一系列半导体、光学涂层、传感器、柔性电子和微电子机械系统(MEMS)都依赖于精确的厚度或蚀刻深度测量。
Dektak®笔分析器它们是许多这些应用的理想选择，其中包括卓越的子纳米重复性 - 在使用纳米到毫米垂直范围内使用步进高度测量时的关键考虑因素。
通过精确地管理这些系统的施加负载，可以实现一系列柔软物质的准确和可重复的计量，包括聚合物薄膜/涂层和基于铟的装置。
这篇文章探讨了Dektak计量在垂直尺寸(各种认证台阶高度的阵列)上的能力。
它提供了规格，案例和性能基准，说明为什么这些型材满足材料工程师和制造商的表面特性需求超过半个世纪。欧洲杯足球竞彩
图1所示。表示同一图中的六个步骤，Vision64软件的默认功能。图像信用：布鲁克纳米表面
计量术语定义
计量能力可以理解为对仪器性能的测量，这可以通过列出和量化误差源来评估，以确定系统是否适合于特定的任务。
误差以独立计量参考实验室认证的标准为基准，例如，德国的PTB，英国的UKAS/NPL，美国的NIST或日本的NMIJ。
图2。精度和重复性与目标值的图解说明。图像信用：布鲁克纳米表面
误差来源分为四类:
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偏差是指输出结果与其实际值之间的差异。偏差通常被认为是测量的准确性。
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稳定性是指在一段确定的时间内输出结果的漂移程度。
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可以理解为在没有用户交互的情况下在短时间内测量相同的位置时，重复性可以理解为输出结果中的固有随机波动。重复性突出显示仪器的精确度，定义了下面的固定边界，测量将被视为无效。
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再现性考虑外部参数对测量的影响，例如，操作者，时间或重新定位。
可重复性是测量系统性能的内在特征，如果不改变硬件，就不可能改善这一点。
然而，通过利用强大的分析和自动化例程来降低度量对时间、位置或用户的敏感性，甚至完全独立，可以提高再现性。
可以通过彻底的校准过程来增强精度或偏置，而稳定性改进可以通过环境控制和/或测量系统的全部重新设计来实现。
自动步进提取
使用自动分析程序计算步进高度对于最小化用户影响是必不可少的。为此，Dektak系统利用Vision64提供的两个标准自动化分析程序®软件
这些分析例程中的第一个基于光标的固定位置，而第二个分析程序基于与步进边缘相关的自动光标定位。
在第二个程序中，光标位置之间的平均高度差将决定薄膜厚度或蚀刻深度。
用户还提供自由度来自定义设置以进行更高级分析，使用分析树设置数据预处理。
影响精度的因素
Dektak stylus profilers采用当前一代LIS-3头。这些传感器是基于线性变量差动变压器(LVDT)传感器技术的，这是一种在整个行业作为线性和鲁棒位移传感器使用的流行和受尊敬的传感器形式。
传感器的鲁棒性源于远离检测线圈的磁芯源，使这些装置对非自愿冲击或大的位移不敏感。这种传感器架构也是Dektak手写笔的快速，直接交换的核心。
图3。高级分析设置，用于自动步骤高度确定。基于多树的Vision64分析允许不同的同时计算，为各种应用提供最佳计量性能和灵活性。图像信用：布鲁克纳米表面
传感器头也专门设计用于通过宽垂直范围（最多1毫米）和在采用单个头的同时将一致的计量性能保持一致的计量性能。
这种扩展的范围允许用户在更多样化的应用程序阵列中利用Dektak手写笔分析器的力量。
负荷和垂直范围的影响
在触控笔和表面之间施加的载荷是触控笔轮廓仪的关键测量设置。这不仅有助于跟踪表面，但它也提高了测量精度和灵敏度。
另一个重要的设置 - 垂直范围 - 通过适当应用更高或更低的信号放大来改变垂直精度和噪声。
建议评估这两个参数对执行精确的步高测量的能力的影响。
此负载和垂直范围效果在图4中证明。
相同认证的1028 nm步长在相同的位置测量10次，不同的负载和测量之间的垂直范围。Vision64灵活的自动化例程确保更改在没有操作员协助的情况下自动实现。
这里显示的图表通过表示第2和第3个四分位数的方框突出了离散度，极端的条形图显示了最大值和最小值。蓝色虚线区分认证的不确定范围，确认准确的步长值仍然舒适地保持在这些边界限制内。
图4。载荷和垂直范围超过1μm步长测量的影响。蓝色虚线定义校准样品的不确定度范围。图像信用：布鲁克纳米表面
可以观察到施加的负载对步高测量和短期重复性没有影响。即使在最低校准的0.03mg负载下也是如此，在严格（0.5nm - 0.9nm）范围内具有一个σ重复性。
这些值展示了LIS-3头部设计的鲁棒性，与其优异的高质量软件控制相同。
应该注意的是，在最低和最高和最高之间切换施加的负载没有冲击头功能，并且该大负载范围有助于保持稳定的阶梯高度，匹配初始施加的负载。
垂直范围清晰影响重复性，随着范围的增加而变得更糟。这是预期的现象，因为测量信号变弱以考虑该较大的垂直范围。
尽管如此，测量的台阶高度仍然舒适地在认证范围内，这意味着测量仍然是准确的-用户获得任何给定的步骤的准确结果，不管垂直范围和负载选择。
