臺階高度作為納米結(jié)構(gòu)的關鍵參數(shù)，其測量精度直接影響相關研究與應用。本文利用觸針式輪廓儀對三臺階高度樣品進行測量與表征的方法。原始測量數(shù)據(jù)通過多項式擬合與低通濾波處理消除低頻偽影和高頻噪聲。實現(xiàn)了納米級三臺階高度樣本（8 nm / 18 nm / 26 nm）的高精度測量。并應用于薄膜沉積速率的計算與驗證，結(jié)果顯示輪廓儀與光譜橢偏儀的沉積速率測量結(jié)果一致。

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觸針輪廓儀測量

flexfilm

三臺階高度樣品的結(jié)構(gòu)示意圖

本研究中的三臺階高度樣品名義高度分別為8 nm、18 nm和26 nm，由校準結(jié)構(gòu)（線條或溝槽）和導向結(jié)構(gòu)組成。樣品通過Flexfilm探針式臺階儀測量覆蓋三個臺階。使用單臺階標準樣（8 nm、18 nm、44 nm）校準儀器，以提高測量精度。

觸針式輪廓儀測量的掃描輪廓

測量數(shù)據(jù)通過以下步驟處理：步驟1：多項式擬合去除樣本表面顆粒干擾。

步驟2：Canny邊緣檢測劃分掃描曲線為左/中/右三部分。

(a)多項式階數(shù)對最小范數(shù)的影響(b)多項式階數(shù)對階躍高度的影響

步驟3：中段曲線平移后擬合十階多項式，消除低頻偽影。

觸針式輪廓儀(a)和AFM(b)掃描輪廓的功率譜密度(PSD)

觸針輪廓儀掃描輪廓PSD峰值頻率(a)泵關閉時 (b)泵運行時

步驟4：低通濾波（截止頻率0.8/μm）抑制高頻噪聲。步驟5：計算臺階高度。

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臺階高度不確定度評估

flexfilm

表1不確定度評估輸入值

表2線結(jié)構(gòu)臺階高度的不確定度預算

表3三臺階高度樣本的最終測量結(jié)果

臺階高度測量

不確定度評定基于相關公式，輸入值及預算如表1和表2所示。計算得到樣品合成標準不確定度，在置信水平 95%（k95=2）下，臺階高度的測量不確定度在 1nm 至 2.2nm之間。

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薄膜沉積速率的驗證

flexfilm

樣品通過原子層沉積（ALD）與濕法刻蝕制備。沉積速率通過8 nm與26 nm臺階的高度差計算：其中，h26與h8為測量值，c26=260、c8=80為沉積周期數(shù)。計算得沉積速率為0.0875 ± 0.0099 nm/cycle，與光譜橢偏儀結(jié)果偏差僅5.7%。本文通過觸針式輪廓儀成功實現(xiàn)了納米級三臺階高度樣品的測量與表征。結(jié)合多項式擬合與低通濾波技術，有效降低了低頻偽影與高頻噪聲的影響。臺階高度不確定度控制在1–2.2 nm范圍內(nèi)，沉積速率驗證表明該方法與光譜橢偏儀結(jié)果一致。未來工作將聚焦于高頻噪聲與表面粗糙度的分離，并對比接觸式與光學測量方法的差異。

Flexfilm探針式臺階儀

flexfilm

在半導體、光伏、LED、MEMS器件、材料等領域，表面臺階高度、膜厚的準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
• 亞埃級分辨率，臺階高度重復性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測量

Flexfilm探針式臺階儀的亞埃級精度（1nm重復性）和超微力恒力控制，可直接提升研究中納米臺階高度（8-26nm）的測量準確性，其主動隔振設計和高清成像能抑制環(huán)境振動噪聲，替代手動邊緣檢測。原文參考：Measurement and characterization of a nano-scale multiple-step height sample using a stylus profiler

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