米乐m6官方网站【理事长中钵良二】（以下简称“AIST”）工程测量标准研究部【研究主任高辻俊之】长度标准研究组近藤义典首席研究员计量标准中心计量中心研究战略部鲇洋一研究计划室主任直径600世界首次成功开发出形状测量装置可以测量平面基材上高达毫米的不规则度，绝对精度为纳米级。
用于高精度平面形状测量斐索干涉仪应用广泛，但由于测量原理是与参考面进行比较测量，所以取决于参考面的精度λ/20（约32 nm）。新开发的设备不需要参考表面并进行直接测量，因此可以测量最大Φ600毫米的平面基板的形状，绝对精度为5纳米或更小。与关东平原的大小相比，这相当于小于10日元硬币厚度的凹凸。
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| 新开发的超高精度平面形状测量装置（左）和450毫米平面基板的测量结果示例（右） |
从制造现场到尖端科学，各个领域都需要高精度平面基板。在半导体、液晶等尖端产业中，为了实现设备的小型化、提高生产率，对更高精度、更大直径的硅片和液晶基板的需求不断增加。基础科学领域也需要超高精度光学元件，如天文望远镜的反射镜、同步加速器辐射设施的X射线聚光镜等，对形状测量精度的需求逐年增加。
斐索干涉仪是高精度测量大直径平面基板表面形状的最常用方法。利用斐索干涉仪的测量方法可以一次性获得三维表面形状并达到纳米级分辨率，但由于它基本上是与参考平面（或球面）的差分测量，测量的绝对精度受到参考平面精度的限制，实际上实现纳米级绝对精度并不容易。特别地，随着参考表面的直径增加，问题在于参考表面本身由于重力而变形。
AIST作为国家计量机构，使用斐索干涉仪实现了世界最高精度（直径300毫米的测量精度为10纳米）平坦度按标准提供。这次，为了实现更高的精度和更大的孔径，我们致力于开发一种新的平面形状测量技术，该技术使用角度测量作为不需要参考表面的绝对测量方法。
这项开发得到了 JSPS KAKENHI 青年科学家援助基金 (A) ``No' 的部分支持。 17H04901''，青年科学家（B）``No。 26820028”，三丰科学技术振兴会2016年研究补助金。
本次使用的技术是一种基于简单原理的测量方法，即测量物体表面的局部角度分布，并对获得的角度分布进行积分，从而获得物体表面的形状（不规则度）。它具有以下特点：1）不需要参考表面，2）可以测量大直径的形状。图1左侧显示了新开发的平面轮廓测量装置（3D-SDP：3D扫描偏转轮廓仪）的示意图。自准直仪的角度测量设备用于发射光束进行角度测量，五角大楼镜子涂抹到样品表面五边形镜线性移动，扫描光束在样品表面的位置，从反射光束的位置测量局部角分布。通过使用五角镜，扫描运动错误可拆卸，可进行高精度角度测量。通过对得到的角度分布进行积分，即可得到样品表面的线形。另外，通过旋转样品并测量它，可以多次线条形状可以得到。每个径向线形状的测量长度可达 600 毫米。用于测量角度分布的自准直仪的分辨率为5nrad（相当于01nm以下的线形测量分辨率），通过使用AIST持有的国家角度标准来校准自准直仪，可以以015μrad的精度测量角度分布（相当于约2nm的线形测量精度）。
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| 图1 平面形状测量装置的概念图（左）和样品测量位置的概念图（右） |
除了线形测量之外，如果将五角镜移动到距离样品旋转中心一定的径向位置，并在旋转样品的同时测量角度分布圆周形状当测量圆周方向的角度分布时，伴随样品旋转的旋转台的运动误差被添加到测量结果中。因此，通过使用另一个旋转校正自准直仪并引入可以消除运动误差的高精度旋转机构，我们能够测量纳米级的形状，类似于线形状。最终，通过连接线形状数据和圆周形状数据，使线形状和圆周形状的交点数据（图1右）匹配，可以以5 nm的绝对精度确定样品的三维表面形状（平坦度）。
为了验证新开发的平面形状测量装置（3D-SDP）的有效性，我们与现行国家平面度标准斐索干涉仪进行了对比测量。对可使用斐索干涉仪测量的直径为 300 mm 的平坦基板进行比较测量（图 2），结果证实两种设备的平坦度测量结果在 1 nm 或更小范围内一致。
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| 图2 3D-SDP（左）与斐索干涉仪（右）测量结果对比 |
工业上，直径大于300毫米的大直径平面基板的平面度加工精度迄今为止一直在λ/10（约63纳米）至λ/4（约158纳米）左右。即使对于直径为 300 mm 的平坦基板，也约为 λ/20（约 32 nm）。这是因为，当时还没有针对平面基板的高精度测量和评估技术，并且状态是“无法测量的，就无法制造”。通过使用新开发的平面形状测量装置（3D-SDP），有望开发平面度为λ/40（约15 nm）至λ/20（约32 nm）的高精度大直径平面基板的制造技术。例如，只需将制造现场常用的现有斐索干涉仪的参考平面替换为高精度平面基板即可提高其测量精度。
此外，新开发的形状测量装置（3D-SDP）不仅可以测量平面形状，还可以测量弯曲形状，因此有望应用于测量镜子的绝对曲率等。
AIST 目前使用斐索干涉仪提供 10 nm 的平面度测量精度，作为直径最大 300 mm 的平面基板的标准。此外，我们计划在 2020 年春季左右开始使用新开发的超高精度平面轮廓测量装置 (3D-SDP)，对直径最大为 600 mm 的平面基板提供测量精度为 5 nm 的平面度测量服务。