第三章 量測儀器原理
3.2 FIB聚焦離子束
3.2.1 FIB主要功能
圖 3.3 訊號連接器 3.2 FIB 聚 焦離子束
本實驗需進行 PI 膜厚段差分析，所以採用 FIB 分析儀器進行量測工 具，精準量測 PI 不均勻區域膜厚。
FIB（Focus Ion Beam）聚焦離子束，FIB 最早被使用在半導體業界之 光罩修補，接著又被使用在導線之切斷或連結。之後，一系列的應用被開 展出來，例如微線路分析及結構上之故障分析等等。目前已是半導體業使 用之儀器中成長最快之一。
液態金屬離子源發展之後，以鎵（Ga）為離子源的商用 FIB 才上市。
FIB 精密定點切面、晶粒大小分佈檢測、微線路分析及修理等，解決半導 體設計、製造、檢測及故障分析上許多問題。
3.2.1 FIB 主要功能
1.利用入射離子束與試片撞擊產生的二次電子或二次離子來成像 2.施加大電流可快速切割試片而挖出所需的洞或剖面
3.可蒸鍍導體如鎢或白金。
圖 3.4 FIB 儀器示意
FIB 儀器可分為：電子槍、離子束槍、真空室與放樣品區。
電子槍為光學系統穿透式電子顯微鏡，可分為熱游子電子槍與場發射 電子槍。熱游子電子槍為當燈絲被加熱到白熱化時放出熱電子，熱電子在 Wehnelt Cylinder 孔正下方附近節縮成最小斷面積，C 點稱為電子束最小交 迭點(Cross-over Point)。熱電子被施加於陽極的高電壓(~200kV)加速而進入 第一聚光透鏡。
場發射電子槍是利用很大的電場，使得電位能陣變得很小，電子藉由 Tunneling Effect 直接脫離固體表面。針尖由單晶的鎢絲製成，針尖曲率半 徑約 100~1000A，只要加上一很小的電壓即可使電場高達 107V/cm。
離子束槍使用離子束作為照射源，離子束具有大電量及質量，當其照 設置固態樣品上時會造成一連串之狀汲極能量傳遞，而在是片表面發生氣 化、離子化等現象而濺出中性原子、離子、電子及電磁波，當撞擊傳入試 片較內部時亦會造成晶格破壞、原子混何等現象，最後入射離子可能植入 試片內部。之後在真空室內放入樣品，樣品與離子槍呈現垂直狀態，以利 於離子槍對樣品進行切割。
圖 3.5 本實驗採用 FIB 照圖 3.2.2 FIB 原理
在液態金屬表面加數十 Ke V 強電場，其造成的應力會在液體表面產 生波狀的不穩定體，在經由電流體力量(Electrohydrodynamic Force)形成尖 銳的泰勒錐(Taylor Cone)。
錐體形狀及錐距係決定於液態金屬的表面張力及施加於表面的電位強度。
圖 3.6 離子形成機構示意圖
錐頂受電場蒸發生成 M+離子，M+離子再經電場作用形成 M2+或 M3+
離子。錐頂形成離子的同時有電子伴隨發生，電子受負電壓汲極
圖 3.7 FIB 離子束槍結構
離子束槍結構為液態金屬離子源汲極發出離子束，通過加速器使離子 束迅速發射，經過對準電極板及像差補償器，經由聚焦鏡及光圈把離子束 聚集起來，再經過質量分離器、物鏡與掃瞄器，把離子束精準射在樣品承 載台。
以上為離子束槍內之結構主要為輔助離子束精準發射在樣品上。中性 原子或中性原子團受到電場極化的作用會被吸引至錐頂約 10Å 的高度，經 電場游離形成電漿球（Plasma Ball）。基本上：低強度電子流：離子主要 由錐頂的電場蒸發而成。
高強度電子流：離子主要由錐體四周蒸發的原子或原子團構成。
圖 3.8 固態針線型的液態金屬源
圖 3.9 FIB 工作原理示意圖 3.3 OM 顯微鏡
