Standalone型晶圓厚度量測&產線上膜厚量測設備TE series

半導體量測設備

這是什麼半導體量測設備？大塚科技 TE 系列核心優勢

大塚科技 TE 系列是專門應用於半導體前段與後段製程的晶圓厚度與線上膜厚量測設備。它能完美整合於研磨、薄化、貼合晶圓評價等多元製程環節中。
有別於傳統耗時的量測手段，TE 系列核心採用分光干涉式量測原理（Spectral Interference）並配備高速 Mapping 技術。不論是單點精密量測或是全片高速掃描，TE 系列皆能協助製造端即時、精準地掌握 Wafer（晶圓）的厚度分佈與薄膜均勻性，確保每一片出廠的晶圓都符合嚴格的製程規範。
 

半導體量測設備 TE 系列適用哪些製程？

半導體製程工序多達數十種，薄膜的增減與平整度控制是良率的關鍵。TE 系列半導體膜厚量測儀器主要針對以下核心製程提供高精度的檢測支援：

• 化學氣相沉積（CVD）製程： CVD 製程是將氣態前驅物送入反應腔，使其在基板（如晶圓）表面產生化學反應，進而「長出」高品質的固態薄膜。TE 系列能精準量測這層新生成薄膜的奈米級厚度，確保沉積層的均勻度。
• 化學機械研磨（CMP）與 Back Grinding（背面研磨）製程： 在鍍完薄膜或進行晶圓薄化時，必須利用研磨方式將表面及厚度控制在特定數值內。TE 系列可在研磨後立即協助回饋精密研磨值，避免過度研磨或研磨不足。
• 蝕刻（Etching）製程： 蝕刻是利用化學或物理途徑，選擇性地移除沉積層特定部分的關鍵製程。若蝕刻控制失誤，將造成難以挽回的矽片報廢。TE 系列能嚴格監控蝕刻進程，有效避免過度蝕刻（Over-etching）的風險。
• 貼合晶圓評價（Wafer Bonding Evaluation）： 在先進封裝或多層晶圓貼合製程中，TE 系列亦可用於評價貼合後的總體厚度變化與平整度。

TE 系列可解決哪些製程痛點？

在傳統半導體產線上，工程師經常面臨以下痛點，而 TE 系列正是為了打破這些瓶頸而生：

• 痛點一：離線抽測效率不足 傳統將晶圓送至品保實驗室抽測的方式（Offline Measurement），資訊回饋存在嚴重的時間差。當發現膜厚異常時，產線可能已經製造出數批不良品。
• 痛點二：人工搬運造成樣品汙染與破損 高階晶圓極其脆弱，在不同設備間頻繁進行人工搬運，會大幅增加微塵（Particle）污染與破片的風險。
• 痛點三：厚度分佈無法即時全面掌握 傳統量測速度慢，無法進行全片多點 Mapping，導致無法及時發現邊緣效應或局部膜厚不均。

TE 系列解決方案： 透過將量測模組直接整合進產線或使用高自動化系統，全面實現高速、無損、即時的數據回饋，讓產品特點直接對應實際的製程升級需求。
 

線上量測 (In-situ) 與離線獨立式量測 (Standalone) 的差異比較

評估項目	線上即時量測 (In-situ / In-line)	獨立式量測機型 (Standalone)
運作機制	直接嵌入製程設備內部或產線上，在生產過程中或完成當下馬上進行監控。	獨立於製程設備之外的量測機台，需透過自動化手臂或人工進行晶圓搬運。
核心優勢	1. 零搬運時間，大幅縮減生產週期。 2. 避免搬運帶來的微塵污染與破片風險。 3. 即時數據回饋，異常時可立刻停機，大幅提升良率、降低不良品率。	1. 完美對應傳統 Layout 配置的半導體工廠，不受單一製程空間限制。 2. 具備高彈性，可支援多道不同工序的晶圓抽檢。
大塚 TE 的獨家支援	專為量產製程整合設計，結合高速 Mapping 效率，提供一體化的製程控制。	最多可配置 4 個 Load Port，搭配高速 EFFM（晶圓前端傳送模組）自動搬運，並內建即時量測模組，提供極高的 WPH（每小時晶圓產出量）。

