ASTM F1811-97(2002)

Estándar No.
ASTM F1811-97(2002)
Fecha de publicación
1970
Organización
/
Ultima versión
ASTM F1811-97(2002)
Alcance
1.1 Esta práctica define la metodología para calcular un conjunto de parámetros estadísticos y funciones de rugosidad de la superficie comúnmente utilizados a partir de un conjunto de datos de perfil de superficie medidos. Sus propósitos son proporcionar procedimientos y notaciones fundamentales para procesar y presentar datos, alertar al lector sobre problemas relacionados que pueden surgir en aplicaciones específicas del usuario y proporcionar referencias bibliográficas donde se pueden encontrar más detalles. 1.2 La presente práctica se limita al análisis de datos unidimensionales o de perfil tomados a intervalos uniformes a lo largo de líneas rectas a través de la superficie bajo prueba, aunque se hace referencia al caso más general de mediciones bidimensionales realizadas sobre una matriz rectangular de puntos de datos. 1.3 Los procedimientos de análisis de datos descritos en esta práctica son genéricos y no se limitan a superficies específicas, técnicas de generación de superficies, grados de rugosidad o técnicas de medición. Ejemplos de técnicas de medición que se pueden usar para generar datos de perfil para análisis son instrumentos de perfilado mecánico que utilizan una sonda de contacto rígida, instrumentos de perfilado óptico que toman muestras sobre una línea o una matriz sobre un área de la superficie, interferometría óptica y técnicas de microscopía de barrido. como la microscopía de fuerza atómica. Las distinciones entre diferentes técnicas de medición ingresan a la práctica actual a través de varios parámetros y funciones que se definen en las Secciones 3 y 5, como sus intervalos de muestreo, anchos de banda y funciones de transferencia de mediciones. 1.4 El interés principal aquí es la caracterización de aspectos aleatorios o periódicos del acabado superficial en lugar de defectos superficiales aislados como picaduras, protuberancias, rayones o crestas. Aunque los métodos de análisis de datos descritos aquí se pueden aplicar igualmente bien a datos de perfil de características de superficie aisladas, los parámetros y funciones que se derivan utilizando los procedimientos descritos en esta práctica pueden tener un significado físico diferente que los derivados de superficies aleatorias o periódicas. 1.5 Los parámetros y funciones estadísticas que se analizan en esta práctica son, de hecho, abstracciones matemáticas que generalmente se definen en términos de un perfil lineal infinitamente largo a través de la superficie, o el promedio "conjunto" de un número infinito de longitudes finitas. perfiles. Por el contrario, los datos del perfil real están disponibles en forma de uno o más conjuntos de datos de altura digitalizados medidos en un número finito de posiciones discretas en la superficie bajo prueba. Esta práctica proporciona tanto definiciones abstractas de las cantidades estadísticas de interés como procedimientos numéricos para determinar valores de estas cantidades abstractas a partir de conjuntos de datos medidos. En la notación de esta práctica, estos procedimientos numéricos se denominan "estimadores" y los resultados que producen se denominan "estimaciones". 1.6 Esta práctica proporciona estimadores de “periodograma” para determinar la rugosidad cuadrática media (rms), la pendiente rms y la densidad espectral de potencia (PSD) de la superficie directamente a partir de mediciones de altura o pendiente del perfil. La literatura estadística utiliza un circunflejo para distinguir un estimador o estimación de su valor abstracto o promedio conjunto. Por ejemplo, Â denota una estimación de la cualidad A. Sin embargo, algunos procesadores de textos no pueden colocar un circunflejo sobre las consonantes en el texto. En su lugar se podrá utilizar cualquier recurso simbólico o verbal. 1.7 La calidad de los estimadores de estadísticas de superficie se caracteriza, a su vez, por propiedades estadísticas de orden superior que describen sus propiedades de “sesgo” y “fluctuación” con respecto a sus versiones abstractas o de promedio conjunto. Esta práctica no analiza las propiedades estadísticas de orden superior de los estimadores aquí proporcionados, ya que su importancia práctica y su uso son específicos de la aplicación y están fuera del alcance de este documento. Los detalles de estos y otros temas relacionados se pueden encontrar en las Referencias (1 a 10)2 al final de esta práctica. 1.8 Los datos brutos del perfil medido generalmente contienen componentes de tendencia que son independientes de la microtopografía de la superficie que se está midiendo. Estos componentes deben restarse antes de que la diferencia o los errores residuales se sometan a las rutinas de estimación estadística que se proporcionan aquí. Estos componentes de tendencia se originan tanto en fuentes extrínsecas como intrínsecas. Las tendencias extrínsecas surgen del posicionamiento del cuerpo rígido de la pieza bajo prueba en el aparato de medición. En óptica, estas contribuciones de desplazamiento y rotación se denominan errores de "pistón" e "inclinación". 