ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ
	НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ	ГОСТ Р 8.640-2008

Государственная система обеспечения
единства измерений

РАДИОМЕТРЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
В ФОТОЛИТОГРАФИИ

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 26 марта 2008 г. № 60-ст

4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в 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 8.640-2008

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственная система обеспечения единства измерений РАДИОМЕТРЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ФОТОЛИТОГРАФИИ Методика поверки State system for ensuring the uniformity of measurements. Radiometers of ultraviolet radiation measurements for photolithography technological processes testing. Verification methods

Дата введения - 2009-01-01

1. Область применения

Настоящий стандарт распространяется на средства измерений (СИ) характеристик ультрафиолетового (УФ) излучения - радиометры УФ-излучения, используемые в фотолитографии (далее - радиометры УФ-излучения), и устанавливает методику их первичной и периодической поверок.

Технологические УФ-излучатели применяют для фотолитографии при создании высоких уровней УФ-освещенности в микро- и наноэлектронике. Средства измерений характеристик УФ-излучения в фотолитографии обеспечивают в диапазоне длин волн от 0,01 до 0,25 мкм измерения энергетической освещенности в динамическом диапазоне, нижняя граница которого составляет не более 0,1 Вт/м², верхняя - не менее 100 Вт/м².

Методы оценки погрешностей радиометров УФ-излучения, представленные в настоящем стандарте, соответствуют рекомендациям № 53 Международной комиссии по освещению [1].

Межповерочный интервал - не более одного года.

2. Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

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, указанные в таблице 1.

Таблица 1

4. Средства поверки

При проведении поверки применяют следующие средства:

- установку для измерений спектральной чувствительности приемников излучения в диапазоне длин волн от 0,01 до 1,1 мкм в составе рабочего эталона потока излучения и энергетической освещенности (далее - РЭ ПИ и ЭО) по ГОСТ 8.552. Установка включает в себя источники излучения - лампы типов ДКсШ-120, КГМ-12-100, ЛД2(Д), ИПИ-47 (или аналогичные), монохроматоры типов МДР-23, ВМР-2, ДФС-29 (или аналогичные), светофильтр типа БС-2, фотоприемники типов ФПД-1, ФД-288К, AXUV-100 (или аналогичные). Относительное суммарное среднее квадратическое отклонение (далее - СКО) - не более 3 %;

- установку для измерений абсолютной чувствительности радиометров УФ-излучения в диапазоне длин волн от 0,01 до 0,25 мкм в составе РЭ ПИ и ЭО по ГОСТ 8.552. Установка включает в себя комплект источников излучения - лампы типов ДРТ-250, ДКсШ-120, ЛД2(Д), ИПИ-47 (или аналогичные), многоканальный радиометр УФ-излучения. Относительное суммарное СКО - не более 4 %;

- установку для измерений коэффициента линейности чувствительности радиометров УФ-излучения в составе РЭ ПИ и ЭО по ГОСТ 8.552. Установка включает в себя набор нейтральных ослабителей, источники излучения - лампы типов ДРШ-250, ЛД2(Д), ИПИ-47 (или аналогичные). Относительное суммарное СКО - не более 5 %;

- установку для измерений угловой зависимости чувствительности радиометров УФ-излучения в составе РЭ ПИ и ЭО по ГОСТ 8.552, включающую в себя гониометр типа ГС-5 (или аналогичный). Относительное суммарное СКО - не более 5 %.

5. Требования к квалификации поверителей

Поверку должны проводить лица, аттестованные в качестве поверителей, освоившие работу с радиометрами и используемыми средствами поверки, изучившие настоящий стандарт и эксплуатационные документы на средства поверки и радиометры УФ-излучения.

6. Требования безопасности

При поверке радиометров УФ-излучения 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 электрических установок. При работе с источниками УФ-излучения необходимо использовать средства защиты персонала от УФ-излучения - защитные очки, щитки, перчатки и т.п.

7. Условия поверки

При проведении поверки должны быть соблюдены следующие условия:

- температура окружающего воздуха.................................... (20 ± 5) °C;

- относительная влажность воздуха...................................... (65 ± 15)%;

- атмосферное давление......................................................... от 84 до 104 кПа;

- напряжение питающей сети............................................... (220 ± 4) В;

- частота питающей сети....................................................... (50 ± 1) Гц.

