膜厚量測裝置 綜合型錄SEMICONFILM

DISPLAY

OPTICAL
MATERIALGLASSSOLAR CELLDATASTORAGEDLC◦ 本公司保有型錄中產品外觀、規格改良更新之權利。為改良之便，有可能不經預告，變更記載產品的外觀與規格。
◦ 公司名稱與商品名稱均為各公司之註冊商標。
◦ 嚴禁任意轉載本型錄所記載的部分或所有內容。

21.03.11-19.04.17

支持新銳尖端技術的未來

Support細膩支援多樣化量測項目和廣泛應用領域

基於客戶立場的「Two Way」形式，從R&D到生產線皆可廣泛應用

大塚電子基於長年來培育的光譜測量技術，透過與客戶之間的溝通，隨時找出使用者需求，提出最新
和最佳的膜厚量測技術建議，迅速實現需求。

Reliability

膜厚量測
物性解析

光學常數
解析

High Precision

身為膜厚測量設備
綜合製造商的信賴與實績

其他

採用高精度、多波長光譜儀● 與客戶間的溝通● 實現非接觸、非破壞、且高速與高精度量測● 高端技術、豐富的實績、安心的支援體制● 支援膜厚、多層膜、著色試樣等、各種樣品與用途● 反射率與透過率● 實現高性能、再現性

量測膜厚值的反覆精度（Si基板上的SiO 2膜）● Film與厚膜● 多層膜● 橢圓參數 (ellipsometer)（cosΔ、tanΨ）● 折射率 (n)
● 消光係數 (k)OPTM

FE-5000

100nm以內

0.1nm

0.01％

100nm以上

0.07％

—

產品一覽表
顯微分光膜厚計產品名稱FE-300

OPTM

TI

MCPD-9800

薄膜類型 (OPTM-A1, F1, H1)

泛用類型 (OPTM-A2, F2, H2)

厚膜類型 (OPTM-A3, F3, H3)

薄膜類型

標準型

2285C

3095C

3683C

311C

916C

波長範圍

230～800nm

360～1100nm

900～1600nm

300～800nm

450～780nm

220～850nm

300～950nm

360～830nm

360～1100nm

900～1600nm

膜厚範圍

1nm～35μm※17nm～49μm※116nm～92μm※13nm～35μm※110nm～35μm※165nm～35μm※165nm～50μm※165nm～45μm※165nm～49μm※1180nm～92μm※1Off line TypeIn line Type－0.7～300μm※4

