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原子力顯微鏡 (AFM)

技術原理

原子力顯微鏡 ( Atomic Force Microscope ) 是利用奈米尺寸的探針在樣品表面做掃瞄,藉由原子之間的凡得瓦爾作用力產生接觸與排斥現象、再配合探針懸臂 ( cantilever ) 作為雷射光的反射介面,當探針因表面作用吸引排斥而導致雷射的偏移量,記錄這些偏移數值即可呈現出樣品的表面形貌。


圖1 AFM量測示意圖

 

早期量測表面形貌模式是以接觸式 ( Contact mode ) 探針掃瞄方式進行,近來多以輕敲式 ( Tapping mode ) 為主,可以降低探針因表面靜電或其他污染的影響,並改善接觸式造成的刮傷問題。近年來AFM開發很多的量測應用:如電性、磁性等,這些都必須搭配各式的探針與模組方能進行量測,所附加的 SCM ( Scanning Capacitor Microscope ) 功能,能提供半導體應用分析。


 

 

分析應用

  1. 表面 100um 範圍以下的形貌量測 ( <100um surface morphology )
  2. 表面粗糙度分析 ( Roughness analysis )
  3. 微區尺寸,高度分析量測
  4. 3D影像分析
  5. 薄膜鍍層、結構或缺陷影像掃瞄分析,最大樣品尺寸12”wafer

 

 

 

機台種類


圖2 AFM ( Bruker ICON )

 

 

 

 

應用實例

圖3 (a) 表面粗糙度分析

圖4 (b)3D影像

 

圖5 剖面分析 (Section analysis)

 

 

 

 

 

常見問題

Q1. AFM 可以提供什麼樣的數據 ?

A. AFM除了提供Ra(平均粗糙度)、Rq(均方根粗糙度)及Rz(影像中最高點及最低點的差值)等基本粗糙度統計值之外,還可以藉由軟體計算得到截面高低起伏變化的資訊,如step height等。

 

Q2. 12吋晶圓的樣品可以不裂片就進行量測嗎 ?

A. 本公司於2018年五月新進一台Bruker ICON機台,可以直接量測12吋晶圓上的任意區域都不需要破片唷!

 

Q3. AFM 的解析度及最大的掃瞄範圍可以到多少 ?

A.  AFM的Z軸解析度可以達到0.1 nm,最大的掃瞄範圍每張圖可以達到90um x 90um。

 

Q4. AFM 有樣品的限制嗎 ?

A. AFM任何樣品都可以進行分析,如金屬、薄膜、玻璃、氧化層、塑膠、軟板材料等,皆可以進行掃描。

最大可掃描高低差為5um,若高低差大於此範圍,可考慮白光干涉儀進行量測;另外若樣品表面結構開口太小,可能會導致探針無法量測到底部或無法下針,需要實際測試才能知道是否可以分析喔!

 

Q5. AFM 針尖的尺寸 ?

A.  本公司使用的AFM探針針尖半徑皆小於10nm,確保會有更佳的解析度。

 

 

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