8. Подготовка и проведение поверки

Методика поверки радиометров УФ-излучения включает в себя подготовку к поверке, внешний осмотр, опробование и определение метрологических характеристик. При подготовке к поверке радиометров УФ-излучения необходимо включить все приборы в соответствии с их инструкциями по эксплуатации.

8.1. Внешний осмотр

При внешнем осмотре должны быть установлены:

- соответствие комплектности радиометров УФ-излучения паспортным данным;

- отсутствие механических повреждений блоков радиометров УФ-излучения, сохранность соединительных кабелей и сетевых разъемов;

- четкость надписей на панелях радиометров УФ-излучения;

- наличие маркировки (тип и заводской номер радиометров УФ-излучения);

- отсутствие сколов, царапин и загрязнений на оптических деталях радиометров УФ-излучения.

8.2. Опробование

При опробовании должны быть установлены:

- наличие показаний радиометра при освещении УФ-излучением;

- правильное функционирование переключателей пределов измерений, режимов работы радиометров УФ-излучения.

8.3. Определение метрологических характеристик

8.3.1. Определение погрешности коррекции спектральной чувствительности

Погрешность радиометров УФ-излучения, обусловленную неидеальной коррекцией спектральной чувствительности, определяют по результатам измерений отклонений относительной спектральной чувствительности (далее - ОСЧ) поверяемого радиометра от стандартной (приложение А). ОСЧ поверяемого радиометра УФ-излучения сравнивают с известной спектральной чувствительностью эталонного радиометра УФ-излучения, поверенного в ранге РЭ ПИ и ЭО по ГОСТ 8.552 в диапазоне длин волн от 0,01 до 1,10 мкм. Измерения относительной спектральной чувствительности поверяемого радиометра УФ-излучения проводят с использованием источников УФ-излучения - ламп типов ДКсШ-120, КГМ-12-100, ЛД2(Д), ИПИ-47, а также монохроматоров типов МДР-23, ВМР-2, ДФС-29, светофильтра БС-2, фотоприемников типов ФПД-1, ФД-288К и AXUV-100, поверенных в ранге РЭ ПИ и ЭО по ГОСТ 8.552.

При определении погрешности измерений относительной спектральной чувствительности в диапазоне длин волн от 0,01 до 1,1 мкм эталонный и поверяемый радиометры поочередно устанавливают за выходной щелью монохроматора таким образом, чтобы поток монохроматического излучения проходил в апертурную диафрагму. Показания эталонного I°(λ) и поверяемого I(λ) радиометра регистрируют поочередно 5 раз на каждой длине волны с шагом 5 нм. Затем за выходной щелью монохроматора устанавливают светофильтр типа БС-2 и регистрируют показания эталонного J°(λ) и поверяемого J(λ) радиометра, соответствующие рассеянному излучению в монохроматоре. Результат i-го измерения ОСЧ поверяемого радиометра S_i(λ) рассчитывают по известным значениям ОСЧ S°(λ) эталонного радиометра и отношению значений измеренных сигналов по формуле

S_i(λ) = S°(λ) [I_i(λ) - J_i(λ)]/[I°_i(λ) - J°_i(λ)].                                 (1)

Для каждой длины волны определяют среднее значение ОСЧ S(λ). Оценку относительного среднего квадратического отклонения S_o результатов измерений для n независимых измерений определяют по формуле

                                                (2)

Граница относительной неисключенной систематической погрешности результата измерений ОСЧ Θ_o определяется погрешностью РЭ ПИ и ЭО по ГОСТ 8.552 (из свидетельства о поверке).

Относительное суммарное СКО результатов измерений ОСЧ S_Σ определяют по формуле

S_Σ = (S_o² + Θ_o²/3)^1/2.                                                      (3)

Значение относительного суммарного СКО результатов измерений ОСЧ в диапазоне длин волн от 0,01 до 1,1 мкм не должно превышать 5 %.

