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【掌握前沿光學膜厚量測技術 : 認識光干涉的原理與應用】

 
我們將介紹最新的光學膜厚量測技術，包括光干涉的原理與應用。在本次研討會中我們為您簡介如何使用光學量測儀器量測薄膜的厚度，精確掌握產品的品質控制與生產效率。我們將與您分享最佳的實踐方法與技巧。
【場次1】2023/06/28 15:00~16:00
【場次2】2023/07/05 14:00~15:00

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光學膜厚量測線上研討會
 
首頁 產品介紹
OPTM series

顯微分光膜厚量測儀OPTM series

◎非接觸式膜厚測定必要的機能集中在一個量測頭
◎顯微分光下廣範圍的光學系統(紫外 ~ 近紅外)，最小對應spot約3μm
◎高精度、高再現性量測，絕對反射率光譜，分析多層薄膜厚度、光學常數(n:折射率、k:消光係數)
◎單點對焦加量測於1秒內完成
◎初學者也能輕鬆解析的初學者解析模式
◎獨立測定頭對應各種inline客製化需求
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量測項目

  • 多層膜解析
  • 絕對反射率分析
  • 光學常數nk值（n:折射率、k:消光係數）
  • 液晶Cell 液晶層間隙-未灌入 (Empty Cell Gap)

產品資訊

顯微反射分光膜厚量測
反射分光法也稱為光干涉法，搭載光譜儀的反射架構下，由反射率進一步求得光學膜厚。
主要利用上圖R1(膜層表面的反射)以及R2(膜層介面的反射)兩道光的光程差進行演算求得。
膜厚比較-300x271
 

反射物鏡可直接量測透明基板
一般膜厚量測儀在量測高分子膜或玻璃等透明基材時，會受到最基材底層反射光影響而無法量測。
OPTM使用專利鏡頭，物理性去除透明基板的裏面反射進行高精度測定。
另外，SiC或PET等具有光學異方性基材，也能不受影響進行測定。 (專利取得 第5172203号）
1

XY自動載台可在1分鐘內完成25點膜厚測繪
OPTM搭配XY自動載台有高速對焦(Auto focus)功能，其中一個點的對焦加量測在1秒內完成。完成8吋晶圓測繪25點用不到1分鐘
2

對焦+量測實測影片

顯微分光膜厚分析儀OPTM

快速的量測與對焦~沒想到顯微鏡自動對焦也能這麼快。完成一整片wafer的49點mapping會花多久時間呢?今天我們來實測看看

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紫外光波長可量測極薄膜膜厚
光干涉在越薄的膜層所得到的反射率變化越小。
相較於可視光，使用紫外光可以得到較明顯的變化。
厚度僅1nm 的薄膜在紫外光可得到有效的量測解析。
3

紅外光波長可量測有顏色樣品膜厚
吸收率強的有色膜層(如彩色濾光片等)在紅外光波長可有效量測。
3

寬闊的膜厚量測範圍
OPTM 波長範囲別20220422 969x414

 

初學者也能輕鬆解析膜厚結果的導覽模式
視窗型對話，一步一步帶您解析新的膜種。
4

解析膜厚、光學常數的軟體專利
消除背面反射光 : 可消除光源受到透明基板的背面反射光，不受限於基板種類。(專利字號 第3790628)
週期解析(FFT)的高精度解析:解析折射率n的波長分散性，在厚膜亦可以高精度解析膜厚。(專利字號 第4834847)
複數點解析:透過解析薄膜的光學常數，套用到不同膜厚點位進行解析。
5

顯微分光法與橢圓偏光法比較

📖【光學膜厚量測】『顯微分光法』與『橢圓偏光法』有什麼不同?→

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規格樣式

顯微分光膜厚儀產品規格

  OPTM-A1 OPTM-A2 OPTM-A3
波長範圍 230 ~ 800 nm 360 ~ 1100 nm 900 ~ 1600 nm
膜厚範圍 1nm ~ 35 μm 7nm ~ 49 μm 16nm ~ 92 μm
測定時間 1秒 / 1點
光徑大小 5 ～ 40μm (選擇物鏡)、min.3um(選擇物鏡 x40)
感光元件 CCD InGaAs
光源規格 氘燈+鹵素燈 鹵素燈
樣品大小 最大200×200×17 mm*
*另有300mm樣品載台，請洽詢我們。
  自動XY載台 固定式載台 崁入式
大小 556×566×618 mm 368×468×491 mm 210×441×474 mm
90×250×190 mm*(AC電源部分)
重量 66 kg 38 kg 23 kg
4 kg*(AC電源部分)
機台外觀 ALL_catalog_product_22C25_zq633rPeIW
 		 ALL_catalog_product_22C25_NhbLMdZXQy
 		 ALL_catalog_product_22C25_NDHkRw79ds
 
