サブナノメートルの変位.形状測定機の自律的絶対校正システムの試作

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08505002
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 清野 慧 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40005468)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宇田 豊 (株)ニコン, 生産技術本部, 生産技術開発課長 ; 井澤 義明 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00143016) ; 張 世宙 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30282099) ; 高 偉 東北大学, 大学院・工学研究科, 講師 (70270816)
• Keywords: 校正 / 自律 / その場 / 形状 / 変位 / 絶対 / 基準 / 精度

Research Abstract

サブナノメートルの変位,形状測定機の自律絶対校正システムの構築を目的に研究を進めた.サブナノメートルの精度を要求する測定では測定機の線形誤差をその場で頻繁に校正する必要がある.本研究では,これらの要求に応えるために,外部の基準はもちろん,余分なスペースや付加的な器具もほとんど用いないで,測定機の測定データだけからその線形誤差を自律的に校正できる方法を提案した.これは,精密測定の場合にしばしば行われる連続的な繰り返し測定による,結果の繰り返し性の検査のデータを利用する方法であり,センサの検出方向にわずかにシフトを加える前後の2回の測定の差から,校正曲線の導関数を得て,その積分から正しい校正曲線を求める.本年度はまず前年度の結果を踏まえて,平均感度の校正も含めた絶対校正を試みた.具体的には,小型の干渉変位計を試料台に組み込み,干渉変位計のレーザ光源の波長の整数倍となるように2回の測定のシフト量を制御する.それによって,平均感度をレーザ光源の波長の安定性で決める限界まで平均感度を校正でき,線形誤差の校正結果と合わせて,絶対校正を実現する.実際に干渉顕微鏡を校正対象とした実験結果から,この方法の有効性を確認した.なお,先に行われたSTM/AFMの高精度化の研究で提案した外部モニタ法による結果との比較も行った.原理の全く異なる外部モニタ法と本研究の自律校正法は,極めて一致した結果を得たため,自律校正法は高い信頼性を有することを実証した.分解能は高いが,精度はそこまで保証できないという従来の精密測定機の精度がこの手法の利用で向上し,信頼性やトレーサビリティが著しく高まることが期待される.また,本年度は新たに,参照鏡の形状誤差を含めた干渉形状測定機の光学系の有する波面収差を自律的に検出するための理論を構築し,一つの試料をx,y方向にシフトして合計4回の干渉画像を得るだけでこの波面収差が分離検出でき,試料平面の絶対測定ができることを確認した.

Research Products

• [Publications] 清野 慧, 高 偉, 小倉一朗: "幾何学量センサのその場自律校正法の研究" 精密工学会誌. 63. 1417-1421 (1997)
• [Publications] 清野 慧, 高 偉, 金井 雅也: "干渉顕微鏡の高さ方向誤差のその場自律校正法" 精密工学会誌. 64. 241-245 (1998)
• [Publications] 高 偉, 野村 進直, 清野 慧: "SPMの高精度化手法の提案とその液中作動型AFMへの適用" 日本機械学会論文集掲載予定. 64. (1998)
• [Publications] W.Gao and S.Kiyono: "Development of and interferometer using PSDs and its self-calibration" Proceedings of XIV IMEKO World Congress. 6-11 (1997)
• [Publications] S.Kiyono, W.Gao, I.Ogura and H.Seino: "In situ self-calibration of merological sensors" Proceedings of XIV IMEKO World Congress. 118-122 (1997)
• [Publications] M.Nomura, W.Gao and S.Kiyono: "Improving the accuracy of the atomic force microscope in liquid" Proceedings of MIPE'97. 282-285 (1997)
• [Publications] H.K.Kweon, W.Gao, and S;.Kiyono: "In situ self-calibration of atomic force microscopy" Proceedings of the 5th Biennial Nanotechnology Symposium. 9-10 (1997)
• [Publications] M.Kanai, W.Gao, I.Ogura, and S.Kiyono: "Self-calibration of interference microscopes" Proceedings of ASPE 1997 Annual Meeting. 414-417 (1997)