三、 實驗
3.2 試片分析
試片的分析包含薄膜應力的測量、紅外線光譜的分析、利用原子力顯微鏡與 場發射掃描式電子顯微鏡作形貌觀察及膜厚鑑定，以及 n&k 系統測量薄膜的光學 特性等。
3.2.1 殘留應力分析（Residual Stress Analysis）
薄膜應力分析儀（Thin film stress analyzer, The Tencor FLX-2320），利 用試片經過沉積薄膜後曲率半徑的改變，檢測試片表面光學反射的偏折量，代入 Stoney 方程式（如式（2-10）所示）計算殘留應力值。Stoney 方程式主要考慮基 材-薄膜的複合結構產生彈性應變，以曲率半徑的變化量，決定應力的性質與大 小，並利用雙軸模數（biaxial modulus）與薄膜厚度作應力值的校正而推導出的 方程式。
如圖 3-2 所示，為應力量測原理示意圖。The Tencor FLX-2320 本身擁有功率 為 4 mW，波長分別為 670 nm 的 Class IIIA 雷射以及 750 nm 的 Class IIIB 雷射
（本研究中使用 670 nm 的 Class IIIA 模式），在分析的過程中，導入預選波長的 光束並以已知的入射角掃描試片表面，反射光被感光二極體接收，並檢測出光束 的偏折量而得知試片的曲率半徑變化。應用雙波長雷射分析技術的目的主要為針 對薄膜的光學性質選擇理想的波長，避免破壞性干涉影響分析結果。
首先將矽晶片批次建立曲率半徑的背景值（no film），依序量測各薄膜疊層 在各階段處理的殘留應力。本研究中所探討的殘留應力屬本質應力（intrinsic stress），屏除外應力及熱應力的因素，針對薄膜的成長特性所衍生的應力行為作 研究。
圖 3-2 The Tencor FLX-2320 應力量測原理示意圖。
（http://www.mems-exchange.org/equipment/E1007/）
3.2.2 化性分析
傅立葉轉換紅外線光譜儀（Fourier Transform Infrared Spectroscopy, ASTeX PDS-17 System），藉由吸收光譜中的特性吸收頻率（波數的倒數）鑑定 試片含有的官能基（functional groups）種類，被吸收的輻射頻率係分子振動所 吸收的能量，並根據分子結構而呈現不同的振動模式。傅立葉轉換紅外線光譜儀 擁有高輸出能量，因此在分析時可獲得較強的訊號雜訊比（signal to noise ratio），並具備高解析度、頻率再現性等優點。
自紅外線光譜可得知試片成份、分子結構以及鍵結型態等相關訊息，文獻中 經常利用光譜鑑定鍵結形式以及相關定量、定性分析。首先將矽晶片批次建立背 景訊號值，依序量測各薄膜疊層，針對各階段處理造成的化學性質進行定性分析，
觀察特性訊號峰，並藉此印證薄膜的鍵結組成與應力行為的關聯。
R
θ
Thin film
Substrate
R
θ
R
θ
Thin film
Substrate
3.2.3 表面形貌觀察
利用原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope）的輕敲模式（tapping mode），
觀察試片的表面形貌，量測試片的粗糙度（Roughness, Ra）以及方均根值（R-M-S, Rq）來鑑定試片表面的平坦度。
原子力顯微鏡，係利用懸臂（cantilever）端點的探針，逼近試片表面，藉 由探針與試片表面的作用力（如 van der Waal 力或接觸力）導致懸臂的偏折，並 將偏折量轉換為電流輸入回饋系統，控制探針高度或作用力強度；由探針的操作 模式，可區分為接觸式、非接觸式以及敲觸式。
利 用 場 發 射 掃 描 式 電 子 顯 微 鏡 （ Field Emission Scanning Electron Microscopy），對試片的劈裂面形貌作觀測，鑑定各薄膜疊層的厚度。場發射係利 用高電場扭曲靶材功函數，使電子穿隧通過能障自陰極尖端發射，因此可獲得高 電流密度的電子束，經過電磁透鏡的聚焦以及電場的加速，照射在試片表面將產 生二次電子、背向散射電子、Auger 電子及特性 X 光等。
試片受到入射電子撞擊，使外層軌域鍵結較弱的電子得到動能而脫離原子，
稱為二次電子。二次電子屬於試片表面所發散的低能電子，並且發散數目受到表 面形貌影響，而掃描式電子顯微鏡即利用二次電子訊號，得到具有亮度與對比的 影像，得知試片表面形貌。
3.2.4 光學性質
利用 n&k 系統，測量奈米孔洞二氧化矽薄膜與各疊層所擁有的折射指數nf