температура окружающей среды (20 ± 3) °С;
относительная влажность воздуха не более 80 %;
а
(100 ±4) кПа;
(220 ± 22) В;
(50,0 ±0,4) Гц.
тмосферное давление. . . - напряжение питающей сети - частота питающей сети. . .Разность значений параметров окружающей среды до и после окончания поверки не должна превышать указанных в приложении А.
Помещение (зона), в котором размещают средства измерений для поверки рельефных мер, должно быть в эксплуатируемом состоянии и обеспечивать класс чистоты не более класса 8 ИСО по взвешенным в воздухе частицам с размерами 0,5 и 5 мкм и концентрациями, определенными по ГОСТ ИСО 14644-1.
Перед началом поверки рельефных мер необходимо подать напряжение питания на основные средства поверки и подготовить их к работе в соответствии с инструкциями по эксплуатации.
Проведение поверки
Внешний осмотр
При внешнем осмотре поверяемой рельефной меры должно быть установлено:
- соответствие комплекта поставки данным, приведенным в паспорте (формуляре) на рельефную меру;
-отсутствие механических повреждений футляра, в котором осуществлялось хранение и транспортирование рельефной меры.
Рельефную меру извлекают из футляра, проводят предварительный визуальный внешний осмотр для выявления возможных повреждений и с помощью специальных зажимов устанавливают меру на рабочий стол АСМ.
При установке рельефной меры необходимо обеспечить:
параллельность плоскости, образованной геометрической формой элемента рельефа меры, направлению горизонтального перемещения рабочего стола АСМ;
плотное прилегание плоскости подложки меры к поверхности рабочего стола АСМ.
С помощью вспомогательного оптического микроскопа осматривают и проверяют качество поверхности рельефной меры. Шаговая структура на поверхности рельефной меры должна быть однородной, при этом примерно на 75 % поверхности меры не должно быть повреждений маркерных линий, искажений краев элементов рельефа в виде впадин и выступов, соизмеримых с шириной элементов рельефа.
Опробование
С помощью вспомогательного оптического микроскопа устанавливают зонд АСМ в положение, соответствующее началу сканирования поверяемого элемента рельефной меры.
Начальное положение определяют следующим образом: зонд АСМ устанавливают на плоскость нижнего основания на расстоянии от поверяемого элемента, равном не менее 20 % и не более 50 % ширины нижнего основания поверяемого элемента. Аналогично определяют конечное положение зонда АСМ при сканировании.
На неподвижном элементе в камере образцов АСМ устанавливают зеркало лазерного интерферометра, предназначенное для формирования опорного луча, а на рабочем столе АСМ — другое зеркало для формирования информативного луча. Лазерный интерферометр (далее — горизонтальный лазерный интерферометр) располагают вдоль оси, совпадающей с горизонтальным направлением сканирования (далее — ось абсцисс).
Второй комплект зеркал устанавливают на Z-сканере и на неподвижном элементе камеры образцов АСМ. Эти зеркала предназначены для формирования информативного (на Z-сканере) и опорного (на неподвижном элементе камеры) лучей, что позволяет регистрировать перемещение Z-сканера АСМ в вертикальном направлении сканирования (далее — ось ординат).
Второй лазерный интерферометр (далее — вертикальный лазерный интерферометр) устанавливают соответственно расположению зеркал.
Горизонтальный и вертикальный лазерные интерферометры должны обеспечивать регистрацию информативных и опорных лучей в процессе сканирования поверяемого элемента. Для каждого интерферометра необходимо также обеспечить взаимную параллельность информативного и опорного лучей при всех положениях стола и Z-сканера АСМ в процессе сканирования поверяемого элемента. Допустимый угол расхождения опорного и информативного лучей для каждого интерферометра не должен превышать Г.
Такое взаимное расположение двух лазерных интерферометров в комплекте с зеркалами позволяет в процессе сканирования поверяемого элемента рельефной меры проводить регистрацию видеопрофиля элемента и, одновременно с этим, регистрацию перемещения рельефной меры и Z-сканера двумя лазерными интерферометрами.
В соответствии с инструкцией по эксплуатации АСМ проводят пробное сканирование поверяемого элемента рельефа.
