FIB sample preparation

The new Thermo Scientific Helios 5 DualBeam builds on the high-performance imaging and analysis capabilities of the industry-leading Helios DualBeam family. It is carefully designed to meet the needs of materials science researchers and engineers for a wide range of focused ion beam scanning electron microscopy (FIB-SEM) use cases – even on the most challenging samples. 

The Helios 5 DualBeam redefines the standard in high-resolution imaging with high materials contrast; fast, easy, and precise high-quality sample preparation for (S)TEM imaging and atom probe tomography (APT) as well as the high-quality subsurface and 3D characterization. Building on the proven capabilities of the Helios DualBeam family, additional advancements to the new Helios 5 DualBeam were designed to ensure the system is optimized for a variety of manual or automated workflows. Those improvements include:

  • Greater ease-of-use: The Helios 5 DualBeam is the most accessible DualBeam for users of all experience levels. Operator training may be reduced from months to days and the system design is helping all operators to achieve consistent, repeatable results on a wide variety of advanced applications. 
  • Increased productivity: Advanced automation capabilities, increased robustness and stability enhancements in the Helios 5 DualBeam and Thermo Scientific AutoTEM 5 software can significantly increase the sample preparation throughput by allowing unattended and even overnight operation. 
  • Improved time to results: The Helios 5 DualBeam now includes FLASH, a new concept of tuning the image. With conventional microscopes, each time an operator needs to acquire an image, the microscope has to be carefully tuned by iterative alignments. With the Helios 5 DualBeam, a simple gesture across the screen will activate FLASH, which automatically adjusts these parameters. The automatic adjustments can significantly improve throughput, data quality, and simplify the acquisition of high-quality images.

TEM sample preparation

The Thermo Scientific Helios 5 DualBeam is part of the fifth generation of the industry-leading Helios DualBeam family. It is carefully designed to meet the needs of scientists and engineers, combining the innovative Elstar electron column for extreme high-resolution imaging and the high materials contrast with the superior Thermo Scientific Tomahawk Ion Column for the fast, easy, and precise high-quality sample preparation. In addition to the advanced electron and ion optics, the Helios 5 DualBeam incorporates a suite of state of-the-art technologies that enables simple and consistent high-resolution (S)TEM and atom probe tomography (APT) sample preparation, as well as the high-quality subsurface and 3D characterization, even on the most challenging samples.

Key Features

High-quality sample preparation

Site-specific sample preparation for (S)TEM and APT analysis using the high-throughput Thermo Scientific Tomahawk Ion Column or the Thermo Scientific Phoenix Ion Column with unmatched low-voltage performance.

Fully automated

Fast and easy, fully automated, unattended, multi-site in situ and ex situ TEM sample preparation and cross-sectioning using optional AutoTEM 5 Software.

Shortest time to nanoscale information

For users with any experience level using best-in-class Thermo Scientific Elstar Electron Column featuring Thermo Scientific SmartAlign and FLASH technologies.

Next-generation UC+ monochromator technology

Reveal the finest details with the next-generation UC+ monochromator technology with higher current, enabling sub-nanometer performance at low energies.

Complete sample information

Sharp, refined and charge-free contrast obtained from up to six integrated in-column and below-the-lens detectors.

3D analysis

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

Rapid nanoprototyping

Fast, accurate and precise milling and deposition of complex structures with critical dimensions of less than 10 nm.

Precise sample navigation

Tailored to individual application needs thanks to the high stability and accuracy of the 150-mm piezo stage or the flexibility of the 110-mm stage, as well as the in-chamber Thermo Scientific Nav-Cam Camera.

Artifact-free imaging

Based on integrated sample cleanliness management and dedicated imaging modes such as DCFI and SmartScan Modes.

STEM imaging

The Thermo Scientific Helios 5 FX configuration offers a high productivity workflow with its unique, in-situ, 3Å resolution STEM capability.


Specifications

To view the specifications of the Helios 5 HX DualBeam and Helios 5 FX DualBeam, download the datasheet found in the documents section.

