2022 Fiscal Year Research-status Report
機上測定用3×3センサアレイの開発と冗長データを活用する平面形状測定法の提案
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21K03791
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
清水 浩貴 九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (50323043)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田丸 雄摩 九州工業大学, 大学院工学研究院, 助教 (30284590)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 走査形状測定 / 平面形状測定 / 機上計測 / 多点法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は変位計を3×3に配置した計測ユニットを加工機のステージで走査し，それにより得られた冗長度の高いデータを接続して高精度な機上平面測定を実現しようとするものである．
2022年度にはセンサユニットを1ステップ走査した際にオーバーラップする2×3ないし3×2点の６点のデータの接続法に関して，偶然誤差の累積のモンテカルロシミュレーションを進めた．センサの偶然誤差による精度低下を軽減するため，従前は並進運動誤差については4つ，ピッチング誤差については3つ，ローリング誤差については3つの推定値を求めて平均する方法をとっていたが，最小二乗法による運動誤差推定を新たに取り入れた結果，11点×11点の平面測定シミュレーションで誤差が最大となる点において約20％誤差を低減できることを示した．
さらに，3×3配置では測定開始点から終点に至るデータ経路が多数あることを利用し，それらを平均して偶然誤差の影響を低減する手法についてのシミュレーションを実施した．その結果，最終点において約17%誤差を低減できることを明らかにした一方，測定開始点付近では逆に精度が低下することを確認した．この原因について検討したところ，接続回数の多い経路も平均をとる対象とした場合にばらつきが増加し，その影響が測定始点付近で大きいことを確認した．この結果から，接続数の少ない経路のみの平均をとるシミュレーションを行い，平均する経路数は16通りと少ないにも関わらずさらに約18%誤差が低減できることを示した．
デバイスの製作については長さの異なる探針を組みあわせ，片持ち梁式の変位センサで3×3配置を実現できる斜め9点法レイアウトを検討した．また，多点同時計測デバイス製作上のポイントとなる深堀RIEの条件出しを行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
3×3配置センサのデータ接続シミュレーションでは6点重ね合わせでの運動誤差推定に最小二乗法を適用し精度を改善できたことからおおむね順調に推移している．また，多数経路平均法では初期点付近でむしろばらつきが増加する問題が判明したが，その原因を究明し，データ接続回数の少ない経路のみを平均する方法につながった．データ接続アルゴリズムの改善に関してはここまで順調に進展している．
デバイスの製作に関してはデバイス外形を打ち抜く工程での深堀RIEに従前加工を依頼していた装置が利用できなくなり，2022年度に新たに使用した装置ではレジスト選択比が低下し，打ち抜き完了までにデバイスが損傷する問題が生じた．選択比の低下は加工中の放熱不足による温度上昇が原因であるとの助言を得たが，導入試料制限のために放熱用のシリコンオイルが使用できず，レジストの種類の変更やRIE装置の使用レシピ変更等も必要となったため問題の解決に時間を要した．変位検出部の製作でもピエゾ圧電体積層用の供用装置が変更となったことで膜質が大幅に変わり，レジスト剥がれの問題も生じたため圧電体エッチングに問題が生じた．
デバイスの構造としてはダイヤフラム型や十字梁型を検討していたが，強度を維持した上で許容される変位量が少なくなる問題が生じたため，再度構造の見直しを行っている．
データ接続法のシミュレーションは順調であるものの，デバイスの製作の面ではやや遅れを生じているため，総合的にはやや遅れていると評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
データ接続アルゴリズムについては，多数経路を取れるうちでも接続回数の多い経路を除外することで精度を改善できる見込みを得たことから，最小の接続数の経路のみを採用し，一方で運動誤差推定に用いるオーバーラップ点を増やす方法で偶然誤差の累積をさらに低減できないかシミュレーションにより検討する．また，データ接続開始点を端点でなく，中心に設定することで累積の影響が低減する手法についても検討する．
デバイスの製作では，ひずみ検出部にピエゾ圧電体を用いる方法に課題が生じたため，条件出しの進んでいるピエゾ抵抗体を採用する方法に重点を移し製作を続行する．デバイスの構造としてはダイヤフラム型や十字梁型を検討していたが許容される変位量が少ないため，梁長さを稼ぐ形の両持ち型または片持ち型の採用を検討し，試作を行う．また，ピエゾ抵抗体を採用する場合にはS/N比の向上のためにブリッジ回路の平衡をとり増幅する必要があるが，市販のひずみアンプで対応できる抵抗値を外れているため，イオン注入条件の見直しで抵抗値を調整する方法と，計装アンプを製作して対応する方法の2通りの方法で対応を検討する．デバイス製作の技術面では，利用できるRIE装置が再度変更となるため条件出しを行いデバイスの試作をすすめる．
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| Causes of Carryover |
シリコンウエハの購入時，製作歩留まりの関係から100枚の発注見積に対して93枚，98枚と実納入数が減少したため．
繰越額は施設利用料の改訂により支出額が増える見込みであるので不足分に充てる．
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