滨松公司利用自身独有的光学设计技术，成功开发了搭载多波长对应的激光扫描仪、故障分析检测范围涵盖可见光到近红外光的半导体器件故障分析设备“PHEMOS-X C15765-01”。通过有效地利用多波长的激光，可对故障位置进行高灵敏度，高精度地推算。无论是电路线宽越来越往精细化的尖端半导体芯片，还是市场需求正在不断扩大的功率半导体芯片，该设备在提高其故障分析效率都非常值得期待。本产品将于2021年4月1日（星期四）开始向日本和海外的半导体器件制造商销售。
半导体故障分析设备PHEMOS-X C15765-01
<产品概述>
本产品可搭载可见光到近红外光的5种不同波长的激光，因此仅1台设备就可以对故障位置进行高灵敏度和高分辨率的推定分析。 当向半导体器件施加电压时，故障位置会产生光和热。另外，如果在施加电压的同时用激光扫描，故障位置的电流和工作状态会发生变化。利用这些特性，通过给半导体器件施加电压或激光扫描，探测其产生的变化作为信号，并将其图像化，来推算故障位置。滨松公司紧随芯片市场的发展和客户需求的变化，开发、制造和销售了各种用于半导体芯片器件的故障分析装置。
半导体芯片的样品图像（左）和故障推定位置可视化的图像（右）
此次，滨松利用我们独有的光学设计技术，重新设计了分析设备的构成部件，包括用于激光扫描半导体器件的激光扫描仪，用于安装半导体设备的光学平台和用于宽视野观察的微型聚焦镜头。与传统产品相比，除了灵敏度和分辨率之外，还大大提高了精度和使用便利性。
传统的激光扫描仪在设计上主要使用了波长1300nm（以下nm，n为十亿分之一）的近红外光。此次，我们优化光学设计，成功研发出可搭载5种激光，同时能抑制光能损失的激光扫描仪，因此可以在1台设备上利用从532nm可见光到1340nm近红外光的多波长激光进行故障分析。利用短波激光不仅可以对物体实现更精细地观察，还可以对可见光灵敏的功率芯片中的故障位置等做出高灵敏度的观测。同时，可增加照射激光的光量，加强故障位置的电流和工作状态的变化等信号量，提高观察灵敏度。此外，对微型聚焦镜头也重新进行了光学设计，提高了数值孔径，可以检测到更微弱的光。在精度方面，通过采用能够进行精密操作的驱动方式，提高了光学平台的定位精度和再现精度；并对激光扫描仪设计进一步优化，提高了扫描位置的定位精度，从而能够更准确地观察故障位置。另外，我们还采用触摸屏来实现直观操作、改进设备结构和开发软件等用以提高设备的使用便利性。
综上所述，此产品在1台设备上利用多波长激光对半导体故障位置进行高灵敏度，高分辨率，高精度解析，且操作简单。随着高端半导体芯片和功率半导体芯片等的需求的不断扩大，我们期望该设备能使各种半导体芯片的故障分析变得更简单从而提高半导体分析的工作效率。 今后，我们也将继续开发符合客户需求的芯片故障分析设备和附件产品。
故障分析流程
<产品的主要特性>
1.多波长对应激光扫描仪，高效率微距透镜，高灵敏度
传统激光扫描仪主要为波长1300nm的近红外光而设计。此次我们在透镜配置和反射镜涂层等光学设计上下功夫，成功开发出了能够搭载5种激光，抑制激光损失的激光扫描仪。通过增加从532nm波长的可见光到1340nm波长的近红外光的多波长激光的照射光量，增强故障位置的电流和工作状态的变化等信号量，从而实现了更高灵敏度的观察。此外，在对半导体存储器等尺寸较大的半导体器件的故障进行分析时，我们改善了具有广视野的微型聚焦镜头，成功地将数值口径提高到原来的120%，从而能够检测出更微弱的光。同时，通过对光学系统的优化，实现了故障位置的电流和工作状态变化量的高灵敏度检测。
2.利用多波长对应激光扫描仪，实现高空间分辨率 激光的波长越短，照射的位置就越细微
传统激光扫描仪的光学系统是专为近红外光设计的，新开发的激光扫描仪将利用的波长范围延伸至532nm，利用可见激光实现对故障位置更精准的推断。
3.高定位精度，高再现精度
通过采用可进行精密操作的驱动系统，使光学平台的目标位置与实际停止位置之间的差异，也即定位精度提高到传统产品的10倍，停止位置的再现精度提高了约4倍。此外，通过重新设计激光扫描仪并提高扫描的定位精度，可实现更准确的故障位置推断。
4.在设备结构上下功夫，通过软件的开发提高使用便利性
我们重新设计了设备的结构和光学平台的周边，使半导体设备的安装等操作变得简单。此外，新采用的触摸面板允许用户直观地操作光学平台，新开发的软件能够显示和连接多个图像，提高设备的使用便利性，提高工作效率。
<研发背景>
半导体器件在各种电子产品中得到广泛的应用，包括电脑，智能手机，工业设备和汽车，在给定的条件下在一定时间内能够稳定工作（可靠性）就显得非常重要。因此，半导体制造商需要通过从半导体器件内部缺陷的位置确定故障原因，并根据分析结果改进设计和制造工艺，以提高自身产品的可靠性。今后，随着第5代移动通信系统（5G）和云端服务的普及，为了提高芯片单位面积的处理能力，预计半导体器件会逐步往更精细化发展。此外，在包括电动汽车(EV)在内的下一代汽车等领域中，以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等化合物为材料的高效功率半导体也会越来越受到关注，因此迫切需要一台能高效判断这些器件故障位置的故障分析设备。
