Proyecto TRAZASURF noviembre 2010

Área de longitud. Proyecto TRAZASURF.

CARACTERIZACIÓN DE PATRONES Y SUPERFICIES EN MICRO Y NANOTECNOLOGÍA CON TRAZABILIDAD AL PATRÓN NACIONAL

DE LONGITUD

Laura Carcedo Cerezo

Laboratorio de Calidad Superficial

Contenido

• INTRODUCCIÓN

• OBJETIVOS

• RESULTADOS, NUEVOS SERVICIOS Y NUEVAS LINEAS

• PERSPECTIVAS FUTURAS

INTRODUCCIÓN

Pesas

Patrones de densidad

Aplicaciones en Metrología

Superficie de levas

Vástagos y asientos de válvulas

Caras pistón

Bruñido de camisas

Bielas

Cigüeñal

Aplicaciones en Ingeniería

Importancia medidas de rugosidad

Aplicaciones en Medicina

Implantes Osteointegrados

Celulas de HeLa

Aplicaciones en Nanotecnología

Nanotubos de carbono

Nanodispositivosmóviles

INTRODUCCIÓN

Coordenada Z: patrones de amplificación/ranura.

Patrón tipo A1 positivoPatrón tipo A2 negativo

Coordenada X patrones periódicos tipo C, tb evalúan Z.

Patrón tipo C

Fig. 19: Patrón C1: perfil periódico sinusoidal Fig. 20: Patrón C2: perfil periódico triangular isósceles

Fig. 21:Patrón C3, perfil periódico sinusoidal simulado

Fig. 22: Patrón C4, perfil periódico en arco

Tra

nsv

ers

al a t

od

as

las

med

idas,

patr

on

es

F.

Evaluación global del equipo, patrones aperiódicos tipo D.

Patrón tipo D1 Patrón tipo D2

Patrones especiales para nanotecnología

INTRODUCCIÓN

Patrones en medida de superficies

Microscopio de Fuerza Atómica Rugosímetro de Contacto

Técnicas de medidade superfice de contacto y no contacto

Patrones de transferencia

P4: OBJETIVOS TRAZASURF

Trazabilidad interna

Diseño de patrones

Ampliación de servicios 3D

OBJETIVOS

REALIZACIÓN PRÁCTICA DE LA UNIDAD METRO

Patrones de transferencia

Trazabilidad directaen el eje z

Interf. Fizeau Interf. Twyman-Green

Técnicas de medida de superfice de contacto y no contacto

Perfilómetro de Contacto Microscopio Interferencial

Trazabilidad

Construcción de patrones de prueba.

Microscopio Interferencial

Interferómetro Fizeau

Interf. Twyman-Green

Área máxima MI de medida

Las medidas obtenidas en el área máxima MI presentan incertidumbres muy altas.

Solape entre áreas de medida con distintas técnicas es insuficiente.

DISPERSIÓN VALORES

DEMASIADO ALTA

DIFICIL MEDIR AREA -MI

RESULTADOS

Trazabilidad

Adquisición de patrones

PATRONES SOFTWARE

RESULTADOS

Uso de patrones generados por el NIST y NPL, para validar los software de los equipos.

Mejora técnicas de medida de superficies

Estudio comportamiento del equipo BILAT CEM-NPL

Dektak ST

RESULTADOS

Perfilometría de contacto : patrones de amplificación

KLA-Tencor P6

Ventajas P6 frente Dektak.

− Medidas en 3D.

− Mayor rango medida en Z, 327 μm.

− Trazados en x hasta 60 mm.

Patrón de amplificación: nominal 1800 nm.

1760

1765

1770

1775

1780

1785

1790

1795

1800

1805

1810

CEM NPL

n/s:5233- 03- 04

H e

n nm

Patrón de amplificación: nominal 14500 nm.

13380

13395

13410

13425

13440

13455

13470

13485

13500

13515

13530

CEM NPLn/s: 810-001-017C

H e

n µm

Incertidumbre expandida 95%, U(k=2) en nm, para H= 0,025 µm

-40-35-30-25-20-15-10-505

10152025303540

Braz

il-IN

MET

ROCh

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NIM

Finl

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NPLI

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nd-N

IMT

Turk

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ME

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King

d-NP

LUS

A-NI

ST

U (k

=2) e

n nm

RESULTADOS

Mejora técnicas de medida de superficiesPerfilometría de contacto CMCs: patrones de amplificación

Incertidumbre expandida 95%, U(k=2) en nm, para H= 0,25 µm

-40-35-30-25-20-15-10

-505

10152025303540

Braz

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MET

ROCh

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LUS

A-NI

ST

U (k

=2) e

n nm

Mejora técnicas de medida de superficiesPerfilometría de contacto : patrones rugosidad

