【摘要】 通过将台阶仪测量的轮廓的PSD与AFM测量的轮廓的PSD进行比较，我们发现台阶仪大于0.8/μm的所有频率峰值都源于噪声。

台阶仪测量数据同时受到低频伪影和高频噪声的影响[1]。低频伪影可以通过多项式来近似，并且高频噪声可以通过低通滤波器来去除[2,3]。为了研究台阶仪噪声的频率，计算了台阶仪扫描轮廓的功率谱密度（PSD）。

 

PSD中既存在低频成分，又存在大量大于0.8/m的高频成分。由于许多PSD峰值分布在低频范围内，因此应采用高阶多项式拟合来有效去除低频分量。大于0.8/ μm的高频分量包括噪声和粗糙度信息。

 

通过将台阶仪测量的轮廓的PSD与AFM测量的轮廓的PSD进行比较，我们发现台阶仪大于0.8/μm的所有频率峰值都源于噪声。粗糙度对台阶高度的评价影响较弱。

 

不同环境条件下台阶仪扫描轮廓的PSD峰值频率，以确定合适的滤波器截止频率并研究环境振动对台阶仪的影响。当光刻机的真空泵打开时，出现了1.61/μm和3.22/μm处的峰，并且最后一个轮廓中出现了1.07/μm处的峰。

 

针式轮廓仪的扫描速度为0.0435 mm/s，真空泵的转速为1400 r/min，频率为23.33 Hz，因此真空泵诱发的频率为23.33/(0.0435×1000)=0.5364/μm。 1.07/μm、1.61/μm和3.22/μm的频率峰值分别是0.5346/μm的两倍、三倍和六倍，这表明这些频率分量是由真空泵引起的。

 

采用基于多项式拟合的算法对原始测量数据进行处理，以减少低频伪影。用截止频率为0.8/m的低通滤波器去除高频噪声，用十阶多项式有效去除低频伪影。实验结果表明，台阶高度的不确定度在1 nm~2.2 nm之间。此外，作为样品测量的应用，计算了具有不确定度的台阶膜的沉积速率。

 

结果表明，基于光笔轮廓仪测量的阶梯膜沉积速率与基于椭圆偏振光谱仪的沉积速率一致。

 

用基于多项式拟合法的算法对测量数据进行处理，计算出台阶高度。针式轮廓仪的测量数据中既有低频伪影，又有高频噪声，可用截止频率为0.8/μm。的低通滤波器去除，并利用十次多项式有效地去除了针式轮廓仪测量数据中的低频伪影。

 

由于伪影和噪声的影响，台阶的测量不确定度在1 nm到2.2 nm之间。根据8 nm和26 nm阶跃的阶跃高度计算出薄膜的沉积速率为0.0875±0.0099 nm/周期。这只比光谱椭偏仪少5.7%。

 

[1] T.V. Vorburger, A. Hilton, R.G. Dixson, et al., Proc. SPIE 7638 (2010) 76381D.

[2] J. Garnaes, N. Kofod, A. Kühle, et al., Precis. Eng. 27 (2003) 91.

[3] V. Korpelainen, J. Seppä, A.A. Lassila, J. Micro Nanolithogr. MEMS MOEMS 11 (2012) 159.

 

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