Plasma focused ion beam instrument

Helios 5 Plasma FIB DualBeam FiB SEM Microscope

The Thermo Scientific Helios 5 Plasma FIB (PFIB) DualBeam (focused ion beam scanning electron microscope, or FIB-SEM) delivers unmatched capabilities for materials science and semiconductor applications. For materials science researchers, the Helios 5 PFIB DualBeam provides large-volume 3D characterization, gallium-free sample preparation, and precise micromachining. For manufacturers of semiconductor devices, advanced packaging technology, and display devices, the Helios 5 PFIB DualBeam delivers damage-free, large-area de-processing, fast sample preparation, and high-fidelity failure analysis.

Key Features

Gallium-free STEM and TEM sample preparation

High-quality, gallium-free TEM and APT sample preparation thanks to the new PFIB column enabling 500 V Xe+ final polishing and delivering superior performance at all operating conditions.

Advanced automation

Fastest and easiest, automated, multisite in situ and ex situ TEM sample preparation and cross-sectioning using optional AutoTEM 5 Software.

Next-generation 2.5 μA xenon plasma FIB column

High throughput and quality statistically relevant 3D characterization, cross-sectioning and micromachining using next generation 2.5 μA Xenon Plasma FIB column (PFIB).

Multi-modal subsurface and 3D information

Access high-quality, multi-modal subsurface and 3D information with precise targeting of the region of interest using optional Auto Slice & View 4 (AS&V4) Software.

Sub-nanometer performance at low energies

Reveal the finest details using best-in-class Elstar Electron Column with high-current UC+ monochromator technology, enabling sub-nanometer performance at low energies.

Complete sample information

The most complete sample information with sharp, refined, and charge-free contrast obtained from up to six integrated in-column and below-the-lens detectors.

Advanced capabilities

Most advanced capabilities for electron and ion beam induced deposition and etching on FIB/SEM systems with optional Thermo Scientific MultiChem or GIS Gas Delivery Systems.

Artifact-free imaging

Artifact-free imaging based on integrated sample cleanliness management and dedicated imaging modes such as SmartScan™ and DCFI Modes.

Short time to nanoscale information

Shortest time to nanoscale information for users with any experience level with SmartAlign and FLASH technologies.

Precise sample navigation

Precise sample navigation tailored to individual application needs thanks to the high stability and accuracy of 150 mm Piezo stage and optional in-chamber Nav-Cam.

Semiconductor device deprocessing

The combination of Dx chemistry and the plasma FIB beam provides a unique, site-specific, deprocessing and failure analysis workflow for advanced logic, 3D NAND, and DRAM.

High-speed, large-area cross-sectioning

The next-generation 2.5 μA xenon PFIB column provides high-throughput, high-quality, statistically relevant 3D characterization, cross-sectioning, and micromachining.

TEM sample preparation

Perform high-quality, single layer planar and cross-sectional, top-down, and inverted TEM sample preparation by combining PFIB deprocessing and Thermo Scientific guided workflows.

Sub-nanometer, low-energy SEM performance

Reveal the finest details using the best-in-class Elstar Electron Column with high-current UC+ monochromator technology, enabling sub-nanometer performance at low energies.

Advanced automation

Carry out automated deprocessing with end pointing. SmartAlign and FLASH technologies make for a short time to nanoscale information for users with any experience level.

Complete sample information

Obtain the most complete sample information with sharp, refined, and charge-free contrast from up to six integrated in-column and below-the-lens detectors.

Artifact-free imaging

Obtain artifact-free imaging with in situ auto rocking polish and dedicated imaging modes such as SmartScan and DCFI modes.

Precise sample navigation

Experience precise sample navigation tailored to individual application needs from the flexible 5-axis motorized stage configuration and ultra-high-resolution stage options.