Погрешность спектральной коррекции радиометра Θ₁, в процентах, вызванную отклонением относительной спектральной чувствительности S(λ) поверяемого радиометра от стандартной S^ст(λ), определяют по формуле

                           (4)

где Е(λ) - относительная спектральная плотность энергетической освещенности контрольных источников УФ-излучения;

Е^ст(λ) - относительная спектральная плотность энергетической освещенности стандартного источника УФ-излучения.

Для определения возможности применения поверяемого радиометра УФ-излучения в соответствии с настоящим стандартом установлен перечень контрольных и стандартных источников излучения. Табулированные значения Е(λ) и Е^ст(λ) приведены в таблицах 2 - 7. Значение погрешности спектральной коррекции Θ₁ радиометра УФ-излучения для каждого контрольного источника должно быть не более 8 %.

Таблица 2 - Значения Е^ст(λ) для стандартного источника синхротронного излучения при энергии 50 МэВ и радиусе орбиты 17 мм

Таблица 3 - Значения Е^ст(λ) для контрольного источника - ртутной лампы среднего давления

Таблица 4 - Значения Е(λ) для контрольного источника - ртутной лампы с люминофором типа ЛУФ

Таблица 5 - Значения Е(λ) для контрольного источника - ксеноновой лазерной плазмы

Таблица 6 - Значения Е(λ) для контрольного источника - ксеноновой лампы высокого давления

Таблица 7 - Значения Е(λ) для контрольного источника типа А

8.3.2. Определение погрешности абсолютной чувствительности радиометров УФ-излучения в диапазоне длин волн от 0,01 до 0,25 мкм проводят с использованием излучателей типов ЛД2(Д), ИПИ-47. Эталонный и поверяемый радиометры УФ-излучения поочередно устанавливают на расстоянии 1 м от излучателя и юстируют по углу для достижения максимального сигнала. Показания эталонного радиометра I° и поверяемого радиометра I регистрируют пять раз для каждого контрольного источника. Значение абсолютной чувствительности поверяемого радиометра УФ-излучения S рассчитывают по формуле

S = S°I/P,                                                            (5)

где S° - значение абсолютной чувствительности эталонного радиометра УФ-излучения

Определяют среднеарифметическое значение абсолютной чувствительности поверяемого радиометра, суммарное СКО результатов измерений с учетом погрешности эталонного радиометра по формулам 1 - 3. Предельная погрешность определения абсолютной чувствительности Θ₂ не должна превышать 10 %.

8.3.3. Определение погрешности, обусловленной отклонением коэффициента линейности от единицы. Определение границ диапазона измерений энергетической освещенности

Измерение коэффициента линейности радиометра УФ-излучения проводят для определения границ диапазона измерений ЭО. Коэффициент линейности определяют по отклонению значения чувствительности радиометра от постоянного значения в рабочем диапазоне измеряемой величины. Устанавливают два источника УФ-излучения - лампы типов ЛД2(Д), ИПИ-47 на таком расстоянии от повторяемого радиометра, чтобы показания радиометра соответствовали нижней границе диапазона измерений ЭО, указанной в его паспорте и составляющей не более 0,1 Вт/м². Регистрируют показания поверяемого радиометра от каждого из двух излучателей I₁ и I₂ и суммарный сигнал I_Σ от двух излучателей. Измерения проводят 5 раз с использованием экранирующих заслонок. Определяют средние значения измеренных сигналов, СКО S_o, суммарное СКО результатов измерений, рассчитывают коэффициент линейности K, равный I_Σ/(I₁ + I₂), и погрешность радиометра Θ₃, вызванную отклонением чувствительности радиометра, равную 100|K - 1|.

При определении границ диапазона измерений ЭО поверяемого радиометра расстояние между ним и источниками излучения уменьшают таким образом, чтобы значение энергетической освещенности от каждого источника излучения увеличилось на порядок. Измеряют значения сигналов I₁, I₂, I_Σ и рассчитывают соответствующее значение погрешности Θ₃. Измерения повторяют каждый раз с увеличением значения ЭО на порядок до достижения верхней границы диапазона измерений, указанной в паспорте поверяемого радиометра и составляющей не менее 100 Вт/м². По результатам измерений определяют границы диапазона ЭО поверяемого радиометра, в пределах которого значение погрешности Θ₃ должно быть не более 6 %.

