纳米探针电性量测技术

透过 Tapping Mode AFM 扫描样品表面，建立清晰的纳米级形貌图（Topography），精准锁定目标元件位置。在 Contact Mode 下以钨制纳米探针接触目标晶体管，进行单点电性量测。由于量测过程无需电子束，因此可避免电荷累积效应、电性特性漂移、元件误判，配合高灵敏度 pico-current（pA 等级）影像系统，可清楚呈现微弱漏电或局部导通异常。

在 AFM-based Nano-probing 纳米电性量测流程中，轻触模式（Tapping Mode）与接触模式（Contact Mode）分别扮演不同且互补的功能，是确保量测精准度与样品完整性的核心技术。

图｜Tapping Mode 建立纳米级定位基准
(a) 八组探针 OM 影像（Multi-probe 布局）
(b) Tapping Mode AFM 高解析形貌图，用于建立 ROI 与目标元件精准定位座标

在 Tapping Mode 下，探针以微幅振荡方式接近样品表面，在几乎不产生侧向摩擦的情况下进行扫描。透过振幅与相位变化回馈讯号，可建立纳米等级的高解析度 Topography，在 10 纳米制程节点中，Tapping Mode AFM 可清楚辨识单一晶体管结构，为后续电性量测建立准确定位，具有以下技术优势：

• 降低探针与样品间摩擦损伤

• 适用于微缩制程与脆弱结构

• 提供精准 ROI（Region of Interest）定位基准

• 可达横向解析度约 10 nm

在完成形貌定位后，系统切换至 Contact Mode，使导电探针与目标元件形成稳定接触并施加偏压，进行电性量测， 可执行单点电流量测、I-V 曲线扫描、局部导通特性分析、阻值异常诊断，由于量测过程不使用电子束（e-beam），可避免电荷积聚与电性偏移问题，确保量测结果更贴近元件原始特性。系统并具备施力回馈控制机制（Force Feedback Control），可精准调整探针接触力道，在稳定导通与结构保护间取得最佳平衡。

图｜Pico-current 电流路径可视化 × SCM 掺杂分布判读
(a) Pico-current 影像：以 pA 等级灵敏度呈现局部漏电/导通异常位置与电流路径
(b) SCM 影像：建立 N/P 区域掺杂分布，协助判读掺杂异常导致的失效机制

AFM-based Nano-probing 整合：

• Pico-current Imaging（pA 等级电流侦测，灵敏度达 5 pA）

• Scanning Capacitance Microscopy（SCM）

Pico-current 影像可将极微小漏电或局部导通异常视觉化，清楚呈现电流路径。SCM 则可建立二维掺杂影像，区分 N 型与 P 型区域，对于因掺杂分布异常所造成的电性失效提供关键判读依据。

图｜ROI 区域的多模态交叉验证（OM → AFM → Pico-current）
(a) ROI 光学影像：快速圈定目标区域
(b) ROI AFM 形貌：建立纳米尺度结构与座标对位
(c) ROI Pico-current：直接显示异常电流分布，锁定单一元件/局部缺陷位置

AFM-based Nano-probing 可于 200 微米范围内精准锁定目标元件，并针对特定 ROI 执行：

• 形貌比对

• 局部导通量测

• 电流路径重建