臺階高度作為納米結構的關鍵參數，其測量精度直接影響相關研究與應用。本文利用觸針式輪廓儀對三臺階高度樣品進行測量與表征的方法。原始測量數據通過多項式擬合與低通濾波處理消除低頻偽影和高頻噪聲。實現了納米級三臺階高度樣本（8 nm / 18 nm / 26 nm）的高精度測量。并應用于薄膜沉積速率的計算與驗證，結果顯示輪廓儀與光譜橢偏儀的沉積速率測量結果一致。

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觸針輪廓儀測量

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三臺階高度樣品的結構示意圖

本研究中的三臺階高度樣品名義高度分別為8 nm、18 nm和26 nm，由校準結構（線條或溝槽）和導向結構組成。樣品通過Flexfilm探針式臺階儀測量覆蓋三個臺階。使用單臺階標準樣（8 nm、18 nm、44 nm）校準儀器，以提高測量精度。

觸針式輪廓儀測量的掃描輪廓

測量數據通過以下步驟處理：步驟1：多項式擬合去除樣本表面顆粒干擾。

步驟2：Canny邊緣檢測劃分掃描曲線為左/中/右三部分。

(a)多項式階數對最小范數的影響(b)多項式階數對階躍高度的影響

步驟3：中段曲線平移后擬合十階多項式，消除低頻偽影。

觸針式輪廓儀(a)和AFM(b)掃描輪廓的功率譜密度(PSD)

觸針輪廓儀掃描輪廓PSD峰值頻率(a)泵關閉時 (b)泵運行時

步驟4：低通濾波（截止頻率0.8/μm）抑制高頻噪聲。步驟5：計算臺階高度。

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臺階高度不確定度評估

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表1不確定度評估輸入值

表2線結構臺階高度的不確定度預算

表3三臺階高度樣本的最終測量結果

臺階高度測量

不確定度評定基于相關公式，輸入值及預算如表1和表2所示。計算得到樣品合成標準不確定度，在置信水平 95%（k95=2）下，臺階高度的測量不確定度在 1nm 至 2.2nm之間。

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薄膜沉積速率的驗證

flexfilm

樣品通過原子層沉積（ALD）與濕法刻蝕制備。沉積速率通過8 nm與26 nm臺階的高度差計算：其中，h26與h8為測量值，c26=260、c8=80為沉積周期數。計算得沉積速率為0.0875 ± 0.0099 nm/cycle，與光譜橢偏儀結果偏差僅5.7%。本文通過觸針式輪廓儀成功實現了納米級三臺階高度樣品的測量與表征。結合多項式擬合與低通濾波技術，有效降低了低頻偽影與高頻噪聲的影響。臺階高度不確定度控制在1–2.2 nm范圍內，沉積速率驗證表明該方法與光譜橢偏儀結果一致。未來工作將聚焦于高頻噪聲與表面粗糙度的分離，并對比接觸式與光學測量方法的差異。

Flexfilm探針式臺階儀

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在半導體、光伏、LED、MEMS器件、材料等領域，表面臺階高度、膜厚的準確測量具有十分重要的價值，尤其是臺階高度是一個重要的參數，對各種薄膜臺階參數的精確、快速測定和控制，是保證材料質量、提高生產效率的重要手段。

• 配備500W像素高分辨率彩色攝像機
• 亞埃級分辨率，臺階高度重復性1nm
• 360°旋轉θ平臺結合Z軸升降平臺
• 超微力恒力傳感器保證無接觸損傷精準測量

Flexfilm探針式臺階儀的亞埃級精度（1nm重復性）和超微力恒力控制，可直接提升研究中納米臺階高度（8-26nm）的測量準確性，其主動隔振設計和高清成像能抑制環境振動噪聲，替代手動邊緣檢測。原文參考：Measurement and characterization of a nano-scale multiple-step height sample using a stylus profiler

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