非接觸式量測是什麼？4大技術重點，真正影響量測穩定性！

目錄 1.非接觸式量測膜厚是什麼？以高精度與非侵入方式掌握材料狀態！ 2.非接觸式光學量測膜厚如何運作？從光學訊號理解量測穩定性的基礎 3.非接觸式量測膜厚有哪些限制？需依實際環境條件進行評估 4.4大非接觸式量測技術比較：從膜厚、位移到表面形貌怎麼選？ 5.非接觸式量測可應用在哪些情境？從膜厚分析到品管判讀的實際應用 6.高精度非接觸式量測設備推薦

在半導體、光學鍍膜、電子零件與精密製造領域中，「非接觸式量測」已成為常見的量測方式之一。當產品尺寸越做越小、材料表面越來越脆弱，如果還使用傳統接觸式方式進行檢測，除了可能造成刮傷與變形，也容易影響量測結果的一致性。故透過光學、電容、雷射或共軛焦等非接觸式量測技術，在不碰觸樣品的情況下取得穩定數據，已成為許多製程導入的重要方向！本篇主要聚焦在以非接觸式量測膜厚的相關介紹。
 

非接觸式量測膜厚是什麼？以高精度與非侵入方式掌握材料狀態！

在半導體製程、光電面板、先進封裝與精密鍍膜產業中，產品尺寸與膜層厚度逐漸走向微米，甚至奈米等級，量測方式也需要更細緻、更穩定。
過去常見的接觸式量測，例如：探針、分厘卡或刮痕法，必須直接碰觸樣品表面，若遇到軟質塗層、光學薄膜、晶圓表面或精密元件，就可能造成刮痕、壓痕，甚至影響後續製程判讀。
 

非接觸式量測膜厚的基本概念

非接觸式量測，是指在不直接碰觸待測物的情況下，透過光學、電磁、電容或其他感測原理，取得物件的距離、位移、表面形貌或膜厚資訊。
常見技術包含：雷射三角測距、共軛焦、白光干涉、反射光譜、渦電流與電容式感測等。
這類量測方式的優勢，在於能降低樣品受損風險，並提升自動化產線的檢測效率。
對於需要長時間監控、快速判讀或高精度製程控制的產業來說，非接觸式量測可以協助工程端取得更一致的數據，作為製程調整與品質管理的依據。
 

非接觸式量測膜厚不是完全不受材質限制

需要特別留意的是，非接觸式量測雖然可應用於多種材料表面，但並不代表任何材質都能用同一種技術完成量測。
不同感測原理會受到材料導電性、透明度、反射率、表面粗糙度、膜層結構與環境條件影響。

例如，渦電流感測主要適用於導電金屬材料；光學量測則需考量表面反射特性與光源干擾；電容式感測對環境潔淨度與介電特性較敏感。
因此，在選擇非接觸式量測設備時，不只要看量測精度，也要回到實際材料、製程環境與檢測目的進行評估。
 

為什麼製程現場需要非接觸式量測膜厚？

當塗佈、鍍膜、封裝或光學元件製程對厚度與位置控制要求越來越高，單靠人工抽檢或接觸式量測，已經不容易滿足即時監控與高效率生產需求。
非接觸式量測可在不破壞樣品的前提下，協助掌握膜厚變化、表面高度差、微細位移與形貌狀態，讓工程人員更快判斷製程是否穩定。
 

非接觸式光學量測膜厚如何運作？從光學訊號理解量測穩定性的基礎

在非接觸式光學量測系統中，最基礎的運作概念是：由光學探頭（Sensor Head）發射特定波長或寬譜（Broadband）的光束，當光束接觸到待測工件（或多層薄膜交界面）後會產生反射、折射或散射。
偵測器內部的分光組件或光電接收元件隨後捕捉此光學變化訊號，並透過後端演算法將其轉換為精確的距離、高度或膜厚數據。
 

精度與有效量測範圍需要一起評估

在自動化製程與精密工程設計中，量測精度與有效量測範圍通常需要取得平衡。
當製程要求更高解析度或更細微的厚度變化判讀時，系統可容許的量測範圍、光學焦深與工作距離往往會隨之縮小，對樣品位置、環境穩定性與光學條件的要求也會提高。
因此，選擇非接觸式光學量測方案時，不建議只追求「大範圍」或「高精度」單一規格，而應依照材料表面狀態、膜層厚度變化、產線速度與製程公差進行整體評估，才能取得更穩定且可重複的量測結果。
 

精度越高，量測條件通常也越嚴格

當量測精度要求提高時，系統可容許的有效量測範圍通常會縮小，量測條件也會變得更嚴格。
這並不是單一設備的限制，而是光學量測在解析度、光學焦深、訊號穩定性與樣品表面條件之間需要取得平衡。

舉例來說，若製程需要觀察奈米等級的薄膜厚度變化，系統就必須更精準地控制光學條件、樣品位置與環境干擾。
此時若同時要求大範圍、高速度與極高精度，往往需要依照實際製程條件重新評估，而不是只看單一規格數字。

