Сергеев А.Г. - Введение в нанометрологию (1027508), страница 42
Текст из файла (страница 42)
При этом:- выполняют юстировку зеркал в соответствии с инструкцией по экс-Рис. 4.6. Сечение поверяемого элементарельефной мерыb p − ширина нижнего основания выcтупа;bи − ширина верхнего основания выступа;h − высота выступа; α − значение проекции наклонной стенки на плоскостьнижнего основания выступаРис.
4.7. Видеопрофиль сечения поверяемого элемента рельефной меры, приведенного на рис. 4.2 (направление сканирования – слева направо)α − точка на видеопрофиле, соответствующая начальному положению зонда при сканировании; y −точка на видеопрофиле, соответствующая конечному положению зонда при сканировании; H − высотавыступа, измеренная по видеопрофилю; L − разность абсцисс конечной и начальной точек горизонтального сканирования, соответствующая величине горизонтального перемещения подвижной части рабочего стола, вычисленная по видеопрофилюплуатации лазерных интерферометров;- путем перемещения и измененияугла наклона детектора лазерного интерферометра обеспечивают совпадение направлений горизонтального сканированияи вертикального перемещения Z -сканераАСМ с соответствующими направлениями информативных и опорных лучей.3.
Определение метрологических характеристикПроводят измерение параметров окружающей среды и проверяют,соблюдаются ли требования, указанные выше.В соответствии с инструкциями по эксплуатации АСМ и лазерныхинтерферометров проводят сканирование поверяемого элемента рельефноймеры. Одновременно с помощью лазерных интерферометров проводят измерения горизонтального перемещения подвижной части рабочего столаАСМ и вертикального перемещения Z -сканера АСМ.208Сечение выступа трапецеидальной формы и места начального и конечного зонда АСМ приведены на рис. 4.6, а, а видеопрофиль, соответствующий этому выступу, − на рис. 4.7.Для определения горизонтального перемещения подвижной частирабочего стола АСМ измеряют:- фазовый сдвиг между информативным и опорным лучами горизонтального лазерного интерферометра Δϕ 0 , рад, до начала сканирования;Uпри этом зонд АСМ должен находиться в начальной точке, а все элементыАСМ должны быть в неподвижном состоянии (далее – начальный фазовыйсдвиг для горизонтального лазерного интерферометра);- целое число полос интерференции NГ , соответствующее значениюфазового сдвига между опорным и информативным лучами горизонтального лазерного интерферометра при сканировании поверяемого элемента;- значение дробной части фазового сдвига между опорным и информативным лучами горизонтального лазерного интерферометра ΔϕГ , рад,при сканировании поверяемого элемента.Для определения высоты вертикального перемещения Z -сканераАСМ измеряют:- фазовый сдвиг между информативным и опорным лучами вертикального лазерного интерферометра Δϕ 0 , рад, до начала сканирования;Впри этом зонд АСМ должен находиться в начальной точке, а все элементыАСМ должны быть в неподвижном состоянии (далее – начальный фазовыйсдвиг для вертикального лазерного интерферометра);- целое число полос интерференции N Β , соответствующее значениюфазового сдвига между опорным и информативным лучами вертикальноголазерного интерферометра при сканировании поверяемого элемента;- значение дробной части фазового сдвига между опорным и информативным лучами вертикального лазерного интерферометра ΔϕΒ , рад.Проводят измерение параметров окружающей среды и проверяют,соблюдаются ли требования, указанные выше.Результаты измерений параметров рельефной меры, а также приведенных на рис.
4.7, оформляют в виде протокола с указыванием условийповерки до и после окончания измерений. Форма протокола – произвольная.209Обработка результатов измерений1. Вычисление фазового сдвига ΔΦГ между опорным и информативным лучами горизонтального лазерного интерферометра(4.6)ΔΦ Г = 2πN Г + Δ ϕ Г − Δ ϕ 0 , рад,Ггде NГ − целое число полос и интерференции, соответствующее значениюфазового сдвига между опорным и информативным лучами горизонтального лазерного интерферометра;ΔϕГ − значение дробной части фазового сдвига между опорным и информативным лучами горизонтального лазерного интерферометра, рад;Δϕ 0 − начальный фазовый сдвиг для горизонтального интерферометГра, по рад.2.
Вычисление горизонтального перемещения подвижной частиΔ L рабочего стола АСМ при сканировании поверяемого элемента определяют какΔL =λ1ΔΦ Г , нм,4π n(4.7)где λ1 − длина волны излучения гелий-неонового лазера в вакууме, приведенная в паспорте (формуляре) на горизонтальный лазерный интерферометр, нм;n − показатель преломления воздуха при фактических значениях температуры окружающей среды, влажности воздуха и атмосферного давления, вычисленный по Приложению А ГОСТ Р 8.629-2007.3.
