表面形貌即為表面微觀幾何形態(tài),不僅對接觸零件的機(jī)械和物理特性起著決定作用,而且對一些非接觸零件的光學(xué)和外部特性影響也很大。所以對表面形貌的精準(zhǔn)測量能正確地識別出加工過程的變化和缺陷,對研究表面幾何特性與使用性能的關(guān)系、控制和改進(jìn)加工方法等都有著顯著的意義。
隨著微電子技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、信號分析和處理技術(shù)等飛速發(fā)展,對表面形貌測量精度不斷提高,從微米尺度進(jìn)入了納米甚至是亞納米尺度。臺階儀與白光干涉儀,兩者雖然都是表面微觀輪廓測量利器,但還是有所不同。
1、測量方式
(1)臺階儀是一款超精密接觸式微觀輪廓測量儀器,測量時通過使用2μm半徑的金剛石針尖在超精密位移臺移動樣品時掃描其表面,測針的垂直位移距離被轉(zhuǎn)換為與特征尺寸相匹配的電信號并最終轉(zhuǎn)換為數(shù)字點(diǎn)云信號,數(shù)據(jù)點(diǎn)云信號在分析軟件中呈現(xiàn)并使用不同的分析工具來獲取相應(yīng)的臺階高或粗糙度等有關(guān)表面質(zhì)量的數(shù)據(jù)。
(2)白光干涉儀是一款用于對各種精密器件及材料表面進(jìn)行亞納米級非接觸式測量的光學(xué)檢測儀器。它是以白光干涉技術(shù)為原理,對器件表面進(jìn)行非接觸式掃描并建立表面3D圖像,通過系統(tǒng)軟件對器件表面3D圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析,獲取反映器件表面質(zhì)量的2D、3D參數(shù),從而實(shí)現(xiàn)器件表面形貌3D測量的光學(xué)檢測儀器。
2、測量應(yīng)用
(1)臺階儀主要用于臺階高、膜層厚度、表面粗糙度等微觀形貌參數(shù)的測量。
參數(shù)測量功能
1)臺階高度:能夠測量納米到330μm甚至1000μm的臺階高度,可以準(zhǔn)確測量蝕刻、濺射、SIMS、沉積、旋涂、CMP等工藝期間沉積或去除的材料;
2)粗糙度與波紋度:能夠測量樣品的粗糙度和波紋度,分析軟件通過計(jì)算掃描出的微觀輪廓曲線,可獲取粗糙度與波紋度相關(guān)的Ra、RMS、Rv、Rp、Rz等20余項(xiàng)參數(shù);
3)翹曲與形狀:能夠測量樣品表面的2D形狀或翹曲,如在半導(dǎo)體晶圓制造過程中,因多層沉積層結(jié)構(gòu)中層間不匹配所產(chǎn)生的翹曲或形狀變化,或者類似透鏡在內(nèi)的結(jié)構(gòu)高度和曲率半徑。
(2)白光干涉儀也可以測量臺階高,但更多的是測各類從超光滑到粗糙、低反射率到高反射率的物體表面,從納米到微米級別工件的粗糙度、平整度、微觀幾何輪廓、曲率等。特別是能滿足超光滑表面所需同時滿足的高精度、大掃描范圍的需求。
白光干涉儀與臺階儀相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
一是非接觸高精密測量,不會劃傷甚至破壞工件;
二是測量速度快,不必像探頭逐點(diǎn)進(jìn)行測量;
三是不必作探頭半徑補(bǔ)正,光點(diǎn)位置就是工件表面測量的位置;
四是對高深寬比的溝槽結(jié)構(gòu),可以快速而精確的得到理想的測量結(jié)果。
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