エミッション顕微鏡 Emission Microscope フィーモスＲ PHEMOS -1000 異常動作に伴う微弱発光をとらえ迅速に、的確に、故障箇所を特定フィーモスエミッション顕微鏡「PHEMOS」は、半導体デバイス動作に伴い発生する微弱な発光を検出することで、故障箇所を特定する半導体故障解析装置です。メモリデバイスやロジックデバイスをはじめ、パワーデバイス、フラットパネルディスプレイまで対象製品を問いません。また、設計段階の不良解析からフィールドでの不具合品の解析まで幅広く利用できます。 ▲ 2 ▲ ▲ ▲ ESD破壊箇所の特定ラッチアップの解析フリップチップパッケージ裏面からの故障解析 IR-OBIRCH法による配線不良解析ゲートリーク箇所の特定ショート/オープンに伴う貫通電流からの不良配線特定多層メタル配線下の裏面からの故障解析フラットパネルディスプレイの故障解析 Emission Microscope PHEMOS-1000 PHEMOS-1000は、IRコンフォーカルレーザ顕微鏡を標準装備した高解像度エミッション顕微鏡です。ソケットボードから300 mm両面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。また、高感度計測のためのNIRカメラや高解像度を実現するNanoLensにもオプションで対応しています。IR-OBIRCH法やLSIテスタとの接続やCADナビゲーション機能など多彩なオプションで、ユーザの計測要求に合わせ幅広く対応することができます。特長検出信号デバイスの発光（エミッション検出機能）レーザ照射による電流変動（IR-OBIRCH機能） ● IRコンフォーカルレーザ顕微鏡搭載対象デバイス 200 mm/300 mmウェーハ（表面/裏面観察）ダイシングチップ（表面/裏面観察） ● IR-OBIRCH解析機能（オプション）割れウェーハ、パッケージデバイス他 ● NIRカメラ搭載による低電圧サンプルの高感度観察（オプション）（※使用するプローバ及び固定治具に依存） ● レーザ照射ダイナミック解析（オプション）使用可能な ● EOプロービングユニット（オプション）プローバ ● NanoLensによる高解像度・高感度観察（オプション） ● デジタルロックインにより、IR-OBIRCH解析の検出機能を向上（オプション） ● 故障解析支援システム FA-Navigationとの接続（オプション） 200 mm/300 mm※ 用ダブルサイドセミオートプローバ（表面/裏面観察） 200 mm/300 mm※ 用ダブルサイドマニュアルプローバ（表面/裏面観察） 200 mm/300 mm※ 用セミオートプローバ（表面観察） 200 mm/300 mm※ 用マニュアルプローバ（表面観察） ※300 mm対応は、特注対応になりますので、別途ご相談ください。 ● 300 mm両面ダブルサイドセミオートプローバ搭載可能基本表示機能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パターン像スーパーインポーズ像発光像 PHEMOS-1000では、高解像度のパターン像に発光像を重ね合わせて表示するスーパーインポーズを採用し、容易に検出箇所の部位を特定することができます。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。 3 Emission Microscope PHEMOS-1000 検出器/レーザー/レンズ IRコンフォーカルレーザ顕微鏡冷却 CCD カメラ C 4 8 8 0 - 5 9 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。 IRコンフォーカルレーザ顕微鏡は、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が得られます。現行機種では、4方向から最速1秒でのスキャンが可能となり、デバイスを回転することなくスキャン方向を変更することができるため、作業効率が向上しました。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。この機能は、オプションのデジタルロックインやレーザ照射ダイナミック解析にも用いることができます。〈標準機能〉 SI-CCDカメラ C11231-01 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)は、信号増幅機能を実現し、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。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° ） OBIRCH反応に合わせてスキャンスピードの変更が可能です。スキャンスピード（秒／画面） InGaAsカメラ C8250シリーズ C8250シリーズは、エミッション顕微鏡PHEMOS-1000用に開発された微弱発光検出用のカメラです。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、エミッションの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、900 nm ∼ 1550 nmの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。 1 2 4 8 1024×1024 2 4 8 16 ・使用レーザ 1.3 μmレーザ出力：100 mW 1.3 μm高出力レーザ：M10902（オプション）出力：400 mW以上 1.1 μmパルスレーザ：C9215-06（オプション）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。・光学ステージの稼働範囲 ■ 特長 ● ● ● ● 512×512 赤外域で高感度（高量子効率）を実現低電圧駆動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をラインアップ X ±20 mm Y ±20 mm Z ＋75 mm ※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。レーザマーカ C7638 ■ 検出器の感度波長域比較表特定した不良箇所近辺、もしくは四方に目印をつけ(マーキング)、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、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。 100 ホットキャリアの発光領域量子効率（％） 90 80 70 InGaAs 60 50 40 C-CCD レンズセレクション SI-CCD 30 レボルバに5種類のレンズを搭載可能。 