Zastosowanie skaningowej interferometrii w świetle białym do oceny topografii powierzchni

• Autorzy: Łukianowicz C.

Warianty tytułu

EN

Use of white light scanning interferometry for assessment of surface topography

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy sprawdzono możliwości zastosowania skaningowej interferometrii w świetle białym do oceny topografii powierzchni wykonanych z różnych materiałów. W artykule opisano podstawy tej metody oraz wskazano na jej zalety i pewne ograniczenia. W badaniach zastosowano skaningowy interferometr Talysurf CCI 6000 firmy Taylor Hobson, wykorzystujący koherencyjną interferometrię korelacyjną. W rezultacie przeprowadzonych badań określono możliwości zastosowania tej techniki pomiarowej do oceny topografii powierzchni wykonanych z różnych materiałów oraz podstawowe parametry metrologiczne zastosowanej metody.

EN

White light scanning interferometry also referred to as white light vertical scanning interferometry or coherence correlation interferometry is a well-known method for measuring the surface topography with high accuracy. It is a non-contact optical method for surface height measurement on 3-D structures with the surface heights varying between tens of nanometers to a few millimeters. This method is based on analysis of the maximum value of the temporal degree of coherence of two interfering waves. The analysis takes place at all points of the measured surface simultaneously. The paper describes the principles of white light vertical scanning interferometry application to the surface topography assessment. This method has a number of advantages. Large unambiguous measurement range, high accuracy and short measurement times are among the key features. However, surfaces with relatively large local surface slopes or height steps often give rise to significant measuring errors. The errors result from non-geometrical phenomena such as diffraction and other reflecting effects, which cause changes of the height values obtained from the envelope maximum of the white-light interference signal. The results of topography evaluation of various surfaces accomplished with this method are presented in the paper. The interference microscope Talysurf CCI 6000 with TalyMap Platinum software by Taylor Hobson was used to take the measurements.

Słowa kluczowe

PL

interferometria skaningowa w świetle białym; topografia powierzchni

EN

white light scanning interferometry; surface topography

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 56, nr 9
• Strony: 1055--1058
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., wykr., wzo

Twórcy

autor

Łukianowicz C.

• Politechnika Koszalińska, Wydział Mechaniczny, Zakład Metrologii i Jakości, ul. Racławicka 15-17, 75-620 Koszalin,