Folha de estilo para especificações de tabela de produtos

Helios 5 DualBeam specifications for the semiconductor industry

  Helios 5 CXHelios 5 HPHelios 5 UXHelios 5 HXHelios 5 FX
  Workhorse preparation​ and XHR SEM imagingUltimate sample preparation ​(TEM lamellae, APT)Angstrom-scale STEM imaging and sample preparation​
SEMResolution20 eV – 30 keV20 eV – 30 keV​
Landing energy0.6 nm @ 15 keV
1.0 nm @ 1 keV
0.6 nm @ 2 keV
0.7 nm @ 1 keV​
1.0 nm @ 500 eV
STEMResolution @ 30 keV0.7 nm​0.6 nm​0.3 nm​​
FIB preparation processesMax material removal100 nA100 nA65 nA
Optimal final polish2 kV500 V
TEM sample preparationSample thickness50 nm15 nm​7 nm​
Automation NoYesYes​
Sample handlingTravel110 x 110 x 65 mm100 x 100 x 65 mm150 x 150 x 10 mm100 x 100 x 20 mm100 x 100 x 20 mm
+ 5 axis (S)TEM Compustage
LoadlockManual​ QuickloaderAutomatedManual​ QuickloaderAutomatedAuto​ + Auto insert/extract STEM rod

Helios 5 DualBeam specifications for the materials science 

  Helios 5 CXHelios 5 UCHelios 5 UX
Ion optics Tomahawk HT Ion Column with superior high-current performancePhoenix Ion Column with superior high-current and low-voltage performance​
Ion beam current range1 pA – 100 nA1 pA – 65 nA
Accelerating voltage range500 V – 30 kV500 V – 30 kV
Max. horizontal field width0.9 mm at beam coincidence point0.7 mm at beam coincidence point
Minimum source lifetime1,000 hours1,000 hours
 Two-stage differential pumping
Time-of-flight (TOF) correction
15-position aperture strip
Two-stage differential pumping
Time-of-flight (TOF) correction
15-position aperture strip
Electron opticsElstar ultra-high-resolution field emission SEM columnElstar extreme high-resolution field emission SEM column
Magnetic immersion objective lensMagnetic immersion objective lens
High-stability Schottky field emission gun to provide stable high-resolution analytical currentsHigh-stability Schottky field emission gun to provide stable high-resolution analytical currents
Electron beam resolutionAt optimum working distance (WD)0.6 nm at 30 kV STEM
0.6 nm at 15 kV
1.0 nm at 1 kV
0.9 nm at 1 kV with beam deceleration*
0.6 nm at 30 kV STEM
0.7 nm at 1 kV
1.0 nm at 500 V (ICD)
At coincident point0.6 nm at 15 kV
1.5 nm at 1 kV with beam deceleration* and DBS*
0.6 nm at 15 kV
1.2 nm at 1 kV
Electron beam parameter spaceElectron beam current range0.8 pA to 176 nA0.8 pA to 100 nA
Accelerating voltage range200 V – 30 kV350 V – 30 kV
Landing energy range20 eV – 30 keV20 eV – 30 keV
Maximum horizontal field width2.3 mm at 4 mm WD2.3 mm at 4 mm WD
DetectorsElstar in-lens SE/BSE detector (TLD-SE, TLD-BSE)
Elstar in-column SE/BSE detector (ICD)*
Elstar in-column BSE detector (MD)*
Everhart-Thornley SE detector (ETD)
IR camera for viewing sample/column
High-performance in-chamber electron and ion detector (ICE) for secondary ions (SI) and electrons (SE)*
Thermo Scientific In-chamber Nav-Cam Camera for sample navigation*
Retractable, low-voltage, high-contrast, directional, solid-state backscatter electron detector (DBS)*
Retractable STEM 3+ detector with BF/ DF/ HAADF segments*
Integrated beam current measurement
Stage and sampleStageFlexible 5-axis motorized stageHigh-precision five-axis motorized stage with Piezo-driven XYR axis
XY range110 mm150 mm
Z range65 mm10 mm
Rotation360° (endless)360° (endless)
Tilt range-15° to +90°-10° to +60°
Max sample heightClearance 85 mm to eucentric pointClearance 55 mm to eucentric point
Max sample weight500 g in any stage position
Up to 5 kg at 0° tilt (some restrictions apply)
500 g (including sample holder)
Max sample size110 mm with full rotation (larger samples possible with limited rotation)150 mm with full rotation (larger samples possible with limited rotation)
 Compucentric rotation and tiltCompucentric rotation and tilt

