표면 거칠기 측정—약관 및 표준

현미경 솔루션

표면 거칠기를 측정할 수 있는 다양한 측정 장치

표면 거칠기 측정 장치는 접촉식 및 비접촉식 장치로 나눌 수 있습니다.
두 가지 방식 모두 장점과 단점이 있으므로 응용 분야에 가장 적합한 장치를 선택하는 것이 중요합니다.

Overview

표면 거칠기를 측정할 수 있는 다양한 측정 장치

표면 거칠기 측정 장치는 접촉식 및 비접촉식 장치로 나눌 수 있습니다.
방식 측정 장치 장점 한계
접촉식 측정 스타일러스 거칠기 장치
  • 샘플 표면을 스타일러스로 물리적으로 그릴 수 있으므로 안정적 측정 가능
  • 오랫동안 사용되어 옴
  • 적은 양의 측정 정보로 단일 섹션만 측정 가능
  • 접착제 표면 및 연질 샘플을 측정할 수 없음
  • 프로브를 정확히 위치시키기 어려움
  • 스타일러스 프로브 팁 직경보다 작은 세부 대상을 측정할 수 없음
비접촉식 측정 Coherence scanning Interferometers
  • 빠른 측정
  • 저배율로 매끄러운 표면을 나노미터 이하 단위로 측정 가능
  • 거친 표면을 측정하기 어려움
  • 밝기가 상당히 다른 샘플을 측정하기 어려움
  • 대비가 낮아 측정 영역을 찾기 어려움
  • 낮은 XY 분해능
레이저 현미경
  • 각도 감지 감도가 높아 경사가 급한 비탈면 분석 가능
  • XY 분해능이 높아 선명한 고대비 이미지를 얻을 수 있음
  • 나노미터 이하 단위의 측정을 수행할 수 없음
  • 저배율에서 높이 식별 기능이 떨어짐
디지털 현미경
  • 다양한 종류의 관찰과 간편한 측정 가능
  • 구성 요소 거칠기 측정에 적합하지 않음(파형 측정에 적합함)
  • 나노미터 이하 단위의 요철을 측정할 수 없음
  • 낮은 XY 분해능
원자 현미경(Scanning Probe Microscope, SPM)
  • 나노미터 이하 단위로 표면 측정 가능
  • 상대적으로 높은 종횡비에서 샘플 측정 가능
  • 프로브를 정확히 위치시키기 어려움
  • 느림
  • μm 요철 측정에 적합하지 않음

스타일러스의 또 다른 단점은 프로브와 샘플 표면이 직접적으로 접촉해야 한다는 것입니다. 연질 샘플 또는 손상되기 쉬운 샘플의 경우 스타일러스가 손상을 유발할 수 있습니다.

Issues2

스타일러스 프로브가 샘플 표면을 손상시킬 수 있음

OLS5000 현미경이 사용하는 레이저는 샘플과 접촉하지 않고 정보를 획득하므로 손상 없이 거칠기를 정확하게 측정할 수 있습니다.

Solutions2

접착 테이프 256 × 256μm

반면, OLS5000 현미경은 측정을 위해 레이저를 사용하고 높은 개구수를 가진 전용 대물렌즈가 있습니다. 이러한 특징 덕분에 샘플 표면 상태에 상관없이 표면 경사가 매우 가파른 경우에도 정확한 측정을 수행할 수 있습니다. 또한 고품질 대물렌즈를 사용하므로 측정을 수행하고 측정 중 이미지 데이터를 얻으면서 이와 동시에 샘플을 볼 수 있습니다.

Issues5

OLS5000 레이저 현미경은 훨씬 더 간편하게 나노미터 이하 수준의 측정을 수행합니다. 또한 넓은 시야를 사용하여 미크론 이하의 요철도 관찰할 수 있습니다. 스티칭 기능을 사용하여 분석 영역을 더욱 넓힐 수도 있습니다.

Issues5

프로파일 방식 유형 영역 방식 유형
표면 질감 매개변수 ISO 4287:1997 ISO 25178-2 : 2012
ISO 13565:1996
ISO 12085:1996
측정 조건 ISO 4288:1996 ISO 25178-3 : 2012
ISO 3274:1996
필터 ISO 11562:1996 ISO 16610 시리즈
측정 장치 분류 － ISO25178-6:2010
측정 장치 보정 ISO 12179:2000 준비 중
보정을 위한 표준 테스트 항목 ISO 5436-1 : 2000 ISO25178-70:2013
그래픽 방식 ISO 1302:2002 ISO25178-1:2016

기본 프로파일 곡선

측정된 기본 프로파일에 컷오프 값이 λs인 저역 필터를 적용하여 얻은 곡선. 기본 프로파일에서 계산된 표면 질감 매개변수를 기본 프로파일 매개변수(Primary Profile Parameter, P-매개변수)라고 부릅니다.

거칠기 프로파일

컷오프 값이 λc인 고역 필터를 사용하여 파장이 긴 구성 요소를 억제함으로써 기본 프로파일에서 파생시킨 프로파일. 거칠기 프로파일에서 계산된 표면 질감 매개변수를 거칠기 프로파일 매개변수(Roughness Profile Parameter, R-매개변수)라고 부릅니다.

파형 프로파일

기본 프로파일에 절사 값이 λf와 λc인 프로파일 필터를 순차적으로 적용하여 얻은 프로파일. λf는 긴 파장 구성 요소를 절사하며, λc는 짧은 파장 구성 요소를 절사합니다. 파형 프로파일에서 계산된 표면 질감 매개변수를 파형 프로파일 매개변수(Waviness Profile Parameter, W-매개변수)라고 부릅니다.

프로파일 필터

프로파일에 포함된 긴 파장 구성 요소와 짧은 파장 구성 요소의 분리를 위한 필터. 세 가지 유형의 필터가 정의되어 있습니다.

  • λs 필터: 거칠기 구성 요소 및 짧은 파장 구성 요소 간 임계값을 지정하는 필터
  • λc 필터: 거칠기 구성 요소 및 파형 구성 요소 간 임계값을 지정하는 필터
  • λf 필터: 파형 구성 요소 및 긴 파장 구성 요소 간 임계값을 지정하는 필터

컷오프 파장

프로파일 필터를 위한 임계값 파장. 주어진 진폭에 50%의 투과율을 나타내는 파장.

샘플링 길이

프로파일 특성 결정에 사용되는 X축 방향의 길이.

평가 길이

평가 대상 프로파일의 평가에 사용되는 X축 방향의 길이.

프로파일 방식 개념도

프로파일 방식 개념도

스케일 제한 표면

영역 표면 질감 매개변수 계산의 기초로 사용되는 표면 데이터(S-F 표면 또는 S-L 표면). '표면'이라고 부르기도 합니다.

영역 필터

스케일 제한 표면에 포함된 긴 파장 구성 요소와 짧은 파장 구성 요소의 분리를 위한 필터. 함수에 따라 세 가지 유형의 필터가 정의되어 있습니다.

  • S 필터: 스케일 제한 표면에서 짧은 파장 구성 요소를 제거하는 필터
  • L 필터: 스케일 제한 표면에서 긴 파장 구성 요소를 제거하는 필터
  • F 작업: 특정 형태(구형, 원통형 등)의 제거를 위한 연관 또는 필터

참고: 가우스필터는 일반적으로 S 및 L 필터로 적용되며, 전체 최소 제곱 연관(Total Least Square Association)이 F 작업에 적용됩니다.

가우스 필터

일반적으로 영역 측정에 사용되는 일종의 영역 필터. 가우스 함수에서 파생된 가중 함수 기반의 합성곱에 의해 여과가 적용됩니다. 네스팅 인덱스 값은 진폭의 50%가 투과되는 사인파 프로파일의 파장입니다.

스플라인 필터

가우스 필터와 비교할 때 주변 에지에 더 작은 왜곡이 있는 일종의 영역 필터.

네스팅 인덱스

영역 필터의 임계값 파장을 대표하는 인덱스. 영역 가우스 필터 적용을 위한 네스팅 인덱스(Nesting Index)는 길이 단위 측면에서 지정되며, 프로파일 방식의 컷오프 값과 같습니다.

S-F 표면

S 필터를 사용하여 짧은 파장 구성 요소를 제거하고 F 작업을 사용하여 특정 형태의 구성 요소를 제거하여 처리된 표면.

S-L 표면

S 필터를 사용하여 짧은 파장 구성 요소를 제거하고 L 여과를 사용하여 긴 파장 구성 요소를 제거하여 얻은 표면.

평가 영역

특성 평가를 위해 지정된 표면의 직사각형 부분. 평가 영역은 (달리 명시되지 않은 경우) 사각형이어야 합니다.

영역 방식 개념도

영역 방식 개념도

1. 측정 항목(거칠기, 파형 또는 요철)을 기반으로 아래 나열된 항목 중에서 적절한 대물 렌즈를 선택합니다. 작동 거리(W.D.) 값이 샘플과 렌즈 사이 공간의 길이를 초과해야 합니다.

