Badania porównawcze parametrów powierzchni gładkich metodami rozpraszania światła

• Autorzy: Jaglarz J. , Kapłonek W. , Lipiński W. , Pawełczak M. , Synak R.

Warianty tytułu

EN

Comparative investigations of smooth surfaces parameters using light scattering methods

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Opisano metody i aparaturę służącą do badania parametrów powierzchni opartą na następujących zasadach: pomiaru całkowitej mocy promieniowania rozproszonego przez powierzchnię (TIS), pomiaru kątowego rozkładu natężenia promieniowania rozproszonego (ARS) oraz pomiaru indykatrys promieniowania rozproszonego zmodyfikowaną metodą ARS. Głównym celem prac było porównanie wyników pomiarów chropowatości powierzchni uzyskiwanych za pomocą nowego układu TIS, tj. integratora fotodiodowego i sfery integracyjnej, a także doświadczalne sprawdzenie poprawności założeń przyjmowanych przy projektowaniu integratora. Dokonano tego na podstawie pomiarów za pomocą aparatury ARS rozkładów natężenia promieniowania, pomiarów długości autokorelacji nierówności powierzchni i innych. Badania przeprowadzono przy wykorzystaniu próbek wykonanych z materiałów charakteryzujących się wysokościami nierówności od ok. 0,5 do ok. 25 nm. Badania wykazały dużą zgodność wyników pomiaru chropowatości uzyskanych za pomocą integratora i innej aparatury oraz potwierdziły zasadność przyjętych założeń projektowych.

EN

Methods and instruments destined for testing smooth surface parameters have been described in the paper. They are based on the following principles: total integrated scatter (TIS), angle-resolved scatter (ARS) and modified ARS method. The main purpose of investigations was comparing of roughness measurement results obtained using a novel TIS device, e.g., the photodiode integrator and the integrating sphere, as well as experimental proving validity of assumptions accepted when designing the integrator. They have been accomplished using ARS apparatus for measuring scatter distribution, r.m.s. roughness and autocorrelation length. Investigations have been performed using samples characterized by r.m.s. roughness from 0.5 nm to about 25 nm. They show a good compatibility of results obtained using the integrator and other instruments and confirm correctness of initial assumptions.

Słowa kluczowe

PL

metrologia powierzchni; rozpraszanie światła; skaterometria; chropowatość powierzchni

EN

surface metrology; light scattering; scatterometry; surface roughness

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 53, nr 12
• Strony: 92--99
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., il., wykr., rys.

Twórcy

autor

Jaglarz J.

autor

Kapłonek W.

autor

Lipiński W.

autor

Pawełczak M.

autor

Synak R.

• Instytut Maszyn Matematycznych, Warszawa

Bibliografia

• [1] Bennett H. E., Porteus J. O.: Relation between surface roughness and specular reflectance at normal incidence, J. of the Opt. Soc. of Am., Vol. 51, No. 2, 123-129, 1961.
• [2] Bennett J. M., Mattsson L.: Introduction to Surface Roughness and Scattering, Optical Society of America, 2 nd. ed. Washington, DC, 1999.
• [3] Church E. L., Jenkinson A. A., Zavada J. M.: Measurement of the finish of diamond-turned metal surfaces by differential light scattering, Opt. Eng., Vol. 16, No. 4, 360-374, 1977.
• [4] Church E. L., Jenkinson H. A., Zavada J. M.: Relationship between surface scattering and microtopographic features, Opt. Eng., Vol. 18, No. 2, 125-136, 1979.
• [5] Ding P., Diaz R. E., Hirleman E. D.: Light scattering study of roughness and dishing on post-CMP wafers (in:) Chemical Mechanical Planarization IV, Opiła R. L. (ed.), 56-75, 2000.
• [6] Duparre A.: Light scattering techniques for the inspection of microcomponents and microstructures (in:) Optical Inspection of Microsystems, W. Osten (ed.), CRC Press, New York, 103-119, 2006.
• [7] Finek, von A., Hauptvogel A., Duparre A.: Instrument for close-to-process light scatter measurements of thin film coatings and substrates, Appl. Opt. 50, C321-C328, 2011.
• [8] Jaglarz J.: Metody optyczne w badaniach powierzchni i powłok rzeczywistych, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Seria Podstawowe Nauki Techniczne, Monografia 348, Kraków 2007.
• [9] Kapłonek W., Łukianowicz Cz.: Ocena mikronierówności powierzchni obrobionych na podstawie obrazu światła rozproszonego, Pomiary Automatyka Kontrola, Vol. 56, Nr 1, 28-29, 2010.
• [10] Kapłonek W., Łukianowicz Cz.: Assessment of surface roughness in movement by image stacking (in:) Proceedings of the 12th International Conference on Metrology and Properties of Engineering Surfaces, Rzeszów, 295-299, 2009.
• [11] Kapłonek W., Łukianowicz Cz., Nadolny K.: Methodology of the assessment of the abrasive tool's active surface using laser scatterometry. Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering, Vol. 36, No. 1, 49-66, 2012.
• [12] Łukianowicz Cz.: Podstawy pomiarów nierówności powierzchni metodami rozpraszania światła. Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej, Koszalin, 2001.
• [13] Polska Norma: Optyka i przyrządy optyczne. Metody badania promieniowania Rozproszonego przez elementy optyczne. PN-EN ISO 13698, 2005.
• [14] Schroder S., Trost M., Herfurth T., von Finek A., Duparre A.: Sophisticated light scattering techniques from the UV to IR regions, Proc. SPIE 8495, 84950V, 2012.
• [15] Seewig J., Beichart G., Brodmann R., Bodschwinna H., Wendel M.: Extraction of shape and roughness using scattering light, Proc. SPIE 7389, 73890N.2009.
• [16] Stover J. C.: Optical Scattering. Measurement and Analysis. 3 rd. ed., SPIE Press, Bellingham, WA, 2012.
• [17] Stover J. C.: Skurdal V., J. Bender, Chausse J. P.: Design review of a hand held scatterometer, Proc. SPIE 1331, 195-199, 1990.
• [18] Synak R., Ryżko J.: Metody i aparatura do badania parametrów powierzchni przy wykorzystaniu zjawiska rozpraszania światła, Elektronika, nr 11, 97-100, 2011.
• [19] Synak R. i inni: Laserowy przyrząd do oceny chropowatości powierzchni na podstawie pomiaru parametru TIS, Techniki Komputerowe IMM, XLI, nr 1, 67-75, 2006.
• [20] Synak R., Lipiński W., Pawelczak M.: Roughness evaluation of very smooth surfaces using a novel method of scatter measurement, Proc. SPIE 8495, 849512, 2012.
• [21] Synak R.: Analysis and optimization of a total integrating scatter measuring unit based on a photodiode integrator, Opt. Eng., Vol. 51, No. 11, 113601, 2012.
• [22] Valliant J. G., Foley M. P., Bennett J. M.: Instrument for on-line monitoring of surface roughness of machined surfaces. Opt. Eng., Vol. 39, No. 12, 3247-3254, 2000.
• [23] Wang S., Tian Y., Tay C. J., Quan C.: Development of a laser scattering based probe for on-line measurement of surface roughness, Appl. Opt., Vol. 42, No. 7, 1318-1324, 2003.