研究開発された技術紹介

近年、微細三次元形状を精密に測定するニーズが増加している。例えば、半導体チップの内部を垂直に貫通する電極用微細深穴(直径10μm以下)ではエッチングによる穴加工条件最適化のため、その側壁粗さの測定が要求されている。そこで、直径1μm以下の極小径光ファイバの接触式スタイラスを用いることにより、高アスペクト比の深穴(深溝)を有する微細形状を数nmの分解能で非破壊にて測定可能な装置の開発を目的とする

本測定装置(新技術)の独創性(新規性)及び優位性のポイントは以下の通りであり、世界初の技術である
・スタイラスシャフトのたわみをレーザを用いて非接触で間接的に検出する新方式のため、シャフトの弾性による影響がなく、変位スタイラス(高分解能:10nm以下)として利用可能
・高アスペクト比の穴、溝、側壁粗さの測定が可能である。更に、低測定力(数nN以下)で計測可能
・スタイラスをロッドレンズとして利用することで、スタイラス変位を拡大して検出可能
・光ファイバスタイラス成形の微細加工技術は、今までにない高精度のウェットエッチング(φ1μm以下の極小径スタイラスの製造)、レーザ加工(スタイラス先端部の球形成および曲げ加工)技術を要す

・微細三次元形状測定機用スタイラス
‐シャフト径:φ0.4μm、先端球:Sφ1.2μmの光ファイバ製接触式スタイラスを開発した
‐測定対象物に合わせてシャフト、先端球径のバリエーションあり‐側壁粗さ測定用に先鋭化スタイラスも製作可能
・微細三次元形状測定機
‐測定分解能:5nm以下、繰り返し精度:10nm以下を実現した三次元形状測定機を開発した
‐三次元形状を高精度に計測可能な計測アルゴリズムを開発した
‐直径が10μm穴を確認出来る観察装置を開発した

【超精密測定装置の試作】に関して、特許出願を行った
2017-040562 「表面粗さ測定装置」
微細三次元形状測定機に関して、発表を行った
(1)Hiroshi MURAKAMI, Akio KATSUKI, Takao SAJIMA, Development of touch probing system using a fiber stylus, Fibers, Vol.4, No.24, pp. 1 13, (2016).
(2)Hiroshi MURAKAMI, Akio KATSUKI, Takao SAJIMA, Mitsuyoshi FUKUDA, Reduction of Liquid Bridge Force for 3D Microstructure Measurements, Applied Sciences, Vol.6, No.153, pp.1 11, (2016).
(3)Uchiyama K, Murakami H, Katsuki A, Sajima T, Yamamoto T, Nagata R, andFujiyoshi K, Fabricatio n of Probe Tips for Nanoscale 3D Metrology Proceedings of the 32nd Annual Meeting of the American Society for Precision Engineering, USB(full paper in flush memory)(2017)
(4)Uchiyama K, Murakami H, Katsuki A, Sajima T, Yamamoto T, Nagata R, and Fujiyoshi K , Fabrication of a fiber probe using a CO2 laser for microstructure measurement: High functionality and durability test Proceedings of the 8th CIRP Conference on High Performance Cutting (HPC 2018), 2018, USB(full paper in flush memory) (2018)
(5)藤吉 国孝 永田 良介 山本 隆彦 内山 晃介 村上 洋 微細三次元形状測定用極小径光ファイバスタイラスの製作 福岡県工業技術センター研究報告,No. 28, pp. 8 11(2018)

光ファイバスタイラス、測定機本体から構成される、ナノ単位計測を非破壊にて可能にする3次元形状測定装置

・展示会にパネル展示5回実施済、2020年1月展示会に実機展示予定。
・評価用装置が完成し、顧客のサンプル評価、デモンストレーションを開始、継続中。
・大学、研究所、半導体ユーザ、MEMSユーザ、金型ユーザ、装置メーカから、10件以上の引合獲得、受注に向けて営業活動中。

直径1μm以下の極小径光ファイバの接触式スタイラスを用いることにより、高アスペクト比の深穴(深溝)を有する微細形状を数nmの分解能で非破壊にて測定可能な装置を開発

・世界初の測定精度のため、装置の校正法用や評価ツールが存在しておらず、トレーサビリティの確立のためには校正用ゲージが必要不可欠である。そこで長さ標準にトレーサブルな校正用ゲージを開発する
・直径数1μm以下のスタイラスが製作可能となったが、生産性向上のために歩留まり改善等を行う
・複数社と販売に向けて交渉中であり、大学等の研究機関に向けても事業を展開していく

光ファイバスタイラスの製造歩留まりの向上