DD233644A1 - ARRANGEMENT FOR INTERFEROMETIC QUALITY TESTING OF TECHNICAL SURFACES - Google Patents
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Abstract
Ziel der Erfindung ist es, im laufenden Prozess Werkstuecke, beispielsweise Halbleiterscheiben, zu selektieren, die den Ebenheitsanforderungen nicht entsprechen. Die Aufgabe besteht darin, ein mit einem Rechner verbindbares Pruefinterferometer derart auszubilden, dass ein die Information ueber die Prueflingsflaeche enthaltendes reines Zweistrahlinterferogramm zur Auswertung bereitgestellt wird. Die unter Anwendung eines Mach-Zehnder-Interferometers aufgebaute Anordnung hat eine Laserlichtquelle mit nachgeschaltetem Aufweitungssystem. Ein Teilerspiegel spaltet den Strahlengang in einen Referenz- und einen Prueflingsstrahlengang auf. Beide werden von einem zweiten Teilerspiegel zum Beobachtungsstrahlengang vereinigt. Im Prueflingsstrahlengang sind aufeinanderfolgend angeordnet ein erstes Gitter, der Pruefling und ein zweites Gitter, deren Normalen parallel zueinander verlaufen. Der Strahlengang zwischen dem ersten Gitter und dem Pruefling sowie dem Pruefling und dem zweiten Gitter hat jeweils die Richtung der ersten Beugungsordnung. Zwischen dem zweiten Gitter und dem zweiten Teilerspiegel verlaeuft der Prueflingsstrahlengang in Richtung der Gitternormalen. Im Beobachtungsstrahlengang sind nacheinander angeordnet ein teleskopisches Abbildungssystem, ein Polarisator und ein Matrixempfaenger, der mit einem Rechner verbunden ist. Ein vom Rechner steuerbarer Translator ist mit einem der Gitter gekoppelt zur Einstellung der Referenzphase. Fig. 1The aim of the invention is to select in the current process workpieces, such as semiconductor wafers, which do not meet the flatness requirements. The object is to design a test interferometer which can be connected to a computer in such a way that a pure two-beam interferogram containing the information about the test surface is made available for evaluation. The arrangement constructed using a Mach-Zehnder interferometer has a laser light source with a downstream expansion system. A splitter mirror splits the beam path into a reference and a test beam path. Both are combined by a second splitter mirror to the observation beam path. In the test beam path, a first grid, the test bed and a second grid whose normals run parallel to one another are arranged successively. The beam path between the first grid and the test specimen as well as the test specimen and the second grid each have the direction of the first diffraction order. Between the second grating and the second splitter mirror, the test beam path proceeds in the direction of the grating normal. In the observation beam path are arranged successively a telescopic imaging system, a polarizer and a matrix receiver, which is connected to a computer. A computer-controllable translator is coupled to one of the grids for setting the reference phase. Fig. 1
Description
Die Erfindung ist anwendbar zur automatischen interferometrischen Ebenheitsprüfung reflektierender glatter technischer Oberflächen, beispielsweise Halbleiterscheiben.The invention is applicable to the automatic interferometric evenness testing of reflective smooth technical surfaces, for example semiconductor wafers.
Es sind bereits eine Reihe von Verfahren und Anordnungen zur interferometrischen Vermessung von ebenen Oberflächen bekannt. Bekannt ist ein Gitterinterferometer, mit dessen Hilfe sich die effektive Wellenlänge bei der Prüfung beträchtlich vergrößern läßt. Einem Streifenabstand entsprechen Abweichungen von der Größe Gitterkonstante/2 (Birch, K. G.Journal of Physics E., Scientific Instruments 6 (1973] S. 1045).A number of methods and arrangements for the interferometric measurement of planar surfaces are already known. Known is a grating interferometer, with the help of which the effective wavelength can be considerably increased during the test. Deviations from the size of lattice constant / 2 correspond to a strip spacing (Birch, K.G. Journal of Physics E., Scientific Instruments 6 (1973) p. 1045).
