JJF(皖) 98-2020 微納米線間隔標(biāo)準(zhǔn)樣板校準(zhǔn)規(guī)范

(滬蘇浙皖)滬蘇浙皖地方計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范CalibrationSpecificationforMicro/Nano-PitchStandards上海市市場監(jiān)督管理局江蘇省市場監(jiān)督管理局發(fā)布浙江省市場監(jiān)督管理局安徽省市場監(jiān)督管理局微納米線間隔標(biāo)準(zhǔn)樣板校準(zhǔn)規(guī)范CalibrationSpecificatioJJF(皖）98-2020JJF(皖）98-2020I II 8 9 JJF(皖）98-2020JJF1071-2010《國家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范編寫規(guī)則》、JJF1001—2011《通用計(jì)量JJF(皖）98-20201微納米線間隔標(biāo)準(zhǔn)樣板校準(zhǔn)規(guī)范GB/T3505—2009產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu)輪廓法術(shù)語、定義GB/T19067.1—2003產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu)輪廓法測量標(biāo)GB/T19067.2—2004產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu)輪廓法測量注：凡是注明日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本規(guī)范。3.2掃描探針顯微鏡（scanningprobemicroscope,S基于探針對被測樣品進(jìn)行表面形貌掃描成像的顯微樣品的不同相互作用來探測待測樣品表面或界面在納米尺3.3計(jì)量型掃描探針顯微鏡（metrologicalscanningprobemicroscope,MSPM）鏡。比如，沿X、Y、Z坐標(biāo)軸分別裝備校準(zhǔn)位置誤差的激光干涉測量系統(tǒng)的掃2圖1重心間距示意圖4概述線間隔標(biāo)準(zhǔn)樣板包括：微納米的線紋標(biāo)尺、CD線間隔、一維微納米柵格結(jié)構(gòu)、二維微納米柵格結(jié)構(gòu)，如一維、二維光柵，微納米線陣列，微納米點(diǎn)陣列等。線間隔標(biāo)準(zhǔn)樣板主要用于掃描探針顯微鏡(AFM、STM)、電子顯微鏡(透準(zhǔn)樣板外形如圖2所示。圖2線間隔標(biāo)準(zhǔn)樣板示意圖5計(jì)量特性表1線間隔標(biāo)準(zhǔn)樣板計(jì)量特性技術(shù)要求序號12二維線間隔正交性MPE:±0.05°3線間隔均勻性s注：作為校準(zhǔn)，不判斷合格與否，表1中的計(jì)量特性技術(shù)要求，僅供參35.2二維線間隔的正交性對于二維微納米線間隔標(biāo)準(zhǔn)樣板，以二維線間隔X、Y方向的夾角作為其正交性。5.3線間隔均勻性在樣板有效測量區(qū)域內(nèi)均勻選取多條測量線，以其一維或二維節(jié)距的多次測量結(jié)果的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差給出。6校準(zhǔn)條件6.1環(huán)境條件校準(zhǔn)過程中環(huán)境條件如表2。室溫的變化(℃/h)校準(zhǔn)室的空氣潔凈度優(yōu)于10萬級被校準(zhǔn)樣板在室內(nèi)平衡溫度時間(h)校準(zhǔn)室內(nèi)應(yīng)無影響測量的振動源。6.2測量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備微納米線間隔標(biāo)準(zhǔn)樣板的校準(zhǔn)項(xiàng)目及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)器見表3。序號校準(zhǔn)項(xiàng)目1平均線間隔PU=1nm+0.01P,k=22二維線間隔的正交性3線間隔均勻性s7校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法7.1平均線間隔使用計(jì)量型掃描探針顯微鏡掃描被測樣板，掃描前應(yīng)確定與柵格結(jié)構(gòu)正交的掃描方向(方法參見附錄D),沿正交掃描方向掃描樣板特征區(qū)域。選3個測量區(qū)域，在每個測量區(qū)域內(nèi)進(jìn)行掃描，掃描曲線數(shù)應(yīng)不少于3條，每條掃描曲線應(yīng)包含6個以上線間隔；通過重心法，對每條曲線分別進(jìn)行線間隔計(jì)算：選取每個刻線高度在中線以上的所有測量點(diǎn)坐標(biāo)值，按式(1)得到該節(jié)測量方向上的重心坐標(biāo)值。4ln——所選取的第n個刻線中心沿測量線方向的坐標(biāo)值，單位：nm;Z?——所選區(qū)域測量點(diǎn)Z向坐標(biāo)值，單位：nm;Xi——所選區(qū)域測量點(diǎn)X向坐標(biāo)值，單位：nm.分別計(jì)算首尾刻線重心坐標(biāo)值，按式(2)將首尾刻線重心間距除以線間隔個數(shù)得到線間隔的單次測量結(jié)果，并記錄相關(guān)測量區(qū)域信息。l?——所選取的第1刻線的重心值，單位：nm;h—-所選取的第n刻線的重心值，單位：nm;n——選取的刻線個數(shù).按上述方法連續(xù)重復(fù)測量10次，按式(3)計(jì)算10次測量值的平均值作為平均線間隔的測量結(jié)果。