JJF(皖) 146-2023 白光干涉輪廓儀校準(zhǔn)規(guī)范　　

安徽省地方計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF(皖)146—20232023-01-09發(fā)布2023-03-01實(shí)施安徽省市場監(jiān)督管理局發(fā)布?xì)w口單位：安徽省幾何量計(jì)量技術(shù)委員會主要起草單位：安徽省計(jì)量科學(xué)研究院參加起草單位：深圳市中圖儀器股份有限公司中乾格致精密測量技術(shù)(杭州)有限公司JJF（皖）146—2023I 1 1 1 1 1 2 2 2 2 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 6 6 7 7 8 8 9 1白光干涉輪廓儀校準(zhǔn)規(guī)范GB/T10610—2009產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法評定表面結(jié)構(gòu)的GB/T39516—2020微納米標(biāo)準(zhǔn)樣板(幾何量)其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。3.1臺階高度stepheight(GB/T39516—2020,臺階高度3.3)具有微納米級準(zhǔn)確度和均勻性的臺階或溝槽。臺階高度示意圖見圖1。范m3.2線間隔pitch(GB/T39516—2020,線間隔3.2)具有微納米級準(zhǔn)確度和均勻性、刻線間距P不大于10μm的周期性刻線。以相鄰?fù)瑐?cè)周期性刻線邊緣之間的距離或相鄰周期性刻線幾何結(jié)構(gòu)中心之間的距離表征刻線間隔。線間隔示意圖見圖2。2白光干涉輪廓儀主要用于樣品微納級表面粗糙度、臺階高度等表面形貌特征的測量和分析，在納米科學(xué)、材料科學(xué)等研究領(lǐng)域以及半導(dǎo)體、微電子等行業(yè)中廣泛應(yīng)用。白光干涉輪廓儀主要由光學(xué)系統(tǒng)、運(yùn)動電機(jī)、掃描模塊和測量軟件等組成，其光學(xué)系統(tǒng)主要有照明光路和成像光路兩個(gè)部分，光路構(gòu)造示意圖如圖3所示。濾光片聚光鏡準(zhǔn)直鏡分光片3白光干涉輪廓儀結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。光源發(fā)出的光經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直后進(jìn)入到干涉物鏡，在分光板的作用下分為兩束，其中反射到參考板上的光稱為參考光，透過分光板入射到樣品表面的光稱為測試光，參考光經(jīng)參考板反射和經(jīng)樣品表面發(fā)射的測試光在分光板合束，滿足干涉條件則在物鏡表面形成干涉條紋并出射，被成像系統(tǒng)成像。呂當(dāng)參考光和測試光的光程差滿足如下條件，如公式(1)所示。m為奇數(shù)時(shí)，光程差為半波長偶數(shù)倍，形成亮條紋，m為偶數(shù)時(shí)，光程差為半波長奇數(shù)倍，形成暗條紋，光程差為0時(shí)，形成的則是0級條紋，0級條紋光強(qiáng)最大。掃描模塊帶動光學(xué)系統(tǒng)對被測樣品表面(測量區(qū)域內(nèi))從低到高進(jìn)行掃描，獲取每一個(gè)點(diǎn)在整個(gè)測試光和參考光的光程差處于相干長度范圍內(nèi)時(shí)形成的干涉條紋圖像。提取測量區(qū)域內(nèi)每一個(gè)點(diǎn)在整個(gè)掃描過程中獲取的所有干涉條紋圖像中的光強(qiáng)值，并進(jìn)行擬合，求出每個(gè)點(diǎn)處于零級條紋時(shí)所對應(yīng)的位置，則可知道每個(gè)點(diǎn)的相對高度，即可完成樣品表面三維形貌的測量。式中：△L——光程差；λ——光源中心波長；5.1垂直(Z)方向示值誤差5.2垂直(Z)方向示值重復(fù)性JJF（皖）146—20234表1測量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備序號測量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備名稱技術(shù)要求1微納米臺階高度標(biāo)準(zhǔn)樣板U=0.002μm+0.5%H，k=22微納米線間隔標(biāo)準(zhǔn)樣板U=0.002μm+0.3%P，k=23單晶硅超光滑樣塊校準(zhǔn)前首先檢查外觀和各部分相互作用，確定沒有影響計(jì)量特性因素后再進(jìn)行校7.1垂直（Z）方向示值誤差垂直（Z）方向示值誤差使用白光干涉輪廓儀對微納米臺階高度標(biāo)準(zhǔn)樣板的臺階高度直接測量后得出。如圖5所示，選取微納米臺階高度標(biāo)準(zhǔn)樣板的中心測量線作為臺階高度的測量位置，圖中W代表臺階可測寬度，以A、B、C三個(gè)區(qū)域?yàn)闇y量區(qū)域，臺階高度單次測量值按公式（2）計(jì)算：Hajcj（2）j2Hj——臺階高度單次測量值，μm；aj——區(qū)域B相對于區(qū)域A的臺階差值，μm；cj——區(qū)域B相對于區(qū)域C的臺階差值，μm。5X連續(xù)重復(fù)測量10次，按公式(3)計(jì)算其測量數(shù)據(jù)的平均值作為臺階高度標(biāo)準(zhǔn)樣按公式(4)計(jì)算儀器垂直(Z)方向示值誤差：eh——垂直(Z)方向示值誤差，%;67.2垂直(Z)方向示值重復(fù)性將7.1的臺階高度重復(fù)測量10次測得的數(shù)據(jù)，用公式(5)計(jì)算其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，作為白光干涉輪廓儀的垂直(Z)方向示值重復(fù)性。