電源 AC100V±10V 500VA AC100V±10V 400VA

量測範例

SiO2 & SiN 膜厚量測
 

SiO2 & SiN 膜厚量測

半導体電晶體控制以電流通電状態傳達信號、用SiO2 & SiN為絕緣膜將SiO2 & SiN埋入於電晶體與電晶體之間以防止電晶體的漏電流回授到其他電晶體造成段發熱短路。SiO2為絕緣膜、SiN比SiO2誘電率更高絕緣膜。另外也會在CMP製程中將不必要的SiO2 & SiN去除, 所以為了能正確的管理製程, 其膜厚測定是必要的。

量測波長 : 230~ 800 nm
物鏡倍率 : 反射 20 倍物鏡
光斑大小 : 10 μm

  • 量測結果

Data 樣品名稱 膜厚(理論值) 膜厚(實測值)
Data1 SiO2 70 nm 69.989 nm
Data2 Si3N4 150 nm  150.001 nm

  • 光譜圖

6


 
 
Color Resist 光阻 (RGB）膜厚量測
 

Color Resist 光阻 (RGB）膜厚量測

液晶顯示器一般如下圖構造。CF的畫素有RGB是非常高精細微小的Pattern。CF製膜方法是以顏料為基礎的光阻將玻璃整面塗佈曝光後, 將顯影部分殘留下來為目前RBG工程的主流製程。如果厚度沒有適當的控制的話, 其Pattern可能會變形是導致顏色異常的原因, 所以膜厚值的管理是相當重要。

量測波長 : 900~ 1600 nm
物鏡倍率 : 反射 20 倍物鏡
光斑大小 : 10 μm

  • 量測結果

Data 樣品名稱 膜厚(理論值) 膜厚(量測值)
Data1 Red 750 nm 750.0 nm
Data2 Green 1100 nm  1099.8 nm
Data3 Blue 900 nm 900.0nm

  • 光譜圖

82



 
 
Hard Coat 膜厚量測
 

Hard Coat 膜厚量測

近年、使用有多種功能的高機能Film材漸漸普及化、以用途來說Film材表面有著耐摩擦、耐衝撃、耐熱、耐藥品等性能越來越重要。作為保護層Hard Coat(HC)膜的製作也越來越普遍、HC膜的厚度與保護膜機能相關、Film材如有不平整產生, 外觀看來就會有皺褶(Mura)和歪斜產生, HC層的膜厚値管理是必要。

量測波長 : 400~ 800 nm
物鏡倍率 : 可視曲折型5倍物鏡
光斑大小 : 40 μm

  • 量測結果

Data 樣品名稱 膜厚(理論值) 膜厚(實測值)
Data HC 5 μm 5.245 μm

  • 光譜圖

10
 
 
用於傾斜模式的ITO構造解析
 

用於傾斜模式的ITO構造解析

用於液晶顯示器的透明電極材料ITO（Indium-tin-oxide）、因製膜後的熱處理其導電性與顏色會提升。其中、氧化狀態與結晶性也會變化、此變化針對膜厚會有段階性的傾斜變化、其光學組成的均一單層膜將不復見。 針對此種ITO使用傾斜模式, 以上界面與下部界面的nk來做測定範例介紹。

量測波長 : 230~ 800 nm
物鏡倍率 : 反射 20 倍物鏡
光斑大小 : 10 μm

  • 光譜圖

12
 
 
 
有表面粗糙度的膜厚値量測
 

有表面粗糙度的膜厚値量測

在樣品表面有粗糙度的情況下（Roughness)、可以將表面粗糙度與空氣與膜厚材料的比率為 １ 対 １ 的混和“粗糙層”模組化後把粗糙面&膜厚一起解析。 以下將測定表面粗糙度為數nm為測定範例.