PHEMOS PHEMOS 20 対物レンズ/マクロレンズ 10 0 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 レンズ選択解析対応 N.A. 波長(nm) ■ 近赤外カメララインアップ型名 C8250-21 C8250-27 C8250-31 冷却タイプ液体窒素冷却ペルチェ冷却液体窒素冷却 PHEMOS-1000 搭載システム冷却温度分光感度特性ー70 ℃ ー183 ℃以下 900 nm∼1550 nm 有効画素数 640（H) × 512（V）視野サイズ100× 128 μm × 102.4 μm 133 μm × 133 μm 最大視野 0.8× 16.0 mm × 12.8 mm 16.7 mm × 16.7 mm A/Dコンバータ 4 ー120 ℃以下 12 bit 1000（H) × 1000（V）発光 0.40 0.8× : A7909-13 OBIRCH 0.03 1× : A7649-01 OBIRCH・発光 0.055 2× : A8009 OBIRCH・発光 0.14 NIR 5×：A11315-01 OBIRCH・発光 0.40 NIR 20×：A11315-03 OBIRCH・発光 0.42 NIR 50×：A11315-04 OBIRCH・発光 0.42 NIR 50× （裏面）：A8756-01 OBIRCH 0.76 高NA 50×：A8018 OBIRCH・発光 0.50 NIR100×：A11315-05 OBIRCH・発光 0.65 NIR-HR 50×：A11315-06 OBIRCH・発光 0.50 NIR 100× （裏面）:A8756-02 OBIRCH・発光 0.70 NIR-HR 100×：A11315-07 NIR-HR 100×（裏面）：A11315-08 OBIRCH・発光 0.70 ○ 標準構成 △ オプション WD （mm） 24 20 34 37.5 20 17 17.3 12 12 10 12.3 10 6 ○ △ △ ○ ○ △ △ △ ○ △ △ △ △ Emission Microscope PHEMOS-1000 機能紹介 IR-OBIRCH解析 A8755 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。 OBIRCH法原理 Laser : = 1.3 μm Laser(表面) リーク電流経路 I A1 or A1 デジタルロックインキット M10383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解析の新機能です。従来のアナログ方式と比べ画像取得時間が短い場合でも明瞭な画像を得ることが可能です。また、時間分解解析により、OBIRCH信号の遅延状態を確認でき、不良箇所の特定が容易になりました。アナログロックイン（5 kHz、72 秒) or 発熱 ■ デジタルロックインキット M10383 I ( デジタルロックイン（5 kHz、52 秒) R/V)I2 I V Si-sub. T, TCR Laser(裏面) ※欠陥の有無、材質に依存 V＝ R×I I :レーザ照射前の電流 V :印加電圧 I 配線欠陥(ボイド、高抵抗箇所） :レーザ照射による電流変動（定電圧印加時） V :レーザ照射による電圧変動（定電流印加時） OBIRCH信号 R :レーザ照射による温度上昇に伴う抵抗増加 T :レーザ照射による温度上昇 TCR :抵抗の温度係数 ● ● ● 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 OBIRCHアンプ C7636-06は、定電圧型／定電流型／微小電流アンプ（定電圧型）の3種類をソフトウエアにより切り替え制御します。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以上の場合は微小電流アンプが適しています。定電圧型設定電圧定電流型 3 kV 30 mA（90 VA） −25 V∼＋25 V 100 μA 最小変動検出 nA※1 μV※2 3 pA※1 ※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ノイズキャンセル機能を搭載→〈外部電源機器由来のノイズを低減〉テスタを接続した時のGNDの揺らぎによるノイズを検出し、逆相でキャンセルする機能を追加しました。（特許出願中）ノイズキャンセルあり正負電圧/正負電流（4象限）にて解析が可能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。ソース電流 +25 V 正電圧/正電流 −100 μA 感度 10 nA ※標準タイプは、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。レーザ照射ダイナミック解析キット（DALS※) A9771 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新しい解析手法です。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。 ※ DALS: Dynamic Analysis by Laser Stimulation シュムプロット 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 +10 V −100 mA 高電圧タイプ 6.3 A（最大10 A） 100 mA 正電圧/負電流標準タイプ許容電流 −10 V∼＋10 V シンク電流電流変動検出ヘッド微小電流アンプ 100 mA ノイズキャンセルなし最近のLSIデバイスは、高集積化によりリーク電流が増加し、標準OBIRCHアンプの許容電圧・電流値（10 V/100 mAまたは25 V/100 μA）以上の大電流・高電圧印加を必要とする場合が増えてきました。これら大電流・高電圧デバイスの解析を可能にするため、電流変動検出ヘッドを開発しました。最大250 V −10 V∼＋10 V 1 ■ 電流変動検出ヘッドを用いた解析許容電圧最大許可電流 1 1サイクル分のデータで画像を取得アナログロックイン−デジタルロックイン比較（短時間スキャン） +100 μA +100 mA −10 V 負電圧/負電流負電圧/正電流 −25 V ソース電流シンク電流解析可能範囲動作条件設定とPass/Failの画像化 5 Emission Microscope PHEMOS-1000 機能紹介/外部接続/仕様 EOプロービングユニット C12323 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、トランジスタの動作状態を観察することが可能です。