GB/T34893-2017
微机电系统（MEMS）技术基于光学干涉的MEMS微结构面内长度测量方法
Micro-electromechanicalsystemtechnology—Measuringmethodforin-planelengthmeasurementsofMEMSmicrostructuresusinganopticalinterferometer
- 中国标准分类号（CCS）L55
- 国际标准分类号（ICS）31.200
- 实施日期2018-05-01
- 文件格式PDF
- 文本页数9页
- 文件大小1.32M
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微机电系统（MEMS）技术基于光学干涉的MEMS微结构面内长度测量方法
国家标准 GB/T34893一2017 微机电系统(MEMS)技术 基于光学干涉的MEMS微结构 面内长度测量方法 Mier-electromechaniealsystemtechnology- Measuringmethodforin-planelengthmeasurementsofMEMSmicrostrctures wsimganoptielinterferometer 2017-11-01发布 2018-05-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/T34893一2017 目 次 前言 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义
中
中
中 测量方法 影响测量不确定度的主要因素 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
GB/34893一2017 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009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
GB/34893一2017 微机电系统(MEMs)技术 基于光学干涉的MEMS微结构 面内长度测量方法 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
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
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GB/T3505产品儿何技术规范(GPS)表面结构轮廓法术语、定义及表面结构参数 GB/T261l1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 术语和定义 GB:/T3505和GB/T2611界定的以及下列术语和定义适用于本文件
3.1 表面形貌surfaeetopography 表面结构的宏观和微观儿何特性 注;一般包括表面几何形状,表面被纹度、表面粗糙度及表面缺陷等
3.2 面内长度in-plane eleuet 表面有边缘结构特征的两点、点与线或两条线之间的距离
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
GB/T34893一2017 双端固支梁 固定端 固定端 端面2 端面 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微结构儿何量评定的方法
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人的测量误差,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:15C35C; 相对湿度:20%一80% 大气压力:86kPa106kPa
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100m
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10Mm),工轴和y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 K，=q/pn (l 式中 K 成像放大因子,为
或y; -栅线间距,单位微米(pm); 棚线间像素数
p
GB/34893一2017 4.4测量步骤 4.4.1测量准备 测量准备方法如下 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工或者 y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 按照面内长度的测量方向所对应的轴向(
轴或》轴)提取表面轮席线图2所示为
轴方向 a 提取的4条轮廓线a',a,e和e',其典型表现形式见图3
(xl,y) (x2w/,yan x2, .
L，yue 端面1 端面2 基座 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rl,和r2,也可选择阶梯结构的下边缘 点,如图3中xl和.r2,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
xlu 2 端面 端面2 0.6 x/mm 图3三维表面形貌中提取的水平方向表面轮廓线
GB/T34893一2017 4.4.4计算面内长度 r轴方向的面内长度计算 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
a 2 =(.rl，一r2)
K
式中 -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
习l/4 .3 Lmea= 轴与理想面内长度测量方向之间的夹角
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
(lu',y. (2a',y. 端面2 AD 端面1 Ax2 (l',y (G2ay',ya
) 图4x轴与理想面内长度测量方向夹角的计算 图4所示火角
拨式(4)一式)分步计算如下 A.r1 rl r2 .r2 y tan u1 =tan Q？ d)对夹角a引人的误差进行修正,得到最终面内长度L,按照式(10)进行计算
(10 L=Lman .cosa 轴方向面内长度的计算类似上述步骤
y 5 影响测量不确定度的主要因素 影响MEMS微结构面内长度测量结果不确定度的主要因素包括; 光学显微镜
轴和》轴成像放大因子标定误差 a b 阶梯结构边缘点选取位置误差 被测对象表面光学属性不同造成的表面形貌测量误差 c d 重复测量的次数
GB/34893一2017 录 附 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 光学干涉显微镜依据测量原理可主要分为相移干涉、白光扫描干涉、数字全息等,其共同之处是测 量光束在被测对象表面反射后与参考光束形成干涉,被测对象表面高度的变化就使得测量光束在成像 视场上不同位置具有不同的光程,通过解析该光程的变化就获得被测对象的表面形貌,图A.1为一种 相移干涉/白光扫描干涉显微镜的基本结构示意图,两种测量模式要求纳米定位器产生不同形式的机械 运动
白光扫描干涉信号如图A.2所示,其信号可见度不恒定,随扫描位置不同而变化
当测量光与 参考光光程差为零时,干涉信号出现最大值,称之为相干峰
相干峰位置就代表了表面上对应数据点的 相对高度信息,所有数据点的相对高度就组合成了被测对象的三维表面形貌
cCD相机 图像采集卡 孔径光俐 视场光闹 分束镜" 白光光源 计算机 小 压电控制燃 的来定农器 机械运动 结构 参考镜 干涉物镜 分束镜2 样品 载物台 图A.1光学干涉显微镜的基本结构示意图
GB/T34893一2017 200 150 wV I八 真 50 2 20 60 80 100 140 扫描步数 图A.2白光扫描干涉信号示意图 光学干涉显微镜在高度方向的测量分辨力一般为0.1nm1nm,相移显微干涉的测量分辨力为 0.1 nm,白光扫描干涉的测量分辨力为1nm,数字全息显微干涉的测量分辨力为0.1nm
白光扫描干 涉的高度测量范围只受限于高度方向扫描器的范围,可达到数毫米甚至更大;相移显微干涉和数字全息 显微干涉的高度测量范围一般为成像系统的景深,与显微物镜的放大倍率相关,放大倍率越大景深越 小,例如;20×物镜的景深约为数微米
相移显微干涉和数字全息显微干涉通常使用单波长光源,对于 阶梯高度的测量有一个限制条件:阶跃高度差超过四分之一波长时无法进行正确的测量
对于绝大多 数情况,这一限制不会对面内长度的测量带来影响,因为面内长度的测量只需要轮廓线上有明显的阶跃 高度差,但是在一些极其特殊的情况下,阶梯结构的上下面的高度差正好相差四分之一波长或其整数倍 时,所得到的表面形貌测量结果为一平面,而不是实际的存在高度差的上下面
微机电系统（MEMS）技术基于光学干涉的MEMS微结构面内长度测量方法GB/T34893-2017
随着科学技术的不断发展，微机电系统（MEMS）技术已经成为当今研究领域的热点之一。MEMS技术是一种通过微加工技术制造微型机械、微传感器、微执行器等微型元件，并将它们集成在一起形成微系统的技术。
其中，光学干涉技术是MEMS中常用的一种检测手段，它可以实现对微结构的精确测量。GB/T34893-2017是一项基于光学干涉的MEMS微结构面内长度测量方法标准，该标准具有很高的参考价值。
该标准主要针对微结构面内长度测量方法进行规范，其中包括了慢速移动法、快速移动法和多次扫描法等具体的检测方法。通过对这些方法的研究和应用，可以实现对MEMS微结构的快速、高精度测量。
在实际的MEMS制造过程中，精确的长度测量是非常重要的。而基于光学干涉的测量方法具有无接触、高精度、高灵敏度等优点，在MEMS元件的制造、测试、质量控制等方面都得到了广泛的应用。
总之，GB/T34893-2017标准是一项非常重要的技术标准，它为MEMS技术的发展提供了强有力的支持。未来，随着科技的不断进步和新技术的不断涌现，我们相信MEMS技术将会在更多的领域得到应用，并为人类社会的发展做出更大的贡献。
