【国家标准】 纳米几何量标准样板测试方法

ICS17.040.30
CCSJ42
中华人民共和国国家标准
GB/T43915—2024
纳米几何量标准样板测试方法
Testing method for nano geometric standard samples2024-04-25发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2024-11-01实施
规范性引用文件
3术语和定义下载标准就来标准下载网
测试方法分类及原理
纳米线间隔标准样板测试方法分类及原理纳米线宽标准样板测试方法分类及原理4.2
纳米台阶高度标准样板测试方法分类及原理纳米膜厚标准样板测试方法分类及原理5测试设备
设备选择
设备要求
测试环境
测试程序
纳米线间隔标准样板测试
纳米线宽标准样板测试
纳米台阶高度标准样板测试
纳米膜厚标准样板测试
8测试数据处理
纳米线间隔标准样板测试数据处理纳米线宽标准样板测试数据处理纳米台阶高度标准样板测试数据处理纳米膜厚标准样板测试数据处理附录A（资料性）
参考文献
标准样板测试记录
GB/T43915—2024
GB/T43915—2024
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国量具量仪标准化技术委员会(SAC/TC132)归口。本文件起草单位：中国电子科技集团公司第十三研究所、成都工具研究所有限公司、中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所、上海计量测试技术研究院、同济大学、大津大学、中国计量科学研究院、广西壮族自治区计量检测研究院、中国测试技术研究院、苏州天准科技股份有限公司。本文件主要起草人：吴爱华、付兴昌、李锁印、许晓青、邹学锋、韩志国、赵琳、张晓东、冯亚南、梁法国、许刚、何宜鲜、朱振宇、李强、万宇、雷李华、傅云霞、曾艳华、管钰晴、邓晓、刘庆纲、张恒、施玉书、苏翼雄、冉庆、曹葵康。
1范围
纳米几何量标准样板测试方法
GB/T43915—2024
本文件规定了纳米几何量标准样板测试方法的分类及原理、测试设备、测试环境、测试程序及测试数据处理。
本文件适用于线间隔为50nm～100nm的纳米线间隔标准样板、线宽为20nm～1000nm的纳米线
nm的纳
宽标准样板、台阶高度为10nm～1000nm的纳米台阶高度标准样板和薄膜厚度为2nm～100米膜厚标准样板的测试
注：其他尺寸范围的几何量样板参照本文件执行。2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；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/T17163
几何量测量器具术语基本术语
GB/T39516—2020
3术语和定义
GB/T17163、GB/T
纳米几何量标准样板
微纳米标准样板（几何量）
39516一2020界定的以及下列术语和定义适用于本文件。nanogeometricstandards
具有纳米尺度的线间隔、线宽、台阶高度及薄膜厚度等几何特征结构，用于纳米尺寸测量的标准样板。
4测试方法分类及原理
纳米线间隔标准样板测试方法分类及原理4.1
纳米线间隔标准样板测试方法分类4.1.1
测试方法分为以下两类：
a）电子显微镜法；
b）扫描探针法。
4.1.2电子显微镜法测试原理
利用经聚焦的、具有一定能量的电子束在标准样板表面扫描，可激发出二次电子、背反射电子等各种信号，图像采集系统和数据处理系统将这些信号接收处理之后，即得到标准样板的特征信息。电子显微镜法测试原理见图1。
GB/T43915—2024
电子束
标准样板
显示系统
4.1.3扫描探针法测试原理
控制系统
图像采集系统
数据处理系统
图1电子显微镜法测试原理图
图像处理算法
采用探针扫描标准样板表面，通过传感器将探针位移信号转换为电信号，经数据采集及处理系统得到标准样板的特征信息。扫描探针法测试原理见图2。探针
标准样板
传感器
数据采集及
处理系统
图2扫描探针法测试原理图
4.2纳米线宽标准样板测试方法分类及原理4.2.1纳米线宽标准样板测试方法分类测试方法分为以下两类：
a）电子显微镜法；
b）扫描探针法。
4.2.2电子显微镜法测试原理
电子显微镜法测试原理见图1。
