムのオプション搭載

により、高解像度なパターン像の取得が可能です。また、発光解析や発熱解

析、IR-OBIRCH解析など、様々な解析手法に対応した複数の検出器を選択

することができます。ソケットボードから大型の300 mmウェーハプローバ

まで多彩な用途にバランスよく対応します。

スーパーインポーズ・コントラストエンハンスメント機能　PHEMOS-1000では、スーパーインポーズ機能により、高解像度のパターン像に検出した信号像を重ね合わせて表示し、容易に検出箇所の部位を特定することができます。また、コントラストエンハンスメント機能により、低コントラスト像を明確な画像に改善することが可能です。

表示機能・アノテーション　コメント、矢印、その他の表示を画像上の任意の位置に表示します。・スケール表示　画像上にスケール幅を線分で表示します。・グリッド表示　画像上に縦横方向に等間隔のグリッド線を表示します。・サムネイル表示　サムネイル化した画像を蓄積保存することができ、また元の画像に　再生することが可能です。・マルチ画面表示　4画面にパターン像、発光像、スーパーインポーズ像及び参照画像　を一度に表示できます。

超高感度カメラを２台搭載可能

最大３波長までのレーザ及びEOP用プローブ光源を搭載可能

様々なサンプルへの対応が可能な光学ステージを搭載

基本表示機能

特長

●

●

●

パターン像 発光像

スーパーインポーズ像

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

・光学ステージの可働範囲XYZ

±20 mm±20 mm＋75 mm

オプション機能

発光解析と発熱解析、または可視光と近赤外光といった異なる検出波長域をカバーすることでサンプルや不良モードに合わせた解析技術を選択できます。

レーザスキャンシステム搭載

高感度近赤外カメラによる発光解析

高感度中赤外カメラによる発熱解析

IR-OBIRCH解析

レーザ照射ダイナミック解析

EOプロービング解析

NanoLensによる高解像度・高感度解析

FA-Navigationとの接続

CADナビゲーションとの接続

LSIテスターとの接続※使用するプローバ及びサンプルステージとの干渉、NanoLensの追加により　この値より小さくなることがあります。

マルチ画面表示例

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Emission microscope

PHEMOS-1000　レーザ/近赤外検出器

　半導体デバイスの微細化に伴う低電圧化は、発光強度の低下を招くと共に長波長化を引き起こすため、900 nm以上の近赤外域に高い感度を持つ検出器が必要不可欠です。C8250シリーズは、近赤外波長域で高い感度を有し、低電圧駆動ICでの検出や裏面からの微弱発光解析に高い検出能力を発揮します。

　SI-CCDカメラは、エミッション顕微鏡用に開発されたSI-CCDカメラ（Si Intensified CCD Camera)です。信号増幅機能を搭載し、画像読み出し時のノイズを大幅に低減したことによって高感度かつリアルタイムでの極微弱発光の検出を可能にしました。これによりLSIからの微細・微弱発光が、高感度・高位置精度・リアルタイムで検出可能となり、発光箇所特定までの計測時間を大幅に短縮しました。

● 赤外域で高感度（高量子効率）● 低電圧駆動IC測定や裏面からの微弱発光解析に威力を発揮● レーザコンフォーカル顕微鏡と組み合わせ高解像度で高感度な解析● 液体窒素を使用しないペルチェ冷却タイプもラインアップ

品名

型名冷却タイプ冷却温度分光感度特性有効画素数視野サイズ100×最大視野 0.8×

InGaAsカメラ Peltier coolingC8250-27ペルチェ冷却－70 ℃

InGaAsカメラ 1K × 1K LN2冷却 PHEMOS/THEMOS用

C8250-31液体窒素冷却－183 ℃以下

InGaAsカメラ LN2冷却 正立型用C8250-21液体窒素冷却－120 ℃以下

640（H) × 512（V）128 μm × 102.4 μm16.0 mm × 12.8 mm

1000（H) × 1000（V）133 μm × 133 μm16.7 mm × 16.7 mm

SI-CCDカメラ

発光解析用高感度近赤外カメラ

■ 近赤外カメララインアップ

■ 特長

レーザマーカ

　特定した不良箇所近辺、もしくは四方に目印(マーキング)をつけ、他の解析装置へ不良箇所位置情報の伝達を容易にします。マーキング用レーザには、パルスレーザを使用したレーザマーカユニット C7638-04を用い、100倍レンズ使用時に、φ5 μmの大きさでマーキングが可能です。

