二重フィードバック型光波長走査干渉法による波長単位目盛の生成とナノ計測への応用

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16560033
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 佐々木 修己 新潟大学, 自然科学系, 教授 (90018911)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 孝昌 新潟大学, 自然科学系, 助教授 (40206496)
• Keywords: 波長走査 / レーザ干渉 / 可変波長フィルタ / フィードバック制御 / フェーズロック / 距離測定

Research Abstract

1.音響光学波長フィルタによる波長走査光源の構成:波長走査光源の光源は中心波長840nm、発振光スペクトル幅約24nmのスーパールミネッセントダイオード(SLD)であり、波長フィルタは音響光学可変波長フィルタ(AOTF)を用いた。AOTFにはRFドライバーの出力である80MHz程度のRF正弦波信号が印加される。RFドライバーの入力電圧によって出力のRF正弦波信号の周波数が変化する。従って、RFドライバーの入力電圧を波長走査周波数の正弦波信号とすれば、波長は正弦波状に走査される。しかし、RFドライバーの入力電圧に対して正確かつ安定に出力のRF信号の周波数が変化しないことが判明したため、RFドライバーの出力のRF信号をFM復調することによって得られる、波長走査周波数の正弦波信号の振幅を測定することによって、波長走査振幅を検出した。すなわち、FM復調信号の振幅を、波長走査振幅のフィードバック制御によって得られる変調振幅の安定点の値とすることによって、時間的に変化しない安定点を得ることができた。
2.CCDイメージセンサを用いる干渉計測装置の構成と1次元段差形状測定:1次元段差形状の実時間測定を可能とする干渉計測装置を構築した。すなわち、1次元CCDイメージセンサを検出器とし、ある1つの画素からの検出信号だけを取り出し、1つの測定点に対しフィードバック制御を行い、光路差を求めた。検出画素を0.04秒ごとに移動することによって、17個の測定点について、1μmおよび20μmの段差幅をもつ表面形状を4nm以下の誤差で実時間測定を行った。
3.ナノ距離計測への応用:距離測定を行う構成での本干渉計測装置によって、微細加工を行う際に対象物を取り付ける移動ステージの位置測定を行った。測定範囲約40μmから150μmの位置において、測定誤差4nm以下の高分解能で位置検出センサとして用いられることが明らかになった。