Bibliografia

• [1] Blunt L., Dong W. P., Mainsah E., Luo N., Mathia T., Stout K. J., Sullivan P. J., Zahouani H.: Three-Dimensional Surface Topography. Penton Press 2000.
• [2] Oczoś K. E., Lubimov V.: Struktura geometryczna powierzchni - podstawy klasyfikacji z atlasem charakterystycznych powierzchni kształtowanych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów, 2003.
• [3] Pawlus P.: Topografia powierzchni - pomiar, analiza, oddziaływanie. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów, 2005.
• [4] Whitehouse D. J.: Handbook of Surface and Nanometrology, Institute Of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia, 2003.
• [5] Wieczorowski M.: Wykorzystanie analizy topograficznej w pomiarach nierówności powierzchni. Monografia, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań, 2009.
• [6] Pluta M.: Mikrointerferometria w świetle spolaryzowanym. WNT, Warszawa, 1991.
• [7] Creath K.: Phase-measurement interferometry techniques. Progress in Optics, vol. XXVI (1988), E. Wolf ed., North-Holland, Amsterdam, pp. 349-393.
• [8] Stahl H. P.: Review of Phase-Measuring Interferometry. Proc. SPIE, vol. 1332 (1990), pp. 704-719.
• [9] Kujawińska M.: Spatial phase measurement methods. In: Interferogram Analysis: Digital Fringe Pattern Measurement Technique. D. W. Robinson and G. T. Reid editors, IOP Publishing, Bristol and Philadelphia, 1993, pp. 141-193.
• [10] Creath K., Schmit J.: Phase shifting interferometry. Encyclopedia of Modern Optics, B. D. Guenther ed., Oxford: Elsevier, 2005, pp. 364-74.
• [11] Harasaki A., Schmit J., Wyant J. C.: Improved Vertical-Scanning Interferometry. Applied Optics, 39 (2000), pp. 2107-2115.
• [12] Schmit J.: White light interferometry. Encyclopedia of Modern Optics, ed. B. D. Guenther, Oxford: Elsevier, 2005, pp. 375-87.
• [13] Conroy M., Armstrong J.: A comparison of surface metrology techniques. 7th International Symposium on Measurement Technology and Intelligent Instruments, Journal of Physics: Conference Series, 13 (2005), pp. 458-465.
• [14] Blunt R. T.: White Light Interferometry - a production worthy technique for measuring surface roughness on semiconductor wafers. Proceedings of CS MANTECH Conference, April 24-27 (2006), British Columbia, Canada, pp. 59-62.
• [15] Goodman J. W.: Optyka statystyczna. PWN, Warszawa, 1993.
• [16] Patorski K., Kujawińska M., Sałbut L.: Interferometria laserowa z automatyczną analizą obrazu. K. Patorski (Red.), Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2005.
• [17] Armstrong J.: Talysurf CCI - How it works. PowerPoint Presentation, Taylor Hobson. April 2005.
• [18] Talysurf CCI 6000 - The world’s highest resolution automated optical 3D profiler. Brochure, Taylor Hobson, 2005.
• [19] Cincio R., Kacalak W., Łukianowicz Cz.: System Talysurf CCI 6000 - metodyka analizy cech powierzchni z wykorzystaniem TalyMap Platinum. Pomiary, Automatyka, Kontrola, vol. 54 (2008), nr 4, str. 187-191.
• [20] Kapłonek W., Tomkowski R.: Analiza topografii dyfrakcyjnych elementów optycznych z wykorzystaniem interferometrii światła białego. Pomiary, Automatyka, Kontrola, vol. 55 (2009), nr 4, str. 272-275.
• [21] de Groot P., de Lega X. C.: Angle-resolved three-dimensional analysis of surface films by coherence scanning interferometry. Optics Letters, vol. 32 (2007), Issue 12, pp. 1638-1640.
• [22] Conroy M.: Advances in thick and thin film analysis using interferometry. Wear, vol. 266 (2008), Issue 5-6, pp. 502-506.
• [23] Bankhead A. D., McDonnell I.: Surface Profiling Apparatus, US Patent No 7,385,707 B2, 10 June 2008.
• [24] Bankhead A. D.: UK Patent Application 0206023.4.
• [25] Adamczak S.: Pomiary geometryczne powierzchni. Zarysy kształtu, falistość i chropowatość. WNT, Warszawa, 2009.
• [26] PN-EN ISO 5436-1: 2002: Specyfikacje geometrii wyrobów (GPS). Struktura geometryczna powierzchni: metoda profilowa. Wzorce. Część 1: Wzorce materialne.
• [27] Ville J. F.: Calibration Procedures for Stylus and Optical Instrumentation. In: Advanced techniques for assessment surface topography: Development of a basis for 3D surface texture standards “Surfstand”. Blunt L., Jiang X. editors, Kogan Page Ltd. and contributors, 2003, pp. 119-174.
• [28] Łukianowicz Cz., Łukianowicz T., Karpiński T.: Three-dimensional assessment of the surface roughness by stylus and interference method. VI Międzynarodowa Konferencja Naukowa „Współrzędnościowa Technika Pomiarowa”. Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej, Bielsko-Biała (2004), str. 293-300.
• [29] Rhee H. G., Vorburger T. V., Lee J. W., Fu J.: Discrepancies between roughness measurements obtained with phase-shifting and white-light interferometry. Applied Optics, 44 (2005), pp. 5919-5927.
• [30] Harasaki A., Wyant J. C.: Fringe modulation skewing effect in white-light vertical scanning interferometry. Applied Optics, 39 (2000), pp. 2101–2106.
• [31] Niehues J., Lehmann P., Bobey K.: Dual-wavelength vertical scanning low-coherence interferometric microscope. Applied Optics, 46 (2007), pp. 7141-7148.