薄膜厚度量測種類有哪些？清楚了解技術原理，實際應用範圍看這邊！

目錄 1.薄膜厚度量測原理是什麼？ 2.薄膜厚度量測種類有哪些？該如何選擇？   接觸式膜厚計   非接觸式膜厚計 3.選擇薄膜厚度量測前要先確認哪些條件？ 4薄膜厚度量測適用哪些產業與材料？ 5.薄膜厚度量測推薦｜大塚科技 提供各式解決方式 6.不同膜厚量測需求適合哪一類設備？ 7.薄膜厚度量測設備如何選擇？4步驟要記住！

市面上販售的薄膜厚度量測種類眾多，總是讓人眼花撩亂不懂得如何選擇？而膜厚的監控，無論是在製程中或是成品上都是十分重要的。不同的厚度或是不好的面內厚度分布，都有可能會無法達到我們想要的物理性質。而薄膜厚度量測原理又是什麼？為什麼各家廠牌紛紛推出薄膜厚度量測販售？就讓我們一起來深入瞭解吧！

薄膜厚度量測原理是什麼？

薄膜厚度量測，主要是利用光學、物理或電磁等方式，測量塗佈膜、光學膜、保護膜，以及晶圓基板表面膜層的厚度。依材料與應用不同，膜厚可能落在奈米（nm）至微米（μm）等級，因此量測設備除了要能辨識細微的厚度變化，也需要具備穩定的量測能力。
在工業製程與研發中，膜厚並不只是單純的尺寸數據。厚度是否符合設計範圍，以及不同位置的膜厚是否均勻，都可能影響材料後續的光學或物理特性，因此通常會將膜厚量測納入製程監控與品質檢驗。薄膜厚度量測常見的目的包括以下幾項：

• 掌握產品光學特性：膜厚會影響光線的穿透、反射與干涉結果，因此在光學膜等應用中，可透過膜厚數據確認產品是否符合光學設計需求。
• 確認膜層功能是否符合需求：針對絕緣、防刮、耐腐蝕或水氣阻隔等功能性膜層，可藉由量測厚度確認製程是否落在設定範圍內。
• 掌握面內均勻性：透過多點量測或 Mapping 分析，可觀察整片基板上的膜厚分布，進一步確認塗佈或沉積製程是否均勻，也可作為製程調整的依據，協助控制不同批次之間的差異與材料耗損。

非接觸式膜厚量測有哪些優勢？

部分膜厚量測方式會接觸或破壞樣品，例如探針式量測需要直接接觸樣品表面；SEM 剖面觀察則通常需要先進行切割或其他前處理。對於軟質塗層、精密光學膜或高價晶圓來說，使用探針量測時，需要留意刮痕、壓陷或汙染等風險；若採用切割、剖面觀察等破壞式檢測，樣品後續也可能無法繼續使用。

相較之下，非接觸式光學膜厚量測是利用反射光譜與光線干涉現象分析膜層厚度，量測過程中不需要讓探頭直接碰觸樣品表面，因此更適合重視樣品表面完整性，或對量測穩定度要求較高的應用。常見優勢包括：

✅降低刮傷與汙染風險

量測時不直接接觸樣品，可減少探針造成刮痕、壓痕或表面汙染的情況，適合應用於光學薄膜、軟性高分子材料及晶圓等精密樣品。

✅量測精度與重複性佳

透過光譜分析與演算法計算，可降低人工操作差異對結果的影響。實際精度會依設備規格、膜層材質與量測條件而有所不同，部分系統的重複精度可達0.01 μm等級。

✅支援多層膜結構分析

搭配適合的光學模型與材料參數後，可從反射光譜進一步分析多層膜結構，取得各膜層的厚度；部分系統也能分析折射率（n）、消光係數（k）等光學常數。實際可分析的膜層數量，仍須視材料組成、膜厚範圍及設備能力而定。

✅量測速度快，方便整合自動化製程

光學量測通常能在短時間內完成單點檢測，也能搭配自動載台進行多點Mapping，應用於研發分析、製程監控與大面積膜厚均勻性檢查，亦有利於整合至自動化產線。

薄膜厚度量測種類有哪些？該如何選擇？

打開網頁查找各種原理、各種廠牌的薄膜厚度量測（膜厚儀），你會發現市面上產品琳瑯滿目，不知道該從何挑選？
基本上，大致可分成以下2種：

	膜厚範圍	精度	量測方式	非透明膜	軟膜	成本
接觸式	μm以上	0.1μm	破壞樣品	O	X	較低
非接觸式	nm~μm皆可	0.1nm	不會破壞樣品	X	O	較高

