JJF(皖)146-2023白光干涉轮廓仪校准规范.pdf
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1、(皖)安徽省地方计量技术规范JJF(皖)1462023白光干涉轮廓仪校准规范Calibration Specification for White Light Interference Profiler2023-01-09 发布2023-03-01 实施安徽省市场监督管理局发 布JJF(皖)1462023归 口 单 位:安徽省几何量计量技术委员会主要起草单位:安徽省计量科学研究院安徽省长江计量所参加起草单位:深圳市中图仪器股份有限公司中国计量大学合肥一煊检测技术有限公司中乾格致精密测量技术(杭州)有限公司本规范委托安徽省几何量计量技术委员会解释JJF(皖)146-2023白光干涉轮廓仪校准规范
2、Calibration Specification for White LightInterference ProfilerJJF(皖)1462023本规范主要起草人:丁晨(安徽省计量科学研究院)童树之(安徽省长江计量所)邢献军(安徽省计量科学研究院)石韡(安徽省长江计量所)蒋加平(安徽省长江计量所)参加起草人:刘见桥(深圳市中图仪器股份有限公司)程银宝(中国计量大学)魏超(合肥一煊检测技术有限公司)崔洪彬(中乾格致精密测量技术(杭州)有限公司)JJF(皖)1462023I目录引言.III1范围.12引用文件.13术语.13.1台阶高度.13.2线间隔.14概述.24.1用途.24.2构造.2
3、4.3原理.25计量特性.45.1垂直(Z)方向示值误差.45.2垂直(Z)方向示值重复性.45.3水平(X、Y)方向示值误差.45.4水平(X、Y)方向示值重复性.45.5表面粗糙度(Ra)示值误差.46校准条件.46.1环境条件.46.2测量标准及其他设备.47校准项目和校准方法.47.1垂直(Z)方向示值误差.47.2垂直(Z)方向示值重复性.67.3水平(X、Y)方向示值误差.67.4水平(X、Y)方向示值重复性.77.5表面粗糙度(Ra)示值误差.78校准结果的表达.8JJF(皖)1462023II9复校时间间隔.8附录 A垂直(Z)方向示值误差校准结果的测量不确定度评定.9附录 B
4、校准证书内容及内页格式.13JJF(皖)1462023III引言JJF 10012011通用计量术语及定义、JJF 1059.12012测量不确定度评定与表示、JJF 10712010国家计量校准规范编写规则和 JJF 10942002测量仪器特性评定共同构成支撑本校准规范制定的基础性系列规范。本规范为首次发布。JJF(皖)14620231白光干涉轮廓仪校准规范1范围本规范适用于白光干涉轮廓仪的校准。2引用文件本规范引用了下列文件:GB/T 106102009产品几何技术规范(GPS)表面结构 轮廓法 评定表面结构的规则和方法GB/T 395162020微纳米标准样板(几何量)凡是注日期的引用
5、文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3术语3.1台阶高度step height(GB/T 395162020,台阶高度 3.3)具有微纳米级准确度和均匀性的台阶或沟槽。台阶高度示意图见图 1。图 1台阶高度示意图3.2线间隔pitch(GB/T 395162020,线间隔 3.2)具有微纳米级准确度和均匀性、刻线间距 P 不大于 10 m 的周期性刻线。以相邻同侧周期性刻线边缘之间的距离或相邻周期性刻线几何结构中心之间的距离表征刻线间隔。线间隔示意图见图 2。JJF(皖)14620232图 2线间隔示意图4概述4.1用途白光干涉
