｜非接觸薄膜電性檢測技術與應用

摘要：非接觸式阻抗量測模組利用電磁原理，藉由電磁場與材料之耦合關係，達成非接觸量測待測物阻抗特性，相較於傳統探針接觸式量測樣品阻抗之方法，具有可避免樣品損傷，量測速度快，能在高速移動下量測待測物阻抗均勻性等優點，可應用於製程線上檢測，回饋製程參數調整。

Abstract: This article will introduce a non-contact resistance measurement module using the principle of electromagnetics and the coupling between electromagnetic field and material. Comparing with traditional probe resistance measuring, it avoides sample damage and gets high-speed measurement ability which enable measuring resistance uniformity of samples under high-speed shifting. It can be applied to in-line inspection and feedback of data to adjust production parameters.

關鍵詞：非接觸、渦電流、量測

Keywords：aNon-contact, eddy current, measurement

前言
於透明導電膜製程中，導電薄膜在基材上快速沉積，薄膜電性均勻性直接影響到後續產品的特性表現，導電率、片電阻、電子遷移率或載子濃度常做為評估樣本性能的依據。目前片電阻檢測方法多使用四點探針方法，但因屬接觸式，必須在靜止情況下量測，速度無法提昇，且探針亦容易刺穿軟性導電層而造成破壞，所以必須發展非接觸阻抗量測來因應線上檢測的需求。相較於傳統探針接觸式量測樣品阻抗之方法，非接觸式阻抗量測具有可避免樣品損傷，量測速度快，能在高速移動與R2R振動環境（±1 mm）下，量測待測物阻抗均勻性等優點，並可應用於製程線上檢測，回饋製程參數調整。

非接觸式阻抗量測方法利用電磁場與材料之耦合關係來量測，傳統的渦電流係透過樣品與探頭耦合後，利用隨頻率變化之阻抗特性分佈曲線來做量測，但由於需具備掃頻的動作，使量測時間無法縮短，導致高速移動之物體的量測誤差量過大。目前軟電R2R製程缺乏快速且抗振之薄膜導電均勻性檢測探頭。本文針對R2R抗振問題裝置使用雙側探頭架構以降低振動對於量測誤差之影響，並透過溫度補償降低環境溫度之影響。

量測探頭簡介
探頭設計使用交變磁場通過線圈，使線圈產生一輻射交變磁場通過樣品，在樣品上感應出一渦電流。感應之渦電流大小和樣品之特性，如導電率、導磁率、厚度、缺陷及距離…等有關，此感應的交變渦電流會在輻射出二次磁場，以抵抗一次磁場之變化，以原線圈來收到此二次磁場的變化，待測物相關資訊透過非接觸的方式耦合回感測系統，如圖1所示。

渦電探頭流的耦合模型可簡單的以變壓器的模型來做近似，如圖2所示，係針對一導電性模材之阻抗特性，以等效電阻的方式來近似，驅動線圈的部份假設為變壓器的主線圈，而二次渦電流可以想像為是變壓器的次線圈，變壓器中間為空氣所隔開，故存在一耦合係數 ，介於0到1之間，探頭及樣品之距離、介質以及探頭構形…有關，我們可以方程式1來表計算雙埠變壓器之輸入及輸出端VI的關係。