专利名称：校准用的标准样品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种校准用的标准样品(或校准标准件)，特别是用于校准薄层厚度的无损测量装置的校准用的标准样品，它带有由一种基础材料构成的携带层(a carrier layer)和施加在该携带层上的标准样品，所述标准样品具有要测量的层厚，装置将在该层厚上进行校准。
背景技术：
为了用取决于基础材料的磁感应法或者漩涡电流法对薄层的厚度实现无损测量，必须在标准化之后将装置校准到相应的测量任务。借助于校准将确定出标称值与实际值之间的差别。将对这个差别进行校正，把装置校准到测量任务。
为了校正标称值与实际值之间的差别，借助于校准用的标准样品进行测量。开始时，把第一个数值标注在由一种基础材料构成的携带层上。接着，在施加在该携带层上的一个标准样品上标注另一个数值。其差别将是测得的层厚。利用标准样品确定出要测量的标称值。在几次测量之后，将获得标称值与实际值之间的平均偏差，并且对此平均偏差进行校准。
至今已经知道的校准用的标准样品由基础材料的一个携带层构成，把标准样品施加到或者用胶粘在该携带层上，作为一层塑料薄膜，比如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PTFP)薄膜。采用校准用的标准样品重新产生例如由40微米到1000微米的层厚。用这些校准用的标准样品是成问题的，特别是在较小的层厚范围内成问题，施加上标准样品特别是用胶粘可能已经由粘接剂造成微小的附加值，使得重新产生的层厚失真。使用这样的薄膜还有另外的缺点这些薄膜可能延展，并且这些薄膜有粗糙的表面。
发明内容
因此，本发明基于这样的目的，即提供一种可以简单地产生的校准用的标准样品，它对于装置的校准有非常高和重复的精度。
通过一种校准用的标准样品解决这个问题，在该校准用的标准样品中，借助于靠在携带层上摩擦进行焊接(或涂敷)(by mans of platingby rubbing)永久地提供标准样品。由于靠在携带层上摩擦标准样品进行焊接，在标准样品与携带层之间靠粘接实现连接将是可能的，而没有粘接剂或者其它的添加物。在靠摩擦进行焊接和把标准样品定位在携带层上之后，随着时间的发展将形成一种类型的冷焊接。这种连接确保标准样品在携带层上实现一种牢固的和平面平行的构形。同时，因为在标准样品与携带层之间没有任何附加的材料，所以可以实现校准用的标准样品的高精度的设计，而这些材料可能造成标准样品关于携带层的表面的褶皱或者缠绕。
按照本发明的有利发展，实现了借助于用微小压力的平移运动把标准样品定位在携带层上。这可以确保将会完全除去在标准样品的支承表面与携带层的测量表面之间的空气层。并且将实现标准样品的支承表面与携带层的测量表面直接相邻。
携带层的基础材料最好由钢，铁或非铁材料构成。对于磁感应测量法使用基础材料，如钢和铁。对于漩涡电流法，用于携带层的基础材料由非铁金属，如黄铜，铜中选择或者由铝或铝合金中选择。
携带层最好有一个经抛光或者研磨的测量表面。因此，将产生平均表面粗糙度很小的表面，从而当将测量探头设定到该测量表面上时提供均匀的条件。最好把这个表面硬化。
标准样品有利地设计成一个绝缘层。这个绝缘层最好由一种半导体材料制成。在这里，可以使用元素半导体，比如锗或硅，或者使用化合物半导体，这些化合物例如由III和V主族元素的化合物组成，比如GaAs，InSb等，或者由II和IV主族元素的化合物组成，比如CdS，ZnS等。以晶片的形式提供这些半导体材料，并且使它们成为标准样品所想要的形式。标准样品可以是多角形的或者是圆形的。这种半导体材料有如下优点，将以精确的层厚生产出晶片。实现这一点靠以确定的方式生长单原子层，从而获得确定的层厚。可以使用掺杂的半导体材料，部分掺杂的半导体材料，或者由单独的元素或掺杂物形成的有缺陷的半导体材料。半导体材料的掺杂物对于测量没有任何影响。这样的晶片的表面有很高的强度；它的表面粗糙度很小，并且微弱地发亮，因此在标准样品的整个测量表面上对于测量探头提供相同的设定条件。还有，这种材料几乎是不磨损的，例如，在相同的测量点总共进行60000次测量，对于标准样品的200微米的厚度确定出0.8微米的偏差。
按照本发明的另一有利的实施例，实现了把一个辅助极配置到标准样品上。在基体(或基础材料本体)上在离开标准样品一个预先确定的距离处设置这个辅助极，从而可以用一个基础点或一个接触点或者一个对接点(an abutment)简单地并且安全地对薄层厚度的测量装置特别是手动的测量仪器进行校准。
