在半導體制造中，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備，通過精準監測溝槽刻蝕形成的臺階參數（如臺階高度、表面粗糙度），為工藝優化提供數據支撐。Flexfilm費曼儀器致力于為全球工業智造提供提供精準測量解決方案，Flexfilm探針式臺階儀可以在半導體溝槽刻蝕工藝的高精度監測研究通過校準規范、誤差分析與標準樣板定值，實現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，當觸針沿表面滑過時，表面的微小峰谷會使觸針產生上下運動，反映了表面的輪廓，傳感器會將觸針的位移轉換為電信號。

臺階儀測量原理

根據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。電信號隨后會被轉換成數字信號，并通過軟件分析處理，得到表面輪廓的詳細數據。臺階儀適用于測量單向性布局的規則表面，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樣品表面。

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臺階高度樣板制備

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用于校準臺階儀的標準器為臺階高度樣板，其制備工藝包括材料準備、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轉印圖形至光刻膠；

刻蝕：干法接近臺階預期深度，濕法平整底面；

去膠：傳統工藝清除光刻膠。

為增加通用性，臺階上下表面濺射金屬層（高折射率、抗腐蝕），使臺階結構折射率與消光系數一致。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

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臺階儀的校準依據JJF（軍工）129—2017《臺階儀校準規范》，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性。以接觸式臺階儀為例，其校準數據如表所示。通過對臺階高度樣板進行重復測量，對比標準值與測量值，計算臺階儀的示值誤差與重復性，判斷儀器的性能指標。

臺階儀校準數據

臺階儀垂直方向示值誤差與重復性是關鍵指標。低量程樣板（8.3 nm）示值誤差為0.2 nm，重復性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%。水平方向重復性達0.02×10?3 μm，表明儀器在亞微米尺度穩定性優異。

臺階儀通過監測刻蝕深度與臺階形貌，直接反饋刻蝕均勻性。臺階結構的三維輪廓可量化刻蝕底面平整度。結合濺射金屬層的光學一致性設計，避免了折射率差異導致的測量偏差，滿足半導體工藝對≤100 μm溝槽的在線監測需求。

Flexfilm探針式臺階儀

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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，對各種薄膜臺階參數的精確、快速測定和控制，是保證材料質量、提高生產效率的重要手段。

• 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θ平臺結合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探針式臺階儀在半導體溝槽刻蝕工藝的高精度監測中發揮核心作用，其納米級重復性與微米級量程覆蓋監測刻蝕深度與臺階形貌，保障刻蝕工藝良率。Flexfilm費曼儀器作為薄膜測量技術革新者，不斷推動生產效率與產品質量的雙重提升。

原文參考：《典型半導體工藝測量設備計量技術》

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