光学干涉式薄膜测厚仪校准规范

光学干涉式薄膜测厚仪校准规范

1 范围

本校准规范适用于测量范围为（10-300）μm 、分辨力为0.01μm 光学干涉式薄膜测厚仪的校准。 2 引用文件

本规范引用了下列文件：

GB/T 14847-2010 重掺杂衬底上轻掺杂硅外延层厚度的红外反射测量方法 JJF 1306-2011 X 射线荧光镀层测厚仪校准规范

使用本规范时，应注意使用上述引用文献的现行有效版本。 3 概述

光学干涉式薄膜测厚仪是一种基于光学干涉方法的非破坏性分析仪器，主要用于薄膜厚度的测量，在微电子、半导体、液晶显示等领域中具有广泛的应用。光学干涉式薄膜测厚仪测量原理为由光源发出的光经由光纤通过探头入射到薄膜样品的表面，经由薄膜样品的上、下表面与参考面反射光相干涉形成的干涉信号由探头接收传送到解调仪；解调仪将其测量数据传输到计算机后进行运算得到待测薄膜样品的厚度测量结果。

图1 光学干涉式薄膜测厚仪工作原理框图

4 计量特性

4.1 厚度测量重复性

薄膜厚度测量相对重复性不超过2%。 4.2 厚度测量示值稳定性

在1h 内其示值变化不超过仪器相对示值最大允许误差。 4.3 厚度测量示值误差

薄膜厚度测量相对示值最大允许误差不超过6%。

光源

薄膜样品

解调仪

计算机

探头

注：由于校准工作只给出测量结果，不判断合格与否，上述计量特性仅供参考。

5校准条件

5.1环境条件

a)校准室环境温度：（20±5）℃；

b)相对湿度：≤75%RH；

c)校准室内无影响测量的振动或噪音，无影响测量的气流扰动，放置被校仪器的工

作台稳固、可靠。

5.2校准所用标准器

光学干涉式薄膜测厚仪校准用标准器为厚度标准片，厚度标准片标准厚度值的相对扩展不确定度应不大于2%（k=2）。厚度标准片的技术要求见附录C。

6校准项目和校准方法

6.1校准前准备

校准前应目视观察及开机运行检查，包括光源、探头、解调仪、计算机等机构的功能可靠性。在确保没有影响校准计量特性的因素后方可进行校准。仪器开机预热不少于20min。

6.2厚度测量重复性

在仪器的有效测量范围内，选取一个厚度标准片，其厚度值大约分布在仪器量程的二分之一处，重复测量厚度标准片10次，记录仪器输出结果d i，按公式（1）计算该组实验标准偏差s：

s=√1

n−1∑(d i−d)2

n

i=1

（1）

式中：d i--第i次测量的仪器示值，μm；

d--10次测量的算术平均值，μm；

n--测量次数，n=10。

根据公式（2）计算仪器厚度相对测量重复性s rel：

s rel=s

d̅

×100%（2）光源光谱范围以及探头工作波长的选择应与实际测量应用时相一致。

6.3厚度测量示值稳定性

选取1块厚度标准片，其厚度值大约分布在仪器量程的二分之一处，对其厚度进行测量，在1h内，每隔15min测量1组并记录仪器读数，每组测量5次，取其平均值作为

该组测量结果，共测量5组，5组结果中最大最小差值除以厚度标准片的实际厚度值的百分数作为仪器的相对示值稳定性。

光源光谱范围以及探头工作波长的选择应与实际测量应用时相一致。

6.4厚度测量示值误差

按照仪器的实际应用范围，均匀的选取3个测量值，在每一测量值附近选取厚度标准片，分别对每个厚度标准片重复测量3次并记录仪器的示数值，计算算术平均值d i̅作为该厚度标准片的测量结果，各标准片的测量结果与该标准片的标称值D i的差值即为每个样品的厚度测量示值误差δi，按照公式（3）计算：

δi=d i̅−D i（3）式中：d i̅--第i个标准片测量时仪器示数平均值；

D i--第i个标准片的标称值。

根据公式（4）计算每个样品的厚度测量相对示值误差r(δi)：

r(δi)=d i̅̅̅−D i

×100%（4）

D i

光源光谱范围以及探头工作波长的选择应与实际测量应用时相一致。

7校准结果的表达

经校准后的光学干涉式薄膜测厚仪，应填发校准证书。校准证书应给出各项校准项目的测量结果及扩展不确定度。校准证书包括的信息应符合JJF 1071-2010中5.12的要求，校准证书至少应包含附录A所含的信息。

8复校时间间隔

光学干涉式薄膜测厚仪复校时间间隔由用户根据仪器的实际使用情况自主决定，建议一般不超过1年。

附录 A

校准证书内容

1.标题：校准证书；

2.实验室名称和地址；

3.进行校准的地点；

4.证书或报告编号、页码及总页数；

5.送检单位的名称和地址；

6.被校准仪器名称；

7.被校准仪器的制造厂、型号规格及编号；

8.校准所使用的计量标准名称及有效期；

9.本规范的名称、编号和对本规范的任何偏离、增加或减少的说明；

10.校准时环境温度与湿度情况；

11.校准项目的校准结果及不确定度；

12.校准人签名、核验人签名、批准人签名；

13.校准证书签发日期；

14.复校时间间隔的建议；

15.未经校准实验室书面批准，不得部分或全部复制校准证书。

附录 B

测量结果不确定度评定（示例）

光学干涉式薄膜测厚仪示值误差测量结果的不确定度分析

B.1 测量方法

光学干涉式薄膜测厚仪的示值误差是通过厚度标准片进行校准的。根据实际测量应用范围和条件的不同，设定好相关的测量程序和条件，并按要求进行必要的仪器与校准后，在仪器有效测量范围内，选择符合要求的具有明确厚度标称D的标准片，利用仪器的测量示值d与厚度标准片的实际值D进行比较，计算仪器的示值误差δ。本例中，以厚度为

10.56μm的厚度标准片测量结果为例进行分析。

B.2 数学模型

光学干涉式薄膜测厚仪的示值误差通过公式（B.1）进行计算：

δ=d−D（B.1）式中：d—仪器平均测量值；

D—厚度标准片标准厚度值；

B.3 灵敏系数与合成标准不确定度

B.3.1 灵敏系数

因δ=d−D，所以灵敏系数c i；c1=ðδ

ðd =1,c2=ðδ

ðD

=−1

B.3.2 合成标准不确定度

令u1与u2分别表示d和D的标准不确定度，因d和D的标准不确定不相关，则合成标准不确定度u c为：

u c2=c12∙u12+c22∙u22=u12+u22（B.2）B.4 标准不确定度分量一览表

B.5 标准不确定度分量的计算