Всероссийский Научно-исследовательский Институт Метрологии
им. Д.И. Менделеева

Научно-исследовательская лаборатория
Госэталонов в области измерения угла и нанометрологии

Научно-технический Центр Нанометрологии

• Состав группы
   
  
• Основные направления работ
  
  
• Источники финансирования
  
  
• Основной рабочий инструмент
  
  
• Калибровочные меры
  
  
• Контактное лицо
  
  
• Адрес

Состав группы

Королев Александр Николаевич (a.n.korolev@vniim.ru ) - начальник лаборатории угловых измерений и нанометрологии, руководитель центра нанометрологии, доктор технических наук.

 Пулькин Сергей Александрович (spulkin@vniim.ru) - ведущий научный сотрудник, кандидат физико математичекских наук, доцент.

 Коротков Владимир Иосифович - старший научный сотрудник, кандидат физико математичекских наук .

 Сизов Александр Леонидович (a.l.sizov@vniim.ru) - ведущий специалист



Основные направления работ
1. Метрологическое обеспечение срерств измерений - аттестация , калибровка и сертификация сканирующих зондовых микроскопов, электронных микроскопов и оптических микроскопов

2. Изготовление калиброваных мер малой длины для аттестации и калибровки сканирующих зондовых микроскопов, электронных микроскопов и оптических микроскопов


Источники финансирования

1. Контракты на метрологическое обеспечение , аттестацию и калибровку сканирующих зондовых микроскопов, электронных микроскопов и оптических микроскопов

2. Изготовление и продажа калиброванных мер малой длины для аттестации и калибровки сканирующих зондовых микроскопов, электронных микроскопов и оптических микроскопов

Основные рабочие инструменты

1. Метрологический сканирующий зондовый микроскоп на базе промышленного СЗМ СМЕНА-Б производства "НТ-МДТ" (Зеленоград). http://www.ntmdt.ru

2. Лазерный микроинтерферометр для измерения и аттестации мер высоты ступени в диапазоне от 7нм до 1000нм со стандартной неопределенностью от 0.7нм до 2нм

3. Лазерный интерференционный дифрактометр для измерения и аттестации периодических мер в диапазоне от 250нм до 1000нм со стандартной неопределенностью от 0.05нм до 2нм

4. Цифровой оптический микроскоп для измерения и аттестации мер ширины линии в диапазоне от 1мкм до 10мкм со стандартной неопределенностью от 0.1мкм

Калибровочные меры

Научно-технический Центр Нанометрологии при Всероссийском Научно-исследовательском Институте Метрологии им. Д.И. Менделеева разработал комплект мер малой длины. Меры малой длины предназначены для обеспечения калибровки измерительных инструментов в субмикронном и нанометровом диапазоне, работающих в нанотехнологии, электронной промышленности и различных областях науки.

Разработаны и изготовлены три типа мер:

1. Периодические меры- 1Д-решетки (PS-300- номинал 300 нм, стандартная неопределенность – 0.2 нм; PS-500- номинал 500 нм, стандартная неопределенность-0.3 нм; PS-700 – номинал-700 нм, стандартная неопределенность – 0.5 нм).
2. Меры высоты ступени SHS-8, SHS-20, SHS-70, SHS-300, SHS-700 (номиналы 8, 20, 70, 300, 700 нм, стандартная неопределенность –1.0, 1.0, 1.2, 1.5, 2.0 нм).
3. Меры ширины линии LWS (ширина линии от 1мкм до 10мкм со стандартной неопределенностью от 0.1). Меры малой длины удовлетворяют общим требованиям для нанометрологических стандартов, разработанных Рабочей Группой по Размерной Метрологии (WGDM-7) в Международном Бюро Мер и Весов (BIPM). Различные методы измерения, включая методы оптической, электронной и зондовой микроскопии можно применять при использовании набора предлагаемых мер.

Единство измерений при калибровке и сертификации Мер малой длины на эталонных установках ВНИИМ подтверждены Предварительными Ключевыми сличениями ( NANO-4 для периодических мер PS,1999 , NANO-2- для мер высоты ступени SHS-, 2002), а также ключевыми сличениями на Государственном Эталоне длины для штриховых мер, используемых при калибровке цифрового оптического микроскопа,предназначенного для калибровки мер ширины линии.

