AFM 奈米探針電性量測技術

透過 Tapping Mode AFM 掃描樣品表面，建立清晰的奈米級形貌圖（Topography），精準鎖定目標元件位置。在 Contact Mode 下以鎢製奈米探針接觸目標電晶體，進行單點電性量測。由於量測過程無需電子束，因此可避免電荷累積效應、電性特性漂移、元件誤判，配合高靈敏度 pico-current（pA 等級）影像系統，可清楚呈現微弱漏電或局部導通異常。

在 AFM-based Nano-probing 奈米電性量測流程中，輕觸模式（Tapping Mode）與接觸模式（Contact Mode）分別扮演不同且互補的功能，是確保量測精準度與樣品完整性的核心技術。

圖｜Tapping Mode 建立奈米級定位基準
(a) 八組探針 OM 影像（Multi-probe 佈局）
(b) Tapping Mode AFM 高解析形貌圖，用於建立 ROI 與目標元件精準定位座標

在 Tapping Mode 下，探針以微幅振盪方式接近樣品表面，在幾乎不產生側向摩擦的情況下進行掃描。透過振幅與相位變化回饋訊號，可建立奈米等級的高解析度 Topography，在 10 奈米製程節點中，Tapping Mode AFM 可清楚辨識單一電晶體結構，為後續電性量測建立準確定位，具有以下技術優勢：

• 降低探針與樣品間摩擦損傷

• 適用於微縮製程與脆弱結構

• 提供精準 ROI（Region of Interest）定位基準

• 可達橫向解析度約 10 nm

在完成形貌定位後，系統切換至 Contact Mode，使導電探針與目標元件形成穩定接觸並施加偏壓，進行電性量測， 可執行單點電流量測、I-V 曲線掃描、局部導通特性分析、阻值異常診斷，由於量測過程不使用電子束（e-beam），可避免電荷積聚與電性偏移問題，確保量測結果更貼近元件原始特性。系統並具備施力回饋控制機制（Force Feedback Control），可精準調整探針接觸力道，在穩定導通與結構保護間取得最佳平衡。

圖｜Pico-current 電流路徑可視化 × SCM 摻雜分佈判讀
(a) Pico-current 影像：以 pA 等級靈敏度呈現局部漏電/導通異常位置與電流路徑
(b) SCM 影像：建立 N/P 區域摻雜分佈，協助判讀摻雜異常導致的失效機制

AFM-based Nano-probing 整合：

• Pico-current Imaging（pA 等級電流偵測，靈敏度達 5 pA）

• Scanning Capacitance Microscopy（SCM）

Pico-current 影像可將極微小漏電或局部導通異常視覺化，清楚呈現電流路徑。SCM 則可建立二維摻雜影像，區分 N 型與 P 型區域，對於因摻雜分佈異常所造成的電性失效提供關鍵判讀依據。

圖｜ROI 區域的多模態交叉驗證（OM → AFM → Pico-current）
(a) ROI 光學影像：快速圈定目標區域
(b) ROI AFM 形貌：建立奈米尺度結構與座標對位
(c) ROI Pico-current：直接顯示異常電流分佈，鎖定單一元件/局部缺陷位置

AFM-based Nano-probing 可於 200 微米範圍內精準鎖定目標元件，並針對特定 ROI 執行：

• 形貌比對

• 局部導通量測

• 電流路徑重建