在薄膜測量領(lǐng)域，F(xiàn)ilmetrics F20 膜厚儀是一款很有代表性的產(chǎn)品。從1995年問世到現(xiàn)在，它賣了將近三十年，全球累計(jì)出貨量早已上萬臺(tái)，至今依然是很多實(shí)驗(yàn)室和產(chǎn)線上的常用設(shè)備。這篇文章想聊聊F20膜厚儀這款機(jī)器是怎么來的、經(jīng)歷了哪些重要變化，以及它和中國的故事。

一、F20 膜厚儀的誕生

1995年之前，市面上能做薄膜厚度測量的儀器價(jià)格很高，一臺(tái)商用膜厚儀通常要五萬美元甚至更多。操作這些設(shè)備也十分繁雜，需要經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，測一次樣品往往要花幾分鐘甚至幾小時(shí)。對(duì)于很多中小型企業(yè)和高校實(shí)驗(yàn)室來說，這個(gè)門檻確實(shí)有點(diǎn)高。Filmetrics的創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)看到了這個(gè)問題。他們的想法很直接：能不能做一臺(tái)價(jià)格更低、操作更簡單、測量速度更快的膜厚測量儀？如果能做到，應(yīng)該會(huì)有很多人愿意用。

技術(shù)上，他們選擇了一條和傳統(tǒng)橢偏儀不同的路線，使用微型光纖光譜儀配合白光反射光譜的原理。當(dāng)白光照射到薄膜表面時(shí)，薄膜上下表面反射的光會(huì)發(fā)生干涉，通過分析干涉光譜的特征，再結(jié)合已知的材料光學(xué)常數(shù)，就能計(jì)算出薄膜的厚度。這個(gè)方法不需要復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，也不需要樣品制備。他們把核心的光學(xué)部件、光譜儀和電子元件集成在一個(gè)小盒子里，通過Windows界面操作。F20 膜厚儀就這樣誕生了。

二、F20膜厚儀早期的快速迭代（1995-1998）

F20膜厚儀推出并大賣后，F(xiàn)ilmetrics并沒有停止腳步。從1995年到1998年，硬件和軟件都在持續(xù)改進(jìn)。

1996年，F(xiàn)20膜厚儀和同期的F30開始支持測量折射率（n）和消光系數(shù)（k），也支持多層膜堆疊中每層膜的厚度和光學(xué)常數(shù)分析。接口方面，從最早的模擬卡換成了標(biāo)準(zhǔn)并口，用戶可以自己配電腦來使用。

1997年，技術(shù)繼續(xù)推進(jìn)。F20膜厚儀隨著市面技術(shù)的發(fā)展，其測量的能力逐步優(yōu)化，同時(shí)Filmetrics也在擴(kuò)展產(chǎn)品線。

1998年對(duì)F20膜厚儀來說是個(gè)重要的年份。這一年，Photonics Spectra雜志將F20膜厚儀評(píng)為"Circle of Excellence"獎(jiǎng)，入選當(dāng)年的25項(xiàng)最佳新產(chǎn)品之一。同年，F(xiàn)20膜厚儀開始支持UV紫外光譜儀選配，波長范圍覆蓋215-670nm，最小測量厚度從10nm降到了3nm。這意味著F20-UV膜厚儀的雛形在1998年就已經(jīng)出現(xiàn)了。

也在同一年，F(xiàn)ilmetrics推出了一些相關(guān)產(chǎn)品，比如F40（可接到顯微鏡上，實(shí)現(xiàn)小光斑測量）、F50（帶電動(dòng)平臺(tái)的膜厚測繪儀）等。這些產(chǎn)品雖然型號(hào)不同，但底層技術(shù)和F20膜厚儀是相通的。

三、進(jìn)入2000年代：F20膜厚儀幾次重要升級(jí)

2001年，F(xiàn)ilmetrics推出了一款整晶圓膜厚成像系統(tǒng)STMapper，用了高光譜成像技術(shù)。這款產(chǎn)品后來拿到了R&D 100大獎(jiǎng)，不過在F20膜厚儀主線上，這一年主要是積累經(jīng)驗(yàn)。

2000年，F(xiàn)ilmetrics迎來了一個(gè)里程碑：第1000臺(tái)膜厚儀出貨。根據(jù)他們當(dāng)時(shí)的統(tǒng)計(jì)，F(xiàn)ilmetrics已經(jīng)成為全球銷售量較高的膜厚儀廠商之一。

2003年，F(xiàn)20膜厚儀迎來了一次比較大的升級(jí)：

·       接口從并口升級(jí)為USB接口，適配新一代電腦

·       標(biāo)配光譜儀升級(jí)為Vis-NIR（400-1000nm），可測15nm到50μm

·       開始提供NIR近紅外光譜儀選配（950-1700nm），可測100nm到100μm

·       F20-EXR膜厚儀正式推出，同時(shí)配備可見光和近紅外兩個(gè)光譜儀，測量范圍覆蓋15nm到100μm

F20-EXR膜厚儀的推出，主要是為了滿足一些需要測量更厚膜層的用戶——比如做光學(xué)鍍膜的客戶，他們手上的多層膜厚度通常在幾十到一百微米級(jí)別，基礎(chǔ)版F20膜厚儀有點(diǎn)不夠用。