レーザスキャンシステム

OBIRCH反応に合わせてスキャンスピードの変更が可能です。

12

24

48

816

・使用レーザ出力 ： 100 mW出力 ： 400 mW以上出力 ： 200 mW （CW）　　　800 mW （パルス）

※波長1.3 μmのレーザはどちらか1つを選択、同時搭載はできません。

〈標準機能〉デュアルスキャン機能： パターン像とIR-OBIRCH像を同時かつリアルタイムで観察することが可能です。

フレキシブルスキャン機能： IR-OBIRCH解析にて有効な機能で下記のスキャンが可能です。　●ノーマル（1024×1024、512×512）　●ズーム　●スリット（縦/横）　●エリア　●ライン（縦/横）　●ポイント　●スキャン方向回転（0°/45°/90°/180°/270°）

512×5121024×1024

スキャンスピード （秒／画面）

IR-LDモジュール 100 mW ： M7635-01高出力IR-LDモジュール 400 mW ： M10902-01LD パルスレーザ 1.1 μm ： C9215-06

オプション

　レーザスキャンシステムは、IC裏面を赤外レーザで走査することにより、高コントラストでクリアな画像を取得することができるシステムです。4方向から最速1秒でのスキャンが可能なため、デバイスを回転することなくスキャン方向を変更でき、作業効率が向上しました。IR-OBIRCH解析では注目する配線方向にあわせて最適なスキャン方向を選択することで、より明瞭な画像を取得することができます。このシステムは、レーザ照射ダイナミック解析やEOプロービング解析にも用いることができます。

品名レーザスキャンシステム

型名C10656-21

品名レーザマーカユニット

型名C7638-04

品名SI-CCDカメラ PHEMOS/THEMOS用

型名C11231-01

品名冷却CCDカメラ

型名C13896-01

900 nm～1550 nm

　冷却CCDカメラは、すべてのPHEMOSシリーズに搭載可能な微弱発光検出用カメラです。100万画素の高解像度と共にペルチェ冷却によるノイズ低減を実現しています。発光像の高感度取得時は、発光の蓄積と共に低速読み出しによるノイズ低減を行い、検出能力を向上しています。表面からの検出に特に威力を発揮しますが、1100 nm付近までの近赤外まで感度を有していますので、裏面観察にも十分ご使用いただけます。

冷却CCDカメラ

400 1000800600

波長(nm)

1200 1400 1600

ホットキャリアの発光領域

1800

C-CCD

InGaAs

SI-CCD

■ 検出器の感度波長域比較表100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

量子効率（％）

4

PHEMOS-1000　中赤外検出器/機能紹介

Emission microscope

オプション

　ロックイン計測法を発熱画像計測に応用し、計測ノイズを低減して検出精度を飛躍的に高めたサーマルロックイン解析機能を搭載しています。低電圧駆動での計測でもノイズを低減した高品質な画像を得ることが可能です。

ON ON ON

OFF OFF OFF電源

取得画像

発熱

8×、バイアス1.7 V、14.5 mA

A B C D E F G

AB

CD

EF

G

ロックイン無し

S/N10倍

変調周波数帯域だけの画像を抽出することでノイズのような異周期データを検出せず高S/Nでの計測が可能です。

ロックイン計測

　InSbHSカメラは、エミッション顕微鏡用に開発された高感度発熱解析検出用のカメラです。半導体デバイスの微細化や低電圧駆動に伴い、故障箇所からの発熱による赤外線はますます弱くなり、検出が困難になってきています。InSbHSカメラは、中赤外帯の波長域で高い感度を有しています。

