Удосконалення методів та засобів калібрування для вимірювальних растрових електронних мікроскопів
| dc.contributor.author | Шантир, Антон Сергійович | |
| dc.contributor.degreedepartment | Кафедра автоматизації експериментальних досліджень | uk |
| dc.contributor.degreefaculty | Факультет авіаційних і космічних систем | uk |
| dc.contributor.degreegrantor | Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" | uk |
| dc.date.accessioned | 2014-12-08T13:23:13Z | |
| dc.date.available | 2014-12-08T13:23:13Z | |
| dc.date.issued | 2014 | |
| dc.description.abstracten | Dissertation for candidate degree of technical sciences on specialty 05.01.02 – Standardization, certification and metrology assurance. National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute», Kyiv, 2014. The study is dedicated to the improvement of methods and tools for calibration of measuring scanning electron microscope (SEM), which can improve the accuracy of estimates of metrological characteristics (MCh) while SEM calibration for measuring of linear dimensions in the nanorange, particularly in subrange from 10 nm to 100 nm. New method of SEM staged calibration proposed. The first stage – rough approximation performed under conditions of a priori nonparametric uncertainty through separate approximations of elementary calibration signals that correspond to the same sectional image of the relief on the surface of linear relief measures with further averaging and finding estimations of SEM MCh and their errors distribution. The second stage - the final optimal estimation which is carried out under conditions of a priori parametric uncertainty by finding the vector parameter containing SEM MCh, according to the theory of optimal estimation using Bayesian criterion. This makes it possible to exclude subjective component of measurement uncertainty while SEM calibration, to improve the accuracy of SEM MCh estimates and to implement an automatic SEM calibration. Proposed generalized model of measuring signal obtained using SEM, part of which is the measurement, empirical and idealized models, mutual consideration of which allows to obtain accurate estimates of SEM MCh and to calculate their extended uncertainty. The method of estimation of extended uncertainty of SEM MCh estimates. Proposed usage of speed of propagation of surface acoustic waves for reproduction of length. Developed standard sample to calibrate the SEM in nanometer range. | uk |
| dc.description.abstractru | Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.01.02 – стандартизация, сертификация и метрологическое обеспечение. - Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, 2014. Работа посвящена усовершенствованию методов и средств калибровки для измерительных растровых электронных микроскопов (РЭМ), что позволяет повысить точность оценивания метрологических характеристик (МХ) при выполнении процедуры калибровки РЭМ для обеспечения измерений линейных размеров в нанометровом диапазоне, в частности, в субдиапазоне от 1 nm до 100 nm. Проведен анализ средств измерений линейных размеров в нанометровом диапазоне и особенностей их применения, на основании которого установлены основные требования к методам и средствам измерений и определены перспективы развития методов растровой электронной микроскопии как базы для создания на основе РЭМ в области нанотехнологий технологических систем изготовления наносистем с критическими размерами порядка 1…10 nm, так и метрологических систем, обеспечивающих их и решающих проблемы повторяемости и точности измерений их линейных размеров. Проведен анализ существующих методов калибровки РЭМ в аспекте точности и повторяемости результатов измерений и выполнена оценка составляющих неопреденности результатов измерений линейных размеров при проведении типовой процедуры калибровки РЭМ с использованием линейных рельефных мер (ЛРМ), по результатам которого установлена необходимость создания физически обоснованной модели измерительного сигнала РЭМ, а принципом повышения точности методов калибровки РЭМ при измерениях линейных размеров, является применение статистической обработки измерительного сигнала (ИС) РЭМ. Предложен новый метод калибровки РЭМ поэтапным приближением, целью которого является снижение априорной неопреленности калибровки РЭМ. В основе реализации предложенного метода лежит анализ ИС РЭМ в два этапа. На первом этапе – первое приближение, которое выполняется в условиях непараметрической априорной неопределенности, путем аппроксимации отдельных элементарных калибровочных сигналов, которые соответствуют одним и тем же сечениям изображения рельефа на поверхности ЛРМ с последующим усреднением и нахождением оценок МХ РЭМ и распределения погрешностей их значений. На втором этапе – окончательное оптимальное оценивание, которое выполняется в условиях параметрической априорной неопределенности, путем нахождения векторного параметра, содержащего МХ РЭМ, с применением положений теории оптимального оценивания с использованием критерия Байеса. Разработана модель ИС РЭМ, отражающая изображения рельефных структур на поверхности ЛРМ и дает описание информационной структуры изображения по которой можно идентифицировать каждую составляющую (артефакты, высокий уровень шумов из-за неидеальности поверхности ЛРМ и конструкции РЭМ, внешние факторы – вибрации, акустические шумы, магнитные поля и др.) и установить для