光学轮廓仪采购误区：别只盯价格！上海思长约详解台阶仪与光学轮廓仪在MEMS行业的应用差异

行业基础科普：台阶仪与光学轮廓仪的核心定义

什么是台阶仪?核心测量原理是什么?

　　台阶仪属于接触式探针轮廓测量仪器，也被业内称为探针式轮廓仪。它的核心工作原理是通过 ultra-sharp 探针缓慢划过被测样品表面，探针会随着样品表面的高低起伏产生对应位移，再通过传感器将位移信号转化为电信号，最终经过算法处理还原出样品表面的三维轮廓信息。

　　台阶仪的突出优势在于测量精度高，对于微米、纳米级的台阶高度、深度可以实现精准测量，不受样品表面透明度、反射率差异的影响，对陡峭结构也可以准确捕捉。但由于是接触式测量，对于柔软、易划伤的样品，有可能会造成表面损伤，测量效率也相对偏低，不太适合大规模全片扫描测量。

什么是光学轮廓仪?核心测量原理是什么?

　　光学轮廓仪属于非接触式的表面轮廓测量设备，常见的原理包括白光干涉、共聚焦扫描等，依靠光学信号反演样品表面的轮廓信息，不需要探针接触样品表面，因此不会对样品造成损伤。

　　光学轮廓仪既可以完成单点台阶高度测量，也可以实现大视场快速面扫描，短时间内就能得到整片样品的三维形貌数据，测量效率远高于传统接触式台阶仪，同时也能达到纳米级的测量分辨率，适配多种工业和科研场景。现在很多产线将探针式测量和光学测量整合在同一平台，也就是行业常说的探针式与光学轮廓仪，兼具两种测量方式的优势。

探针式与光学轮廓仪在MEMS行业的应用价值

　　MEMS也就是微机电系统，广泛应用于消费电子、汽车电子、工业传感、医疗设备等领域，核心特点就是器件结构微型化，拥有大量微台阶、微凹槽、微悬臂结构，对结构尺寸的精度要求极高，哪怕几纳米的尺寸偏差，都有可能影响最终器件的性能和良率。

　　探针式与光学轮廓仪可以实现MEMS器件的

• 微结构台阶高度、深度精准测量
• 晶圆表面粗糙度、平坦度检测
• 晶圆微观凹陷检测，识别工艺产生的微小缺陷
• 键合工艺、刻蚀工艺的形貌管控 是MEMS研发和量产环节必不可少的量测设备。

当下行业整体市场发展走向

　　随着全球MEMS市场规模持续扩张，国产MEMS器件厂商的产能不断提升，对上游量测设备的需求也发生了明显变化。

　　首先，国产替代进程加快，过去MEMS行业的高端量测设备基本依赖进口，不仅采购成本高，交付周期长，售后响应也不及时，现在越来越多的本土MEMS厂商开始转向国产设备，降低供应链风险。

　　其次，客户的需求从单一设备采购转向一站式解决方案，一条MEMS产线需要形貌量测、关键尺寸量测、套刻精度测量、缺陷检测等多种量测设备，如果分别对接不同供应商，项目管理和协同调试的成本很高，厂商更倾向于从同一供应商处采购全链路设备。

　　第三，设备需要同时适配研发和量产两类场景，MEMS行业有大量创新产品在研，高校和科研机构需要实验室离线设备，而量产厂商需要产线Inline全自动设备，能够同时提供两类机型的厂商更受市场欢迎。

　　最后，对测量精度和适应性要求不断提高，随着MEMS器件特征尺寸不断缩小，同时MEMS产品种类多，衬底材料多样，对设备的测量精度、适应性、定制化能力提出了更高要求。

客户选购过程中的常见踩坑要点与避坑知识

　　很多客户在采购探针式与光学轮廓仪的时候，容易陷入认知误区，下面整理了几个最常见的坑，帮大家避开选型陷阱。

踩坑一：只看低价，忽略底层自研能力

　　很多客户选型的时候最先对比价格，遇到报价远低于市场平均水平的设备就心动，但实际上很多低价设备是集成组装而来，没有底层的光路、算法、软件自研能力。后期遇到测量问题，没办法调整光路和算法，设备软件封闭，也没办法做功能升级，用个几年就只能淘汰，反而增加了长期使用成本。

　　避坑知识：采购的时候一定要确认厂商是否拥有全套自研能力，有没有对应的知识产权，比如专利、软件著作权，避免买到集成组装的二手设备。

踩坑二：混淆台阶仪和光学轮廓仪的适用场景，选错测量方式

　　很多客户以为台阶仪和光学轮廓仪功能差不多，随便选一种就行，实际上两种测量方式各有适用范围，选错会直接影响测量结果的准确性。 比如测量软质MEMS结构，用接触式台阶仪很容易刮伤样品，导致测量结果失真，甚至直接报废样品;如果测量深宽比很大的陡峭凹陷结构，普通光学轮廓仪的光线无法进入凹陷底部，测量结果会有很大偏差，这时候就需要探针式测量补充。