擴充性

樣本尺寸

最大W200×D200×H17mm

最大φ200mm×H5mm）—

TD方向最大10m（多台）

TD方向最大250mm

量測直徑

φ1.2mm/φ3mm

φ1.2mm

線幅：500×1mm

線幅：250×1mm

量 測時間

φ5μm、φ10μm、φ20μm、φ40μm
產品名稱1秒／單點

大型工作台

○×

○

○

×

○

×

○

○

○

○×

○

○

×
W459×D609×H927mm
約80kg擴充性裝載機生產線上
生産線上對應

0.1s～10s以內

量測時間間隔：10msec～

曝光時間：1ms～10s

曝光時間：5ms～20s

尺寸

W556×D566×H618mm

W105×D280×H230mm

W81×D140×H343mm

重量66kg

約24kg

約6kg

4kg（僅檢測儀）電容AC100V±10％ 500VA

AC100V±10％ 300VA

AC100-240V 125VA

AC100V±10％ 125VA

應用領域

半導體、Film、FPD、光學材料、透鏡、機床設備等

半導體、Film、FPD、光學材料等

半導體、Film、FPD、光學材料、透鏡、機床設備等

透明Film（功能性Film、光學Film）

登 載頁次

第4頁

第4頁

第5頁

第5頁

SF-3/200

SF-3/300

SF-3/800

波長範圍膜厚範圍

嵌入式膜厚量測系統

SF-3/1300

6～400μm※2

10～775μm※2

Load Port對應

晶圓厚度膜厚量測設備

橢圓偏光儀

非接觸光學測厚度儀

自動測繪系統 SF-3

FE-3—

Emios

—

430～650nm※3——FE-5000S

FE-5000
300～800nm

擴充性20nm～10μm※5※310μm～1.5mm—

最大300mm

最小φ10mm、最大100×100mm

最大200x200mm

φ20μm以上

約φ1.2mm※3約50μm

約φ1.2mm

約φ2mm

1秒／單點

0.08秒～10秒※31秒以下

1分／單點

1分／單點

○

○

○

—

×○

×

○

○

○

○

×○

×

○

○

○

○

×

○

×

W300×D364×H400mm

W1300×D890×H1750mm

W650×D400×H593mm

約350kg

約50kg

20～1000μm※2

樣本尺寸—

量測直徑

φ20μm以上

量測時間

5kHz（200μsec）

大型工作台
裝機

生産線上對應載W280×D570×H350mm

光譜干涉WAFER測厚儀產品名稱50μm～1300μm※2

以左側規格為準150mm

300mm

尺寸

W123×D224×H128mm

主機：W570×D780×H600mm
控制器：W500×D177×H273mm

主機：W770×D760×H600mm
控制器：W350×D310×H120mm
LED電源：W90×D160×H80mm

重量4kg

主機：86㎏、控制器：15kg

主機：100㎏、控制器：10kg
LED電源：2kg

電容AC100V±10％ 1500VA

DC24V規格（AC電源組件另售）

W300×D300×H162mm

W500×D500×H1680mm※開關等突起部除外※H包括腳輪尺寸，※H可用調節器調整高度

0.1nm～1μm※1
最大100×100mm

約9.2kg

約120Kg ※端頭部除外

約20kg

AC100～200V±10％ 100VA

AC200V±10％ 4KVA

AC100-220V/200VA

AC100V±10％ 1500VA

應用領域半導體、Film、FPD、光學材料等

半導體、Film、FPD等

半導體、太陽能電池、
Digital Data Storage、光學材料

電池材料、不織布、樹脂、金屬板、凝膠、陶瓷片、多孔板材等

半導體、FPD等

登載頁次

第6頁

第6頁

第7頁

第8頁

第9頁

※1 膜厚值為SiO2換算

2Line Scan膜厚計

多通道分光光譜儀

膜厚量測儀※2 厚度為Si換算※3 依照搭載的檢測儀※4 膜厚值為n＝1.5的Film換算※5 膜厚值為光學膜厚nd3

基膜 (base film)、基材、厚度評估

膜厚、膜質評估量 測 目 標 膜層 的 絕 對 反 射 率 ， 提高膜厚和光學定數精度！
顯微分光膜厚計n.k 值

Pattern

OPTM series

動態範圍 (dynami c range) 廣泛、實現高速、高重現性 、 輕 量 、 輕 巧

MCPD series多通道分光光譜儀

O p tical Thickness MeterM u l ti C h a n n e l P h o to D e te c to r

● 用顯微光譜，高精度量測絕對反射率（多層膜厚、光學定數）● 量測各種基板上的膜厚● 可進行微小領域（光斑系 φ3μm〜）的量測

線上● 功能性Film的品質管理（HC、AR、ITO、燃料電池、充電池等）

光學系統內建模組● 可依紫外線、可見、近紅外線等用途選擇光譜儀● 量測蒸鍍、濺射膜的反射率及透過率● 單點1秒以內的快速量測● 還可支援量測真空環境製程● 可支援300mm載物台
FPD● 可分析複雜的光學常數（多點分析法）

