超精密加工面性状インプロセス測定装置の試作開発

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01850028
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 三好 隆志 北海道大学, 工学部, 助教授 (00002048)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坂井 誠 東京精密(株), 研究開発部, 部長 ; 斉藤 勝政 北海道大学, 工学部, 教授 (40001169)
• Keywords: Fraunhoter回折 / インプロセス測定 / 非接触測定 / 表面粗さ / 超精密加工 / ダイヤモンド切削

Research Abstract

超精密ダイヤモンド切削やメカノケミカルポリシングなどの超精密加工技術の進展に伴い、nmオ-ダの表面粗さが要求される磁気デイスク基板、レ-ザ加工用反射鏡、レ-ザ-プリンタ用ポリゴンミラ-、半導体IC用シリコ基板などの電子計算機用部品や光学部品が比較的容易に制作されるようになってきている。一方、これらの超精密加工部品の開発も同時に行われているが、今後一層高い加工精度、高品質、生産性を考えた場合、インプロセス測定が可能な超精密測定技術が強く要望されている。
そこで、nmオ-ダの周期的な粗さのみならずランダムな粗さに対しても振動や傾きの影響を受けることなく広い表面の測定が可能なFraunhofer回折像を利用した非接触表面粗さ測定法の開発および測定装置の試作を行った。本測定法および装置の特徴は以下に示す通りである。
(1)本測定法は、周期的な面に対して、その最大高さ粗さRmasをFraunhofer回折像の0から3次までの回折光強度比と光波長から、またランダムな面に対してはその自乗平均粗さRnmsをスポット強度比と光波長から求められることを理論的および実験的に明らかにした。
(2)8から200nmRmaxの粗さを持つダイヤモンド切削面試料に対する測定実験から、本測定法は200nm以下の粗さを、また、ラッピングされたシリコンウエハの測定実験から1nmから十数nmRrmsの微小な粗さを10%以内の誤差で高精度に測定できることを確認した。
(3)超精密加工機に取り付け高速回転中に測定可能な測定装置を試作した。すなわち、He-Neレ-ザ、NDフィルタ-、O次回折光減少フィルタ-、ハ-フミラ-、フ-リエ変換レンズ、CCDカメラ等からなる測定センサ本体とFraunhofer回折像の画像処理システムから構成される装置を試作した。
(4)本測定装置は、公称値8nmの粗さを持つ3.5インチ磁気ディスク基板企画を3000rpmの高速回転中においてもたかだか5%以内の誤差で測定することができ、またディスク全面の粗さの程度を5nm毎にマップで示し評価することができる。

Research Products

• [Publications] Takashi Miyoshi: "Non-Contact Measurement of Ultva-Precision Diamond Tuvned Surtace Roughness" Bull.of the Japan Society of Rrecison Eng.23. 182-188 (1989)
• [Publications] 高谷裕浩: "Fraunhofer回折による超精密加工面粗さの測定評価に関する研究" 精密工学会誌. 56. 373-380 (1990)