式中：r——白光干涉輪廓儀垂直(Z)方向示值重復(fù)性，%;H——臺階高度測量平均值，μm;7.3水平(x、Y)方向示值誤差水平(x、Y)方向示值誤差使用白光干涉輪廓儀對微納米線間隔樣板的線間隔直接測量后得出。如圖6所示，在微納米線間隔標(biāo)準(zhǔn)樣板的有效測量區(qū)域內(nèi)，選取多個(gè)周期的線間隔長度作為數(shù)據(jù)采集區(qū)。選取依據(jù)如下：對于線間隔小于1μm的微納米線間隔標(biāo)淮樣板，在微納米線間隔標(biāo)準(zhǔn)樣板的有效測量區(qū)域內(nèi)選取任意10個(gè)線間隔的長度作為數(shù)據(jù)采集區(qū)；對于其它尺寸的微納米線間隔標(biāo)準(zhǔn)樣板，可以在微納米線間隔標(biāo)準(zhǔn)樣板的有效測量區(qū)域內(nèi)選取2~10個(gè)線間隔長度作為數(shù)據(jù)采集區(qū)。有效測量區(qū)域有效測量區(qū)域PP?7按公式(7),計(jì)算水平(X、Y)方向示值誤差。將7.3的線間隔重復(fù)測量10次測得的數(shù)據(jù)，用公式(8)計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差，作為白JJF（皖）146—20238塊有效區(qū)域內(nèi)任意選取一條中心線進(jìn)行測量，按公式（9）計(jì)算白光干涉輪廓儀表面粗eRaRaRa0（9）aRa——表面粗糙度測量結(jié)果，nm；Ra0——單晶硅超光滑樣塊有效區(qū)域表面粗糙度，nm。RaiRa（10）Ra——表面粗糙度測量結(jié)果，nm；m——重復(fù)測量次數(shù)，此處m10。校準(zhǔn)后的白光干涉輪廓儀出具校準(zhǔn)證書。校JJF（皖）146—202300H——臺階高度測量值，μm；uehc2Hu2Hc2H0u2H0（A.2）cH,cH0A.4.1垂直方向測量重復(fù)性引入的A.4.2垂直方向測量分辨力引入的A.4.3微納米臺階高度標(biāo)準(zhǔn)樣板臺階高度標(biāo)準(zhǔn)值引入的A.4.4溫度變化導(dǎo)致臺階高度樣板尺寸變化引入的A.5不確定度分量的評定A.5.1垂直方向測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(H)使用白光干涉輪廓儀對2μm臺階高度標(biāo)準(zhǔn)樣板臺階高度重復(fù)測量10次，測量數(shù)據(jù)12345689用貝塞爾公式計(jì)算單次測量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差：s——白光干涉輪廓儀垂直(Z)方向示值重復(fù)性，nm;H,—臺階高度單次測量數(shù)據(jù)，μm;m——測量次數(shù)。由正文可知，以10次測量數(shù)據(jù)的平均值作為測量結(jié)果，故標(biāo)準(zhǔn)不確定度：A.5.2垂直方向測量分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u?(H)白光干涉輪廓儀的垂直方向測量分辨力為0.01nm,按均勻分布，則白光干涉輪廓儀分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定為：u?(H)=0.01nm/2√3≈0.00由于測量重復(fù)性所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度大于儀器分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，所以后者已包含在重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)不確定度中，即臺階高度測量值引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：A.5.3微納米臺階高度標(biāo)準(zhǔn)樣板臺階高度標(biāo)準(zhǔn)值引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u?(H?)A.5.4溫度變化導(dǎo)致臺階高度樣板尺寸變化引入的標(biāo)準(zhǔn)不A.6不確定度分量的計(jì)算A.6.2臺階高度標(biāo)準(zhǔn)值引入的不確定度不確定度分量一覽表見表A.2不確定度來源不確定度分量值臺階高度測量值引垂直方向測量重復(fù)性引入的不確定度垂直方向測量分辨力引入的不確定度(忽略不計(jì))臺階高度標(biāo)準(zhǔn)值引微納米臺階高度標(biāo)準(zhǔn)樣板臺階高度標(biāo)準(zhǔn)值引入的不確定度溫度變化導(dǎo)致臺階高度樣板尺寸變化引入的不確定度JJF（皖）146—2023A.7合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度ucehuceh Urelkuc0.30%×2=0.60%b）實(shí)驗(yàn)室名稱和地址；g）進(jìn)行校準(zhǔn)的日期，如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時(shí)h）如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時(shí)，應(yīng)對被校樣品的抽樣程序進(jìn)行j）本次校準(zhǔn)所用測量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說明；p）未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書面批準(zhǔn)，不得部分復(fù)制證書的聲明。表B.1校準(zhǔn)證書內(nèi)頁格式序號校準(zhǔn)項(xiàng)目校準(zhǔn)結(jié)果1