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
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