6、轮廓仪主要用于样品微纳级表面粗糙度、台阶高度等表面形貌特征的测量和分析,在纳米科学、材料科学等研究领域以及半导体、微电子等行业中广泛应用。4.2构造白光干涉轮廓仪主要由光学系统、运动电机、扫描模块和测量软件等组成,其光学系统主要有照明光路和成像光路两个部分,光路构造示意图如图 3 所示。图 3白光干涉轮廓仪光路构造示意图4.3原理JJF(皖)14620233白光干涉轮廓仪结构示意图见图4。光源发出的光经过扩束准直后进入到干涉物镜,在分光板的作用下分为两束,其中反射到参考板上的光称为参考光,透过分光板入射到样品表面的光称为测试光,参考光经参考板反射和经样品表面发射的测试光在分光板合束,满足干涉条
7、件则在物镜表面形成干涉条纹并出射,被成像系统成像。图 4白光干涉轮廓仪结构示意图当参考光和测试光的光程差满足如下条件,如公式(1)所示。m 为奇数时,光程差为半波长偶数倍,形成亮条纹,m 为偶数时,光程差为半波长奇数倍,形成暗条纹,光程差为 0 时,形成的则是 0 级条纹,0 级条纹光强最大。扫描模块带动光学系统对被测样品表面(测量区域内)从低到高进行扫描,获取每一个点在整个测试光和参考光的光程差处于相干长度范围内时形成的干涉条纹图像。提取测量区域内每一个点在整个扫描过程中获取的所有干涉条纹图像中的光强值,并进行拟合,求出每个点处于零级条纹时所对应的位置,则可知道每个点的相对高度,即可完成样品
8、表面三维形貌的测量。L=(m+1)/2(1)式中:L 光程差;光源中心波长;m 整数。5计量特性5.1垂直(Z)方向示值误差5.2垂直(Z)方向示值重复性物镜组参考板分光板样品JJF(皖)146202345.3水平(X、Y)方向示值误差5.4水平(X、Y)方向示值重复性5.5表面粗糙度(Ra)示值误差6校准条件6.1环境条件温度:(202),温度变化1/h,湿度:80%RH。6.2测量标准及其他设备测量标准及其他设备见表 1。允许使用满足测量不确定度要求的其他测量标准及其他设备进行校准。表1测量标准及其他设备序号测量标准及其他设备名称技术要求1微纳米台阶高度标准样板U=0.002 m+0.5%
9、H,k=22微纳米线间隔标准样板U=0.002 m+0.3%P,k=23单晶硅超光滑样块U=1.5 nm,k=27校准项目和校准方法校准前首先检查外观和各部分相互作用,确定没有影响计量特性因素后再进行校准。7.1垂直(Z)方向示值误差垂直(Z)方向示值误差使用白光干涉轮廓仪对微纳米台阶高度标准样板的台阶高度直接测量后得出。如图 5 所示,选取微纳米台阶高度标准样板的中心测量线作为台阶高度的测量位置,图中 W 代表台阶可测宽度,以 A、B、C 三个区域为测量区域,选取测量台阶可测宽度的三倍进行测量,即 A、B、C 三个区域选取均为台阶可测宽度,测量时采用相对 A、B、C 测量区域中心点对称的三分
10、之一 W 宽度作为有效计算区域。台阶高度单次测量值按公式(2)计算:2jjjcaH(2)式中:jH台阶高度单次测量值,m;ja区域 B 相对于区域 A 的台阶差值,m;jc区域 B 相对于区域 C 的台阶差值,m。JJF(皖)14620235图 5台阶高度测量示意图连续重复测量 10 次,按公式(3)计算其测量数据的平均值作为台阶高度标准样板的台阶高度测量结果。mHHmjj1(3)式中:H台阶高度测量结果,m;m重复测量次数,此处10m。按公式(4)计算仪器垂直(Z)方向示值误差:%100/)(00HHHeh(4)式中:he垂直(Z)方向示值误差,%;H台阶高度测量结果,m;0H台阶高度标准样
11、板的标准值,m。JJF(皖)146202367.2垂直(Z)方向示值重复性将 7.1 的台阶高度重复测量 10 次测得的数据,用公式(5)计算其相对标准偏差,作为白光干涉轮廓仪的垂直(Z)方向示值重复性。%1001)(012HmHHrmjj(5)式中:r白光干涉轮廓仪垂直(Z)方向示值重复性,%;jH台阶高度单次测量值,m;H台阶高度测量平均值,m;0H台阶高度标准样板的标准值,m;m重复测量次数,此处10m。7.3水平(X、Y)方向示值误差水平(X、Y)方向示值误差使用白光干涉轮廓仪对微纳米线间隔样板的线间隔直接测量后得出。如图 6 所示,在微纳米线间隔标准样板的有效测量区域内,选取多个周期
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