白話圖解：分光干涉式厚度量測原理

許多工程師在搜尋「半導體量測設備」時，常卡在複雜的物理公式。大塚科技透過最直觀的「分光干涉技術」，將複雜的原理化繁為簡：
當光線入射至晶圓表面時，高穩定的放射光源會穿透薄膜。此時，光線會在薄膜表面（上表面）產生第一道反射光 R1；同時，部分穿透薄膜的光線會在基材表面（下表面）產生第二道反射光 R2。
這兩道反射光因為路徑長度不同，會產生「光程差」，進而在光譜儀上形成特有的干涉條紋。大塚科技的尖端演算法此時帶入待測樣品本身的折射率（n）與消光係數（k），就能在毫秒之內精準演算出待測物的絕對厚度值。



該技術具備三大市場優勢：

• 非接觸式（Non-contact）： 絕不刮傷、不破壞晶圓表面。
• 高速（High Speed）： 毫秒級反應，滿足產線即時監控。
• 多點 Mapping： 快速產出整片晶圓的膜厚 2D/3D 分佈圖。

了解更多:光干涉原理是什麼？5大應用範疇，專家帶你深入了解！

半導體量測設備如何選擇？TE 系列的跨世代對應能力

在選擇合適的半導體量測設備時，工程師與採購通常需要評估以下關鍵條件：

• 量測項目與材質： 是否能同時對應氧化物、氮化物、光阻或金屬薄膜？
• 晶圓與樣品尺寸： 能否相容現有產線，並具備未來擴充性？
• 自動化需求： 需要 In-situ 嵌入式模組還是獨立的 Standalone 自動量測機台？
• 產速（WPH）： 量測速度能否跟上產線的 UPH（每小時產能），不成為產線瓶頸？

大塚科技 TE 系列：從 4 吋到 FOPLP 的全方位解決方案

不論您的製程目前處於何種階段，大塚科技 TE 系列都能輕鬆對應：

• 全尺寸相容： 從傳統或特殊製程用的 4 吋、6 吋晶圓，到主流晶圓廠的 8 吋、12 吋晶圓，TE 系列皆擁有成熟的對應實績。
• 前瞻先進封裝支援： 面對半導體未來走向大尺寸、高複雜度的 FOPLP（扇出型面板級封裝） 趨勢，只要有膜厚量測、晶圓薄化或平整度檢測的需求，大塚科技專業團隊都能根據客戶的客製化產線空間與精度要求，做出客觀的評估並提出最佳解決方案。

晶圓厚度

你知道「晶圓厚度」對於半導體產業的重要性嗎？尤其是在晶圓厚度量測階段，其厚度對整個製程的品質、效能，乃至於最終產品的可靠性都有深遠的影響。且晶圓厚度量測不僅是一個技術參數，也是半導體製造過程中的一個關鍵決策點，其對於晶片的品質、效能、壽命以及成本都有重要的影響性。本文將帶你深入探討，晶圓厚度是如何影響半導體產業的各個面向！

 

➣晶圓厚度運作原理技術說明

「半導體」之所以稱之為「半導體」，是因其具有開關的特性，可以使用電氣訊號控制其導通或不導通，並在特定狀態之下能控制導通與不導通中間故稱為「半導體」。
一般來說，以半導體最常使用的MOSFET為例：在閘極上加上電信訊號（一般為電壓），即可讓電流從源極流向汲極。
而這個隨著使用者所控制的開關，在數位傳播的年代即可以當作0（關）或1（開）來使用，將數個開關做排列後，即可達成16位元、32位元或更多的位元，來一次傳輸大量的訊號。
基於此種特性，故在材料上會以四族矽（Si）或是鍺（Ge）為主。
當然，除了最基本的四族以外，半導體為了要滿足許多地方的應用，根據其使用的方式慢慢地有三五族的材料甚至二六族導入。
而為了讓半導體工藝，能在材料上做出最大使用率及製造效率，故採用形狀為圓形做加工基底，自然就產生「晶圓」一詞。
在半導體的製程中, 晶圓作為IC製造的起點, 也是承載著所有製程的基礎。
半導體製程的歷史上, 隨著人類在類比世界轉換到數位世界, 晶圓也不斷演進。
從一開始的2吋晶圓到現在的12吋晶圓, 甚至到下一個世代的18吋晶圓都已孕育而生。
另外, 也隨著人類無窮無盡的創造力, 從一開始的矽材料, 根據所需要的應用而發展各式化合物材料作為晶圓的材料 , 晶圓的作用重要性不言可喻。
以比喻來說，晶圓就像是半導體製程萬丈高樓的地基。
 
 

半導體膜厚、晶圓厚度量測原理（In-situ Metrology Module的内容詳細）

設備中，必須具備高解析光學檢測系統及高精度X-Y運動軸，以完成量測作業的進行。並於量測完成後，匯整顯示各點的量測數據資訊。

                    Metrology Module的内容　   　　　　                                    　X-Y-回転自動平台和光學檢測unit