При этом предварительно:
выполняют юстировку зеркал в соответствии с инструкцией по эксплуатации применяемых лазерных интерферометров;
путем изменения угла наклона исследуемого объекта обеспечивают взаимную параллельность направления прохождения информативного луча вертикального лазерного интерферометра и направления вертикального перемещения Z-сканера АСМ при сканировании элемента рельефа;
в соответствии с инструкциями по эксплуатации применяемых АСМ и лазерных интерферометров определяют частоту и скорость сканирования поверяемого элемента, при которых в электронно-фа- зометрических системах интерферометров можно четко регистрировать количество целых и дробных полос интерференции, соответствующих значениям фазовых сдвигов между опорными и информативными лучами горизонтального и вертикального интерферометров;
устанавливают показания электронно-фазометрических систем применяемых лазерных интерферометров в «нулевое» положение, определяемое нестабильностью младшего разряда используемых аналого-цифровых преобразователей в указанных электронно-фазометрических системах.
Определение метрологических характеристик
Проводят измерение параметров окружающей среды и показателей качества питающей электрической сети и проверяют выполнение требований, указанных в 7.1.
В соответствии с инструкциями по эксплуатации применяемых АСМ и лазерных интерферометров проводят сканирование выступа поверяемого элемента рельефной меры. Одновременно с помощью лазерных интерферометров проводят измерения горизонтального перемещения подвижной части рабочего стола АСМ и вертикального перемещения Z-сканера АСМ.
Сечение выступа трапецеидальной формы и места начального и конечного положений зонда АСМ приведены на рисунке 1.
Видеопрофиль, соответствующий этому выступу, изображен на рисунке 2.
а
От 0,2 до 0,5 Ьо
а
От 0,2 до 0,5 Ьо
Ьр— ширина нижнего основания выступа; Ьи — ширина верхнего основания выступа; h — высота выступа;
а — значение проекции наклонной стенки на плоскость нижнего основания выступа
Рисунок 1 — Сечение поверяемого элемента рельефной меры
L
а —точка на видеопрофиле, соответствующая начальному положению зонда АСМ при сканировании;
у — точка на видеопрофиле, соответствующая конечному положению зонда при сканировании; Н — высота выступа, измеренная по видеопрофилю; L — разность абсцисс конечной и начальной точек горизонтального сканирования, соответствующая величине горизонтального перемещения подвижной части рабочего стола АСМ, вычисленная по видеопрофилю
Рисунок 2 — Видеопрофиль сечения поверяемого элемента рельефной меры, приведенного на рисунке 1 (направление сканирования — слева направо)
По показаниям электронно-фазометрической системы горизонтального лазерного интерферометра определяют значение горизонтального фазового сдвига ДФГ в радианах между информативным и опорным лучами этого интерферометра.
По показаниям электронно-фазометрической системы вертикального лазерного интерферометра определяют значение вертикального фазового сдвига ДФВ в радианах между информативным и опорным лучами этого интерферометра.
Проводят измерение параметров окружающей среды и показателей качества питающей электрической сети и проверяют выполнение требований, указанных в 7.1.
Оформление протокола поверки
Результаты измерений параметров рельефной меры по 8.3.2 — 8.3.4 и указанных на рисунке 2 оформляют в виде протокола. В протоколе также приводят значения условий проведения поверки до начала и после окончания измерений по 8.3.1 и 8.3.5.
Форма протокола — произвольная. Протокол с результатами поверки должен храниться как минимум до следующей поверки рельефной меры.
Обработка результатов измерений
Вычисление горизонтального перемещения подвижной части рабочего стола АСМ при сканировании поверяемого элемента рельефа
Горизонтальное перемещение подвижной части рабочего стола ДЛ, нм, от начального до конечного положения при сканировании поверяемого элемента рельефа вычисляют по формуле
д/. = 2і_Дфг; (1)
4 п п
где Xi — длина волны излучения гелий-неонового лазера в вакууме, приведенная в паспорте (формуляре) на горизонтальный лазерный интерферометр, нм;
ДФг — фазовый сдвиг, измеренный по 8.3.3, рад;
п — показатель преломления воздуха при фактических значениях температуры окружающей среды, влажности воздуха и атмосферного давления, вычисленный по приложению А.