有利的是，可以把承载几个标准样品的携带层设置在基础材料本体的一个支承表面上，基础材料本体上的支承表面设计成与辅助极为平面平行状态。因此，可以实现携带层和标准样品的测量表面与基体上的支承表面的精确对准。
按照校准用的标准样品的第一实施例，它包括几个标准样品和关于它们设置的辅助极，用一个调节装置特别是用基体中的螺纹无级(或无阶梯)地承载辅助极的接触表面，并且可以关于分别设置的标准样品进行调节。因此，将可以实现辅助极的接触表面和标准样品的那些表面在一个平面内。因此，可以实现无倾斜的(tilt-free)测量。最好，邻近辅助极把支承表面设置在基体上，该表面与相关的标准样品的携带层的测量表面在一个平面内，从而首先把测量表面座到基础材料本体上的支承表面上，此支承表面与记录为零位置的携带层的测量表面高度相同，接着，把测量表面座到辅助极和相关的标准样品上，测量层厚，并且进行测量装置的校准。
按照校准用的标准样品的另一有利实施例，在至少一个标准样品和与它相关的一个辅助极的实施例中，标准样品的测量表面在一个平面内，基体的支承表面在与标准样品相同的平面内，并且，在基础材料本体上设置分等级的(graded)辅助极，这些辅助极关于携带层的分等级的测量表面定位。因此，在这个实施例中，将辅助极设置在不同的高度，并且携带层的测量表面也在不同的高度，标准样品和辅助极在一个连接平面内(in a joint plane)。一个替代的实施例提供相反的情况。在这种相反的情况下，把携带层与基础材料本体上的支承表面一起设置在一个平面内。与标准样品的测量表面类似地分等级地设置辅助极。
最好用一个框架围绕着标准样品，该框架最好在标准样品的测量表面上直接形成边界。这个实施例的优点在于，可以把标准样品，在它的平面延长部分中，设计成非常小，为的是座放在测量探头的传感件上，并且，接着的框架对于测量探头的探头衬套(a probe bush)给出放大的接触表面。在大多数情况下使得测量探头的传感件可以在探头衬套中运动。因此将使下述情况是可能的可以将标准样品的尺寸设计成非常小，因此可以节省成本，补充的框架与用大表面的标准样品有相同的功能。
带有围绕标准样品的框架的标准样品的有利实施例实现了，框架由一种非铁材料制成，由塑料，玻璃或者陶瓷制成。这些材料比用与标准样品的材料更经济。并且，以这些材料可以提供任何层厚和形状，用来承载标准样品。
下面，将基于附图中给出的示例详细地解释和描述本发明，以及本发明的另外的有利实施例和发展。由本说明书和附图获得的这些特点本身可以单独地使用，或者以按照本发明的任何组合的多种方式使用，在附图中示出了图1是校准用的标准样品的示意性侧视图；图2是校准用的标准样品的示意性顶视图；图3a是带有配置到其上的辅助极的校准用的标准样品的透视图；图3b是图3a所示的校准用的标准样品的一个替代实施例的透视图；图4是图3所示的一个替代实施例的透视图；以及图5是图3和4所示的另一替代实施例的透视图。
具体实施例方式
图1示意性地示出了按照本发明的校准用的标准样品11。它包括一个携带层12，该层带有一个支承表面14，用来将校准用的标准样品11定位在测量台上或者工作区。在相反的侧面设有携带层12的一个测量表面16，将此表面做成与支承表面14平面平行。最好将这个测量表面抛光成带有强光泽。标准样品17设置在这个测量表面16上。此标准样品以一个支承表面18座放在测量表面16上，在相反的侧面设有标准样品17的一个测量表面19，支承表面18与测量表面19对准，成平面平行状态。
携带层12包括一种基础材料，例如，用于磁感应层厚测量法的钢和铁，以及用于通过漩涡电流法测量层厚的非铁磁性基础材料，比如非磁性的钢，铝，和它们的合金。
由一种半导体材料把标准样品17做成一个绝缘层。为此，由一个半导体材料特别是硅或锗的晶片生产出标准样品17。
为了将标准样品17施加在携带层12上，至少用不起毛且没有灰尘的布把测量表面17擦干净。此外，可以用乙醇或者类似物清洁测量表面16。可以以同样的方式清洁标准样品17的支承表面18。此外可以抛光支承表面18。接着，通过在测量表面16上推或者摩擦将标准样品17施加到测量表面16上。最好，用轻微的压力和滑动的运动将标准样品17定位在携带层12上的所要求的位置。通过使标准样品17关于所要求的点重复地前后移动，可以把标准样品17定位到携带层12上。在把标准样品17定位在携带层12上之后，由于粘接作用力以及开始冷焊接固化(a beginning cold welding setting in)标准样品17永久地保持在携带层12上。
