中圖儀器NS系列探針接觸式臺(tái)階儀是一款超精密接觸式微觀輪廓測量儀器，其主要用于臺(tái)階高、膜層厚度、表面粗糙度等微觀形貌參數(shù)的測量。

臺(tái)階儀工作原理

當(dāng)觸針沿被測表面輕輕滑過時(shí)，由于表面有微小的峰谷使觸針在滑行的同時(shí)還沿峰谷作上下運(yùn)動(dòng)。觸針的運(yùn)動(dòng)情況就反映了表面輪廓的情況。

測量時(shí)通過使用2μm半徑的金剛石針尖在超精密位移臺(tái)移動(dòng)樣品時(shí)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(hào)并最終轉(zhuǎn)換為數(shù)字點(diǎn)云信號(hào)，數(shù)據(jù)點(diǎn)云信號(hào)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(tái)階高或粗糙度等有關(guān)表面質(zhì)量的數(shù)據(jù)。

結(jié)構(gòu)

主要組成部分

1、測量系統(tǒng)

（1）單拱龍門式設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，而且降低了周圍環(huán)境中聲音和震動(dòng)噪音對(duì)測量信號(hào)的影響，提高了測量精度。

（2）線性可變差動(dòng)電容傳感器（LVDC），具有亞埃級(jí)分辨率，13μm量程下可達(dá)0.01埃。高信噪比和低線性誤差，使得產(chǎn)品能掃描到幾納米至幾百微米臺(tái)階的形貌特征。

（3）傳感器設(shè)計(jì)使得在單一平臺(tái)上即可實(shí)現(xiàn)超微力和正常力測量。測力恒定可調(diào)，以適應(yīng)硬質(zhì)或軟質(zhì)材料表面。超低慣量設(shè)計(jì)和微小電磁力控制，實(shí)現(xiàn)無接觸損傷的精準(zhǔn)接觸式測量。

2、工件臺(tái)

（1）精密的XY平臺(tái)結(jié)合360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，可以對(duì)樣品的位置以及角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，三維位置均可以調(diào)節(jié)，利于樣品調(diào)整。

（2）超高直線度導(dǎo)軌，有效避免運(yùn)動(dòng)中的細(xì)微抖動(dòng)，提高掃描精度，真是反映工件微小形貌。

3、成像系統(tǒng)

500萬像素高分辨率彩色攝像機(jī)，即時(shí)進(jìn)行高精度定位測量。可以將探針的形貌圖像傳輸?shù)娇刂齐娔X上，使得測量更加直觀。

4、軟件系統(tǒng)

測量軟件包含多個(gè)模塊。

5、減震系統(tǒng)

防止微小震動(dòng)對(duì)測量結(jié)果的影響，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

NS系列探針接觸式臺(tái)階儀采用了線性可變差動(dòng)電容傳感器LVDC，具備超微力調(diào)節(jié)的能力和亞埃級(jí)的分辨率，同時(shí)，其集成了超低噪聲信號(hào)采集、超精細(xì)運(yùn)動(dòng)控制、標(biāo)定算法等核心技術(shù)，使得儀器具備超高的測量精度和測量重復(fù)性。

產(chǎn)品功能

1.參數(shù)測量功能

1）臺(tái)階高度：能夠測量納米到330μm甚至1000μm的臺(tái)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.數(shù)采與分析系統(tǒng)

1）自定義測量模式：支持用戶以自定義輸入坐標(biāo)位置或相對(duì)位移量的方式來設(shè)定掃描路徑的測量模式；

2）導(dǎo)航圖智能測量模式：支持用戶結(jié)合導(dǎo)航圖、標(biāo)定數(shù)據(jù)、即時(shí)圖像以智能化生成移動(dòng)命令方式來實(shí)現(xiàn)掃描的測量模式。

3）SPC統(tǒng)計(jì)分析：支持對(duì)不同種類被測件進(jìn)行多種指標(biāo)參數(shù)的分析，針對(duì)批量樣品的測量數(shù)據(jù)提供SPC圖表以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的變化趨勢。

3.光學(xué)導(dǎo)航功能

配備了500W像素的彩色相機(jī)，可實(shí)時(shí)將探針掃描軌跡的形貌圖像傳輸?shù)杰浖酗@示，進(jìn)行即時(shí)的高精度定位測量。

4.樣品空間姿態(tài)調(diào)節(jié)功能

配備了精密XY位移臺(tái)、360°電動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和電動(dòng)升降Z軸，可對(duì)樣品的XYZ、角度等空間姿態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高測量精度及效率。

性能特點(diǎn)

1.亞埃級(jí)位移傳感器

具有亞埃級(jí)分辨率，結(jié)合單拱龍門式設(shè)計(jì)降低環(huán)境噪聲干擾，確保儀器具有良好的測量精度及重復(fù)性；

2.超微力恒力傳感器

1-50mg可調(diào)，以適應(yīng)硬質(zhì)或軟質(zhì)樣品表面，采用超低慣量設(shè)計(jì)和微小電磁力控制，實(shí)現(xiàn)無接觸損傷的接觸式測量；

3.超平掃描平臺(tái)

系統(tǒng)配有超高直線度導(dǎo)軌，杜絕運(yùn)動(dòng)中的細(xì)微抖動(dòng)，真實(shí)地還原掃描軌跡的輪廓起伏和樣件微觀形貌。

臺(tái)階儀應(yīng)用場景適應(yīng)性強(qiáng)，其對(duì)被測樣品的反射率特性、材料種類及硬度等均無特殊要求，能夠廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、太陽能光伏、光學(xué)加工、LED、MEMS器件、微納材料制備等各行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的工業(yè)企業(yè)與高校院所等科研單位，其對(duì)表面微觀形貌參數(shù)的準(zhǔn)確表征，對(duì)于相關(guān)材料的評(píng)定、性能的分析與加工工藝的改善具有重要意義。

部分技術(shù)參數(shù)

使用環(huán)境

相對(duì)濕度：濕度 （無凝結(jié)）30-40% RH

溫度：16-25℃ (每小時(shí)溫度變化小于2℃)

地面振動(dòng)：6.35μm/s（1-100Hz）

音頻噪音：≤80dB

空氣層流：≤0.508 m/s（向下流動(dòng)）