Главная » Просмотр файлов » Принципы нанометрологии

Принципы нанометрологии (1027623), страница 22

Файл №1027623 Принципы нанометрологии (Раздаточные материалы от преподавателя) 22 страницаПринципы нанометрологии (1027623) страница 222017-12-21СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 22)

This means that light does not only strike the gauge blockand reference plane exactly perpendicular, but also at a small angle. Thismakes the gauge block appear shorter than it really is. The correction for thiseffect for a circular aperture is given byDL ¼LD216f 2(4.21)where D is the aperture and f is the focal length of the collimating lens.Taking some typical numbers, D ¼ 0.5 mm, f ¼ 200 mm, L ¼ 100 mm, wefind DL ¼ 0.04 mm. This correction is much larger in the case of an interference microscope, where it may amount to up to 10% of the measuredheight (see section 6.7.1).Gauge block interferometryIn some interferometer designs there is a small angle between theimpinging light and the observed light that gives rise to a similar correctionknown as the obliquity correction.4.5.3.7 Surface and phase change effectsAs indicated in the gauge block definition, the gauge block has to be wrung onto a platen having the same material and surface roughness properties as thegauge block.

In practice this can be approached, but never guaranteed.Sometimes glass or quartz is preferred as a platen because the wringingcondition can be checked through the platen. Because of the complexrefractive index of metals, light effectively penetrates into the material beforebeing reflected, so a metal gauge block on a glass platen will be measured astoo short.

Additional to this is the gauge block roughness effect. Typical totalcorrection values are 0.05 mm for a steel gauge block on a glass platen and0.01 mm for a tungsten carbide gauge block on a glass platen.A very practical way of determining the surface effects is wringing a stackof two (or more) gauges together on a platen and comparing the length of thestack to the sum of the individually measured gauge blocks.This is illustrated for two gauge blocks in Figure 4.18, where g and p arethe apparent displacements of the optical surface from the mechanicalsurface, f is the wringing film thickness and Li are the defined (mechanical)lengths of individual gauges.

It can be shown that the measured length of thecombined stack minus the individual measured length is the correction pergauge. This method can be extended to multiple gauge blocks to reduce theuncertainties. Here it is assumed that the gauge blocks are from the samematerial and have nominally the same surface texture.Other methods for measuring corrections for surface effects of the gaugeblock and platen have been proposed and are used in some NMIs (see forexample [21]). Such methods can offer a slightly reduced uncertainty for theFIGURE 4.18 Method for determining a surface and phase change correction.7980C H A P T ER 4 : Length traceability using interferometryphase correction, but are often difficult to set up and can give results that maybe difficult to interpret.4.5.4 Sources of error in gauge block interferometryIn this section, some more detailed considerations are given on the errorsgenerated by the different factors mentioned in section 4.5.3 (and see [22] fora more thorough treatment).4.5.4.1 Fringe fraction determination uncertaintyThe accuracy of the fringe fraction determination is governed by therepeatability of the measurement process, the quality of the gauge block, andthe flatness and parallelism of the end faces.

With visual fringe fractiondetermination, an uncertainty of 5 %, corresponding to approximately 15 nm,is considered as a limit. With photoelectric determination this limit can bereduced to a few nanometres; however, the reproducibility of the wringingprocess is of the same order of magnitude.4.5.4.2 Multi-wavelength interferometry uncertaintyAs previously mentioned, the determination of the correct interference orderis the main issue when using multiple wavelength interferometry. For thispurpose it is absolutely necessary that the fringe fractions are determinedwithin 10 % to 15 %. Once the fringe fractions are less sure, the measurement becomes meaningless. Also a correct pre-determination of the gaugeblock length, for example by mechanical comparison, is essential if the gaugeblock is being calibrated for a first time.4.5.4.3 Vacuum wavelength uncertaintyThe uncertainty in the wavelength used is directly reflected in the calculatedlength, so long as the fringe order is uniquely defined.

Stabilized lasers needperiodic re-calibration, preferably against a primary standard. If one laser iscalibrated, other lasers can be calibrated using gauge blocks – from a knownlength and measured fraction, the real wavelength of a light source can bemeasured. An unknown fringe order now leads to a possible number ofwavelengths. By repeating the procedure for different gauge block lengths,a wavelength can be uniquely determined [23].4.5.4.4 Temperature uncertaintyThe temperature measurement is essential, and, if the temperature isdifferent from 20 C, the expansion coefficient must also be known. Mosttemperature sensors can be calibrated to low uncertainties – calibration ofGauge block interferometrya platinum-resistance thermometer to 0.01 C is not a significant problem fora good calibration laboratory.

