이온 스퍼터링에 응용 프로그램, 레이저 절제하고, Tribology 실험 : 화이트 빛 간섭 측정법에 의한 표면 수정의 특성

Optical Profilometry는 크거나 작은 물체의 표면 높이를 미크론 미만의 정확도로 측정하는 비접촉식 방법입니다. 다음 실험의 전반적인 목표는 백색광 간섭계 현미경을 사용하여 작은 영역의 지형을 빠르게 측정하는 것이며, 이를 통해 기계적 마모 공정 또는 이온 스퍼터링 분화구 또는 레이저 절제와 같은 재료 에칭 공정 중에 손실되는 재료의 양을 측정할 수 있습니다. 이 측정은 먼저 백색광 간섭 현미경을 사용하여 테스트 표면의 3차원 프로파일을 얻어 수행됩니다.

일관되지 않은 백색광은 뚜렷한 간섭 패턴을 형성합니다. 경로 길이 지연이 동일한 경우에만 널리 사용할 수 있습니다. 소프트웨어 측정 도구는 예를 들어 강렬한 레이저 조사 또는 에너지 이온으로 인한 원래 표면의 변화를 결정하는 데 사용됩니다.

이것은 원래의 평평하고 매끄러운 표면에서 변경된 표면을 빼서 수행됩니다. 이 작업을 수행할 때 소프트웨어 도구를 사용하여 곡면의 곡률을 제거하여 곡면의 마모 흉터와 같은 평평한 평면으로 렌더링해야 할 수 있습니다. 이 방법을 두 영역에 적용하는 방법을 보여줍니다.

첫째, 기계적 마모 분석, 마모, 트라이 논리 테스트 샘플의 마모 흉터를 분석하고, 두 번째는 재료 과학에서 이온 빔 스퍼터링 또는 레이저 절제 부피 및 깊이를 결정합니다. 스타일러스, 형상 측정 또는 크기 기반 근사치와 같은 다른 방법에 비해 이 기술의 주요 장점은 이 방법이 상세한 3차원 그림을 생성하기 때문에 빠르고 정확하다는 것입니다. 레이저 절제 또는 철 빔 스패터링과 같은 불규칙하거나 규칙적인 분화구를 측정하는 데 매우 유용합니다.

둘째, 삼각학 분야에서는 마모량이 매우 적을 수 있으며 간단한 현미경 추정치에 기반한 근사치가 오해의 소지가 있을 수 있습니다. 올바른 결과를 보고하려면 변형된 영역의 실제 모양을 얻어야 합니다. 예를 들어, 깊이가 10나노미터 정도에 불과한 스패터링 실험에서도 마찬가지입니다. 광학 프로파일로미터와 지형 소프트웨어의 사용을 확보하는 것으로 시작합니다.

이 시연에서는 마이크로 검사, 100 백색광 간섭 현미경 및 스캐닝 프로브 이미지 프로세서 소프트웨어를 사용합니다. 다음 단계는 삼각학 또는 윤활 과학에서 수행되는 것처럼 볼에 있는 작은 마모 흉터의 부피를 측정하는 방법을 보여줍니다. 이 프레젠테이션을 가능한 한 일반적으로 만들기 위해 자동화된 처리는 사용되지 않습니다.

첫 번째 단계는 샘플을 측정 스테이지에 배치하는 것입니다. 편리하고 안정적인 받침대를 사용하여 프로파일로미터 스테이지에 공을 놓습니다. 관심 피처가 위를 향하도록 하여 저배율 대물렌즈를 사용하고 볼을 렌즈 바로 아래에 배치합니다.

간섭 무늬가 화면 중앙 근처에 나타나도록 표본의 수직 위치를 조정합니다. 곡면의 경우 fringes가 중앙에 오도록 표본의 방향을 지정합니다. 손으로 공을 회전시키거나 무대를 기울여 마모 흉터가 보이도록 하고 가능한 경우 수평이 되도록 합니다.

중간 배율 렌즈를 사용하여 마모된 관심 영역이 화면을 크게 채우는 이미지를 얻으십시오. 이렇게 하면 해상도가 향상되고 조명이 조정되고 스캔 높이가 표시되어 최상의 지형도를 얻을 수 있습니다. 데이터를 수집할 때 기기 지침에 따라 표본을 스캔하십시오.

interpolate 함수를 사용하여 잘못되거나 누락된 데이터를 채운 다음 3D 등각투영 보기를 사용하여 지도를 저장합니다. 이 이미지는 볼의 AB 브레이드 영역을 보여줍니다. 이 표면을 분석하려면 공의 원래 표면이 평평하게 보이도록 이미지의 곡률을 제거해야 합니다.

그런 다음 2D 뷰에서 함몰의 부피를 측정하고 마모 흉터를 제외한 관심 영역을 선택할 수 있습니다. 여기서 녹색 음영은 제외된 영역을 나타냅니다. 이미지 분석 프로그램이 전체 영역에 곡면 보정을 적용하되 표시한 관심 영역만 사용하여 피팅을 수행해야 합니다.

곡률을 제거할 소프트웨어 곡선 피팅 도구를 선택합니다. 예를 들어, 다항식 5차수가 있습니다. 흉터가 곡률 제거에 영향을 미치지 않도록 포함된 부위에 대해 수술하는 옵션을 선택합니다.

