本文件界定了以光栅特征与标称位置偏差来解释光栅的全局和局部质量参数的通用术语，并提供了测定参数所用的测量与评价方法分类的指南，以及在纳米技术的不同应用领域保证生产和使用光栅质量的指南。 本文件所定义和描述的方法适用于不同种类的光栅，但本文件重点关注一维（1D）和二维（2D）光栅，以便于纳米技术领域中涉及光栅尺寸质量参数表征的制造商、用户和校准实验室之间的使用。

ICS07.120
CCS L 04
中华人民共和国国家标准化指导性技术文件GB/Z43684—2024/IECTS62622:2012纳米技术
光栅的描述、测量和
尺寸质量参数
Nanotechnologies-Description,measurement and dimensionalquality parameters of gratings(IEC TS 62622:2012,Nanotechnologies—Description,measurement anddimensional quality parameters of artificial gratings,IDT)2024-03-15发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2024-10-01 实施
规范性引用文件
术语和定义
基本术语
光栅相关术语
光栅的种类
光栅质量参数术语
表征光栅的测量方法类别
缩略语
光栅校准和质量表征方法
全局方法
局部方法
混合方法
各种方法的对比
光栅特征的其他偏差
光栅质量表征的滤波算法
光栅表征结果的报告
光栅规格
校准程序
光栅质量参数
附录A(资料性）
背景信息和示例
附录B（资料性）布拉维格子
参考文献
GB/Z436842024/IECTS62622:2012ⅢI
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则起草。
GB/Z43684—2024/IECTS
S62622:2012
第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定本文件等同采用IECTS62622:2012《纳米技术人造光栅的描述、测量和尺寸质量参数》，文件类型由IEC的技术规范调整为我国的国家标准化指导性技术文件。本文件做了下列最小限度的编辑性改动：将标准名称改为《纳米技术光栅的描述、测量和尺寸质量参数》；一将IECTS62622：2012中未被引用的术语“特征位置的相对偏差”和“特征位置的相对线性度偏差”分别调整至术语“特征位置偏差”和“特征位置的线性度偏差”的注中。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国科学院提出。
本文件由全国纳米技术标准化技术委员会(SAC/TC279)归口。
本文件起草单位：中国计量科学研究院、北京大学、清华大学、苏州苏大维格科技集团股份有限公司、广纳四维（广东)光电科技有限公司。本文件主要起草人：李伟、李适、朱振东、李群庆、陈林森、李晓军、高思田、李琪、施玉书、黄鹭、史瑞乔文、华鉴瑜。
43684—2024/IECTS
62622:2012
光栅在纳米尺度结构的制造过程以及纳米物体的表征中起着重要的作用在采用光刻技术的半导体集成电路批量制造中，通过光来探测掩模版和硅晶圆上的光栅图案，分析产生的光信号，并将其用于在晶圆扫描生产工具的不同光刻步骤中实现光刻掩模和晶圆的对准。在半导体制造以及其他需要纳米级高定位精度的制造过程中，通常使用基于光栅的长度或角度编码器系统提供运动轴的位置反馈。纳米技术中光栅的另一个应用领域是作为标准器，用于校准表征纳米结构所用的必要仪器，如扫描探针显微镜、扫描电子显微镜或透射电子显微镜等高分辨显微镜。在制造工具中，用于位置反馈的光栅的质量通常影响对准系统或定位系统所能实现的精度。光栅作为校准高分辨显微镜图像放大倍率的标准器，其质量决定了校准的不确定度，从而对显微镜的最终测量不确定度起着重要作用。
本文件主要规定了光栅特征的质量参数，采用与光栅特征标称位置的偏差来表示，并提供了用于校准和表征光栅的各类测量与评价方法的应用指南。IN
1范围
GB/Z43684—2024/IECTS62622:2012纳米技术光栅的描述、测量和
尺寸质量参数
本文件界定了以光栅特征与标称位置偏差来解释光栅的全局和局部质量参数的通用术语，并提供了测定参数所用的测量与评价方法分类的指南，以及在纳米技术的不同应用领域保证生产和使用光栅质量的指南。
本文件所定义和描述的方法适用于不同种类的光栅，但本文件重点关注一维（1D）和二维(2D)光栅，以便于纳米技术领域中涉及光栅尺寸质量参数表征的制造商、用户和校准实验室之间的使用。规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T30544.1—2014