在携带层12上仍然附加地标记着标准样品17的层厚的标称值，以及携带层12的基础材料或层/携带层的组合。
可以以高到1000微米的层厚提供和施加标准样品17。为了制造按照本发明的校准用的标准样品11，通过在携带层12上推甚至可以提供层厚例如为10微米的标准样品17。可以用精确的机械方法可探查地进行标准样品17的厚度测量，进而对这些机械方法进行校准。
图3a给出了一种校准用的标准样品11，特别地为了一些装置提供了这种样品，这些装置除了测量探头以外还有一个接触点或者对接点，借助于这个接触点在把测量探头设定到要测量的层厚的层上之前首先将测量装置设定到测量表面上。为了特别地校准这些测量装置，这些装置例如设计成手动仪器，提出了一种校准用的标准样品11，它包括至少一个标准样品17和至少一个设置到该标准样品17上的辅助极21。在按照图3的示例性实施例中，示例性地将三个标准样品17组合到一个校准用的标准样品11上。这些标准样品17用于不同的层厚，例如50微米，100微米和500微米。在基体25上设置有辅助极21。这个基体25包括一个支承表面26，它的表面质量与携带层12的测量表面16类似。此基体25承载携带层12，产生出一个对于支承表面26的平面平行的支承表面，携带层12就座放在该支承表面上。
在这个示例性实施例中，测量表面16与支承表面26在一个平面内。因此，可以首先将测量装置以一个接触点设定在测量表面26上，接着将测量探头设定到测量表面16上。为了校准测量装置，接续地将测量装置的接触点设定到辅助极21的支承表面23上，并且将测量探头设定在定位的标准样品17的测量表面19上。辅助极21的支承表面23与定位在同一平面内的标准样品17处于平面平行状态。
借助于这样的校准用的标准样品11可以用这样的手动仪器实现一种无倾斜(tilt-free)的测量，并且可以实现一种精确的校准。标准样品和它们设置在校准用的标准样品11上的被定位的辅助极21的数目仅只是示例性的。在这个实施例中，通过基体25中的螺纹设置辅助极21，并且可以将辅助极21调节到标准样品17的厚度。
图3b给出了对于图3a的一个校准用的标准样品11的替代实施例。在这个实施例中，标准样品17的尺寸被减小。为了实现用于测量探头的探头衬套(a probe bush)的足够大的支承表面，用一个框架31围绕着标准样品。这个框架31有利地直接在标准样品17上定出边界。框架31的一个支承表面32最好进而与标准样品17的支承表面19齐平。然而，不是绝对地要求这个支承表面32与支承表面19在一个平面内，这是因为将传感件设置成关于探头的衬套可以滑动，并且可以把传感件插入探头衬套中。这个框架31最好由比标准样品17更经济的材料制成。例如，可以提供非铁金属，玻璃，陶瓷，或者特别是塑料。框架31的形状可以是圆的，或者是多角形的。可以将框架31上为了承载标准样品17的凹进部分调整成标准样品17的几何形状。
可以与按照图3a，4和5的实施例的校准用的标准样品11一起以及与按照图1和2的实施例一起实现框架31关于标准样品17的定位。这样的框架31可以附加地实现保护功能，以保护相邻的支承表面16与18之间的转移免受携带层12和标准样品17的影响。
图4给出了图3的一个替代的实施例。代替可调节的辅助极21设置了接触表面23，通过研磨把这些接触表面加工进基体25中。进而使基体25的支承表面26与携带层12的测量表面16处于平面平行状态，并且在同一平面内。
图5给出了图3和4的一个替代实施例，特别是图4实施例的颠倒。标准样品17的测量表面19在一个连接平面内。在这个平面内，辅助极21在基体25上还提供接触表面23，用来承载测量装置的接触点。使相关的携带层12的测量表面16关于接触表面23位移的距离为标准样品17的厚度。对于支承表面26作类似的处理。
按照本发明的这些校准用的标准样品11对于层厚测量来说是非常严格的。
所有上面提到的特点对于本发明来说是基本的，并且可以彼此任意组合。
权利要求