因此，選擇非接觸式光學量測方案時，應先確認待測材料、膜層結構、厚度變化範圍、產線速度與環境穩定性，再搭配合適的光學原理與硬體規格。
這樣取得的量測數據，才更能作為製程調整與品質判讀的可靠依據。
 

非接觸式量測膜厚有哪些限制？需依實際環境條件進行評估

非接觸式量測雖然能降低接觸造成的刮傷與汙染風險，但不同量測原理仍有各自適合的使用條件。
在規劃產線檢測點時，除了量測精度之外，也需要同時評估廠房環境、材料特性、工件狀態與設備整合條件，才能維持穩定的量測結果。
 

超音波量測容易受到環境條件影響

超音波屬於非接觸式量測的一種，主要透過聲波在空氣中的傳播時間進行距離判讀。
不過，聲波速度會受到溫度、濕度與空氣密度影響，因此在環境變化較大的場域中，量測穩定性也可能跟著波動。
此外，由於超音波需要透過介質傳遞，因此無法直接應用於真空環境。
若產線本身涉及真空腔體、高潔淨製程或高速微細量測，通常就需要改以光學式量測技術進行評估。
 

聚焦式光學量測需留意景深與震動影響

「聚焦式光學量測」常見於表面高度、形貌或微細結構分析。但當系統為了提升解析度而使用高倍率光學條件時，可容許的景深範圍通常也會縮小。
此時若產線存在設備震動、平台晃動，或工件在Z軸方向有微小起伏，都可能造成焦點偏移，進一步影響量測穩定性。
此外，環境光源變化、表面反射率差異與材料對比度，也可能影響影像判讀與後端演算結果。
 

非接觸式量測不能只看規格數字

在實際導入時，同樣是非接觸式量測，不同原理適合的材料、速度、量測範圍與環境條件都不相同。
因此，比起只比較解析度或量測速度，更重要的是回到製程本身，確認待測材料特性、環境干擾來源、設備整合方式與實際公差需求。
當量測原理與製程條件能正確匹配時，量測數據才更具有長期穩定性與判讀價值。
 

4大非接觸式量測技術比較：從膜厚、位移到表面形貌怎麼選？

在規劃非接觸式光學量測設備時，不能只看「精度越高越好」，而是要回到待測物的材料特性、膜層結構、表面反射狀態與產線環境來判斷。
不同光學原理擅長處理的問題不同，有些適合薄膜厚度分析，有些適合表面形貌重建，也有些更適合位移與高度差檢測。
 

4大非接觸式量測技術比較表

量測技術	基本原理與特點	適用情境與限制	實務解讀
反射光譜分析法 Reflectometry	透過特定波段或寬譜光照射薄膜，分析不同界面反射光形成的光譜變化，進一步推算膜厚、折射率n與消光係數k	適合透明、半透明薄膜、多層膜與光學鍍膜分析。需建立合適的光學模型，若膜層結構或材料參數設定不準，會影響判讀結果	適合用於薄膜製程監控與材料光學特性分析，可作為研發與品管判斷膜層是否穩定的依據
白光干涉技術 White Light Interferometry	利用樣品反射光與參考光之間的光程差形成干涉訊號，重建表面高度與三維微細形貌	適合固體表面、微結構、階高與表面粗糙度分析。對震動、表面反射狀態與平台穩定性較敏感，通常需搭配穩定的量測環境	適合需要觀察表面微細結構與高度差的場景，若產線震動較明顯，需特別評估隔震與機構穩定性
雷射測距／雷射三角測距 Laser Triangulation	以雷射光照射物體表面，再透過接收端判讀光斑位置變化，計算距離、高度或位移	適合多數不透明固體表面、機構件位移、高度差與較大範圍距離檢測。容易受到表面粗糙度、反射率、傾斜角度與雜散光影響	適合需要較大工作距離與較快量測速度的製程，但若遇到高反光、透明或低反射表面，需重新評估光學條件
光學共軛焦技術 Confocal / Chromatic Confocal	透過共焦原理或色散鏡組，只接收聚焦位置的有效光訊號，用以判定表面高度、厚度或透明材料界面位置	適合高反射表面、透明材料、玻璃厚度、微小階高與精密位移量測。但不同材料反射率與結構仍會影響訊號品質，不能視為完全不受材質限制	具備較高的垂直解析能力，適合高精度量測需求。若要導入產線，需同步確認光學頭配置、樣品位置穩定性與後端資料處理能力

 

光學量測技術如何搭配後端精密運動控制？

在實際製程中，非接觸式光學量測通常不會單獨運作，而是會與精密平台、Z軸控制、掃描模組、資料擷取系統與後端演算法整合。
量測系統負責取得表面或膜層數據，運動控制系統則負責讓工件在穩定位置、速度與姿態下通過量測區域。

舉例來說，在薄膜塗佈或鍍膜製程中，可透過反射光譜分析法追蹤膜厚變化；在微結構檢測中，白光干涉或共軛焦可搭配精密 Z 軸掃描，建立高度輪廓；在產線位移監控中，雷射三角測距則可與平台控制整合，用於快速判讀高度差或位置偏移。