Hoja de estilo para las especificaciones de la tabla de productos

Specifications

 Helios 5 PFIB CXe DualBeamHelios 5 PFIB UXe DualBeam
Electron optics
  • Elstar extreme high-resolution field emission SEM column with:
    • Immersion magnetic objective lens
    • High-stability Schottky field emission gun to provide stable high-resolution analytical currents
    • UC+ monochromator technology
Electron beam resolution
  • At optimum working distance (WD):
    • 0.7 nm at 1 kV
    • 1.0 nm at 500 V (ICD) 
  • At coincident point:
    • 0.6 nm at 15 kV
    • 1.2 nm at 1 kV
Electron beam parameter space
  • Electron beam current range: 0.8 pA to 100 nA
  • Accelerating voltage range: 200 V – 30 kV
  • Landing energy range: 20* eV – 30 keV
  • Maximum horizontal field width: 2.3 mm at 4 mm WD
Ion optics
  • High performance PFIB column with Inductively Coupled Xe+ Plasma (ICP)
    • Ion beam current range: 1.5 pA to 2.5 µA
    • Accelerating voltage range: 500 V - 30 kV
    • Maximum horizontal field width: 0.9mm at beam coincidence point 
  • Ion beam resolution at coincident point
    • <20 nm at 30 kV using preferred statistical method
    • <10 nm at 30 kV using selective edge method
Detectors
  • Elstar in-lens SE/BSE detector (TLD-SE, TLD-BSE)
  • Elstar in-column SE/BSE detector (ICD)*
  • Everhart-Thornley SE detector (ETD)
  • IR camera for viewing sample/column
  • High-performance ion conversion and electron (ICE) detector for secondary ions (SI) and electrons (SE)
  • In-chamber Nav-Cam sample navigation camera*
  • Retractable low voltage, high contrast directional solid-state backscatter electron detector (DBS)*
  • Integrated beam current measurement
Stage and sample

Flexible 5-axis motorized stage:

  • XY range: 110 mm
  • Z range: 65 mm
  • Rotation: 360° (endless)
  • Tilt range: -38° to +90°
  • XY repeatability: 3 μm
  • Max sample height: Clearance 85 mm to eucentric point
  • Max sample weight at 0° tilt: 5 kg (including sample holder)
  • Max sample size: 110 mm with full rotation (larger samples possible with limited rotation)
  • Compucentric rotation and tilt

High-precision, 5-axis motorized stage with XYR axis, piezo-driven

  • XY range: 150 mm
  • Z range: 10 mm
  • Rotation: 360° (endless)
  • Tilt range: -38° to +60°
  • XY repeatability: 1 μm
  • Max sample height: Clearance 55 mm to eucentric point
  • Max sample weight at 0° tilt: 500 g (including sample holder)
  • Max sample size: 150 mm with full rotation (larger samples possible with limited rotation)
  • Compucentric rotation and tilt

*Available as an option, configuration dependent

 Helios 5 PFIB CXe DualBeamHelios 5 PFIB UXe DualBeamHelios 5 PFIB HXe DualBeam
ApplicationAdvanced packaging and display R&D and failure analysisAdvanced memory failure analysisAdvanced logic failure analysis
Electron optics
  • Elstar extreme high-resolution field emission SEM column with:
    • Immersion magnetic objective lens
    • High-stability Schottky field emission gun to provide stable high-resolution analytical currents
    • UC+ monochromator technology
Electron beam resolution
  • At working distance (WD):
    • 0.7 nm at 1 kV
    • 1.2 nm at 1 kV
  • At coincident point:
  • 0.6 nm at 15 kV
  • UC+ monochromator technology
Ion optics
  • High performance PFIB column with Inductively Coupled Xe+ Plasma (ICP)
    • Ion beam current range: 1.5 pA to 2.5 µA
    • Accelerating voltage range: 500 V - 30 kV
    • Maximum horizontal field width: 0.9mm at beam coincidence point 
  • Ion beam resolution at coincident point
    • <20 nm at 30 kV using preferred statistical method
    • <10 nm at 30 kV using selective edge method
Stage and sample

Flexible 5-axis motorized stage:

  • XY range: 110 mm
  • Z range: 65 mm
  • Rotation: 360° (endless)
  • Tilt range: -38° to +90°
  • XY repeatability: 3 μm
  • Max sample height: Clearance 85 mm to eucentric point
  • Max sample weight at 0° tilt: 5 kg (including sample holder)
  • Max sample size: 110 mm with full rotation (larger samples possible with limited rotation)
  • Compucentric rotation and tilt
  • Thermo Scientific QuickLoader Load Lock option

High-precision, 5-axis motorized stage with XYR axis, piezo-driven

  • XY range: 150 mm
  • Z range: 10 mm
  • Rotation: 360° (endless)
  • Tilt range: -38° to +60°
  • XY repeatability: 1 μm
  • Max sample height: Clearance 55 mm to eucentric point
  • Max sample weight at 0° tilt: 500 g (including sample holder)
  • Max sample size: 150 mm with full rotation (larger samples possible with limited rotation)
  • Compucentric rotation and tilt
  • Automated Loadlock option
  • Thermo Scientific QuickLoader Load Lock option

5-axis, all-Piezo-driven UHR stage

  • XY range: 100 mm
  • Automated Loadlock option
  • Max sample size: 70 mm diameter with full travel
  • Sample types: wafer pieces, packaged parts, TEM grids, wholes wafers up to 100 mm
  • NavCam+ Camera