The problem with temperature measurementof a material is that the temperature of the material must be transferred tothe sensor. This depends on thermal conductivity, thermal equilibrium withthe environment, self-heat of the sensor and other factors. For this reasonlong waiting times and multiple sensors attached to longer gauge blocks(L > 100 mm) are common.An approach that was already used in the first gauge block interferometers is to have a larger thermally conductive block near the gauge block.This block is measured with an accurate absolute sensor and the differenceof the gauge block with this reference block is determined bya thermocouple.For the highest uncertainties the uncertainty in the temperature scalebecomes relevant; for example when ITS-90 was introduced in 1990 [24], thelongest gauge blocks made a small but significant jump in their length.4.5.4.5 Refractive index uncertaintyIf the refractive index is established by indirect measurement of the airparameters, it is dependent on the determination of these parameters and inaddition a small uncertainty of typically 2 108 in the equation itself mustbe taken into account.

The air temperature measurement may be mostproblematic because of possible self-heating of sensors that measure airtemperature. Also, when the air temperature is different from the gauge blocktemperature it is questionable exactly what is the air temperature near thegauge block that is measured.4.5.4.6 Aperture correction uncertaintyAs the aperture correction is usually small, an error in this correction doesnot necessarily have dramatic consequences. If possible, the aperture can beenlarged or reduced to check whether the estimate is reasonable.

The sameapplies for the obliquity effect if there is a small angle between the beams.4.5.4.7 Phase change uncertaintyProper determination of the phase change correction is transferred to manymeasurements, so it is important to do multiple measurements withmultiple gauge blocks in order to avoid making a systematic error whencorrecting large amounts of gauge blocks with the same value.

For thisdetermination it is customary to take small gauge blocks that can be wrungwell (for example, 5 mm) so that length-dependent effects (refractive index,temperature) are minimal, and the fringe fraction determination andwringing repeatability are the determining factors.8182C H A P T ER 4 : Length traceability using interferometry4.5.4.8 Cosine errorCosine error is mainly mentioned as an illustration of how closely the Abbeprinciple is followed by gauge block interferometry (see section 5.2.8.3 fora description of the cosine error). The gauge block has to be slightly tilted inorder to generate a number of fringes over the surface (with phase-steppingthis is not required). Even if ten fringes are used over the gauge block lengththis gives a cosine error of 5 10–9 L, far within effects of commontemperature uncertainties.4.6 References[1] ISO/TR 14638: 1995 Geometrical product specification (GPS) - Masterplan(International Organization for Standardization)[2] Hansen H N, Carneiro K, Haitjema H, De Chiffre L 2006 Dimensionalmicro and nano metrology Ann.

CIRP 55 721–743[3] Flack D R, Hannaford J 2005 Fundamental good practice in dimensionalmetrology NPL Good practice guide No 80 (National Physical Laboratory)[4] Doiron T 1995 The gage block handbook (National Institute of Standardsand Technology)[5] ISO 3650: 1998 Geometrical Product Specifications (GPS) - Lengthstandards - Gauge blocks (International Organization for Standardization)[6] Leach R K, Hart A, Jackson K 1999 Measurement of gauge blocks by interferometry: an investigation into the variability in wringing film thicknessNPL Report CLM 3[7] Born M, Wolf E 1984 Principles of optics (Pergamon Press)[8] Decker J E, Schödel R, Bönsch G 2003 Next generation Kösters interferometer Proc. SPIE 5190 14–23[9] Malacara D 1992 Optical shop testing (Wiley)[10] Gåsvik K J 2002 Optical metrology (Wiley)[11] Evans C J, Kestner 1996 Test optics error removal Appl.

Opt. 35 1015–1021[12] Malacara D, Servin M, Malacara Z 1998 Interferogram analysis for opticaltesting (Marcel Dekker)[13] Vaughan J M 1989 The Fabry-Pérot interferometer (IOP Publishing Ltd:Bristol)[14] Decker J E, Schödel R, Bönsch G 2004 Considerations for the evaluation ofmeasurement uncertainty in interferometric gauge block calibration applyingmethods of phase stepping interferometry Metrologia 41 L11–L17[15] ISO 1: 2002 Geometrical Product Specifications (GPS) - Standard referencetemperature for geometrical product specification and verification (International Organization for Standardization)[16] Edlén B 1966 The refractive index of air Metrologia 2 71–80References[17] Birch K P, Downs M J 1993 An updated Edlén equation for the refractiveindex of air Metrologia 30 155–162[18] Birch K P, Downs M J 1993 Correction to the updated Edlén equation for therefractive index of air Metrologia 31 315–316[19] Ciddor P E 1996 Refractive index of air: new equations for the visible andnear infrared Appl.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
7,74 Mb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов учебной работы

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6384
Авторов
на СтудИзбе
308
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее