實驗儀器原理介紹

光能量分散光譜儀( electron dispersive spectroscope，EDS )與能量損失 譜儀(electron energy loss spectroscope，EELS) ，電子顯微鏡可廣義定 義為可鑑定化學成分、晶體結構、顯微結構、與電子分布狀況的電子

非彈性碰撞電子、特徵 X 光、螢光等等。一般掃描式電子顯微鏡所偵 測的訊號為二次電子與背向散射電子，由於二次電子為弱鍵結電子，

所以只有在距離試片表面5 ~ 50 nm 的範圍內的二次電子才有機會逃出 表面被偵測到，所以二次電子的數量會受到材料表面起伏的影響，這 些電子經偵測器偵測後會將訊號放大處理，然後經由螢幕輸出影像，

因此透過二次電子影像(secondary electron image，SEI)可觀察到試片表 面的表面型態。圖3.5 為 SEM 構造示意圖

圖3.5 SEM 構造示意圖

3.3.2 四點探針 (Four point probe ; FFP)

沒有電流流過串聯電阻，測量時可避開不需要的串聯電阻的影響，一 般而言，探針之間隔 S1=S2=S3=1 mm，如圖 3.6，假設在薄膜面積無 限大之狀況下，若電流 I 加在 P1 與 P4 之間，則薄膜片電阻為 Rs = 4.53 V

I ，此處的 V 為 P2 與 P3 之間的電壓；若電流加在 P1 與 P3 之 間，則薄膜片電阻Rs = 5.75 V/I，V 為 P2 與 P4 之間的電壓。通常先 進的工具都會進行四次量測，以程式依序進行上述兩種量測組態，並 且改變每一種組態的電流方向來減少邊緣效應，以得到更準確之數 值，需要注意的是四點探針的測量會造成晶圓表面之有破壞性的穿刺。

本實驗使用的機台是國家奈米元件中心的 (FPP, Dektak^ST 32)

圖3.6 四點探針構造示意圖

3.3.3 展阻量測系統(Spreading Resistance Probe；SRP)

展阻量測系統ㄧ般多用來測試半導體表面展阻、載子濃度。我們 則嘗試利用此系統來取得銅金屬薄膜的深度與阻抗係數的關係圖，本 次實驗所使用的系統為交大貴儀中心的 SSM150 Automatic Spreading Resistance System，我們可以很清楚的看出利用 SRP 技術取得不同深度 銅薄膜阻抗係數的原理，首先將所要量測的銅薄膜利用研磨的方式做 成一坡面，再利用探針平行移動來取得我們所要的展阻值，即可控制 取得的數據都是出於同一個試片，如此一來便可以輕易的控制各項造 成阻抗係數值上升的變數，並且減少試片的配置數量，進而深入的去 探討各項原因對阻抗係數值上升所造成的個別影響，在量測之前試片 的製作是本測量系統必須要特別注意的部份，首先我們必須將試片裁 成4 mm×8 mm 的大小，再利用黃膠將試片黏置在一個有角度的底座上 (本實驗使用 8 分的角度)，接著將試片放在一玻璃盤上加上甘油與氧化 鋁粉研磨成一有角度的坡面，最後再利用丙酮清洗即可，操作示意如 圖3.7，實際機台狀況如圖 3.8。

圖3.7 SRP 操作示意圖

圖3.8 交大貴儀中心之 SSM150 系統

3.3.4 聚焦離子束(Focus Ion Beam；FIB)

聚焦式離子束顯微鏡的系統原理，是利用電透鏡將離子束聚焦成 非常小尺寸的顯微切割儀器，目前商用系統的離子束多為液相金屬離 子源(Liquid Metal Ion Source, LMIS)，金屬材質為鎵(Gallium, Ga)，因 為鎵元素具有低熔點、低蒸氣壓、及良好的抗氧化力；典型的離子束 顯微鏡包括液相金屬離子源、電透鏡、掃描電極、二次粒子偵測器、

5-7 軸向移動的試片基座、真空系統、抗振動和磁場的裝置、電子控制 面板、和電腦等硬體設備，外加電場 (Suppressor) 於液相金屬離子源 可使液態鎵形成細小尖端，再加上負電場 (Extractor) 牽引尖端的鎵，

而導出鎵離子束，以電透鏡聚焦，經過一連串變化孔徑 (Automatic Variable Aperture, AVA)可決定離子束的大小，再經過二次聚焦至試片 表面，利用物理碰撞來達到切割之目的。圖3.9為FIB 結構示意圖，在 驗使用機台為交大貴重儀器中心的Dual beam (focused ion beam &

electron beam) System，利用其ion channeling contrast的功能來紀錄晶粒

大小。ion channeling contrast的功能原理是，在多晶材料中，當二次電 子影像被捕捉時，會因為不同晶粒間的結晶方向不同造成二次電子散 射，而產生不同晶粒間的明暗變化。

圖3.9 聚焦離子束顯微鏡(FIB)示意圖