1.引言
台阶仪是利用触针接触物体表面，从而利用和其相连的电感传感器或电容传感器测出物体表面的起伏大小。它具有操作方便、测量速度快，灵敏度高，重复性好，适应性强且测试结果直观等特点，广泛应用于掩膜板、外延层、钝化层、光刻胶、氧化层等的尺寸，台阶特性和局部平整度等常规工艺参数的测量。随着纳米科技及微加工领域的发展，对纳米到微米尺度范围内垂直方向上的测试精度要求越来越高，因此用于校准台阶仪的标准样块显得尤为重要。
我所是半导体研究所，拥有多台台阶仪，同时我们还有标称值为41.9nm～23.89μm的一系列台阶高度标准样块，可以在一个较大的范围内对台阶仪进行校准。为了更好的利用该系列台阶高度样块对台阶仪进行校准，必须对该系列台阶高度样块定标，但目前我国尚无国家级纳米尺度的台阶标准样品，国际上VLSI和NIST拥有此类标准，可以对台阶高度样块进行定标，这不仅需要支付高额的校准费用，最重要的是时间进度无法保障。因此研究探索一种新的台阶高度样块的定标方法势在必行。
多年来，我们尝试使用多台台阶仪重复测量台阶高度样块求平均值的方法，对此系列台阶高度样块进行定标。首先利用每台台阶仪自带的标准台阶样块对台阶仪进行自校，然后用自校后的台阶仪对标称值为41.9nm～23.89μm的一系列台阶高度样块分别测量10次，10次测量分别在台阶高度样块的不同位置进行。取多台台阶仪的测量数据求平均值，把平均值作为各样块的标准值。
2010年我所新购置了一台型号为P-6的台阶仪，该台阶仪配有一块标称高度为948.0nm的台阶高度样块以及VLSI对该样块出具的校准证书。我们采用多台台阶仪重复测量求平均值的方法对该样块进行定标，最终给出的台阶高度值与VLSI证书中给出的标准值进行比较，来验证该方法的可行性。
2.台阶高度样块标定
我所现有的3种型号的台阶仪，技术指标如表1所示。
现选取证书在有效期内的标称值为948.0nm的台阶高度样块，在多台台阶仪各重复测量10次，测量结果如表2所示。
取上表中所有台阶仪测量结果平均值的平均值作为该台阶高度样块的标准值，即
式中，h为平均值法测得的台阶高度样块的标准值; 为各台阶仪十次测量结果的平均值。
下面对测量结果进行不确定度评定。
2.1 重复测量引入的不确定度
由于我们采用多台台阶仪对该台阶高度样块进行重复测量，因此标准偏差为：
式中，s为标准偏差;m为台阶仪台数;si为各台台阶仪测量标准样块的重复性。则，
2.2 台阶仪测量重复能力引入的不确定度
各台台阶仪重复能力如表1所示，假定其服从均匀分布，取包含因子 ，则由台阶仪测量重复能力引入的不确定度为
2.3 台阶仪垂直分辨力引入的不确定度
各台台阶仪分辨力如表1所示，假定其服从均匀分布，取包含因子 ，则由台阶仪分辨力引入的不确定度为
2.4 合成标准不确定度
2.5 扩展不确定度
3.结论
采用多台台阶仪重复测量求平均值的方法测量台阶高度样块，测量结果为 ，k=2;VLSI出具的证书中标准值为 ，k=2.31，结果一致。这就验证了我所多年来对台阶高度样块定标的方法是可行的。采用此方法对41.9nm～23.89μm的一系列台阶高度样块定标，解决了台阶高度样块的溯源问题，从而可以使用此系列台阶高度样块对台阶仪进行较大范围内的校准。
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冯亚南(1984-)，女，河北石家庄人，技师，大学本科，毕业于河北工业大学，从事计量技术工作。