1 Esta práctica está bajo la jurisdicción del Comité F01 de ASTM sobre Electrónica y es responsabilidad directa del Subcomité F01.06 sobre Materiales de Silicio y Control de Procesos. Edición actual aprobada el 10 de junio de 1997. Publicado en agosto de 1997. 2 Los números en negrita entre paréntesis se refieren a la lista de referencias al final de esta práctica. 1 Copyright © ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA 19428-2959, Estados Unidos. AVISO: Este estándar ha sido reemplazado y reemplazado por una nueva versión o ha sido descontinuado. Comuníquese con ASTM International (www.astm.org) para obtener la información más reciente. como una curvatura circular o parabólica. En ausencia de información a priori sobre la verdadera forma de la superficie, el error de forma intrínseco se limita frecuentemente a una curvatura cuadrática (parabólica) de la superficie. La eliminación de tendencias intrínsecas y extrínsecas generalmente se logra simultáneamente restando un polinomio de eliminación de tendencias de los datos medidos sin procesar, donde los coeficientes del polinomio se determinan ajustando mínimos cuadrados a los datos medidos. 1.9 Aunque las superficies y los instrumentos de medición de superficies existen en el espacio real o de configuración, se entienden más fácilmente en el espacio de frecuencia, también conocido como transformada de Fourier, recíproco o espacio de frecuencia espacial. Esto se debe a que cualquier proceso de medición práctico puede considerarse un "sistema lineal", lo que significa que el perfil medido es la convolución del perfil de superficie real y la respuesta al impulso del sistema de medición; y de manera equivalente, el espectro de cuatro amplitudes del perfil medido es el producto del perfil verdadero y la “función de transferencia” dependiente de la frecuencia del sistema de medición. Esto se expresa simbólicamente mediante la siguiente ecuación: A meas~ fx! 5 ¡Un verdadero ~ fx! · ¡T~fx! donde: A = amplitudes de Fourier, T (fx) = función de respuesta del instrumento o función de transferencia de medición, y fx = frecuencia espacial de superficie. Esta factorización permite analizar la superficie y el sistema de medición de forma independiente en el espacio de frecuencias, y es una característica esencial de cualquier discusión sobre sistemas de medición. 1.10 La Figura 1 esboza diferentes formas de la función de transferencia de medición, T( fx): 1.10.1 El caso (a) es un sistema de medición perfecto, que tiene T ( fx) = 1 para todas las frecuencias espaciales, 0 # fx# ` . Esto no es realista, ya que ningún instrumento de medición real es igualmente sensible a todas las frecuencias espaciales. El caso (b) es un sistema de medición ideal, que tiene T (fx) = 1 para LFL # fx# HFL y T (fx) = 0 en caso contrario, donde LFL y HFL denotan los límites de baja y alta frecuencia de la medición. . El rango LFL # fx# HFL se denomina paso de banda o ancho de banda de la medición, y la relación HFL/LFL se denomina rango dinámico de la medición. El caso (c) representa un sistema de medición realista, ya que incluye el hecho de que T (fx) no necesita ser la unidad dentro del paso de banda de medición o estrictamente cero fuera del paso de banda. 1.11 Si se sabe que la función de transferencia de medición se desvía significativamente de la unidad dentro del paso de banda de medición, la densidad espectral de potencia (PSD) medida se puede transformar en la forma que habría sido medida por un instrumento con la forma rectangular ideal mediante el proceso de medición digital. "restauracion." En su forma más simple, la restauración implica dividir la PSD medida por la forma conocida de ?T ~ fx! ?2 sobre el paso de banda de medición. La restauración es particularmente relevante para los instrumentos de medición que involucran microscopios ópticos, ya que las funciones de transferencia de los sistemas de microscopios no son la unidad sobre su paso de banda, sino que tienden a caer linealmente entre la unidad en T (0) = 1 y T (HFL) = 0. La necesidad de, y la metodología de la restauración digital es específica del instrumento y esta práctica no impone requisitos sobre su uso. 1.12 Esta práctica requiere que cualquier dato sobre parámetros o funciones de acabado superficial generados por los procedimientos aquí descritos vaya acompañado de una descripción identificativa del instrumento de medición utilizado, estimaciones de sus límites de baja y alta frecuencia, LFL y HFL, y una declaración de si se han utilizado o no técnicas de restauración. fueron usados. 