結晶格子とレーザ干渉計を複合したメートル定義に直結した小型超精密絶対測長器の開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650114
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 明田川 正人 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (10231854)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高田 孝次 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (80126474)
• Keywords: サブナノメートル精度 / 結晶格子 / レーザ干渉計 / トレーサビリティ / 走査型トンネル顕微鏡(STM) / 原子間力顕微鏡(AFM)

Research Abstract

本研究は、ナノテクノロジを支援するため、ナノメートル以下の精度をもちかつメートル定義に直結する測長法の開発を目指すものである。結晶格子表面の格子間隔とレーザ干渉計の波長をそれぞれ微調・粗調基準とする測長法である。本年度は以下の研究成果を得た。
(1)超精密・超安定レーザ干渉計制御システムの開発
光路差が波長の整数倍をピコメートル分解能で決定できる位相変調ホモダイン光路差増倍差動型レーザ干渉計を試作開発した。またこのレーザ干渉計の情報を基に、試料台(ステージ)の変位を制御するシスァムを高速DSPと高精度AD/DA変換器を用いて開発した。
(2)超精密直動ステージと高安定走査型トンネル顕微鏡の開発
直動性、剛性(共振周波数)、走査範囲がそれぞれ、0.2秒以下、2kHz以上、10μm以上となる超精密直動ステージとこれを試料台とする高安定な走査型トンネル顕微鏡(STM)を開発した。この両者の組み合わせで、外乱(振動と音響)の比較的多い環境下でも、高配向焼結グラファイト(HOPG)結晶格子表面の原子像を容易に観察することが出来た。
(3)グラファイト結晶格子表面の格子間隔測定
(1)(2)で開発した機器を組み合わせ、グラファィト結晶格子表面の格子間隔の精密測定を試みた。測定不確かさをピコメートル以下として、格子間隔約0.25ナノメートルを測定可能とすることが出来た。さらなる不確かさ低減のための問題点を抽出することが出来た。
以上の結果より、結晶格子とレーザ干渉計を複合した絶対測長法の基本要素技術を開発した。

Research Products

• [Publications] 渡辺友典, P.Rerkkumsup, 定方 心, 明田川正人, 高田孝次: "結晶格子表面の格子定数測定装置の試作(第3報:位相変調ホモダイン干渉計の導入)"2001年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. 276 (2001)
• [Publications] 渡辺友典, P.Rerkkumsup, 定方 心, 明田川正人, 高田孝次: "結晶格子表面の格子定数測定装置の試作(第4報:格子間隔の試行測定)"2002年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. (2002)
• [Publications] M.Aketagawa, P.Rerkkumsup et al.: "Compact abosolute length measuring machine by combining regular crystalline lattice and laser interferometry"Proceedings of American Society for Precision Engineering 2001 Annual Meeting. 107-110 (2001)