Der Nachteil dieser Anordnung besteht in dem Problem der projektiven Verzerrung der Objektoberfläche. Bei einem anderen bekannten Gitterinterferometer zur Ebenheitsprüfung von Siliziumscheiben wird das Licht von zwei benachbarten Beugungsordnungen, die beide unter verschiedenen Winkeln auf das Objekt gelangen, zur Interferenz gebracht (Järisch.W., Feinwerktechnik und Meßtechnik 83 [1975] S. 199; DE-AS 2636211/G 01 B, 9/02).The disadvantage of this arrangement is the problem of projective distortion of the object surface. In another known grating interferometer for the evenness testing of silicon wafers, the light from two adjacent diffraction orders, both of which reach the object at different angles, is brought into interference (Järisch.W., Feinwerktechnik und Messtechnik 83 [1975] p. 199; DE-AS 2636211 / G 01 B, 9/02).
Da der Gangunterschied von dem Winkel abhängt, unter dem das Licht das Interferometer durchläuft, ergeben sich bei der Überlagerung durch die Differenzbildung der Phasen bedeutende Variationsmöglichkeiten der topographischen Empfindlichkeit.Since the path difference depends on the angle at which the light passes through the interferometer, superimposing the differences in the phases results in significant possibilities for varying the topographical sensitivity.
Störend wirken hier Mehrfachüberlagerungen durch den Einfluß von anderen Beugungsordnungen und ähnliche projektive Verzerrungen wie bei der erstgenannten bekannten Anordnung.Disturbing here act multiple overlays by the influence of other diffraction orders and similar projective distortions as in the former known arrangement.
Bekannt ist auch eine als „Interferoscope" bezeichnete Anordnung zur Ebenheitsprüfung technischer Oberflächen, z. B. Stahlflächen, bei der die Wellenlängenvergrößerung ebenfalls durch streifende Inzidenz erzeugt wird (Abramson, N., Optik 20 [1969] S. 56).Also known is an arrangement known as an "interferoscope" for checking the evenness of technical surfaces, eg steel surfaces, in which the wavelength enlargement is likewise produced by grazing incidence (Abramson, N., Optik 20 [1969] p.
In dieser Anordnung wird ein 90°-Prisma verwendet, dessen Hypotenuse als Referenzfläche in einem Fizeauinterferometer benutzt wird. Das Licht fällt unter etwa 45° auf die Hypotenuse des Prismas und tritt nahezu streifend aus dieser aus. Nach Reflexion an der Prüflingsoberfläche tritt das Licht in das Prisma wieder ein und verläßt dieses unter 45° zur Hypotenuse senkrecht zur Kathete des Prismas. Durch die Brechung wird der Bündelquerschnitt anamorphotisch verzerrt und bei Wiedereintritt wieder entzerrt.In this arrangement, a 90 ° prism is used, the hypotenuse of which is used as a reference surface in a Fizeau interferometer. The light falls at about 45 ° on the hypotenuse of the prism and emerges almost grazing from this. After reflection on the specimen surface, the light enters the prism again and leaves it at 45 ° to the hypotenuse perpendicular to the catheter of the prism. Due to the refraction, the bundle cross-section is anamorphic distorted and equalized again upon re-entry.
