摘要：微光显微镜（Emission Microscope，简称EMMI）是一种用于半导体失效分析的高效非破坏性检测工具，其主要功能是侦测集成电路内部缺陷产生的微弱光子发射信号。随着半导体工艺节点不断缩小（

原创赵俊红半导体工程师 2025年09月30日 09:04 北京

1 EMMI技术概述

1.1 基本概念与工作原理

微光显微镜（Emission Microscope，简称EMMI）是一种用于半导体失效分析的高效非破坏性检测工具，其主要功能是侦测集成电路内部缺陷产生的微弱光子发射信号。随着半导体工艺节点不断缩小（非破坏性检测的要求日益严格，EMMI因其高灵敏度、快速定位能力，已成为先进制程失效分析的首选方法之一。

EMMI的技术原理基于半导体器件中电子-空穴对（EHP）复合发光现象。当给芯片施加偏压时，缺陷区域会表现出异常电流，这些电流通过以下机制产生光子：

载流子复合发光：在P-N结加偏压情况下，N阱的电子会扩散到P阱，而P阱的空穴也会扩散到N阱，与相反极性的载流子发生电子-空穴对复合，释放出光子

热辐射：静电放电（ESD）损伤或过电应力（EOS）导致的局部短路或漏电会产生焦耳热，发出红外光

EMMI系统通过高灵敏度探测器（如深制冷CCD或InGaAs传感器）捕捉这些微弱的光子辐射信号，从而精确定位芯片中的缺陷或异常区域。现代EMMI设备通常配备多种探测器，覆盖从可见光到近红外的广泛波长范围（365nm至1800nm），以检测不同类型缺陷发出的各种波长的光子。

1.2 技术特点与工作模式

EMMI技术具有两种主要工作模式，以适应不同的分析场景：

静态模式：检测恒定偏置下的稳定发光点（如漏电点），适用于持续性缺陷的定位

：结合时域分析，捕捉瞬态发光信号（如ESD事件中的瞬间放电），适用于间歇性故障分析

为提升检测能力，现代EMMI系统还集成了多种增强技术：

背面检测：对于被金属层遮挡的缺陷，可采用芯片背面检测模式，但只能探测近红外波段的发光，且需要对样品进行减薄和抛光处理

多探测器集成：先进的EMMI系统可配置CCD探测器（波长范围365nm-1190nm）、InGaAs探测器（900nm-1750nm）或VisGaAs探测器（500nm-1800nm），实现全波段覆盖

双激光扫描系统：如SIFT（Stimulus Induced Fault Testing）技术，通过激光扫描芯片电路，诱导失效位置电阻变化，增强缺陷检测能力

1.3 在半导体分析中的关键应用

EMMI在半导体产业链中扮演着缺陷定位专家的角色，其检测结果直接影响到芯片良率提升与工艺改进。主要应用场景包括：

表：EMMI主要应用场景与检测能力

EMMI技术对多种典型缺陷具有卓越的检测能力，特别是对于发光类失效的定位效率极高。然而，它也存在一定的局限性，无法检测不产生光子的缺陷，如欧姆接触、金属互联短路、表面反型层和硅导电通路等。在实际失效分析工作中，EMMI常与OBIRCH（光诱导电阻变化）技术集成在同一系统，形成PEM（Photo Emission Microscope），两者互补能够应对绝大多数失效模式。

2 主流设备品牌与市场格局分析

2.1 国际主流品牌与型号

SEMICAPS SOM 1100：是一家先进的芯片漏电定位设备制造商，公司产品涵括正置、倒置、静态、动态各种应用的机型，世界TOP30的半导体公司很多是他的客户。在Lock in信号增强技术和SIL镜头（纳米线宽侦测）技术领域，位于行业前列。2011年Semicaps和仪准合作正式进入中国，凭借着产品的先进性、合理的价格以及完善的售后服务体系，迅速得到中国广大客户的认可

Hamamatsu：作为光电子领域的全球领导者，Hamamatsu（滨松光子）的EMMI系统以其高灵敏度和卓越性能闻名。尽管搜索结果中没有提供详细的型号信息，但行业知识表明，Hamamatsu的设备在低光子探测方面具有独特优势，特别适用于先进制程芯片的微弱信号检测。

2.2 国内主流品牌与型号

仪准科技（P-100）：仪准科技的P-100 EMMI测试系统是国产EMMI设备的代表，已进入中国市场15年之久，拥有广泛的客户基础。该系统在国内拥有三安光电、中兴通讯、智芯微电子、欧司朗、北京772所、MPS、乐山菲尼克斯、深圳明微、国家软件测评中心等几十家知名客户。P-100系统作为器件失效分析中漏电定位的重要工具，已在多个行业得到验证，体现了国产设备在可靠性和实用性方面的竞争力。