* Available as an option, configuration dependent

Style Sheet for Komodo Tabs

Resources

High-quality, high resolution 3D characterization of a ceramic sample acquired with a Helios DualBeam and reconstructed using Avizo. Data is segmented to analyze the distribution of different phases in the sample. Sample courtesy of KAIST.
The Thermo Scientific Helios DualBeam Family
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


Introducing Helios 5 DualBeam

Introducing Helios 5 DualBeam

The new Thermo Scientific Helios 5 DualBeam builds on the high-performance imaging and analysis capabilities of the industry-leading Helios DualBeam family.

Register for our recorded webinar (~17 minutes) and learn how additional advancements to the new Helios 5 were designed to ensure the system is optimized for a variety of manual or automated workflows.

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Latest application developments of multiple ion species plasma FIB technology

Register for our live webinar and learn how leading research labs are using our new Thermo Scientific Helios 5 Laser PFIB and Thermo Scientific Helios 5 Hydra DualBeam to advance their materials characterization.

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High-quality, high resolution 3D characterization of a ceramic sample acquired with a Helios DualBeam and reconstructed using Avizo. Data is segmented to analyze the distribution of different phases in the sample. Sample courtesy of KAIST.
The Thermo Scientific Helios DualBeam Family
Thermo Fisher Scientific PFA Demo Days

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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.

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Introducing Helios 5 DualBeam

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Applications

Process Control_Thumb_274x180_144DPI

Controle de processo
 

A indústria moderna exige alta produtividade com qualidade superior, um equilíbrio mantido por meio de um controle de processo robusto. As ferramentas SEM e TEM com software de automação dedicado proporcionam informações rápidas e em várias escalas para monitoramento e aprimoramento de processos.

 

Quality Control_Thumb_274x180_144DPI

Controle de qualidade
 

O controle de qualidade e a garantia de qualidade são essenciais na indústria moderna. Oferecemos uma gama de ferramentas de microscopia eletrônica e espectroscopia para análises multidimensionais e multimodais de defeitos, permitindo que você tome decisões confiáveis e informadas para controle e melhoria de processos.

 

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Pesquisa de materiais fundamentais

Novos materiais são investigados em escalas cada vez menores para o máximo controle de suas propriedades físicas e químicas. A microscopia eletrônica fornece aos pesquisadores percepções importantes sobre uma ampla variedade de características materiais em escala micro a nano.

 

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Desenvolvimento e localização de semicondutores

Microscopia eletrônica avançada, feixe de íon focalizado e técnicas analíticas associadas para identificar soluções viáveis e métodos de desenho para a fabricação de dispositivos semicondutores de alto desempenho.

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Rampa de escoamento e metrologia

Oferecemos recursos analíticos avançados para análise de defeitos, metrologia e controle de processos projetados para ajudar a aumentar a produtividade e melhorar o rendimento em uma variedade de aplicações e dispositivos semicondutores.

Análise de falha de semicondutores

Análise de falha de semicondutores

Estruturas de dispositivos semicondutores cada vez mais complexas resultam em mais locais onde defeitos que induzem falhas podem se ocultar. Nossos fluxos de trabalho de última geração o ajudam a localizar e caracterizar problemas elétricos sutis que afetam o rendimento, o desempenho e a confiabilidade.

physical_characterization_thumb_274x180_144dpi

Caracterização física e química

A demanda contínua dos consumidores impulsiona a criação de dispositivos eletrônicos menores, mais rápidos e mais baratos. Sua produção depende de instrumentos e fluxos de trabalho de alta produtividade que fazem imagens, analisam e caracterizam uma ampla gama de semicondutores e dispositivos de exibição.


