uSTEP 300 的应用
- 表面粗糙度测量
- 晶圆缺陷检测
- 局部电学性能测量
- 薄膜和涂层厚度测量
- 弹性性能研究
- 蚀刻深度控制
单一平台集成多种无损检测方法，用于 12英寸（300 mm）晶圆综合分析
半导体晶圆行业的发展要求在生产过程中可靠地控制几何、机械、化学和电物理参数。及时进行测试、检测和消除缺陷对于加快制造流程十分必要。
在一台设备中结合多种分析方法有助于优化整个生产流程。尽管检测方法多种多样，但轮廓测量法依旧广受欢迎。
轮廓测量法是一种用于测量表面轮廓的技术。它能提供有关表面形貌、台阶高度和表面粗糙度的信息。一般来说，轮廓测量技术分为接触式和光学式两种，这两种方法各有优势。
uSTEP 300 是一个通用平台，其功能模块在一台仪器内集成了多种轮廓测量模式。基于 uSTEP 300，可实现对各种粗糙度的大尺寸样品（直径最大 300mm）进行粗糙度分析的接触式和非接触式方法，以及表面电学、物理和化学性能分析。
uSTEP 300 配备了扫描台，横向定位精度高达 25nm，可从指定区域自动获取 3D形貌图。
uSTEP 300 轮廓仪的独特设计使其能够处理厚度达 20mm、直径在 25 - 300mm 的样品。晶圆样品由真空吸附载台固定，通过气动传导系统和内置隔振模块降低机械噪声的影响。
轮廓仪基座的整体式设计在 200Hz 以上的频率带宽内将寄生噪声降低了 30dB。为进一步将振动影响降至最低，该系统可配备一个主动隔振模块，其工作频率范围为 1 - 200Hz，响应时间约为 0.5ms。
该软件可自动采集和分析所获取的数据。uSTEP 300 由安装在 Windows 10、11 系统上的 Nova SPM 程序控制。
软件设计直观，既能以简化模式快速分析表面粗糙度，也能以高级模式自动对样品特征进行更详细、复杂的研究。
内置的数据处理包提供多种实用操作，包括晶圆曲率和粗糙度表征，以及样品表面的3D形貌图。所获得的数据可由第三方软件包（如 MS Excel、Origin）进行处理。用户还可以使用自己编写的程序脚本实现定制化的功能设计。
由于 uSTEP 300 轮廓仪采用模块化设计，该设备的核心模块已经成功实现了独立应用于微电子制造生产线。我厂欢迎与行业领先的企业和研究团队开展合作，共同开发集成我司核心模块，用于工业制造各领域的定制化代工机型。
触针式轮廓仪的工作原理是使触针（探针）始终以恒定的力作用于样品表面。触针在样品表面移动时，其偏转情况可还原出表面轮廓。
通过连续测量多个轮廓，可重建表面的 3D 图像。通过选择不同的探针（探针曲率半径范围从几十微米到亚微米），能够控制测量精度。
这种分析方法可快速常规测量低粗糙度表面的材料。
原子力显微镜（AFM）和轮廓仪都使用尖锐的针尖来研究表面形貌。
然而，AFM 针尖的曲率半径处于纳米级别，这使得它能够更细致地研究样品。此外，使用半接触式 AFM 模式可显著减少探针与样品之间的机械相互作用，避免可能出现的变形。
不同的 AFM 模式相结合，可提供有关样品表面局部机械性能（硬度、粘附力、杨氏模量等）、电学性能（电导率、电容、表面电势等）和磁学性能的额外信息。
原子力纳米刻蚀基于扫描探针显微镜技术，无需使用掩模即可直写创建空间分辨率高达 10nm 的预设结构。软件兼容支持矢量数据与栅格数据的刻蚀模式，图形模板既可以通过软件工具手动生成，也可以从外部导入。支持多种类型的原子力纳米刻蚀，如力学刻蚀、电学刻蚀、表面极化、表面氧化等。
为了更好地从电物理性能方面表征样品表面，uSTEP 300 轮廓仪采用传统的四探针法测量表面电阻，这在研究各种导电材料时特别有用。
表面粗糙度检测的非接触方法包括光学轮廓测量法，该方法使用光学 “探针” 替代机械探针。
uSTEP 300 内部的光学干涉仪探头包含一面分光镜和一面反射镜，用于产生干涉图样，该信号由光电探测器捕获，以控制光束光程差，进而确定探头与被测表面之间的高度。
这种方法的主要优点是：测量速度快、不与表面发生机械接触、不会损坏样品材料。
使用 uSTEP 300 轮廓仪，通过机械探针和光学分析相结合，可同时进行表面粗糙度映射和化学成分分析。
该仪器配备了光谱仪，能够快速进行拉曼光谱、光致发光光谱、光散射等局部测量。
拉曼光谱仪可选择多种波长的激发激光：405nm、532nm、633nm 和 785nm。
| 样品XY方向定位 | 位移传感器步长 | 25 nm |
| 最大位移速度 | 4 mm/s | |
| 真空吸附载台 | 样品尺寸 | ø 25 – 300 mm ø 1 – 12“ |
| 原子力显微镜压电陶瓷扫描管 | 扫描范围 | 60 × 60 × 7 µm |
| 原子力显微镜激光系统 | 激光波长 | 650 nm/ 830 nm |
| 光电探测器 | 四分区 | |
| 光学显微观察系统 | 可悬挂物镜类型 | 10х, 50х |
| 拉曼光谱仪（选配） | “拉曼探针”（光纤式） 激发激光波长 λ = 405/532/633/785nm 单色仪，焦长 620mm，光谱分辨率≤1 cm⁻¹ CCD相机 |
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| 被动减震式石质基座 | 材料 | 辉长辉绿岩 |
| 主动隔振（选配） | 频率带宽 | 1 – 200 Hz |
| 隔振性能 | - 40 dB at 70 Hz | |
| 热稳定性 | 主动式温度控制舱体（升温型） | PID |
| 恒温稳定性（升温至与外部环境温度差别不大于 1°C 时的） | < 0.05 °С | |
Si 衬底上的 BiSbTeSe₂外延膜；
AFM 图像。
扫描尺寸：2x2µm
碳样品。
开尔文探针模式，振幅调制。
扫描尺寸：10x10µm
Si 微结构；
AFM 成像，相位模式。
扫描尺寸：50x50µm
高度为 1.5nm 的 SiC 台阶。
半接触式 AFM。
扫描尺寸：3x3µm