2016 Fiscal Year Research-status Report
ツインマイクロプローブの非接触高速走査と実時空間校正による長尺微小溝幅の絶対計測
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16K05999
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
伊東 聡 東北大学, 工学研究科, 助教 (00624818)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 計測工学 / 超精密計測 / 精密位置決め / マイクロプローブ / 実時空間校正 / スロットダイ / メトロロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，2組の非接触型マイクロプローブを用いてマイクロスリットの内部両面を同時に走査し，微小溝幅の高速かつ高精度な測定方法の提案を目的としている．測定対象物の表面に存在するナノメートルオーダーの水膜層や表面間相互作用力に起因する局所的な引力を検出し，プローブにはたらく相互作用力強度を一定に保つようにプローブ‐測定点間距離をクローズドループ制御により保持することで高速計測に利用可能な走査マイクロプローブを構成する．また2本のマイクロプローブを用いてスリット内を同時に走査することによって，位置決めステージの運動誤差による不確かさの影響を受けない精密微小溝幅測定を実施する．また測定システム上でプローブの校正を実施する実時空間校正法により，周囲環境変化に起因する測定誤差を除去し，ナノメートル級測定精度の保証を試みる．
当該年度は，プローブ先端級寸法の実時空間校正法についての取り組みを行い，ブロックゲージを用いた測定システム上での実時空間校正による効果を測定不確かさによって評価した．マイクロプローブの測定子に使用したマイクロ球の直径の校正方法を提案し，その結果，数十 nm級の不確かさでプローブ測定子の直径を校正可能であることが確認された．
また，非接触型走査マイクロプローブの開発にでは，マイクロプローブにはたらく外力の数値解析と実験的な検証を行い，計測理論の確立に取り組んだ．その結果，本課題で開発したマイクロプローブは非接触で測定可能であり，サブマイクロからナノニュートン級の微小力を高感度に検出可能であることが確認され，非接触型マイクロプローブの高精度化および高感度化を実現するための新たな知見を得ることができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題では，ブロックゲージを用いたマイクロプローブの実時空間校正法を提案し，マイクロメートルオーダーの先端球測定子の有効直径をナノメートルオーダーで校正可能であることを確認した．実時空間校正法は測定対象物の表面に存在する水膜層の厚さ変化や温度・湿度，表面材質などの測定環境変化の影響を除去でき，ナノメートルオーダーの測定不確かさを達成できることが明らかになった．
一方で，走査プローブとして応用するためには安定性や高感度化の向上が必要であることが判明した．そこでマイクロプローブにはたらく外力や相互作用力の数値解析および実験的な検証を実施した．今後はプローブに作用する外力の数値解析により，マイクロプローブの設計及び構成の最適化に取り組むことで，走査マイクロプローブとしての高安定・高感度の達成を試みる．
以上の得られた成果より，本年度の達成度はおおむね順調に進展しており，当初の研究計画を達成していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度における本研究課題の取り組みでは，平成29年度に実施を計画していた実時空間校正法に関する取り組みを一部前倒しで実施した．実時空間校正法に関しては，計画当初の目標である100 nm未満の校正不確かさを達成することができた．そのため，本課題の取り組みの1つである実時空間校正法は十分な成果が得られたものと考えられる．一方で，走査マイクロプローブの開発に関する取り組みに関しては，安定性やプローブの感度に課題があり，数値解析や実験的な検証による計測理論の検証を行った．平成29年度における本研究課題の取り組みでは，前年度に実施したマイクロプローブの計測理論の検証結果に基づいて，走査マイクロプローブの設計の最適化および，2組のマイクロプローブを用いた高速高精度溝幅測定システムの構築に取り組み，ツインマイクロプローブによる精密寸法計測の実施と計測不確かさの評価を行う．
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| Causes of Carryover |
本課題における取り組みで開発中の非接触型走査マイクロプローブに関して，設計の変更が生じたため，高分解能PZT駆動位置決めステージの再検討が必要となった．そのため，平成28年度内の納品が困難となり，購入を次年度以降に改めて行うことになった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当該物品については，仕様の再検討を実施しており，代替品を次年度に購入する予定である．
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