触针式轮廓仪 | 台阶仪 | 纳米级多台阶高度的精准测量

台阶高度作为纳米结构的关键参数，其测量精度直接影响相关研究与应用。本文利用触针式轮廓仪对三台阶高度样品进行测量与表征的方法。原始测量数据通过多项式拟合与低通滤波处理消除低频伪影和高频噪声。实现了纳米级三台阶高度样本（8 nm / 18 nm / 26 nm）的高精度测量。并应用于薄膜沉积速率的计算与验证，结果显示轮廓仪与光谱椭偏仪的沉积速率测量结果一致。

1

触针轮廓仪测量

flexfilm

三台阶高度样品的结构示意图

 

本研究中的三台阶高度样品名义高度分别为8 nm、18 nm和26 nm，由校准结构（线条或沟槽）和导向结构组成。样品通过Flexfilm探针式台阶仪测量覆盖三个台阶。使用单台阶标准样（8 nm、18 nm、44 nm）校准仪器，以提高测量精度。

触针式轮廓仪测量的扫描轮廓

 

测量数据通过以下步骤处理：步骤1：多项式拟合去除样本表面颗粒干扰。

步骤2：Canny边缘检测划分扫描曲线为左/中/右三部分。

(a)多项式阶数对最小范数的影响 (b)多项式阶数对阶跃高度的影响

 

步骤3：中段曲线平移后拟合十阶多项式，消除低频伪影。

触针式轮廓仪(a)和AFM(b)扫描轮廓的功率谱密度(PSD)

触针轮廓仪扫描轮廓PSD峰值频率(a)泵关闭时 (b)泵运行时

 

步骤4：低通滤波（截止频率0.8/µm）抑制高频噪声。步骤5：计算台阶高度。

2

台阶高度不确定度评估

flexfilm

表1 不确定度评估输入值

表2 线结构台阶高度的不确定度预算

表3 三台阶高度样本的最终测量结果

台阶高度测量

 

不确定度评定基于相关公式，输入值及预算如表1和表2所示。计算得到样品合成标准不确定度，在置信水平 95%（k95=2）下，台阶高度的测量不确定度在 1nm 至 2.2nm之间。

3

薄膜沉积速率的验证

flexfilm

样品通过原子层沉积（ALD）与湿法刻蚀制备。沉积速率通过8 nm与26 nm台阶的高度差计算：其中，h26与h8为测量值，c26=260、c8=80为沉积周期数。计算得沉积速率为0.0875 ± 0.0099 nm/cycle，与光谱椭偏仪结果偏差仅5.7%。本文通过触针式轮廓仪成功实现了纳米级三台阶高度样品的测量与表征。结合多项式拟合与低通滤波技术，有效降低了低频伪影与高频噪声的影响。台阶高度不确定度控制在1–2.2 nm范围内，沉积速率验证表明该方法与光谱椭偏仪结果一致。未来工作将聚焦于高频噪声与表面粗糙度的分离，并对比接触式与光学测量方法的差异。
 

Flexfilm探针式台阶仪

flexfilm

 

在半导体、光伏、LED、MEMS器件、材料等领域，表面台阶高度、膜厚的准确测量具有十分重要的价值，尤其是台阶高度是一个重要的参数，对各种薄膜台阶参数的精确、快速测定和控制，是保证材料质量、提高生产效率的重要手段。

• 配备500W像素高分辨率彩色摄像机
• 亚埃级分辨率，台阶高度重复性1nm
• 360°旋转θ平台结合Z轴升降平台
• 超微力恒力传感器保证无接触损伤精准测量

Flexfilm探针式台阶仪的亚埃级精度（1nm重复性）和超微力恒力控制，可直接提升研究中纳米台阶高度（8-26nm）的测量准确性，其主动隔振设计和高清成像能抑制环境振动噪声，替代手动边缘检测。原文参考：Measurement and characterization of a nano-scale multiple-step height sample using a stylus profiler

*特别声明：本公众号所发布的原创及转载文章，仅用于学术分享和传递行业相关信息。未经授权，不得抄袭、篡改、引用、转载等侵犯本公众号相关权益的行为。内容仅供参考，如涉及版权问题，敬请联系，我们将在第一时间核实并处理。