1.一种校准用的标准样品，特别是用于校准薄层厚度的无损测量的装置的校准用的标准样品，它带有包括一种基础材料的携带层(12)和施加到所述携带层(12)上的标准样品(17)，所述标准样品具有要测量的层厚，装置将在所述层厚上进行校准，其特征在于，所述携带层(12)包括与它的支承表面(14)平面平行的测量表面(16)，所述标准样品(17)包括与它的测量表面(19)平面平行的支承表面(18)，用来支承在所述携带层(12)的所述测量表面(16)上，且其中，借助于靠摩擦焊接使所述标准样品(17)永久地设置在所述携带层(12)上。
2.按照权利要求1所述的校准用的标准样品，其特征在于，借助于用很小的压力进行平移运动使所述标准样品定位在所述携带层(12)上。
3.按照权利要求1所述的校准用的标准样品，其特征在于，所述携带层(12)的基础材料包括钢，铁，或者非铁材料。
4.按照权利要求1所述的校准用的标准样品，其特征在于，至少所述携带层(12)的所述测量表面(16)包括抛光或者研磨的表面。
5.按照权利要求1所述的校准用的标准样品，其特征在于，所述标准样品(17)由绝缘层形成。
6.按照权利要求1所述的校准用的标准样品，其特征在于，所述标准样品(17)由一种半导体材料制成。
7.按照权利要求6所述的校准用的标准样品，其特征在于，所述标准样品(17)由锗或硅晶片制成。
8.按照权利要求6所述的校准用的标准样品，其特征在于，所述标准样品(17)的所述测量表面(19)被抛光或者被研磨。
9.按照权利要求6所述的校准用的标准样品，其特征在于，标准样品(17)的支承表面(18)经过抛光或者研磨。
10.按照权利要求6所述的校准用的标准样品，其特征在于，所述标准样品(17)的层厚由10微米到1000微米。
11.按照权利要求1所述的校准用的标准样品，其特征在于，设置辅助极(21)，它与所述标准样品(17)分离开，并且配置在其上，所述辅助极包括与所述标准样品(17)的所述测量表面(19)平面平行的接触表面(23)。
12.按照权利要求11所述的校准用的标准样品，其特征在于，所述辅助极(21)的所述接触表面(23)设置在基体(25)上。
13.按照权利要求12所述的校准用的标准样品，其特征在于，所述基体(25)在与所述接触表面(23)平行的支承表面上承载所述携带层(12)。
14.按照权利要求11所述的校准用的标准样品，其特征在于，由所述基体(25)中的调节装置特别是螺纹无级地提供所述辅助极(21)的所述接触表面(23)，所述调节装置可调节到配置的标准样品(17)的测量表面(19)的平面。
15.按照权利要求11所述的校准用的标准样品，其特征在于，在所述基体(25)上提供支承表面(26)，用于测量装置的接触点，所述接触点在所述携带层(12)的平面内。
16.按照权利要求11所述的校准用的标准样品，其特征在于，至少两个标准样品(17)的测量表面(19)位于一个平面内，并且所述基体(25)的支承表面(26)位于同一平面内，其中，在所述基体(25)上提供分等级的支承表面(26)，所述支承表面配置到所述携带层(12)的分等级的测量表面(26)。
17.按照权利要求11所述的校准用的标准样品，其特征在于，所述携带层(12)的所述测量表面(16)与所述基体(25)的支承表面(26)位于一个平面内，且其中，所述辅助极(21)的所述接触表面(23)设为分等级的表面，它们的平面位于所述标准样品(17)的相应的测量表面(19)中。
18.按照权利要求1所述的校准用的标准样品，其特征在于，用框架(31)围绕着所述标准样品(17)。
19.按照权利要求18所述的校准用的标准样品，其特征在于，所述框架(31)在所述标准样品(17)的所述测量表面(19)上直接形成边界。
20.按照权利要求18所述的校准用的标准样品，其特征在于，所述框架(31)由一种非铁材料制成，由塑料，玻璃或者陶瓷制成。
全文摘要
一种校准用的标准样品，特别是用于校准薄层厚度的无损测量装置的校准用的标准样品，它有由一种基础材料构成的携带层(12)和施加在该携带层(12)上的标准样品(17)，标准样品有要测量的层厚，装置将在该层厚上进行校准，携带层(12)包括与它的支承表面(14)平面平行的测量表面(16)，标准样品(17)包括与它的测量表面平面(19)平行的支承表面(18)，用来支承在携带层(12)的测量表面(16)上，并且，借助于靠摩擦进行焊接将标准样品(17)永久地设置在携带层(12)上。
文档编号G01B21/00GK1884966SQ200610092820
公开日2006年12月27日 申请日期2006年6月16日 优先权日2005年6月20日
发明者H·费希尔 申请人:赫尔穆特·费希尔地产两合公司