在半导体制程中，测量设备的性能直接影响制程调变的能力和产量的提升，半导体厂和设备供应商必须确保其测量的结果必须在公差范围内，并符合ISO和品质系统的认证。
当元件的尺寸与公差不断地缩小，此时量测工作就变得更具挑战性了，况且许多元件结构已经达到物理的极限；当半导体工业不断地寻求各种方法以满足日趋严苛的量测需求，目前已经开发出许多的量测工具来满足这些重要的量测，例如：CD值（Critical Dimensions）、薄膜厚度、表面形貌（morphology）、掺杂浓度（doping concentration）与缺陷分析。
在奈米尺度元件量测的范畴之中，以手动或半自动的方式量测与分析很容易产生错误，唯有自动量测才可以达成有效率且正确的量测数据，因而得出精确的统计资料。
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多层状结构的厚度量测 |
LED元件磊晶层的量子井与超晶格的膜厚与间距，是决定LED发光效率与磊晶应力的关键技术，因此精确且快速的自动量测方法，已成为各家LED磊晶厂迫切寻求的工具。
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从下表示范的计算，我们可以从影像自动量测的数值，据以计算出全部的材料层数、每一层的平均厚度、均方根平均值、每一层材料的最厚和最薄范围，以及厚度变化的标准差；一般工程师皆可以轻易的读懂这份数据，并作出正确的判断以进行下一步的研发工作。
LED量子井的统计资料 (a) 量子井的层数 (b) 每一层的平均厚度 (c) 厚度范围 (d) 每一层厚度均方根值 (e) 厚度变化的标准差 |
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奈米颗粒量测和分布（Nano Particles Size Measurement and Size Distribution） |
奈米颗粒广义的定义为材料尺寸小于100奈米（nm）的颗粒，当材料的尺度限缩至100 nm以下，其物理与化学特性会与块材（bulk）有显著的不同，因此全世界各国的产、官、学界都投入大量的人力与物力研发新的奈米颗粒材料。由于奈米颗粒的形状与尺寸至关其特性，所以需要一套可以快速且精确量测奈米颗粒形状与尺寸的自动量测系统。
我们藉由TEM拍摄奈米颗粒的影像，如下图所示，经由影像辨识系统将TEM影像转换成奈米颗粒的形状与尺寸数据，以统计学的方法分析奈米颗粒大小和其尺寸的分布。
(a) 奈米颗粒的TEM影像 (b) 经过影像辨识后的奈米颗粒影像 (c) 影像处理之后的数据 (d) 奈米颗粒面积的统计分析图 |
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晶粒尺寸量测和分布（Grain Size Measurement and Size Distribution） |
对于金属材料的晶粒尺寸量测，过去在金属手册（Metal Handbook）中有简易的定义与方法可参阅，可是若要对大量的晶粒寻求精准的统计计算，甚至于对形状有清楚的定义与定性的描绘，则仍须借助影像处理的手法。
在这里以透明导电薄膜铟锡氧化物（ITO）晶粒为例，我们可以从清楚的晶界对比中分辨晶粒的形状与大小，而下图是利用设备系统所提供的套装软体所得出的结果。
(a) ITO晶粒的TEM影像 (b) 影像处理后的晶界位置 (c) 晶粒尺寸的分布 |
某些材料的晶粒中会有双晶晶界（Twin Boundary）和叠差（Stacking Faults），这会影响晶粒大小计算的结果；我们以铜金属晶粒为例，影像处理可以保留双晶晶界和叠差，或去除这些类似晶界的对比来计算，这会让分析的结果更为客观正确，如下图所示。
(a) Cu晶粒的 （Secondary Ion Micrograph, SIM）影像 (b) 影像处理后，去除双晶晶界後所得Cu的晶界位置 (c) Cu晶粒尺寸的分布 |
关于多晶矽（poly-Si）的晶粒尺寸量测，目前对于高浓度掺杂、长时间热处理的多晶矽晶粒可以做类似铝晶粒的计算，但是对于淡浓度掺杂、未退火的晶粒，因为晶界无法经由TEM影像清楚辨识定义以至于无法量测晶粒尺寸，所以量测分析方法仍待开发，如下图所示。
(a) 多晶矽 (Poly-Si) 的TEM影像 (b) 影像处理后多晶矽的晶界位置 |
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鳍式场效电晶体自动图形辨认（Auto-profiling of FinFET） |
当半导体制程技术限缩到20 nm 以下，电晶体的结构由二维（2D）的平面式改变成三维（3D）的鳍式场效电晶体（FinFET），对于三维的电晶体量测，不但要精准量测各层的膜厚，更重要的是鳍式矽晶形状的控制，因为Fin 的形状是影响电晶体效能的最重要因素之ㄧ。
以传统手动的方式在TEM影像上量测FinFET，过程中容易造成许多人为的误判，为了有效降低人为计算所造成的错误，我们研发影像自动量测技术，单一照片处理工时只要数分钟，此技术主要分成三个步骤：
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经计算处理后的统计资料可以进一步凸显分析数据的量化指标，并以如下图的图示表达分析结果，这类分析的结果呈现将比单纯数值的计算更有意义，让您的研发工作更简便、更有效。
(a) FinFET 的 TEM 影像 (b) FinFET 各层材料的边界 (c) 边界转换成数据 (d ) FinFET 的形状统计资料 |