• 接觸式膜厚計

接觸式薄膜厚度量測，是以探針或鑽石刀等等將膜層連同底材截斷後，用不同的方法來觀察切斷面。
可能是用顯微鏡或是內置的段差量測方法，或是先量測一參考面的高度後，再去量測待測樣品後去做扣減。
而此種方法簡單暴力，且其特色是抽樣檢查後，膜就被破壞變形或是表面沾染異物了，故又被稱為「破壞式薄膜厚度量測」。
大致上來說，機台成本都相對於「非接觸式的薄膜厚度量測」來得低，且量了多少就是多少也比較沒有疑慮。
但是總體上來說，會適合比較厚的膜（μm級厚度），且精度等等，又都比「非接觸式膜厚計」稍微不足。適合的產品為：

• 較厚的膜（μm級厚度）
• 精度要求不高的膜（0.1um以上）
• 破壞後不會心痛的膜
• 較硬的膜，不會因為接觸而變形
• 操作簡單，不需要任何光學常數

 

• 非接觸式薄膜厚度量測

「非接觸式薄膜厚度量測」的種類，比起「接觸式薄膜厚度量測」的種類又更多了。大致上，常見的有以下3大類型：

1. 光學式：光學膜厚儀，除了厚度以外也可以求得折射率以及消光係數（n,k值）等光學常數，在光學膜的領域可以說光學式薄膜厚度量測是不二人選。光學式膜厚除了光學膜以外，也被廣泛利用在各種膜層。
2. Xray：Xray在非接觸式中，算是價位比較高的。因為不是用一般的光量測，有安全上的考量，使用人員需要經過較嚴謹的訓練。主要是量測金屬膜厚，使用X光激發金屬元素後進行量測。因為價位偏高，適合金屬膜的量測需求，種類也比較受限。其他膜層，則可以考慮使用光學式即可，並依照量測膜種類不同，厚度橫跨nm~μm等級。
3. 渦電流：渦電流利用電磁感應的原理，是塗層越厚電磁感應力越小，使用上還是要注意校正的方法。而不同底材有不同的校正方法，適合在金屬基材上的膜層厚度量測。且量測還是以厚膜為主，μm級厚度甚至是mm等級厚度。

 

選擇薄膜厚度量測前要先確認哪些條件？

不同薄膜的厚度、材質與光學特性都不一樣，適合的量測方式也會有所差異。因此，在評估薄膜厚度量測設備前，建議先從樣品本身與實際量測需求著手，確認以下 7 個條件，再進一步篩選合適的設備與量測方式。

👉膜層厚度範圍

先確認待測膜層大約落在哪個厚度區間，例如：奈米級、數微米至數十微米，甚至數百微米以上。不同量測原理都有各自適合的厚度範圍，若膜層太薄或太厚，都可能影響量測結果與設備選擇。

👉膜層與基材的光學特性

若採用光學式量測，需要先了解膜層是否透明或半透明，以及光線能否在不同膜層介面形成可辨識的反射訊號。樣品的吸收、散射與表面狀態，也可能影響光譜量測與後續分析。

👉基材與膜層間的光學差異

基材可能是金屬、玻璃、矽晶圓或塑膠等不同材料，而膜層與基材之間的折射率（n）差異，也會影響反射訊號是否容易辨識。因此，評估設備時除了看膜厚，也要一併確認膜層與基材的材料組合。

👉樣品是否允許破壞

若待測物屬於高單價晶圓、精密光學元件或需要繼續進行後續製程的樣品，就不適合使用刮痕、切割或剖面觀察等破壞式方法。這類情況通常會優先評估非接觸、非破壞式的量測方式。

👉量測光斑大小

待測區域的尺寸也會影響設備選擇。如果是大面積塗佈膜材，可著重整體膜厚與均勻性；若需要量測晶圓上的微小Pattern、局部塗層或特定位置，則要進一步確認設備的光斑尺寸與定位能力是否符合需求。

👉是否需要面內分佈量測

除了單點膜厚之外，也要確認是否需要觀察整片樣品的厚度分布。若製程重視膜厚均勻性，可搭配自動載台進行多點Mapping，進一步掌握不同位置的厚度差異與面內分布情況。

👉是否有產線整合需求

最後還要考慮設備的使用環境。若主要用於研發或品保抽檢，可評估實驗室用的離線式設備；若希望直接導入自動化製程，則需要進一步確認設備是否支援In-line或In-situ量測，以及通訊介面、自動定位、量測速度等整合條件。
 

