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4인치 평면의 절대 측정 및 측정불확도 계산
Absolute Test for a 4-inch Flat and Its Measurement Uncertainty 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.28 no.6, 2017년, pp.339 - 345  

김수영 (과학기술연합대학원대학교 측정과학과) ,  송재봉 (한국표준과학연구원) ,  양호순 (과학기술연합대학원대학교 측정과학과) ,  이혁교 (과학기술연합대학원대학교 측정과학과)

초록
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기준 평면의 평면도는 간섭계 교정에서부터 반도체, 플랫 패널 디스플레이, 실리콘 기판에 필요한 기준면 제공 등에 매우 중요한 역할을 한다. 특히 기준 평면의 평면도 측정을 해외에서 수행해 올 경우 시간적인 지연과 함께 금전적인 손해가 크므로 국내에서 측정 기술을 구축할 필요가 있다. 본 논문에서는 국내에서 처음으로 절대 측정 방법인 three-flat test 방법을 사용해 기준 평면의 평면도를 정확하게 구하고 측정불확도를 계산하였다. Three-flat test는 간섭계를 사용하여 세 개의 기준 평면을 상호 비교 측정하여 얻은 결과에서 각 평면의 평면도를 정확하게 구하는 방법이다. Three-flat test 방법들 중 실험실에 구축된 장비로 실험 가능하며 간단한 계산 과정으로 낮은 측정불확도를 얻을 수 있는 Griesmann 방법을 적용하여 실험하였다. 그 결과, 세 광학 평면에 대한 평면도를 얻을 수 있었고, 측정불확도는 각 광학 평면에 대해 0.5 nm rms 이내의 신뢰 수준임을 확인하여 높은 수준으로 자체 평면도 측정이 가능함을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The flatness of a reference flat plays an important role, from the calibration of an interferometer to the reference for a semiconductor or flat-panel display, etc. Especially if we order the flatness measurement outside Korea, we may spend more time and money. In this paper, we measured the flatnes...

주제어

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  • 온도 변화에 의한 불확도는 온도가 22 ± 1°C로 유지되는 실험실에서 실험을 진행하였으므로 본 눈문에서는 고려하지 않았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Griesmann 방법의 장점은? 상기 언급된 방법들 중 Griesmann 방법은 x, y중심축에 대해서 거울 대칭을 적용하여 평면도를 구하는 다른 방법들과 달리 오직 y 중심축에 대한 거울 대칭만으로도 평면도를 구할 수 있는 장점이 있다. 또한 Griesmann이 적용한 N-position averaging 방법은 한 개의 평면을 한 두번 회전하여 평면도를 구하는 Fritz 방법과 다르게 평면을 N번 회전시켜 평균하기 때문에 측정불확도가 상대적으로 작다[12].
three-flat test는 무엇인가? 기본적인 three-flat test는 간섭계를 사용하여 세 개의 평면을 비교 측정하여 획득한 측정 결과에서 광학 평면의 평면도를 얻는 방법이다[2]. 하지만 이 방법으로는 평면의 축 중심선에 대한 1차원 선 정보 결과만을 얻을 수 있기 때문에 2차원 광학 평면 전체에 대한 평면도를 얻기 위해서는 측정 절차를한 가지 이상 추가해야 한다.
three-flat test의 한계점은? 기본적인 three-flat test는 간섭계를 사용하여 세 개의 평면을 비교 측정하여 획득한 측정 결과에서 광학 평면의 평면도를 얻는 방법이다[2]. 하지만 이 방법으로는 평면의 축 중심선에 대한 1차원 선 정보 결과만을 얻을 수 있기 때문에 2차원 광학 평면 전체에 대한 평면도를 얻기 위해서는 측정 절차를한 가지 이상 추가해야 한다. 대표적인 방법으로는 제르니케 다항식(Zernike polynomials)을 사용하여 측정 파면에 대한 회전적으로 비대칭(rotationally asymmetric)인 오차를 분리하고 결과 값에서 제거하는 방법[3]을 three-flat test에 적용해서 평면도를 얻는 Fritz 방법[4], 한 개의 평면을 90도로 한 번 회전시키고 평행하게 이동시켜 평면도를 구하는 rotation-shift 방법[5] , 측정 파면을 even과 odd 함수의 대칭인 성분으로 나누어 평면도를 구하는 거울 대칭 방법 [6,7], 한 개의 평면을 방위각 360도에 대해 N번의 균등한 간격으로 회전시켜 측정하고 평균함으로써 비회전 대칭 오차(nonrotational symmetric errors) 를 제거하는 N-position averaging 방법[8]등이 있다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (19)