Der Projektionsfehler beträgt daher nur /2 und nicht z. B. "0. Dies kann als eindeutiger Vorteil gegenüber den bisher genannten Lösungen angeführt werden, da dadurch z. B. eine photoelektrische Erfassung vereinfacht bzw. erst ermöglicht wird. Nachteilig ist, daß das Interferogramm ein Mehrstrahlinterferogramm ist, wobei von der Dicke des Luftspaltes zwischen Prisma und Prüfling abhängige unsymmetrische Interferenzstreifen auftreten können. Weiterhin ist die effektive Wellenlänge λ eine Funktion der Einfallswinkel und der Brechzahlen des Prismas und der Luft. Zwar ist die effektive Wellenlänge in weiten Grenzen wählbar, jedoch tritt dann das Problem auf, daß bei automatischer Erfassung der Interferenzbilder nach bekanntem Verfahren (Bruning et al., Appl. Opt. 13 [1974] 2693; s.a. Gallagher, J.E., u. Herriott, D. R., DD-PS 96779/G01 N, 21/46) die Verschiebung des Referenzspiegels jeweils in weiten Grenzen angepaßt werden muß, da die Referenzphase um eine volle Periode (2n) durchgestimmt werden muß.The projection error is therefore only / 2 and not z. This can be cited as a clear advantage over the solutions mentioned so far, since this simplifies or makes possible, for example, photoelectric detection, which is disadvantageous in that the interferogram is a multi-beam interferogram, whereby the thickness of the air gap Furthermore, the effective wavelength λ is a function of the angles of incidence and the refractive indices of the prism and the air Although the effective wavelength can be selected within wide limits, the problem arises that with automatic detection the interference images by known method (Bruning et al., Appl Opt 13 [1974] 2693, sa Gallagher, JE, and Herriott, DR, DD-PS 96779 / G01 N, 21/46), the displacement of the reference mirror respectively in wide limits must be adjusted because the reference phase must be tuned by a full period (2n).
Es ist bereits eine Anordnung zur interferometrischen Ebenheitsprüfung technischer Oberflächen vorgeschlagen worden (WP G 01 B/257478.5, Int. Cl. G 01 B, 9/02), die auf dem „Interferoskop" (Abramson) aufbaut, aber einerseits durch optische Filterung den störenden Einfluß von Mehrstrahlinterferenzen vermeidet und andererseits durch ein spezielles nachgeschaltetes Moire-Interferometer die Lösung für elektronische Auswertung zugänglich macht. Die für die automatische Auswertung erforderliche Phasenschiebung läßt sich dabei durch Translation eines niederfrequenten Gitters im nachgeschalteten Moire-Interferometer in der Gitterebene senkrecht zu den Gitterlinien erreichenIt has already been proposed an arrangement for the interferometric evenness of technical surfaces (WP G 01 B / 257478.5, Int Cl. G 01 B, 9/02), which builds on the "interferometer" (Abramson), but on the one hand by optical filtering the avoids interfering influence of multi-beam interferences and on the other hand makes the solution available for electronic evaluation by means of a special moire interferometer The phase shift required for automatic evaluation can be achieved by translating a low-frequency grating in the downstream moire interferometer in the grating plane perpendicular to the grating lines
Nachteilig bei dieser Lösung ist eine anamorphotische Verzerrung des Prüflings. A disadvantage of this solution is an anamorphic distortion of the specimen.
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Ziel der Erfindung ist es, eine Anordnung zur interferometrischen Ebenheitsprüfung reflektierender technischer Oberflächen verfügbar zu haben, mit der im laufenden Prozeß eine automatische Selektion von Werkstücken möglich ist, die den vorgegebenen Anforderungen an die Ebenheit nicht entsprechen.The aim of the invention is to have available an arrangement for the interferometric evenness testing of reflecting technical surfaces, with which an automatic selection of workpieces is possible in the current process, which do not correspond to the given demands on the flatness.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mit einem Rechner verbindbares Prüfinterferometer zur direkten Messung von Ebenheitsabweichungen an technischen Planfiächen derart auszubilden, daß ein die Information über die Prüflingsfläche enthaltendes reines Zweistrahlinterferogramm zur Auswertung bereitgestellt wird, ohne daß eine Anwendung komplexer Entzerrungsverfahren nötig ist, wobei die wirksame effektive Wellenlänge in weiten Grenzen variierbar ist, ohne daß sich die Eichung des Referenzphasenstellgiiedes ändert.The invention has for its object to form a connectable with a computer test interferometer for direct measurement of flatness deviations on technical Planfiächen such that the information about the Prüflingsfläche containing pure Zweistrahlinterferogramm is provided for evaluation, without the use of complex Entzerrungsverfahren is necessary, the effective effective wavelength can be varied within wide limits, without changing the calibration of the Referenzphasenstellgiiedes.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung unter Anwendung eines von einem Prüflingsarm und einem Referenzarm gebildeten Mach-Zehnder-Interferometers, mit einem Laser als Lichtquelle, dem eine V2-Platte und ein Aufweitungssystem mit Lochblende nachgeschaltet sind, und die erfindungsgemäß in nachstehend beschriebener Weise ausgebildet ist.The object is achieved by an arrangement using a Mach-Zehnder interferometer formed by a Prüflingsarm and a reference arm, with a laser as a light source, a V2 plate and an expansion system with pinhole are connected downstream, and according to the invention formed in the manner described below is.
