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Zygo Profilometer Standard Operating Procedure轮廓仪标准操作流程
时间: 2025-10-28浏览次数：
Zygo Profilometer Standard Operating Procedure轮廓仪标准操作流程
Zygo Profilometer Standard Operating Procedure轮廓仪标准操作流程
核心定位与设备原理
1. 目的与适用范围
设备功能：Zygo 轮廓仪是 3D 光学轮廓仪，采用扫描白光干涉技术，实现表面纹理、形状、台阶高度的快速非接触测量，适用于 MEMS 器件、半导体晶圆、微结构表面等微小样本的高精度检测。
测量原理：将白光分为 “参考光路”（指向内部参考面）与 “测量光路”（指向被测表面），因表面不规则性导致两光路光程差，重组后产生明暗交替的 “干涉条纹（Fringes）”；通过 Z 轴扫描捕获各像素点光强，转化为高度数据用于分析。
2. 设备与耗材
核心设备 带 Windows 系统的控制计算机（预装 ZeMaps 软件） 计算机未接入网络，仅存储测量配方（recipes），不保存用户数据
辅助工具 样品镊子 用于轻柔夹取微小样品，避免污染 / 损坏
数据存储 USB 闪存盘 用于导出用户测量数据（系统计算机不允许长期存储大量数据）
安全规范（核心注意事项）
操作过程中需严格遵守以下安全规则，避免设备损坏与人员风险：
光学元件保护：禁止触摸物镜镜头，灰尘、指纹会破坏光学涂层并影响成像精度；
Z 轴防碰撞：
放置样品前，需将载物台驱动至 “卸载位置（Unload Position）”；
常规晶圆样品需将Z 轴限位（Z-stop）设为 87.5mm，异常厚样品需联系 NanoFab 工作人员调整限位；
操作 Z 轴时（聚焦 / 调整高度）需缓慢移动，避免物镜与样品 / 载物台碰撞；
运动安全：Z 轴移动时，需远离设备立柱，避免手、头发等卷入运动部件；
紧急停机：明确 “紧急停止按钮（Emergency Stop Button）” 位置，按下后可立即停止 Z 轴所有运动。
设备 Setup 流程（启动与初始配置）
1. 软件启动与窗口熟悉
启动ZeMaps 软件，初始化后显示 4 个核心操作窗口，各窗口功能如下：
窗口名称 核心功能 关键操作点
载物台控制窗口（Stage Control Window） 显示载物台位置、Z 轴限位（Z-stop）数值 确认 Z-stop 为 87.5mm，若数值错误或显示红色，需重新设置
视频窗口（Video Window） 载物台加载 / 卸载控制、样品对焦 / 对准、光强调节、测量配方创建、扫描启动 含核心功能图标：“Move to Load Position（加载位置）”“Start Acquire F2（启动测量）” 等
地图窗口（Map Window） 显示 2D/3D 表面数据图，支持数据保存、倾斜校正、区域放大 常用图标：“Save Map As（保存为 JPG）”“Level Map（倾斜校正）”“Dimension Tool（尺寸测量）”
报告 / 绘图窗口（Report/Plots Window） 显示 “剖面轮廓（Profile）”，支持标高、卡尺测量、统计分析 可调整 Y 轴范围、添加标记点测量台阶高度 / 宽度
视频窗口关键功能图标说明：
A 组图标：“Move to Load Position”（样品加载位置）、“Move to Last Position”（回到上次测量位置）、“Acquire Recipe Options”（创建测量配方）、“Start Acquire F2”（启动测量）；
D（操纵杆速度）：中速用于 X/Y 轴移动找样品区域、粗对焦；低速用于精对焦与观察干涉条纹；
E（光强调节）：自动调节（点击图标触发），通过绿 / 黄 / 红指示灯显示光强状态，也可手动滑块覆盖自动设置；
F（模式切换）：“对准模式（Alignment Mode）” 用于辅助对焦（将光斑对准中心基准圆），“采集模式（Acquisition Mode）” 用于正式扫描（需切换回此模式才能测量）。
2. Z 轴限位（Z-stop）校准
操作：用操纵杆移动 Z 轴至安全位置（标准为 87.5mm），在 “载物台控制窗口” 中点击 “Set Z Stop Pos” 按钮，完成 Z 轴限位设置（防止后续 Z 轴下移时碰撞样品）。
