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

(утв. и введен в действие Приказом Ростехрегулирования от 26.03.2008 № 60-ст)

Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 26 марта 2008 г. № 60-ст

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

ГОСТ Р 8.640-2008

Группа Т84.10

ОКС 17.020

ОКСТУ 0008

Дата введения 1 января 2009 года

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

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^{o}(\lambda) и поверяемого I(\lambda) 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^{o}(\lambda) и поверяемого J(\lambda) радиометра, соответствующие рассеянному излучению в монохроматоре. Результат i-го измерения ОСЧ поверяемого радиометра S_{i}(\lambda) рассчитывают по известным значениям ОСЧ S^{o}(\lambda) эталонного радиометра и отношению значений измеренных сигналов по формуле

S_{i}(\lambda) = S^{o}(\lambda)[I_{i}(\lambda) - J_{i}(\lambda)]/[I_{i}^{o}(\lambda) - J_{i}^{o}(\lambda)] . (1)

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

S_{o} = \frac{{ \sum_{i = 1}^{5} [S(\lambda) - S_{i}(\lambda)]^{2}}^{1/2}}{S(\lambda)[n(n - 1)]^{1/2}} . (2)

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

Относительное суммарное СКО результатов измерений ОСЧ S_{\Sigma} определяют по формуле

S_{\Sigma} = (S_{o}^{2} + \Theta_{o}^{2}/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 \Theta_{1} , в процентах, вызванную отклонением относительной спектральной чувствительности S(\lambda) поверяемого радиометра от стандартной S^{\text{ст}}(\lambda) , определяют по формуле

, (4)

где E(\lambda) — относительная спектральная плотность энергетической освещенности контрольных источников УФ-излучения;

E^{\text{ст}}(\lambda) — 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 E(\lambda) и E^{\text{ст}}(\lambda) приведены в таблицах 2 - 7. Значение погрешности спектральной коррекции \Theta_{1} радиометра УФ-излучения для каждого контрольного источника должно быть не более 8%.

Таблица 2

Значения E^{\text{ст}}(\lambda) для стандартного источника синхротронного излучения при энергии 50 МэВ и радиусе орбиты 17 мм

Таблица 3

Значения E^{\text{ст}}(\lambda) для контрольного источника — ртутной лампы среднего давления

Таблица 4

Значения E(\lambda) для контрольного источника — ртутной лампы с люминофором типа ЛУФ

Таблица 5

Значения E(\lambda) для контрольного источника — ксеноновой лазерной плазмы

Таблица 6

Значения E(\lambda) для контрольного источника — ксеноновой лампы высокого давления

Таблица 7

Значения E(\lambda) 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 Iо и поверяемого радиометра I регистрируют пять раз для каждого контрольного источника. Значение абсолютной чувствительности поверяемого радиометра УФ-излучения S рассчитывают по формуле

S = SоI/Iо, (5)

где Sо — 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 \Theta_{2} 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_{\Sigma} от двух излучателей. Измерения проводят 5 раз с использованием экранирующих заслонок. Определяют средние значения измеренных сигналов, СКО Sо, суммарное СКО результатов измерений, рассчитывают коэффициент линейности K, равный I_{\Sigma}/(I_{1} + I_{2}) , и погрешность радиометра \Theta_{3} , 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_{\Sigma} и рассчитывают соответствующее значение погрешности \Theta_{3} . 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 \Theta_{3} 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(\phi) поверяемого радиометра УФ-излучения в зависимости от угла падения потока излучения \phi в пределах от 0° до 85° с шагом 5°. Показания радиометра I(\phi) для угла \phi нормируют на показания радиометра I(\phi_{0}) при нормальном угле падения \phi_{0} потока излучения. Рассчитывают угловую зависимость f(\phi) отклонения относительной чувствительности радиометра от функции cos\phi по формуле

{}^{f(\phi) = 100}{_{(0)}^{I(\phi)/[I\phi cos\phi] - 1}} . (6)

Косинусную погрешность радиометра \Theta_{4} , в процентах, рассчитывают по формуле

\Theta_{4} = \int_{0}^{85^{\circ}} |f(\phi)|sin2\phi d\phi . (7)

Значение \Theta_{4} 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 Sо результатов измерений для n независимых измерений проводят по формуле (1).

СКО Sо 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 \Theta_{o} определяют по формуле

\Theta_{o} = 1,1(\sum_{j = 1}^{4} \Theta_{j}^{2})^{1/2} , (8)

где \Theta_{j} — составляющие неисключенной систематической погрешности:

\Theta_{1} — погрешность спектральной коррекции ( \Theta_{1} \leq 8\% — по 8.3.1);

\Theta_{2} — погрешность определения абсолютной чувствительности ( \Theta_{2} \leq 10\% — по 8.3.2);

\Theta_{3} — погрешность линейности ( \Theta_{3} \leq 6\% — по 8.3.3);

\Theta_{4} — погрешность угловой коррекции ( \Theta_{4} \leq 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 \Delta_{\text{о}} рассчитывают по формуле

\Delta_{\text{о}} = K(\sum_{j = 1}^{4} \Theta_{j}^{2}/3 + S_{\text{о}}^{2})^{1/2} , (9)

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

Так как для радиометра УФ-излучения \Theta_{\text{о}}>8S_{o} , то случайной погрешностью по сравнению с систематической пренебрегают и принимают \Delta_{o} = \Theta_{\text{о}} .

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 [\lambda_{1} - \lambda_{2}] в соответствии с ГОСТ 8.552. Значение энергетической освещенности EЭ определяют по формуле

E_{\text{Э}} = A \int_{\lambda_{2}}^{\lambda_{1}} E(\lambda)d\lambda , (А.1)

где A — безразмерный коэффициент;

\lambda — длина волны, мкм;

E(\lambda) — спектральная плотность энергетической освещенности.

Спектральная чувствительность S(\lambda) радиометров УФ-излучения в фотолитографии в соответствии с формулой (1) должна быть постоянной в диапазоне длин волн [\lambda_{1} - \lambda_{2}] и равной нулю вне диапазона, так что показания радиометра пропорциональны измеряемому значению энергетической освещенности.

БИБЛИОГРАФИЯ