Hinter dem Aufweitungssystem befindet sich ein dielektrischer Teilerspiegel, der den Strahlengang in einen Referenz- und einen Prüflingsstrahlengang aufteilt. Der Referenzstrahlengang schließt mit einem weiteren Teilerspiegel ab, der Referenzstrahlengang und Prüflingsstrahlengang zum Beobachtungsstrahlengang vereinigt. Im Prüflingsstrahlengang sind aufeinanderfolgend angeordnet ein erstes Gitter, dessen Normale die Richtung der optischen Achse des Prüflingsstrahlenganges hat, der Prüfling, dessen Normale zur Normalen des ersten Gitters parallel verläuft und der im Strahlengang sitzt, der die Richtung der ersten Beugungsordnung des ersten Gitters hat, ein zweites Gitter, dessen Normale zur Normalen des Prüflings parallel verläuft, und zwar im Strahlengang in Richtung des Reflexionswinkels am Prüfling, wobei die erste Beugungsordnung dieses Gitters die Richtung des genannten Reflexionswinkels hat. Der als Vereinigungsspiegel dienende Teilerspiegel schließt den hinter dem zweiten Gitter in Richtung der Gitternormalen verlaufenden Prüflingsstrahlengang ab. Im Beobachtungsstrahlengang sind nacheinander ein teleskopisches Abbildungssystem, ein Polarisator und ein Matrixempfänger angeordnet.Behind the expansion system is a dielectric beam splitter, which divides the beam path in a reference and a Prüflingsstrahlengang. The reference beam path concludes with a further splitter mirror, which combines reference beam path and Prüflingsstrahlengang to the observation beam path. In the Prüflingsstrahlengang are successively arranged a first grid whose normal has the direction of the optical axis of Prüflingsstrahlenganges, the DUT whose normal to the normal of the first grating is parallel and which sits in the beam path having the direction of the first diffraction order of the first grating, a second grating whose normal to the normal of the specimen runs parallel, in the beam path in the direction of the reflection angle at the specimen, wherein the first diffraction order of this grating has the direction of said reflection angle. The splitter mirror serving as the merging mirror closes off the specimen beam path running behind the second grating in the direction of the grating normal. In the observation beam path, a telescopic imaging system, a polarizer and a matrix receiver are successively arranged.
Als Matrixempfänger können in an sich bekannter Weise CCD-Matrizen, Dioden-Matrizen oder digitalisierte Vidikons eingesetzt werden. Der Prüfling ist möglichst scharf in die Ebene des Matrixempfängers abzubilden. Der Ausgang des Matrixempfängers ist mit einem Rechner verbunden zur Verarbeitung der gewonnenen elektrischen Signale. Die Anordnung enthält ferner einen Phasenschieber, beispielsweise einen Keilkompensator, im Referenzstrahlengang oder einen Translator, vom Rechner steuerbar. Der Translator ist mit einem der Gitter gekoppelt, das in der Gitterebene senkrecht zu den Gitterlinien verschiebbar angeordnet ist.CCD matrices, diode matrices or digitized vidicons can be used in a manner known per se as the matrix receiver. The test object should be as sharp as possible in the plane of the matrix receiver. The output of the matrix receiver is connected to a computer for processing the obtained electrical signals. The arrangement further includes a phase shifter, for example a wedge compensator, in the reference beam path or a translator, controllable by the computer. The translator is coupled to one of the gratings, which is slidably disposed in the lattice plane perpendicular to the grid lines.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung sind im Referenzstrahlengang Mittel zum Gangunterschiedsabgleich und zur Wellenf rontfaltung vorgesehen. Dies erlaubt die Verwendung von partiell kohärentem Licht zur Beleuchtung des Interferometers.In one embodiment of the arrangement according to the invention, means for retardation compensation and for wave folding are provided in the reference beam path. This allows the use of partially coherent light to illuminate the interferometer.
