Demand for high-performance, energy-efficient electronics is driving the development of advanced devices with ever smaller, more densely packed features and complex 3D structures. Ramping production of these cutting-edge microprocessors, memory devices, and other products is extremely challenging and requires high-resolution, atomic-scale analysis of features buried deep within the device. Transmission electron microscopy (TEM) is increasingly becoming the go-to technique for this kind of analysis and relies on high-quality samples produced with focused ion beam (FIB) milling.

The Thermo Scientific Helios 5 EXL DualBeam is a 300mm full-wafer focused ion beam scanning electron microscope (FIB-SEM), designed to address TEM sample preparation challenges in the semiconductor industry. The Helios 5 EXL DualBeam is capable of preparing samples for today’s most advanced process nodes, including sub-5nm and gate-all-around technology.

Maximizing sample throughput and productivity

Utilizing advanced machine learning and closed-loop end pointing, the Helios 5 EXL DualBeam delivers enhanced cut placement precision and enables you to consistently extract high-quality lamella from your most challenging samples.

Flexible automation capabilities make ultra-thin TEM sample generation routine and consistent, providing unparalleled, sub-nanometer insight into more interfaces, films, and profiles to measure at sub-nanometer resolution. The Helios 5 EXL DualBeam ensures efficient and consistent TEM sample preparation workflows by combining wafer and defect navigation with recipe definition and execution in a single, fully integrated program. This automation supports a higher tool-to-operator ratio, maximizing sample throughput and technical resource productivity.

Revolutionizing Semiconductor Analysis: Thermo Scientific Helios 5 EXL Overview

TEM image of a gate-all-around transistor.
TEM image of a Si/SiGe gate-all-around (GAA) fin.
TEM cross-section of a transistor gate along a nanowire.
TEM image of a gate cross-section along a nanowire.

Key Features

Automated TEM sample preparation software

Thermo Scientific AutoTEM 5 Software combines wafer and defect navigation with recipe definition and execution in a single, fully integrated program, ensuring efficiency and consistency among operators with varying levels of expertise. AutoTEM Software simplifies TEM sample preparation, allowing users to easily schedule multi-site jobs for inverted, plan-view, and top-down TEM sample preparation workflows.

Repeatable, automated deposition and etch

Developed specifically to support automated TEM preparation, the Thermo Scientific MultiChem Gas Delivery System provides highly consistent deposition and etching capabilities and can be utilized with automated applications. The motorized injection needle with saved position presets can be accurately positioned for optimized, reproducible gas delivery to the sample surface. The MultiChem Gas Delivery System is also engineered for serviceability, maximizing tool uptime.

Precision FIB milling for advanced sample preparation

The Helios 5 EXL DualBeam includes the Thermo Scientific Phoenix Ion Column, which provides revolutionary low-kV performance and leading-edge TEM sample preparation.

Automated alignments, high resolution, and consistent results

The high-performance Thermo Scientific Elstar Electron Column features our unique UC monochromatic technology, offering improved resolution and TEM sample end-pointing. New SEM auto-alignments ensure consistent results across multiple tools and operators.

Automated sample manipulation and lift out

With an intuitive method for lift-out and transfer of TEM samples to a grid, the Thermo Scientific EasyLift Nanomanipulator offers low-drift, high-precision movements for simple and consistent creation of traditional or ultra-thin TEM lamella. Highly accurate, easy-to-use, and fast motorized rotation makes the EasyLift Nanomanipulator ideally suited for high-speed inverted or plan-view sample preparation.

Fab-compatible Automated FOUP Loader (AFL) option

The optional Automated FOUP Loader (AFL) enables the Helios 5 EXL DualBeam to be located inside the semiconductor wafer fab. By being closer to the wafer process line (near-line), it can deliver critical information up to three times faster than laboratory-based analysis of cleaved wafer pieces, accelerating the development of new processes and the yield ramp to high-volume production.