2. 대물 렌즈 후보가 여러 개일 경우 최종 선택을 합니다. 측정 필드의 크기는 가장 거친 관심 대상 구조물의 규모의 다섯 배여야 합니다.

대물렌즈 사양 측정 항목
개구수(N.A.) 작동 거리(W.D.) (단위: mm) 초점 지점 직격* (단위: μm) 측정 필드** (단위: μm) 거칠기 파형 요철(Z)
MPLFLN2.5X 0,08 10,7 6,2 5120 x 5120 X X X
MPLFLN5X 0,15 20 3,3 2560 x 2560 X X X
MPLFLN10XLEXT 0,3 10,4 1,6 1280 x 1280 X ○ △
MPLAPON20XLEXT 0,6 1 0,82 640 x 640 △ ○ ○
MPLAPON50XLEXT 0,95 0,35 0,52 256 x 256 ◎ ○ ◎
MPLAPON100XLEXT 0,95 0,35 0,52 128 x 128 ◎ ○ ◎
LMPLFLN20XLEXT 0,45 6,5 1,1 640 x 640 △ ○ ○
LMPLFLN50XLEXT 0,6 5 0,82 256 x 256 △ ○ ○
LMPLFLN100XLEXT 0,8 3,4 0,62 128 x 128 ○ ○ ◎
SLMPLN20X 0,25 25 2 640 x 640 X ○ △
SLMPLN50X 0,35 18 1,4 256 x 256 X ○ △
SLMPLN100X 0,6 7,6 0,82 128 x 128 △ ○ ○
LCPLFLN20XLCD 0,45 7,4-8,3 1,1 640 x 640 △ ○ ○
LCPLFLN50XLCD 0,7 3,0-2,2 0,71 256 x 256 ○ ○ ○
LCPLFLN100XLCD 0,85 1,0-0,9 0,58 128 x 128 ○ ○ ◎

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* 이론적 값.
** OLS5000 사용 시 표준 값.
◎ : 가장 적합함
○ : 적합함
△ : 사용 방식에 따라 허용 가능함
X : 적합하지 않음

각 필터의 기능, 필터의 조합 및 표면 윤곽 분석에 사용되는 필터의 크기가 아래에 설명되어 있습니다.

필터링 조건은 분석 목표에 따라 결정됩니다.

필터의 기능

표면 윤곽 매개변수 분석을 수행할 때는 측정 목표에 따라 획득되는 표면 질감 데이터를 위해 세 가지 유형의 필터(F 작업, S 필터 및 L 필터) 적용을 고려해야 합니다.

F 작업 S 필터
(쇼트컷 필터)		 L 필터
(롱패스 필터)
샘플의 명목 형태 구성 요소(구형, 원통형, 곡선 등)가 제거됩니다. 측정 노이즈 및 작은 윤곽 구성 요소가 제거됩니다. 파형 구성 요소가 제거됩니다.

필터 적용 방식

필터 조합

세 개의 필터(F 작업, S 필터 및 L 필터)를 8가지 방식으로 조합할 수 있습니다. 아래 표에 제시된 측정 목표 목록을 참조하여 적용할 필터 조합을 선택하십시오.

의도된 목적
획득된 원시 데이터를 분석할 경우
파형 구성 요소를 제거할 경우
구형, 곡선 및 기타 형태의 구성 요소를 제거할 경우
파형 구성 요소뿐만 아니라 구형, 곡선 및 기타 형태의 구성 요소를 제거할 경우
작은 거칠기 구성 요소 및 노이즈를 제거할 경우
작은 거칠기 구성 요소, 노이즈 및 파형 구성 요소를 제거할 경우
작은 거칠기 구성 요소 및 노이즈와 함께 구형, 곡선 및 기타 형태의 구성 요소를 제거할 경우
파형 구성 요소뿐만 아니라 작은 거칠기 구성 요소와 노이즈, 구형, 곡선 및 기타 윤곽 구성 요소를 제거할 경우
F 작업
－
－
〇
〇
－
－
〇
〇
S 필터
－
－
－
－
〇
〇
〇
〇
L 필터
－
〇
－
〇
－
〇
－
〇

－ : 해당 없음
○ : 해당됨

필터 크기(네스팅 인덱스)

필터링 강도(분리 역량)는 네스팅 인덱스라고 부릅니다(L 필터는 컷오프라고도 부름).

네스팅 인덱스 값을 정의할 때 숫자 값(0.5, 0.8, 1, 2, 2.5, 5, 8, 10, 20)을 사용하도록 권장하지만, 다음 제한 사항이 적용됩니다.

홈/ 제품/ 레이저 컨포컬 현미경/ 표면 거칠기 측정/ 표면 거칠기 측정—약관 및 표준