核心操作步骤（测量与分析）
1. 样品测量流程（6.1 节）
步骤 1：样品放置与载物台定位
将载物台驱动至 “卸载位置（Load Position）”，用镊子将样品轻轻放在载物台上；
点击 “Move to Measurement Position”，将样品移动至物镜正下方。
步骤 2：粗对焦与区域定位
操纵杆速度设为 “中速”（X/Y/Z 轴），通过 X/Y 轴移动将 “感兴趣区域（ROI）” 对准物镜；
旋转操纵杆控制 Z 轴（顺时针：Z 轴上升远离样品；逆时针：Z 轴下降靠近样品），观察视频窗口，待样品开始对焦时，将操纵杆速度切换为 “低速”，避免碰撞。
步骤 3：光强与干涉条纹调节
点击 “Light Level adjust” 图标自动调节光强，确保指示灯呈绿色（光强合适）；
继续精调 Z 轴，直至视频窗口清晰显示样品结构，同时观察 “干涉条纹”（部分样品需切换至对准模式辅助对焦，对焦后需切回采集模式）。
步骤 4：测量配方（Recipe）创建
扫描长度设置：需略大于样品台阶高度（若样品有大台阶，需分别记录 “顶部” 与 “底部” 的 Z 轴高度，确保扫描范围覆盖完整特征）；
扫描起点选择：
“顶部（Top）”：从当前位置向下扫描设定长度；
“中心（Center）”：先向上移动扫描长度的 1/2，再向下扫描完整长度；
“底部（Bottom）”：先向上移动完整扫描长度，再向下扫描。
步骤 5：启动测量
最终确认光强（确保样品顶部 / 底部光强指示灯均以绿色为主）与对焦状态，通过配方界面或 “Start Acquire F2” 图标启动扫描；
扫描完成后，数据自动显示在 “地图窗口”（2D/3D 图）与 “报告 / 绘图窗口”（剖面轮廓）。
2. 测量数据分析流程（6.2 节）
扫描完成后需对数据进行校正与定量分析，核心步骤如下：
步骤 1：数据有效性验证
在 “地图窗口” 中用 “2D/3D 显示工具” 检查样品图像是否符合预期，若模糊 / 缺失，需重新调整光强与对焦后重新采集。
步骤 2：倾斜校正（Level Map）
选择样品上 “已知平整区域”，点击 “Level Map” 工具，绘制方框 / 圆形覆盖该区域，点击 “Remove” 去除倾斜，确保台阶高度测量基准准确。
步骤 3：区域放大与尺寸测量
区域放大：用 “Extract Map Tool” 在地图窗口绘制方框，放大感兴趣区域（取消放大需左键点击窗口任意位置）；
尺寸测量：点击 “Dimension Tool”，地图窗口显示标尺，移动标尺测量样品特征尺寸（如微结构直径、间距）。
步骤 4：剖面轮廓分析（关键步骤）
调出剖面：在地图窗口右键点击 “Show Profile Tool”，放置剖面线（Profile Bar），线两端蓝色标记间的区域会显示在 “报告 / 绘图窗口”；
剖面校正：在绘图窗口右键 “Level Using Leveling Tool”，调整黄色虚线框位置实现剖面倾斜校正，完成后右键 “Turn Leveling Off”；
定量测量：
台阶高度：右键 “Show Tag Tool”，移动紫色光标至台阶两侧，右侧显示高度差；
台阶宽度：右键 “Show Caliper”，放置卡尺标记测量宽度；
轴范围调整：拖动 Y 轴三角标记，缩放高度范围以清晰显示细节。
3. 数据保存与操作收尾（6.3-6.4 节）
数据保存：在地图 / 绘图窗口右键 “Save As”，以 JPG 格式将数据导出至 USB 闪存盘（禁止存储于系统计算机）；
收尾操作：
将载物台驱动至 “Load Position”，用镊子取出样品；
关闭 ZeMaps 软件，禁用电机，确保设备处于安全待机状态。
数据示例
文档提供硅基刻蚀 “环形（Donut）” 结构的测量案例：
地图窗口（2D/3D）：显示环形刻蚀区域的整体形貌，标注关键参数（如 Spv=76.876μm、Sq=35.808μm，分别为最大峰值高度、均方根高度）；
剖面窗口：显示剖面线处的高度轮廓，已完成倾斜校正，蓝色标记对应地图窗口剖面线的测量范围，可读取台阶高度与宽度。
核心注意事项总结
数据存储：系统计算机未联网且不长期保存用户数据，需及时用 USB 导出测量结果；
防碰撞优先级：Z 轴限位（87.5mm）是核心安全设置，异常厚样品需联系工作人员调整，禁止擅自修改；
光学清洁：物镜镜头需保持洁净，仅用专用清洁工具（如无绒布 + 异丙醇），禁止直接触摸；
模式切换：对准模式仅用于辅助对焦，正式测量前必须切回采集模式，否则无法生成有效数据。
