Методы и средства интерферометрии высокого разрешения для обеспечения единства измерений геометрических параметров рельефа и шероховатости поверхности в нанометровом диапазоне

• Автор: Золотаревский, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.11.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 238 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДИК И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ;

1.1 Анализ состояния 311-метрии шероховатости и рельефа

ПОВЕРХНОСТЕЙ В НАНОМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ

1;1.1 Анализ зависимостей, характеризующих рельефш шероховатость

поверхности
1.1.2 Состояние приборно-инструментального обеспечения ЗБ — метрии' шероховатости в нанометровом диапазоне

1.2 Состояние нормативно-методической базы ЗИ -метрии

ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЬЕФА И ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ

1.3 Отечественная система обеспечения единства измерений параметров ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ Яа и Я
1.4 Зарубежная стандартизация в области измерений параметров ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ
1.5 Постановка задач диссертации
Выводы к главе
ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МЕТОДИК ИЗМЕРЕНИЙ И АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ О ПАРАМЕТРАХ РЕЛЬЕФА И ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ В НАНОМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ
2.1 Моделирование процессов рассеяния оптического излучения НАНОРАЗМЕРНЫМИ СТРУКТУРАМИ
2.1.1. Модели и методы решения задачи рассеяния световой волны на нанообъектах при формировании интерферограмм
2.1.2. Решение задачи рассеяния методом конечных элементов
2.2 Численное моделирование процедуры восстановления рельефа поверхности с учетом рассеяния оптического излучения на наноструктурах
2.3 Фазовая микроскопия и особенности алгоритмов обработки интерферометрической информации о шероховатости поверхностей фазовых ОБЪЕКТОВ В НАНОМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ
2.3.1 Фазовая микроскопия поверхностей фазовых объектов в нанометровом диапазоне
2.3.2 Классификация методов и алгоритмов вычисления фазы
2.3.3 Вычисление фазы методом наименьших квадратов

2.3.4 Методы анализа чувствительности алгоритмов МФШ к влиянию некоторых источников неопределенности типа В
2.3.5 Анализ источников неопределенности типа А вычисления фазы, обусловленной флуктуациями интенсивности
2.4 Результаты проверки эффективности методов калибровки на модельных и реальных интерферограммах
2.4.1 Экспериментальная проверка корректности результатов теоретического исследования точностных характеристик алгоритмов МФШ
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ИЗМЕРИТЕЛЬНО-КАЛИБРОВОЧНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ В НАНОМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ
3.1 Постановка задачи и выбор структуры комплекса
3.2 Модернизация лазерного интерференционного микроскопа
3.3 Интерференционный 3D - профилометр New View 6
3.4 Мультимодальный сканирующий зондовый микроскоп фирмы VEECO
3.5 Лазерный автоматизированный интерферометр
3.6 Набор рельефных мер высоты ступеньки
3.6.1 Мера рельефная высоты ступеньки SHS-180 QC
3.6.2. Мера рельефная высоты ступеньки SHS-1800 QC
3.6.3 Мера рельефная высоты ступеньки SHS-1.8 QC
Выводы к главе
ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА БАЗЕ РАЗРАБОТАННОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНО-КАЛИБРОВОЧНОГО КОМПЛЕКСА И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ..
4.1 Проведение экспериментальных исследований на модернизированном лазерном интерференционном микроскопе АИМ и интерференционном микроскопе ZYGO NEW VIEW 6200,, работающем в «белом свете»
4.2 Исследование параметров рельефных мер шероховатости на установках измерительно-калибровочного комплекса
4.2.1 Исследование параметров специальной меры МШПС-2.0К на интерференционном микроскопе типа ZYGO NEW VIEW 6
4.2.2 Сравнительные измерения параметров рельефных мер высот ступенек SHS-1800 QC, SIIS-180 QC и SHS-1.8 QC на установках измерительно-калибровочного комплекса

