Badania porównawcze chropowatości powierzchni gładkich za pomocą skaterometrii, interferometrii i mikroskopii sił atomowych

• Autorzy: Synak R. , Pawełczak M. , Lipiński W. , Gocman K.

Warianty tytułu

EN

Comparison of smooth surfaces roughness measurements using scatterometry, interferometry and atomic force microscopy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Opisano aparaturę służącą do badania chropowatości powierzchni działającą na następujących zasadach: rozpraszania światła (skaterometrii metodą TIS), interferometrii światła białego oraz mikroskopii sił atomowych. Głównym celem prac było porównanie wyników pomiarów parametru chropowatości Sq powierzchni gładkich uzyskanych za pomocą nowego układu TIS, tj. integratora fotodiodowego z wynikami otrzymanymi przy użyciu wymienionych przyrządów. Badania przeprowadzono przy wykorzystaniu próbek wykonanych z płytek krzemowych, zwierciadeł optycznych, płytek wzorcowych i innych płytek metalowych. Próbki charakteryzowały się wartościami chropowatości Sq z zakresu od ok. 0,5 do ok. 25 nm. Badania wykazały dużą zgodność wyników pomiaru chropowatości uzyskanych za pomocą integratora i wymienionej aparatury.

EN

Instruments destined for testing smooth surface parameters, based on the following principles: scatterometry (TIS), white light interferometry and atomic force microscopy have been described in the paper. The main purpose of the investigations was comparing measurement results obtained using a novel TIS device, e.g., the photodiode intergrator with results gained from other apparatus. Comparisons have been done by measuring roughness of the following samples: silicon wafers, optical mirrors, size blocks and metal plates. They are characterized by the r.m.s. roughness Sq of 0.5...25 nm. The investigations prove a good agreement of measurement results obtained using the photodiode integrator and other instruments.

Słowa kluczowe

PL

metrologia powierzchni; chropowatość powierzchni; skaterometria; interferometria; mikroskopia sił atomowych

EN

surface metrology; surface roughness; scatterometry; interferometry; atomic force microscopy (AFM)

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 54, nr 1
• Strony: 46--53
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., il., wykr.

Twórcy

autor

Synak R.

• Instytut Maszyn Matematycznych, Warszawa

autor

Pawełczak M.

• Instytut Maszyn Matematycznych, Warszawa

autor

Lipiński W.

• Instytut Maszyn Matematycznych, Warszawa

autor

Gocman K.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Mechaniczny, Warszawa

Bibliografia

• [1] Bennett H. Е., Porteus J. О.: 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] Binnig G., Quate C. F., Gerber Ch.: Atomic force microscope, Phys. Rev. Lett. Vol. 56, No. 9, 930-934,1986.
• [3] Böhm J., Jech M., Vorlaufer G., Vellekoop M.: Comparison of parametric and profilometric surface analysis methods on machined surfaces, Proc. of IMechE, Vol. 223, Part J: J. of Eng. Tribology, 799-805, 2009.
• [4] Bruker: Revealing surface interactions, functionality, and precise topography for research and industry, http://www.bruker.com/products/surface-analysis, 2012.
• [5] 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.
• [6] Cincio R., Kacalak W., Łukianowicz С.: System Talysurf CCI 6000 - metodyka analizy cech powierzchni z wykorzystaniem TalyMap Platinium, PAK, R. 54, nr 4, 187-191, 2008.
• [7] Duparre A.: Light scattering techniques for the inspection of microcomponents and microstructures (w:) Optical Inspection of Microsystems, W. Osten (ed.), CRC Press, New York, 103-119, 2006.
• [8] Finck, A. von, Hauptvogel A., Duparre A.: Instrument for close-to-process light scatter measurements of thin film coatings and substrates, Appl. Opt. 50, C321-C328, 2011.
• [9] Gliech, S., Steinert, J., Duparre, A.: Light-scattering measurements of optical thin-film components at 157 and 193 nm, Appl. Opt. Vol 41, No 16, 3224-3235, (2002).
• [10] Gocman K., Kałdoński Т., Mróz W., Burdyńska S., Prokopiuk A.: Structural and mechanical properties of boron nitride thin films deposited on substrates by pulsed laser deposition, J. of KONES Pow. a. Tr„ Vol. 18, No. 1, 150-156, 2011.
• [11] Groot P. de: Coherence scanning interferometry, (w): Optical Measurement of Surface Topography, R. Leach (ed.), Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, 201-322, 2011.
• [12] Jaglarz J., Kapłonek W., Lipiński W., Pawetczak M., Synak R.: Badania porównawcze parametrów powierzchni gładkich metodami rozpraszania światła, Elektronika, nr 12, 2012.
• [13] Kadhoda, P. et al.: International round-robin experiment to test the I International Organization for Standarization total-scattering draft standard, Appl. Opt. vol. 9, No. 19, 3321-3332, 2000.
• [14] Kaplonek W., Łukianowicz Cz.: Coherence correlation interferometry in surface topography measurements, (w): Recent Interferometry Applications in Topography and Astronomy, I. Padron (ed.), In Tech, 1-26, 2012.
• [15] Lambda Research: ScatterScope 3D, http://www.lambdares.com/softwareproducts/scatterscope3D/, (2012).
• [16] Łukianowicz Cz.: Podstawy pomiarów nierówności powierzchni metodami rozpraszania światła. Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej, Koszalin, 2001.
• [17] Łukianowicz, C.: Zastosowanie skaningowej interferometrii w świetle białym do oceny topografii powierzchni, PAK, R. 56, nr 9, 1055-1058, 2010.
• [18] Nasibov H., Mamedbeili I., Riza D., Hacizade F.: High-precision measurements of reflectance, transmittance, and scattering at 632,8 nm, Proc. SPIE 8433, 843313, 2012.
• [19] Polska Norma: Specyfikacje geometrii wyrobów - Struktura geometryczna powierzchni: Przestrzenna - Część 6: Klasyfikacja metod pomiaru struktury geometrycznej powierzchni, PN-EN ISO 25178-6,2010.
• [20] Rugar D., Hansma P.: Atomic Force Microscopy, Phys.Today, Vol. 43, No. 10, 23-30, 1990.
• [21] Schmitt: http://www.schmitt-ind.com/products-services-measurement-systems.shtml, 2012.
• [22] Schroder S., Trost M., Herfurth Т., Finck A. von, Duparré A.: Sophisticated light scattering techniques from the UV to IR regions, Proc. SPIE 8495, 84950V, 2012.
• [23] Seewig J., Beichart G., Brodmann R., Bodschwinna H., Wendel M.: Extraction of shape and roughness using scattering light, Proc. SPIE 7389, 73890N, 2009.
• [24] Stover J. C.: Optical Scattering. Measurement and Analysis. 3 rd. ed., SPIE Press, Bellingham, WA, 2012.
• [25] 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.
• [26] Synak R., Lipiński W, Pawelczak M.: Roughness evaluation of very smooth surfaces using a novel method of scatter measurement, Proc. SPIE 8495, 849512, 2012.
• [27] Taylor Hobson: Talysurf CCI 6000. The world's highest resolution automated optical 3D profiler, http://www.taylor-hobson.com, 2010.