● 発熱箇所位置特定　・メタル配線のショート　・コンタクトの抵抗異常　・酸化膜のマイクロプラズマリーク　・酸化膜破壊　・LCD/有機ELのリーク

■ 用途

品名型名冷却タイプ雑音等価温度差（NETD）有効画素数視野サイズ 8×視野サイズ 1×

InSbHSカメラC9985-05

スターリングサイクルクーラー< 25 mK @ 25 ℃ (20 mK Typical)

640（H) × 512（V）1.2 ｍm × ０．９６ mm9.6 mm × 7.68 mm

発熱解析用高感度中赤外カメラ

サーマルロックイン解析

　また、深さ計測ユニットと組み合わせることにより、サーマルロックイン解析の位相遅延情報とデバイス層材料の熱伝導特性から積層ICの故障箇所や何層目が故障しているのかを特定することも可能です。

デバイスの不良箇所から、異常な発熱が発生　

赤外線

デバイス

発熱 ① 発熱 ②

発熱点

原理■

発熱データの位相差により、深さ方向の発熱位置を特定

発熱 ①

発熱 ②

位相の遅延

位相

位相

品名サーマルロックインユニットサーマルロックインユニット

型名C10565-21C10565-31

備考

深さ計測ユニット(A12319-01)を含む

絶対温度表示

　発熱画像解析において温度の絶対値表示を可能にするソフトウエアです。デバイスの動作温度の計測値を設計値と比較して設計にフィードバックすることにより、設計検証作業の短縮および製品信頼性の向上に役立ちます。使用環境の違いによる温度変化の観察も可能です。温度表示する際に観測対象の材質による放射率の違いを補正することにより、放射率に関係なく視野内の温度分布を計測することができます。

温度（絶対値） 座標

温度分布画像

注 ： 測定環境、対象物の構造、材質により　　正しく計測できない場合があります。

品名絶対温度表示ソフトウエア

型名U11389-01

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PHEMOS-1000　機能紹介

Emission microscope

オプション

　IR-OBIRCH（InfraRed Optical Beam Induced Resistance CHange）法は、赤外レーザを照射したときの電気変動を検出することにより、LSIデバイスにおけるリーク電流経路やコンタクト部の抵抗異常箇所を特定する解析法です。

● 高解像度、高コントラストな反射パターン画像● 裏面観察が可能 (波長＝1.3 μmレーザ使用)● 赤外レーザを用いているためシリコン材質での半導体領域にお　 けるOBIC信号が発生せず故障箇所特定が容易

　デジタルロックインは、1ピクセル（画素）のデータを複数に分割し、ソフトウエアによるロックイン処理方式により検出感度を向上させるOBIRCH解析の機能です。

　最近のLSIの高集積化、高性能化により、LSIテスタを接続したファンクション不良の解析が必要になってきています。レーザ照射ダイナミック解析は、レーザ照射によりデバイスの動作状態を解析する手法です。iPHEMOS-MPにA9771-07を追加することにより、レーザ照射ダイナミック解析が可能です。LSIテスタからデバイスに対しテストパターンを入力して動作させた状態で波長1.3 μｍのレーザを照射すると、ボイド等の配線欠陥箇所や特性不良のあるトランジスタにおいてレーザ発熱により動作状態が変わり、デバイスのPass/Fail（状態）が変化します。この変化を信号として取り込み、画像化することで、動作状態に関係する時間遅延不良やマージン不良箇所を特定します。

動作条件設定とPass/Failの画像化

LSIデバイスの動作条件を境界の近くに設定して解析※レーザ照射による温度上昇に反応してPass/Fail状態が変わる

■ デジタルロックイン

■ 電流変動検出ヘッド

電流変動検出ヘッドA9187-01最大250 V 6.3 A10 nA

　IR-OBIRCHアンプの許容電圧・電流値(10V/100mAまたは25V/100μA )以上の高電圧・大電流印加を必要とするIR-OBIRCH解析では電流変動検出ヘッドが必要となります。