再现性
前一节中提出的实施例在样品和触控笔静态的情况下评估了短期可重复性，并且测量的连续记录没有中断。
这与日常使用场景不同，在不同的换档和日期的不同运算符执行测量的情况下。
良好的基准计量系统必须通过时间和样品负载/卸载来确保稳定且一致的测量，无论用户或方法的变化如何。
为了评估这一点，在2天的时间内，用不同的单次测量、多次连续测量和不同的时间重复测量相同的1028 nm步长。
自动化配方利用对齐点来确保可重复的起始位置。
图5显示了按时间顺序显示的步进高度数据以及认证限制，其显示为蓝色虚线。可以观察到结果明确可重复。
就正态分布而言，99％的步高测量在±2.8nm范围内下降 - <0.03％的步高。这个号码似乎很低，但它确实超过先前记录的重复性，从而突出了外部环境因子的影响（可能是温度的变化）。
图5。在2天的时间内再现1028nm的步骤。图像信用：布鲁克纳米表面
线性
线性度代表触控笔分析器的计量容量，以沿着特定垂直范围提供精确的步高值。
这是一个核心参数，因为过程监控通常暗示具有减小或增加深度或厚度的若干控制点，所以提取的步高度被采用作为反馈来相应地调整工艺设备。2020欧洲杯下注官网
测量工具的线性程度直接决定了可以满足生产中的耐受性，使得更高的CPK或CP，以及可以提高的程度的产量。
在同一分析配方中测量六个校准步骤。这是通过固定的6.5μm垂直范围和恒定负载来完成的，以评估Dektak触控笔轮廓计的固有线性性能。
步骤掺入宽大的纳米（11nm）至微米（1.028μm）的垂直范围，表示核心垂直范围，以获得大量的常见应用。每次测量之前都使用1.028μm的最大步长。
图6显示了该研究的结果，清楚地显示了在20年的垂直范围内优于0.1%的线性行为。还应该注意的是，相对于标称值的绝对偏差永远不会超过2纳米，这证实了测量的纳米级精度。
图6。绘图显示LVDT传感器的线性答案超过二十年的高度（左），摘要标签，说明纳米级（右）的精度。图像信用：布鲁克纳米表面
这Dektak LIS-3 LVDT传感器在单个测量范围内提供异常的线性响应。为了测量更大范围的薄膜厚度或蚀刻深度，可以独立校准每个垂直范围，以进一步优化特定范围的线性，同时也保持精度。
软表面操作
由于这是一种手写笔轮廓技术，Dektak系统需要与表面进行物理接触，从而在手写笔下方施加压力。这可能会导致潜在的表面损伤或磨损——由于对原有表面的修改，应该考虑这一偏置因素。
这种修改风险低估了真正的阶跃高度。
LIS-3传感器是为了解决这个问题而设计的，非常适合在软材料上进行测量，例如，在聚合物涂层、柔性电子和微流控设备中发现的材料。欧洲杯足球竞彩
我们进行了多项测量来评估这种能力。这些测量是在软的，容易刮的涂层上进行的，包括几个有机层-压敏粘合剂和丙烯酸分散与有机硅纸上的颜料。
2微米触控笔，有机粗糙度和0.1mg负载的ISO标准，以增加局部压力。
在使用平均台阶高度自动分析进行30次测量之前，将软多层涂层沉积在硬玻璃载玻片上，以确保基线一致。
测量发现，在±57 nm范围内，15.64µm的读数稳定，方差小于0.4%(图7)。
图7。从一个软有机层连续30次测量厚度的演变。图像信用：布鲁克纳米表面
这些结果突出了Dektak触控笔轮廓仪测量易碎表面的能力。更软的样品也可以通过使用更大的触针半径(高达25µm)和更低的载荷(低至0.03 mg)来测量，以更好地降低表面变形的风险。
使用通常用于微流体装置的PDMS结构进行第二示例性评估。由于其大而突然的高度变化，这种类型的样本可能对触控笔分析器尤其挑战。
这些结构用于测试Dektak的施加持续载荷的能力及其测量粘性表面的能力。从PDMS粘性的问题只能通过高达1mm / s的快速扫描速度来减轻，但这确实需要使用具有高机械带宽的系统。
由于Dektak传感器头的低惯性设计，由此产生的轨迹(图8)显示了适当的表面跟踪的清晰迹象。
图8。跟踪PDMS微流控结构与阶梯结果，并与硅冲压母版进行比较。图像信用：布鲁克纳米表面
用于压印PDMS的主硅印章也被测量，为测量的台阶高度提供参考点(图8)，显示PDSM和印章表面的高度差之间具有极好的一致性，几乎0.4µm偏移量完全与压印过程一致。
这些案例研究中的每一个都提供了对Dektak Stylus分析器的潜力的关键见解，以柔软表面的可靠，准确，高保真度测量曲线。
结论
本文清楚地证明了Dektak Stylus分析器的能力，将高度准确和可靠的步高测量值下降到纳米级。
Dektak系统可在完全垂直范围和施加的接触力上提供可重复的结果，而不管应用，蚀刻或材料沉积，硬质或软质。
这Dektak Lis-3传感器Head的低间隙设计使其能够快速适应表面形态的突然变化，同时提供长期的测量稳定性，并保持每个垂直范围的高线性。
拥有超过50年被证明的创新和可证明和可靠的实际使用，Dektak侧写器仍然是不受影响的手写侧写术的黄金标准。
这些强大的、适应性强的仪器使用户能够始终更好地控制生产过程，使他们能够满足更严格的公差并提高产量。
致谢
由撒母埃尔莱斯科在布鲁克的材欧洲杯足球竞彩料制作。
这些信息来源于布鲁克纳米表面公司提供的材料。欧洲杯足球竞彩
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