台阶仪在半导体制造中的应用 | 精准监测沟槽刻蚀工艺的台阶高度

在半导体制造中，沟槽刻蚀工艺的台阶高度直接影响器件性能。台阶仪作为接触式表面形貌测量核心设备，通过精准监测沟槽刻蚀形成的台阶参数（如台阶高度、表面粗糙度），为工艺优化提供数据支撑。Flexfilm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探针式台阶仪可以在半导体沟槽刻蚀工艺的高精度监测研究通过校准规范、误差分析与标准样板定值，实现台阶仪在纳米至微米尺度测量的可溯源性与可靠性。

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台阶仪测量原理

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台阶仪是一种接触式表面轮廓仪，用于准确测量材料的台阶高度或表面轮廓，在沟槽刻蚀工艺中具有广泛应用。其工作原理为台阶仪通过触针直接接触被测物体表面，当触针沿表面滑过时，表面的微小峰谷会使触针产生上下运动，反映了表面的轮廓，传感器会将触针的位移转换为电信号。

台阶仪测量原理

根据使用的传感器类型不同，接触式台阶测量可以分为电感式、压电式和光电式三种。电信号随后会被转换成数字信号，并通过软件分析处理，得到表面轮廓的详细数据。台阶仪适用于测量单向性布局的规则表面，通常用于测量不同材料且硬度较小的样品，要求测量力较小以保护样品表面。

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台阶高度样板制备

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用于校准台阶仪的标准器为台阶高度样板，其制备工艺包括材料准备、热氧化、涂胶、曝光、显影、刻蚀、去胶和溅射等步骤。

台阶高度样板

涂胶：旋涂光刻胶至指定厚度及均匀性；

曝光：掩模板接触晶圆表面，1∶1转印图形至光刻胶；

刻蚀：干法接近台阶预期深度，湿法平整底面；

去胶：传统工艺清除光刻胶。

为增加通用性，台阶上下表面溅射金属层（高折射率、抗腐蚀），使台阶结构折射率与消光系数一致。制得10 nm~100 μm台阶高度样板。

台阶高度样板三维图像

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台阶仪校准

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台阶仪的校准依据JJF（军工）129—2017《台阶仪校准规范》，需要评价仪器的水平方向、垂直方向的示值误差以及垂直方向的示值重复性。以接触式台阶仪为例，其校准数据如表所示。通过对台阶高度样板进行重复测量，对比标准值与测量值，计算台阶仪的示值误差与重复性，判断仪器的性能指标。

台阶仪校准数据

台阶仪垂直方向示值误差与重复性是关键指标。低量程样板（8.3 nm）示值误差为0.2 nm，重复性0.2 nm；高量程样板（100.0316 μm）示值误差0.192 μm，但相对误差仅0.192%。水平方向重复性达0.02×10?? μm，表明仪器在亚微米尺度稳定性优异。

台阶仪通过监测刻蚀深度与台阶形貌，直接反馈刻蚀均匀性。台阶结构的三维轮廓可量化刻蚀底面平整度。结合溅射金属层的光学一致性设计，避免了折射率差异导致的测量偏差，满足半导体工艺对≤100 μm沟槽的在线监测需求。

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
• 超微力恒力传感器保证无接触损伤精准测量

Flexfilm探针式台阶仪在半导体沟槽刻蚀工艺的高精度监测中发挥核心作用，其纳米级重复性与微米级量程覆盖监测刻蚀深度与台阶形貌，保障刻蚀工艺良率。Flexfilm费曼仪器作为薄膜测量技术革新者，不断推动生产效率与产品质量的双重提升。

原文参考：《典型半导体工艺测量设备计量技术》

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