台阶仪XP-1操作规程

台阶仪（XP-1）操作规程
一﹑XP-1型台阶仪工作原理
图1. 工作原理示意图
高度测量原理：
当探针Stylus 在样品表面扫描时，随着样品表面的起伏变化，使探针绕着弹性轴承Pivot 转动，从而使反射镜Mirror 的角度变化，最终导致经Mirror 反射后打在光电探测器Photo Detector 上的光斑的位置发生变化。

光斑位置的变化会使Photo Detector 上的电压值发生变化，而电压的变化经AD 转换后就能重现样品表面的起伏变化。

力的控制原理：
F ：探针对样品的压力；
G ：弹性轴承Pivot 左侧的净自重；F c ：磁耦合线圈Force Coil 对轴承右侧的力，其正比于一个可在电脑中设定的参数Force Value （这里用a 表示）。

原理：当a 增大时，F c 增大；而G 是不变得，所以F 随着a 的增大而减小。

二﹑操作步骤
1. 仪器的启动和初始化
首先打开稳压器，然后启动电脑并将台阶仪的电源打开。

等10秒后双击电脑桌面上的台阶仪图 ，启动台阶仪操控软件时会弹出一个是否要初始化的对话框，点击“是”，将系统初始化。

图2. XP-1型台阶仪软件主界面
2. 样品的定位
初始化完成后，点击“Z+”键，使探针抬起，确保探针到台面的高度远大于样品的高度时，将样品放到样品台上，然后将它贴着样品台推到样品台中央。

（注意：一定要保证探针高于样品。

然后移动样品台，使样品待测区域大致地在探针正下方。

）
点击“Engage”键，使探针自动地缓慢下降逼近样品。

当探针逼近到样品表面时，即在视频窗口中看到探针（右）针尖及其影子（左）的针尖接触上时，探针会自动停止下降逼近。

这时在视频窗口中还可以观察到样品表面的形状特征，如图2。

注意：探针在样品表面上时不能移动样品或样品台。

点击“Z+”键，使探针抬起一点，但保证探针的影子还在视频窗口中。

这样才能看清楚样品表面的形状特征。

移动样品台，使探针精确地定位在需要测量的台阶的起始位置。

点击“Engage”键逼近样品，查看定位是否合适。

反复抬起探针，再逼近样品，直到探针定位在所测台阶的起始位置。

图3. 左侧的红色旋钮用于前后微调，中间的红色旋钮用于左右微调
3. 设置扫描参数
点击软件主界面的“Setup”键，选择“Scan”标签页，这时将看到各种扫描数，如图4。

图4. 扫描参数
Speed：扫描速度。

可设值分别是0.01mm/s ，0.03 mm/s ，0.05 mm/s ，0.07 mm/s ，0.1 mm/s ，0.12mm/s ，0.15mm/s ，0.17mm/s ，0.2 mm/s 。

一般使用的速度为0.07 mm/s 或0.1 mm/s 。

Length：扫描长度，即探针沿图4中的扫描方向上扫描的长度。

最大值30mm。

最小值的条件是扫描时间(Length/Speed)大于3秒。

一般使用的值是0.4mm~1mm。

Range：扫描量程，即能扫描的台阶的最大高度。

Stylus Force：扫描过程中探针对样品的作用力。

软的样品，如光刻胶，应该用最小的力扫描，这样才能保证扫描过程中对样品没有划伤。

硬的样品，如硅片，可以用大的力，这样压的更稳，受外界环境影响更小。

Filter Level：控制Data Points。

一般使Data Points的值为1000左右。

Profile Type：扫描的线型。

都用第三种线型。

4. 点击“Scan”开始扫描
如是发现左下方的扫描线（红线）有较大的偏移，则“stop”，并按“Z+”抬起探针，调节机器里的黑色调节盘，哪边低向哪边转，如图5。

图5
5. 分析数据
图6 数据分析界面
当扫描完成后，会弹出如图6所示的数据分析界面。

a．右键点击一下数据图形区域，将会弹出如图6所示的下拉菜单。

b．选择“Size Cursors”，R和M光标变为展宽模式。

分别拖动R和M光标的左右边界，使R和M光标展宽到所需的宽度。

c．右键点击一下数据图形区域，使光标退出展宽模式。

d．将R和M光标分别拖动到需要拉平的区域。

e．在“Level Method”里选择“Cursor Locations”模式。

f．点击“Level Data”拉平数据，如图7。

g．将M光标移到台阶上，这时就能直接得到台阶高度了，即Delta Height值，如图8。

图7 数据拉平图8 数据测量
三、台阶仪标定
当使用一定时间（2星期）后，应对台阶仪进行重新标定。

步骤为将标样（图9）取出（必须带胶皮手套），对中央的“H型”中间的台阶进行测量，重复操作步骤，数据分析步骤，若得到的台阶高度与标样的实际高度（1939A o）相差较大，则点击右键，点击calibrate hight（图10所示），输入1939A o，即可。

图9图10。