薄膜厚度量測適用哪些產業與材料？

從光學膜、半導體晶圓到軟性材料與工業塗層，只要製程中需要掌握膜層厚度、均勻性或多層結構，都可能需要進行薄膜厚度量測。
不過，不同產業使用的材料、膜厚範圍與基材特性差異很大，實際量測時仍需依樣品條件選擇合適的方法與設備。
 

適用產業	常見材料／量測對象	薄膜厚度量測重點
光學薄膜與顯示器材料	增亮膜、偏光片、抗反射（AR）塗層、防眩光（AG）塗層、OLED／LCD顯示器中的多層光學膜	光學膜的厚度會影響光線穿透、反射等表現，因此通常需要掌握膜厚與均勻性，並依材料結構進行單點量測或面內均勻性分析
半導體與先進封裝	矽晶圓（Wafer）、SiC、GaAs 等化合物半導體基板、SiO₂／SiN 絕緣層、光阻劑（Photoresist）	從晶圓製造、微影、沉積到研磨製程，都可能需要確認膜厚變化，也可用於確認CMP製程前後的膜層厚度變化與剩餘膜厚
高分子與軟性材料	PET、PI（聚醯亞胺）、軟性電路板（FPC）相關塗層、鋰電池隔離膜、包裝膜、保護膜	這類材料通常較薄、較柔軟，也可能容易受外力影響。若希望降低刮傷、壓痕或樣品受力變形的風險，可進一步評估非接觸式光學量測
工業塗佈與玻璃基板	低輻射玻璃（Low-E Glass）、防水／防刮塗層、硬化層（Hard Coating）、金屬表面有機塗層	可透過膜厚量測掌握塗佈後的厚度與面內分布，作為製程調整、均勻性確認與品質檢驗的參考

因此，無論是研發階段需要分析膜層結構，還是量產時要掌握膜厚與均勻性，選擇設備前都應先確認材料種類、膜層厚度、基材特性及實際量測目的，再判斷適合採用哪一種薄膜厚度量測方式。

薄膜厚度量測推薦｜大塚科技 提供各式解決方式

大塚科技身為光學膜厚的專業廠商，提供所有光學膜厚的解決方案。
無論是「垂直反射式光學膜厚」到「橢圓偏光膜厚儀」皆有。其中，「相對接觸式」則有以下幾個優點：

• 量測範圍廣從1nm~數百μm膜厚
• 量測精度高特別是使用大塚高感度的光譜儀，誤差可以到0.1nm
• 量測速度快（在receipe編輯好後）
• 只要能透光都有機會可以量測
• 也可搭配產線架設進行線上膜厚監控real time

大塚推薦膜厚機台

	SMART手持式光學膜厚計	顯微分光膜厚量測儀OPTM series	分光干涉式wafer晶圓測厚儀SF-3	分光干涉式wafer晶圓測厚儀SF-3
量測範圍	0.1μm~100μm	1nm～92μm *範圍隨機種不同	6μm~1300μm(矽晶圓) 10μm~2600μm(樹脂層) *範圍隨機種不同	0.1~300μm
量測對象	透明/半透明膜
量測方式	非破壞	非破壞、非接觸
量測Spot	Φ1ｍｍ以下	5 ～ 40μm (選擇物鏡)、min.3um(選擇物鏡 x40)	約Φ20μm	n/a
特色	可帶到現場的輕量機台	最薄1nm~超高精度薄膜量測。顯微對焦可量測小面積。	快速量測矽晶圓、樹脂、玻璃等厚度	架設於生產線上無遺漏的膜厚檢查

顯微光斑量測面積0.3μm的微小面積膜厚，更是大塚科技的拿手好戲，還可用聚焦方式量測不平整表面。其推薦膜厚計產品如下：

👉顯微分光膜厚量測儀OPTM series

搭配最小3μm的顯微鏡及自動載台，單點對焦量測不需要一秒；還可搭配自動載台可以快速得到樣品面內膜厚分布。
另外，也有可以設置於產線上量測頭機型，是大塚膜厚家族裡功能最全面，且最多客人採用的多功能泛用機型。

👉手持式SMART膜厚計

⭕高精度、非破壞、手持式膜厚計⭕
●可攜帶到現場的手持式輕量機型(約1.1Kg)
●0.1μm單位的量測精度,0.01μm的重複精度
●以非破壞式量測各類形狀的樣品
●不限定基材材質，可量測coating膜層
●不需要量測經驗，可快速得到精準的膜厚結果
偷偷跟你說~這款是最經濟實惠的喔!

