Государственная система обеспечения
единства измерений

РЕФЛЕКТОМЕТРЫ ЭКСТРЕМАЛЬНОГО
УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
В ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН 10 - 30 нм

Методика поверки

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений» (ФГУП ВНИИОФИ)

2 ВНЕСЕН Управлением метрологии Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 2 июня 2008 г. № 113-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

СОДЕРЖАНИЕ

ГОСТ Р 8.643-2008

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Дата введения - 2009-02-01

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на средства измерений коэффициентов зеркального и диффузного отражений в диапазоне экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения - ЭУФ-рефлектометры, используемые в диапазоне измеряемых значений коэффициентов зеркального и диффузного отражений от 0,01 до 0,7 в диапазоне длин волн 10 - 30 нм (далее - ЭУФ-рефлектометры), и устанавливает методику их поверки.

Измерения коэффициентов зеркального и диффузного отражений в диапазоне ЭУФ проводят для определения эффективности зеркал и дифракционных решеток при контроле технологических процессов формирования многослойных наноструктур.

В качестве источников ЭУФ-излучения используют источники синхронного излучения, переходного излучения и излучатели типа плазменный фокус. В качестве приемников ЭУФ-излучения используют кремниевые фотодиоды с многослойными нанопокрытиями, вторичные электронные умножители и канальные электронные умножители.

Межповерочный интервал - не более одного года.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 8.197-2005 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений спектральной плотности энергетической яркости в диапазоне длин волн от 0,04 до 0,25 мкм.

ГОСТ 8.207-76 Государственная система обеспечения единства измерений. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения

ГОСТ 8.552-2001 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений потока излучения и энергетической освещенности в диапазоне длин волн от 0,03 до 0,40 мкм

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Операции поверки

При проведении поверки выполняют операции:

- внешний осмотр (8.1);

- опробование (8.2);

- определение метрологических характеристик (8.3);

- определение предела допускаемой погрешности ЭУФ-рефлектометров при измерении коэффициента зеркального отражения (8.3.1);

- определение предела допускаемой погрешности ЭУФ-рефлектометров при измерении коэффициента диффузного отражения (8.3.2).

Выполнение указанных операций при первичной и периодической поверках является обязательным.

4 Средства поверки

При проведении операций поверки по 8.3.1 и 8.3.2 ЭУФ-рефлектометров применяют следующее средство поверки:

- установку для измерений коэффициента линейности чувствительности фотоприемников ЭУФ-рефлектометров в составе рабочего эталона по ГОСТ 8.197 и ГОСТ 8.552, включающую в себя источники ЭУФ-излучения, спектральный компаратор и набор нейтральных ослабителей. Суммарное среднее квадратическое отклонение (СКО) указанной установки - 5 %.

5 Требования безопасности

При поверке ЭУФ-рефлектометров соблюдают правила электробезопасности. Измерения должны проводить два оператора, аттестованные по группе электробезопасности не ниже III, прошедшие инструктаж на рабочем месте по безопасности труда при эксплуатации электроустановок.

6 Требования к квалификации поверителей

Поверку должны проводить лица, аттестованные в качестве поверителей, освоившие работу с ЭУФ-рефлектометрами и используемыми средствами поверки, изучившие настоящий стандарт и эксплуатационные документы на средства поверки и ЭУФ-рефлектометры.

7 Условия поверки

При проведении поверки должны быть соблюдены следующие условия:

8 Подготовка и проведение поверки

Поверка ЭУФ-рефлектометров включает в себя подготовку к поверке, внешний осмотр, опробование и определение метрологических характеристик. При подготовке к поверке ЭУФ-рефлектометров необходимо включить все приборы в соответствии с их инструкциями по эксплуатации.

8.1 Внешний осмотр

При внешнем осмотре должны быть установлены:

- соответствие комплектности ЭУФ-рефлектометров паспортным данным;

- отсутствие механических повреждений блоков ЭУФ-рефлектометров, сохранность соединительных кабелей и сетевых разъемов;

- четкость надписей на панели ЭУФ-рефлектометров;

- наличие маркировки (тип и заводской номер ЭУФ-рефлектометров);

- отсутствие сколов, царапин и загрязнений на оптических деталях ЭУФ-рефлектометров.

