您當前的位置：檢測資訊 > 科研開發(fā)
嘉峪檢測網 2026-03-07 15:53
概述
在芯片制備流程中，若需保障芯片表面及內部結構的高度精度，就必須開展材料高度檢測工作。這種檢測工作主要應用于薄膜厚度控制、層間距離調控以及特定結構高度校準等場景，是保障芯片制備質量的關鍵環(huán)節(jié)。為實現(xiàn)精準檢測，需采用一系列高精度測量設備，常見的有臺階儀、光譜反射膜厚測量儀、激光干涉儀以及原子力顯微鏡（AFM）等。這些設備能夠精準捕捉芯片表面起伏高度、薄膜厚度等核心參數(shù)，進而保障芯片結構的精準度與性能穩(wěn)定性，通過及時的檢測與參數(shù)調整，可顯著提升芯片生產的良率與產品質量。以下將對各類材料高度檢測設備的相關情況進行詳細介紹。
臺階儀
基本原理
臺階儀屬于接觸式測量設備，其工作機制為：當設備探針與被測樣品的臺階邊緣發(fā)生接觸時，會產生相應的力信號；探針以恒定速度移動過程中，力傳感器會實時監(jiān)測接觸力信號的變化情況，結合探針移動的距離參數(shù)，通過專業(yè)算法即可計算出臺階的具體高度。接觸式臺階儀的測量結果能夠精準表征物體表面的形貌特征與平整程度，在工程制造、材料科學研究等多個領域發(fā)揮著重要作用，可廣泛應用于產品質量控制、工藝效果評估以及新產品研發(fā)等工作。臺階儀的測試實例如圖1所示。
相關設備
臺階儀的核心組成部分包括探針/探頭、運動控制系統(tǒng)、力傳感器、測量系統(tǒng)、顯示與控制界面以及機械支架等。以布魯克公司生產的DektakXT型號臺階儀為例，其設備實物如圖2所示，內部構造如圖3所示。臺階儀的硬件性能主要體現(xiàn)在臺階高度重復性、掃描長度范圍、測量分辨率等方面，同樣以DektakXT型號臺階儀為例，其具體硬件參數(shù)如下。
廠務動力配套要求
為確保臺階儀長期穩(wěn)定、高效運行，除需滿足超凈室必備的潔凈度、溫濕度及基礎電力供應條件外，還需配備完善的廠務動力配套設施，具體如下：
（1）震動隔離系統(tǒng)：為降低外部環(huán)境及建筑震動對設備測量精度的影響，需配備先進的震動隔離設備，可選用氣浮平臺或其他高性能減震技術，確保設備運行過程中的穩(wěn)定性。
（2）靜電控制系統(tǒng)：靜電會嚴重影響測量結果的精準度，因此需配備有效的靜電消除設施，減少靜電干擾對檢測工作的影響。
（3）噪聲控制系統(tǒng)：需強化隔聲防護措施，降低外界噪聲對設備操作過程及數(shù)據采集環(huán)節(jié)的潛在干擾，保障測量數(shù)據的可靠性。
（4）潔凈干燥壓縮空氣供應系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要用于輔助設備特殊部件完成機械動作，供應的壓縮空氣需保證高度純凈且干燥，避免潮濕空氣及油脂進入設備內部，造成設備損壞或測量誤差。
（5）電磁干擾防護：臺階儀屬于電子敏感設備，需采取針對性的電磁防護措施，如使用屏蔽電纜、安裝濾波器等，減少電磁干擾對設備運行的影響。
（6）穩(wěn)定供電與備用電源：為防止電力供應不穩(wěn)定導致設備重啟、測量數(shù)據丟失等問題，需配備穩(wěn)定的供電系統(tǒng)，同時安裝不間斷電源（UPS）作為備用，確保設備連續(xù)正常運行。臺階儀所需的減震臺實物如圖4所示，圖中包含設備主機，主機下方為減震臺。
設備操作規(guī)范及注意事項
臺階儀是用于測量材料表面粗糙度、臺階高度及其他表面特征的精密儀器，廣泛應用于半導體、材料科學及工程領域，正確的操作與維護是獲取準確、可靠測量數(shù)據的關鍵。以下是臺階儀使用過程中的基本操作規(guī)范及注意事項：
（1）臺階儀屬于有損測量設備，探針與樣品接觸時可能會在樣品表面留下劃痕，因此在測量前需精準確定探針的移動走向與接觸位置，避免對樣品的重要區(qū)域造成損傷，樣品表面的探針劃痕示意圖如圖5所示。
（2）需根據被測樣品的具體特征合理選擇掃描長度，通常掃描長度不超過1mm；由于設備內部成像系統(tǒng)的放大倍數(shù)僅為40倍，無法對過小的圖形進行精準定位，相關示意圖如圖6所示。
（3）臺階儀探針的尖端半徑為2μm，受探針結構限制，難以對5μm以下的線條結構進行精準測量，相關示意圖如圖7所示。
（4）嚴禁使用尺寸不符合要求的晶圓樣品進行測量，防止探針與樣品臺發(fā)生碰撞，造成探針或樣品臺損壞。
臺階儀的國際市場