量測項目：

• 多層膜解析
• 光學常數（n:折射率、k:消光係數）

基本原理&解析手法：

• 「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

👉半導體薄膜高精度檢測：顯微分光膜厚量測儀（Model: OPTM series）

• 顯微分光的光學架構：所使用的反射物鏡可消 除基板/膜層背面反射影響可
• 多點分析法：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（專利第5721586號）

👉非接觸晶圓厚度快速量測:分光干涉式wafer晶圓測厚儀（Model: SF-3 series）

 

• 非接觸、非破壞式高速高精度量測晶圓厚度
• 即時檢測WAFER基板於研磨製程中的膜厚(厚度範圍6～1300μm※矽換算)
• 高速μSec等級量測即時檢測
• WAFER基板於研磨製程中的膜厚

➣晶圓厚度與產業應用有何相關？

在半導體的生產流程上，從一開始的矽晶圓製造,，到接下來的晶圓代工，最後到達封裝測試的階段。
就像蓋房子一樣, 無非是一層一層的堆疊，一層一層的往上增蓋，在製程以飛快的速度向前推進的今日，半導體器件以百萬、千萬，到以百億數量成長，其對膜厚的厚薄要求更是越來越嚴格。
而在反覆的堆疊製程中。其要求的速度跟精度更是有別於以往。是需要利用高精度，非接觸式的方式，協助生產現場的工程師快速判斷產品於製程中發生的問題。以利現場工程師，能快速找到問題並排出後，提供半導體工廠穩定生產必要之要件。
就「晶圓」來說，就像是我們蓋房子的基底，所有的製程材料都在此基底上做堆疊幾十層甚至數百層，故晶圓本身表面粗糙度、平整度、厚度、形狀則是業界大眾所講究的。
在半導體的製程上, 每一到製程所需要的晶圓厚度各有不同。
包括初期的長晶,線切割後的晶圓製造, 反覆曝光顯影的半導體製程, 成品之前的封裝測試。
在每一道製程中, 如果晶圓本身的厚度沒有嚴格的管控, 後面幾十道甚至幾百道的精密製程都會在最後的成品會為烏有, 所以嚴格管理晶圓的厚度是一項最基礎也是最需要基本功的工作。
特別是這幾年，因封裝技術的提升，器件的製造從一般的2D平面往3D來邁進。
因此而拉近各處理單元的距離增加演算速度，故而在3D IC做堆疊的時候，針對矽的基材襯底必須做減薄的動作。
以免在堆疊中過高， 影響到資料處理的效率，故追求晶圓厚度的一致性是相當重要的項目。
不論是矽晶圓, 化合物晶圓都需要,之後像因3D IC的堆疊、封裝、 更是需要量測減薄後的晶圓厚度。

晶圓厚度設備產線製作過程大公開！

在製造晶圓時，製程將晶棒切割成適當的厚度後洗淨後，將表面鍍膜鍍上想要的材質後圖形化，經過測試後將晶圓鍵和在一起形成通路後，再將晶圓研磨到理想的厚度。
並經過切割、封裝、打件等過程，才會從最開始的晶棒變身為半導體組件。
其中又在晶圓製造、表面鍍膜、圖形化、晶圓鍵和、背面研磨等製程，是會需要監控晶圓厚度。
更加詳細完整過程可以參考本站文章：《半導體製程順序大公開！專家用11步驟告訴你，專業技術大解密！》
 

➣晶圓厚度量測設備推薦

 

對應偵測器	顯微分光膜厚量測儀OPTM	分光干涉式wafer晶圓測厚儀SF-3
對應晶圓尺寸	6、8、12吋
量測厚度範圍	晶圓上薄膜1nm-30μm	晶圓基板5μm-1000μm

産品特長

• 可根據需求對應max. 300mm樣品的Standalone量測設備
• 在最適樣品下量測時間１秒即可完成
• 針對300mmEFEM（Equipment Front End Module）於予備Lord Port Docking or 獨立Standalone（手動POD上料）
• 搭載高精度自動對位組件
• 各種非金屬化合物半導體材料厚度量測 例：GaAs、SiC、SiO2
• 可對應In Line 或 Off Line

系統化構成

• 本設備配合半導體Wafer CMP製程中，於 Off Line wafer薄膜厚度量測用途
• 設備中包含2組Wafer Loadport、EFEM 、In-situ Metrology Module
• 設備中的In-situ Metrology Module為透過光學反射原理藉由各薄膜層之光干涉現象，進而建立膜厚模型分析膜厚數值

