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.


Folha de estilo para especificações de tabela de produtos

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

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.

 

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.

 

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.

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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.

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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.


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 ›

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 ›

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.

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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.

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 ›

Ablação a laser de semicondutores

A ablação a laser fornece desbaste de alto rendimento de dispositivos semicondutores para aquisição de imagens e análise com microscopia eletrônica e, ao mesmo tempo, preserva a integridade da amostra. Acesse dados 3D de grande volume e otimize as condições de desbaste com melhor adequação ao tipo da amostra.

Saiba mais ›

Nanoamostragem

Conforme a complexidade do dispositivo aumenta, também aumenta o número de locais onde os defeitos podem ficar ocultos. A nanoamostragem fornece a localização precisa de falhas elétricas, o que é crítico para um fluxo de trabalho eficaz na análise de falhas na microscopia eletrônica de transmissão.

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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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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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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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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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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Ablação a laser de semicondutores

A ablação a laser fornece desbaste de alto rendimento de dispositivos semicondutores para aquisição de imagens e análise com microscopia eletrônica e, ao mesmo tempo, preserva a integridade da amostra. Acesse dados 3D de grande volume e otimize as condições de desbaste com melhor adequação ao tipo da amostra.

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Nanoamostragem

Conforme a complexidade do dispositivo aumenta, também aumenta o número de locais onde os defeitos podem ficar ocultos. A nanoamostragem fornece a localização precisa de falhas elétricas, o que é crítico para um fluxo de trabalho eficaz na análise de falhas na microscopia eletrônica de transmissão.

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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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