探针式台阶仪

台阶仪（Profiler），又名探针式表面轮廓仪，用于样品表面从微米到纳米尺度的轮廓测量，是微电子、半导体、太阳能、高亮度LED、触摸屏、医疗、科学研究和材料科学等领域不可缺少的关键测量设备。长期以来，此类仪器被美国Bruke、美国KLA、日本Kosaka三家厂商垄断，国内尚无厂商可提供同类产品。直到2022年6月，松山湖材料实验室精密仪器研发团队自研的台阶仪出货交付，实现了国产化台阶仪零的突破！自研的台阶仪2020年冬，实验室组织走访调研半导体行业相关企业，了解到企业进口台阶仪受到一定限制，不少企业明确提出对国产化台阶仪的需求。为了满足在当前国际竞争形势下的行业共性需求，避免关键设备被“卡脖子”的风险，精密仪器研发团队当即研讨立项，将国产化台阶仪开发提上日程。团队负责人许智指出，台阶仪的研发，需要“四个超”：超精细的运动控制，超精密位移传感，超低噪声信号采集，超高平整度零部件等关键技术。精密仪器研发团队在这些方面均有丰富的经验积累和扎实的技术储备，基于此前自主研发的系列化压电驱动纳米位移台产品和扫描探针显微镜制备技术，项目组快速完成方案设计，并开始功能样机、工程样机的迭代开发。回望研发过程，可谓“一波三折”，研发团队感慨道。由于疫情，人员封控，物流暂停，供应商供货延期，芯片价格又逐日飙升，研发进度受阻。面对接踵而至的难题，团队加班加点攻关抢进度，终于在今年6月研发成功。订单交付当天，团队所有人都有一种难以言表的满足感。研发人员工作到深夜，调试样机精密仪器研发团队台阶仪项目组至此，国产化台阶仪迈出了里程碑式的一步。科技创新的重要性不言而喻，用于科技创新的仪器设备同样重要，团队负责人许智谈到，关键测量仪器设备实现国产化，最关键之处就在于实现了自主可控。据了解，现已交付的台阶仪可满足企业实际使用的指标要求，且对比同类进口设备，成本降低了约30%。项目组研制了三种不同测试需求的型号，可供客户根据需要选择相应配置，并配套自研软件实时显示测量图表数据。目前，团队正在与十余家有相关需求的企业、科研院所洽谈合作中。精密仪器研发团队松山湖材料实验室精密仪器研发团队以自主知识产权的技术为核心，开展精密科研仪器和工业自动化设备的产业转化。桌面式扫描电子显微镜、大行程纳米位移台等产品为国内唯一量产。等离子体化学气相沉积系统、扫描隧道显微镜系统等产品达到国际一流、国内领先水平。团队产业化公司东莞市卓聚科技2020年落户松山湖国际创新创业社区，销售额当年破百万元，2021年销售额超千万元。在松山湖材料实验室的支持下，精密仪器研发团队以国家战略为导向，以市场需求为目标，力争成为有担当、有作为的尖端仪器产业化队伍。

加利福尼亚州圣何塞，2024年 9 月 10 日 —— 布鲁克公司今日宣布推出 Dektak ProTM 探针式轮廓仪，这是行业领先的 Dektak® 产品线中的下一代轮廓仪。新的台式系统融合了超过 55年的创新成果，为半导体应用提供了高达200 毫米的全尺寸样品测量区域，并通过改善用户体验和测量精度缩短了获得结果的时间。Dektak Pro 的进步巩固了该品牌作为世界上最先进的探针式轮廓仪的地位，使其能够满足众多工业和研究市场当前和未来的研发、工艺开发以及QA/QC 需求。 “我们与 Dektak 工具有着悠久的历史。它们一直为我们的 MEMS 晶圆厂提供自动化和可靠的台阶轮廓测量，我们对此深信不疑，” 泰国微电子中心（TMEC）晶圆厂经理 Nithi Atthi 博士说，“新系统的技术进步有望提供更多的测量能力，以满足我们对 MEMS 计量要求日益严格的高深宽比微结构。” “Dektak 这个名字已经成为探针式轮廓测量的代名词，这是有充分理由的。每年都有数百台 Dektak 系统在全球安装，证明了业界对这项技术的持久需求。” 布鲁克摩擦学、探针和光学计量业务高级总监兼总经理 Samuel Lesko 补充道，“通过 Dektak Pro，我们在测量能力和操作简便性方面迈出了下一步，同时保持了 Dektak 众所周知的价值和可靠性，我非常期待看到我们的客户在未来几年中使用该系统的多种方式。”