1. Периодические меры – 1D-решетки

Общие сведения

Периодические меры-голографические дифракционные решетки обеспечивают значение калибровки по периоду (шагу) в центре образца площадью 5х5 мм. Точность (стандартная неопределенность ) для периода 300 нм составляет 0.2 нм, для 500 нм-стандартная неопределенность – 0.3 нм и для периода 700 нм стандартная некопределенность составляет 0.5 нм. Меры предназначены для калибровки по координатам XY и измерения нелинейности для сканирующих зондовых микроскопов (атомно-силовых и туннельных микроскопов), растровых электронных микроскопов и т.д. Единство измерений при калибровке решеток подтверждается Предварительными международными ключевыми сличениями (NANO-4, 1999). К каждому образцу прилагается сертификат с измеренным точным значением периода решетки.

1.1. Описание меры

Периодическая мера – голографическая решетка с размерами 5 х 5 мм нанесена на кварцевую подложку с размерами 12 х 12 х 3 мм. Покрытие меры –слой аллюминия или золота толщиной 70-100 нм. Профиль решетки-квазисинусоидальный с глубиной модуляции 20 –40 %. Мера имеет установочные линии и шкалы.

1.2. Калибровка и сертификация решеток PS.

Каждая решетка индивидуально контролируется и сертифицируется. Измерения проводятся методом интерференционной дифрактометрии (см. V.I.Korotkov,S.A.Pulkin,A.L.Vitushkin,L.F.Vitushkin Appl.Optics,1996,vol.36,No 24,pp.4782-4786). Шаг (средний период ) рассчитывается из отношения измеренных периодов интерференционных полос, которые определяются углами между пучками , дифрагированными от опорной меры (штриховой меры ,калиброванной на первичном эталоне длины) и пучком от исследуемой дифракционной решетки. Для измерений используется лазерный интерференционный дифрактометр. Оптическая схема дифрактометра представляет собой оптичекую схему интерферометра Майкельсона с дополнительной оптической системой для получения микроинтерференционной картины на ССD-камере. Опорная штриховая мера и измеряемая решетка размещаются в плечах интерферометра. Альтернативный абсолютный трех-длинноволновый метод (без опорной калиброванной штриховой меры) также используется для измерения периода решетки. Совпадение результатов в двух методах является дополнительным критерием корректности проведенных измерений. Разработанное программное обеспечение позволяет проводить статистическую обработку большого объема информации путем пространственного усреднения по строкам пикселей и накопления нескольких десятков кадров в памяти компьютера. Оценка погрешности (неопределенности) измерений осуществляется согласно Руководству ISO по выражению неопределенности измерений. Методы измерений и калибровки базируются на международном стандарте ISO-5436.

1.3. Качество меры.

Качество меры индивидуально контролируется с помощью Атомно-силового микроскопа. Измеряется амплитуда и стандартная неопределенность для шероховатости поверхности меры. Амплитуда шероховатости для типичной решетки составляет порядка 2 нм, стандартная непределенность – порядка 0.7 нм.

2. Меры высоты ступени (SHS).

Общие сведения

Меры высоты ступени обеспечивают калибровочное значение высоты ступени. Точность (стандартная неопределенность) для высоты ступени 8 нм (SHS-8) составляет 1.0 нм, для высоты 20 нм (SHS-20) – 1.0 нм, для высоты 70 нм (SHS-70) – 1.2 нм, 300 нм (SHS-300) – 1.5 нм, 700 нм (SHS-700) – 2.0 нм. Меры высоты ступени предназначены для калибровки по координате Z и измерения нелинейности в Сканирующих зондовых микроскопах (Атомно-силовых, сканирующего туннельного микроскопа), Сканирующих электронных микроскопах и т.д. Единство измерений при калибровке мер высоты ступени подтверждается Предварительными международными ключевыми сличениями (NANO-2, 2002).

2.1. Описание мер.

Мера изготавливается в двух вариантах исполнения :
Вариант1-Мера представляет собой кремниевый чип размерами 5 х 5 х 0.5 мм.
Вариант2-Мера изготавливается на кварцевой подложке 12х 12х 4мм.(размеры подложки могу быть изменены).
Поверхность мер сделана проводящей и покрыта слоем хрома толщиной 80 нм.
Три линии шириной 5 мкм, 30 мкм и 50 мкм представлены на мере. Для сканирующего зондового микроскопа и микроинтерферометра при калибровке мер (при международных сличениях) используется линия шириной 30 мкм.

