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纳米标准样板的测量与溯源方法研究

作　者: 雷李华
导　师: 傅云霞; 李源; 李东升
学　校:
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 纳米标准样板纳米测量系统测量与表征溯源性
分类号: TH711
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

针对先进制造业中有关微/细加工和超精密加工中对微纳米尺寸测量和溯源的需求，本文围绕纳米标准样板的测量环境、测量系统、测量方法以及纳米尺寸测量系统的溯源性等一系列内容展开研究，使得纳米尺寸测量系统可以对纳米标准样板进行高精度和大范围的测量。研究工作的主要内容包括以下几个方面：（1）研究了纳米测量系统的主要组成并基于纳米测量机（NMM）开发了一套白光干涉测头，实现了视场式扫描测量方式并将测量系统的测量范围拓展为NMM的阈值5mm。通过高台阶标准样板的标定实验，测量结果说明了搭建的白光干涉测头能有效提升NMM的检测能力。（2）通过基于NMM集成的多种传感器定位测头，实现了对纵向、横向纳米尺寸标准样板的精确测量。提出了线间隔标准样板正交角度的提取方法并通过对线间隔标准样板的测量实验证明了此方法的有效性。（3）针对上下表面反射率不一致的台阶结构，研究了光学测量方法的局限性，并通过工艺的改进消除光学方法在此类结构测量中的影响，获得准确的结果。通过实验说明了白光干涉测量方法对比于激光聚焦式测量方法更适合于此类标准样板的测量。（4）纳米测量系统的溯源性分析。研究与探讨了纳米测量系统的环境因素及测量环境的设计。依据国际典型的量值溯源体系对NMM的激光干涉仪完成了拍频实验，并通过实验室比对实验研究了纳米测量系统整体测量性能与溯源性。

全文目录

致谢  6-7
摘要  7-8
Abstract  8-10
目次  10-12
图清单  12-13
表清单  13-15
1 绪论  15-22
  1.1 课题背景、目的及意义  15-16
  1.2 国内外研究现状  16-21
    1.2.1 纳米标准样板的研究现状  16-20
    1.2.2 纳米尺度表征方法的研究进展  20-21
  1.3 本论文主要研究内容  21-22
2 纳米测量系统与白光干涉测头的搭建  22-36
  2.1 纳米测量机（NMM）  22-24
  2.2 定位传感器  24-26
    2.2.1 激光聚焦式测头  24-25
    2.2.2 原子力显微镜测头  25-26
  2.3 白光干涉测头的搭建  26-31
    2.3.1 白光干涉测头的测量原理  26-27
    2.3.2 固定与运动机构  27-28
    2.3.3 光学干涉系统  28-29
    2.3.4 扫描图像采集系统  29-30
    2.3.5 白光干涉测头总体装配  30
    2.3.6 搭建白光干涉测头的意义  30-31
  2.4 超高台阶标准样板的测量与分析  31-34
    2.4.1 测量方法的研究  31-33
    2.4.2 标定实验与评价  33-34
  2.5 本章小结  34-36
3 纳米标准样板的测量与表征  36-51
  3.1 纵向标准样板的分析与测量  36-40
    3.1.1 单线台阶高度评价方法  36-37
    3.1.2 多区域低台阶标准样板的测量  37-38
    3.1.3 较小宽度台阶标准样板的测量  38-40
  3.2 横向标准样板的测量与表征  40-44
    3.2.1 正交角度的提取方法设计  40-42
    3.2.2 线间隔标准样板的测量  42-44
  3.3 不同反射率表面的标准样板的测量与表征  44-50
    3.3.1 台阶表面反射率一致性分析  44-46
    3.3.2 表面镀膜研究  46-48
    3.3.3 白光干涉测头的测量实验  48-50
  3.4 本章小结  50-51
4 溯源性研究  51-65
  4.1 实验环境  51-54
    4.1.1 超净实验环境  51-53
    4.1.2 测量系统噪音水平测试实验  53-54
    4.1.3 环境及仪器的稳定性分析结果  54
  4.2 NMM 的溯源性研究  54-58
    4.2.1 典型纳米量值溯源体系  54-55
    4.2.2 NMM 的激光拍频实验  55-58
  4.3 基于 NMM 的量值溯源体系的建立  58-59
  4.4 纳米测量系统的溯源性研究  59-62
    4.4.1 纳米测量系统的性能测试实验  59-61
    4.4.2 不确定度评价  61-62
  4.5 比对实验及分析  62-64
  4.6 本章小结  64-65
5 总结与展望  65-67
  5.1 全文总结  65-66
  5.2 本论文创新点  66
  5.3 未来工作展望  66-67
参考文献  67-70
附录 A 不确定度分析  70-81
作者简介  81-82

纳米标准样板的测量与溯源方法研究

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