原子力显微镜 (AFM)
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技术原理 |
原子力显微镜（Atomic Force Microscope）是利用奈米尺寸的探针在样品表面做扫瞄，藉由原子之间的凡得瓦尔作用力产生接触与排斥现象、再配合探针悬臂(cantilever)作为雷射光的反射介面，当探针因表面作用吸引排斥而导致雷射的偏移量，记录这些偏移数值即可呈现出样品的表面形貌。
早期量测表面形貌模式是以接触式(Contact mode)探针扫瞄方式进行，近来多以轻敲式(Tapping mode)为主，可以降低探针因表面静电或其他污染的影响，并改善接触式造成的刮伤问题。
近年来AFM开发很多的量测应用：如电性、磁性等，这些都必须搭配各式的探针与模组方能进行量测，所附加的SCM(Scanning Capacitor Microscope)功能，能提供半导体应用分析。
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图-1 AFM量测示意图
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分析应用 |
- 表面100um范围以下的形貌量测 (<100um surface morphology)
- 表面粗糙度分析 (Roughness analysis)
- 微区尺寸，高度分析量测
- 3D影像分析
- 薄膜镀层、结构或缺陷影像扫瞄分析，最大样品尺寸12”wafer
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机台种类 |
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图-2 AFM (Bruker ICON)
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应用实例 |
图-3 (a) 表面粗糙度分析 |
图-4 (b)3D影像 |
图-5 剖面分析 (Section analysis) |
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常见问题 |
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Q1. AFM 可以提供什么样的数据 ? |
A. AFM除了提供Ra(平均粗糙度)、Rq(均方根粗糙度)及Rz(影像中最高点及最低点的差值)等基本粗糙度统计值之外，还可以藉由软体计算得到截面高低起伏变化的资讯，如step height等。
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Q2. 12吋晶圆的样品可以不裂片就进行量测吗 ? |
A. 本公司于2018年五月新进一台Bruker ICON机台，可以直接量测12吋晶圆上的任意区域都不需要破片唷!
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Q3. AFM 的解析度及最大的扫瞄范围可以到多少 ? |
A. AFM的Z轴解析度可以达到0.1 nm，最大的扫瞄范围每张图可以达到90um x 90um。
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Q4. AFM 有样品的限制吗 ? |
A. AFM任何样品都可以进行分析，如金属、薄膜、玻璃、氧化层、塑胶、软板材料等，皆可以进行扫描。
最大可扫描高低差为5um，若高低差大于此范围，可考虑白光干涉仪进行量测；另外若样品表面结构开口太小，可能会导致探针无法量测到底部或无法下针，需要实际测试才能知道是否可以分析喔!
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Q5. AFM 针尖的尺寸 ? |
A. 本公司使用的AFM探针针尖半径皆小于10nm，确保会有更佳的解析度。
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