关于 Dektak Pro Dektak 探针式轮廓仪广泛应用于微电子、半导体、显示、太阳能、医疗和材料科学市场，是全球数百个生产、研究和故障分析中心必不可少的精密计量仪器。Dektak 系统用于二维轮廓测量和三维表面轮廓分析应用，可测量应力、纳米薄膜厚度和台阶高度，重复性优于 4 埃。新型 Dektak Pro 引入了台阶高度和应力测量升级，扩大了其应用范围。简化的自动台阶检测程序只需要更少的用户定义参数，以进行简洁分析，减少用户操作引起的变化。二维应力测量分析现在比以往任何时候都更可定制，允许用户定义区域并通过参数调整提高精度。新的自动定心和晶圆面成像功能还使晶圆翘曲的快速表征和三维应力分析成为可能。本文转载自布鲁克纳米表面仪器部公众号，原文链接https://mp.weixin.qq.com/s/41S0RkbhgeyFubbv1566kQ

KLA探针式轮廓仪的过去，现在，与未来。KLA Instruments&trade 探针式轮廓仪（也称台阶仪）提供高精度2D和3D表面量测，测量台阶高度、表面粗糙度、翘曲度和应力以及优秀的稳定性和可靠性，满足客户的研发和生产要求。目前，KLA Instruments&trade 台阶仪包括专为研发助力的Alpha-Step® 系列D-500/D600桌面式台阶仪，工厂生产用Tencor® P-系列P-7，P-17，P-17 OF量产型台阶仪，还有自动化产线上的 HRP® 系列P-170和HRP-260全自动台阶仪。自1977年KLA首款商用探针式轮廓仪问世，经过四十多年的不断探索和技术创新，KLA取得了一个又一个突破，不断稳固自身在行业中的领导地位。1977Alpha-Step® 100 是Tencor 推出的首款台阶仪产品。其在台阶高度测量的准确性和重复性方面表现优异。凭借价格实惠、外形小巧和功能强大，很快就成为大多数半导体制造厂或晶圆厂重要的工具。1983Alpha-Step 200 发布，扫描速度比竞品快 2 倍，配备 CRT 显示器，能够自动测量、调平和计算。1987Alpha-Step 250 问世，灵敏度增强至 1 &angst ，增加了隔声外壳。1988Tencor P系列的P-1探针式轮廓仪实现了单次长度 200mm 扫描，且无需任何拼接。P-1 轮廓仪采用革 命性的全新设计，在扫描平台、光学和传感器技术方面进行了行业创新，提供无可匹敌的稳定性、灵敏度和重复性。该系统具有超平面扫描平台，能够单次扫描实现高达 200mm 的高分辨率，确定表面粗糙度、波纹度和薄膜应力特征。新平台也是 3D 扫描平台，增加了第三维度来表现表面形貌。该系统的特色是采用顶视光学系统来提供清晰的样品视图，不受传统倾斜侧视的扭曲影响。此外，该系统的传感器技术采用业界先进的线性可变差分电容器 (LVDC)，从而使电子分辨率达到亚埃级，并且转动惯量小，可实现低作用力控制并降低对噪声的敏感性。1991Tencor P2H 支持自动晶圆和磁盘机械手臂， 减少接触样品带来的污染。同年的Tencor P2 采用开放式框架，支持尺寸达 430mm x 430mm 的样品，同时Tencor FP2可扫描尺寸达 630mm x 630mm 的样品，用于平板行业。1994Tencor P-20 全自动探针式轮廓仪发布，增加了图案识别和 SECS/GEM，并且与现有的机械手臂相结合，实现了全自动化。Alpha-Step 500增加垂直量程至 1mm，并配备了全新高倍率光学器件和彩色摄像头。1996Tencor P-10、 P-11、 P-12 和 P-22 相继发布，产品采用最新的低作用力控制技术，延长垂直量程至1000µ m并增强环境隔离功能。Microhead II 增强线性可变差分电容器 (LVDC)，并增加低至 0.05mg的程式控制低作用力。它增加了通过动态调整枢轴上的作用力，确保在任何台阶高度下，样品表面都能够施加相同的力。此外，新传感器可支持高达 1000µ m 台阶高度。P-12 新增隔声罩和主动隔离台，不仅增强对环境噪声的隔离，还能够测量超光滑硬盘的粗糙度。P-22 在现有 P-20 机械手臂的基础上新增一个隔离台，实现自动晶圆传送、图案识别和 SECS/GEM 等全自动测量，从而为半导体行业提供整体解决方案， 提高其生产效率。