Analysis of methods for detecting opaque defects on the surface of modulation disks (review)

Editorial Board PCSS Journal; Д.Ю. Манько; Є.В. Беляк; О.М. Буток; Ю.І. Чегіль; А.В. Панкратова; А.А. Крючин

doi:10.15330/pcss.26.2.358-369

Автор(и)

Д.Ю. Манько Інститут проблем реєстрації інформації НАН України, м. Київ, Україна
Є.В. Беляк Інститут проблем реєстрації інформації НАН України, м. Київ, Україна
О.М. Буток Інститут проблем реєстрації інформації НАН України, м. Київ, Україна
Ю.І. Чегіль Інститут проблем реєстрації інформації НАН України, м. Київ, Україна
А.В. Панкратова Інститут проблем реєстрації інформації НАН України, м. Київ, Україна
А.А. Крючин Інститут проблем реєстрації інформації НАН України, м. Київ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.26.2.358-369

Ключові слова:

модуляційні диски, видалення непрозорих дефектів, лазерна абляція, модель теплопровідності

Анотація

Дослідження присвячене модуляційним дискам як високоточним оптичним сенсорам для вимірювання кутових положень і швидкостей обертання, що є важливими для промислового та військового застосування. Для формування мікроструктур із високою точністю пропонується впровадження лазерної абляції, що забезпечує прецизійну обробку поверхні, усунення дефектів і видалення залишків хрому. Проведено класифікацію непрозорих дефектів на підкладках дисків, визначено основні причини їх виникнення та труднощі усунення, зокрема ризики пошкодження сусідніх структур під час абляції. Розроблено математичну модель, засновану на рівнянні теплопровідності у циліндричних координатах, що описує поведінку дефектів під впливом лазерного випромінювання, оптимізуючи глибину абляції та мінімізуючи термічне пошкодження. Чисельне моделювання дозволило визначити особливості теплового режиму, розподіл температури та динаміку видалення матеріалу, що стало основою для вибору оптимальних параметрів лазерної обробки. Експериментальні дослідження з використанням імпульсного азотного лазера (337,1 нм, тривалість імпульсу 20 нс) продемонстрували можливість селективного видалення хромових дефектів (5-50 мкм) із мінімальним пошкодженням підкладки. Показано, що наявність неметалевих забруднень не впливає на проведення зазначених процедур, що підтверджує вибірковість методу. Мікрозображення поверхні зразків засвідчили успішне усунення залишків хрому та тонких залишкових металевих плівок за умов налаштування оптимальних параметрів лазерного опромінення.

Посилання

M. Hossain, J. K. Rakshit, & M. Pal Singh, Numerical Analysis of all-optical silicon microring resonator-based cyclic redundancy check encoder, Journal of Nanophotonics, 16 (03), 036007-1 (2022); https://doi.org/10.1117/1.jnp.16.036007.

Y. Liu, W. Gu, Z. Mei, D. Sun, Efficient FPGA-based LDPC encoder implementation for Optical Communication Systems, 2023 21st International Conference on Optical Communications and Networks (ICOCN), 1–3 (2023); https://doi.org/10.1109/icocn 59242.2023.10236181.

C. Patruno, V. Renò, M. Nitti, G. Pernisco, N. Mosca, Optical encoder neural network: A CNN-based optical encoder for robot localization, Optical Engineering, 62 (04), 041402-1 (2022); https://doi.org/10.1117/1.oe.62.4.041402.

R. K. Megalingam, S. A. Anil, J. M. Varghese, FPGA based navigation platform for fixed path navigation with distance estimation using rotation encoder, 2016 International Conference on Electrical, Electronics, and Optimization Techniques (ICEEOT), 3134 (2016); https://doi.org/10.1109/iceeot.2016.7755279.

B. Ali, R. N. Sadekov, V. V. Tsodokova, A review of navigation algorithms for unmanned aerial vehicles based on Computer Vision Systems, Gyroscopy and Navigation, 13 (4), 241 (2022); https://doi.org/10.1134/s2075108722040022.

I.V. Kosyak, D.Yu. Manko, Ie.V. Beliak, A.A. Kryuchyn, Methodology for transforming code sequences according to the modulation disk coordinate system, Electronic Modeling, 46 (5), 35 (2024); https://doi.org/10.15407/emodel.46.05.035.

K. Eberhardt, S. Esser, H. Haider, Abstract feature codes: The building blocks of the implicit learning system, Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 43 (7), 1275 (2017); https://doi.org/10.1037/xhp0000380.

P.K. Panigrahi, S.K. Bisoy, Localization strategies for autonomous mobile robots: a review, J. King Saud Univ. - Comput. Inf. Sci., 34 (8B), 6019 (2021); https://doi.org/10.1016/j.jksuci.2021.02.015.