半導體

複合 太陽能半導體 電池

Film

資料
儲存

光學材料

其他

● 不受透明基板的背面反射所影響
複合 太陽能半導體 半導體電池

FPD

資料
儲存

Film

光學材料透鏡DLC

其他

XY自動平台型

固定Stage類型
多岐光纖■ 顯微分光的光學架構■ 多點分析法（專利第5721586號）
極薄膜光學係數相同、厚度不同的多筆資料
可以同時進行解析

投受光用Y型光纖離門式移動裝置資料處理部

資料處理部

光纖固定
套件

光譜儀

相同膜種

量測用光源

量測用光源
主機電腦

主機電腦

膜厚 25nm（nk）

膜厚 50nm（nk）

膜厚 40nm（nk）

Base Film

Base Film

觀測用CCD

Base Film

膜厚水準不同的3種樣品範例
反射率60

Fit R Si−ITO-25
Fit R Si−ITO-40
Fit R Si−ITO-50

反射率︵％︶R Si−ITO-25
R Si−ITO-40
R Si−ITO-5040

量測用光源

折射率 (n)、消光係數 (k)傳統n偏差k2.40.42.2

20n0.22.00300ｋ1.8400500600

波長（nm）

700800300

4000.0500

波長（nm）

600

700

800

OPTM 無偏差

0.40.2300

物鏡0.0400500

L in e S c a n T h ic k n e s s M o n it o r

0.1ｋ1.8

Line Scan膜厚計

0.3

n2.0

全幅k 0.5

n2.42.2

線上

唯 有 量 測 光 譜 膜 厚 的 先 驅 才 能 實 現 高 精 度 的 全 幅 厚 度 、 全 長量測

600

700

量測樣品

-0.1800● 採用Line Scan方式，實現無「遺漏」的全面Film檢查

量測平台

波長（nm）● 瞬間解析500mm膜厚資料，可進行全幅量測● 軟硬體皆為原創設計● 膜厚量測專業製造商才能提供的完善資源

膜厚量測儀半導體Film其他

反射率0.14●量測操作簡單

複合 太陽能半導體 電池Film

In line Type

資料儲存光學材料■ 全寬／全長測量示意圖

0.10

其他
R

■ 分析結果範例：軟體畫面

檢測儀可配合膠膜幅寬

0.08

二次元測繪圖

0.06

data
fitted data

0.04
0.02
300

350

400

450

500

550

600

650

700

波長 (nm)● 樣品結構AR
HC易接著
PET Base

4

Off line Type

0.12

膜厚

FPD

n.k 值

FE-300F：FILM測定仕様型

F i lm Th ickness Monitor●輕巧、價格低廉一體化

■Film上的多層膜（FE-300F使用）

750

TD趨勢圖

量測線幅示意圖高速 測量間隔：10msec

TD方向

800

膠膜的流向膜厚值

第3層 AR

81.9

第2層 HC

1995.7

第1層 易接著

74.9）MD趨勢圖nm光譜（長波TD方向5基板、厚度評估

膜厚、膜質、基板、厚度評估

以非接觸方式，高速且高精度測量晶圓和樹脂厚度粗糙面

高速可配合半導體工廠膜厚需求的一體化

光譜干涉WAFER測厚儀 SF-3

Load Port 對應

Wafer Thickness Monitor

I n t e g r a t e d Th i ckn e ss M a p p i n g M o n i t o r● 可藉由光學式非接觸、非破壞性的量測厚度● 嵌入300mmEFEM備用連接埠● 實現高度的量測重現性● 實現晶圓表面配線圖形Pattern定位● 可進行快速、即時的研磨監控● 支援半導體製程的高傳輸量要求● 實現長WD（工作距離），容易裝配到機器● 佔用空間 (foot print) 小的規格

晶圓厚度膜厚量測設備● 附屬主機側和TCP/IP通信、主機側和LAN通信、類比I/O端子太陽複合
半導體 能電池

半導體● 可量測多層厚度

資料
儲存

光學
材料

其他

● 可量測晶圓暫時貼合 (temporary wafer bonding) 的各層厚度

半導體

複合
半導體

Film

光學
材料

其他

自動測繪系統 SF-3

■ 自動mapping系統

Wafer Thickness Mapping System● 細微Pattern 定位，提供晶圓厚度和各種厚度訊息● 可支援晶圓以外的形狀

● 採用高精度X-Y stage工作台（2μm以下），實現高精度定位● 可確認測量點週邊視野

還可量測樹
脂層厚度！

■ 將本產品接合既有設備

樹脂厚度不均有可能會使研磨的晶圓厚度不均。
橫截面示意圖

■ 以150mm製品為例■ 以300mm製品為例● 主要應用範圍：MEMS和感測器設備
半導體

複合
半導體

Film

光學
材料晶圓

半導體

其他

複合
半導體

Film

光學
材料

厚黏合層（樹脂）● 主要應用範圍：半導體專用300mm晶圓

薄(Silicon or Glass)