2.3 设备品牌综合对比

3 市场竞争格局与国产化现状

3.1 全球市场格局

全球EMMI设备市场呈现国际品牌主导、国产品牌追赶的竞争格局。在高精度、高性能EMMI设备领域，SEMICAPS、ADVANCED、Hamamatsu等国际品牌凭借其技术积累和品牌影响力，占据了高端市场的主要份额。这些公司的设备通常价格昂贵，但具备更高的灵敏度、更丰富的功能和更强大的分析软件，因此深受大型半导体制造企业和高端研究机构的青睐。

值得注意的是，国际品牌之间也存在一定的差异化定位：

SEMICAPS：以灵活的探测器配置和全面的分析功能为特色，支持从可见光到近红外的全波段检测

THERMOFISHER：专注于热发射显微镜技术，在温度分辨率和热缺陷检测方面具有独特优势

Hamamatsu：凭借在光电子领域的技术积累，在低光照条件下的光子探测能力出色

这种差异化竞争使得全球EMMI市场呈现出多层次、多元化的特点，不同需求的用户可以根据自身分析重点选择合适的设备。

3.2 国产化现状与机遇

中国EMMI设备制造业正处于快速发展阶段，以仪准科技为代表的国内企业通过多年的技术积累和市场拓展，已在国内外市场占据一席之地。仪准科技的P-100 EMMI测试系统进入中国已有15年之久，拥有包括三安光电、中兴通讯、智芯微电子等在内的几十家知名客户，证明国产设备在实用性和可靠性方面已得到市场认可。

国产EMMI设备的发展面临以下机遇与挑战：

政策支持：中国政府对半导体产业链的全面支持为设备制造商创造了良好的发展环境

市场需求：中国半导体产业的快速发展对失效分析设备产生了巨大需求

技术进步：国内企业在光学系统、探测器技术和分析软件方面不断取得突破

服务优势：国产设备商通常能提供更快速的售后响应和更低成本的技术支持

然而，国产设备在最高精度、技术创新和品牌影响力方面仍与国际领先水平存在一定差距。特别是在

4 国内市场需求与典型用户分析

4.1 国内市场规模与用户分布

随着中国半导体产业快速发展，尤其是在新能源汽车、5G通信和人工智能等领域对高可靠性芯片的需求激增，EMMI设备市场呈现持续增长态势。国内用户在不同应用场景下对EMMI设备的需求呈现明显差异，体现出多层次、多元化的市场需求特点。

根据调研数据，仪准科技P-100 EMMI测试系统在国内拥有几十家知名客户，覆盖了半导体产业链的多个环节。这些用户包括：

半导体制造企业：如三安光电、乐山菲尼克斯、深圳明微等

通信设备企业：如中兴通讯

芯片设计公司：如智芯微电子

科研院所：如北京772所（航天微电子研究所）

国际半导体公司：如欧司朗、MPS

国家检测机构：如国家软件测评中心

这一用户分布表明，EMMI设备在半导体产业链的各个环节都有广泛应用，从芯片设计验证到制造工艺监控，再到成品失效分析，EMMI都发挥着不可替代的作用。

4.2 不同领域用户需求分析

大型半导体制造企业（如三安光电）：这些企业主要关注设备的吞吐量、稳定性和重现性，追求高效率的量产分析和工艺监控。它们通常需要设备具备自动化功能和数据分析能力，以支持大规模生产线的快速问题定位。

芯片设计公司（如智芯微电子、MPS）：这些用户更注重EMMI设备的分析精度和多种分析模式，特别是对ESD/EOS损伤的动态分析能力。它们关注设备是否能与仿真结果关联，帮助优化设计，提高产品良率。

科研院所（如北京772所）：这类用户通常对设备的技术先进性和分析能力有更高要求，需要设备支持前沿科学研究。它们往往关注设备是否具备多种探测模式和先进的分析功能，如动态ESD事件分析能力。

系统厂商（如中兴通讯）：这些用户主要利用EMMI进行供应商质量监控和现场故障分析，关注设备的易用性和结果可靠性。它们需要快速定位来自不同供应商的芯片问题，确保最终产品的质量。

第三方检测机构（如国家软件测评中心）：这类用户最重视设备的公信力和测试准确性，需要提供权威的检测报告。它们通常选择经过市场长期验证的设备，如仪准科技的P-100系统。

4.3 典型应用案例分析

ESD失效分析：某半导体企业利用EMMI的动态分析模式，结合TLP（传输线脉冲）测试，成功观测到ESD保护电路在瞬态事件中的响应特性，定位了PN结反向击穿位置，为改进ESD设计提供了关键依据。