J. Seybold, A. Bülau, K. P. Fritz, A. Frank, C. Scherjon, J. Burghartz, A. Zimmermann. Miniaturized optical encoder with micro-structured encoder disc, Applied Sciences, 9 (3), 452 (2019); https://doi.org/10.3390/app9030452.

S. Liu, H. C. Zhang, L. Zhang, Q. L. Yang, Q. Xu, J. Gu, Y. Yang, X. Y. Zhou, J. Han, Q. Cheng, W. Zhang, T. J. Cui, Full-state controls of terahertz waves using tensor coding metasurfaces. ACS Applied Materials & Interfaces, 9 (25), 21503 (2017); https://doi.org/10.1021/acsami.7b02789.

S. Liu, T. J. Cui, Flexible controls of terahertz waves using coding and programmable metasurfaces. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 23 (4), 1 (2017); https://doi.org/10.1109/jstqe.2016.2599273.

M. Hossain, J. K. Rakshit, M. Pal Singh, Numerical Analysis of all-optical silicon micro-ring resonator-based cyclic redundancy check encoder. Journal of Nanophotonics, 16 (03). 036007-1 (2022); https://doi.org/10.1117/1.jnp.16.036007.

R. K. Megalingam, S. A. Anil, J. M. Varghese, FPGA based navigation platform for fixed path navigation with distance estimation using rotation encoder, 2016 International Conference on Electrical, Electronics, and Optimization Techniques (ICEEOT), 3134–3138. https://doi.org/10.1109/iceeot.2016.7755279.

B. Ali, R. N. Sadekov, V. V. Tsodokova, A review of navigation algorithms for unmanned aerial vehicles based on Computer Vision Systems. Gyroscopy and Navigation, 13(4), 241 (2022); https://doi.org/10.1134/s2075108722040022.

M. Darnon, Plasma etching in Microelectronics, Plasma Etching Processes for CMOS Devices Realization 23 (2017); https://doi.org/10.1016/b978-1-78548-096-6.50002-x.

F. Tian, T. Wang, X. Lu, Endpoint detection based on optical method in chemical mechanical polishing, Micromachines, 14 (11), 2053 (2023); https://doi.org/10.3390/mi14112053.

T. Ding, Y. Xie, Z. Shen, X. Cheng, Z. Wang, Ultrasonic cleaning optimization research for ultrasmooth optical substrate with artificial micron/submicron silica spheres, Optical Engineering, 53 (12), 122514 (2014); https://doi.org/10.1117/1.oe.53.12.122514.

B. Tang, K. Sato, Advanced surfactant-modified wet anisotropic etching (Microelectromechanical Systems and Devices, 2012); https://doi.org/10.5772/26901.

Y. Zhou, L. Zhao, Y. Tang, Q. Deng, S. Hu, Dimensional Metrology of micro structure based on modulation depth in Scanning Broadband Light Interferometry, Applied Optical Metrology II, 10373(38), 103730G-1 (2017); https://doi.org/10.1117/12.2280001.

M. R. Schmidt, P. Flanigan, D. Thibault, Photomask repair using an advanced laser-based repair system (MARS2), SPIE Proceedings, 4889, 1023 (2002); https://doi.org/10.1117/12.467505.

T.E. Robinson, J.Le Claire, Advanced Laser repair of EUV photomasks. Photomask Japan 2019: XXVI Symposium on Photomask and Next-Generation Lithography Mask Technology, 10; 111780K01 (2019); https://doi.org/10.1117/12.2534759.

T.E. Robinson, J.Le Claire, Update on the performance of photomask repair and clean with DUV femtosecond laser processes, Photomask Japan 2018: XXV Symposium on Photomask and Next-Generation Lithography Mask Technology, 10807091 (2018); https://doi.org/10.1117/12.2325009.

D. Stonyte, V. Jukna, D. Paipulas, Direct laser ablation of glasses with low surface roughness using femtosecond UV laser pulses, Journal of Laser Micro/Nanoengineering, 17 (2), 121 (2022); https://doi.org/10.2961/jlmn.2022.02.2008.

B. Kim, H. K. Nam, Y. J. Kim, S. W. Kim, Lift-off ablation of metal thin films for micropatterning using ultrashort laser pulses, Metals, 11 (10), 1586 (2021). https://doi.org/10.3390/met11101586.

S. Brose, Stand-alone EUV setups for photomask related inspection tasks, Photomask Japan 2022: XXVIII Symposium on Photomask and Next-Generation Lithography Mask Technology, 49 (2022); https://doi.org/10.1117/12.2656141.

T. Robinson, D. Yi, R. White, R. Bozak, M. Archuletta, D. Lee, Nanomachining of non-orthogonal mask patterns. SPIE Proceedings, 77481H1 (2010); https://doi.org/10.1117/12.865198.