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2019.04.24

D-0149. キャリブレーションの頻度 — YO

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キャリブレーションの頻度

発行:エスオーエル株式会社
http://www.sol-j.co.jp/

連載「知って得する干渉計測定技術!」
2019年04月24日号 VOL.149

平素は格別のお引き立てを賜り、厚く御礼申し上げます。
干渉計による精密測定やアプリケーション例などをテーマに、
無料にてメールマガジンとして配信いたします。

◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇



こんにちは。営業技術グループの落合です。



今回は、
Tropel社製平面度測定機(レーザー干渉計)の

  キャリブレーションの頻度

についてお話ししたいと思います。



  FlatMasterシリーズ(半導体ウエハ、機械部品他向け 手動機)や
  UltraSort(半導体ウエハ向け 自動機)
では、

  1日1回のキャリブレーション

を推奨しています。



また、
  測定感度を切り替えたらキャリブレーションしてください。
ともお伝えしています。(感度変更オプション付きの場合)



そうしますと、
  「キャリブレーション頻度を1日1回より減らしたらいけないの?
   なぜ1日1回なの?」(byユーザー皆様)
  「1日に何度か測定感度を切り替えて使うんだけど、
   結局キャリブレーションは1回でいいの?」(by感度変更オプション付きの
ユーザー様)
といったご質問を受けることになります。



最終的には、品質管理の観点から
お客様ご自身の基準で頻度を決定いただければ問題ないのですが、
そうはいってもどうなの?となると思います。
今日はその疑問にお答えできる情報をお送りしたいと思います。



着目したいポイントは3つあります。



測定感度を変えるには、
レーザーの入射角を変動させています。


■ポイント1 入射角度と測定感度の関係
どれくらいの角度変化で、
どれくらい測定感度が変わるのでしょうか?


測定感度<縞感度>の計算式
  縞感度S=λ/2cosθ[μm/fr] (λ:レーザー波長635μm)
  参照:D.003. 縞感度の概要と式の導出
より、


例えば縞感度Sが
  S_Low =約1.5[μm/fr]から
  S_Med =約4.0[μm/fr]に 
切り替わった時、
入射角θは
  θ_Low =77.78[deg]から
  θ_Med =85.45[deg]に
と変わります。


では次に、θ_Low =77.78[deg]から、
仮に角度を0.1[deg]ずつ変えたとすると、
縞感度はどうなるか見ていきましょう。
  θ_Low 77.78   77.88   77.98[deg]
  S _Low 1.500   1.512   1.524[μm/fr]


同様にMediumでみてみます。
  θ_Med 85.45   85.55   85.65[deg]
  S _Med 4.002   4.092   4.186[μm/fr]


Extendedでは、  
  θ_Ex  87.73   87.83   87.93[deg]
  S _Ex 8.015   8.385   8.790[μm/fr]


斜入射式のFlatMaster、UrtraSortでは、
角度が0.1[deg]ずつ変わった場合、上記の様に感度が変化していきます。


縞感度が/cosθで得られることからもわかるように、
同じ0.1[deg]変化でもθ=90に近づくにつれ、変動幅が大きくなり、
特にExtendedについては感度が動きやすい と言えます。



■ポイント2 入射角を変える要因 その1
さらに、入射角を変える要因には何があるでしょうか?


着目するのは、
装置内ではどのように入射角を切り替えているか? です。


この答えは、
イメージされやすいかもしれません。

  ミラーによる光の反射
  平行平面ガラスによる光の屈折 

を利用して、
プリズム上の参照平面に
レーザー光線が入射する角度を変えています。


普段お使いのユーザー様が、
測定開始ボタンをポチっと押した時にも、
(レシピをLow/Med/Extendedと切り替え、感度を変えた場合、)
装置内で、ミラーと平行平面ガラスが粛々(しゅくしゅく)と動いています。


実のところ、
平行平面ガラスの位置(角度)を変えるモーターの精度は約×10^(-4)[deg]オーダー
です。
仮に時間を空けずに感度を切り替えて
キャリブレーションを繰り返していただければわかりますが、
短時間の感度切り替えだけで、「■ポイント1」のような
0.1[deg]に相当するほどの縞感度の変動は起こりません。



…では、縞感度の変動は、
上記で示した数字より小さく収まると思ってよいか?
というとそうもいきません。


■ポイント3 その他の影響
お客様先によって環境条件は全く異なり、
この後お話しするように複数の要因が関わるため、
影響は一概に数値化しては言えません。


しかしながら、実績値として縞感度は
  1.50、1.51、1.52 …[μm/fr] 
    4.0、 4.1、 4.2  …[μm/fr]
  8.0、 8.4、 8.8  …[μm/fr] 
程度、変動します。
(あくまで一例です)


実際に縞感度への影響が大きい一因となるのは、温度変化です。
低熱膨張ガラスとはいえ、装置内の光学レンズやミラーは熱膨張で大きさが変化し、
結果としてプリズムにレーザー光線が入射する角度に影響します。


そのため、
特に、温度が1時間に1℃以上変化した場合には
キャリブレーションの実施をお願いしています。


そして、定温のクリーンルーム等であっても、
一次的な温度変化、周辺機器による振動等の影響から、
長期間使用すれば縞感度が変動する要因は増えます。



以上、ポイント1から3を踏まえて、
まとめますと…



一つ、純粋に測定精度を最も上げるためには、
  測定感度を切り替えたら都度キャリブレーションを実施いただくこと
ががおすすめです。



一つ、環境および時間変化による感度変化のため、
  定期的なキャリブレーション
がおすすめです。

  また、品質管理の観点からも、定期的なキャリブレーションは重要です。
  (例えば、もしも出荷品の測定結果になにか問題が見られた時、
   いつの時点からの出荷品を対象とするか、
   そのキャリブレーション実施時点まで、さかのぼれます。
   測定結果が、装置によるものか、測定物によるものか の切り分けを助けま
す。)


その実施頻度の目安として、
  1日1回 
は妥当ではないでしょうか。



そのため、私たちは、

  一日一回のキャリブレーション
  測定感度を切り替えたら都度キャリブレーション
    + 温度が1時間に1℃以上変化したら、キャリブレーション

をお伝えしています。



参考になりましたら幸いです。



※Tropel社製平面度測定機(レーザー干渉計)では、
 お客様ご自身でキャリブレーションを実施できる校正原器が付属しています。
 キャリブレーション実施にかかる時間は、数分です。
--
Y.O

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