台阶仪测量膜厚的方法改进：通过提高膜厚测量准确性优化镀膜工艺

 

随着透明与非透明基板镀膜工艺的发展，对膜层厚度的控制要求日益严格。

台阶仪作为一种常用的膜厚测量设备，在实际使用中需通过刻蚀方式制备台阶结构，通过测量台阶高度进行膜层厚度测量。费曼仪器致力于为全球工业智造提供提供精准测量解决方案，Flexfilm探针式台阶仪可以精确多种薄膜样品的薄膜厚度。然而，刻蚀过程中若边界处理不佳，会导致台阶不平行、测量误差大、重现性差等问题。为此，本文通过一系列对照试验，系统排查影响因素并提出改进方法。

 

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台阶仪测试膜层方法

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膜层示意图

测试前需将镀膜样品一侧的膜层通过刻蚀去除，形成基准面，与保留膜层的一侧构成台阶结构。通过台阶仪测量高度差，从而得到膜层厚度。

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样品浸泡方向对测试结果的影响

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为了让样品膜层面和基准面形成台阶，进行测试，本研究采用一种耐刻蚀的胶带，将已镀膜的样品一侧用胶带粘贴后，再放入能溶解膜层物质的液体中进行刻蚀（以粘贴了胶带的一面作为测试面，以下简称Ｂ面）。

样品制备图示

玻璃基板Ｂ面朝上和朝下放置示意图

使用耐刻蚀胶带粘贴样品一侧（B面），放入刻蚀液中处理。分别将10个样品B面朝上和10个朝下进行刻蚀对比。结果表明：

刻蚀后测试图像左：B面朝上；右：B面朝下

B面朝上：刻蚀后基准面水平，膜层清除彻底，台阶清晰平行，数据偏差小（平均1112 Å，极差0.02%），重现性高。

B面朝下：刻蚀不彻底，基准面倾斜，数据波动大（平均1075Å，极差0.12%），重现性差。

结论：刻蚀时应将粘贴胶带的一面（B面）朝上放置。

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胶带粘贴方式对测试结果的影响

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样品准备

直接粘贴胶带刻蚀会导致边缘刻蚀不均匀，测试数据图像台阶凹凸不平，测试结果重复性不好，数据偏差大。大量实践发现：粘贴胶带后，用刀片沿虚线划开并撕去部分胶带（A部分），再进行了刻蚀。测试样品左侧基准面和膜层面之间形成的整齐的台阶， 得到膜层厚度值。

样品测试图像：左：未用刀片划取；右：用刀片划取过

划取与不划取胶带后刻蚀数据对比图

不划取胶带：平均值1128Å，极差0.089%，4个数据超出控制规格（1110±30Å）。

划取后刻蚀：平均值1103Å，极差0.032%，所有数据均在规格内。

结论：粘贴胶带后先划去边缘部分再刻蚀，可显著提高测试的准确性和重现性。

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其他因素对测试结果的影响

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通过大量实践表明：样品表面清洁度也影响测量结果。尤其是胶带边缘残留的污渍或酒精擦拭不彻底，会干扰测试，必须保证样品表面洁净无污染。

通过系统试验，采用台阶仪测试膜层厚度的影响因素有：刻蚀时样品放置方向（应使粘贴面朝上）；胶带处理方法（需用刀片划取边缘后再刻蚀）；样品表面清洁度（需彻底清洁避免污染）。实施上述改进措施后，膜层厚度测试的准确性、稳定性和重现性均得到显著提升。

Flexfilm探针式台阶仪

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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
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费曼仪器作为国内领先的薄膜厚度测量技术解决方案提供商，Flexfilm探针式台阶仪可以对薄膜表面台阶高度、膜厚进行准确测量，保证材料质量、提高生产效率。

原文参考：《采用台阶仪测试膜层厚度时影响准确性的方法改进》

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