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- ASTM F1811-97(2002)
- 規格番号
- ASTM F1811-97(2002)
- 制定年
- 1970
- 出版団体
- /
- 最新版
-
ASTM F1811-97(2002)
- 範囲
- 1.1 この実践は、一連の測定された表面プロファイル データから、一般的に使用される一連の統計パラメータと表面粗さの関数を計算する方法を定義します。
その目的は、データの処理と表示のための基本的な手順と表記法を提供すること、ユーザー固有のアプリケーションで発生する可能性のある関連問題について読者に警告すること、および詳細が記載されている参考文献を提供することです。
1.2 現在の実践は、テスト対象の表面を横切る直線に沿って均一な間隔で取得された 1 次元データまたはプロファイル データの分析に限定されていますが、データ ポイントの長方形の配列に対して行われる 2 次元測定のより一般的なケースについても言及されています。
1.3 この実践で説明するデータ分析手順は一般的なものであり、特定の表面、表面生成技術、粗さの程度、または測定技術に限定されるものではありません。
分析用のプロファイル データの生成に使用できる測定技術の例には、剛性接触プローブを使用する機械的プロファイリング機器、表面領域上のラインまたはアレイ上でサンプリングする光学的プロファイリング機器、光学干渉法、および走査型顕微鏡技術などがあります。
原子間力顕微鏡など。
異なる測定技術間の区別は、サンプリング間隔、帯域幅、測定伝達関数など、セクション 3 と 5 で定義されているさまざまなパラメータと関数を通じて現在の実務に組み込まれています。
1.4 ここでの主な関心は、くぼみ、突起、傷、隆起などの孤立した表面欠陥ではなく、表面仕上げのランダムまたは周期的な側面の特徴付けです。
ここで説明するデータ解析方法は、孤立した表面フィーチャのプロファイル データにも同様に適切に適用できますが、この実践で説明する手順を使用して導出されるパラメータと関数は、ランダムな表面や周期的な表面から導出されるパラメータや関数とは異なる物理的重要性を持つ可能性があります。
1.5 この実践で議論される統計パラメータと関数は、実際には、表面全体にわたる無限に長い線形プロファイル、または無限数の有限長の「アンサンブル」平均によって一般に定義される数学的抽象概念です。
プロフィール。
対照的に、実際のプロファイル データは、試験対象の表面上の有限数の離散位置で測定された 1 セット以上のデジタル化された高さデータの形式で入手できます。
この実践により、対象となる統計量の抽象的な定義と、一連の測定データからこれらの抽象量の値を決定するための数値手順の両方が得られます。
この実践の表記では、これらの数値手順は「推定値」と呼ばれ、それらが生成する結果は「推定値」と呼ばれます。
1.6 この実践により、プロファイルの高さまたは傾斜の測定値から直接表面の二乗平均平方根 (rms) 粗さ、rms 傾斜、およびパワー スペクトル密度 (PSD) を決定するための「ピリオドグラム」推定量が得られます。
統計文献では、推定値または推定値をその抽象値またはアンサンブル平均値から区別するためにサーカムフレックスが使用されています。
たとえば、Â は品質 A の推定値を示します。
ただし、一部のワードプロセッサでは、テキスト内の子音に曲折記号を付けることができません。
代わりに、任意の象徴的または言語的手段を使用することができます。
1.7 表面統計の推定量の品質は、その抽象バージョンまたはアンサンブル平均バージョンに関する「偏り」および「変動」特性を記述する高次の統計特性によって特徴付けられます。
この演習では、ここで示した推定量の高次の統計的特性については説明しません。
その実際的な重要性と使用法はアプリケーション固有であり、このドキュメントの範囲を超えているためです。
これらおよび関連する主題の詳細については、この演習の最後にある参考文献 (1 ～ 10)2 を参照してください。
1.8 生の測定プロファイル データには、一般に、測定対象の表面の微細地形とは独立した傾向成分が含まれています。
これらの成分は、差分または残差誤差がここで示される統計的推定ルーチンの対象となる前に差し引かれる必要があります。