Zur Variation der Nachweisempfindlichkeit kann ein durchstimmbarer Laser vor das Interferometer geschaltet und der Prüfling in Richtung seiner Normalen verschiebbar angeordnet sein. Um die Lichtverluste im Prüflingsstrahlengang möglichst klein zu halten, werden zweckmäßigerweise geblazte Gitter verwendet.To vary the detection sensitivity, a tunable laser can be switched in front of the interferometer and the test specimen can be displaceably arranged in the direction of its normal. In order to keep the light losses in Prüflingsstrahlengang as small as possible, blazed grating are suitably used.
Nachstehend soll die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben werden.The operation of the arrangement according to the invention will be described below.
Das polarisierte Licht des Lasers durchsetzt zunächst die V2-Platte. Durch Drehen dieser Platte um eine zur optischen Achse parallele Achse lassen sich die Intensitäten in den Teilstrahlengängen aneinander anpassen, weil die Anordnung zugleich dielektrische Teilerspiegel und einen Polarisator im Beobachtungsstrahlengang enthält. Das Licht durchsetzt dann das Aufweitungssystem und wird am Teilerspiegel in zwei Bündel aufgespalten. Das Bündel im Referenzstrahlengang trifft dann auf den Vereinigungsspiegel. Das Bündel im anderen Strahlengang trifft senkrecht auf das erste Gitter und verläßt dieses Gitter in Richtung der ersten Beugungsordnung, wobei es anamorphotisch verzerrt wird. Dieses anamorphotisch verzerrte Bündel fällt schräg auf den Prüfling, so daß auf dem Prüfling ein Querschnitt von der Form des ursprünglichen Bündelquerschnitts getroffen wird, obwohl das Bündel schräg auffällt. Das reflektierte, den Prüfling schräg verlassende Bündel gelangt auf das zweite Gitter aus der Richtung der ersten Beugungsordnung und verläßt dieses Gitter wiederum senkrecht, wobei der ursprüngliche, unverzerrte Bündelquerschnitt wieder hergestellt wird.The polarized light of the laser first penetrates the V2 plate. By rotating this plate about an axis parallel to the optical axis, the intensities in the partial beam paths can be adapted to one another, because the arrangement also contains dielectric splitter mirrors and a polarizer in the observation beam path. The light then passes through the expansion system and is split at the splitter mirror into two bundles. The bundle in the reference beam path then hits the merging mirror. The beam in the other beam path hits the first grating perpendicularly and leaves this grating in the direction of the first diffraction order, whereby it is anamorphosed. This anamorphic distorted bundle falls obliquely on the specimen, so that a cross-section of the shape of the original bundle cross-section is made on the specimen, although the bundle obliquely. The reflected bundle, leaving the test piece at an angle, reaches the second grid from the direction of the first order of diffraction and in turn leaves this grid vertically, the original, undistorted bundle cross-section being restored.
