Государственная система обеспечения единства измерений. Меры рельефные нанометрового диапазона с трапецеидальным профилем элементов. Методика поверки

• 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.

1. 2. 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.

   3. Перед началом поверки рельефных мер необходимо подать напряжение питания на основные средства поверки и подготовить их к работе в соответствии с инструкциями по эксплуатации.

2. Проведение поверки

   1. Внешний осмотр

      1. 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.

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.

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.

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.

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.

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 Ь_о

а

От 0,2 до 0,5 Ь_о

Ь_р— ширина нижнего основания выступа; Ь_и — 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)

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.

9. Обработка результатов измерений

   1. 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__Дф_г; (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.

Масштабный коэффициент видеоизображения т, нм/пиксель, для оси абсцисс вычисляют по фор­муле

A

(2)

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.

Вертикальное перемещение Z-сканера АСМ Д/7, нм, при сканировании поверяемого элемента рельефа вычисляют по формуле

АН = АФ_В, (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.

Значение высоты выступа h в нанометрах равно значению вертикального перемещения Z-сканера Д/7, вычисленному по 9.3.

При определении ширины верхнего основания трапецеидального выступа Ь_и 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 В_и 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

Ширину верхнего основания выступа Ь_и, нм, вычисляют по формуле

ь_и = mB_w, (4)

где т — масштабный коэффициент видеоизображения для оси абсцисс, вычисленный по 9.2, нм/пик- сель;

Ширину нижнего основания трапецеидального выступа Ь , нм, вычисляют по формуле

Ь_р = Ь_и + 1,4142/7, (5)

где Ь_и — ширина верхнего основания поверяемого выступа, вычисленная по 9.6, нм;

h — высота поверяемого выступа, вычисленная по 9.4, нм.

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.

Абсолютные погрешности измерений значений Ь_и, 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