Style Sheet for Komodo Tabs
Style Sheet to change H2 style to p with em-h2-header class
Style Sheet to change H3 to p with em-h3-header class
Style Sheet to change Applicatons H3 to p with em-h3-header class

Resources

3D EBSD reconstruction of Zircalloy sample.
3D EBSD reconstruction of zircalloy sample (250 x 250 x 220 µm³) produced with he Helios G4 PFIB DualBeam, AS&V4 Software, and Thermo Scientific Avizo Software.
Cross section for scratch testing and adhesion in paint coatings.
500 μm wide cross section for scratch testing and adhesion in paint coatings.
Thermo Fisher Scientific PFA Demo Days

Thermo Fisher Scientific PFA Demo Days

To support semiconductor manufacturing needs, Thermo Fisher Scientific continues to bring new capabilities to our industry-leading failure analysis, metrology and characterization solutions.

In our Thermo Fisher Scientific PFA Demo Days, we showcase our latest innovations for sample preparation and FinFET logic circuit delayering.

View on-demand


Advanced DualBeam automation for every need

Register for our exclusive webinar to learn how easy it has become to automate daily routine tasks on your DualBeam instrument using our Python-based AutoScript 4 API. Automation can also increase throughput, reproducibility and ease of use, quicken time to data and boost efficiency.

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The Thermo Scientific Helios DualBeam

Interview - Laser PFIB use case from Manchester University

Interview - Laser PFIB use case from ScopeM

3D EBSD reconstruction of Zircalloy sample.
3D EBSD reconstruction of zircalloy sample (250 x 250 x 220 µm³) produced with he Helios G4 PFIB DualBeam, AS&V4 Software, and Thermo Scientific Avizo Software.
Cross section for scratch testing and adhesion in paint coatings.
500 μm wide cross section for scratch testing and adhesion in paint coatings.
Thermo Fisher Scientific PFA Demo Days

Thermo Fisher Scientific PFA Demo Days

To support semiconductor manufacturing needs, Thermo Fisher Scientific continues to bring new capabilities to our industry-leading failure analysis, metrology and characterization solutions.

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The Thermo Scientific Helios DualBeam

Interview - Laser PFIB use case from Manchester University

Interview - Laser PFIB use case from ScopeM

Applications

Fundamental Materials Research_R&amp;D_Thumb_274x180_144DPI

Investigación sobre materiales fundamentales

Se investigan nuevos materiales a escalas cada vez más pequeñas para lograr el máximo control de sus propiedades físicas y químicas. La microscopía electrónica proporciona a los investigadores información clave sobre una amplia variedad de características materiales a escala nanométrica.

 

Process Control_Thumb_274x180_144DPI

Control de proceso
 

La industria moderna exige un alto rendimiento con una calidad superior, un equilibrio que se mantiene a través de un control de procesos sólido. Las herramientas SEM y TEM con software de automatización exclusivo proporcionan información rápida y multiescala para la supervisión y la mejora de procesos.

 

Quality Control_Thumb_274x180_144DPI

Control de calidad
 

El control y garantía de calidad son esenciales en la industria moderna. Ofrecemos una gama de herramientas de EM y espectroscopía para el análisis multiescala y multimodal de defectos, lo que le permite tomar decisiones fiables e informadas para el control y la mejora de procesos.

 

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.

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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.

pathfinding_thumb_274x180_144dpi

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.


Techniques

Preparación de muestras (S)TEM

Los microscopios DualBeam permiten la preparación de muestras ultrafinas de alta calidad para el análisis (S)TEM. Gracias a la automatización avanzada, los usuarios con cualquier nivel de experiencia pueden obtener resultados de nivel experto para una amplia gama de materiales.

Más información ›

Preparación de muestras de APT

La tomografía de sonda atómica (APT) proporciona un análisis de composición de materiales en 3D con resolución atómica. La microscopía Focused ion beam (FIB) es una técnica esencial para la preparación de muestras de alta calidad, orientación y sitio específico para la caracterización de APT.

Más información ›

Experimentación in situ

La observación directa y en tiempo real de los cambios microestructurales con microscopía electrónica es necesaria para comprender los principios subyacentes de los procesos dinámicos como la recristalización, el crecimiento del grano y la transformación de fases durante el calentamiento, refrigeración y humectación.

Más información ›

Análisis de escala múltiple

Los novedosos materiales se deben analizar a una resolución cada vez mayor, manteniendo el contexto más amplio de la muestra. El análisis de escala múltiple permite la correlación de varias herramientas y modalidades de obtención de imágenes, tales como microTC de rayos X, DualBeam, PFIB láser, SEM y TEM.

