光学显微镜利用 可见光(波长 400–700 nm) 进行照射,当光线与样品表面互动产生反射或散射,就会形成不同的影像对比。然而,可见光的波长较长,因此 OM 的理论解析度(即两点能被分辨之最小距离)仅约 0.2 μm,这也使 OM 的 最高有效放大倍率约为 1000X,OM 的功能不在「解析纳米细节」,而在「迅速取得完整的宏观结构状况」,是所有深入分析的起点。
- 虽然解析度不及电子显微镜(SEM/TEM),,但 OM 拥有显著的优势:
- 视野大:能快速扫描大面积区域,是判断制程一致性与大范围缺陷的最佳工具。
- 高速度:适合做量产监控、制程比对及失效定位。
- 高容忍度:适用于金属层、硅片、封装体、PCB、截面、Delayer 等多种样品。
- 非破坏性:不需真空、不需金属镀膜,能在样品原始状态下快速进行观察。
光学显微镜(OM)虽无法解析纳米尺度细节,但其 高视野、高速度、低破坏性与高容忍度 的特性,使其成为电子、半导体与材料领域最常使用、最具即时性价值的观察方式。以下为 OM 在产业中最具代表性的分析用途与工程场景说明:
1. 截面结构观察(Cross-section Analysis)
截面制备后透过 OM,可清楚观察样品的整体结构排列与界面行为,是封装、PCB、模组与材料工程最常用的初步结构检查方法。
| 可观察内容 | 应用情境 |
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2. IC 去层次(Delayer)结构确认
Delayer 分析(平面式去层次)是在不破坏芯片运作逻辑的前提下,逐层去除金属与介电层以观察内部电路结构,OM 是 IC 分层分析中最重要的初步观察与流程监控工具。
| 可观察内容 | 应用情境 |
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3. Precipitate Free Zone(PFZ)分析
PFZ 是金属材料(如铝合金)在热处理或应变后,于晶界附近出现的析出物空乏区,是金属材料工程的重要参数,用于判断热处理影响与材料劣化。
| 可观察内容 | 应用情境 |
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4. 差排线、蚀刻异常与晶体缺陷观察
OM 能迅速辨识晶体成长、热处理或蚀刻制程造成的表面缺陷,是晶圆前段制程(FEOL)与材料研究的重要检查项目。
| 可观察内容 | 应用情境 |
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5. 氧化叠差(Oxidation Induce Stacking Fault, OISF)研究
氧化叠差是在高温氧化制程中,因双晶缺陷或晶体缺陷扩散所产生的 stacking faults。OM 能清楚呈现氧化叠差的分布与扩散轮廓,是硅晶圆材料的重要品质指标,用于生长与氧化制程分析。
| 可观察内容 | 应用情境 |
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闳康科技配置多款 OM 光学显微镜,覆盖从低倍率大视野观察,到高倍率细微结构辨识的完整成像能力,可深入呈现材料结构、表面形貌与制程特征,满足半导体、封装、材料工程等不同领域的观察需求。
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图|(a) 50-1000X (b) 100-500X / 40-200X / 5-75X (c)50-1000X
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图|(a) Metal (b) Poly (c) OD/AA
| 倍率 | 倍率范围 | 应用 |
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| 50–1000X | 高倍率,用于 IC 去层次、金属层结构、界面观察、微小缺陷检测(如 over-etch、IMD 异常等)。 | 高解析度结构比对、微小缺陷与制程异常定位、Delayer 精细层分析 |
| 100–500X | 中高倍率,用于 PCB/PCBA 焊点、封装界面、薄膜厚度与金属分布分析。 | 焊点 IMC、封装界面、金属层与导线形貌 |
| 40–200X | 中倍率,用于晶粒分析、Delayer 分层位置确认、初步结构检查。 | 结构分层确认、晶粒分析、蚀刻轮廓扫描 |
| 5–75X | 低倍率大视野,用于外观检查、截面扫描、晶圆破裂、封装剥离等宏观缺陷定位。 | 外观检查、截面大视野、封装破坏、晶圆瑕疵扫描 |