Techniques

Preparação de amostra (S)TEM

Os microscópios DualBeam permitem a preparação de amostras ultrafinas e de alta qualidade para análise de (S)TEM. Graças à automação avançada, os usuários com qualquer nível de experiência podem obter resultados de nível especializado para uma ampla gama de materiais.

Saiba mais ›

Caracterização de materiais 3D

O desenvolvimento de materiais muitas vezes requer caracterização 3D em várias escalas. Os instrumentos DualBeam permitem a secção em série de grandes volumes e a subsequente geração de imagens SEM nanométricas, que podem ser processadas em reconstruções 3D de alta qualidade da amostra.

Saiba mais ›

Prototipagem nanométrica

À medida que a tecnologia segue miniaturizando, a demanda por dispositivos e estruturas nanométricos aumenta cada vez mais. A nanoprototipagem 3D com instrumentos DualBeam ajuda a projetar, criar e inspecionar rapidamente protótipos funcionais micrométricos e nanométricos.

Saiba mais ›

Preparação de amostra APT

A tomografia por sonda atômica (APT) fornece análise de composição de resolução atômica 3D de materiais. A microscopia de feixe de íons focalizados (FIB) é uma técnica essencial para a preparação de amostra de alta qualidade, orientada e específica de local para a caracterização APT.

Saiba mais ›

Corte transversal

O corte transversal fornece dados adicionais ao revelar informações de subsuperfície. Os instrumentos DualBeam apresentam excelentes colunas de feixe de íons focalizados para corte transversal de alta qualidade. A automação permite realizar o processamento autônomo de amostras com alta produtividade.

Saiba mais ›

Experimentação in situ

A observação direta e em tempo real de alterações microestruturais com a microscopia eletrônica é necessária para entender os princípios subjacentes de processos dinâmicos, como recristalização, crescimento de grãos e transformação de fases durante o aquecimento, o resfriamento e a umidificação.

Saiba mais ›

Análise em várias escalas

Os materiais novos precisam ser analisados em resolução cada vez maior, mantendo o contexto maior da amostra. A análise em várias escalas permite correlacionar várias ferramentas e modalidades de geração de imagens, como a microTC de raios X, DualBeam, laser PFIB, SEM e TEM.

Saiba mais ›

Edição de circuito

Soluções avançadas e dedicadas de edição de circuitos e nanoprototipagem, que combinam novos sistemas de distribuição de gás com um amplo portfólio de substâncias químicas e tecnologia de feixe de íons focalizados, oferecem controle e precisão incomparáveis para o desenvolvimento de dispositivos semicondutores.

Saiba mais ›

Aquisição de imagens e análise TEM de semicondutores

Os microscópios eletrônicos de transmissão da Thermo Fisher Scientific oferecem imagens de alta resolução e análise de dispositivos semicondutores, permitindo que os fabricantes calibrem conjuntos de ferramentas, diagnostiquem mecanismos de falha e otimizem o rendimento geral do processo.

Saiba mais ›

Preparação de amostra de dispositivos semicondutores

Os sistemas DualBeam da Thermo Scientific fornecem preparação precisa de amostra TEM para análise em escala atômica de dispositivos semicondutores. A automação e as tecnologias avançadas de aprendizado de máquina produzem amostras de alta qualidade, no local correto e com um baixo custo por amostra.

Saiba mais ›

Análise e geração de imagens de semicondutores

A Thermo Fisher Scientific oferece microscópios eletrônicos de varredura para todas as funções de um laboratório de semicondutores, desde tarefas gerais de aquisição de imagens até técnicas avançadas de análise de falhas que exigem medições precisas de contraste de tensão.

