ナノ・メータ領域用変位較正システムに関する研究

• 研究課題/領域番号: 09650127
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機械工作・生産工学
• 研究機関: 秋田大学
• 研究代表者: 奥山 栄樹 秋田大学, 工学資源学部, 助教授 (80177188)
• 研究期間 (年度): 1997 – 1998
• 研究課題ステータス: 完了 (1998年度)
• 配分額: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円); 1998年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 1997年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
• キーワード: ナノ・メータ領域 / 変位較正 / STM / ナノ・メータ / サブ・ナノ・メータ / 変位較正システム / 結晶格子 / ノッチ型ヒンジ

研究概要

シリコンの結晶格子を変位の基準としたX線干渉計による変位較正システムは現在、サブ・ナノ・メータの精度を保証できる唯一の手段といわれている。しかし、装置が大型である、高価である、そして測定に時間がかかる、などの問題点を有する。ここでX線干渉計の代わりにSTMを用いて結晶格子の変位を読み取れば、これらの問題点が克服され、コンパクトで、より安価で、迅速に測定が可能な変位較正システムが実現できるものと考えられる。本研究はサブ・ナノ・メータの精度で変位の較正が可能なコンパクトな変位較正システムを実現することを目的とし行われたものである。
はじめに、微小変位較正システム用としてのSTM装置を試作し、トンネル電流を検出するためにはプローブ位置を6〜9(nm)の領域内で制御する必要があることを確認した。
そして、STMの粗動用に尺取り虫方式で駆動させるシステムを試作し、ステージをサブ・マイクロメータの分解能で位置決めできることを確認した。
また、弾性変形を利用したヒンジを用いナノ・メータ領域でのステージを試作し、ノイズと振動等による影響はナノ・メータのオーダにおさまっていることを確認した。
さらに、ヒンジを用いた微小変位機構の形状を振動の観点から最適化を図り、固有振動数が最大となるような梁の階段形状、台形形状を求めた。
最後にナノ制御ステージにおける熱の影響を明らかにするためFEM解析を行い、温度変化を与えた節点の位置がヒンジの最薄部に近い程、変位が大きいことを明らかにした。