2007年，又是一輪升級(jí)：

·       USB接口升級(jí)為USB 2.0高速版（480Mbps）

·       UV-Vis光譜儀升級(jí)，覆蓋200-1100nm，可測1nm到40μm

·       F20-CP膜厚儀（接觸式探頭）加入了AutoBaseline技術(shù)，探頭接觸樣品時(shí)自動(dòng)補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)變化，精度和穩(wěn)定性有所提升

這一年之后，F(xiàn)20膜厚儀的產(chǎn)品矩陣基本成型：有基礎(chǔ)版（可見光）、UV版（深紫外）、EXR版（可見光+近紅外）、NIR版（近紅外）、CP版（接觸式探頭），用戶可以根據(jù)自己的樣品類型選擇合適的配置。

四、F20膜厚與優(yōu)尼康的故事

Filmetrics進(jìn)入中國市場的時(shí)間不算早。2000年代中期，有一些貿(mào)易商把F20膜厚儀帶到中國，但本土化的技術(shù)支持比較薄弱。用戶買了設(shè)備，遇到問題要發(fā)郵件到美國總部，時(shí)差和語言都不太方便。

2012年，優(yōu)尼康科技在香港成立。創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)在精密測量領(lǐng)域有多年經(jīng)驗(yàn)，他們看到F20膜厚儀在中國有市場潛力——設(shè)備輕巧、操作門檻低、價(jià)格有競爭力，適合中國快速發(fā)展的半導(dǎo)體和光電產(chǎn)業(yè)。經(jīng)過和Filmetrics的溝通，優(yōu)尼康成為了Filmetrics在中國的授權(quán)經(jīng)銷商。

最初幾年，優(yōu)尼康做的核心工作很簡單。把服務(wù)做好。客戶想先試試效果，他們就免費(fèi)幫忙測樣；客戶買了設(shè)備，他們派人上門安裝和培訓(xùn)；客戶遇到技術(shù)問題，幾個(gè)小時(shí)內(nèi)響應(yīng)解決。優(yōu)尼康還帶著F20膜厚儀參加行業(yè)展會(huì)、跑高校實(shí)驗(yàn)室做演示，逐步建立了口碑。

到2016年前后，F(xiàn)ilmetrics看到優(yōu)尼康的覆蓋能力和客戶滿意度確實(shí)比較突出，于是將中國區(qū)代理的資質(zhì)授予了優(yōu)尼康。此后優(yōu)尼康繼續(xù)擴(kuò)展服務(wù)網(wǎng)絡(luò)：上海、東莞、天津、成都、蘇州、北京等地都設(shè)立了分支機(jī)構(gòu)，目前服務(wù)客戶超過2000家，其中高校和研究所超過300家。

五、2019年加入KLA

2019年3月6日，半導(dǎo)體檢測設(shè)備企業(yè)KLA完成了對(duì)Filmetrics的收購。Filmetrics成為KLA Instruments的一部分，品牌和產(chǎn)品線都保留了下來。

對(duì)F20膜厚儀用戶來說，這次收購帶來的變化主要是在后端，品控體系接入了KLA的標(biāo)準(zhǔn)，備件供應(yīng)和全球服務(wù)網(wǎng)絡(luò)比以前更好了。優(yōu)尼康作為中國代理商，也拓展了業(yè)務(wù)范圍，除了F20膜厚儀之外，還可以為客戶提供KLA的其他產(chǎn)品，比如Alpha Step臺(tái)階儀、Profilm3D光學(xué)輪廓儀等。

六、F20膜厚儀至今：還在用，還在更新

加入KLA之后，F(xiàn)系列膜厚儀產(chǎn)品線并沒有停下。2024年，KLA Instruments推出了F54-XYT-300——一款支持300mm晶圓的全自動(dòng)膜厚測繪系統(tǒng)，還可以選配紅外相機(jī)，穿透減薄后的硅片成像。這條產(chǎn)品線雖然型號(hào)迭代了，但底層技術(shù)路線依然延續(xù)了F20膜厚儀當(dāng)年奠定的基礎(chǔ)：微型光纖光譜儀+白光反射光譜+Windows軟件操作。

到今天，F(xiàn)20膜厚儀的累計(jì)出貨量早已過萬。在行業(yè)里，它大概處于這樣一個(gè)位置：綜合性價(jià)比高、使用門檻低、而且經(jīng)過了長時(shí)間的市場驗(yàn)證。不管是在半導(dǎo)體廠測光刻膠厚度，在LED廠測外延膜厚，在高校做光學(xué)實(shí)驗(yàn)，還是在醫(yī)療器械領(lǐng)域測球囊涂層厚度，都能看到F20膜厚儀的身影。

總結(jié)

回看F20膜厚儀這將近三十年的歷程，我覺得它之所以能持續(xù)賣這么多年，原因其實(shí)不復(fù)雜：它解決了一個(gè)真實(shí)的需求，而且解決方式足夠簡單直接。它沒有追求大而全，而是在"測透明薄膜厚度"這件事上做到穩(wěn)定可靠，讓不同背景的用戶上手就能用。

如果你現(xiàn)在有薄膜樣品需要測量，不管是氧化硅、光刻膠、樹脂涂層，還是其他材料，不妨寄給優(yōu)尼康試試。免費(fèi)測樣、免費(fèi)出報(bào)告，使用F20膜厚儀能不能測，一測就知道了。