Development of roughness standard for nanometrology

U Laboratoriju za precizna mjerenja dužina (LFSB) 1986. godine razvijeni su referentni etaloni hrapavosti. Tijekom godina višestruko je potvrđivana izuzetna razina kvalitete mjeriteljskih značajki tih etalona. Međutim, posebice u zadnjem desetljeću, ostvaren je značajan razvoj nanotehnologije, a time i razvoj nove mjerne opreme za provođenje mjerenja na nanometarskoj skali. Postojeći etaloni LFSB-a glede dimenzija, tehnologije izrade te mjeriteljskih značajki ne mogu u punoj mjeri osigurati mjeriteljske zahtjeve u nano području. S tim u svezi, LFSB je 2008. godine pokrenuo EURAMET Projekt 1012 Limitations of measuring methods for the depth of the groove u suradnji s Nacionalnim mjeriteljskim institutima Italije i Egipta. Cilj Projekta bio je utvrditi eventualna ograničenja u postupku mjerenja dubine brazde na referentnim etalonima LFSB-a, koristeći različitu suvremenu mjeriteljsku opremu. Usporedno provedena je detaljna analiza mjeriteljskih značajki etalona koji se danas koriste u području mikro i nanomjeriteljstva. U disertaciji je, temeljem rezultata ostvarenih unutar EURAMET Projekta 1012 i nalaza istraživanja značajki etalona, predložen novi model referentnog etalona. Etalon je fizički realiziran u suradnji s tvrtkom MicroMasch i Institutom Ruđer Bošković. Komparativna prednost razvijenog etalona prema ostalim etalonima u području nanomjeriteljstva jest činjenica da je razvijeni etalon mjerljiv na gotovo cjelokupnoj mjernoj opremi u navedenom području. Time su se osigurali uvjeti za utvrđivanje obnovljivosti rezultata ostvarenih različitim mjernim metodama. Jedan od ciljeva ovog rada je i smanjenje mjerne nesigurnosti u postupku mjerenja dubine brazde interferencijskom metodom u LFSB-u. Iz tog razloga u LFSB-u je provedena modifikacija interferencijskog mikroskopa Epival- Interphako kojim je značajno povećana točnost i preciznost mjernog sustava. Proračunom mjerne nesigurnosti u postupku mjerenja dubine brazde novih etalona na modificiranom interferencijskom mikroskopu ostvarena je očekivana razina mjerne nesigurnosti u iznosu od U = 0,9 nm; k = 2; P = 95 %.In the Laboratory for precise measurements of length (LFSB) in 1986 the roughness reference standards were developed. Over the years an exceptional level of measurement features quality of these standards has been confirmed. However, especially in the last decade there was a remarkable development of nanotechnology, and thus the development of new measuring equipment for measurements at the nano scale. The existing LFSB roughness reference standards regarding their size, production technology, and calibration features cannot fully ensure metrological requirements in the nano area. In the year 2008 LFSB launched the EURAMET Project 1012, "Limitations of methods for measuring the depth of the groove," in cooperation with national metrology institutes from Italy and Egypt. The project aimed to identify limitations in the procedure of measuring the groove depth on the LFSB roughness reference standards, using various modern metrological equipment. At the same time, a detailed analysis of the metrological characteristics of standards that are used today in the field of micro and nanometrology has been conducted. Based on the results obtained within EURAMET Project 1012, and the findings of the standards research, a new model of the roughness reference standard has been proposed. In cooperation with company MicroMasch, and the Ruder Bošković Institute the standard has been physically realized. Comparative advantage of the new standard compared to other standards in the field of nanometrology is the fact that the developed standard is measurable on almost all measuring equipment in the specified area. This has assured the conditions for determining the reproducibility of the results obtained by different measuring methods. One of the aims of this study is the reduction of the uncertainties in the procedure of groove depth measurements using interference method. For that reason, in LFSB a modifications of the interferometrical microscope Epival-Interphako have been carried out, that significantly increased the accuracy and precision of the measurement system. Uncertainty budget calculation in the procedure of groove depth measurements on new standards using modified interference microscope achieved the expected level of uncertainty in the amount of U = 0,9 nm, k = 2, P = 95%