ZYGO 測(cè)量不確定度的主要來源與控制

1. 儀器校準(zhǔn)引入的不確定度 (u_cal)：

   
   

• 標(biāo)準(zhǔn)器的不確定度：用于校準(zhǔn)儀器的標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階高度樣塊、平面鏡、柵格等，其自身高度/尺寸值帶有經(jīng)溯源的不確定度，會(huì)直接傳遞給測(cè)量結(jié)果。這是B類不確定度的主要部分。

  
  

• 校準(zhǔn)過程的重現(xiàn)性：在校準(zhǔn)過程中，由于環(huán)境波動(dòng)、儀器重復(fù)性等因素，多次校準(zhǔn)結(jié)果會(huì)有散布，其標(biāo)準(zhǔn)偏差可作為不確定度分量。

  
  

2. 儀器本身的性能局限 (u_inst)：

   
   

• 垂直（Z軸）分辨力與非線性：儀器的數(shù)字分辨力（如0.1 nm）決定了其可識(shí)別的最小高度變化。掃描器的非線性誤差會(huì)導(dǎo)致在不同高度區(qū)間測(cè)量精度有差異。

  
  

• 橫向（XY）分辨力與畸變：相機(jī)的像素尺寸和光學(xué)系統(tǒng)的畸變會(huì)影響橫向尺寸測(cè)量的準(zhǔn)確性。

  
  

• 示值重復(fù)性：在短期內(nèi)，對(duì)同一穩(wěn)定樣品同一位置重復(fù)測(cè)量，結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差。這反映了儀器電子、機(jī)械和光學(xué)系統(tǒng)的短期噪聲水平。

  
  

3. 測(cè)量條件與環(huán)境的影響 (u_env)：

   
   

• 溫度變化：環(huán)境溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度（20°C）或測(cè)量過程中溫度波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致樣品、標(biāo)準(zhǔn)器及儀器本身發(fā)生熱膨脹/收縮，引入誤差。這是大尺寸樣品或高精度測(cè)量的重要誤差源。

  
  

• 振動(dòng)：地面或空氣振動(dòng)會(huì)干擾干涉條紋的穩(wěn)定性，增加測(cè)量噪聲，尤其在測(cè)量光滑表面時(shí)影響顯著。

  
  

• 氣流：空氣湍流導(dǎo)致折射率變化，影響光程，對(duì)大面積或長(zhǎng)工作距離測(cè)量有影響。

  
  

4. 被測(cè)樣品的影響 (u_samp)：

   
   

• 樣品材料與光學(xué)特性：樣品的反射率、透明度、顏色、各向異性等會(huì)影響干涉信號(hào)的強(qiáng)度和質(zhì)量，進(jìn)而影響算法解算高度的準(zhǔn)確性。對(duì)于非理想光學(xué)表面，這是重要的不確定度來源。

  
  

• 樣品清潔與制備：表面污染物、灰塵、靜電吸附顆粒會(huì)被當(dāng)作表面特征測(cè)量。

  
  

• 樣品放置與傾斜：樣品傾斜會(huì)導(dǎo)致測(cè)量區(qū)域減小，邊緣效應(yīng)增加，傾斜校正也可能引入誤差。

  
  

• 樣品不均勻性：待測(cè)參數(shù)（如粗糙度）本身在樣品表面存在微觀波動(dòng)，這屬于被測(cè)對(duì)象的固有屬性，應(yīng)在取樣策略中考慮。

  
  

5. 測(cè)量程序與操作的影響 (u_proc)：

   
   

• 參數(shù)設(shè)置：掃描范圍、步長(zhǎng)、濾波類型及截止波長(zhǎng)的選擇，會(huì)影響最終提取的參數(shù)值。不符合標(biāo)準(zhǔn)或不適用的設(shè)置會(huì)引入系統(tǒng)誤差。

  
  

• 對(duì)焦操作：手動(dòng)對(duì)焦的重復(fù)性誤差。

  
  

• 數(shù)據(jù)分析選擇：分析區(qū)域（ROI）的選擇、平面擬合（Leveling）方式、異常值剔除方法等數(shù)據(jù)處理步驟的差異會(huì)影響結(jié)果。

  
  

6. 軟件算法的影響 (u_algo)：

   
   

• 對(duì)于復(fù)雜表面（如陡峭邊緣、透明膜），算法重建三維形貌的準(zhǔn)確性存在理論極限，可能引入系統(tǒng)性偏差。

  
  

• 定期校準(zhǔn)與期間核查：嚴(yán)格按照周期進(jìn)行溯源校準(zhǔn)，日常使用中間核查樣塊監(jiān)控儀器狀態(tài)。

  
  

• 控制測(cè)量環(huán)境：在恒溫、隔振、無強(qiáng)氣流的環(huán)境中測(cè)量，并充分預(yù)熱設(shè)備。

  
  

• 規(guī)范樣品制備與操作：制定嚴(yán)格的樣品清潔、固定和操作SOP，培訓(xùn)操作人員。

  
  

• 優(yōu)化測(cè)量參數(shù)：根據(jù)樣品和標(biāo)準(zhǔn)要求，選擇最合適的測(cè)量模式與參數(shù)。

  
  

• 進(jìn)行重復(fù)性測(cè)試：通過多次測(cè)量評(píng)估重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差，并將其納入不確定度預(yù)算。

  
  

• 記錄完整信息：詳細(xì)記錄測(cè)量條件、參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)處理步驟，便于分析和追溯。

  
  

ZYGO 測(cè)量不確定度的主要來源與控制