4.2.3扫描探针法测试原理
扫描探针法测试原理见图2。
4.3纳米台阶高度标准样板测试方法分类及原理4.3.1纳米台阶高度标准样板测试方法分类测试方法分为以下三类：
a）扫描探针法；
b）光学显微干涉法；
c）共焦显微术法。
显示系统
4.3.2扫描探针法测试原理
扫描探针法测试原理见图2。
4.3.3光学显微干涉法测试原理
GB/T43915—2024
光学显微干涉法测试原理见图3。由光源发出相干光，分光镜将相干光分开沿着不同的路径传播，一束由参考面返回，
样板的特征信息。
-束由标准样板被测面返回，两束相干光发生干涉，从而得到纳米台阶高度标准计算机
4.3.4共焦显微术法测试原理
分光镜
标准样板
图3光学显微干涉法测试原理图
参考面
共焦显微术法测试原理见图4。激光器光源通过光阑1，经物镜聚焦于标准样板表面，从表面反射回的光经分光镜成像于光阑2后的探测器上。当物体处于焦平面时，光全部通过光阑2，探测器接收能量最大：当物体偏离焦平面时，部分光被光阑2屏蔽，探测器接收的光能量减弱，探测器上光强度的变化反映标准样板偏离焦平面的大小。通过有效零光程差点的提取，计算得到标准样板的特征信息。光阑1
激光器
标准样板
焦平而
离焦面
分光镜
分光镜
图4共焦显微术法测试原理图
4.4纳米膜厚标准样板测试方法分类及原理纳米膜厚标准样板测试方法分类4.4.1
测试方法分为以下三类：
a）偏振法；
b）光谱法；
X射线法。
能虽最大
能量减弱
光阑2
探测与数据
处理系统
GB/T43915—2024
4.4.2偏振法测试原理
偏振法测试原理见图5。利用偏振光在薄膜上下表面的反射，通过菲涅尔公式得到光学参数和偏振态之间的关系来确定薄膜的折射率和厚度。光发射系统
4.4.3光谱法测试原理
标准样板
偏振光
偏振法测试原理图
探测与分析系统
光谱法测试原理见图6。基于光的于涉理论，依据标准样板上薄膜与基底再到薄膜界面上的光束的透射或反射，引起双光束或多光束干涉效应，不同特性的薄膜具有不同的光谱反射率或透射率，通过光谱分析方法计算得到薄膜的厚度。光源
入射信号
标准样板
显示系统
4.4.4X射线法测试原理
反射或
透射信号
控制集统
图像采集系统
数据处理系统
图6光谱法测试原理图
图像处理算法
X射线法测试原理见图7。真空环境下，利用X射线作为激发源与标准样板相互作用，通过分析标准样板反射出来的射线或者具有能量特征的电子，达到分析标准样板特征信息的目的。标准样板
激发源
真空环境
分析系统
探测器
数据采集及
处理系统
图7X射线法测试原理图
测试设备
设备选择
纳米几何量标准样板的常用测试设备见表1。纳米几何量标准样板的常用测试设备表1
纳米几何量
标准样板类型
线间隔
台阶高度
测试方法
电子显微镜法
扫描探针法
电子显微镜法
扫描探针法
扫描探针法
光学显微干涉法
共焦显微术法
偏振法
光谱法
X射线法
注：测试设备不局限于表中所列设备，设备要求
测试设备
43915—2024
扫描电子显微镜、关键尺寸扫描电子显微镜、计量型扫描电子显微镜原子力显微镜、计量型原子力显微镜扫描电子显微镜、关键尺寸扫描电子显微镜、计量型扫描电子显微镜原子力显微镜、计量型原子力显微镜台阶仪、原子力显微镜、计量型原子力显微镜白光干涉仪
激光共焦显微镜
椭偏仪
膜厚测量仪
X射线光电子能谱仪、X射线反射谱仪、X射线衍射仪亦能选择满足测试要求的其他设备。纳米几何量标准样板的测试设备应符合表2的规定。表2
扫描电子显微镜
关键尺寸扫描电子显微镜
计量型扫描电子显微镜
原子力显微镜
计量型原子力显微镜
台阶仪
白光干涉仪
激光共焦显微镜
椭偏仪
膜厚测量仪
X射线光电子能谱仪
X射线反射谱仪
X射线衍射仪
纳米几何量标准样板的测试设备要求技术要求
分辨力优于5nm
分辨力优于5nm
分辨力优于5nm
垂直分辨力和水平分辨力优于1nm垂直分辨力和水平分辨力优于1nm分辨力优于1nm
分辨力优于1nm
分辨力优于1nm
测量重复性优于0.5nm
测量重复性优于0.5nm
测试设备技术要求的信息见GB/T19500测试设备技术要求的信息见GB/T36053一201820角示值误差在士0.02°以内
纳米量级的线间
隔、线宽或台阶高
度标准样板的
纳米膜厚标准样
板的测试
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