👉膜厚量測儀FE-300

以平行光量測光斑3mm，無複雜設定輕鬆得到膜厚結果。
其相對實惠的價格，特別適合整膜塗布的膜層使用。

👉光譜干涉WAFER測厚儀SF-3

此機台是以干涉方法，量測晶圓、玻璃、樹脂厚度。特色是量測時間特別快（μS）等級，架設於研磨機台等等最為合適。
在研磨中不受研磨液的干涉影響，也許就隱身在你身處的廠內晶圓研磨裝置中，只是你還不知道。

👉橢圓偏光量測儀FE-5000S

橢圓偏光儀，還有其他光學膜厚量測設備更低的量測下限（0.1nm~），並搭配橢圓偏光參數分析膜厚以及光學常數。

👉LineScan線上膜厚檢測系統

架設於產線上，不同於以往單點的量測方式。
LineScan線上膜厚檢測系統，是一次量測一整條線，並配合卷對卷產線可以做到真正無遺漏的全面膜厚檢查。

👉薄膜厚量測設備產線Stand-alone型 TE series

對應Load port型產線上的膜厚檢查系統，擁有高精度的自動對位系統。可搭配2吋~12吋樣品，可完美應付各種解決方案。

不同膜厚量測需求適合哪一類設備？

不同樣品的膜厚範圍、尺寸、量測位置與產線條件都不一樣，適合的設備也會有所差異。大塚科技目前提供手持式、實驗室精密量測，以及產線自動化整合等不同類型的薄膜厚度量測設備，可依實際樣品與製程需求選擇：

設備型號	設備特色	適合量測需求與應用情境
SMART薄膜厚度量測	手持式光學薄膜厚度量測設備，機身約1.1 kg，方便攜帶與現場操作	適合現場快速巡檢、大型成品或曲面樣品，可進行塗佈膜、高分子膜等非破壞式量測，量測厚度範圍約0.1～100 µm
OPTM	顯微分光膜厚量測儀，結合顯微光學系統與微小光斑量測	適合小面積、微小Pattern 或精密薄膜量測，量測範圍約1 nm～30 µm，並可降低基材背面反射對量測結果的干擾
SF-3	以分光干涉方式進行高速非接觸式量測，主要應用於晶圓厚度、高分子層、黏著層等檢測	適合Wafer晶圓基板厚度量測與研磨製程監控，量測範圍約5～1000 µm，可因應高速量測需求
LineScan	全幅寬線上膜厚量測設備，可進行連續掃描	適合卷對卷（R to R）產線、大面積塗佈膜或連續製程，可掌握生產過程中的膜厚分布與面內均勻性
TE series	半導體 Standalone／Inline 自動化量測設備，可搭配EFEM、Load Port與高速Mapping	適合半導體前段與後段製程，如：研磨、薄化、蝕刻及貼合等，支援2～12吋晶圓的自動化厚度與 Mapping 量測

 

薄膜厚度量測設備如何選擇？4步驟要記住！

設備不一定是規格越高越適合，還是要回到實際樣品、量測位置與製程條件來判斷。若還不確定該從哪一類設備開始評估，可以先從以下幾種常見需求區分：

STEP1. 需要現場量測大型或曲面樣品

如果設備不方便搬動，或需要直接到現場檢查大型成品、曲面樣品，可優先評估SMART手持式薄膜厚度量測設備，操作與攜帶都較有彈性。

STEP2. 需要量測微小區域或精密薄膜

若樣品具有微小Pattern，或需要量測奈米至微米級薄膜，可評估OPTM系列，利用顯微光學系統針對局部區域進行量測。

STEP3. 主要量測晶圓厚度或半導體製程

若應用集中在晶圓研磨、薄化、基板厚度或自動化Mapping，可依量測方式與產能需求評估SF-3或TE series。其中SF-3著重高速晶圓厚度量測，TE series則較適合需要自動搬送與產線整合的半導體製程。

STEP4. 需要連續監控大面積塗佈產線

若應用於卷對卷（R2R）或其他連續塗佈製程，需要即時掌握整個幅寬上的膜厚變化，可優先評估LineScan，以掌握膜厚分布與均勻性。

實際選擇薄膜厚度量測時，除了膜厚範圍之外，也要一起考慮材料特性、量測面積、光斑尺寸、Mapping需求，以及是否需要產線整合。如果目前還不確定樣品適合哪一種量測方式，可至大塚科技膜厚儀產品專區進一步查看各系列規格，或提供樣品與量測需求，由技術團隊協助評估合適的設備與測試方式！

如果你對於膜厚計種有興趣的話，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

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