支承基板

其他

11.0

厚薄10.6
10.2
9.89.4

藉由同軸落射功能輕鬆對焦9.0

研磨後

黏合層的厚度（約6μm）

Si晶圓層的厚度（約10μm）● 藉由CCD確認測量點位
● 搭載Pattern match功能■ 可配合客戶需求進行選擇的產品陣容

FE-3

嵌入式模厚量測系統
F il m Thi c k nes s Monitor

嵌入式（生產線上橫軸架構）

投受光用Y型光纖● 遠隔測量、高速多點量測● 可架設於生產線上或其他設備中，進行樣品全數檢測

離門式移動裝置

● 提供豐富多樣的選配套件與應用軟體
膜厚測量儀

FPD

6Film

資料
儲存

半導體Device量測

例如

基板厚度量測■ 系統架構圖

● 自由搭配光纖，建構最理想的光學系統

複合 太陽能半導體半導體 電池

例如光學材料其他光纖固定套件

例如
OPTM series

例如SF-3 series
+ 攝影機

量測用光源

camera例如

貼合晶圓量測例如
MCPD series+ SF-3 series+ 攝影機● 可從1nm進行量測，還可支援nK解析和多層● 利用攝影機功能可對位鎖定的圖案● 利用攝影機功能可對位鎖定的圖案● 利用攝影機功能可對位鎖定的圖案● 也量測具表面粗糙的基板● 可進行顯微量測● 可進行顯微量測● 支援基板厚度6μm~1300μm● 可量測基板厚度和BOX層

camera7材料厚度評估極Film評估

世界 首 個 獨 創 光 學 方 式 。 輕 鬆 量測各種物體厚度

不透明

粗糙面

奈米級Film的膜厚、膜質管理！

橢圓偏光非接觸光學測厚度儀橢圓偏光儀桌上型橢圓偏光儀Co ntact-Free Thickness Meter

F i l m E v a l u a ti o n S y s te m

Film Evaluation System (Desk-Top Type)● 免校正曲線，便可立即輕鬆透過數字掌握絕對厚度值● 橢圓偏光光譜的多波長同時量測● 經濟實惠的價格，提供膜厚解析所需的完整功能● 量測光的距離，因此結果數值無偏差，可實現高精度、高分辨率● 可直接解析基板 (Bulk) 光學定數（n、k）● 可直接解析基板 (Bulk) 光學定數（n、k）● 獨創設計光譜儀，實現輕巧、不佔空間● 自由變換量測角度，可得到更詳細的Film解析● 正弦桿 (Sine Bar) 自動驅動方式，展現高精度的角度準確性● 微小光斑直徑，不受厚度不勻所影響
FPD

