測定表面の法線ベクトル検出機能の付加による三角測量式光学センサの測定精度の向上

Research Project

Project/Area Number	21K03796
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
Research Institution	Tokyo Metropolitan College of Industrial Technology
Principal Investigator	伊藤幸弘東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 准教授 (80431972)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000) Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000) Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords	シリコンウェーハ / 形状測定 / 三角測量式 / オートコリメート / シミュレーション / 三角測量式光学センサ / オートコリメータ / 測定偏差補正 / 三角測量式光学センサー
Outline of Research at the Start	三角測量式光学センサは非接触で高応答な測定が可能であることから，大面積表面形状への活用は工業的に大きな意味がある．しかし，その測定原理のために測定表面の高さの変化による真の変位と傾きの変化により生じる見かけ上の変位を分離できない．そこで本研究では，オートコリメータの原理を用いた測定表面の傾きにより生じる偏差の補正手法を開発する．そして，三角測量式光学センサの高応答性を利用し，サブミクロンの測定精度が要求される大口径シリコンウェーハの形状測定精度の向上を図る．
Outline of Annual Research Achievements	年度の前半は，大阪大学光学研究科機械工学専攻ナノ加工計測学領域水谷康弘准教授ご指導の下，「フォトダイオードを用いた偏光状態の計測およびビームプロファイラを用いたレーザ光のビームプロファイル計測」，「パワーメータによるパワー測定および分光器によるスペクトル測定」などの基礎的な光学的実験手法を習得した．さらに，一昨年度までに市販の三角測量式光学センサを用いた実験により定性的に示した測定表面の傾きにより生じる偏差について，今年度は測定表面の傾きと偏差の関係を定量的に示すために必要な三角測量式光学系についての基本的な構成を学んだ．そして，三角測量式光学系の構築のためには，シミュレーションを用いての高精度な光軸調整などが必要であることを確認した．また年度の後半は，当研究室でも先と同様の光学実験環境を整備すべく実験装置や機器の入手を進めたが，昨今の半導体不足の影響により自動微小変位テーブルのコントローラが年度末までに入手できないことがわかった．そこで，前述のように三角測量式光学系の構築のためにはシミュレーションが必要と判断したため，三角測量式光学系を模したシミュレーションの作成に取り組んだ．これにより，三角測量式光学センサによる測定表面の変位をはじめ，本研究のテーマである測定表面の傾きにより生じる偏差についてもシミュレートすることができ，その傾向は一昨年度までに得られた実験結果と定性的に一致することを示した．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 当初の研究計画においては，現状では既に実験光学系の構築が終了し，オートコリメート機能を用いて三角測量式光学センサにおける測定表面の傾きにより生じる偏差の成分である変位と傾きの影響の分離を試みている予定であった．しかしながら，前述のように実験光学系構築のための自動微小変位テーブルのコントローラの入手に時間を要することとなったため，後半は三角測量式光学系のシミュレーションの作成に取り組んだ．この三角測量式光学系のシミュレーションの作成については当初の研究計画には含んではいなかったが，研究の展開上不可欠であるため，研究の成果としては無駄な取り組みではないと考える．
Strategy for Future Research Activity	年度明けの現在にまでに光学実験系構築のための自動微小変位テーブルのコントローラを入手できたため，まずは実験光学系の構築を進める．その際には，昨年度の成果である三角測量式光学系のシミュレーションを活用する．実験の準備が整ったら，測定表面の傾きと偏差の関係を実験により定量的に示す．さらに，三角測量式光学系と同様に，オートコリメーターについても実験光学系の構築の際にはシミュレーションが必要になると予想されることから，オートコリメーターのシミュレーションの作成に取り組む．そして三角測量式とオートコリメーターそれぞれ単独の実験光学系を構築した後に，両者の実装を試みる．そして，傾きを持つ平面に対する両光学系による同時測定により，変位と傾きの影響の分離が可能であることを実証する．