2차원 및 3차원 표면 형상 측정기의 측정 형상 왜곡

Abstract

본 연구에서는, 표면미세형상측정기의 측정프로브에 의해 데이터왜곡현상이 발생함에 따른 측정결과의 신뢰성 저하를 막고자, 측정모사실험과 실측정결과의 비교 분석을 통한 측정프로파일데이터의 왜곡현상이 분석되었으며, 이를 기반으로 하는 측정 조건이 제안되었다. 모사실험을 위한 기초데이터는 원자현미경(AFM)을 이용하여 실제의 기계가공면으로부터 얻어졌으며, 미세 형상 측정기의 대표적인 형태인 촉침식과 광학식 측정기 프로브에 대한 오차발생기구 모델이 구축되고, 이를 이용하여 측정프로파일의 왜곡현상이 2차원 및 3차원적으로 해석/비교되었다. 또한, 모사실험에 의한 해석 결과와 비교하기 위해 촉침식과 광학식 미세 형상 측정기로 동일한 시료가 측정되어 비교/검토되었다. 촉침식 프로브의 선단반경으로 인한 기계적인 필터효과(Mechanical filtering effect)의 3차원적 해석에 의해, 2차원적 해석에서는 검토되지 못한 측정 경로(Probe path) 주변에 존재하는 산이나 골짜기로 인한 왜곡 현상까지 상세한 분석이 가능하였다. 또 광학식 프로브의 레이저스팟 형상(크기)로 인한 기계적인 필터 효과도 같은 방법으로 해석되었으며, 촉침식과 광학식 프로브에 의한 측정 프로파일 왜곡 현상이 모두 수치화되어 분석이 이루어졌다. 촉침식 미세 형상 측정기에 대해서는 관찰 가능한 것으로 검토된 최소 파장 성분과 촉침 반경과의 상관관계와 그를 기반으로 하는 적합한 선단 반경을 갖는 촉침이 제안되었으며, 광학식 미세 형상 측정기에 대해서는 관찰 가능한 최소 파장 성분과 레이저스팟의 형상 조건의 상관관계 분석을 기반으로 하여 적절한 측정조건이 제안되었다. 광학식 미세 형상 측정기에서도 접촉식 측정기에서 발생하는 측정 데이터 왜곡 현상의 정량화 모델이 유효함을 확인하였으며, 표면거칠기 측정시에 측정영역, 대물렌즈 배율, 해상도 등과의 관계가 제시되었으며, 이에 의해 ISO 규정 및 기존 촉침식 측정으로 측정된 정보와의 비교에 의한 신뢰성 평가가 가능하였다.