Вычисление масштабного коэффициента видеоизображения для оси абсцисс
Масштабный коэффициент видеоизображения т, нм/пиксель, для оси абсцисс вычисляют по формуле
A
(2)
L т = —,L
где Д/_— перемещение подвижной части рабочего стола АСМ при горизонтальном сканировании, вычисленное по 9.1, нм;L — разность абсцисс конечной и начальной точек горизонтального сканирования, соответствующая горизонтальному перемещению подвижной части рабочего стола АСМ, вычисленная по видеопрофилю (см. рисунок 2), пиксель.
Вычисление вертикального перемещения Z-сканера АСМ при сканировании поверяемого элемента рельефа
Вертикальное перемещение Z-сканера АСМ Д/7, нм, при сканировании поверяемого элемента рельефа вычисляют по формуле
АН = АФВ, (3)
4 л л
где Х2 — длина волны излучения гелий-неонового лазера в вакууме, приведенная в паспорте (формуляре) на вертикальный лазерный интерферометр, нм;
ДФв —фазовый сдвиг, измеренный по 8.3.4, рад;
п — показатель преломления воздуха при фактических значениях температуры окружающей среды, влажности воздуха и атмосферного давления, вычисленный по приложению А.
Вычисление высоты выступа поверяемого элемента рельефа
Значение высоты выступа h в нанометрах равно значению вертикального перемещения Z-сканера Д/7, вычисленному по 9.3.
Вычисление вспомогательной величины для определения ширины верхнего основания выступа поверяемого элемента рельефа
При определении ширины верхнего основания трапецеидального выступа Ьи используют вспомогательную величину, для вычисления которой:
вычисляют производную по горизонтальной координате. Для видеопрофиля, изображенного на рисунке 2, результат такого вычисления приведен на рисунке 3;
проводят анализ результатов вычисления производной видеопрофиля по координате и вычисляют значение вспомогательной величины Ви в пикселях, которая равна разности соответствующих абсцисс точек, как показано на рисунке 3.
X— ось абсцисс по 8.2.2; а, у — начальная и конечная точки положения зонда АСМ при сканировании поверяемого элемента, расположенные в соответствии с требованиями по 8.2.1; di ось ординат по значению производной величины видеосигнала по координате х dx
Рисунок 3 — Графическое изображение первой производной видеопрофиля по координате в направлении горизонтального перемещения подвижной части стола АСМ
Вычисление ширины верхнего основания трапецеидального выступа
Ширину верхнего основания выступа Ьи, нм, вычисляют по формуле
ьи = mBw, (4)
где т — масштабный коэффициент видеоизображения для оси абсцисс, вычисленный по 9.2, нм/пик- сель;
Ви—вспомогательная величина, вычисленная по 9.5, пиксель.Вычисление ширины нижнего основания трапецеидального выступа
Ширину нижнего основания трапецеидального выступа Ь , нм, вычисляют по формуле
Ьр = Ьи + 1,4142/7, (5)
где Ьи — ширина верхнего основания поверяемого выступа, вычисленная по 9.6, нм;
h — высота поверяемого выступа, вычисленная по 9.4, нм.
Вычисление проекции наклонной стенки на плоскость нижнего основания выступа
Проекцию наклонной стенки на плоскость нижнего основания выступа а, нм, вычисляют по формуле
а = 0,7071/7, (6)
где /7 — высота выступа, вычисленная по 9.4, нм.
Погрешность измерений
Абсолютные погрешности измерений значений Ьи, b , h и а поверяемого элемента рельефной меры не превышают 0,8 нм при условии использования средств поверки, обеспечивающих погрешности измерений не хуже указанных в 4.1.
10 Оформление результатов поверки
Результаты поверки оформляют в виде свидетельства установленной формы и внесением соответствующей записи в паспорт (формуляр) рельефной меры.
На лицевой стороне свидетельства о поверке наносят знак поверки (поверительное клеймо), а также указывают даты выдачи и окончания срока действия свидетельства. На оборотной стороне свидетельства о поверке и в паспорте (формуляре) рельефной меры должны быть приведены значения высоты выступа, ширины верхнего и нижнего его оснований, а также значение проекции наклонной стенки на плоскость нижнего основания выступа поверяемого элемента. Для перечисленных метрологических характеристик рельефной меры необходимо также указать абсолютные погрешности их измерений, приведенные в подразделе 9.9 настоящего стандарта.