ZYGO 測量不確定度的主要來源與控制

1. 儀器校準引入的不確定度 (u_cal)：

   
   

• 標準器的不確定度：用于校準儀器的標準臺階高度樣塊、平面鏡、柵格等，其自身高度/尺寸值帶有經溯源的不確定度，會直接傳遞給測量結果。這是B類不確定度的主要部分。

  
  

• 校準過程的重現性：在校準過程中，由于環境波動、儀器重復性等因素，多次校準結果會有散布，其標準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：儀器的數字分辨力（如0.1 nm）決定了其可識別的最小高度變化。掃描器的非線性誤差會導致在不同高度區間測量精度有差異。

  
  

• 橫向（XY）分辨力與畸變：相機的像素尺寸和光學系統的畸變會影響橫向尺寸測量的準確性。

  
  

• 示值重復性：在短期內，對同一穩定樣品同一位置重復測量，結果的標準偏差。這反映了儀器電子、機械和光學系統的短期噪聲水平。

  
  

3. 測量條件與環境的影響 (u_env)：

   
   

• 溫度變化：環境溫度偏離標準溫度（20°C）或測量過程中溫度波動，會導致樣品、標準器及儀器本身發生熱膨脹/收縮，引入誤差。這是大尺寸樣品或高精度測量的重要誤差源。

  
  

• 振動：地面或空氣振動會干擾干涉條紋的穩定性，增加測量噪聲，尤其在測量光滑表面時影響顯著。

  
  

• 氣流：空氣湍流導致折射率變化，影響光程，對大面積或長工作距離測量有影響。

  
  

4. 被測樣品的影響 (u_samp)：

   
   

• 樣品材料與光學特性：樣品的反射率、透明度、顏色、各向異性等會影響干涉信號的強度和質量，進而影響算法解算高度的準確性。對于非理想光學表面，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、靜電吸附顆粒會被當作表面特征測量。

  
  

• 樣品放置與傾斜：樣品傾斜會導致測量區域減小，邊緣效應增加，傾斜校正也可能引入誤差。

  
  

• 樣品不均勻性：待測參數（如粗糙度）本身在樣品表面存在微觀波動，這屬于被測對象的固有屬性，應在取樣策略中考慮。

  
  

5. 測量程序與操作的影響 (u_proc)：

   
   

• 參數設置：掃描范圍、步長、濾波類型及截止波長的選擇，會影響最終提取的參數值。不符合標準或不適用的設置會引入系統誤差。

  
  

• 對焦操作：手動對焦的重復性誤差。

  
  

• 數據分析選擇：分析區域（ROI）的選擇、平面擬合（Leveling）方式、異常值剔除方法等數據處理步驟的差異會影響結果。

  
  

6. 軟件算法的影響 (u_algo)：

   
   

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

  
  

• 定期校準與期間核查：嚴格按照周期進行溯源校準，日常使用中間核查樣塊監控儀器狀態。

  
  

• 控制測量環境：在恒溫、隔振、無強氣流的環境中測量，并充分預熱設備。

  
  

• 規范樣品制備與操作：制定嚴格的樣品清潔、固定和操作SOP，培訓操作人員。

  
  

• 優化測量參數：根據樣品和標準要求，選擇最合適的測量模式與參數。

  
  

• 進行重復性測試：通過多次測量評估重復性標準差，并將其納入不確定度預算。

  
  

• 記錄完整信息：詳細記錄測量條件、參數設置和數據處理步驟，便于分析和追溯。

  
  

ZYGO 測量不確定度的主要來源與控制