目前全球臺階儀市場的頭部廠商主要有科天、基恩士、Veeco、布魯克等，其中科天、基恩士、Veeco三家企業(yè)占據了全球市場的大部分份額。國內的臺階儀供應商主要包括澤攸科技、上海納星、常州樂康等企業(yè)，這些企業(yè)在國內市場占據一定地位，逐步實現(xiàn)核心技術的自主化。
光譜反射膜厚測量儀
基本原理
在微納加工工藝中，當鍍膜或勻膠工藝完成后，需通過膜厚測量儀對薄膜或光刻膠的厚度及光學特性進行檢測，以此驗證其厚度的一致性與均勻性是否符合預設標準。光譜反射膜厚測量儀的工作原理基于菲涅耳反射定律與衍射定律，核心是通過測量反射光的波長及相位差，計算得出薄膜的厚度數(shù)值。其具體工作流程為：通過物鏡向被測對象垂直發(fā)射光線，光線經反射后會被分散為不同波長的光；采集各波長的相關數(shù)據并建立數(shù)據庫，構建專屬測量模型；每次測量時，將實際測量得到的光譜與數(shù)據庫中的標準光譜進行對比，通過曲線擬合法擬合出最接近的數(shù)值，作為最終測量結果，其工作原理示意圖如圖8所示。
當一束光線入射到薄膜表面時，薄膜上表面與下表面的反射光會發(fā)生干涉現(xiàn)象，干涉光經過光學系統(tǒng)處理后形成干涉圖像，通過對干涉圖像的分析擬合，即可得出薄膜的具體厚度。干涉現(xiàn)象的產生與薄膜厚度及材料的光學常數(shù)密切相關，不同厚度的薄膜會形成不同的干涉圖像；同時，不同厚度、不同材料的膜層，其反射曲線具有明確的規(guī)律性——膜層厚度越大，干涉曲線的周期數(shù)量越多；材料的折射率（n值）越大，反射光的整體強度越高，相關實例示意圖如圖9所示。
相關設備
光譜反射膜厚測量儀作為專門用于測量薄膜厚度及光學薄膜特性的設備，其核心組成部分包括光源、波長選擇系統(tǒng)、光譜儀、探測器、數(shù)據采集與處理系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)。該類設備具有非接觸測量的優(yōu)勢，可在不破壞樣品的前提下，精準分析多層薄膜的厚度、折射率及消光系數(shù)；光源的波長范圍越廣，設備適配的測量材料種類就越多；多數(shù)設備具備多點面分布掃描（mapping）功能，該功能適用于晶圓級樣品的批量測試，便于快速計算材料的厚度均勻性。以美國Filmetrics公司（科天旗下子公司）生產的F50型號光譜反射膜厚測量儀為例，其實物如圖10所示。
光譜反射膜厚測量儀的硬件性能主要包括可測量薄膜厚度范圍、波長范圍、適配晶圓尺寸等，以F50型號膜厚測量儀為例，其具體硬件參數(shù)如下。
廠務動力配套要求
為確保光譜反射膜厚測量儀穩(wěn)定高效運行，除滿足超凈室必備的潔凈度、溫濕度及基礎電力供應條件外，還需配備以下廠務動力配套設施：
（1）穩(wěn)定電源：除基礎電力供應外，建議配備不間斷電源（UPS），確保在電力波動或突發(fā)停電時，設備能夠持續(xù)穩(wěn)定運行，避免設備損壞及測量數(shù)據丟失。
（2）震動控制系統(tǒng)：為降低外部震動對設備測量精度的影響，需安裝專用的抗震或減震平臺及裝置，確保設備運行過程中的穩(wěn)定性，提升測量數(shù)據的精準度。
（3）防靜電設備：為減少靜電對測量設備及被測樣品的影響，需配備防靜電地板、防靜電工作服、防靜電噴霧等設備及物資，構建完整的防靜電環(huán)境。光譜反射膜厚測量儀的真空裝置（機械泵）實物如圖11所示。
設備操作規(guī)范及注意事項
使用光譜反射膜厚測量儀時，除需嚴格遵循設備操作手冊的指導要求外，還需重點注意以下安全防護及操作規(guī)范：
（1）燙傷危險：設備光源工作時會產生大量熱量，導致光源罩溫度較高，操作過程中需避免觸碰光源罩，防止燙傷。
（2）強光危險：設備光源的光強較大，嚴禁用肉眼直接直視光源，避免對眼睛造成損傷。
（3）紫外光危險：當設備處于紫外測量模式時，操作人員需佩戴專業(yè)的防紫外眼鏡，做好眼部防護。
（4）測量過程中，需避免儀器本身或操作臺發(fā)生震動，防止震動影響測量讀數(shù)的準確性，確保數(shù)據可靠。
（5）實驗開始前，需確保被測樣品表面潔凈，無塵埃、指紋、油污等污染物，避免污染設備或影響測量結果；實驗結束后，需及時清潔樣品臺及儀器外部，清除殘留的塵埃及污染物，延長設備使用壽命。
（6）放置樣品時需輕拿輕放，確保樣品在樣品臺上放置穩(wěn)定且對準測量位置，必要時可開啟機械泵，通過真空吸附固定樣品，防止測量過程中樣品移位。
來源：學習那些事
關于我們 聯(lián)系我們 營業(yè)執(zhí)照 全國服務電話：400-818-0021 嘉峪檢測版權所有 備案號：京ICP備14047019號-2 
京公網安備11010802046783號