※A9187-01は、デジタルロックインキットM10383の構成品です。※感度は、パルス信号をアンプに入力して検出できる最小信号です。※接続するケーブルやクリップの使用定格により制限されることがあります。

IR-OBIRCH解析

シュムプロット

　OBIRCHアンプ C7636-06は、定電圧型／定電流型／微少電流アンプ（定電圧型）の3種類をソフトウエアにより切り替え制御することができます。アンプの選択は、被測定対象に依存しますが、アンプ自身の特性を考慮すると、1 kΩ以下のインピーダンスの場合は定電圧および定電流アンプが適し、1 kΩ以上の場合は微少電流アンプが適しています。

※1 パルス信号をアンプに入力して検出できる最小信号※2 擬似信号を用いて計算した値

　内部に複数の電圧を持つデバイスなどでは、OBIRCHアンプで負電圧を印加するケースや正電圧を加えた場合に負電流が流れるケースがあり、正負電圧/正負電流にて解析が可能な機能を追加しました。

正負電圧/正負電流（4象限）にて解析が可能

レーザ照射ダイナミック解析

OBIRCH法原理

T, TCR

I

I

Laser(表面)

Laser(裏面)

Si-sub.

A1

A1

※欠陥の有無、材質に依存

配線欠陥(ボイド、高抵抗箇所）

リーク電流経路

発熱 I ( R/V)I2

Laser : =1.3 μm

orV

or

V＝　R×I

OBIRCH信号

IVIVRT

TCR

:レーザ照射前の電流:印加電圧:レーザ照射による電流変動（定電圧印加時）:レーザ照射による電圧変動（定電流印加時）:レーザ照射による温度上昇に伴う抵抗増加:レーザ照射による温度上昇:抵抗の温度係数

設定電圧最大許可電流最小変動検出

定電圧型－10 V～＋10 V100 mA1 nA※1

定電流型－10 V～＋10 V100 mA1 μV※2

微少電流アンプ－25 V～＋25 V100 μA3 pA※1

シンク電流

シンク電流ソース電流

ソース電流+25 V

－25 V

+10 V

－10 V

+100 μA +100 mA－100 μA－100 mA

正電圧/負電流 正電圧/正電流

負電圧/負電流 負電圧/正電流

解析可能範囲

ノイズに埋もれていた信号を検出

デジタルロックインありデジタルロックインなし

市販FPGA 市販FPGA

品名IR-OBIRCH機能セット

型名A8755-06

備考OBIRCHアンプ(C7636-06)を含む

品名デジタルロックインキット C10656用

型名M10383-03

品名レーザ照射ダイナミック解析キット

型名A9771-07

品名型名許容電圧許容電流感度

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PHEMOS-1000　機能紹介/外部接続

Emission microscope

　半導体デバイスが複雑になるに伴って、測定するサンプルの初期化や特定状態の設定において、LSIテスタとの接続の要求が高まっています。専用のプローブカードアダプタをエミッション顕微鏡システムに搭載して、LSIテスタとケーブル接続することにより、発光解析及びIR-OBIRCH解析を行います。

LSIテスタ

PHEMOS

コネクタボード

アダプタボード

コネクタパネル

同軸ケーブル電源・GNDケーブル

　大規模で複雑なLSIの故障解析を行う場合、市販のCADナビゲーションソフトウエアとネットワーク(TCP/IP)を介して接続することが可能です。不良の検出箇所や画像をレイアウト図上に重ね合わせて部位を特定し、原因究明を支援します。

CADナビゲーションとの接続

LSIテスタとの接続

オプション

EOプロービング解析

　半導体デバイスの裏面に非コヒーレント光を照射し、その反射光を計測することにより、半導体デバイスが正常に動作しているかどうかを、トランジスタの動作周波数および時間変化から解析します。動作電圧の計測を高速で行うEOP機能と指定した周波数で動作している部位を画像化するEOFM機能を有しています。NanoLensとの組み合わせにより、高分解能・高感度な計測が可能です。

