ICS _31.200 L 55
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T34893—2017
微机电系统(MEMS)技术基于光学干涉的 MEMS 微结构
面内长度测量方法
Micro-electromechanical systemtechnology-
Measuring method for in-plane length measurements of MEMS microstructures
using an optical interferometer
2018-05-01实施
2017-11-01发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T34893—2017
目 次
前言
范围规范性引用文件 3术语和定义 4测量方法
1
2
影响测量不确定度的主要因素
5
附录A（资料性附录） 光学于涉显微镜的典型形式和主要技术特点 GB/T 34893—2017
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准由全国微机电技术标准化技术委员会（SAC/TC336)提出并归口。 本标准主要起草单位：天津大学、中机生产力促进中心、国家仪器仪表元器件质量监督检验中心、南
京理工大学中国电子科技集团公司第十三研究所。
本标准主要起草人：胡晓东、郭彤、于振毅、李海斌、程红兵、裘安萍、崔波、朱悦。
一 GB/T34893—2017
微机电系统（MEMS）技术基于光学于涉的MEMS微结构
面内长度测量方法
1范围
本标准规定了基于光学干涉显微镜获取MEMS微结构表面形貌进行面内长度测量的方法本标准适用于表面反射率不低于4%.宽深比不低于1：10：且使用光学于涉显微镜能够获取形貌
的MEMS微结构。
规范性引用文件
2
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文
件。凡是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/T3505产品几何技术规范（GPS）表面结构轮廓法术语、定义及表面结构参数 GB/T 26111 1微机电系统（MEMS)技术 术语 GB/T 26113 微机电系统（MEMS)技术 微几何量评定总则
：术语和定义
3
GB/T3505和GB/T26111界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
表面形貌 surface topography 表面结构的宏观和微观几何特性，注：一般包括表面几何形状、表面波纹度、表面粗糙度及表面缺陷等。
3.2
面内长度 in-plane length 表面有边缘结构特征的两点、点与线或两条线之间的距离。
4测量方法
4.1总则 4.1.1 实施面内长度测量前提是MEMS结构具备阶梯型边缘结构，两边缘结构（端面1和端面2）之间的距离即为所测微结构的面内长度，如图1所示。
1 GB/T34893—2017
双端固支梁
固定端
固定端
端面2
端面1
图1面内长度测量的一种典型阶梯型边缘结构示意图
4.1.2光学显微干涉测量法是GB/T26113中规定的一种MEMS微结构几何量评定的方法。本标准利用光学干涉显微镜（光学干涉显微镜的典型形式和主要技术特点参见附录A)获得被测对象的三维表面形貌，从中提取相关的二维轮廓线，利用轮廓线上阶跃变化的特征进行面内长度计算， 4.1.3对于提取的二维轮廓线与理想面内长度测量方向存在夹角引人的测量误差，可通过选取多组平行的轮廓线进行计算给予修正。 4.1.4 提取二维轮廓线时应避开有明显缺陷的区域
4.2 测量环境
测量环境为：
环境温度：15℃~35℃；相对湿度：20%~80%：大气压力：86kPa~106kPa。
4.3测量设备 4.3.1 测量设备要求
测量设备为能够测量微结构表面形貌的光学干涉显微镜，要求离面方向测量分辨力不低于1nm：且离面测量范围要大于被测微结构的最大高度差，通常不低于100um。 4.3.2 测量设备校准
测量设备校准时应对每一种显微物镜的成像放大因子进行标定标定使用栅线样板（通常栅线间距为10um），α轴和y轴的成像放大因子需分别进行标定，成像放
大因子按照式(1)进行计算：
K;=q/(pn)
.(1)
式中： K q pn 栅线间像素数。
成像放大因子，i为a或y；栅线间距，单位微米（um）；
2 GB/T 34893—2017
4.4 测量步骤
4.4.1 测量准备
测量准备方法如下：
将被测对象放置在光学干涉显微镜载物台上，选择合适放大倍率的显微物镜，使被测面内长度
a)）
约占视场长度或宽度的三分之二； b） 旋转被测对象使图1所示的端面1和端面2的边缘平行或者垂直于光学干涉显微镜的或者
y轴，且使得端面1和端面2基本对称于光学干涉显微镜视场中心。
4.4.2 获取三维表面形貌
操作光学干涉显微镜，获取被测对象在全视场内的三维表面形貌。 4.4.3提取表面轮线及边缘点
提取表面轮廓线及边缘点方法如下： a） 按照面内长度的测量方向所对应的轴向（轴或V轴）提取表面轮廓线，图2所示为轴方向
提取的4条轮廓线a，a，e和e'，其典型表现形式见图3。
I.
(xl, J)
(x2, J)
a
(x2.Le+yLe) 增面2
(xlud,Je)
面1
基座
图2 选择4条轮廊线进行面内长度的计算
b） 边缘点的选择可选择阶梯结构的上边缘点，如图3中1.，和2.！，也可选择阶梯结构的下边缘
点，如图3中ld,和α2at，也可以取两者的平均值；所有轮廓线上边缘点的选取原则应一致。
5 -
4 -
3 .
unt/z
x2
端面1
端面2
1 :
0
1.2
0.2 xlay 图3 三维表面形貌中提取的水平方向表面轮廓线
0. 4
0. 6
0.8
x231
x/mm
1
3 GB/T34893—2017
4.4.4计算面内长度
轴方向的面内长度计算： a）选取图3中所示的上边缘点作为面内长度计算的起止点，单条轮廊线面内长度按式（2)计算。
l.=(rl.,-r2.,).K,
·(2)
式中：
轮廓线序号a，a，e或e
b) 被测微结构初始面内长度为所提取的全部轮廓线面内长度的平均值，按式（3)计算。
L
1. /4
3）
轴与理想面内长度测量方向之间的夹角α见图4a），用两条相距最远的表面轮廓线（如图2
c)
中a'和e')来进行计算
(xleg, Y_)
(x2u_", Jug)
Le
/a
嘴面2
端面1
(xlug, Yu
(x2u_c", Yu_e"
b)
a)
图4x轴与理想面内长度测量方向夹角的计算
图4所示夹角α按式（4）～式（9）分步计算如下：
Arl=lxlua-rl.t A2=|2a—2| Ay =Iyua"-yuel
(4) . (5) .(6)
[Arl·K LAy·K, 『△r2·K Ay:K α+α2
αi=tan
..( 7)
.....(8)
X2 tan
.(9)
g:
2
d）对夹角α引人的误差进行修正，得到最终面内长度L，按照式（10)进行计算。
L = Lmeas cosα
（10）
y轴方向面内长度的计算类似上述步骤。
影响测量不确定度的主要因素
5
影响MEMS微结构面内长度测量结果不确定度的主要因素包括 a) 光学显微镜工轴和轴成像放大因子标定误差； b) 阶梯结构边缘点选取位置误差； c) 被测对象表面光学属性不同造成的表面形貌测量误差； d) 重复测量的次数。
4