Specifications

Thermo Scientific Phoenix Ion Column
  • Gallium focused ion beam
  • Up to 65 nA maximum beam current
  • Low-voltage (500 V) performance for high sample preparation quality
  • Ion beam resolution at coincident point and 30 kV: 4.0 nm using preferred statistical method
  • Ion source lifetime: 1,000 hours guaranteed
Thermo Scientific Elstar Electron Column
  • An ultra-high-resolution immersion-lens field-emission SEM (FESEM) column
  • The ultra-stable Schottky field emitter gun features UC+ monochromator technology
  • Electron beam resolution:
    • 1.0 nm @ 15 kV
    • 0.9 nm @ 1 kV
  • Electron source lifetime: 12 months
Gas delivery
  • Thermo Scientific MultiChem Gas Delivery System
  • Slots for up to 6 individual chemistries
  • Single gas injection system
  • Port for up to 3 independent GIS units
Detectors
  • Elstar in-lens SE detector (TLD-SE)
  • Elstar in-lens BSE detector (TLD-BSE)
  • High-performance ion conversion and electron (ICE) detector for secondary ions (SI) and electrons (SE)
Sample handling
  • Automated handling of 300 mm FOUP with EFEM (GEM300 compliant)
  • Manual loading of 300 mm, 200 mm, and 150 mm wafers
Additional options
  • Optical microscope with 920 µm field of view
  • 30 kV STEM detector with BF/DF/HAADF segments
  • Oxford EDS
  • CAD Navigation Compatibility (NEXS and Synopsys Camelot)
  • Thermo Scientific iFast Software Semiconductor Wafer Navigation (optional)
  • Integrated defect navigation based on KLARF 1.2 and 1.8 standards
  • User-defined wafer maps and site plans

Resources

The Thermo Scientific Helios DualBeam Family

The Thermo Scientific Helios DualBeam Family

Applications

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Desarrollo y trazabilidad de semiconductores

Microscopía electrónica avanzada, haz de iones enfocado y técnicas analíticas asociadas para identificar soluciones viables y métodos de diseño para la fabricación de dispositivos semiconductores de alto rendimiento.

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Metrología y rampa de producción

Ofrecemos capacidades analíticas avanzadas para el análisis de defectos, metrología y control de procesos, diseñadas para ayudar a aumentar la productividad y mejorar el rendimiento en una amplia gama de aplicaciones y dispositivos semiconductores.

Análisis de fallos de semiconductores

Análisis de fallos de semiconductores

Las estructuras de dispositivos semiconductores cada vez más complejas dan lugar a que existan más ubicaciones en las que se oculten los defectos inducidos por fallos. Nuestros flujos de trabajo de última generación le ayudarán a localizar y caracterizar los sutiles problemas eléctricos que afectan a la producción, al rendimiento y a la fiabilidad.

physical_characterization_thumb_274x180_144dpi

Caracterización física y química

La demanda continua de los consumidores impulsa la creación de dispositivos electrónicos más pequeños, más rápidos y más baratos. Su producción se basa en instrumentos y flujos de trabajo de alta productividad que generan imágenes, analizan y caracterizan una amplia gama de semiconductores y dispositivos de visualización.


Techniques

Adquisición de imágenes y análisis TEM de semiconductores

Los microscopios de electrones de transmisión de Thermo Fisher Scientific ofrecen imágenes y análisis de alta resolución de dispositivos semiconductores, lo que permite a los fabricantes calibrar conjuntos de herramientas, diagnosticar mecanismos de fallos y optimizar la producción rendimiento general del proceso.

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Metrología de TEM

Las rutinas de metrología TEM avanzadas y automatizadas ofrecen una precisión significativamente mayor que los métodos manuales. Esto permite a los usuarios generar grandes cantidades de datos estadísticamente relevantes, con una especificidad de nivel subangstrom, sin fallos del operador.

Más información ›

Preparación de muestras de dispositivos semiconductores

Los sistemas DualBeam de Thermo Scientific proporcionan una preparación precisa de las muestras de TEM para el análisis a escala atómica de dispositivos semiconductores. La automatización y las tecnologías de aprendizaje automático avanzado producen muestras de alta calidad, en la ubicación correcta y con un bajo costo por muestra.

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