8.2 Опробование

При опробовании должны быть установлены:

- наличие показаний ЭУФ-рефлектометров при освещении ЭУФ-излучением;

- правильное функционирование переключателей пределов измерений, режимов работы ЭУФ-рефлектометров.

8.3 Определение метрологических характеристик

8.3.1 Определение основной погрешности ЭУФ-рефлектометров при измерении коэффициента зеркального отражения

При измерении коэффициента зеркального отражения в ЭУФ-рефлектометр устанавливают плоское зеркало с многослойным покрытием. На монохроматоре ЭУФ-рефлектометра устанавливают длину волны 10 нм, соответствующую наименьшей длине волны рабочего диапазона ЭУФ-рефлектометра, и угол падения излучения на зеркало φ, равный 45°.

Фотоприемник ЭУФ-рефлектометра поочередно устанавливают в положение для измерения интенсивности прямого и зеркально отраженного пучков излучения, регистрируют сигналы фотоприемника для прямого пучка I°(λ) и зеркально отраженного пучка I_r(λ) (приложение А). Затем на входе фотоприемника устанавливают блокирующий фильтр и регистрируют показания фотоприемника для прямого пучка J°(λ) и зеркально отраженного пучка J_r(λ), соответствующие рассеянному излучению в монохроматоре ЭУФ-рефлектометра. В качестве блокирующих фильтров используют фильтр из стекла MgF₂ толщиной 1,5 мм. Измерения I°(λ), I_r(λ), J°(λ) и J_r(λ) выполняют 5 раз.

Результат i-го измерения коэффициента зеркального отражения ρ_ri(λ) рассчитывают по формуле

                           (1)

Вычисляют среднее арифметическое значение  Оценку относительного среднего квадратического отклонения S₀ результатов n независимых измерений определяют по формуле

                                              (2)

Определение  и S₀ повторяют для длин волн λ_j в пределах рабочего спектрального диапазона ЭУФ-рефлектометра с шагом 1,0 нм. При значении ρ_r(λ) не менее 0,01 для всех длин волн λ_j значение S₀ не должно превышать 3 %.

Коэффициент линейности ЭУФ-рефлектометра определяется отклонением чувствительности фотоприемника ЭУФ-рефлектометра (далее - фотоприемник) от постоянного значения в рабочем диапазоне измеряемой величины.

Определение коэффициента линейности чувствительности фотоприемника при измерении зеркального отражения проводят на установке в составе рабочего эталона по ГОСТ 8.197 и ГОСТ 8.552 с использованием источника ЭУФ-излучения. Регистрируют показания фотоприемника без нейтральных ослабителей I_Σ и при использовании двух нейтральных ослабителей I₁ и I₂. Показание I_Σ фотоприемника должно соответствовать верхнему пределу диапазона измерения коэффициента зеркального отражения. Измерения выполняют 5 раз с использованием экранирующих заслонок и рассчитывают коэффициент линейности чувствительности фотоприемника ЭУФ-рефлектометра G для каждого измерения по формуле

G = |I₁I₂/I_Σ(I₁ + I₂)|.                                                               (3)

Определяют среднее арифметическое значение  коэффициента линейности чувствительности фотоприемника ЭУФ-рефлектометра, относительное среднее квадратическое отклонение (СКО) S₀, суммарное СКО результатов измерений по формуле (2) и рассчитывают погрешность ЭУФ-рефлектометра, вызванную отклонением значения коэффициента линейности чувствительности фотоприемника от единицы Θ, %, по формуле

                                                                (4)

Затем поток излучения ламп ослабляют с помощью нейтральных ослабителей таким образом, чтобы показания I₁ и I₂ уменьшились в 5 раз, и вновь определяют  и Θ. Измерения повторяют при увеличении ослабления до достижения уровня коэффициентов зеркального отражения ≤ 0,01. Все полученные значения Θ не должны превышать 4 %.

8.3.2 Определение основной погрешности ЭУФ-рефлектометров при измерении коэффициента диффузного отражения

При измерении коэффициента диффузного отражения в ЭУФ-рефлектометр устанавливают плоский диффузно отражающий образец из вольфрама. На длине волны 10 нм проводят измерение потока падающего на образец излучения Р₀(λ) (приложение А). Регистрируют сигналы фотоприемника ЭУФ-рефлектометра для прямого пучка I⁰¹(λ) и рассеянного излучения J⁰¹(λ) аналогично 8.3.1. Затем регистрируют показания фотоприемника, соответствующие диффузно отраженному излучению I¹(λ, φ) и рассеянному излучению J¹(λ, φ) (приложение А). При этом фотоприемник последовательно устанавливают в положения, соответствующие значениям угла φ_i от φ_min до φ_max с шагом 5°.

