探针式轮廓仪通过物理探针接触样品表面，以高精度测量微观形貌。其核心原理是：探针（通常为金刚石材质，曲率半径50nm-25μm可选）在样品表面划动时，表面微观凹凸使探针产生垂直位移，位移传感器（如压电陶瓷或激光干涉式）将机械位移转化为电信号，经放大、滤波后重建三维轮廓。该技术可实现0.1nm级垂直分辨率和0.05-0.2μm横向分辨率，测量范围达55mm，适用于晶圆薄膜厚度、金属表面粗糙度等场景。
精度影响因素可归纳为以下核心维度：
探针参数
半径：半径过小（如<1μm）虽能提升横向分辨率，但易磨损且可能划伤软质材料（如光刻胶、铝膜）；半径过大则降低分辨率。
测量力：需控制在微牛级（通常2-5mg），力过大会导致软材料表面变形，力过小则可能引发接触不良。高设备采用力反馈系统动态调整压力。
设备校准与运动控制
校准误差：需定期用标准样块（如1μm台阶）验证台阶高度重现性（要求<4Å）。
扫描速度：速度过快（>1mm/s）可能引发探针脱离表面或产生动测量力，速度过慢则降低效率。典型优化速度为0.1-0.5mm/s。
载物台精度：采用超平扫描台和压电陶瓷驱动，确保X/Y方向平移相差<0.1μm。
环境与操作因素
温湿度：温度波动（>±1℃）或湿度变化（>±10%RH）可能引发热膨胀或静电干扰，需在恒温恒湿室（16-25℃/30-40%RH）操作。
样品处理：表面需清洁无油污，且测量方向应垂直于加工纹路以避免方向性误差。
