在半導(dǎo)體制造中，溝槽刻蝕工藝的臺(tái)階高度直接影響器件性能。臺(tái)階儀作為接觸式表面形貌測(cè)量核心設(shè)備，通過(guò)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)溝槽刻蝕形成的臺(tái)階參數(shù)（如臺(tái)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(cè)量解決方案，Flexfilm探針式臺(tái)階儀可以在半導(dǎo)體溝槽刻蝕工藝的高精度監(jiān)測(cè)研究通過(guò)校準(zhǔn)規(guī)范、誤差分析與標(biāo)準(zhǔn)樣板定值，實(shí)現(xiàn)臺(tái)階儀在納米至微米尺度測(cè)量的可溯源性與可靠性。

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臺(tái)階儀測(cè)量原理

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臺(tái)階儀是一種接觸式表面輪廓儀，用于準(zhǔn)確測(cè)量材料的臺(tái)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(tái)階儀通過(guò)觸針直接接觸被測(cè)物體表面，當(dāng)觸針沿表面滑過(guò)時(shí)，表面的微小峰谷會(huì)使觸針產(chǎn)生上下運(yùn)動(dòng)，反映了表面的輪廓，傳感器會(huì)將觸針的位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

臺(tái)階儀測(cè)量原理

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

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臺(tái)階高度樣板制備

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用于校準(zhǔn)臺(tái)階儀的標(biāo)準(zhǔn)器為臺(tái)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(tái)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(tái)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(tái)階上下表面濺射金屬層（高折射率、抗腐蝕），使臺(tái)階結(jié)構(gòu)折射率與消光系數(shù)一致。制得10 nm~100 μm臺(tái)階高度樣板。

臺(tái)階高度樣板三維圖像

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臺(tái)階儀校準(zhǔn)

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臺(tái)階儀的校準(zhǔn)依據(jù)JJF（軍工）129—2017《臺(tái)階儀校準(zhǔn)規(guī)范》，需要評(píng)價(jià)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(tái)階儀為例，其校準(zhǔn)數(shù)據(jù)如表所示。通過(guò)對(duì)臺(tái)階高度樣板進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)值與測(cè)量值，計(jì)算臺(tái)階儀的示值誤差與重復(fù)性，判斷儀器的性能指標(biāo)。

臺(tái)階儀校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

臺(tái)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(duì)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(tái)階儀通過(guò)監(jiān)測(cè)刻蝕深度與臺(tái)階形貌，直接反饋刻蝕均勻性。臺(tái)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(cè)量偏差，滿足半導(dǎo)體工藝對(duì)≤100 μm溝槽的在線監(jiān)測(cè)需求。

Flexfilm探針式臺(tái)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(tái)階高度、膜厚的準(zhǔn)確測(cè)量具有十分重要的價(jià)值，尤其是臺(tái)階高度是一個(gè)重要的參數(shù)，對(duì)各種薄膜臺(tái)階參數(shù)的精確、快速測(cè)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(jí)分辨率，臺(tái)階高度重復(fù)性1nm
• 360°旋轉(zhuǎn)θ平臺(tái)結(jié)合Z軸升降平臺(tái)
• 超微力恒力傳感器保證無(wú)接觸損傷精準(zhǔn)測(cè)量

Flexfilm探針式臺(tái)階儀在半導(dǎo)體溝槽刻蝕工藝的高精度監(jiān)測(cè)中發(fā)揮核心作用，其納米級(jí)重復(fù)性與微米級(jí)量程覆蓋監(jiān)測(cè)刻蝕深度與臺(tái)階形貌，保障刻蝕工藝良率。Flexfilm費(fèi)曼儀器作為薄膜測(cè)量技術(shù)革新者，不斷推動(dòng)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(cè)量設(shè)備計(jì)量技術(shù)》

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