영역이 좋은 정확도로 평평한지 확인하기 위해 맞춤을 여러 번 실행해야 할 수도 있습니다. 평균 수준을 0으로 설정합니다. 더 어두운 원형 영역은 함몰부입니다.

마모 흉터의 부피는 측정 도구를 사용하여 이미지 처리 소프트웨어에서 측정됩니다. 여기에는 모든 모양을 사용할 수 있습니다. 파란색 타원형 측정 도구를 사용하여 마모 흉터를 동그라미로 칠합니다.

소프트웨어 측정 도구에는 레벨 평면 위의 재료의 양과 레벨 아래에서 손실된 재료의 양을 합산하는 기능이 있어야 합니다. 이 특정 예에서 삽입은 재료 부피가 136입방 미크론임을 보여줍니다. 공극 부피는 2, 733 입방 미크론이며 2, 597 입방 미크론의 순 마모를 제공합니다.

측정 영역을 마모 흉터에서 멀리 이동하고 측정된 마모 부피(0이어야 함)가 실제로 매우 작다는 점에 유의하여 체계적인 오류를 추정할 수 있습니다. 평평한 표면의 마모 흉터의 부피를 측정하는 것은 공보다 더 간단합니다. 해석을 시작하려면 트렌치 홈 또는 흉터의 이미지를 얻습니다.

일반적으로 시편 기울기를 제거하는 것이 좋으며 간섭 줄무늬가 분산됩니다. 기울기가 제거되면 샘플을 스캔합니다. 그루브를 이미지화해야 합니다.

이 이미지는 아이소메트릭 뷰입니다. 표면은 수평이어야 합니다. 그렇지 않은 경우.

흉터 영역을 마스킹하고 표면의 나머지 부분에 평면 기울기 보정을 적용합니다. 또한 마스크되지 않은 표면의 평균 높이를 0으로 설정합니다. 이 예에서는 초기 방향이 거의 완벽했습니다.

그런 다음 측정 도구를 사용하여 트렌치의 부피를 결정합니다. 이 예제의 수치 결과는 47, 018 입방 미크론의 부피, 표면 위로 68 입방 미크론의 재료 부피를 피하여 46, 950 입방 미크론의 순 손실을 제공합니다. 이것은 마모 흉터의 길이에서 손실되는 재료의 양입니다.

실제로는 표면이 거칠어지는 경우가 많습니다. 여기에 표시된 두 번째 예에서 보이드 볼륨과 재료 볼륨은 서로 거의 같으며 실제로 제거된 재료는 거의 없습니다. 이온 스퍼터 또는 레이저 절제 분화구의 부피 분석은 분석을 시작하고 중앙 근처의 분화구가 있는 이미지를 얻고 스캔 데이터를 획득하는 것이 간단합니다.

일부 백색광 간섭계는 얕은 기능에 대해 두 개 이상의 작동 모드를 가질 수 있습니다. 스캐닝의 위상 변이 간섭계 모드를 사용해야 합니다. 이것이 이 매우 얕은 예에서 사용되는 모드입니다.

이 예에서는 분화구를 둘러싼 영역이 이전 처리 단계로 인해 완벽하게 평평하지 않고 Z축도 오프셋되어 고르지 않은 주변 영역의 영향을 제거하는 것을 볼 수 있습니다. 자르기 도구를 사용하여 흰색 상자에 표시된 영역으로 영역을 제한할 수 있습니다. 주변 영역의 방해받지 않는 영역이 z가 0이 되도록 이미지를 오프셋해야 합니다.

원하는 경우 프레임 또는 Z 오프셋 도구를 사용하여 이 작업을 수행할 수 있습니다. 분화구의 적절한 정렬은 3D 뷰를 사용하여 확인할 수 있습니다. 이제 표준 측정 도구를 사용하여 분화구를 측정할 수 있습니다.

다시 말하지만, 파란색으로 강조 표시된 영역에는 재료 부피와 공극 부피가 측정됩니다. 분화구의 순 부피는 86, 146 입방 미크론입니다. 시간 깊이 분석을 위해 다양한 라인 프로파일 도구를 사용하여 깊이, 비대칭, 벽 경사 등을 측정할 수 있습니다.

이러한 예에서는 엔지니어링 및 재료 과학을 위한 테스트 샘플을 측정하기 위해 광학 형상 측정법이 사용되었습니다. 이 방법은 다른 분야에서도 사용할 수 있으며 연골 표면 연구를 위한 생물 의학에서도 사용할 수 있습니다. 우리는 다른 기술이 우리 작업에 적합하지 않다는 것을 알았을 때 이 방법에 대한 아이디어를 처음 얻었습니다.

예를 들어, 원자력 현미경은 스캐닝 범위가 너무 제한적입니다. 기계 스타일. 주변 이미지는 1차원일 뿐이며, 많은 경우 스캐닝 전기 현미경은 본질적으로 평면 이미지만 제공합니다.

이 방법의 시각적 시연은 기술에 익숙하지 않은 사람들에게 작동 방식에 대한 아이디어를 제공하기 때문에 유용합니다. 바라건대, 다른 사람들도 자신의 연구 분야에 백색광 간섭계를 적용하도록 이끌 수 있기를 바랍니다.