式中：P—平均線間隔測量值，單位：nm;m——重復(fù)測量次數(shù)。7.2二維柵格線的正交角度進(jìn)行二維線間隔正交性測量時，在有效測量區(qū)域采用面掃描或十字垂線的掃描方式進(jìn)行平均線間隔的計(jì)算，具體方法參見7.1。如圖2,分別記錄X測量方向和Y測量方向各測量點(diǎn)的(X、Y)坐標(biāo)值，并通過式(4)和式(5)計(jì)算X、Y測量方向的斜率。kx,ky——X、Y測量方向的斜率；5x,y——測量點(diǎn)X、Y坐標(biāo)的算數(shù)平均值；yi,y;——測量點(diǎn)Y坐標(biāo)；n,m——X、Y測量方向測量點(diǎn)數(shù)。通過式(6)計(jì)算出樣板的正交性。θk二維線間隔正交性單次測量值如此連續(xù)測量10次，按式(7)計(jì)算10次的平均值作為二維線間隔正交性的測量結(jié)果。θxy——二維線間隔正交性；q——重復(fù)測量次數(shù).圖3給出了在測量區(qū)域內(nèi)的面掃描測量示例，通過提取X、Y方向測量線的斜率信息，確定該樣板的二維線間隔的正交性。7.3線間隔均勻性以測量區(qū)域中心線為中心測量線，兩側(cè)分別取5條均勻分布的測量線，測量線間隔(d)根據(jù)測量區(qū)域的大小確定，以均勻覆蓋測量區(qū)域?yàn)樵瓌t。測量方法參見7.1,分別對每條測量線上的線間隔進(jìn)行一次測量，以11條測量線間隔的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差作為線間隔均勻性的測量結(jié)果，按式(8)計(jì)算。JJF(皖）98-20206校準(zhǔn)后的線間隔標(biāo)準(zhǔn)樣板應(yīng)出具校準(zhǔn)證書，校準(zhǔn)證書的內(nèi)頁格式和信息參見7b）實(shí)驗(yàn)室名稱和地址；h）如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時，應(yīng)對抽樣程序進(jìn)行j）本次校準(zhǔn)所用計(jì)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。8序號校準(zhǔn)項(xiàng)目校準(zhǔn)結(jié)果1樣板線間隔實(shí)測值：測量結(jié)果不確定度：2樣板的正交性3樣板的均勻性校準(zhǔn)員：核驗(yàn)員：9線間隔樣板的平均線間隔是通過測量和計(jì)算后直接得到：Pf(xi)（C-1）P──線間隔的測量結(jié)果，nm；Xi──測量后得到的線間隔計(jì)算數(shù)值，nm。C-2）JJF(皖）98-2020表C.1測量重復(fù)性數(shù)據(jù)表樣板標(biāo)稱值（nm）測量平均值（nm）測量次數(shù)平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差（nm）30003000.09X方向100009998.892.8Y方向1000010000.292.4其平均波長值的最大相對變化量為4×10-8，平均線間隔測量中測量范圍為包含因子=?,估算相對不確定度為20％，采用B類方法進(jìn)行評定。??干涉儀測量微小位移時的非線性誤差對測量結(jié)果的影干涉儀非線性誤差的特點(diǎn)通過修正可以將非線性誤差控制儀修正后的殘余非線性誤差在±0.5nm范圍內(nèi)，按均勻分布估計(jì)，其標(biāo)準(zhǔn)不確定 ?? ?分布處理，包含因子=?,采用B類方法進(jìn)行評定，該項(xiàng)不確定度分量：??在通過實(shí)驗(yàn)確定正交掃描角度后，樣板安放與測量掃斜角度一般可控制在0.75°內(nèi)。經(jīng)計(jì)算得到測量3μm和10μm傾斜誤差產(chǎn)生的橫向測量影響量分別為：0.3nm和1.0nm，按均勻分布處理，包含因子k，采JJF(皖）98-2020?θ= ??θ= ?C.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表樣品規(guī)格序號不確定度來源符號評定方法合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc3000nm1測量重復(fù)性usA類1.7nm2激光干涉儀X、Y軸軸向運(yùn)動誤差ucosB類3干涉儀非線性unlB類4正交誤差uαB類5樣品安放uθB類10000nmX方向1測量重復(fù)性usA類2.9nm2激光干涉儀X、Y軸軸向運(yùn)動誤差ucosB類3干涉儀非線性unlB類4正交誤差uαB類5樣品安放uθB類10000nmY方向1測量重復(fù)性usA類2.5nm2激光干涉儀X、Y軸軸向運(yùn)動誤差ucosB類3干涉儀非線性unlB類4正交誤差uαB類5樣品安放uθB類JJF(皖）98-2020=?JJF(皖）98-2020表C.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表樣板規(guī)格合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度（uc）包含因子（k）擴(kuò)展不確定度（U）3000nm1.7nm23.4nmX方向10000nm2.9nm25.8nmY方向10000nm2.5nm25.0nm微納米線間隔標(biāo)準(zhǔn)樣板掃描角度的確定方法圖中的基準(zhǔn)線假設(shè)為0°,分別設(shè)置測頭沿角度α1和α2的方向進(jìn)行線間隔測量，與正交方向的夾角分別為a?+φ與a?+φ,通過初次的數(shù)據(jù)評估法計(jì)算出在這兩個角度上的平均周期值P1和P2。平均線間隔則為P1和P2在正交掃描方向上的投影，故通過式(D-1)、式(D-2)可得到在系統(tǒng)坐標(biāo)