電池材料

不織布

合成樹脂

金屬板材

凝膠片

陶瓷片

多孔板材

有色板材

半導體

複合 太陽能半導體 電池Film

資料
儲存光學材料其他FPD

半導體

複合 太陽能半導體 電池

Film

資料
儲存

光學材料n.k 值

其他■ 量測範例

20次 的 反 覆 操 作

1m m 隔距量測

高度反覆操作量測結果

重現性

0.1μm (2.1σ) 以下

Ellipsometer黑色粗糙面粗糙面不織布■ 橢圓偏光儀和顯微分光膜厚計OPTM的功能領域

樹脂

電池材料
也可以

● Film● 超薄膜● nk分析

● 偏光分析

● 顯微

這種樣本OPTM series● 厚膜● 測量絕對反射率● 高速也可以量測
量測結果

量測結果

710.8μm

818.4μm■ 未曾有的簡單操作＋高精度

以往

測微計位移計● 因量測人員的不同產生誤差● 不同樣本須調整感應器較花時間以往

X光式測厚儀以往● 容易變形的樣本無法量測

OPTMseries請參照第4頁➤高品質的客製化膜厚量測裝置從協助顧客規劃設計、開發製造、到● 必須經常顧慮安全性

現場安裝調整及教學支援等，接秉持● 經手處理時需專業的量測人員

一貫的高品質自行完成。面對市場多元化的需，我們以優異的技術、豐富

非接觸光學
測厚度儀

● 安全性高、不產生誤差，不需特定人員方可操作● 容易變形的樣本也可以非接觸方式，進行高
精度量測8

非接觸光學測厚度儀● 只要輕鬆放置● 不需調整位置、操作簡單

非接觸光學
測厚度儀

●以光學方式進行，安全無虞● 不限地點及人員皆可操作，隨時可進行高精
度量測的實績、安心的售後服務體制，提供
顧客最佳的膜厚檢測方案。

FPD用膜厚量測系統
大型平面板(FPD)系統
半導體用膜厚量測系統
內置支援φ300mm晶圓的全自動運送規格9

反射分光法與橢圓偏光法的說明

基本原理
&
解析手法

反射分光法
光干涉法搭配高速、高精度的自家光譜儀技術，提供非接觸

圖1

圖2

光纖

分光光柵

空氣 (n a)

膜厚演算。在圖1中，以金屬基板上的膜層為量測對象，光源
照射在膜層表面後被反射為 (R1)。光源透過膜層入射在金屬

膜層 (n b)d

基板與膜層介面間的反射為 (R2)。R1與R2間因光程一長一短

光狹縫 (Slit)

基板 (n c)光譜儀內部的延遲現象而産生相位差，而藉由解析此相位差所得到的反射光譜與屈折率，進而演算膜厚，即稱之為光干涉法。解析

R1：膜層表面的反射
R2：金屬基板與膜層介面間的反射

d：膜厚
n：折射率

手法共有波峰－波谷法 (P-V)，快速傅立葉轉換法 (FFT)，非最適用於生產線上 (In-line) 解析

在面對圖7般，光譜圖中的波形無明顯波峰的Film時，非線性最小平方最適化法是利用自家之演算法技術所開發的膜厚解析手法。由於是藉由法是最理想解析手法之一。其對於多層膜的膜厚解析也可以得到非常

已測得之反射率波形與理論波形相比較，再進行膜厚演算，對不易測得

好的效果。

正確反射率光譜的樣品，也可以進行解析並取得膜厚値。無論是在解析

當基板上附著一層較薄的成膜時，其表面的絶對反射率 | R | ，如下所

前所需要的原始値，或是在自動解析中，需要變更原始値才可以正確演示。

算膜厚値時，最小平方法介面間的反射都非常的適用。

2量測光源
樣品

線性最小平方法 (Curve Fitting)，最適化法 (Optimiztion) 等

r +r e R =1+r r e 2四種。

j2β01

j2β

1nm

10nm

100nm

1μm

10μm

100μm

1mm

波峰－波谷法 (P-V)…… (3)

r：各介面層的Fresnel反射係數
d：膜厚
λ：入射光的波長
N：Film的折射率
φ：Film層中入射光的角度

快速傅立葉轉換法 (FFT)
非線性最小平方法 (Curve Fitting)
最適化法 (Optimiztion)
膜膜厚 = 80nm…… (2)

反射率β = 2π d Ncosφλ➤解析手法所相對應的膜厚量測範圍圖721201 120.1nm

波長範圍400〜800nm
所得到的最後一個波谷波

長橢圓偏光法
膜厚10nm以下的超薄膜、基板 (Bulk) 表面之n、k解析

厚
在樣品之反射率藉由已知角度與波長被測得，基板與Film之折射率橢圓偏光法的基本原理是將光入射於物質，藉由物質之介電性質所造成（光學常數）亦為已知的情況下，所測得之絶對反射率可通過方程式

的反射光偏振變化，以取得材料光學特性與表面覆膜之厚度。一般而言，最適用於數1μm膜厚、多層膜(2)、(3) 計算出推定膜厚値與實測膜厚値是否一致。對於絶對反射率與

光照射在物質時，入射光與反射光的偏振狀態不會相同。藉由此偏振狀

推定膜厚所被計算出的反射率，最小平方法會取其差値進行演算。而

態的差異，可測得反射表面的狀態。對入射光與反射光所形成的面，平快速傅立葉轉換法是對於反射率較低、波長受雜訊影響較大、波峰與波此差値（實際為差値的二次方）也是求取最小Film厚度的一個極佳手