栅氧漏电定位：某芯片设计公司采用EMMI的高灵敏度InGaAs探测器，成功检测到μA级栅极漏电流，发现了先进制程芯片中栅氧缺陷的位置，通过工艺优化将产品良率提升了3个百分点。

闩锁效应分析：某功率半导体制造商利用EMMI发现了寄生SCR结构触发导致的异常电流路径，通过改进布局设计，解决了芯片在高温下的闩锁失效问题。

背面分析应用：某微处理器生产商面对被多层金属遮挡的缺陷，采用EMMI的背面检测模式，通过对芯片减薄和抛光处理，成功定位了近红外波段的发光点，解决了底层金属互连的失效问题。

5 市场趋势与采购决策建议

5.1 技术发展趋势

半导体EMMI设备技术正朝着更高灵敏度、更智能分析和更全面功能方向发展，主要趋势包括：

多技术融合集成：将EMMI、OBIRCH、Thermal EMMI等多种分析技术集成在同一平台，实现互补优势，提高失效分析成功率。如FAI Crystal Vision系统已集成SIFT双激光扫描功能，支持光激励诱导失效测试。

先进制程适配：随着工艺节点向空间分辨率和光子探测灵敏度，支持超小尺寸缺陷检测。EMMI技术已成为先进制程失效分析的首选方法之一。

AI与智能化分析：引入人工智能技术，自动识别异常发光模式并分类，减少对操作人员的依赖，提高分析效率和一致性。如结合AI算法，可自动区分正常发光点与缺陷信号，降低误判率。

高速与动态分析：增强EMMI系统的时序解析能力，支持纳秒甚至皮秒级的瞬态发光事件捕捉，满足动态ESD事件和瞬时故障的分析需求。

扩展波长范围：开发支持更长短波长的探测器，如扩展至中红外波段，以检测更多类型的缺陷。FAI已推出VisGaAs探测器，覆盖500nm-1800nm的宽波长范围。

5.2 采购决策建议

基于对半导体EMMI设备市场的综合分析，为半导体企事业单位提供以下采购建议：

按应用场景选择：

高端研发与先进制程：优先选择SEMICAPS 或Hamamatsu高端型号，支持全波段探测和先进分析功能

热缺陷专项分析：考虑THERMOFISER SEMICAPS系统，专注热发射分析，温度分辨率达

常规失效分析：仪准科技P-100系统，性价比高且经过市场验证

多技术集成需求：选择集成EMMI和OBIRCH的PEM系统，应对多样化失效模式

按预算选择：

300万元以下：国产EMMI基础型或二手国际品牌设备，满足基本检测需求

300万-600万元：仪准科技P-100或国际品牌中端配置，平衡性能与预算

600万元以上：SEMICAPS或Hamamatsu高端型号，追求顶级性能

供应商评估要素：

技术参数验证：重点关注探测器灵敏度、波长范围、空间分辨率等核心指标，通过实际样品测试验证设备性能

分析软件功能：评估数据采集、处理和分析软件的易用性和功能完整性，好的软件能极大提升分析效率

服务网络与响应：优先选择本地化服务完善的供应商，确保快速的技术支持和售后响应

升级与扩展能力：预留探测器、分析模块等升级空间，适应未来需求变化

行业应用案例：参考同类用户的设备使用经验，选择经过市场验证的产品

战略考量：

国产化替代机会：在满足技术要求的前提下，可优先考虑国产设备，支持产业链自主可控

技术演进路径：选择具有清晰技术发展路径的供应商，确保设备能适应未来工艺进步

人才培养计划：考虑供应商的技术培训能力，确保团队能充分发挥设备性能

数据兼容性：评估设备是否能与实验室数据管理系统集成，实现数据分析流程优化

6 结论

半导体微光显微镜（EMMI）作为失效分析的关键设备，在确保芯片性能、可靠性和良率方面发挥着不可替代的作用。当前EMMI设备市场由国际品牌主导，但以仪准科技为代表的国产品牌正凭借不断提升的技术、明显的性价比优势和本地化服务能力加速国产替代进程。

对于半导体企事业单位，EMMI设备选型需综合考虑技术需求、预算限制和长期发展策略。在先进制程研发和高端分析领域，建议优先选择国际领先品牌的设备；在常规失效分析和成本敏感场景，可考虑经过市场验证的国产设备。随着中国半导体产业自主可控需求增强，选择支持具备核心技术的国产设备厂商，不仅有助于降低成本，更能促进产业链协同发展。

未来，EMMI设备将朝着多技术融合、AI智能化和专项分析能力方向发展，半导体企业应密切关注技术趋势，适时更新设备能力，以应对日益复杂的芯片失效分析挑战。随着中国半导体产业向先进制程迈进，对高端EMMI设备的需求将持续增长，为具备技术创新能力的企业带来新的发展机遇。