1997Tencor P-30 将开放式晶圆盒机械臂替换为 SMIF 机械臂和系统的内置微环境， 以支持半导体行业新的洁净度要求。HRP-220 是在线表面量测的一大突破，配备了 P-22 的长扫描平台以及高分辨率压电平台，DuraSharp® 探针可实现精细的特征测量和分析。同年，Tencor Instruments 和 KLA Instruments 两家公司合并成立了 KLA-Tencor, Inc.，成为世界领先的半导体制造和相关行业的良率管理及工艺控制解决方案供应商之一。1998HRP-320 在HRP-220 的测量能力基础上扩展到 300mm 晶圆，是能够单次扫描测量 300mm 晶圆全直径的系统。1999HRP-240 和 HRP-340 在使用的便利性、产出和精度上有了重大改进。新增压电挠性平台设计，以尽量减少平面外的运动，扫描平面度 2x 在保持 90µ m x 90µ m 扫描区域和 1nm 分辨率的同时，比以前的设计有了很大的进步。该系统增加在线高倍和低倍光学器件，并利用距离传感器实现无接触自动聚焦，从而可允许快速、精确对焦，并通过减少探针的表面接触次数来延长其使用寿命。长扫描平台通过增加线性编码器来提高样品定位的准确性，而更细螺距的丝杠可实现更高的分辨率。通过增加数字信号处理器来管理所有平台控制，将计算机处理能力留给用户接口，从而改善系统的整体性能。新增浸渍模式（Dipping Mode&trade ）能够测量高深宽比的蚀刻深度特征。2001Tencor P-15 结合了 P-10 和 P-11 系统的功能，技术更加成熟，为单一平台上的研发和生产提供支持。2003Alpha-Step IQ 在 Alpha-Step 500 基础上新增 USB 电子器件和全新设计的软件，可以显著提供增强的扫描排序和数据分析能力。2007Tencor P-16+ 在-15 的基础上进行了改进：新的 USB 电子器件、更强大的软件以及 Apex 高级数据分析和报告撰写软件功能。2008Tencor P-6 是一台高性能探针式轮廓仪，在较小的平台上沿用了 P-16+ LVDC 传感器技术和扫描平台技术。HRP-250 和 HRP-350 仪器采用噪音更低的 LVDC 传感器技术、新的隔离系统（仅 HRP-350）和第二代 DuraSharp II 探针。可实现更小特征的测量和接近 2 倍的吞吐量。2009Ambios Technology 加入KLA-Tencor并发布 XP100 和 XP200，采用光学杠杆传感器技术，垂直量程1200µ m 并支持200mm晶圆样品。2010KLA-Tencor 发布了基于 Ambios Technology 平台的 Alpha-Step D-100 和 D-120，采用增强光学杠杆传感器技术， 显著改善了测量的稳定性。2013Tencor P-7 和 P-17 配备了新高分辨率彩色相机，并增强了对翘曲度和应力的测量。2014Alpha-Step D-500 和 D-600 仪器采用了与 P系列相同的高分辨率相机。增加了侧视图的梯形校正功能，并且进一步改善了测量的重复性。2016Tencor P-170结合了 P-17 与 HRP 机械手臂，是一款新的全自动探针式轮廓仪。同年，HRP系列的新机型HRP-260 也随后发布。新仪器在自动化晶圆处理方面有了重大的改进。增加了几何图案识别，提高了倾斜校正算法的准确性，并采用新方法进行自动灯光控制。机械手臂包含新电子器件，可支持碳化硅 (SiC) 和蓝宝石等透明样品以及硅、砷化镓 (GaAs) 和 AlTiC 等不透明样品的预对准。也支持卡盒内wafer探测和读取wafer ID.2019KLA Instruments&trade 全系列探针式轮廓仪Alpha-Step® 、Tencor® P- 和 HRP® ，移植软件平台至最新的Windows 10 OS。同时，新的测量和数据分析功能发布在新的软件平台中。2023KLA将继续探索的脚步，而探针式轮廓仪全线产品也将持续发展，为满足客户的需求不断努力创新。Keep Looking Ahead！