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2015 年度 実績報告書

超高精度光ナノグリッド基準と光絶対スケールコムの創出が拓く精密光計測フロンティア

研究課題

研究課題/領域番号 15H05759
研究機関東北大学

研究代表者

高 偉  東北大学, 工学研究科, 教授 (70270816)

研究分担者 清水 裕樹  東北大学, 工学研究科, 准教授 (70606384)
伊東 聡  東北大学, 工学研究科, 助教 (00624818)
研究期間 (年度) 2015-05-29 – 2020-03-31
キーワード超精密計測 / 生産工学 / 加工学
研究実績の概要

本研究では,独自のマルチビーム干渉光学系と新たな偏光変調制御法の開発によって,サブマイクロメートルピッチ高安定光ナノグリッド基準を従来より一桁高い精度と効率で製作できる2軸光干渉リソグラフィ加工システムを提案するとともに,ナノグリッド基準の平面度と2軸ピッチ誤差を評価用レーザ干渉形状測定機の誤差から分離して短時間で超高精度に評価する誤差分離型一括自律校正法を提案し,大面積に渡って高精度に保証した光ナノグリッド基準を活用して,多軸光計測法を創出することによって,超精密光計測学のフロンティアを拓くことを研究の目的としている.
本年度は,マルチビーム2軸干渉グリッド定在波一括転写システムを開発するとともにその基本特性を実験的に評価し,提案手法の実現可能性についての検証を行った.
システム開発にあたっては,まず,レーザ波面三分割光学系を設計した.XYグリッドのピッチがXY方向においてそれぞれ独立に設定できるよう工夫するとともに,各レーザ波面の偏光方位をそれぞれ独立に制御する偏光変調制御システムを光学系に組み込み,歪成分のない高精度XYグリッド定在波の生成を試みた.さらに,大面積2軸干渉グリッド定在波を高安定に生成するため,HeCdレーザ光源からの光を空間フィルタで成形し,特注の大型コリメートレンズでビーム径を拡大するビームエキスパンダー機構を設計・試作した.
実験では,試作したマルチビーム2軸干渉グリッド定在波一括転写システムによる大面積レジストパターン生成を試みた.ピッチ間隔独立設定機構および偏光変調制御システムを用いた光学系の最適化設定,および露光・エッチング時間の最適化を行って最適条件を見出すとともに,目標である100mm×100mmの大面積パターン転写に成功した.さらに,転写したパターンの3次元微細形状を解析し,全面に渡り均一なパターンが得られていることを確認した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度は研究実施計画の項目に沿って研究を実施し,予定の項目をすべて完成し,設定した目標を達成したからである.

今後の研究の推進方策

実施計画のとおりに実施する予定である.
2年目となる28年度は,前年度に試作した光ナノグリッド基準の自律校正に取り組む.
まず,恒温室に設置したレーザ干渉形状測定機上でXY光ナノグリッド基準の自律校正システムを構築する.システム設計にあたっては,複数の1次回折光波面を測定するために,測定機を波面に合わせて回転させる代わりに,グリッド基準を測定機の光軸に合わせて回転させる工夫を施す.
次に,製作した100mm四方の光ナノグリッド基準を自律校正し,そのZ平面度とXYピッチ誤差及び干渉形状測定機の参照鏡誤差を分離して求める.実施にあたっては,演算アルゴリズムを構築し,シミュレーションによりその妥当性について検証した後,光ナノグリッド基準の自律校正を行う.また,レーザ測長機を用いた1軸校正システムを構築し,それぞれXとY方向に複数ラインの真直度誤差とピッチ誤差を測定し,それらの結果との比較から平面度誤差とピッチ誤差の絶対校正精度の検証を行う.

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 4件、 査読あり 5件、 謝辞記載あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件) 図書 (2件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Ductile cutting of silicon microstructures with surface inclination measurement and compensation by using a force sensor integrated single point diamond tool2016

    • 著者名/発表者名
      Yuan-Liu Chen, Yindi Cai, Yuki Shimizu, So Ito, Wei Gao, Bing-Feng Ju
    • 雑誌名

      Journal of Micromechanics and Microengineering

      巻: 26 ページ: 025002

    • DOI

      10.1088/0960-1317/26/2/025002

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Ultra-sensitive angle sensor based on laser autocollimation for measurement of stage tilt motions2016

    • 著者名/発表者名
      Yuki Shimizu, Siew Leng Tan, Dai Murata, Taiji Maruyama, So Ito, Yuan-Liu Chen, Wei Gao
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 24 ページ: 2788-2805

    • DOI

      10.1364/OE.24.002788

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] On-machine measurement of microtool wear and cutting edge chipping by using a diamond edge artifact2016

    • 著者名/発表者名
      Y. L. Chen, Y. Cai, Y. Shimizu, S. Ito, W. Gao, B. F. Ju
    • 雑誌名

      Precision Engineering

      巻: 43 ページ: 462-467

    • DOI

      10.1016/j.precisioneng.2015.09.011

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Molecular dynamics simulation of subnanometric tool-workpiece contact on a force sensor-integrated fast tool servo for ultra-precision microcutting2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Cai, Y. L. Chen, Y. Shimizu, S. Ito, W. Gao
    • 雑誌名