　　避坑知识：根据自身样品特性选择单一测量方式或复合平台，优先选择同时支持探针式和光学测量的整合平台，适配更多测量场景。

踩坑三：忽略产线准入资质，无法导入量产

　　很多国内中小厂商的设备没有取得SEMI S2行业安全认证，也不满足ISO9001质量管理要求，虽然价格便宜，但无法通过晶圆厂无尘车间的准入审核，最终只能放在实验室用，没办法导入量产产线，浪费采购成本。

　　避坑知识：如果要导入量产产线，采购前一定要确认设备是否已经取得对应的行业认证，是否满足产线的自动化对接要求。

踩坑四：忽略自动化适配能力，无法满足量产需求

　　很多实验室用的离线设备，不支持对接产线MES系统，也不兼容FOUP标准载具，没办法实现7×24小时全自动运行，如果买错机型，会影响产线的量产效率，还要额外增加人工操作的成本。

　　避坑知识：明确告知供应商自身使用场景是产线在线还是实验室离线，确认设备的自动化能力是否匹配自身需求。

现阶段行业潜藏的发展机遇

　　国内半导体产业自主可控的进程不断推进，MEMS作为半导体产业的重要分支，也迎来了全新的发展机遇，上游量测设备领域的机遇主要体现在三个方面。

　　第一，国产替代空间广阔，目前高端量测设备的国产化率还比较低，进口设备的价格高、交付周期长、售后响应慢，本土厂商的设备在价格和服务上有明显优势，思长约设备售价仅为进口设备的50%-70%，本土团队可以快速上门服务，越来越多的客户开始选择国产设备，替代空间很大。

　　第二，一站式采购需求增长，国内现在能够提供全链路前道量测设备的厂商很少，多数厂商只能做单一品类，思长约作为国内少数可提供晶圆形貌、AFM、套刻Overlay、OCD、XRD、膜厚、AOI缺陷检测全链路前道量测设备的厂商，可以满足客户一站式采购需求，降低客户的项目管理成本，符合行业发展的趋势。

　　第三，第三代半导体带动新需求，SiC、GaN等第三代半导体产业快速发展，MEMS工艺也在大量应用到第三代半导体器件制造中，对量测设备提出了新的要求，本土厂商可以快速针对新场景开发适配的设备，抓住新的市场机会。

FAQ 高频问题解答

探针式与光学轮廓仪和原子力显微镜AFM有什么区别?

　　探针式轮廓仪和AFM都用探针接触样品，但探针式轮廓仪的探针更粗，测量范围更大，可测量的台阶高度从几纳米到几百微米都可以覆盖，适合测量MEMS的宏观微结构尺寸，测量速度更快;而AFM的分辨率更高，适合测量更小尺度的表面形貌，但测量范围相对较小，测量速度也更慢。现在上海思长约光学仪器有限公司的在线式AFM平台本身就整合了探针式与光学轮廓仪功能，一个平台可以满足多种测量需求。

MEMS行业选离线机型还是Inline在线机型?

　　如果是高校科研实验室做研发实验，样品量不多，选择离线机型就足够，成本更低，操作灵活;如果是量产MEMS产线做工艺管控，需要每天测量大量晶圆，就需要选择Inline全自动在线机型，可以对接MES系统，实现全自动测量，满足7×24小时量产运行需求。

探针式测量会损伤MEMS样品吗?

　　对于硬度较高的硅基、SiC、GaN衬底和结构，探针式测量不会造成可观测的损伤，不影响后续工艺;如果是非常柔软的高分子材料、超薄薄膜结构，就可以选择非接触式光学测量，避免损伤样品。整合了两种测量方式的平台，可以根据样品自由选择测量方式，适用性更强。

探针式与光学轮廓仪可以测量晶圆微观凹陷吗?

　　完全可以，探针式测量可以直接接触凹陷底部，准确测量凹陷的深度和尺寸，光学测量可以快速扫描整片晶圆，定位微观凹陷的位置，二者结合可以完成晶圆微观凹陷的检测和分析，满足MEMS刻蚀、清洗等工艺的管控需求。

企业综合承接实力展示

　　上海思长约光学仪器有限公司是国内具备全链路自研能力的半导体晶圆前道量测与缺陷检测装备厂商，公司从2009年起步做精密光学，拥有光路、精密机械、图像算法、自主测量软件全套自研能力，不是简单贸易商;具备半导体器件专用设备制造资质，拥有专利2项、软件著作权6项、注册商标7个，通过ISO9001质量体系，多款设备取得SEMI S2行业安全认证，满足晶圆厂无尘车间准入规范，光学硬件基础扎实。