1.13 Para hacer una comparación cuantitativa entre datos de perfil obtenidos con diferentes técnicas de medición, los parámetros estadísticos y funciones de interés deben compararse en regiones de frecuencia espacial iguales o comparables. Las cantidades más comunes utilizadas para comparar superficies son sus valores de rugosidad cuadrática media (rms), que son las raíces cuadradas de las áreas bajo la PSD entre límites de frecuencia de superficie especificados. Las estadísticas de superficie derivadas de mediciones que involucran diferentes rangos de frecuencia espacial no pueden compararse cuantitativamente excepto de manera aproximada. En algunos casos, las mediciones con anchos de banda parciales o incluso no superpuestos se pueden comparar utilizando modelos analíticos de las PSD para extrapolar las PSD fuera de su ancho de banda de medición. 1.14 Se pueden extraer ejemplos de límites de ancho de banda específicos de las industrias óptica y de semiconductores. En óptica, la llamada técnica de medición de dispersión integrada total o TIS conduce a valores rms de rugosidad que involucran un anillo en un espacio de frecuencias espaciales bidimensionales de 0,069 a 1,48 µm–1; es decir, un rango dinámico de 1,48/0,069 = 21/1. Por el contrario, el rango de frecuencias espaciales involucradas en las técnicas de escaneo óptico y mecánico es generalmente mucho mayor que esto, teniendo frecuentemente rangos dinámicos de 512/1 o más. En este último caso, se ha utilizado el subrango de 0,0125 a 1 µm–1 para analizar la rugosidad eficaz de la superficie en la industria de los semiconductores. Estos números se proporcionan para ilustrar las magnitudes y rangos de HFL y LFL que se encuentran en la práctica, pero no constituyen una recomendación de límites particulares para la especificación de parámetros de acabado superficial. Dichas selecciones dependen de la aplicación y deben realizarse a discreción de los usuarios. 1.15 Los límites de integración involucrados en la determinación de los valores rms de rugosidad y pendiente a partir de datos de perfil medidos se introducen multiplicando la PSD medida por un factor igual a cero para frecuencias espaciales fuera del paso de banda deseado y la unidad dentro del paso de banda deseado, como se muestra en el Caso (b) en la Fig. 1. Esto se denomina función de filtro binario o de sombrero de copa. Antes de la fácil disponibilidad del procesamiento digital en el dominio de la frecuencia como se emplea en esta práctica, los límites de ancho de banda se imponían pasando los datos del perfil a través de filtros analógicos o digitales sin transformarlos explícitamente al dominio de la frecuencia y multiplicarlos por una función de sombrero de copa. Los dos procesos son matemáticamente equivalentes, siempre que el filtro de datos tenga la respuesta de frecuencia deseada. Sin embargo, los filtros de datos reales suelen tener formas gaussianas o RC que sólo se aproximan a la forma de sombrero de copa deseada, lo que introduce cierta ambigüedad en su interpretación. Esta práctica recomienda la determinación de los valores rms de rugosidad y pendiente utilizando ventanas de sombrero de copa de la PSD medida en el dominio de la frecuencia. F 1811 – 97 (2002) 2 AVISO: Esta norma ha sido reemplazada y reemplazada por una nueva versión o se ha descontinuado. Comuníquese con ASTM International (www.astm.org) para obtener la información más reciente. 1.16 La PSD y la rugosidad rms son estadísticas de superficie de particular interés para las industrias óptica y de semiconductores debido a su relación directa con las propiedades funcionales de dichas superficies. En el caso de superficies más rugosas, estas siguen siendo estadísticas válidas y útiles, aunque las propiedades funcionales de dichas superficies también pueden depender de estadísticas adicionales. La norma ASME sobre textura de superficies, B46.1, analiza estadísticas, términos y métodos de medición de superficies adicionales aplicables a superficies mecanizadas. 1.17 Las unidades utilizadas en esta práctica son un conjunto autoconsistente de unidades SI que son apropiadas para muchas mediciones en la industria de semiconductores y óptica. Esta práctica no exige el uso de estas unidades, pero sí requiere que los resultados expresados en otras unidades estén referenciados a unidades SI para facilitar la comparación. 1.18 Esta norma no pretende abordar todos los problemas de seguridad, si los hay, asociados con su uso. Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer prácticas apropiadas de seguridad y salud y determinar la aplicabilidad de las limitaciones reglamentarias antes de su uso.

ASTM F1811-97(2002) Documento de referencia

ASTM F1811-97(2002) Historia

  • 1970 ASTM F1811-97(2002)
  • 1997 ASTM F1811-97 Práctica estándar para estimar la función de densidad espectral de potencia y los parámetros de acabado relacionados a partir de datos del perfil de superficie


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