Si屈折率温度依存性の高精度測定のための両面ータンデムハイブリッド干渉計の開発

• 研究課題/領域番号: 21K20421
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0301:材料力学、生産工学、設計工学、流体工学、熱工学、機械力学、ロボティクス、航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 川嶋 なつみ 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (10908635)
• 研究期間 (年度): 2021-08-30 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 屈折率 / 分散 / 温度依存性 / 厚さ計測 / 広帯域光干渉 / レーザー計測 / 干渉計測 / 光計測

研究開始時の研究の概要

本研究では、シリコン基板の屈折率及びその温度依存性の高精度測定のため、可視レーザ光の両面干渉計と近赤外低コヒーレンス光のタンデム干渉計とのハイブリット光学系の開発に取り組む。半導体業界ではシリコン基板厚さの絶対値管理に対する要求が厳しくなっていると同時に、測定結果への信頼性も求められている。提案するハイブリット光学系では、両面干渉計で幾何学的厚さを3×(10の-5乗)の精度、タンデム干渉計で光学的厚さを10の-4乗の精度で、それぞれ国際単位系（SI）にトレーサブルに測定する。これにより、10の-4乗の精度でのシリコン屈折率及びその温度依存性の高精度・高信頼性測定を達成する。

研究成果の概要

本研究では、可視レーザ光を用いた両面干渉計による幾何学的厚さ測定と、近赤外低コヒーレンス光を用いたタンデム干渉計による光学的厚さの同時測定が可能なハイブリッド干渉計による、シリコンの屈折率及びその温度依存性の高精度測定を目指している。
可視光帯域の低コヒーレンス光源を用いて、タンデム型低コヒーレンス両面干渉計の原理確認を行った。シリコン基板の幾何学的厚さの測定が可能な両面干渉計を構築し、可干渉距離以上の光路差を補償する干渉計と光ファイバで直列接続し、幾何学的厚さ算出に必要となる各干渉縞画像を取得可能であることを確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

提案するハイブリット光学系で屈折率値及びその温度依存性が高精度に測定できれば、産業界における分光干渉計測の高精度化、高信頼性化に資するとともに、シリコンの物性値に新たな知見を加えることが期待される。