8.3.4. Определение погрешности угловой коррекции чувствительности

При определении погрешности угловой коррекции чувствительности радиометров УФ-излучения, обусловленной неидеальной коррекцией угловой зависимости чувствительности от угла падения потока излучения, поверяемый радиометр устанавливают на неподвижное плечо гониометра типа ГС-5, на подвижное плечо гониометра устанавливают источник излучения - лампу типа ЛД2(Д). Регистрируют показания I(j) поверяемого радиометра УФ-излучения в зависимости от угла падения потока излучения j в пределах от 0° до 85° с шагом 5°. Показания радиометра I(j) для угла j нормируют на показания радиометра I(j₀) при нормальном угле падения j₀ потока излучения. Рассчитывают угловую зависимость f(j) отклонения относительной чувствительности радиометра от функции cosj по формуле

f(j) = 100{I(j)/[I(j₀)cosj] - 1}.                                         (6)

Косинусную погрешность радиометра Θ₄, в процентах, рассчитывают по формуле

                                                   (7)

Значение Θ₄ должно быть не более 7 %.

При превышении приведенного значения косинусной погрешности допускается ограничивать угол зрения радиометра УФ-излучения с указанием в паспорте радиометра значения угла зрения и поправочных коэффициентов, учитывающих угловые размеры излучателя.

9. Обработка результатов измерений

Обработку результатов измерений характеристик радиометров УФ-излучения и определение основной относительной погрешности проводят в соответствии с ГОСТ 8.207.

9.1. Оценку относительного среднего квадратического отклонения S_o результатов измерений для n независимых измерений проводят по формуле (1).

СКО S_o определяют по результатам измерений в соответствии с 8.3.3 в динамическом диапазоне от 0,1 до 100 Вт/м².

9.2. Границу относительной неисключенной систематической погрешности Θ_o определяют по формуле

                                                     (8)

где Θ_j - составляющие неисключенной систематической погрешности:

Θ₁ - погрешность спектральной коррекции (Θ₁ £ 8 % - по 8.3.1);

Θ₂ - погрешность определения абсолютной чувствительности (Θ₂ £ 10 % - по 8.3.2);

Θ₃ - погрешность линейности (Θ₃ £ 6 % - по 8.3.3);

Θ₄ - погрешность угловой коррекции (Θ₄ £ 7 % - по 8.3.4).

Граница относительной неисключенной систематической погрешности радиометров УФ-излучения не должна превышать 16 %.

9.3. Предел допускаемой основной относительной погрешности результатов измерений ЭО D_o рассчитывают по формуле

                                             (9)

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

Так как для радиометра УФ-излучения Θ_o > 8S_o, то случайной погрешностью по сравнению с систематической пренебрегают и принимают D_о = Θ_o.

9.4. Результаты поверки радиометров УФ-излучения считают положительными, если предел допускаемой основной относительной погрешности не превышает 20 %.

10. Оформление результатов поверки

10.1. При положительных результатах поверки оформляют свидетельство о поверке и радиометр допускают к применению в качестве средств измерений характеристик УФ-излучения в фотолитографии.

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

Приложение А

(обязательное)

Характеристики радиометров УФ-излучения

Радиометры УФ-излучения используют в фотолитографии для измерений энергетической освещенности в ваттах на квадратный метр (Вт/м²) в диапазоне длин волн [λ₁ - λ₂] в соответствии с ГОСТ 8.552. Значение энергетической освещенности E_э определяют по формуле

                                                     (А.1)

где A - безразмерный коэффициент;

λ - длина волны, мкм;

Е(λ) - спектральная плотность энергетической освещенности.

Спектральная чувствительность S(λ) радиометров УФ-излучения в фотолитографии в соответствии с формулой (1) должна быть постоянной в диапазоне длин волн [λ₁ - λ₂] и равной нулю вне диапазона, так что показания радиометра пропорциональны измеряемому значению энергетической освещенности.

Библиография

 

Ключевые слова: энергетическая освещенность, спектральная чувствительность, средства измерений, ультрафиолетовое излучение, радиометр, фотолитография