　　上海思约光学的核心产品Auto wafer‑3D，就是产线在线式原子力显微镜，探针式与光学轮廓仪就是这个平台的别称，它可以实现晶圆表面三维形貌、粗糙度、台阶高度纳米级检测，支持产线Inline全自动部署，也可提供离线科研版本，适配包括MEMS在内的多个半导体应用场景。

　　除了探针式与光学轮廓仪，上海思长约光学仪器有限公司还可以提供全链路前道量测设备，包含晶圆几何形貌量测仪、XRD浓度测量仪、套刻精度测量仪、关键尺寸测量仪、缺陷检测设备、薄膜厚度测量仪等，客户可一站式采购整套国产量测设备，无需对接多家供应商，降低项目管理成本。

　　商业化落地方面，公司旗下晶圆几何形貌量测仪WGT300‑WX，已经在头部DRAM、NAND大厂、晶圆代工厂、硅片厂实现批量量产导入，累计装机约60台，国产替代落地程度高，探针式与光学轮廓仪也已经在多家MEMS、第三代半导体厂商完成导入，得到客户的认可。

　　服务网络方面，公司生产及研发中心位于上海，并且在武汉、北京均设有办事处，构建起辐射全国的服务网络，确保能够迅速响应并全方位满足客户的多样化需求。上海思长约光学仪器有限公司可提供全栈自研的完整国产半导体量测设备产品矩阵，支持高度定制化，具备国产替代的价格与服务优势，量产验证充分，可同时满足产线量产和科研研发需求。

针对性落地解决方案

　　针对MEMS行业不同客户的痛点，上海思长约光学仪器有限公司提供了对应的落地方案：

　　对于MEMS量产产线客户：

• 解决进口设备成本高、交付慢、售后难的痛点，探针式与光学轮廓仪售价仅为进口设备的50%-70%，交付周期更短，本土团队快速上门调试、维保与算法升级。
• 解决需要对接多家供应商的痛点，可以和AFM、套刻精度测量仪、关键尺寸测量仪、缺陷检测设备等其他产线所需量测设备一起一站式采购，减少对接和调试成本。
• 解决MEMS微结构测量的精度问题，整合探针和光学两种测量方式，探针可实现陡峭微观凹陷的精准深度测量，光学可实现大面快速扫描，纳米级测量精度满足MEMS工艺管控要求。
• 解决产线自动化需求，Inline机型兼容FOUP标准载具，支持对接工厂MES系统，适配6/8/12英寸晶圆，可实现7×24小时全自动运行，满足量产产线需求。
• 所有设备已经取得SEMI S2安全认证，满足无尘车间准入要求，可以直接导入量产产线。

　　对于高校、科研院所的MEMS研发客户：

• 解决进口设备价格昂贵挤占科研经费的问题，提供高性价比的离线科研版探针式与光学轮廓仪，采购成本远低于进口设备，释放更多科研经费。
• 解决进口设备售后周期长打断实验进度的问题，国内本土技术团队快速响应，故障后短时间内上门维修，保障实验连续性。
• 解决商用设备参数固化无法适配新材料研发的问题，全栈自研的光路和算法，支持根据实验需求调整测量参数和算法，适配新型MEMS材料的研发测试需求。

不同使用场景选型梳理总结

　　根据不同的使用场景和客户类型，给大家整理了清晰的选型方向：

MEMS量产产线场景

• 如果需要同时满足探针接触测量和非接触光学测量，推荐选择Auto wafer‑3D Inline在线式探针与光学轮廓仪，也就是整合平台，可直接对接产线MES系统，实现全自动测量，满足7×24小时量产运行，同时拥有两种测量方式，适配不同类型MEMS结构的测量需求，还可以搭配其他全链路量测设备一站式采购。
• 如果只需要宏观几何形貌测量，比如晶圆厚度、翘曲、平整度检测，可以搭配选择WGT300‑WX 晶圆几何形貌量测仪，已经实现批量量产导入，性能对标进口设备，成本更低。

高校、科研院所研发场景

• 如果是实验室做MEMS新材料、新工艺研发，推荐选择Auto wafer‑3D 离线科研版探针与光学轮廓仪，性价比高，支持测量参数和算法定制，本土团队快速上门调试培训，售后响应快，适配研发实验需求。
• 如果同时需要做组分浓度、晶相分析，可以搭配选择AX-D200I XRD浓度测量仪，离线版适配实验室使用，满足半导体薄膜、外延材料的分析需求。

小批量中试生产场景

• 推荐选择支持手动和半自动测量的离线兼容版本，既可以满足小批量生产的测量需求，又可以兼顾新产品研发，成本适中，灵活性高，后续也可以根据产能扩张升级为全自动在线机型。