在實驗中須進行放大觀察與量測邊緣角落的 Fat edge 寬度，所以採用 OM 進行觀察與分析。顯微鏡是一種非接觸性量測，利用光學原理將物件經 由物鏡投射到目鏡（監視器）過程中，藉著光線將物件放大成虛像。光源 經濾光鏡片而形成單色光，形成單色光的目的在於加強影像之對比，如果 在加入偏極板（偏光板），則更能增加影像的清晰程度。
光線經待測物表面反射（或穿透後）即進入物鏡，而後經錂鏡後，將 物像轉換成平行輸出。當觀察者雙眼湊近觀察時（或監視器），則可得到 較佳的視角即視像區域較大。
圖 3.10 本文所採用 OM 顯微鏡照
透射：光源由 Stage 下方射出，亦為光源由物件下方射出，得到之成像為 穿透。
落射：光源由上方往物件投射，得到之成像為反射。
偏光板：POL 在透射下使用方有效果。
光圈 A：亦在透射下使用方有效果。
鏡頭倍率切換：可調整至適當的倍率作分析。
光源大小：大光圈小光源而小光圈則需較強的光源。
偏光板：使物件呈現較為立體。
在面對不同不良現象面時，顯微鏡的小功能、小技巧需互相搭配，方 能使不良之現象面以最明顯的方式呈現，以利針對不良作處理。
3.4 預傾角量測機 OMS-CP52H
本實 驗 PI 塗 佈經由不 同接觸加熱後需信 賴性驗證 預傾角是 否產生變 化影響液晶驅動，所以會比對實驗直接接觸與近接接觸加熱的差異性。在 測量 Pretilt Angle 時會進行回轉中心補正即使材料的 cell gap 值很小也能正 確的測量測定光直徑可以從 φ0.02～1.0mm 作調整根據觀察用光學系可以 確認測量的位置使用 D・D 馬達可進行高速及高精度的測量。
圖 3.11 本文採用預傾角量測機側視照
動作部 Ｙ軸
Ｘ軸
ψ軸 Ｚ軸 θ軸
材料台
光源 偏光子 檢光子
λ/4板 受光器 觀察用顯微鏡
圖 3.13 預傾角機台構成圖
Retardation 的某物質在射入位相差為零的直線偏光與射出有位相差的 橢圓偏光。這個位相差稱做 Retardation。
Ｘ成分 Ｙ成分 Ｙ成分
Ｘ成分
圖 3.14 直線偏光（位相差＝０） 橢圓偏光（位相差≠０）
3.4.1 TN cell 的安定角
stable angle 為一般量測 Cell gap & Pre-tilt angle 時的前置作業動作，
儀器需計算出液晶在面板內鐳射光波長 360 度旋轉照射穿透所反應的偏極 光線的傾角穩定程度，一般 stable angle 接近坐落於最佳視角附近。
圖 3.15 TN Cell 安定角 Stable angle 量測圖 3.4 FT-IR 傅立葉紅外光譜分析儀
傅立葉轉換紅外光譜法(FT-IR)，是利用干涉儀產生干涉波，照射至樣 品後，再由電腦轉換成紅外光光譜，相較於一般古典的紅外線光譜儀，FT-IR 提供更快速的量測速度，最準確的吸收光譜，更高的靈敏度(一般約為 IR 的 100 倍以上甚至更高)，所以能夠提供最廣泛的運用(特別是反射式量測 法 )， 舉 凡晶 片 、 薄 膜 、 液 體 、 及 固 體 等 各 種 樣 品 皆 可 測 試 ， 並 且 可 擴 充 TG/IR， GC/IR ，FT-IR/Microscope 擴展其 應用領域 。因此本 研究採用此 分析儀器進行 PI 的官能基驗證確認實驗直接接觸與近接接觸的加熱方式 C-H 鍵、C-C 鍵的吸收坐落位置分佈。
3.4.1 干涉儀的構造
干涉儀的構造是由固定鏡、移動鏡、分光鏡所構成的，當光源通過分 光鏡，會將光源分為 50%穿透至固定鏡，50%至移動鏡，利用移動鏡的移 動，產生光程差，當移動距離不同時，即得到不同的干涉波，利用這種關 係，改變移動距離而得到干涉圖。
