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一、概述

在芯片制備流程中，若需保障芯片表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的高度精度，就必須開(kāi)展材料高度檢測(cè)工作。這種檢測(cè)工作主要應(yīng)用于薄膜厚度控制、層間距離調(diào)控以及特定結(jié)構(gòu)高度校準(zhǔn)等場(chǎng)景，是保障芯片制備質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)檢測(cè)，需采用一系列高精度測(cè)量設(shè)備，常見(jiàn)的有臺(tái)階儀、光譜反射膜厚測(cè)量?jī)x、激光干涉儀以及原子力顯微鏡（AFM）等。這些設(shè)備能夠精準(zhǔn)捕捉芯片表面起伏高度、薄膜厚度等核心參數(shù)，進(jìn)而保障芯片結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)度與性能穩(wěn)定性，通過(guò)及時(shí)的檢測(cè)與參數(shù)調(diào)整，可顯著提升芯片生產(chǎn)的良率與產(chǎn)品質(zhì)量。以下將對(duì)各類材料高度檢測(cè)設(shè)備的相關(guān)情況進(jìn)行詳細(xì)介紹。

二、臺(tái)階儀

1、基本原理

臺(tái)階儀屬于接觸式測(cè)量設(shè)備，其工作機(jī)制為：當(dāng)設(shè)備探針與被測(cè)樣品的臺(tái)階邊緣發(fā)生接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的力信號(hào)；探針以恒定速度移動(dòng)過(guò)程中，力傳感器會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)接觸力信號(hào)的變化情況，結(jié)合探針移動(dòng)的距離參數(shù)，通過(guò)專業(yè)算法即可計(jì)算出臺(tái)階的具體高度。接觸式臺(tái)階儀的測(cè)量結(jié)果能夠精準(zhǔn)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(xué)研究等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，可廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品質(zhì)量控制、工藝效果評(píng)估以及新產(chǎn)品研發(fā)等工作。臺(tái)階儀的測(cè)試實(shí)例如下圖所示。

2、相關(guān)設(shè)備

臺(tái)階儀的核心組成部分包括探針/探頭、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、力傳感器、測(cè)量系統(tǒng)、顯示與控制界面以及機(jī)械支架等。以布魯克公司生產(chǎn)的DektakXT型號(hào)臺(tái)階儀為例，其設(shè)備實(shí)物如下圖所示，內(nèi)部構(gòu)造如下圖所示。臺(tái)階儀的硬件性能主要體現(xiàn)在臺(tái)階高度重復(fù)性、掃描長(zhǎng)度范圍、測(cè)量分辨率等方面，同樣以DektakXT型號(hào)臺(tái)階儀為例，其具體硬件參數(shù)如下。

3、廠務(wù)動(dòng)力配套要求

為確保臺(tái)階儀長(zhǎng)期穩(wěn)定、高效運(yùn)行，除需滿足超凈室必備的潔凈度、溫濕度及基礎(chǔ)電力供應(yīng)條件外，還需配備完善的廠務(wù)動(dòng)力配套設(shè)施，具體如下：

（1）震動(dòng)隔離系統(tǒng)：為降低外部環(huán)境及建筑震動(dòng)對(duì)設(shè)備測(cè)量精度的影響，需配備先進(jìn)的震動(dòng)隔離設(shè)備，可選用氣浮平臺(tái)或其他高性能減震技術(shù)，確保設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性。

（2）靜電控制系統(tǒng)：靜電會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)度，因此需配備有效的靜電消除設(shè)施，減少靜電干擾對(duì)檢測(cè)工作的影響。

（3）噪聲控制系統(tǒng)：需強(qiáng)化隔聲防護(hù)措施，降低外界噪聲對(duì)設(shè)備操作過(guò)程及數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)的潛在干擾，保障測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性。

（4）潔凈干燥壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要用于輔助設(shè)備特殊部件完成機(jī)械動(dòng)作，供應(yīng)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(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，造成設(shè)備損壞或測(cè)量誤差。

（5）電磁干擾防護(hù)：臺(tái)階儀屬于電子敏感設(shè)備，需采取針對(duì)性的電磁防護(hù)措施，如使用屏蔽電纜、安裝濾波器等，減少電磁干擾對(duì)設(shè)備運(yùn)行的影響。

（6）穩(wěn)定供電與備用電源：為防止電力供應(yīng)不穩(wěn)定導(dǎo)致設(shè)備重啟、測(cè)量數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題，需配備穩(wěn)定的供電系統(tǒng)，同時(shí)安裝不間斷電源（UPS）作為備用，確保設(shè)備連續(xù)正常運(yùn)行。臺(tái)階儀所需的減震臺(tái)實(shí)物如下圖所示，圖中包含設(shè)備主機(jī)，主機(jī)下方為減震臺(tái)。

4、設(shè)備操作規(guī)范及注意事項(xiàng)

臺(tái)階儀是用于測(cè)量材料表面粗糙度、臺(tái)階高度及其他表面特征的精密儀器，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、材料科學(xué)及工程領(lǐng)域，正確的操作與維護(hù)是獲取準(zhǔn)確、可靠測(cè)量數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。以下是臺(tái)階儀使用過(guò)程中的基本操作規(guī)范及注意事項(xiàng)：

（1）臺(tái)階儀屬于有損測(cè)量設(shè)備，探針與樣品接觸時(shí)可能會(huì)在樣品表面留下劃痕，因此在測(cè)量前需精準(zhǔn)確定探針的移動(dòng)走向與接觸位置，避免對(duì)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下圖所示。

（2）需根據(jù)被測(cè)樣品的具體特征合理選擇掃描長(zhǎng)度，通常掃描長(zhǎng)度不超過(guò)1mm；由于設(shè)備內(nèi)部成像系統(tǒng)的放大倍數(shù)僅為40倍，無(wú)法對(duì)過(guò)小的圖形進(jìn)行精準(zhǔn)定位，相關(guān)示意圖如下圖所示。

（3）臺(tái)階儀探針的尖端半徑為2μm，受探針結(jié)構(gòu)限制，難以對(duì)5μm以下的線條結(jié)構(gòu)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，相關(guān)示意圖如下圖所示。

（4）嚴(yán)禁使用尺寸不符合要求的晶圓樣品進(jìn)行測(cè)量，防止探針與樣品臺(tái)發(fā)生碰撞，造成探針或樣品臺(tái)損壞。

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