Väitös nanometrologiasta: Lineaariset ja jäljitettävät asteikot nanometrologiassa

Brian Eves ja Jeremias Seppä.

Brian Eves ja Jeremias Seppä.

MIKESin tutkija Jeremias Seppä väitteli 5.12.2014 Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulussa aiheesta ”Linear and traceable scales for nanometrology” (Lineaariset ja jäljitettävät asteikot nanometrologiassa). Vastaväittäjänä toimi Brian Eves Kanadan kansallisesta metrologialaitoksesta (NRC).

Menetelmät luotettavien ja toistettavien asteikkojen tuottamiseksi ovat mittaustekniikan keskeisiä työkaluja. Tarkkoja, SI-järjestelmän perusyksiköiden määritelmiin suoraan jäljitettäviä etäisyys-, koko- ja muotomittauksia voidaan tehdä laserinterferometriaa ja -diffraktometriaa käyttäen.

Väitöskirjatyössä tutkittiin ja kehitettiin erityisesti menetelmiä interferometrin ja diffraktometrin asteikkojen jaksollisten virheiden mittaamiseen ja pienentämiseen, ja sovellettiin näitä menetelmiä tarkkojen mittausten tekemiseen. Asteikkojen virheiden selvittämiseen käytettiin kapasitiivisia antureita ja pyöröpöydän avulla määritettiin diffraktiokulmat. Käyttämällä näin saatuja korjauskertoimia mittausepävarmuus pieneni muutamiin pikometreihin. Periodisten virheiden mittaamiseksi laadittiin lineaarisina yhtälöryhminä ratkaistavia malleja, jotka antavat Fourier-sarjojen kaltaisia korjaustermejä linearisointimittaustietojen perusteella.

Kehitetty symmetrinen differentiaalinen laserinterferometri ja sen periodinen virheenkorjausjärjestelmä siirrettiin työssä Iso-Britannian kansalliseen metrologialaitokseen (NPL), jossa sen antamia tuloksia verrattiin röntgeninterferometrilla saatuihin. Tulosten perusteella pääteltiin, että mittausjärjestelyllä on saavutettavissa 10 pm:n suuruusluokassa oleva periodinen virhe.
Työssä tuotettiin myös niin sanotun metrologisen atomivoimamikroskoopin pysty- ja vaaka-asteikot laserinterferometrisesti. Näin saatua laitetta voidaan käyttää mm. siirtonormaalien kalibrointiin. Diffraktometrilla kalibroiduilla ja atomivoimamikroskoopilla karakterisoiduilla näytteillä tutkittiin pohjoiseurooppalaisten laboratorioiden mittauskykyä pyyhkäisymikroskoopeilla (SEM, AFM).

Työssä karakterisoitiin lisäksi kvasidynaamisesti Helsingin yliopiston valkoisen valon stroboskooppinen pyyhkäisyinterferometrialaitteisto, jolla voidaan mitata esimerkiksi värähtelevän kohteen pinnanmuotoja värähtelyn eri vaiheissa. Karakterisointiin käytetty siirtonormaali oli kalibroitu laserinterferometrisesti muutaman nanometrin mittausepävarmuudella.

Lisätiedot: erikoistutkija Jeremias Seppä, etunimi.sukunimi@vtt.fi, p. 02950 54465
Väitöstiedote: http://elec.aalto.fi/fi/current/events/2014-12-05-004/
Elektroninen väitöskirja: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-5943-3