圖 3.16 FT-IR 干涉儀構造圖
圖 3.17 本次實驗所採用 FT-IR
巨觀 微觀
固體
液體 穿 透 反 射 全反射
手 動
揮發性 電腦微控
圖 3.18 本文 FT-IR 分析操作步驟
第四章 配向膜塗佈瑕疵改善與實驗架構 4.1 配向製程細節說明
配向膜機構為 PI 液放置於真空 Tank 上，管路利用 Bump 吸取利用噴 嘴吐液於刮刀上，刮刀進行左右輕微擺動均勻的將 PI 液輪滑於 A 輪，A 輪逆時針旋轉將 PI 液均勻與平滑的渡遞給掛有感光樹酯(APR)版的 P 輪，
P 輪則對於 A 輪則採反方向旋轉，目的為將 PI 液能順利展延到感光樹酯 (APR)版上，APR 版前後端為掛版端，無須展延 PI 液，所以 P 輪與 A 輪接 處約 1/2 圓周長。P 輪與印刷平台保持相同的行進速度與移動距離精準的 將 PI pattern 印壓在基板上，每一個製品皆需有 PI 膜，製品與製品須有 Dummy pattern 作間隔，PI 輪廓大小 Pattern 視機種而決定與框膠有無 overlap 而定。
圖 4.1 配向膜塗佈示意圖
TFT-LCD 不論是 CF 側(圖 4.2)或者是 TFT 側(圖 4.3)的玻璃元件，均需 要均勻塗佈配向膜來做液晶絕緣膜，而配向膜塗佈設計上必須大於可視範 圍區域，在各角落上圓角也必須覆蓋在可視範圍角落區域內，製程上禁止 可視區域內無 PI 膜，尤其是邊緣周圍角落。
圖 4.2 Color Filter 配向膜塗佈前、後示意圖
圖 4.3 TFT 側配向膜塗佈前、後示意圖 4.2 PI 邊緣不穩定區域
在業界中發現少數 TFT-LCD 液晶面板通電驅動後，在角落邊緣中有 發現透光且灰階不均勻的區域，經由施力指壓發現異常區域並不會隨著指 壓方向與力道而改變，調整顏色畫面異常區域依然明顯可視，以邊緣角落 最明顯。
圖 4.4 不穩定角落異常現象
進行液晶面板拆解後，顯微鏡下觀察發現 TFT 側與 CF 側的配向膜的
不良範圍
域內的異常現象，理論上配向膜角落邊緣不應有如此大範圍的不穩定區 域，加上 TF 與 CF 都有這樣的異常現象，如圖示箭頭，可見缺陷關鍵環節 應該是出在配向膜的製程。
圖 4.5 TFT 側配向膜不穩定區域
圖 4.6 CF 側配向膜不穩定區域 4.3 實驗設計
4.3.1 實驗流程步驟
TFT 側與 CF 側均有 Fat edge 的現象，兩側在製程上所 coating 的 材料與光阻均有所不同，為求實驗底基材導熱係數相同與收斂其它變 因可能性，本實驗研究則採用平整素玻璃為底基材，為避免底基表面 不平整造成配向膜塗佈有 surface tension 缺陷，基材採用素玻璃基材上 濺鍍一層平坦的 1000Å ITO(氧化銦錫)膜，基材表面無任何溝槽或會有 其他效應影響結果的汙染，塗佈 Polyimide 之前則會進行表面清潔與有 機物質去除，防止 particle 影響實驗結果，兩者實驗的 PI 採用相同 PI
ITO素基版
毛刷水洗
風刀水分剝離
IR烘乾製程
UV製程
轉寫製程
Pre-bake近接 Pre-bake直接
OM量測 FIB分析 預傾角驗證 FTIR分析
實驗結果討論
圖 4.7 實驗規劃流程圖
表 4.1 Ployimide 成分表(本研究實驗為 AL21004)
Type
成分百分 比
黏度 固型成 (Wt%) NMP γ-BL BC
AL21004 6 16 66 12 21
AL22620 6 12 64 18 26
圖 4.8 底基板膜層說明
圖 4.8 底基板膜層說明