これらのトレンドのコンポーネントは、外部ソースと内部ソースの両方に由来します。
外部傾向は、測定装置内の試験対象部品の剛体の位置決めから生じます。
光学では、これらの変位と回転の寄与は「ピストン」誤差と「チルト」誤差と呼ばれます。
対照的に、固有の傾向は、試験対象の表面に固有の意図的または偶発的な形状誤差から生じます。
1 この実施は、電子砂に関する ASTM 委員会 F01 の管轄下にあり、シリコン材料およびプロセス制御に関する小委員会 F01.06 の直接の責任です。
最新版は 1997 年 6 月 10 日に承認され、1997 年 8 月に発行されました。
2 括弧内の太字の数字は、この実践の最後にある参考文献のリストを参照しています。
1 Copyright © ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA 19428-2959, United States.注意: この規格は新しいバージョンに置き換えられるか、廃止されます。
最新情報については、ASTM International (www.astm.org) にお問い合わせください。
円または放物線状の曲率として。
真の表面形状に関する事前情報が存在しない場合、固有の形状誤差は表面の二次 (放物線) 曲率に限定されることがよくあります。
内部トレンドと外部トレンドのトレンド除去は、一般に、生の測定データからトレンド除去多項式を減算することによって同時に実行されます。
多項式係数は、測定データへの最小二乗フィッティングによって決定されます。
1.9 表面および表面測定機器は実空間または配置空間に存在しますが、最も簡単に理解できるのは、フーリエ変換、逆数空間または空間周波数空間とも呼ばれる周波数空間です。
これは、実際の測定プロセスはすべて「線形システム」とみなすことができるためです。
これは、測定されたプロファイルが真の表面プロファイルと測定システムのインパルス応答の畳み込みであることを意味します。
そして同様に、測定されたプロファイルのフーリエ振幅スペクトルは、真のプロファイルのフーリエ振幅スペクトルと、測定システムの周波数依存の「伝達関数」の積です。
これは次の方程式で象徴的に表現されます。
5 まさに～fx！・て～fx！ここで、A = フーリエ振幅、T ( fx) = 機器応答関数または測定伝達関数、fx = 表面空間周波数です。
この因数分解により、表面と測定システムを周波数空間で互いに独立して議論できるようになり、測定システムを議論する際に不可欠な特徴となります。
1.10 図 1 は、測定伝達関数 T( fx) のさまざまな形式を示しています。
1.10.1 ケース (a) は、すべての空間周波数に対して T ( fx) = 1、0 # fx# ` を持つ完全な測定システムです。
実際の測定機器はすべての空間周波数に対して同等の感度を持たないため、これは非現実的です。
ケース (b) は理想的な測定システムで、LFL # fx# HFL の場合は T (fx) = 1、それ以外の場合は T (fx) = 0 になります。
LFL と HFL は測定の低周波および高周波の限界を示します。
。
範囲 LFL # fx# HFL は測定のバンドパスまたは帯域幅と呼ばれ、比 HFL/LFL は測定のダイナミック レンジと呼ばれます。
ケース (c) は、T (fx) が測定帯域内で 1 である必要がなく、帯域外で厳密にゼロである必要がないという事実を含むため、現実的な測定システムを表しています。
1.11 測定伝達関数が測定帯域内で 1 から大幅に逸脱することがわかっている場合、測定されたパワースペクトル密度 (PSD) は、デジタル処理を通じて理想的な長方形の機器で測定されたであろう形式に変換できます。
"復元。
"最も単純な形式の復元では、測定された PSD を既知の形式の ?T ~ fx! で除算する必要があります。
?2 測定帯域以上。
顕微鏡システムの伝達関数はその帯域全体にわたって単一ではなく、T (0) = 1 と T(HFL) = 0 で単一の間で線形に収まる傾向があるため、復元は光学顕微鏡を含む測定機器に特に関連します。
デジタル修復の方法論は機器固有であり、この実践ではその使用に要件はありません。
1.12 この慣行では、ここで説明する手順によって生成された表面仕上げパラメータまたは関数に関するデータには、使用した測定器の識別説明、その低周波および高周波限界、LFL および HFL の推定値、および修復技術を使用するかどうかの記述が伴うことが要求されます。