量測波長 : 230~ 800 nm
物鏡倍率 : 反射 20 倍物鏡
光斑大小 : 10 μm
 

  • 光譜圖14

使用非干渉層模式針對已封裝之有機EL材料測定
 

使用非干渉層模式針對已封裝之有機EL材料量測

有機EL材料對於空氣中的氧與水分相當脆弱、通常大氣下容易變質而受到損壞。因此在製膜後迅速的將玻璃封裝。 於封裝封的狀態下、以透過玻璃測定膜厚為範例做為參考。 與玻璃中間為空氣層、使用非干涉層模式。

量測波長 : 400~ 800 nm
物鏡倍率 : 可視曲折型5倍物鏡
光斑大小 : 40 μm

  • 光譜圖

16
使用複數點解析用於 nk 未知的極薄膜量測
 

使用複數點解析用於 nk 未知的極薄膜量測

以最小二乗法(fitting法)來解析膜厚値（ｄ）時材料nk必要條件。在nk未知狀況、d &nk兩個為可變可變參數來解析。但是這樣的話在100nm以下的極薄膜時、ｄ 與nk會無法分離、導致量測精度下降無法求出正確的厚度 ｄ 。在此狀況下、以多個不同厚度ｄ 的樣品進行量測、在假定樣品nk一樣的情況下同時解析（複數點同一解析）。這樣可以情出高精度的nk與正確的厚度 ｄ 。
量測波長 : 230~ 800 nm
物鏡倍率 : 反射 20 倍物鏡
光斑大小 : 10 μm
 

  • 光譜圖與結果

18
 
使用界面係数於粗糙面基板上膜厚量測
 

使用界面係數於粗糙面基板上膜厚量測

如基板表面不是鏡面而是粗糙度相當大的樣品時、會因光散亂而讓測定光強度變弱、其反射率會比實際平面強度更低下。使用界面係數於基板表面反射率時下的狀況來量測粗糙面的薄膜膜厚值。以極細線整面的樹指模在鋁基板上的膜厚量測為範例。

量測波長 : 230~ 800 nm
物鏡倍率 : 反射 20 倍物鏡
光斑大小 : 10 μm

  • 量測結果

Data 樣品 膜厚(預測值) 膜厚(實測值)
Data1 薄膜 10 nm 10.1 nm
Data2 厚膜 300 nm 298.5 nm
  • 光譜圖
20
  •  
多用途DLC鍍膜厚度測定
 

多用途DLC鍍膜厚度測定

DLC(diamond‐like carbon)為Amorphous（非晶質）的炭素系材料。高硬度・低摩擦係数・耐摩耗性・電氣絕緣性・高阻性・表面改質與其他材料的親和性好等特徴、用於許多用途。近年、針對各用途其膜厚測定要求越來越高。DLC厚度測定的話一般是使用電子顯微鏡來觀察破壞後的斷面、大塚電子為採用光干渉式膜厚計可以以非破壞式, 高速的測定膜厚。測定波長範囲變更的話能從極薄膜量測到超厚膜的廣範圍的膜厚測定。採用獨特的顕微鏡光學系、針對有形状的樣品也可以測定。可以觀測異常點位厚測定針對異常原因的分析相當有助益。特珠式樣的話能針對各種樣品形狀設計傾斜・迴轉平台。可測定樣品上多點位置。光干渉式膜厚系的弱点為材料光學常數（nk）在不充分的情狀下無法正確量測出正確膜厚、使用大塚電子獨特的解析手法：複數點解析、只要事先準備不同厚度的樣品, 可以取完光譜後同時解析, 與之前的量測手法相比更能夠求出高精度的解析nk值.以NIST（National Institute of Standards and Technology）驗證標準樣品來校正, 保證其可追朔性。
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應用範圍

  • FPD：LCD、TFT、OLED(有機EL)
  • 半導體、複合半導體：矽半導體、半導體雷射、強誘電、介電常數材料
  • 資料儲存：DVD、磁頭薄膜、磁性材料
  • 光學材料：濾光片、抗反射膜
  • 平面顯示器：液晶顯示器、薄膜電晶體、OLED
  • 薄膜：AR膜
  • 其它：建築用材料
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