ZYGO 测量不确定度的主要来源与控制

ZYGO 测量不确定度的主要来源与控制

1. 仪器校准引入的不确定度 (u_cal)：

   
   

• 标准器的不确定度：用于校准仪器的标准台阶高度样块、平面镜、栅格等，其自身高度/尺寸值带有经溯源的不确定度，会直接传递给测量结果。这是B类不确定度的主要部分。

  
  

• 校准过程的重现性：在校准过程中，由于环境波动、仪器重复性等因素，多次校准结果会有散布，其标准偏差可作为不确定度分量。

  
  

2. 仪器本身的性能局限 (u_inst)：

   
   

• 垂直（Z轴）分辨力与非线性：仪器的数字分辨力（如0.1 nm）决定了其可识别的最小高度变化。扫描器的非线性误差会导致在不同高度区间测量精度有差异。

  
  

• 横向（XY）分辨力与畸变：相机的像素尺寸和光学系统的畸变会影响横向尺寸测量的准确性。

  
  

• 示值重复性：在短期内，对同一稳定样品同一位置重复测量，结果的标准偏差。这反映了仪器电子、机械和光学系统的短期噪声水平。

  
  

3. 测量条件与环境的影响 (u_env)：

   
   

• 温度变化：环境温度偏离标准温度（20°C）或测量过程中温度波动，会导致样品、标准器及仪器本身发生热膨胀/收缩，引入误差。这是大尺寸样品或高精度测量的重要误差源。

  
  

• 振动：地面或空气振动会干扰干涉条纹的稳定性，增加测量噪声，尤其在测量光滑表面时影响显著。

  
  

• 气流：空气湍流导致折射率变化，影响光程，对大面积或长工作距离测量有影响。

  
  

4. 被测样品的影响 (u_samp)：

   
   

• 样品材料与光学特性：样品的反射率、透明度、颜色、各向异性等会影响干涉信号的强度和质量，进而影响算法解算高度的准确性。对于非理想光学表面，这是重要的不确定度来源。

  
  

• 样品清洁与制备：表面污染物、灰尘、静电吸附颗粒会被当作表面特征测量。

  
  

• 样品放置与倾斜：样品倾斜会导致测量区域减小，边缘效应增加，倾斜校正也可能引入误差。

  
  

• 样品不均匀性：待测参数（如粗糙度）本身在样品表面存在微观波动，这属于被测对象的固有属性，应在取样策略中考虑。

  
  

5. 测量程序与操作的影响 (u_proc)：

   
   

• 参数设置：扫描范围、步长、滤波类型及截止波长的选择，会影响最终提取的参数值。不符合标准或不适用的设置会引入系统误差。

  
  

• 对焦操作：手动对焦的重复性误差。

  
  

• 数据分析选择：分析区域（ROI）的选择、平面拟合（Leveling）方式、异常值剔除方法等数据处理步骤的差异会影响结果。

  
  

6. 软件算法的影响 (u_algo)：

   
   

• 对于复杂表面（如陡峭边缘、透明膜），算法重建三维形貌的准确性存在理论极限，可能引入系统性偏差。

  
  

• 定期校准与期间核查：严格按照周期进行溯源校准，日常使用中间核查样块监控仪器状态。

  
  

• 控制测量环境：在恒温、隔振、无强气流的环境中测量，并充分预热设备。

  
  

• 规范样品制备与操作：制定严格的样品清洁、固定和操作SOP，培训操作人员。

  
  

• 优化测量参数：根据样品和标准要求，选择最合适的测量模式与参数。

  
  

• 进行重复性测试：通过多次测量评估重复性标准差，并将其纳入不确定度预算。

  
  

• 记录完整信息：详细记录测量条件、参数设置和数据处理步骤，便于分析和追溯。

  
  

ZYGO 测量不确定度的主要来源与控制