каждой воздействующей составляющей адекватный способ уменьшения ее влияния на точность оценок МХ РЭМ, путем предварительной обработки изображения РЭМ. Поскольку полностью исключить влияние вредных составляющих невозможно, то в контексте задачи калибровки необходима оценка их влияния на точность оценки МХ РЭМ. Для решения этой задачи в модель ИС РЭМ введены составляющие: эмпирическая модель сечения полезного изображения, описывающая изображение рельефа ЛРМ исходя из эмпирических данных; идеализированная модель геометрии сечения полезного изображения, описывающая изображение рельефа исходя из физических процессов, возникающих при взаимодействии электронного зонда с поверхностью ЛРМ. Совместное рассмотрение этих составляющих позволяет повысить точность оценки МХ РЭМ и вычислить их расширенную неопределенность. Предложены и разработаны методы уменьшения составляющих неопределенности результатов измерений при калибровке на этапе первого приближения: режекция продольных неоднородностей на поверхности ЛРМ на основе преобразования Хафа; режекция внешних несинхронных импульсных помех; частотная селекция шумов поверхности ЛРМ; частотная селекция внешних шумов; совмещение элементарных калибровочных сигналов в условиях значительной случайной составляющей с применением метода Акимы. Разработан и исследован метод нахождения апостериорного распределения плотности вероятностей погрешностей оценок МХ с аппроксимацией рядами Эджворта, что дало возможность получить аналитическое выражение плотности распределения и выполнить оценивание МХ РЭМ по критерию максимума правдоподобия. Разработана методика вычисления расширенной неопределенности оценок МХ РЭМ на основе аппроксимации рядом Эджворта, что обеспечивает возможность сравнения качества измерения разных образцов РЭМ. Предложено использование скорости распространения поверхностных акустических волн при воспроизведении длины и разработан стандартный образец многозначной линейной меры длины для калибровки РЭМ в нанометровом диапазоне на основе данного физического явления. Предложен метод и разработана методика самокалибровки РЭМ с использованием многозначной линейной меры длины на поверхностных акустических волнах. Впервые предложен и исследован метод калибровки РЭМ поэтапным приближением, который позволяет одновременное оценивание масштабного коэффициента и эквивалентного диаметра электронного зонда с исключением взаимозависимости оценок их значений, исключить субъективный фактор при определении линейных размеров за счет исключения поиска характерных точек перегиба на сечении изображения ЛРМ, что дает возможность избавиться от субъективной составляющей погрешности измерения при калибровке РЭМ, повысить точность оценивания МХ РЭМ и реализовать режим автоматической калибровки РЭМ. | uk |
| dc.description.abstractuk | Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.01.02 – стандартизація, сертифікація та метрологічне забезпечення. - Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2014. Робота присвячена удосконаленню методів та засобів калібрування для вимірювальних растрових електронних мікроскопів (РЕМ), що дозволяє підвищити точність оцінювання метрологічних характеристик (МХ) при виконанні процедури калібрування РЕМ для забезпечення вимірювання лінійних розмірів в нанометровому діапазоні, зокрема, в субдіапазоні від 10 nm до 100 nm. Запропоновано новий метод калібрування РЕМ поетапним наближенням. На першому етапі - перше наближення, яке виконується в умовах непараметричної апріорної невизначеності, шляхом апроксимації окремих елементарних калібрувальних сигналів, які відповідають одним і тим же перерізам зображення рельєфу на поверхні лінійної рельєфної міри з подальшим усередненням та знаходженням оцінок МХ РЕМ та розподілу похибок їх значень. На другому етапі - остаточне оптимальне оцінювання, яке виконується в умовах параметричної апріорної невизначеності, шляхом знаходження векторного параметру, який містить МХ РЕМ, відповідно до положень теорії оптимального оцінювання з використанням критерію Байєса. Це дає можливість позбавитись суб’єктивної складової похибки вимірювання при калібруванні РЕМ, підвищити точність оцінювання МХ РЕМ та реалізувати режим автоматичного калібрування РЕМ. Розроблено узагальнену модель вимірювального сигналу отриманого на РЕМ, складовими якої є вимірювальна, емпірична і ідеалізована, сумісний розгляд яких дозволяє отримати точні оцінки МХ РЕМ та обчислити їх розширену невизначеність. Розроблено методику оцінювання розширеної невизначеності результату оцінювання МХ РЕМ. Запропоновано використання швидкості розповсюдження поверхневих акустичних хвиль при відтворенні довжини та розроблено стандартний зразок для калібрування РЕМ в нанометровому діапазоні. | uk |
| dc.format.page | 23 л. | uk |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/9684 | |
| dc.language.iso | uk | uk |
| dc.publisher | Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" | uk |
| dc.publisher.place | Київ | uk |
| dc.status.pub | published | uk |
| dc.subject.udc | 621.385.833.28 | uk |
| dc.title | Удосконалення методів та засобів калібрування для вимірювальних растрових електронних мікроскопів | uk |
| dc.type | Other | uk |
| thesis.degree.level | candidate | uk |
| thesis.degree.name | кандидат технічних наук | uk |
| thesis.degree.speciality | 05.01.02 – стандартизація, сертифікація та метрологічне забезпечення | uk |