IS0/IEC17025
纳米科技术语第1部分：核心术语（IS0/TS80004-1:2010.IDT）检测与校准实验室能力通用要求（Generalrequirementsforthecompetenceoftesting and calibration laboratories)注：GB/T27025—2019检测和校准实验室能力的通用要求(IS0/IEC17025:2017，IDT)3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。3.1基本术语
特征feature
参考一基准面、具有明确的不同于边界以外区域的物理属性（参数)的一个连续边界内的区域示例：基底上一个具有梯形横截面的特征，见图1。侧视图
图1基底上梯形线特征的示例
俯视图
GB/Z43684—2024/IECTS62622:2012注1：该定义改写自SEMIP35。
注2：一般情况下，特征是三维物体。它有可能是纳米物体（定义见GB/T30544.1一2014,2.5）。特征具有不同的形状，例如点、线、槽等；可能是对称的或非对称的；材料特性与基底可能相同或不同；可能位于基底表面或基底内(有时称为“掩埋特征”）。
注3:术语“几何特征”通常定义为点、线或面，见IS017450-1:2011。3.1.2
基准面
reference plane
用户定义的包含特征坐标系的近似基底表面的平面。注：该定义改写自SEMIP35。
特征坐标系
feature coordinate system
coordinatesystem
坐标系
将基准面定义为x-y平面的笛卡尔坐标系，其x轴由主光栅方向定义，原点由指定的参考位置定义。
注1：通常，选择特定特征的位置作为坐标系的原点，例如一维光栅(1D光栅)中的第一个特征，或者二维光栅(2D光栅)中左下角的特征。
注2：也能够通过分析所有关注的特征位置来定义原点，例如以一维光栅(1D光栅)在x方向上所有位置的平均值作为原点。对于二维光栅(2D光栅)，原点能通过对二维光栅(2D光栅)的所有特征全部x和y位置的最小二乘回归拟合来定义，因而充许原点平移以及整个二维光栅(2D光栅)旋转(即多点对准)。在此情况下，特征坐标系的原点不再对应于某一特定特征。注3：原点也能选择为基准面内指定的对准特征或辅助特征的位置。注4:对于角度光栅，特征坐标系可为极坐标系r,o或柱坐标系r,p,z定义。3.1.4
特征图案
feature pattern
特征的集合，由特征的数量、类型和位置规定。示例：不同类型特征图案的示例见图2。a）双十字结构
b）线阵列十字
c）不等间距结构图案
注：不同种类的特征通过不同的排列方式形成特征图案。这些特征图案可能相对简单，如两个正交的线特征组成的单十字结构；也可能复杂，如双十字结构或线阵列十字；或者更复杂的间隔不规则的线特征。图2特征图案示例
特征位置
xi,yi,zi
feature position
相对于指定坐标系，N个特征中的第i个特征的指定点投影到基准面上的位置坐标。注1：对于一维光栅(1D光栅)，假设光栅方向即单位长度上的光栅特征数量最大的方向为x方向，则主要关注特征的x位置。而对于二维光栅(2D光栅），关注其x和y位置。对于这两类光栅，假设基准面已经与测量仪器2
的坐标轴对准的情况下，特征的z位置通常不重要。GB/Z43684—2024/IECTS
S62622:2012
注2：根据选择的特征位置评价标准（见注3），被测的特征位置取决于所用测量仪器与特征特性的相互作用，如其形状、尺寸和材料特性。
注3：特征位置的测定通常基于对特征显微图像的分析。能用不同的方式分析显微镜图像信号以测定特征位置。多数情况下关注特征的中心位置，该位置能通过计算质心或测定特征的左右两边缘的平均值等方法测定。注4：如果仅关注特征的某一部分，例如线特征的边缘位置，则相应边缘位置的测定宜仅基于特征中所关注的部分。注5：上述特征位置的定义也能应用于特征图案。注6：如果分析角度光栅，用极坐标r,Φ或柱坐标r,9，有利于表示特征位置。3.1.6
特征间的距离
distance between features
在关注的方向上测定的相同或相近特征的特征位置之差。注1：x方向上两个连续特征i和i-1之间的距离d为：d=x;-x-il
注2:x,y基准面中两个连续特征之间的距离d通常为：d=V(α;-x;-I)2+(y;-y-I)2
注3：在x,y;，；
和x;-1,y-1,-1
位置的两个连续特征之间的距离d1一般情况为
d=V(;-x-1)2+(-岁-)2+(2;-2;-1)2注4：通常关注特征中心位置之间的距离。然而，某些情况下也关注特征边缘位置之间的距离。3.2
光栅相关术语
grating