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。IRコンフォーカルレーザ顕微鏡を搭載したPHEMOS-1000にオプション追加することにより、トランジスタ動作解析が可能になります。ゲートソースドレイン空乏層 ■ 特長 ● ● ● ● ● ● ● ● 非コヒーレント光による干渉縞のないパターン像取得サンプルにダメージを与えない計測低出力光源に高感度検出器を組み合わせ、正確で安定した測定を実現約2秒で高S/N のEOP波形を表示 PHEMOSと共通のGUIでの簡単な操作 EOFM位相像により、信号伝搬を直感的に把握同時に2つの異なる周波数データを取得可能レトロフィットが可能非コヒーレント光源 ■ EOP機能 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。検出器 EOFM像位相像 EOPの原理 FETのDrain電圧が動作に伴って変動すると、Drain近傍の電界分布が変化し、素材の持つ電気光学効果(Electro-optical effect) により屈折率が変化します。ここに裏面から光を当てると、電圧に応じて反射光強度が変化します。低ノイズの非コヒーレント光と高感度センサを組み合わせ、繰り返し積算を行うことで、高Ｓ/Ｎな動作波形取得が可能になります。 EOP波形 ■ EOFM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。（特許申請中）パターン像振幅像検出部プローブ光源非コヒーレント半導体光源（特許申請中）プローブ光源出力最大10 mW（可変）プローブ光源波長 1.3 μm 光センサフォトダイオード光センサ帯域幅アナログ帯域（10 kHz∼1 GHz） EOP計測部信号処理高速デジタイザデジタルサンプリング周波数 4 GHz EOFM計測部 6 信号処理スペクトラムアナライザ（2 ch同時出力）スキャンスピード 0.2 s/line∼2 s/line I/Q像位相像（ロックイン像）（タイミング像） CADナビゲーションとの接続 NanoLens（固浸レンズ）C9710 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(固浸レンズ)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。複数のナノレンズキャップをつけかえることでシリコン厚70 μｍ∼800 μｍに対応しています。標準レンズ NanoLens 裏面全反射分解能向上レーザ集光固浸レンズ発光裏面 Si Si N.A.小 N.A.大パターン面パターン面 PHEMOS PHEMOS 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。シーケンスソフトウエアによる発光OBIRCH像自動検出 PHEMOS ユーザ指定の条件でウェーハ上のチップを自動的に切り替えて測定できます。セミオートプローバと組み合わせて、発光OBIRCH 像を連続的に自動測定・画像の保存を行います。また、LSIテスタや外部電源も組み合わせて、テストパターンや電圧を制御して測定することも可能です。 LSIテスタとの接続 PHEMOS 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。 PHEMOS ▲ 256pinプローブカードを使用したOBIRCH観察レーザスポットレーザスポット同軸ケーブル電源・GNDケーブル故障解析支援システム FA-Navigation U10024 PHEMOS PHEMOS 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） PHEMOS コネクタパネルコネクタボードアダプタボード LSIテスタ PHEMOS CADデータ故障情報/物理情報情報共有配線情報/論理情報電源/エア仕様電源 FA-Navigationによる故障解析支援故障解析装置 / パターン像 AC 200 V（50 Hz/60 Hz）消費電力 3000 VA 真空源約80 kPa以上（プローバ使用時）圧縮空気 0.5 MPa∼0.7 MPa 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。 CADデータと重ね合わせ / 領域を指定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。配線を自動抽出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。外形寸法/質量幅×奥行×高さ、質量 PHEMOS本体 1360 mm×1410 mm×2120 mm、約900 kg PHEMOS制御ラック 880 mm×700 mm×1542 mm、約255 kg 制御デスク 1000 mm×800 mm×700 mm、約45 kg ※PHEMOS本体の質量は、プローバ相当を含めた値です。配線のハイライト表示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。 7 レーザ製品の安全対策について当社は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。クラス 1 レーザ製品表示ラベル(サンプル) ★ PHEMOSは、浜松ホトニクス（株）の登録商標です。その他の記載商品名、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。 ※本カタログの記載内容は2014年11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。 www.hamamatsu.com □ 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 [email protected] □ □ □ □ □ □ 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 TEL TEL TEL TEL TEL (022)267-0121 (029)848-5080 (03)3436-0491 (053)459-1112 (06)6271-0441 (092)482-0390 FAX FAX FAX FAX FAX FAX (022)267-0135 (029)855-1135 (03)3433-6997 (053)459-1114 (06)6271-0450 (092)482-0550 Cat. No. SSMS0003J18 NOV/2014 HPK 警告ラベル