2.2. Описание методов измерения и приборов.

Высота ступени мер высоты ступени определяется на микроинтерферометре Майкельсона, который освещается плоскими волнами излучения аргонового или гелий-неонового лазера. Образец (мера) помещается в одно из плеч перпендикулярно падающему лазерному лучу. Во втором плече интерферометра помещается плоское зеркало под небольшим углом падения к лазерному лучу для того, чтобы получить 15-20 интерференционных полос в поле зрения окуляра оптического микроскопа и ССД-камеры (примерно на 100 мкм в передней фокальной плоскости микроскопа). Изображение меры фокусируется в передней фокальной плоскости микроскопа с помощью двух фотообъективов с высоким пространственным разрешением. Интерференционные полосы равного наклона ориентируются перпендикулярно границам (краям) ступени. Интерференционная картина регистрируется с помощью ССД-камеры с размером 736 х 572 пикселя. Разность фаз интерферирующих лучей измеряется по интерференционной картине с помощью компьютерной программы, позволяющей проводить стaтистическую обработку путем усреднения по строкам изображения и накоплением количества кадров. Каждый цикл измерений проводится на нескольких длинах волн для вычисления целого числа полос и статистической обработки. Значения длин волн лазеров и их стандартные неопределенности взяты из справочника “Handbook of lasers with selected date on optical technology”(Edited by R.J.Pressiey. Chemical Rubber Co, Cleveland, 1971).

2.3. Качество меры высоты ступени.

Качество края ступени

Качество края ступени определяется на атомно-силовом микроскопе (АСМ) SFOM. Качество края определяется как максимальные отклонения от линий ?b1 и ?b2 . Оценка качества края ступени проводится в рабочей области меры (с максимально возможной длиной сканирования АСМ 101 мкм) . Результаты исследования качества края мер высоты ступени представлены в Табл. 2.1.

Таблица 2.1

L1=L2=101mcm

2.4. Шероховатость

Оценка шероховатости поверхности проводится в рабочей области меры внутри и вне поверхности ступени. Результаты измерения шероховатости представлены в Таблице 2.2.



Таблица 2.2.

nominal value	8нм (SHS-8)	20нм (SHS-20)	80нм (SHS-80)	300нм (SHS-300)	700нм (SHS-700)
in the step	1,99nm	2,16nm	1,56nm	1,91nm	1,75nm
out of step	2,83nm	2,45nm	1,17nm	1,65nm	1,79nm

3. Меры ширины линии (LWS)

Общие сведения

Меры ширины линии обеспечивают калибровочное значение ширины линии. Точность (стандартная неопределенность) для линии шириной 1.0 мкм составляет 0.05 мкм, для линий шириной 2 мкм и выше – 0.03 мкм.
Меры ширины линии предназначены для калибровки ширины линии в оптических микроскопах, сканирующих зондовых микроскопах ( атомно-силовых, сканирующих туннельных), сканирующих электронных микроскопах и т.д. Каждая мера сопровождается паспортом с точным значением ширины линии.

3.1. Описание меры.

Мера ширины линии изготавливается на стекле путем нанесения слоя хрома с помощью обычного фотолитографического способа.

3.2. Калибровка и сертификация мер ширины линии.

Каждый образец меры индивидуально контролируется и сертифицируется. Ширина линии измеряется на оптическом цифровом микроскопе и на атомно-силовом микроскопе.

3.3. Качество меры ширины линии.

Качество края линии и поверхности меры определяется на атомно-силовом микроскопе. Стандартное отклонение для неровности края линии составляет величину порядка 0.5 мкм. Шероховатость поверхности меры составляет величину около 1-2 нм (стандартное отклонение).


Научно технический центр нанометрологии при ВНИИМ им. Д.И.Менделеева предлагает:

1. услуги по метрологическому обеспечению , аттестации , калибровке и сертификации Сканирующих Зондовых микроскопов, Электронных микроскопов и оптических микроскопов.

2. Комплект аттестованных мер для калибровки Сканирующих Зондовых микроскопов, Электронных микроскопов и оптических микроскопов.


Контактное лицо
Королев Александр Николаевич нач.лаб.

Адрес:

ФГУП "ВНИИМ им. Д.И. Менделеева"
Россия, Санкт-Петербург,198005, Московский пр., 19

Телефон: (812) 251-86-38

E-mail: a.n.korolev@vniim.ru