在半導(dǎo)體制造中，溝槽刻蝕工藝的臺階高度直接影響器件性能。臺階儀作為接觸式表面形貌測量核心設(shè)備，通過精準(zhǔn)監(jiān)測溝槽刻蝕形成的臺階參數(shù)（如臺階高度、表面粗糙度），為工藝優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。Flexfilm費(fèi)曼儀器致力于為全球工業(yè)智造提供提供精準(zhǔn)測量解決方案，Flexfilm探針式臺階儀可以在半導(dǎo)體溝槽刻蝕工藝的高精度監(jiān)測研究通過校準(zhǔn)規(guī)范、誤差分析與標(biāo)準(zhǔn)樣板定值，實(shí)現(xiàn)臺階儀在納米至微米尺度測量的可溯源性與可靠性。

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臺階儀測量原理

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臺階儀是一種接觸式表面輪廓儀，用于準(zhǔn)確測量材料的臺階高度或表面輪廓，在溝槽刻蝕工藝中具有廣泛應(yīng)用。其工作原理為臺階儀通過觸針直接接觸被測物體表面，當(dāng)觸針沿表面滑過時，表面的微小峰谷會使觸針產(chǎn)生上下運(yùn)動，反映了表面的輪廓，傳感器會將觸針的位移轉(zhuǎn)換為電信號。

臺階儀測量原理

根據(jù)使用的傳感器類型不同，接觸式臺階測量可以分為電感式、壓電式和光電式三種。電信號隨后會被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過軟件分析處理，得到表面輪廓的詳細(xì)數(shù)據(jù)。臺階儀適用于測量單向性布局的規(guī)則表面，通常用于測量不同材料且硬度較小的樣品，要求測量力較小以保護(hù)樣品表面。

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臺階高度樣板制備

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用于校準(zhǔn)臺階儀的標(biāo)準(zhǔn)器為臺階高度樣板，其制備工藝包括材料準(zhǔn)備、熱氧化、涂膠、曝光、顯影、刻蝕、去膠和濺射等步驟。

臺階高度樣板

涂膠：旋涂光刻膠至指定厚度及均勻性；

曝光：掩模板接觸晶圓表面，1∶1轉(zhuǎn)印圖形至光刻膠；

刻蝕：干法接近臺階預(yù)期深度，濕法平整底面；

去膠：傳統(tǒng)工藝清除光刻膠。

為增加通用性，臺階上下表面濺射金屬層（高折射率、抗腐蝕），使臺階結(jié)構(gòu)折射率與消光系數(shù)一致。制得10 nm~100 μm臺階高度樣板。

臺階高度樣板三維圖像

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臺階儀校準(zhǔn)

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臺階儀的校準(zhǔn)依據(jù)JJF（軍工）129—2017《臺階儀校準(zhǔn)規(guī)范》，需要評價儀器的水平方向、垂直方向的示值誤差以及垂直方向的示值重復(fù)性。以接觸式臺階儀為例，其校準(zhǔn)數(shù)據(jù)如表所示。通過對臺階高度樣板進(jìn)行重復(fù)測量，對比標(biāo)準(zhǔn)值與測量值，計(jì)算臺階儀的示值誤差與重復(fù)性，判斷儀器的性能指標(biāo)。

臺階儀校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

臺階儀垂直方向示值誤差與重復(fù)性是關(guān)鍵指標(biāo)。低量程樣板（8.3 nm）示值誤差為0.2 nm，重復(fù)性0.2 nm；高量程樣板（100.0316 μm）示值誤差0.192 μm，但相對誤差僅0.192%。水平方向重復(fù)性達(dá)0.02×10?3 μm，表明儀器在亞微米尺度穩(wěn)定性優(yōu)異。

臺階儀通過監(jiān)測刻蝕深度與臺階形貌，直接反饋刻蝕均勻性。臺階結(jié)構(gòu)的三維輪廓可量化刻蝕底面平整度。結(jié)合濺射金屬層的光學(xué)一致性設(shè)計(jì)，避免了折射率差異導(dǎo)致的測量偏差，滿足半導(dǎo)體工藝對≤100 μm溝槽的在線監(jiān)測需求。

Flexfilm探針式臺階儀

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在半導(dǎo)體、光伏、LED、MEMS器件、材料等領(lǐng)域，表面臺階高度、膜厚的準(zhǔn)確測量具有十分重要的價值，尤其是臺階高度是一個重要的參數(shù)，對各種薄膜臺階參數(shù)的精確、快速測定和控制，是保證材料質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率的重要手段。

• 配備500W像素高分辨率彩色攝像機(jī)
• 亞埃級分辨率，臺階高度重復(fù)性1nm
• 360°旋轉(zhuǎn)θ平臺結(jié)合Z軸升降平臺
• 超微力恒力傳感器保證無接觸損傷精準(zhǔn)測量

Flexfilm探針式臺階儀在半導(dǎo)體溝槽刻蝕工藝的高精度監(jiān)測中發(fā)揮核心作用，其納米級重復(fù)性與微米級量程覆蓋監(jiān)測刻蝕深度與臺階形貌，保障刻蝕工藝良率。Flexfilm費(fèi)曼儀器作為薄膜測量技術(shù)革新者，不斷推動生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量的雙重提升。

原文參考：《典型半導(dǎo)體工藝測量設(shè)備計(jì)量技術(shù)》

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