行之光波振幅稱之為P偏振光，垂直之光波振幅稱之為S偏振光。

入射光源受到膜層介面反射後的結果。波峰－波谷法係藉由解析此干谷不易分辨之干涉波形的有效解析手法。面對如（圖5）般的干涉波形，法。

一般未帶有偏振特性的光，在通過45度傾斜的偏光片後，P與S偏振光的涉波形的波峰波長及波谷波長而計算膜厚的手法。而波峰、波谷的位

藉由快速傅立葉轉換法，幾乎可以不受干涉波形的雜訊影響，甚至還能相位會相同，強度也會成為1：1的直線偏振光。這道直線偏振光在照射

置與數量需視投射光的波長、膜層的折射率以及膜厚値而定，通過下進行多層膜的解析。

物質後所產生的反射光，會與照射前的P與S偏振光間產生相位差Δ。由列公式 (1) 可計算出膜厚d。

干涉波形透過快速傅立葉轉換法所得到的能量光譜，在光學膜厚値（折◎光學常數的量測

於照射在物體表面的P與S偏振光的反射率相異，P與S偏振光的反射光強射率 x 膜厚：nd）處帶有能量波峰，藉由此波峰値可計算出膜厚値。

透過絶對反射率光譜求取Film的膜厚時，需要該Film之光學常數（n：度亦不會相同。將P與S偏振光的相位差値代入△，反射振幅比為tanψ，折射率、k：消光係數）。本公司膜厚軟體雖内建有一定程度的光學常數可參考如下的公式與（圖8）。

快速傅立葉轉換法 (FFT)

波峰－波谷法 (P-V)
膜厚0.5μm以上
圖3為1μm左右的膜厚反射率光譜，藉由此般的干涉波形，可以觀察到

d=λλ4（ n λ - n λ ）1 2

1 22 1……（1）d：
膜厚λ1・λ2：相鄰之波峰與波谷間的距離 (λ2＞λ1)
λ1 之Film折射率n 1：
λ2 之Film折射率n2：在多層膜的解析中，光學膜厚値將被視為各膜層之波峰。（圖6）

Film材料係數，也會由於成膜法不同，光學常數將有所變化，需要重新取得。最小平方法不單只有膜厚，Film層的光學常數亦可一併測得。光學常數對波長的依賴性，可使用一組近似方程式演算。如以下為廣泛被果，適合簡單、快速的膜厚量測。
薄圖3厚膜

圖4圖5

由兩個波峰間的距離可以得知膜厚3.50.10.05

相位相反( 弱振幅)波

長2.5能量光譜

傅立葉轉換

反射率

反射率

反射率

0.15

0250

n1d1=10μm30.2

相位相同( 強振幅)

長

Rp：P成分の複素反射係数
Rs：S成分の複素反射係数

圖8
光源

光譜儀

圖60.25膜厚 = 4000nm

波Rp
Rs ……（5）

使用的積分方程式 (Cauchy)。

膜

膜厚 = 1000nm

tanΨe jΔ =資料庫。但Film材料日新月異，除新材料的使用外，即使使用已知的

波峰－波谷法對於1μm以上之厚膜與單層膜解析，可達到非常良好的效101μm以下膜厚、光學常數 (n , k) 解析

感光元件
R 1 R2

解析量測光源照射在樣品後所得到的反射率，同時進行光學最適化法(Optimiztion)

非線性最小平方法 (Curve Fitting)、不破壞樣品的膜厚量測方案。在圖2的光學系統中，光譜儀

n1d1+n2d22350

波450550長 (nm)

650750反射光

n2d2=3.4μm5

迴轉檢光

在Cauchy方程式中，膜厚與公式 (4) 的C、C、C將透過最小平方法被演算，除了可以得到折射率與膜厚之外，連透明基板的折射率都可被0.500

入射光

迴轉偏光

1.51n = C43 + C22 + C1
λλ……（4）10

光學膜厚 nd (μm)

1520演算取得。

樣品11