本設備是由EFEM robot取放待檢wafer至膜厚量測單元（Metrology Module），將自動進行對位量測，並依序完成客戶指定pad薄膜厚度量測動作。
該設備中具備高解析光學檢測系統及高精度X-Y運動軸，以完成量測作業的進行。並於量測完成後，匯整顯示各點的量測數據資訊。
如果你對於晶圓厚度量測有興趣的話，也可以直接拿起電話洽詢，讓大塚科技的業務為你說明白講清楚！
📞台北辦公室：02-25153066
📞台南辦公室：06-2151970

産品資訊

産品特長

◎可根據需求對應max. 300mm樣品的Standalone量測設備
◎在最適樣品下量測時間１秒即可完成
◎針對300mmEFEM（Equipment Front End Module）於予備Lord Port Docking or 獨立Standalone(手動POD上料)
◎搭載高精度自動對位組件。
◎各種非金屬化合物半導體材料厚度量測 例：GaAs、SiC、SiO2
◎可對應In Line 或 Off Line
 

系統化構成

本設備配合半導體Wafer CMP製程中，於 Off Line wafer薄膜厚度量測用途。
設備中包含2組Wafer Loadport、EFEM 、In-situ Metrology Module。
設備中的In-situ Metrology Module為透過光學反射原理藉由各薄膜層之光干涉現象，進而建立膜厚模型分析膜厚數值。
 　
　                                Standalone型式薄膜厚量測設備全体圖  (Model:TE series)

本設備由EFEM robot取放待檢wafer至膜厚量測單元(Metrology Module)，設備將自動進行對位量測，並依序完成客戶指定pad薄膜厚度量測動作。
設備中具備高解析光學檢測系統及高精度X-Y運動軸完成量測作業的進行，並於量測完成後匯整顯示各點的量測數據資訊。
 

量測原理（In-situ Metrology Module的内容詳細）

量測項目：◎多層膜解析、◎光學常數（n:折射率、k:消光係數）
設備中具備高解析光學檢測系統及高精度X-Y運動軸完成量測作業的進行，並於量測完成後匯整顯示各點的量測數據資訊。　
　　
　　　　　　　　Metrology Module的内容　　　　　　　　　　　　　　　X-Y-回転自動平台和光學檢測unit

●基本原理&解析手法
　　
　　　　　　　　　　　　　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

●得到高精度検測　非接觸式顯微膜厚計(Model:OPTM series)
　　　
　　　　　        顯微分光的光學架構　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　多點分析法
   所使用的反射物鏡可消 除基板/膜層背面反射影響可       　　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(專利第5721586號)
 

規格樣式

概　要 

名　　稱	Standalone型式薄膜厚量測設備TE series
量測項目	反射光譜非接觸薄膜量測設備
對應尺寸	200mm Wafer or 300mm Wefer
控制系統規格	主控 PC(Win10 + ART 程式控制介面) ・ 螢幕(22 吋顯示螢幕)
WPH (wefers per hour)	60片/ hour (量測９點、包含Alignment對位)
潔淨度	Class 10
環境震動	震動等級VCA

　　　　　　　　　　


EFEM單元 (Equipment Front End Module)

潔淨等級	ISO Class 1
FFU (Fan Filter Unit)	PTFE濾網：HEPA・0.3um@99.9995% ・ 風機全壓:150Pa/機外:15Pa
Pre aligher	１組
Robbot	１組・ θ=360度 ・Z軸：380mm ・ R, θ, Z軸定位精度：0.1mm・Payload：1.0 kg /arm
Loadport	2 組・放置200mm Wafer POD・具狀態指示燈

　　　　　　　　　　　


MU 單元 (Metrology unit)

量測模組	膜厚量測範圍: 參考OPTM膜厚規格，光點直徑 : 10um(min. 5um)
Alignment CCD模組	１組
載台模組・滑台模組	Rotation and Lifter stage ・ X-Y Linear stage
FFU(Fan Filter Unit)	PTFE濾網：HEPA・0.3um@99.9995% ・ 風機全壓:150Pa/機外:15Pa

　　　　　　　　　　　



Utility

電源	1ψ/ AC220V/30A(6.6KW )
氣壓源	5~6Kg/cm2 直徑 8 氣壓管*2
真空源	-84Kpa 直徑 8 真空管*2
機台尺寸・重量	2130(W)x1440(D)x2160(H)mm, 1800 kg     note)不含螢幕架