に使われていた。
1.13 異なる測定技術から得られたプロファイルデータ間の定量的な比較を行うには、対象となる統計パラメータと関数を同じまたは同等の空間周波数領域にわたって比較する必要があります。
表面を比較するために使用される最も一般的な量は、二乗平均平方根 (rms) 粗さの値です。
これは、指定された表面周波数限界間の PSD の下の面積の平方根です。
異なる空間周波数範囲を含む測定から得られた表面統計は、近似的な方法を除いて定量的に比較できません。
場合によっては、PSD の解析モデルを使用して、測定帯域幅の外側で PSD を外挿することにより、部分的にまたは重複しない帯域幅を持つ測定値を比較できます。
1.14 特定の帯域幅制限の例は、光学産業および半導体産業から引き出すことができます。
光学では、いわゆる全積分散乱または TIS 測定技術により、0.069 ～ 1.48 µm–1 の 2 次元空間周波数空間における環を含む rms 粗さ値が得られます。
つまり、ダイナミック レンジは 1.48/0.069 = 21/1 になります。
対照的に、光学的および機械的スキャン技術に含まれる空間周波数の範囲は一般にこれよりもはるかに大きく、多くの場合 512/1 以上のダイナミック レンジを持ちます。
後者の場合、半導体業界では rms 表面粗さを議論するために 0.0125 ～ 1 µm–1 のサブ範囲が使用されてきました。
これらの数値は、実際に遭遇する HFL および LFL の大きさと範囲を示すために提供されていますが、表面仕上げパラメーターの仕様に対する特定の制限を推奨するものではありません。
このような選択はアプリケーションに依存し、ユーザーの裁量で行われます。
1.15 測定されたプロファイル データからの RMS 粗さと傾きの値の決定に含まれる積分限界は、ケースに示すように、所望のバンドパス外の空間周波数および所望のバンドパス内の 1 に対してゼロに等しい係数を測定 PSD に乗算することによって導入されます。
図 1 の (b)。
これはトップハットまたはバイナリ フィルター関数と呼ばれます。
この実践で採用されているデジタル周波数領域処理がすぐに利用できるようになる前は、プロファイル データを明示的に周波数領域に変換してトップハット関数を乗算することなく、アナログまたはデジタル フィルターに通過させることによって帯域幅制限が課せられていました。
データ フィルターが望ましい周波数応答を備えている限り、2 つのプロセスは数学的に同等です。
ただし、実際のデータ フィルターには、目的のトップハット形式に近似するだけのガウス形式または RC 形式が含まれることが多く、解釈に曖昧さが生じます。
この実践では、周波数領域で測定された PSD のトップハット ウィンドウ処理を使用して、rms 粗さと傾きの値を決定することを推奨します。
F 1811 – 97 (2002) 2 注意: この規格は新しいバージョンに置き換えられるか、廃止されます。
最新情報については、ASTM International (www.astm.org) にお問い合わせください。
1.16 PSD および rms 粗さは、表面の機能的特性と直接的な関係があるため、光学および半導体産業にとって特に興味深い表面統計です。
より粗い表面の場合、これらの統計は依然として有効で有用ですが、そのような表面の機能的特性は追加の統計にも依存する可能性があります。
表面質感に関する ASME 規格 B46.1 では、機械加工された表面に適用できる追加の表面統計、用語、測定方法について説明しています。
1.17 この実践で使用される単位は、半導体および光学産業の多くの測定に適した一貫した SI 単位セットです。
この慣例では、これらの単位の使用を強制するものではありませんが、比較を容易にするために、他の単位で表された結果を SI 単位で参照することが要求されます。
1.18 この規格は、その使用に関連する安全上の懸念がある場合、そのすべてに対処することを目的とするものではありません。
適切な安全衛生慣行を確立し、使用前に規制上の制限の適用可能性を判断することは、この規格のユーザーの責任です。
ASTM F1811-97(2002) 規範的参照
ASTM F1811-97(2002) 発売履歴
