探针接触式台阶仪

中图仪器NS系列探针接触式台阶仪是一款超精密接触式微观轮廓测量仪器，其主要用于台阶高、膜层厚度、表面粗糙度等微观形貌参数的测量。

台阶仪工作原理

当触针沿被测表面轻轻滑过时，由于表面有微小的峰谷使触针在滑行的同时还沿峰谷作上下运动。触针的运动情况就反映了表面轮廓的情况。

测量时通过使用2μm半径的金刚石针尖在超精密位移台移动样品时扫描其表面，测针的垂直位移距离被转换为与特征尺寸相匹配的电信号并最终转换为数字点云信号，数据点云信号在分析软件中呈现并使用不同的分析工具来获取相应的台阶高或粗糙度等有关表面质量的数据。

结构

主要组成部分

1、测量系统

（1）单拱龙门式设计，结构稳定性好，而且降低了周围环境中声音和震动噪音对测量信号的影响，提高了测量精度。

（2）线性可变差动电容传感器（LVDC），具有亚埃级分辨率，13μm量程下可达0.01埃。高信噪比和低线性误差，使得产品能扫描到几纳米至几百微米台阶的形貌特征。

（3）传感器设计使得在单一平台上即可实现超微力和正常力测量。测力恒定可调，以适应硬质或软质材料表面。超低惯量设计和微小电磁力控制，实现无接触损伤的精准接触式测量。

2、工件台

（1）精密的XY平台结合360°连续旋转电动旋转台，可以对样品的位置以及角度进行调节，三维位置均可以调节，利于样品调整。

（2）超高直线度导轨，有效避免运动中的细微抖动，提高扫描精度，真是反映工件微小形貌。

3、成像系统

500万像素高分辨率彩色摄像机，即时进行高精度定位测量。可以将探针的形貌图像传输到控制电脑上，使得测量更加直观。

4、软件系统

测量软件包含多个模块。

5、减震系统

防止微小震动对测量结果的影响，使实验数据更加准确。

NS系列探针接触式台阶仪采用了线性可变差动电容传感器LVDC，具备超微力调节的能力和亚埃级的分辨率，同时，其集成了超低噪声信号采集、超精细运动控制、标定算法等核心技术，使得仪器具备超高的测量精度和测量重复性。

产品功能

1.参数测量功能

1）台阶高度：能够测量纳米到330μm甚至1000μm的台阶高度，可以准确测量蚀刻、溅射、SIMS、沉积、旋涂、CMP等工艺期间沉积或去除的材料；

2）粗糙度与波纹度：能够测量样品的粗糙度和波纹度，分析软件通过计算扫描出的微观轮廓曲线，可获取粗糙度与波纹度相关的Ra、RMS、Rv、Rp、Rz等20余项参数；

3）翘曲与形状：能够测量样品表面的2D形状或翘曲，如在半导体晶圆制造过程中，因多层沉积层结构中层间不匹配所产生的翘曲或形状变化，或者类似透镜在内的结构高度和曲率半径。

2.数采与分析系统

1）自定义测量模式：支持用户以自定义输入坐标位置或相对位移量的方式来设定扫描路径的测量模式；

2）导航图智能测量模式：支持用户结合导航图、标定数据、即时图像以智能化生成移动命令方式来实现扫描的测量模式。

3）SPC统计分析：支持对不同种类被测件进行多种指标参数的分析，针对批量样品的测量数据提供SPC图表以统计数据的变化趋势。

3.光学导航功能

配备了500W像素的彩色相机，可实时将探针扫描轨迹的形貌图像传输到软件中显示，进行即时的高精度定位测量。

4.样品空间姿态调节功能

配备了精密XY位移台、360°电动旋转平台和电动升降Z轴，可对样品的XYZ、角度等空间姿态进行调节，提高测量精度及效率。

性能特点

1.亚埃级位移传感器

具有亚埃级分辨率，结合单拱龙门式设计降低环境噪声干扰，确保仪器具有良好的测量精度及重复性；

2.超微力恒力传感器

1-50mg可调，以适应硬质或软质样品表面，采用超低惯量设计和微小电磁力控制，实现无接触损伤的接触式测量；

3.超平扫描平台

系统配有超高直线度导轨，杜绝运动中的细微抖动，真实地还原扫描轨迹的轮廓起伏和样件微观形貌。

台阶仪应用场景适应性强，其对被测样品的反射率特性、材料种类及硬度等均无特殊要求，能够广泛应用于半导体、太阳能光伏、光学加工、LED、MEMS器件、微纳材料制备等各行业领域内的工业企业与高校院所等科研单位，其对表面微观形貌参数的准确表征，对于相关材料的评定、性能的分析与加工工艺的改善具有重要意义。

部分技术参数

使用环境

相对湿度：湿度 （无凝结）30-40% RH

温度：16-25℃ (每小时温度变化小于2℃)

地面振动：6.35μm/s（1-100Hz）

音频噪音：≤80dB

空气层流：≤0.508 m/s（向下流动）