Estudio comportamiento del equipo: ruido

Perthometer Mahr

RESULTADOS

b) después de la sustitución de columna

a) antes de la sustitución de la columna de movimiento vertical

RESULTADOS

Mejora técnicas de medida de superficiesPerfilometría de contacto CMCs: patrones de rugosidad

Incertidumbre expandida 95% U (k=2) en nm, para Ra = 0,5 µm

-75

-60

-45

-30

-15

0

15

30

45

60

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da-N

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U.Ki

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PLUS

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ST

U (k

=2) e

n nm

Incertidumbre expandida 95%, U (k=2) en nm, para Rz = 0,5 µm

-75

-60

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-30

-15

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15

30

45

60

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Rep-

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n nm

Incertidumbre expandida 95%, U (k=2) en nm, para Rz = 1 µm

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Incertidumbre expandida 95% U (k=2) en nm, para Ra = 1 µm

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n nm

Mejora técnicas de medida de superficiesMicroscopio Interferencial

Marca MicroXAM

RESULTADOS

Estudio comportamiento del equipo: linealidad

Mejora técnicas de medida de superficiesMicroscopio Interferencial

Mejora del comportamiento del equipo: linealidad

RESULTADOS

Veeco NT9800

Técnicas PSI, VSI.

Objetivos interferométricos: 2.5X, 10X, 20X, 50X

Iluminación

CCD

Sistema Interferométrico Láser (SIL) mov. en Z en VSI.

Rango en Z, 10 mm.

Lentes 0.55X y 2X.

Espejo

Divisor de haz

Espejo de referencia

Espejo desplazamiento

Láser

Mejora técnicas de medida de superficiesMicroscopía interferencial CMCs: patrones de amplificación

Incertidumbre expandida U(k=2) en nm, para H = 0,25 um

-20

-16

-12

-8

-4

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4

8

12

16

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Incertidumbre expandida U(k=2) en nm, para H = 1 um

-20

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Incertidumbre expandida U(k=2) en nm, para H = 0,025 um

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RESULTADOS

Mejora técnicas de medida de superficiesMicroscopía Holográfica Digital (DHM)

RESULTADOS

Lyncée Tec DHM R1003

Longitudes de onda simple y dual, con láseres de 682.7 nm y 650 nm.

Objetivos ópticos: 1.25X, 5X, 10X, 50X.

Apto para muestras de baja reflectividad.

Rango 10 mm.

DHM

Datos de fase

Reconstrucción topografía

Longitud de onda sintética

Mejora técnicas de medida de superficiesMicroscopía de Fuerza Atómica

RESULTADOS

Dev

iatio

n fr

om re

fere

nce

valu

e (n

m)

0 5 10Device

10203040

-10-20-30-40

+97 +76

partner's (left) and uniform evaluationwith standard deviations

Scan ranges:

5 µm x 5 µm

20 µm x 20 µm

50 µm x 50 µm

100 µm x 100 µm

Voltaje aplicado PZTsTipo CSiSensores asociados a PZTsTipo BSiSILs 3 ejes (MAFMs)Tipo A

LazocerradoRegistro datos medidaCLASIFICACIÓN METROLÓGICA AFMs

Tipo CTipo B

Tipo A

AFM Marca SIS:

Tipo C en X e Y

Tipo B en Z (galga)

Conocer el funcionamiento y posibilidades de la técnica para desarrollos futuros

Elaboración de guías de medida

Medida de muestras, ej. nanopartículas

Mejora técnicas de medida de superficiesMicroscopía de Fuerza Atómica: MAFM (tipo A) en INMs.

under development

GranRango

PERSPECTIVAS FUTURAS

Microscopía Holográfica

Digital

MAFM, con trazabilidad directa en los tres ejes

Proyecto nº 8

Microscopio de Fuerza Atómica Metrológico

REALIZACIÓN PRÁCTICA DE LA UNIDAD METRO

Patrones de transferencia

Técnicas de medidade superfice de contacto y no contacto Microscopía

Interferencial

Perfilometría de Contacto

Microscopía de FuerzaAtómica

PERSPECTIVAS FUTURAS

NUEVA PIRÁMIDE DE TRAZABILIDAD

PERSPECTIVAS FUTURAS

CARACTERIZACIÓN DE SUPERFICIES EN 3D: PARTICIPACIÓN EN EL JRP 05i

• Desarrollo de estrategias de medida de parámetros 3D para instrumentos ópticos y de contacto.

• Desarrollo de nuevos patrones para la materialización de parámetros 3D.

• Provisión de algoritmos de análisis que sirvan para el desarrollo de las normas ISO 16610 e ISO 25178.

• Comparación internacional usando los nuevos patrones con las distintas técnicas disponibles.

noviembre 2010 Laura Carcedo

Gracias por vuestra atención