先端半導体デバイスの故障箇所を非破壊でマイクロメートル単位の位置精度で特定　半導体故障解析装置PHEMOS-Xシリーズ用発熱解析計測モジュールを開発　5月12日より受注開始

浜松ホトニクス株式会社

2025年5月8日 14時19分

半導体故障解析装置 PHEMOS-Xシリーズは、半導体デバイスの故障に起因する発光・発熱などをとらえて故障箇所を特定する高解像度エミッション顕微鏡です。

このたび、当社は保有するレーザ・光センサ・計測・画像処理・解析技術を応用し、PHEMOS-Xシリーズ用の新しい検出手法となるTD Imaging（ThermoDynamic Imaging）の開発に成功しました。このTD ImagingをPHEMOS-Xシリーズに搭載することで、生成AI用半導体などの、3次元構造化や微細化が進む先端半導体デバイスの故障箇所を高感度、高解像度で特定し、故障解析の成功確率を格段に向上することが可能となります。

5月12日（月）から国内外の半導体デバイスメーカーに向けて受注を開始します。

＜開発の背景＞

半導体故障解析装置 PHEMOS-Xシリーズは、半導体デバイスの故障に起因する発光・発熱などをとらえて故障箇所を特定する高解像度エミッション顕微鏡です。半導体デバイスの故障解析では、まず半導体テスタで電気的に故障の有無を検出し、次に半導体故障解析装置で故障箇所を絞り込み、最後に推定される故障箇所を電子顕微鏡で観察し物理的に故障原因を特定します。

近年、AI、データセンター、自動運転車などの技術の進展に伴い、先端半導体デバイスの需要が急速に増加しています。

3次元構造化や微細化が進む先端半導体デバイスは、従来の半導体デバイスとは異なる構造のため、PHEMOS-Xシリーズの発光解析やIR-OBIRCH解析（※1）では、故障箇所の検出が困難となってきています。LIT（※2）による発熱解析は非常に高感度で有効ですが、空間分解能が低く十分な絞り込みができません。LITから直接物理解析を行っても、故障原因を特定することはほぼ不可能でした。従来のデバイスでは非破壊の故障箇所絞り込みが主流でしたが、やむを得ず、デバイスを破壊して故障箇所絞り込みをしなければならない状況になっていました。

＊1　IR-OBIRCH解析：半導体デバイスに赤外レーザを照射したときの電気変動を検出し異常箇所を特定する。

＊2　LIT：ロックインサーモグラフィ（Lock-in Thermography）。半導体デバイスに電気パルスを加えた際の局所的な発熱を赤外線カメラで画像化し、異常箇所を特定する。

＜製品の概要＞

今回、PHEMOS-Xシリーズ用の新たな発熱解析計測モジュールであるTD Imagingを開発しました。本技術は、計測対象の表面にレーザを照射し、その反射率の変化から局所的な発熱をとらえる、独自の発熱解析技術です。

光の反射を用いて熱を検出する技術自体は既存のものですが、これまでは感度が足りず実用化が困難でした。今回、レーザを用いることで本技術を実現し、感度を大幅に向上させた点が特許技術となります。

TD Imagingは、LITと同等の感度を持ち、さらにLITを上回る空間分解能を有しています。LITでは表面の金属層の隙間から強い発熱信号が得られるのに対し、TD Imagingは発熱源直上の位置で強い信号を得られるため、金属層下の故障位置を非破壊で、より正確に特定することが可能です。

この新技術により、半導体デバイスの故障解析がさらに精密かつ効率的に行えるようになり、製品の品質向上に大きく貢献することが期待されます。

PHEMOS-Xシリーズは、1台の装置にLITとTD Imagingの両方の検出器を搭載することが可能です。LITで広範囲の信号を検出した後、TD Imagingで効率的に2μm範囲まで絞り込むことにより、物理的な故障解析の成功確率が飛躍的に向上し、今まで見つけられなかった故障原因を特定することが可能になります。LITはもちろん、TD Imagingも非破壊で故障箇所を絞り込むことができます。