Das Bündel vereinigt sich nun am Vereinigungsspiegel mit dem Bündel aus dem Referenzstrahlengang zum Beobachtungsbündel, das noch den Polarisator durchsetzt und mit dem Matrixempfänger detektiert wird. Der Polarisator muß so eingestellt werden, daß die Interferenzerscheinung auf dem Empfänger maximalen Kontrast hat. Mit dem Phasenschieber im Referenzstrahlengang oder durch laterale Verschiebung eines der Gitter senkrecht zu den Gitterlinien können verschiedene, beispielsweise vier äquidistante und eine Periode des Interferenzbildes überstreichende Referenzphasenwerte eingestellt werden. Das ist für die Berechnung der Ebenheitsabweichungen aus den Intensitätswerten nach deren A/D-Wandlung und Übernahme in einen Rechner, der zugleich die Einstellung der Referenzphasenwerte steuert, notwendig. Zur Anpassung der Nachweisempfindlichkeit an die zu messenden Prüflingsabweichungen muß der Prüfling unter schräger Inzidenz beleuchtet werden. Dazu wird die Gitterkonstante der identischen Gitter je nach geforderter Empfindlichkeit gewählt. Meistens wird der Prüfling unter nahezu streifender Inzidenz beleuchtet werden, so daß eine Gitterkonstante g, wenig größer als die benutzte Lichtwellenlänge λ, erforderlich ist.The bundle now joins at the merging mirror with the bundle from the reference beam path to the observation beam, which still passes through the polarizer and is detected with the matrix receiver. The polarizer must be adjusted so that the interference on the receiver has maximum contrast. With the phase shifter in the reference beam path or by lateral displacement of one of the grids perpendicular to the grating lines, different reference phase values, for example four equidistant and one period of the interference pattern, can be set. This is necessary for the calculation of the flatness deviations from the intensity values after their A / D conversion and transfer into a computer which also controls the setting of the reference phase values. In order to adapt the detection sensitivity to the test object deviations to be measured, the test object must be illuminated at an oblique incidence. For this purpose, the lattice constant of the identical lattice is selected according to the required sensitivity. Mostly, the candidate will be illuminated at near grazing incidence so that a grating pitch g, slightly larger than the wavelength of light λ used, is required.
Bekanntlich gilt bei senkrechter Inzidenz für den Beugungswinkel αAs is known, when the incidence is perpendicular to the diffraction angle α
g sind = λ (1)g are = λ (1)
Für die effektive Streifenverschiebung ist die Gangunterschiedsvariation AG aufgrund der Flächenabweichung Δζ(χ,γ) maßgebendFor the effective strip displacement, the path difference variation AG is decisive due to the surface deviation Δζ (χ, γ)
Es gilt It applies
AG = 2Az(x,y)cosa (2)AG = 2Az (x, y) cosa (2)
Mit AG = mXfolgt:With AG = mX follows:
Δζ(χ,ν) = mV2COsa (3)Δζ (χ, ν) = mV2COsa (3)
Im Vergleich mit senkrechter Inzidenz (α = 0) ergibt sich eine effektive WellenlängeIn comparison with vertical incidence (α = 0) an effective wavelength is obtained
λ* = Vcosc (4)λ * = Vcosc (4)
Deshalb entspricht der Verschiebung um einen Streifen eine bedeutend größere Flächenabweichung Az als bei senkrechter Inzidenz. Das aber wird für die Prüfung technischer Planfiächen mit Abweichungen Az von einigen μητι gerade benötigt.Therefore, the shift by one stripe corresponds to a significantly larger area deviation Az than at vertical incidence. But this is just needed for the examination of technical Planfiächen with deviations Az of some μητι.
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Vorteilhafterweise läßt sich bei gegebener Gitterkonstante g das Interferometer mit einem durchstimmbaren Laser koppeln. Dadurch ergibt sich gem. Gl. (1) eine Variationsmöglichkeit für α:Advantageously, given a lattice constant g, the interferometer can be coupled to a tunable laser. This results gem. Eq. (1) a possibility of variation for α:
Je nach Vorzeichen der Wellenlängenänderung Δλ ergibt sich eine Vergrößerung (Δλ > 0) oder Verringerung (Δλ < 0) der effektiven Wellenlänge λ*.Depending on the sign of the wavelength change Δλ results in an increase (Δλ> 0) or reduction (Δλ <0) of the effective wavelength λ *.
Um den Empfindlichkeitsbereich 1 μπν-10μπι zu überdecken reicht/Δλ/ <50nm aus.To cover the sensitivity range 1 μπν-10μπι sufficient / Δλ / <50nm.