      Applied Surface Science

      巻: 369 ページ: 354-365

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2016.02.046

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Measurement technologies for precision positioning2015

    • 著者名/発表者名
      W. Gao, S.W. Kim, H. Bosse, H. Haitjema, Y.L. Chen, X.D. Lu, W. Knapp, A. Weckenmann, W.T. Estler, H. Kunzmann
    • 雑誌名

      CIRP Annals-Manufacturing Technology

      巻: 64 ページ: 773-796

    • DOI

      10.1016/j.cirp.2015.05.009

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Determination of the origin position for an angle sensor with a femtosecond laser2015

    • 著者名/発表者名
      Jun Tamada,Yukitoshi Kudo,Yuan-Liu Chen,Yuki Shimizu,So Ito,Wei Gao
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century (LEM21 2015)
    • 発表場所
      京都リサーチパーク(京都府京都市)
    • 年月日
      2015-10-18 – 2015-10-22
    • 国際学会
  • [学会発表] Laser interference lithography with a modified two-axis Lloyd’s mirror interferometer for fabrication of two-dimensional micro patterns2015

    • 著者名/発表者名
      Yindi Cai, Xinghui Li,Ryo Aihara,Yuki Shimizu,So Ito,Wei Gao
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century (LEM21 2015)
    • 発表場所
      京都リサーチパーク(京都府京都市)
    • 年月日
      2015-10-18 – 2015-10-22
    • 国際学会
  • [学会発表] A three-axis angle sensor with a linear encoder scale reflector2015

    • 著者名/発表者名
      Yuki Shimizu, Taiji Maruyama, So Ito, Wei Gao
    • 学会等名
      12th International Symposium on Measurement Technology and Intelligent Instruments (ISMTII 2015)
    • 発表場所
      National Taiwan University, Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2015-09-22 – 2015-09-25
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Surface Profile Measurement of Micro-optics by Using a Long Stroke AFM2015

    • 著者名/発表者名
      Minglei Li, So Ito, Zhigang Jia, Yuki Shimizu, Wei Gao
    • 学会等名
      12th International Symposium on Measurement Technology and Intelligent Instruments (ISMTII 2015)
    • 発表場所
      National Taiwan University, Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2015-09-22 – 2015-09-25
    • 国際学会
  • [学会発表] 2次元格子とフィゾー干渉計の一括自律校正に関する研究-自律校正法の提案-2015

    • 著者名/発表者名
      大野敦子,金于載,Yindi Cai,陳遠流,清水裕樹,伊東聡,高偉
    • 学会等名
      2015年度精密工学会秋季大会学術講演会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2015-09-04 – 2015-09-06
  • [学会発表] 超高感度角度センサに関する研究2015

    • 著者名/発表者名
      丸山泰司,清水裕樹,伊東聡,高偉
    • 学会等名
      2015年度精密工学会秋季大会学術講演会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2015-09-04 – 2015-09-06
  • [学会発表] 光周波数コムを用いた角度スケールコムに関する研究2015

    • 著者名/発表者名
      清水裕樹,玉田純,工藤幸利,陳遠流,伊東聡,高偉
    • 学会等名
      2015年度精密工学会秋季大会学術講演会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2015-09-04 – 2015-09-06
  • [学会発表] 3ビームロイドミラー干渉計による2軸回折格子加工に関する研究2015

    • 著者名/発表者名
      相原涼,李星輝,Yindi Cai,伊東聡,清水裕樹,高偉
    • 学会等名
      2015年度精密工学会秋季大会学術講演会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2015-09-04 – 2015-09-06
  • [学会発表] 平面ステージ精密制御用多自由度光センサに関する研究2015

    • 著者名/発表者名
      古田雅也,李星輝,Yindi Cai,清水裕樹,伊東聡,高偉
    • 学会等名
      2015年度精密工学会秋季大会学術講演会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2015-09-04 – 2015-09-06
  • [学会発表] Measurement technologies for precision positioning2015

    • 著者名/発表者名
      W. Gao, S.W. Kim, H. Bosse, H. Haitjema, Y.L. Chen, X.D. Lu, W. Knapp, A. Weckenmann, W.T. Estler, H. Kunzmann
    • 学会等名
      The 65th General Assembly of CIRP, the International Academy for Production Engineering (CIRP 2015)
    • 発表場所
      Capetown, South Africa
    • 年月日
      2015-08-23 – 2015-08-29
    • 国際学会
  • [図書] (Book chapter) 自動化推進「光学式超精密多軸位置決めセンサ」2015

    • 著者名/発表者名
      高偉, 清水裕樹, 伊東聡, 陳遠流
    • 総ページ数
      24(2-5)
    • 出版者
      JAAA自動化推進協会
  • [図書] (Book chapter) 光学「精密測定機・加工機向け光学式エンコーダ―技術」2015

    • 著者名/発表者名
      李星輝, 清水裕樹, 高偉
    • 総ページ数
      34(22-28)
    • 出版者
      日本光学会
  • [備考] 高・清水・伊東研究室ホームページ

    • URL

      http://www.nano.mech.tohoku.ac.jp/

  • [産業財産権] 変位測定装置および変位測定方法2016

    • 発明者名
      清水裕樹,高偉,仲村拓
    • 権利者名
      清水裕樹,高偉,仲村拓
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2016-067247
    • 出願年月日
      2016-03-30

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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