Saiba mais ›

Remoção de camadas de dispositivo

Reduzir o tamanho do recurso, juntamente com um desenho e arquitetura avançados, resulta em uma análise de falha cada vez mais desafiadora para semicondutores. A remoção de camadas sem danos aos dispositivos é uma técnica crítica para a detecção de defeitos e falhas elétricas ocultos.

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Preparação de amostra (S)TEM

Os microscópios DualBeam permitem a preparação de amostras ultrafinas e de alta qualidade para análise de (S)TEM. Graças à automação avançada, os usuários com qualquer nível de experiência podem obter resultados de nível especializado para uma ampla gama de materiais.

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Caracterização de materiais 3D

O desenvolvimento de materiais muitas vezes requer caracterização 3D em várias escalas. Os instrumentos DualBeam permitem a secção em série de grandes volumes e a subsequente geração de imagens SEM nanométricas, que podem ser processadas em reconstruções 3D de alta qualidade da amostra.

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Prototipagem nanométrica

À medida que a tecnologia segue miniaturizando, a demanda por dispositivos e estruturas nanométricos aumenta cada vez mais. A nanoprototipagem 3D com instrumentos DualBeam ajuda a projetar, criar e inspecionar rapidamente protótipos funcionais micrométricos e nanométricos.

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Preparação de amostra APT

A tomografia por sonda atômica (APT) fornece análise de composição de resolução atômica 3D de materiais. A microscopia de feixe de íons focalizados (FIB) é uma técnica essencial para a preparação de amostra de alta qualidade, orientada e específica de local para a caracterização APT.

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Corte transversal

O corte transversal fornece dados adicionais ao revelar informações de subsuperfície. Os instrumentos DualBeam apresentam excelentes colunas de feixe de íons focalizados para corte transversal de alta qualidade. A automação permite realizar o processamento autônomo de amostras com alta produtividade.

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Experimentação in situ

A observação direta e em tempo real de alterações microestruturais com a microscopia eletrônica é necessária para entender os princípios subjacentes de processos dinâmicos, como recristalização, crescimento de grãos e transformação de fases durante o aquecimento, o resfriamento e a umidificação.

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Análise em várias escalas

Os materiais novos precisam ser analisados em resolução cada vez maior, mantendo o contexto maior da amostra. A análise em várias escalas permite correlacionar várias ferramentas e modalidades de geração de imagens, como a microTC de raios X, DualBeam, laser PFIB, SEM e TEM.

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Edição de circuito

Soluções avançadas e dedicadas de edição de circuitos e nanoprototipagem, que combinam novos sistemas de distribuição de gás com um amplo portfólio de substâncias químicas e tecnologia de feixe de íons focalizados, oferecem controle e precisão incomparáveis para o desenvolvimento de dispositivos semicondutores.

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Aquisição de imagens e análise TEM de semicondutores

Os microscópios eletrônicos de transmissão da Thermo Fisher Scientific oferecem imagens de alta resolução e análise de dispositivos semicondutores, permitindo que os fabricantes calibrem conjuntos de ferramentas, diagnostiquem mecanismos de falha e otimizem o rendimento geral do processo.

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Preparação de amostra de dispositivos semicondutores

Os sistemas DualBeam da Thermo Scientific fornecem preparação precisa de amostra TEM para análise em escala atômica de dispositivos semicondutores. A automação e as tecnologias avançadas de aprendizado de máquina produzem amostras de alta qualidade, no local correto e com um baixo custo por amostra.

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Análise e geração de imagens de semicondutores

A Thermo Fisher Scientific oferece microscópios eletrônicos de varredura para todas as funções de um laboratório de semicondutores, desde tarefas gerais de aquisição de imagens até técnicas avançadas de análise de falhas que exigem medições precisas de contraste de tensão.

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Remoção de camadas de dispositivo

Reduzir o tamanho do recurso, juntamente com um desenho e arquitetura avançados, resulta em uma análise de falha cada vez mais desafiadora para semicondutores. A remoção de camadas sem danos aos dispositivos é uma técnica crítica para a detecção de defeitos e falhas elétricas ocultos.

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