Auch die Anwendung von partiell kohärenten Lasern (z. B. Halbleiterlasern) ist möglich. Dazu wird zweckmäßigerweise der Referenzstrahlengang mit einem verschiebbaren Winkelspiegel ausgerüstet und die Anzahl der Spiegelungen in den beiden Teilstrahlgängen gleich gemacht. Dann kann der Gangunterschied abgeglichen werden und eine Wellenfrontfaltung ist vermieden. Durch die automatisierte Auswertung sind die Fehler der Interferenzanordnung in einem ersten Schritt (idealer ebener Spiegel als Prüfling) gewinnbar. Nach Speichern dieser Kalibrierungswerte können beliebige Flächen relativ zu einem Planspiegel geprüft werden.The use of partially coherent lasers (eg semiconductor lasers) is also possible. For this purpose, the reference beam path is expediently equipped with a displaceable angle mirror and the number of reflections in the two partial beam paths made equal. Then the path difference can be adjusted and a wave front folding is avoided. Due to the automated evaluation, the errors of the interference arrangement can be obtained in a first step (ideal plane mirror as test object). After storing these calibration values, any surfaces relative to a plane mirror can be checked.
Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen Fig. 1: die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Einmodenlaser als Lichtquelle, ohneThe invention will be explained in more detail below with reference to two embodiments. In the accompanying drawings: FIG. 1 shows the schematic representation of an arrangement according to the invention with a single-mode laser as light source, without
Zwischenschaltung weiterer Bauelemente im Referenzstrahlengang, Fig. 2: die schematische Darstellung einer anderen Anordnung nach der Erfindung mit einem Halbleiterlaser als Lichtquelle, mit Mitteln zum Gangunterschiedsabgleich und zur Wellenfrontfaltung im Referenzstrahlengang.2 shows the schematic illustration of another arrangement according to the invention with a semiconductor laser as the light source, with means for retardation matching and for wave-front folding in the reference beam path.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 folgt dem als Lichtquelle dienenden Einmodenlaser EL im Strahlengang eine A/2-Platte und ein kollimierendes Aufweitungssystem AS, bestehend aus Objektiv O1, Lochblende B1 und Objektiv O2. Hinter dem Aufweitungssystem AS befindet sich der Teilerspiegel T1, der den Strahlengang in einen Referenz- und einen Prüflingsstrahlengang aufteilt. Diese beiden Strahlengänge werden am Teilerspiegel T2 wieder vereinigt. Im Prüflingsstrahlengang folgen nach dem Teilerspiegel T1 ein Gitter G1, der Prüfling P, ein Gitter G2 und der Teilerspiegel T2. Die optische Achse des Prüflingsstrahlenganges hat vor dem Gitter G1 die Richtung von dessen Flächennormale, hinter dem Gitter G1 die Richtung der ersten Beugungsordnung dieses Gitters. Die Normale der Prüflingsfläche P ist der Normalen des Gitters G1 und der des Gitters G2 parallel, so daß der Strahlengang hinter dem Prüfling P die Richtung des Reflexionswinkels hat, unter dem entsprechenden Winkel auf G2 trifft, hinter G2 aber wieder die Richtung der Flächennormalen dieses Gitters hat und damit dem Strahlengang vor G1 wieder parallel ist.In the arrangement according to FIG. 1, the single-mode laser EL serving as light source in the beam path is followed by an A / 2 plate and a collimating expansion system AS consisting of objective O 1 , pinhole B 1 and objective O 2 . Behind the expansion system AS is the splitter mirror T 1 , which divides the beam path into a reference and a Prüflingsstrahlengang. These two beam paths are reunited at the splitter mirror T 2 . In the Prüflingsstrahlengang follow after the splitter mirror T 1, a grid G 1 , the test specimen P, a grating G 2 and the splitter mirror T 2 . The optical axis of the specimen beam path has the direction of its surface normal in front of the grating G 1 , behind the grating G 1 the direction of the first diffraction order of this grating. The normal of the specimen surface P is parallel to the normal of the grating G 1 and that of the grating G 2 , so that the optical path behind the specimen P has the direction of the reflection angle at the corresponding angle to G 2 , but behind G 2 again the direction has the surface normal of this grid and thus the beam path in front of G 1 is again parallel.
