光學顯微鏡利用 可見光(波長 400–700 nm) 進行照射,當光線與樣品表面互動產生反射或散射,就會形成不同的影像對比。然而,可見光的波長較長,因此 OM 的理論解析度(即兩點能被分辨之最小距離)僅約 0.2 μm,這也使 OM 的 最高有效放大倍率約為 1000X,OM 的功能不在「解析奈米細節」,而在「迅速取得完整的宏觀結構狀況」,是所有深入分析的起點。
- 雖然解析度不及電子顯微鏡(SEM/TEM),,但 OM 擁有顯著的優勢:
- 視野大:能快速掃描大面積區域,是判斷製程一致性與大範圍缺陷的最佳工具。
- 高速度:適合做量產監控、製程比對及失效定位。
- 高容忍度:適用於金屬層、矽片、封裝體、PCB、截面、Delayer 等多種樣品。
- 非破壞性:不需真空、不需金屬鍍膜,能在樣品原始狀態下快速進行觀察。
光學顯微鏡(OM)雖無法解析奈米尺度細節,但其 高視野、高速度、低破壞性與高容忍度 的特性,使其成為電子、半導體與材料領域最常使用、最具即時性價值的觀察方式。以下為 OM 在產業中最具代表性的分析用途與工程場景說明:
1. 截面結構觀察(Cross-section Analysis)
截面製備後透過 OM,可清楚觀察樣品的整體結構排列與界面行為,是封裝、PCB、模組與材料工程最常用的初步結構檢查方法。
| 可觀察內容 | 應用情境 |
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2. IC 去層次(Delayer)結構確認
Delayer 分析(平面式去層次)是在不破壞晶片運作邏輯的前提下,逐層去除金屬與介電層以觀察內部電路結構,OM 是 IC 分層分析中最重要的初步觀察與流程監控工具。
| 可觀察內容 | 應用情境 |
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3. Precipitate Free Zone(PFZ)分析
PFZ 是金屬材料(如鋁合金)在熱處理或應變後,於晶界附近出現的析出物空乏區,是金屬材料工程的重要參數,用於判斷熱處理影響與材料劣化。
| 可觀察內容 | 應用情境 |
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4. 差排線、蝕刻異常與晶體缺陷觀察
OM 能迅速辨識晶體成長、熱處理或蝕刻製程造成的表面缺陷,是晶圓前段製程(FEOL)與材料研究的重要檢查項目。
| 可觀察內容 | 應用情境 |
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5. 氧化疊差(Oxidation Induce Stacking Fault, OISF)研究
氧化疊差是在高溫氧化製程中,因雙晶缺陷或晶體缺陷擴散所產生的 stacking faults。OM 能清楚呈現氧化疊差的分布與擴散輪廓,是矽晶圓材料的重要品質指標,用於生長與氧化製程分析。
| 可觀察內容 | 應用情境 |
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閎康科技配置多款 OM 光學顯微鏡,覆蓋從低倍率大視野觀察,到高倍率細微結構辨識的完整成像能力,可深入呈現材料結構、表面形貌與製程特徵,滿足半導體、封裝、材料工程等不同領域的觀察需求。
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圖|(a) 50-1000X (b) 100-500X / 40-200X / 5-75X (c)50-1000X
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圖|(a) Metal (b) Poly (c) OD/AA
| 倍率 | 倍率範圍 | 應用 |
|---|---|---|
| 50–1000X | 高倍率,用於 IC 去層次、金屬層結構、界面觀察、微小缺陷檢測(如 over-etch、IMD 異常等)。 | 高解析度結構比對、微小缺陷與製程異常定位、Delayer 精細層分析 |
| 100–500X | 中高倍率,用於 PCB/PCBA 焊點、封裝界面、薄膜厚度與金屬分布分析。 | 焊點 IMC、封裝界面、金屬層與導線形貌 |
| 40–200X | 中倍率,用於晶粒分析、Delayer 分層位置確認、初步結構檢查。 | 結構分層確認、晶粒分析、蝕刻輪廓掃描 |
| 5–75X | 低倍率大視野,用於外觀檢查、截面掃描、晶圓破裂、封裝剝離等宏觀缺陷定位。 | 外觀檢查、截面大視野、封裝破壞、晶圓瑕疵掃描 |