　EOP（Electro-Optical Probing）機能は、指定したトランジスタの動作タイミングを高速に取得する機能です。発光・OBIRCH等の解析結果に加え、EOP機能により故障箇所特定精度を上げることで、物理解析までの時間短縮が可能です。

■ EOP機能

　EOFM（Electro-Optical Frequency Mapping）機能は、指定した周波数で動作している部位と動作タイミングを画像化する機能です。電気光学効果により変化する反射光をスペクトラムアナライザを用いて周波数解析し、特定の周波数で動作している部位の信号強度を画像化します。（特許取得済）

■ EOFM機能

ゲート

空乏層

ソース ドレイン

非コヒーレント光源

検出器

EOFM像

EOP波形

位相像

計測帯域サンプリング数

10 kHz～1 GHz最大 約50万点

波長：1.3 μｍ、出力：30 ｍW非コヒーレント光源波長：1.3 μｍ、出力：60 ｍW低ノイズ非コヒーレント光源波長：1.3 μｍ、出力：100 ｍW低ノイズコヒーレント光源

標準光源

オプション光源高出力非コヒーレント光源 EOP/EOFM用：C13193-02オプション光源高安定高出力光源 EOPU用：C12993-01

品名EOプロービングユニット

型名C12323-11

　PHEMOSからの検出信号と設計情報を組み合わせ、故障候補配線を自動抽出することにより、故障箇所の絞り込み作業を効率的に行い、故障原因を解明するまでにかかる時間の短縮に貢献します。解析・製造現場で入手が容易なGDSⅡでの解析が可能で、マクロセル内部の解析やゲート指定による抽出も可能です。(特許申請中）

情報共有

CADデータ

配線情報/論理情報情報共有故障情報/物理情報

故障解析装置 / パターン像

CADデータと重ね合わせ / 領域を指定

配線を自動抽出

配線のハイライト表示

故障解析装置から発光像とパターン像の重ね合わせ像を取得。

故障解析装置の重ね合わせ像とCADデータである設計情報を重畳。次に反応領域を設定。

反応領域を通過する配線を自動抽出。反応領域を通過する回数の多い配線ほど上位にランキング。

抽出配線から指定配線をハイライト表示。この配線を解析することにより、短時間で故障箇所を特定。

PHEMOS

故障解析支援システム FA-Navigation

品名FA-Navigation CADFA-Navigation WORKFA-Navigation LAB

型名U10024-21U10024-31U10024-41

品名CADナビI/Fソフトウエア 2.75以降対応

型名U7771-04

FA-Navigationによる故障解析支援

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PHEMOS-1000　NanoLens/レンズ/仕様

Emission microscope

本体(W) × (D) × (H)

制御ラック(W) × (D) × (H)

制御デスク(W) × (D) × (H)

電源消費電力真空源圧縮空気

AC200 V (50 Hz/60 Hz)約1400 VA約80 kPa以上

0.5 MPa～0.7 MPa

※PHEMOS-1000本体の質量は、プローバ相当を含めた値です。

電源/エア仕様

外形寸法/質量

レンズセレクション

電動ターレット 5穴 A13572-01に5種類のレンズを搭載可能。

マクロ解析

　発光解析専用マクロレンズ０．８倍は、N.A.0.4という高い開口率を実現しており、微弱な発光を逃がしません。マクロ観察から対物レンズを使用したミクロ観察へは、ソフトウエアによるスムーズな切り替えが可能です。

マクロレンズ

対物レンズ

品名

マクロレンズ 0.8× InGaAs/CCDカメラ用マクロレンズ MWIR 0.24× THEMOS-1000用マクロレンズ 1× InSbカメラ用

型名

A7909-14A10159-08A10159-10

N.A.

0.40.080.33

WD(mm)242752

発光発熱発熱

型名

A7649-01A8009

A11315-01A11315-03A11315-21A11315-22A8018

A11315-05A11315-09A10159-02A10159-03A10159-06

N.A.