Значение коэффициента диффузного отражения ρ_d(λ) определяют по формуле

                                      (5)

где q - геометрический фактор, указанный в паспорте на ЭУФ-рефлектометр;

m - число градаций по углу φ_i.

Определяют среднее арифметическое значение коэффициента диффузного отражения  и СКО результата измерений S₀ аналогично 8.3.1.

Определение  и S₀ повторяют для длин волн λ_j в пределах рабочего спектрального диапазона ЭУФ-рефлектометра с шагом 2 нм. При значении ρ_d(λ) не менее 0,01S₀ не должно превышать 4 %.

Определение коэффициента линейности фотоприемника ЭУФ-рефлектометра для измерения коэффициента диффузного отражения проводят на установке в составе РЭ по ГОСТ 8.197 и ГОСТ 8.552 аналогично 8.3.1. Значения систематической погрешности Θ, вызванной отклонением значения коэффициента линейности фотоприемника ЭУФ-рефлектометра от единицы, не должно превышать 7 %.

9 Обработка результатов поверки

Обработку результатов поверки ЭУФ-рефлектометров проводят в соответствии с ГОСТ 8.207.

9.1 Предел допускаемой основной относительной погрешности Δ рассчитывают по формуле

Δ = KS_Σ = K(Θ²/3 + S²₀)^1/2,                                                   (6)

где K - коэффициент, определяемый соотношением случайной и неисключенной систематической погрешностей:

                                                           (7)

Θ - систематическая погрешность, обусловленная отклонением значения коэффициента линейности фотоприемника ЭУФ-рефлектометра от единицы;

t - коэффициент Стьюдента (t = 2,78).

9.2 Результаты поверки ЭУФ-рефлектометров для измерения коэффициентов зеркального отражения считают положительными, если предел допускаемой основной относительной погрешности не превышает 12 % в диапазоне длин волн 10 - 30 нм.

9.3 Результаты поверки ЭУФ-рефлектометров для измерения коэффициентов диффузного отражения считают положительными, если предел допускаемой основной относительной погрешности не превышает 18 % в диапазоне длин волн 10 - 30 нм.

10 Оформление результатов поверки

10.1 При положительных результатах поверки оформляют свидетельство о поверке, и ЭУФ-рефлектометр допускают к применению в качестве средства измерений коэффициентов зеркального (диффузного) отражения в диапазоне длин волн 10 - 30 нм.

10.2 При отрицательных результатах поверки свидетельство о поверке аннулируют и выдают извещение о непригодности.

Приложение А
(обязательное)

Определение коэффициентов зеркального и диффузного отражений

Коэффициент зеркального отражения плоского зеркала для параллельного пучка излучения, падающего под углом φ к нормали, ρ_r(λ, φ) на длине волны λ рассчитывают по формуле

ρ_r(λ, φ) = P_r(λ, φ)/P_φ(λ),                                                       (А.1)

где P_r(λ, φ) - поток излучения на длине волны λ, отраженный под углом φ к нормали;

P_φ(λ) - поток излучения на длине волны λ, падающий на зеркало под углом φ к нормали, Вт.

Коэффициент диффузного отражения ρ_d(λ) определяют в общем виде по формуле

                                                  (А.2)

где L_r(λ, Ω) - яркость рассеянного при отражении излучения, интегрируемая в пределах телесного угла Ω = 2p и по площади А;

А - площадь области образца, освещаемой падающим излучением;

Р₀(λ) - поток падающего на образец под углом φ = 0 параллельного пучка излучения при длине волны λ.

При определении коэффициента диффузного отражения измеряют угловую зависимость энергетической освещенности E(φ) рассеянного при отражении излучения с равномерным шагом по углу φ.

На практике коэффициент диффузного отражения рассчитывают с использованием интегральных сумм по формуле

                                              (А.3)

где R - расстояние от области образца, освещаемой падающим излучением, до фотоприемника ЭУФ-рефлектометра;

m - число градаций по углу φ.