Вычисление масштабного коэффициента m видеоизображениядля оси абсциссОси абсцисс находят по формулеm=ΔL,Lнм/пиксел,(4.8)где L − разность абсцисс конечной и начальной точек горизонтальногосканирования, соответствующая горизонтальному перемещению подвижной части рабочего стола АСМ, вычисленная по видеопрофилю (см.рис. 4.7), пиксел.4. Вычисление фазового сдвига между опорным и информативным лучами вертикального лазерного интерферометра при сканировании поверяемого элементаФазовый сдвиг ΔΦ Β вычисляют по формуле210ΔΦ Β = 2π N Β + Δ ϕ Β − Δ ϕ 0 Β , рад,(4.9)где N Β − целое число полос интерференции, соответствующее фазовомусдвигу между опорным и информативным лучами вертикального лазерного интерферометра;ΔϕΒ − значение дробной части фазового сдвига между опорным и информативным лучами вертикального лазерного интерферометра, рад;Δ ϕ 0 − начальный фазовый сдвиг для вертикального лазерного инΒтерферометра, рад.5.
Вычисление вертикального перемещения Z -сканера АСМ присканировании поверяемого элементаВертикальное перемещение Z -сканера АСМ Δ H определяют какΔH =λ2ΔΦ Β , нм,4π n(4.10)где λ2 − длина волны излучений гелий-неонового лазера в вакууме, приведенная в паспорте (формуляре) на вертикальный лазерный интерферометр, нм.6. Вычисление масштабного коэффициента k видеоизображениядля оси ординатk=ΔH,Hнм/пиксел,(4.11)где H − высота выступа, измеренная по видеопрофилю, пиксел.7. Вычисление высоты выступа h поверяемого элемента рельефа(4.12)h = kH , нм.8.
Вычисление вспомогательной величины для определения ширины bи верхнего основания выступа поверяемого элемента рельефаИспользуют вспомогательную величину, для вычисления которой:- вычисляют производную по горизонтальной координате. Для видеопрофиля, изображенного на рис. 4.7, результат такого вычисления приведен на рис. 4.8;- проводят анализ результатов вычисления производной видеопрофиля по координате и вычисляют вспомогательную величину Ви , пиксел,которая равна разности соответствующих абсцисс точек, как показано нарис.
4.8.211Рис. 4.8. Графическое изображениепервой производной видеопрофиля покоординате в направлении горизонтального перемещения подвижнойчасти столаα , y - начальная и конечная точкиположения зонда при сканированииdIповеряемого элемента;- ось ордиdxнат по значению производной величины видеосигнала по координате x9.
Вычисление ширины верхнего основания трапецеидальноговыступа bи осуществляют по формулеbи = mBи , нм,(4.13)где m − масштабный коэффициент;Bи − вспомогательная величина, вычисленная по п. 8, пиксел.10. Вычисление ширины нижнего основания трапецеидальноговыступа b pb p = bи + 2,8284 h ,нм.(4.14)11. Проекция α наклонной стенки на плоскость нижнего основания выступа составит(4.15)α = 0,771 h, нм.12. Погрешность измеренийАбсолютные погрешности измерений значений bи , b p , h и α поверяемого элемента рельефной меры не превышают 0,1 нм при условии использования средств поверки, обеспечивающих погрешности измерений нехуже указанных в табл.
4.4.Оформление результатов поверкиРезультаты поверки оформляют в виде свидетельств установленнойформы по [31], где на оборотной стороне свидетельства о поверке и в паспорте (формуляре) на рельефную меру должны быть указаны значениявсех поверенных параметров рельефной меры, приведенных на рис. 4.6.2124.2.3. Калибровка рельефной мерыПри калибровке рельефной меры сохраняются все те же требования(по окружающей среде, напряжению, к помещению, безопасности труда иквалификации работников), что и при поверке. Аналогичны поверке ипроцедуры подготовки образца к калибровке.Дополнительно ГОСТ 8.644-2008 сформулированы требования к неопределенности измерений параметров, определяемых в процессе калибровки, состоящие в том, что суммарная стандартная неопределенность измерения высоты выступа, ширины верхнего основания выступа и ширинынижнего основания выступа калибруемого элемента рельефа должна бытьне более 2 нм, а суммарная стандартная неопределенность измерения проекции наклонной стенки на плоскость нижнего основания выступа должнабыть не более 1 нм.Технические требования к методам калибровки рельефных мерКалибровку рельефных мер проводят с помощью сканирующегозондового атомно-силового микроскопа и двух лазерных двухлучевых интерферометров с источником излучения – гелий-неоновым лазером, длинаволны которого стабилизирована по линии насыщенного поглощения вмолекулярном йоде и определена с относительной погрешностью не более3·10-7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
