书 书 书犐犆犛 ３１ ． ２００ 犔 ５５ /G21 /G22 /G23 /G24 /G25 /G26 /G27 /G27 /G28 /G29 /G2A 犌犅 ／ 犜 ３４８９３ — ２０１７ /G21 /G22 /G23 /G24 /G25 （ 犕犈犕犛 ） /G26 /G27 /G28 /G29 /G2A /G2B /G2C /G2D /G2E 犕犈犕犛 /G21 /G2F /G30 /G31 /G32 /G33 /G34 /G35 /G36 /G37 /G38 犕犻犮狉狅犲犾犲犮狋狉狅犿犲犮犺犪狀犻犮犪犾狊狔狊狋犲犿狋犲犮犺狀狅犾狅犵狔 — 犕犲犪狊狌狉犻狀犵犿犲狋犺狅犱犳狅狉犻狀狆犾犪狀犲犾犲狀犵狋犺犿犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋狊狅犳犕犈犕犛犿犻犮狉狅狊狋狉狌犮狋狌狉犲狊狌狊犻狀犵犪狀狅狆狋犻犮犪犾犻狀狋犲狉犳犲狉狅犿犲狋犲狉 ２０１７  １１  ０１ /G39 /G3A ２０１８  ０５  ０１ /G3B /G3C /G21 /G22 /G23 /G24 /G25 /G26 /G27 /G27 /G28 /G2B /G2C /G2D /G2E /G2F /G30 /G2F /G31 /G32 /G33 /G21 /G27 /G27 /G28 /G29 /G2A /G34 /G35 /G36 /G37 /G38 /G39 /G39 /G3A目 　　 次 前言 Ⅰ ………………………………………………………………………………………………………… １ 　 范围 １ ……………………………………………………………………………………………………… ２ 　 规范性引用文件 １ ………………………………………………………………………………………… ３ 　 术语和定义 １ ……………………………………………………………………………………………… ４ 　 测量方法 １ ………………………………………………………………………………………………… ５ 　 影响测量不确定度的主要因素 ４ ………………………………………………………………………… 附录 Ａ （ 资料性附录 ） 　 光学干涉显微镜的典型形式和主要技术特点 ５ ………………………………… 犌犅 ／ 犜 ３４８９３ — ２０１７ 前 　　 言 　　 本标准按照 ＧＢ ／ Ｔ１．１ — ２００９ 给出的规则起草 。 本标准由全国微机电技术标准化技术委员会 （ ＳＡＣ ／ ＴＣ３３６ ） 提出并归口 。 本标准主要起草单位 ： 天津大学 、 中机生产力促进中心 、 国家仪器仪表元器件质量监督检验中心 、 南京理工大学中国电子科技集团公司第十三研究所 。 本标准主要起草人 ： 胡晓东 、 郭彤 、 于振毅 、 李海斌 、 程红兵 、 裘安萍 、 崔波 、 朱悦 。 Ⅰ 犌犅 ／ 犜 ３４８９３ — ２０１７ 微机电系统 （ 犕犈犕犛 ） 技术基于光学干涉的 犕犈犕犛 微结构面内长度测量方法 １ 　 范围 本标准规定了基于光学干涉显微镜获取 ＭＥＭＳ 微结构表面形貌进行面内长度测量的方法 。 本标准适用于表面反射率不低于 ４％ ， 宽深比不低于 １∶１０ ， 且使用光学干涉显微镜能够获取形貌的 ＭＥＭＳ 微结构 。 ２ 　 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。 凡是注日期的引用文件 ， 仅注日期的版本适用于本文件 。 凡是不注日期的引用文件 ， 其最新版本 （ 包括所有的修改单 ） 适用于本文件 。 ＧＢ ／ Ｔ３５０５ 　 产品几何技术规范 （ ＧＰＳ ） 　 表面结构 　 轮廓法 　 术语 、 定义及表面结构参数 ＧＢ ／ Ｔ２６１１１ 　 微机电系统 （ ＭＥＭＳ ） 技术 　 术语 ＧＢ ／ Ｔ２６１１３ 　 微机电系统 （ ＭＥＭＳ ） 技术 　 微几何量评定总则 ３ 　 术语和定义 ＧＢ ／ Ｔ３５０５ 和 ＧＢ ／ Ｔ２６１１１ 界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。 ３ ． １ 表面形貌 　 狊狌狉犳犪犮犲狋狅狆狅犵狉犪狆犺狔 表面结构的宏观和微观几何特性 。 注 ： 一般包括表面几何形状 、 表面波纹度 、 表面粗糙度及表面缺陷等 。 ３ ． ２ 面内长度 　 犻狀狆犾犪狀犲犾犲狀犵狋犺 表面有边缘结构特征的两点 、 点与线或两条线之间的距离 。 ４ 　 测量方法 ４ ． １ 　 总则 ４ ． １ ． １ 　 实施面内长度测量前提是 ＭＥＭＳ 结构具备阶梯型边缘结构 ， 两边缘结构 （ 端面 １ 和端面 ２ ） 之间的距离即为所测微结构的面内长度 ， 如图 １ 所示 。 １ 犌犅 ／ 犜 ３４８９３ — ２０１７ 图 １ 　 面内长度测量的一种典型阶梯型边缘结构示意图 ４ ． １ ． ２ 　 光学显微干涉测量法是 ＧＢ ／ Ｔ２６１１３ 中规定的一种 ＭＥＭＳ 微结构几何量评定的方法 。 本标准利用光学干涉显微镜 （ 光学干涉显微镜的典型形式和主要技术特点参见附录 Ａ ） 获得被测对象的三维表面形貌 ， 从中提取相关的二维轮廓线 ， 利用轮廓线上阶跃变化的特征进行面内长度计算 。 ４ ． １ ． ３ 　 对于提取的二维轮廓线与理想面内长度测量方向存在夹角引入的测量误差 ， 可通过选取多组平行的轮廓线进行计算给予修正 。 ４ ． １ ． ４ 　 提取二维轮廓线时应避开有明显缺陷的区域 。 ４ ． ２ 　 测量环境 测量环境为 ： ——— 环境温度 ： １５℃ ～ ３５℃ ； ——— 相对湿度 ： ２０％ ～ ８０％ ； ——— 大气压力 ： ８６ｋＰａ ～ １０６ｋＰａ 。 ４ ． ３ 　 测量设备 ４ ． ３ ． １ 　 测量设备要求 测量设备为能够测量微结构表面形貌的光学干涉显微镜 ， 要求离面方向测量分辨力不低于 １ｎｍ ， 且离面测量范围要大于被测微结构的最大高度差 ， 通常不低于 １００ μ ｍ 。 ４ ． ３ ． ２ 　 测量设备校准 测量设备校准时应对每一种显微物镜的成像放大因子进行标定 。 标定使用栅线样板 （ 通常栅线间距为 １０ μ ｍ ）， 狓 轴和 狔 轴的成像放大因子需分别进行标定 ， 成像放大因子按照式 （ １ ） 进行计算 ： 犓 犻 ＝ 狇 ／（ 狆狀 ） …………………………（ １ ） 　　 式中 ： 犓 犻 ——— 成像放大因子 ， 犻 为 狓 或 狔 ； 狇 ——— 栅线间距 ， 单位微米 （ μ ｍ ）； 狆狀 ——— 栅线间像素数 。 ２ 犌犅 ／ 犜 ３４８９３ — ２０１７ ４ ． ４ 　 测量步骤 ４ ． ４ ． １ 　 测量准备 测量准备方法如下 ： ａ ） 　 将被测对象放置在光学干涉显微镜载物台上 ， 选择合适放大倍率的显微物镜 ， 使被测面内长度约占视场长度或宽度的三分之二 ； ｂ ） 　 旋转被测对象使图 １ 所示的端面 １ 和端面 ２ 的边缘平行或者垂直于光学干涉显微镜的 狓 或者 狔 轴 ， 且使得端面 １ 和端面 ２ 基本对称于光学干涉显微镜视场中心 。 ４ ． ４ ． ２ 　 获取三维表面形貌 操作光学干涉显微镜 ， 获取被测对象在全视场内的三维表面形貌 。 ４ ． ４ ． ３ 　 提取表面轮廓线及边缘点 提取表面轮廓线及边缘点方法如下 ： ａ ） 　 按照面内长度的测量方向所对应的轴向 （ 狓 轴或 狔 轴 ） 提取表面轮廓线 ， 图 ２ 所示为 狓 轴方向提取的 ４ 条轮廓线 ａ′ ， ａ ， ｅ 和 ｅ′ ， 其典型表现形式见图 ３ 。 图 ２ 　 选择 ４ 条轮廓线进行面内长度的计算 ｂ ） 　 边缘点的选择可选择阶梯结构的上边缘点 ， 如图 ３ 中 狓 １ ｕ ＿ ｔ 和 狓 ２ ｕ ＿ ｔ ， 也可选择阶梯结构的下边缘 点 ， 如图 ３ 中 狓 １ ｄ ＿ ｔ 和 狓 ２ ｄ ＿ ｔ ， 也可以取两者的平均值 ； 所有轮廓线上边缘点的选取原则应一致 。 图 ３ 　 三维表面形貌中提取的水平方向表面轮廓线 ３ 犌犅 ／ 犜 ３４８９３ — ２０１７ ４ ． ４ ． ４ 　 计算面内长度 狓 轴方向的面内长度计算 ： ａ ） 　 选取图 ３ 中所示的上边缘点作为面内长度计算的起止点 ， 单条轮廓线面内长度按式 （ ２ ） 计算 。 犾 ｔ ＝ （ 狓 １ ｕ ＿ ｔ － 狓 ２ ｕ ＿ ｔ ）· 犓 ｘ …………………………（ ２ ） 式中 ： 狋 ——— 轮廓线序号 ａ′ ， ａ ， ｅ 或 ｅ′ 。 ｂ ） 　 被测微结构初始面内长度为所提取的全部轮廓线面内长度的平均值 ， 按式 （ ３ ） 计算 。 犔 ｍｅａｓ ＝ ∑ 狋 ＝ ａ＇ ， ａ ， ｅ ， ｅ＇ 犾 ｔ ／ ４ …………………………（ ３ ） 　　 ｃ ） 　 狓 轴与理想面内长度测量方向之间的夹角 α 见图 ４ａ ）， 用两条相距最远的表面轮廓线 （ 如图 ２ 中 ａ′ 和 ｅ′ ） 来进行计算 。 犪 ） 犫 ） 图 ４ 　 狓 轴与理想面内长度测量方向夹角的计算 图 ４ 所示夹角 α 按式 （ ４ ） ～ 式 （ ９ ） 分步计算如下 ： Δ 狓 １ ＝ 狓 １ ｕ ＿ ａ′ － 狓 １ ｕ ＿ ｅ′ …………………………（ ４ ） Δ 狓 ２ ＝ 狓 ２ ｕ ＿ ａ′ － 狓 ２ ｕ ＿ ｅ′ …………………………（ ５ ） Δ 狔 ＝ 狔 ｕ ＿ ａ′ － 狔 ｕ ＿ ｅ′ …………………………（ ６ ） α １ ＝ｔａｎ － １ Δ 狓 １ · 犓 ｘ Δ 狔 · 犓 ｙ ［］ …………………………（ ７ ） α ２ ＝ｔａｎ － １ Δ 狓 ２ · 犓 ｘ Δ 狔 · 犓 ｙ ［］ …………………………（