0.030.0550.140.40.60.70.760.50.70.130.520.75

WD(mm)203437.5201010121210222515

レーザ発光・レーザ発光・レーザ発光・レーザ発光・レーザ発光・レーザレーザ

発光・レーザ発光・レーザ発熱発熱発熱

品名

対物レンズ OBIRCH用 1×対物レンズ 2× 赤外コート対物レンズ NIR 5×対物レンズ NIR 20×対物レンズ PEIR Plan Apo 20× 2000対物レンズ PEIR Plan Apo 50× 2000高NA対物レンズ OBIRCH用 50×対物レンズ NIR100×対物レンズ NIR-UHR100×対物レンズ MWIR 0.8×対物レンズ MWIR 4×対物レンズ MWIR 8×

オプション

N.A.※13.12.32.6

倍率※125017528

※1 SIL キャップ搭載時　　※２ ウェーハ /フリップチップパッケージ向け

対物レンズ

SILキャップ

型名A12913-06A12913-07A12913-05

品名対物レンズ NanoLens-SHR※２

対物レンズ NanoLens-HR対物レンズ Thermal NanoLens※２

型名A12917-51A12917-52A12917-58A12917-61A12917-62A12917-68A12917-42A12917-46

品名SILキャップ SHR用 50 μm～110 μmSILキャップ SHR用 190 μm～250 μmSILキャップ SHR用 735 μm～795 μmSILキャップ HR用 50 μm～150 μmSILキャップ HR用 150 μm～250 μmSILキャップ HR用 700 μm～800 μmSILキャップ Thermal用 100 μm～400 μmSILキャップ Thermal用 500 μm～800 μm

NanoLens

LSIの基板であるシリコンは、屈折率が大きく空気中に出てくる光は中央付近の一部のみとなり、通常の対物レンズでは光を最大限に利用しているとは言えません。NanoLensは、ほぼ半球状のレンズをLSI基板に密着させることにより、今までシリコン基板境界にて反射していた発光を対物レンズに導き、開口率(N.A.)を上げ、解像度と集光効率を大幅に向上します。NanoLensを設置することで、サブミクロンの空間分解能での解析を行うことが可能になり、故障箇所の特定精度を飛躍的に向上させました。対物レンズとNanoLensモジュールM12914、SILキャップから構成され、SILキャップをつけかえることでシリコン厚50 μｍ～800 μｍに対応します。

幅×奥行×高さ、質量

1340 mm×1200 mm×2110 mm約1500 kg

880 mm×820 mm×1542 mm約150 kg

1000 mm×800 mm×700 mm約45 kg

　当社はJIS(C6802)に従い、製造業者が行うべき安全予防対策として、レーザのクラス分けを行い、そのクラスに対応する安全対策およびラベル表示を実施しています。ご使用の際には使用者としての安全予防対策もJISに従い実施してください。 警告ラベル

クラス 1 レーザ製品

表示ラベル(サンプル)

レーザ製品の安全対策について

Cat. No. SSMS0003J20JUN/2017 HPK

仙 台 営 業 所筑 波 営 業 所東 京 営 業 所中 部 営 業 所大 阪 営 業 所西日本営業所

□□□□□□

TEL (022)267-0121 FAX (022)267-0135TEL (029)848-5080 FAX (029)855-1135TEL (03)3436-0491 FAX (03)3433-6997TEL (053)459-1112 FAX (053)459-1114TEL (06)6271-0441 FAX (06)6271-0450TEL (092)482-0390 FAX (092)482-0550

□ システム営業推進部 〒431-3196　浜松市東区常光町812 TEL (053)431-0150 FAX (053)433-8031 E-Mail sales@sys.hpk.co.jp

www.hamamatsu.com

※PHEMOSは、浜松ホトニクス（株）の登録商標です。※記載商品名、ソフト名等は該当商品製造会社の商標または登録商標です。※カタログの記載内容は2017年6月現在のものです。 本内容は改良のため予告なく変更する場合があります。