4.3 Сличения калибровочных возможностей ФГУП ВНИИМС (Россия) с РТВ (Германия)
4.4 Разработка и внедрение стандартов в области интерферометрии высокого разрешения, гармонизированных с требованиями ISO/TR14999 -1,2,
4.4.1 Измерения и методики оценки их результатов (ISO/TR 14999-2)..
4.4.2 Калибровка и аттестация интерферометров и методики измерений оптических волновых фронтов (ISO/TR 14999-3)
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (К ГЛАВЕ 1)
1.1 «Метрологические барьеры» и перспективы развития системы обеспечения единства измерений наноразмерных шероховатостей поверхности (на примере США)
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (К ГЛАВЕ 2)
2.1 Исследование особенностей взаимодействия зондирующего электромагнитного излучения с наноразмерными объектами при формировании интерферограмм
ПРИЛОЖЕНИЕ 4.1 (К ГЛАВЕ 4)
4.1 Программное моделирование интерференционных схем взаимодействия лазерного излучения с поверхностью исследуемой меры .
ПРИЛОЖЕНИЕ 4.2 (К ГЛАВЕ 4)
4.2 Методика калибровки рельефных мер высоты ступеньки
ПРИЛОЖЕНИЕ 4.3 (К ГЛАВЕ 4)
4.3 Разработка документов для проведения испытаний с целью
УТВЕРЖДЕНИЯ ТИПА ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ МИКРОСКОПОВ И ВКЛЮЧЕНИЯ В
ГОСРЕЕСТР СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
ПРИЛОЖЕНИЕ 4.4 (К ГЛАВЕ 4)
4.4 Двусторонние сличения российского и белорусского эталонов ЕДИНИЦЫ ДЛИНЫ В ОБЛАСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ
ПРИЛОЖЕНИЕ
5.1 Акт ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

чувствительности (в части освоения нанометрового диапазона), точности и разрешающей способности как рабочих средств измерений, так и, в первую очередь, эталонных средств, подлежащих разработке. Необходимы метрологические исследования создаваемых эталонов, оснащение их программно-алгоритмическим обеспечением и реализация в виде эталонного комплекса, вписывающегося в подлежащую частичной модернизации государственную поверочную схему и обеспечивающего калибровочные возможности для перспективных средств измерений напошероховатостей.
Наличие в числе подлежащих измерению нано шероховатостей фазовых объектов требует разработки аппаратурного и программно-алгоритмического обеспечения измерений деформаций волнового фронта, что означает необходимость базирования на методиках и средствах лазерной интерферометрии в сочетании с оптической микроскопией с учетом рекомендаций ISO 14999.
Отсюда вытекают основные научно-технические задачи, решаемые в настоящей работе:
1. Теоретические исследования особенностей взаимодействия зондирующего излучения с напоразмерными объектами при формировании интерферограмм и решение методами имитационного моделирования задачи рассеяния оптического излучения на проводящих и диэлектрических структурах нанометрового диапазона.
2. Теоретическое исследование и адаптация метода фазовых шагов для разработки программно-алгоритмического продукта, обеспечивающего измерение и автоматическую обработку результатов определения шероховатостей поверхностей в нанометровом диапазоне методами интерферометрии высокого разрешения.
3. Создание и метрологические исследования прототипа калибровочной установки на базе автоматизированного лазерного интерференционного микропрофилометра (АИМ), построенного за счет модернизации оптикоэлектронной и программно-алгоритмической компонент микроинтерферометра МИИ-4 и повышения его чувствительности до А/800.
4. Создание и метрологические исследования установок измерительно-калибровочного комплекса, состоящего из автоматизированного лазерного интерференционного микропрофилометра (АИМ), оптического профилометра New View 6200 фирмы Zygo и набора эталонных мер.
5. Разработка и аттестация методик калибровки средств измерений параметров шероховатости поверхности в нанометровом диапазоне, гармонизированных с международными требованиями и рекомендациями ISO TR 14999-1,2,3.