具有周期性间隔的相同特征的集合。注1：在衍射光学词汇（见IS015902：2019.3.3.1.2)中，光栅定义为“光学用途的周期性空间结构”。在本文件中，光栅不限于光学用途。Www.bzxZ.net
注2：通常光栅相邻相同特征之间的距离与其尺寸的比率接近1。但本定义并不局限于此类情况，还包括所谓的稀疏光栅，因而原则上也包括线纹尺。注3：虽然本文件主要针对周期性光栅，但是光栅质量参数也适用于非周期光栅，如调啾光栅（见IS015902：2019,3.3.5.2)，但对于特征位置数据的空间滤波方法，可能会存在限制。注4:有时一个光栅能够分成几个具有不同特征的子光栅。3.2.2
光栅相邻的特征间的距离。
注1：通常，特征中心位置用于测定间距。在某些情况下，一对特征的相同边缘之间的距离也用于测定间距值，注2：该定义与SEMIP35中规定的间距定义一致。3.2.3
nominalpitch
标称间距
光栅规格表给出的预期间距值
光栅特征数量
number of gratingfeatures
关注方向上光栅的所有相同特征的总和。GB/Z43684—2024/IECTS62622:2012注：对于二维光栅(2D光栅）和三维光栅（3D光栅），光栅特征数量在不同方向上可能不同。2D和3D光栅中的特征总数是沿着2个或3个不同方向的光栅特征数量的乘积(例如，在1D特征的情况下为点）。3.2.5
平均间距
meanpitch
对光栅的所有相同特征测定的平均间距值。注1：平均间距不一定是算术平均间距，也可能是其他统计方法计算的特征间距，注2：如果光栅的所有特征位置都是已知的，则光栅的平均间距能通过将所有测量的特征位置x；m与标称特征位置x,om的最小二乘线性回归拟合来测定。如果测量的特征位置的不确定度相等，则能应用标准线性回归拟合。如果测量的特征位置x;.m的不确定度u不同，则采用加权线性回归拟合，使用方差的倒数作为权重[w;=1/(u?)月。考虑到光栅所有特征的位置信息，回归线(给出斜率m和截距b的值)的最终斜率m能用于计算平均间距值pm=m-Pmom。
注3：光栅的平均间距通常也称为光栅的周期长度或光栅常数A。注4：对于理想光栅，平均间距、局部间距和所有相邻特征的间距值是相同的。对于真实光栅，这些值将是不同的，这取决于光栅的质量和评价局部间距值所取的不同长度范围。测量方法在非理想光栅上测定不同间距值的能力是不同的，因此测量方法可分为不同的组，见3.5。注5:如果已知光栅的边界长度L1(3.2.8）和光栅特征数量Nr(3.2.4)，则平均间距的近似值可由pm=L,/(N;-1)确定，N1≥2。如果计算所有相邻特征上所有间距值的算术平均值，则间距值相同。在求和（3；x(-1)/(N(-1）中，为了计算光栅所有间距值的算术平均值，除了第一个和最后一个特征外，其他特征位置值x；都被抵消。在这两种情况下，得到的平均间距值仅取决于光栅中第一个和最后一个特征的位置，因此线性回归拟合测定的平均间距具有更高的准确性。3.2.6
局部间距localpitch
phm(x,l,)
光栅上以限定的特征位置x。为中心，在限定长度范围1上测定的平均间距值。示例：对标称长度为1mm，标称间距为100nm的一维光栅（1D光栅），如果以xe=400μm为中心位置在20μm的长度范围L，内对局部间距pu进行评价，得到的局部间距表示为p（400μm,20μm),或以光栅特征数量表示为pu(4001,201)。
注：局部间距也能在以索引为N。的一个指定特征为中心，数量为N，的特征上定义。在这种情况下，局部间距的符号记为pum(N,N)。
光栅的标称长度
nominal length of grating
光栅规格表中给出的光栅预期长度注：光栅的长度沿光栅的方向定义，即该方向上单位长度的光栅特征数量最大。3.2.8
光栅的边界长度
boundarylengthofgrating
光栅第一个和最后一个特征之间的距离。注：默认为中心到中心的距离。3.2.9
光栅的特征长度
characteristic length of grating基于平均间距和光栅特征数量计算的光栅长度：L.=pm·(N；-1)。4
GB/Z43684—2024/IECTS62622:2012注：对于理想光栅，标称长度、边界长度和特征长度值是一样的。然而，对于真正的光栅，三者是不同的。3.3光栅的种类
一维光栅1Dgrating
特征在基准面内仅沿一个方向重复的光栅。示例：一维(1D)线光栅的示例见图3。a)
理想1D光栅
c）与仪器x和y轴的角度偏差为p的理想1D光栅d)标引符号说明：
光栅的方向上定义间距。
局部间距变化的1D光栅
局部间距变化且与仪器扫描轴不一致的1D光栅一维（1D)线光栅示例
二维光栅2Dgrating
特征在基准面内沿两个不平行方向重复的光栅。示例：二维光栅(2D光栅)的示例见图4。
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