Standalone型晶圓厚度量測&產線上膜厚量測設備TE series

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	膜厚量測範囲: 1 nm ～ 35um ・ 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