  1. A. Davies, C. J. Evans, R. Kestner, and M. Bremer, "The NIST X-ray optics CALIBration InteRferometer (XCALIBIR)," in Proc. Optical Fabrication and Testing (Quebec, Canada 2000), OSA Technical Digest, paper OWA5. 

  2. G. Schulz and J. Schwider, "Precise measurement of planeness," Appl. Opt. 6, 1077-1084 (1967). 

  3. R. E. Parks, "Removal of test optics errors," Proc. SPIE 153, 56-63 (1978). 

  4. B. S. Fritz, "Absolute calibration of an optical flat," Opt. Eng. 23, 379-383 (1984). 

  5. J. Grzanna and G. Schulz, "Absolute testing of flatness standards at square-grid points," Opt. Commun. 77, 107-112 (1990). 

  6. C. Ai and J. C. Wyant, "Absolute testing of flats decomposed to even and odd functions," Proc. SPIE 1776, 73-83 (1992). 

  7. C. Ai and J. C. Wyant, "Absolute testing of flats by using even and odd functions," Appl. Opt. 32, 4698-4705 (1993). 

  8. C. J. Evans and R. N. Kestner, "Test optics error removal," Appl. Opt. 35, 1015-1021 (1996). 

  9. R. E. Parks, L-Z. Shao, and C. J. Evans, "Pixel-based absolute topography test for three flats," Appl. Opt. 37, 5951-5956 (1998). 

  10. U. Griesmann, "Three-flat test solutions based on simple mirror symmetry," Appl. Opt. 45, 5856-5865 (2006). 

  11. M. F. Kuchel, "A new approach to solve the three-flat problem," Optik 112, 381-391 (2001). 

  12. U. Griesmann, Q. Wang, and J. Soons, "Three-flat tests including mounting-induced deformations," Opt. Eng. 46, 093601 (2007). 

  13. Korea Research Institute of Standards and Science, "4" Flat rotary stage," in Certificate of Calibration (KRISS, Daejeon, Korea, 2017). 

  14. W. Song, F. Wu, and X. Hou, "Method to test rotationally symmetric surface deviation with high accuracy," Appl. Opt. 51, 5567-5572 (2012). 

  15. L. Yong, L. Xu, J. Hongzhen, H. Yuhang, R. Huan, Y. Yi, Z. Lin, S. Zhendong, and Y. Quan, "Principal and error analysis of mirror symmetry method in three-flat test," Proc. SPIE 9297, 929710 (2014). 

  16. H. Liu, S. Liu, W. Gao, and Q. Fang, "Research of absolute testing based on N-position rotations," Proc. SPIE 9796, 97960P (2016). 

  17. W. Wang, B. Wu, P. Liu, J. Liu, and J. Tan, "Position error correction in absolute surface measurement based on a multi-angle averaging method," Meas. Sci. Technol. 28, 045009 (2017). 

  18. G. Moona, R. Sharma, U. Kiran, and K. P. Chaudhary, "Evaluation of measuremnt uncertainty for absolute flatness measurement by using fizeau interferometer with phaseshifting capability," MAPAN-J. Metrol. Soc. India 29, 261-267 (2014). 

  19. International Organization for Standardization, ISO/IEC Guide 98-3:2008, Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM: 1995)(ISO 2008), Part 3. 

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