[논문]위상측정 간섭계를 이용한 sub-<tex> ${\\AA}$</tex>급 표면거칠기 측정

조민식; 정태호; 오문수; 이수상; 이재철

[국내논문] 위상측정 간섭계를 이용한 sub- ${\\AA}$급 표면거칠기 측정
Sub- ${\\AA}$ surface roughness measurement using phase-measuring interferometer 원문보기

조민식 (국방과학연구소) , 정태호 (국방과학연구) , 오문수 (국방과학연구) , 이수상 (고등기술연구) , 이재철 (고등기술연구원)

고분해능 분광학, 레이저 주파수 안정화, 단원자 레이저, 레이저 자이로 등의 다양한 분야에서 널리 응용되는 저손실, 고반사율 반사경 제작은 고품질의 반사경 기판 사용을 전제로 하고 있다. 1$\AA$이하의 표면거칠기(surface roughness)를 요구하는 반사경 기판의 초연마(super-polishing) 기술과 저손실 반사경 박막코팅 기술은 최근 수 년 사이에 상당한 발전이 이루어졌으며, 이와 함께 초연마 반사경 기판의 표면거칠기 측정기술이 중요한 분야로 주목받고 있다. 표면거칠기 측정기법은 현재까지 여러 가지 방법이 연구, 발전되어 왔는데, 접촉식 측정방법으로 stylus 방법과 비접촉식 측정방법으로 광학 간섭계 방법, 스캔닝 전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscopes) 등이 있다. 이들 중 광학 간섭계 방법은 표면형상을 직접 측정 가능하다는 점에서 유망한 비접촉 표면측정 기법으로 알려져 있다. (중략)

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문제 정의

본 논문에서는 위상 측정 간섭계을 이용한 표면거칠기 sub A급(rms값) 기판의 표면거칠기 평가 특성을 데이터 평균의 영향 측면에서 조사하였다. Sub A급 반사 경 기판의 표면거칠기 측정시 측정 오차를 최소화하고 안정적인 측정값을 제시하는 최적 데이터 평균 조건으로 위상 평균 30회, 강도 평균 20회가 실험적으로 도출되었다.

이론/모형

그 밖에 음파소음(acoustic noise), 공기 흐름 요란(air-flow turburance), 온도 변화 등이 위상 측정 간섭계의 위상 변화를 유발시켜서 표면 거칠기 측정값에 오차를 발생시킬 수 있다. 이들 오차 요인은 표면 거칠기가 작은 샘플로 갈수록 거칠기 측정값에 상당한 영향을 미치게 되는데, 표면 거칠기의 측정 오차 요인을 수학적으로 모델링하고 컴퓨터의 데이터 처리 단계에서 관련 오차의 영향을 제거시키고자 하는 목적으로 데이터 평균방법(data averaging)> 사용할 수 있다. 데이터 평균 방법은 데이터 획득 시스템(data acquisition system)의 측정 잡음 대신호비를 증대시켜서 장비의 측정 반복도를 향상시키는 기법으로서, 위상 측정 간섭계를 이용한 표면 거칠기 평가에는 위상 평균(phase averaging)과 강도 평균(intensity averaging)을 활용할 수 있다.

성능/효과

본 논문에서는 위상 측정 간섭계을 이용한 표면거칠기 sub A급(rms값) 기판의 표면거칠기 평가 특성을 데이터 평균의 영향 측면에서 조사하였다. Sub A급 반사 경 기판의 표면거칠기 측정시 측정 오차를 최소화하고 안정적인 측정값을 제시하는 최적 데이터 평균 조건으로 위상 평균 30회, 강도 평균 20회가 실험적으로 도출되었다. 설정된 최적 데이터 평균 조건에서 반사 경 기판의 표면거칠기 측정 반복도 오차는 0.
01A 이하로 측정되었다. 데이터 평균 방법에 의한 기판의 표면거칠기 측정오차 개선 효과는 기판이 공간주파수 대거칠기 크기 분포를 알려주는 amplitude spectrum plot와 power spectral density plot를 조사하여 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과를 토대로 위상 측정 간섭계를 이용한 표면거칠기 sub A급 기판의 신뢰성 있는 측정이 가능하게 되었다.
데이터 평균 방법에 의한 기판의 표면거칠기 측정오차 개선 효과는 기판이 공간주파수 대거칠기 크기 분포를 알려주는 amplitude spectrum plot와 power spectral density plot를 조사하여 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과를 토대로 위상 측정 간섭계를 이용한 표면거칠기 sub A급 기판의 신뢰성 있는 측정이 가능하게 되었다.

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