因此，選擇量測技術時，除了比較光學原理，也要同步確認產線速度、取樣頻率、平台穩定性、資料演算能力與品管判讀需求。
當前端量測與後端控制能正確配合，量測數據才更能協助工程端優化製程，而不是只停留在單點檢測。
 

非接觸式量測可應用在哪些情境？從膜厚分析到品管判讀的實際應用

非接觸式光學量測之所以被大量導入半導體、光電與精密製造產業，不只是因為「不接觸樣品」，更重要的是能在高速製程中，持續取得穩定且可重複的數據，協助工程端快速判讀製程是否偏移。尤其當材料結構越來越複雜、多層膜堆疊越來越細緻時，傳統接觸式量測已經難以滿足現場需求。以下整理幾個常見的應用情境：
 

半導體、光電面板與特種鍍膜的多層透明膜厚檢測

在晶圓、光學玻璃、手機面板與特種塗層製程中，常會出現多層透明或半透明薄膜堆疊，例如二氧化矽、光阻、AR 鍍膜或硬化塗層等。
這類結構不只膜層薄，材料折射率也各不相同，若使用傳統接觸式量測，不僅難以取得內層資訊，也可能造成表面刮傷。
此時，反射光譜分析法便能透過寬譜光源照射薄膜結構，分析不同界面回傳的反射光譜訊號，再搭配光學模型與材料參數，推算各層膜厚與光學常數。
 

如何降低光源干擾與複雜反射影響？

多層透明膜最大的挑戰之一，在於不同界面會同時產生反射訊號。若量測系統無法有效區分訊號來源，就容易受到背面反射、雜散光或基板反光影響，造成膜厚判讀不穩定。實際量測時通常會透過光學幾何設計、特定入射角控制與訊號演算法分析，降低非目標反射光的干擾，只保留與待測膜層相關的有效光譜資訊。
 

從抽檢走向更即時的產線檢測，提升品管判讀效率

過去許多膜厚檢測仍仰賴破壞性切片或離線抽測，不僅流程耗時，也難以即時反映產線狀態。當非接觸式光學量測導入後，系統可在不破壞樣品的前提下，快速取得膜厚變化與表面狀態資訊，協助工程人員即時調整塗佈、鍍膜或曝光條件。這類量測數據除了能用於製程監控，也能進一步結合後端SPC統計分析、良率追蹤與設備參數管理，讓品管不再只是事後檢查，而是能更早發現製程偏移與異常趨勢。
 

高精度非接觸式量測設備推薦

要取得穩定的高精度非接觸式量測結果，不能只看單一規格數字，而是需要把量測精度、量測範圍、環境干擾與後端資料處理能力一起納入評估。像是產線震動、環境光源、樣品表面反射率、膜層結構與演算法模型，都可能影響最後的數據判讀。

在非接觸式光學量測中，膜厚量測是相當典型的應用之一。無論是半導體製程、光學鍍膜、玻璃基板、樹脂層或實驗室研發樣品，膜層厚度都會影響後續製程穩定性與產品品質。因此，除了選擇合適的量測原理，也要確認設備是否能對應實際樣品條件、製程速度與品管需求。

若企業正在評估非接觸式精密膜厚量測設備，可進一步參考大塚科技的膜厚儀產品頁面。大塚科技提供多種膜厚量測設備，包含顯微分光膜厚量測儀、手持式光學膜厚計、分光干涉式晶圓測厚儀，以及產線或實驗室應用的相關膜厚量測方案，可依照研發分析、現場抽檢或產線監控等不同情境進行選型。

 

✅研發與高階分析的首選：OPTM膜厚計系列

專為實驗室研發與高精密品管設計，具備強大的光學模型演算法，能以非破壞方式，同步解析單層及複雜多層透明／半透明薄膜的絕對厚度、折射率與消光係數。
 

✅靈活機動與現場量測的創新利器：Smart手持式膜厚計系列

打破傳統儀器體積龐大、移動不便的限制，全新推出適合彈性機動操作的智慧型手持式膜厚計 Pro 版。讓品管與現場工程師隨手即測，在不刮傷工件的前提下，以良好的重現性快速讀取表面塗層與薄膜厚度，是彈性抽檢與現地品管的實用選擇。
 

✅超高速嵌入式量測：SF3系列

以μSec等級的高速量測進行即時檢測，量測對象包括晶圓、玻璃、樹脂層等厚度，特別適合在各類需要高速、高精度量測的產線，例如：CMP研磨、玻璃剪薄等製程中。
 

✅Standalone型晶圓厚度量測&產線上膜厚量測設備TE series

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。
搭配非接觸式、高精度 mapping 自動量測功能，實現高WPH（每小時晶圓產出量）。


當製程精度越來越高，量測不再只是單純的檢查流程，而是影響良率、品質穩定性與製程判讀的重要依據。若你正在評估非接觸式膜厚量測或精密光學量測方案，歡迎前往大塚科技官網，了解更多膜厚量測設備、光學分析技術與實際應用案例，作為後續製程優化與設備導入的參考方向！