Más información ›

Caracterización de materiales en 3D

El desarrollo de materiales suele requerir caracterización en 3D en varias escalas. Los instrumentos DualBeam permiten el corte en secciones en serie de grandes volúmenes y la posterior adquisición de imágenes SEM a escala de nanómetro, las cuales se pueden procesar en reconstrucciones 3D de la muestra de alta calidad.

Más información ›

Corte transversal

El corte transversal proporciona una visión adicional, ya que descubre información de la subsuperficie. Los instrumentos DualBeam tienen columnas FIB para poder realizar el corte transversal con alta calidad. Con la automatización, se puede realizar el procesamiento de muestras de alto rendimiento sin supervisión.

Más información ›

Ablación por láser de semiconductores

La ablación por láser proporciona un fresado de alto rendimiento de dispositivos semiconductores para la adquisición de imágenes y análisis con microscopía electrónica, a la vez que conserva la integridad de las muestras. Acceda a datos en 3D de gran volumen y optimice las condiciones de fresado para adaptarse mejor a su tipo de muestra.

Más información ›

Nanosondeo

A medida que aumenta la complejidad del dispositivo, también lo hace el número de ubicaciones que tienen que ocultar los defectos. El nanosondeo proporciona la ubicación precisa de fallos eléctricos, lo que es fundamental para un flujo de trabajo de análisis de fallos de microscopía electrónica de transmisión eficaz.

Más información ›

Reestructuración de dispositivo

La contracción del tamaño de las características, junto con los resultados de diseño y arquitectura avanzados provocan fallos cada vez más complicados para los semiconductores. La reestructuración sin daños de los dispositivos es una técnica crucial para la detección de errores y fallos eléctricos interiores.

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Preparación de muestras (S)TEM

Los microscopios DualBeam permiten la preparación de muestras ultrafinas de alta calidad para el análisis (S)TEM. Gracias a la automatización avanzada, los usuarios con cualquier nivel de experiencia pueden obtener resultados de nivel experto para una amplia gama de materiales.

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Preparación de muestras de APT

La tomografía de sonda atómica (APT) proporciona un análisis de composición de materiales en 3D con resolución atómica. La microscopía Focused ion beam (FIB) es una técnica esencial para la preparación de muestras de alta calidad, orientación y sitio específico para la caracterización de APT.

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Experimentación in situ

La observación directa y en tiempo real de los cambios microestructurales con microscopía electrónica es necesaria para comprender los principios subyacentes de los procesos dinámicos como la recristalización, el crecimiento del grano y la transformación de fases durante el calentamiento, refrigeración y humectación.

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Análisis de escala múltiple

Los novedosos materiales se deben analizar a una resolución cada vez mayor, manteniendo el contexto más amplio de la muestra. El análisis de escala múltiple permite la correlación de varias herramientas y modalidades de obtención de imágenes, tales como microTC de rayos X, DualBeam, PFIB láser, SEM y TEM.

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Caracterización de materiales en 3D

El desarrollo de materiales suele requerir caracterización en 3D en varias escalas. Los instrumentos DualBeam permiten el corte en secciones en serie de grandes volúmenes y la posterior adquisición de imágenes SEM a escala de nanómetro, las cuales se pueden procesar en reconstrucciones 3D de la muestra de alta calidad.

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Corte transversal

El corte transversal proporciona una visión adicional, ya que descubre información de la subsuperficie. Los instrumentos DualBeam tienen columnas FIB para poder realizar el corte transversal con alta calidad. Con la automatización, se puede realizar el procesamiento de muestras de alto rendimiento sin supervisión.

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Ablación por láser de semiconductores

La ablación por láser proporciona un fresado de alto rendimiento de dispositivos semiconductores para la adquisición de imágenes y análisis con microscopía electrónica, a la vez que conserva la integridad de las muestras. Acceda a datos en 3D de gran volumen y optimice las condiciones de fresado para adaptarse mejor a su tipo de muestra.

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Nanosondeo

A medida que aumenta la complejidad del dispositivo, también lo hace el número de ubicaciones que tienen que ocultar los defectos. El nanosondeo proporciona la ubicación precisa de fallos eléctricos, lo que es fundamental para un flujo de trabajo de análisis de fallos de microscopía electrónica de transmisión eficaz.

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Reestructuración de dispositivo

La contracción del tamaño de las características, junto con los resultados de diseño y arquitectura avanzados provocan fallos cada vez más complicados para los semiconductores. La reestructuración sin daños de los dispositivos es una técnica crucial para la detección de errores y fallos eléctricos interiores.

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