Im Referenzstrahlengang folgt dem Teilerspiegel T1 der Teilerspiegel T2 ohne Zwischenschaltung weiterer Elemente. Hinter dem Teilerspiegel T2 sind im Strahlengang ein teleskopisches Abbildungssystem TS, bestehend aus Objektiv O3, Blende B2 und Objektiv O4, ein Polarisator PO und ein Matrixfotodetektor MA angeordnet. Das teleskopische Abbildungssystem ist so angeordnet, daß Prüfling P möglichst scharf in die Ebene des Matrixfotodetektor MA abgebildet wird. Die Anordnung enthält darüber hinaus einen Translator TR (z. B. piezoelektrischer Geber) zur Einstellung der Referenzphase durch Verschiebung des Gitters G2 senkrecht zur Richtung der Gitterlinien in der Gitterebene und einen Rechner RE, der die Photosignale aus dem Matrixfotodetektor MA nach A/D-Wandlung weiterverarbeitet und den Translator TR steuert.In the reference beam path follows the splitter mirror T 1 of the splitter mirror T 2 without the interposition of other elements. Behind the splitter mirror T 2 , a telescopic imaging system TS consisting of objective O 3 , aperture B 2 and objective O 4 , a polarizer PO and a matrix photodetector MA are arranged in the beam path. The telescopic imaging system is arranged so that specimen P is imaged as sharp as possible in the plane of the matrix photodetector MA. The arrangement further includes a translator TR (eg, piezoelectric encoder) for adjusting the reference phase by shifting the grating G 2 perpendicular to the direction of the grating lines in the grating plane, and a computer RE receiving the photosignals from the array photodetector MA to A / D Conversion and controls the translator TR.
Die Anordnung nach Fig. 2 ist für die Beleuchtung des Interferometers mit partiell kohärentem Licht ausgelegt. Als Lichtquelle dient ein Halbleiterlaser HLL. Dann folgen ein Objektiv O1, ein Polarisator PO1, eine A/2-Platte PL, ein Objektiv O2 und eine rotierende Mattscheibe RMS. Objektiv O1 und Objektiv O2 bilden gemeinsam ein Abbildungssystem derart, daß die Stirnfläche des Halbleiterlasers HLL und die Mattscheibe RMS nur ungefähr, nicht aber genau konjugierte Ebenen sind, wobei der objektseitige Fokus des Objektivs O1 in der Stirnfläche des Halbleiterlasers HLL liegt, so daß der Strahlengang zwischen O1 und O2 genähert telezentrisch ist. Die Mattscheibe RMS ist ihrerseits im Fokus eines Objektivs O3 angeordnet, dem ein Teilerspiegel T1 folgt, der den Strahlengang in einen Referenz- und einen Prüflingsstrahlengang teilt, die am Teilerspiegel T2 wieder vereinigt werden. Im Prüflingsstrahlengang folgen auf T1 ein aufweitender Kollimator K1, bestehend aus Objektiv O4 und Objektiv O5, ein Gitter G1, der Prüfling P, ein Gitter G2 und der Teilerspiegel T2. Gitter G1, Prüfling P und Gitter G2 sind zueinander ebenso angeordnet, wie bereits im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 beschrieben.The arrangement according to FIG. 2 is designed for the illumination of the interferometer with partially coherent light. The light source is a semiconductor laser HLL. This is followed by an objective O 1 , a polarizer PO 1 , an A / 2 plate PL, an objective O 2 and a rotating ground glass RMS. Lens O 1 and lens O 2 together form an imaging system such that the end face of the semiconductor laser HLL and the ground glass RMS are only approximately, but not exactly conjugate planes, with the object-side focus of the objective O 1 being in the face of the semiconductor laser HLL, see above that the optical path between O 1 and O 2 is almost telecentric. The focusing screen RMS is in turn arranged in the focus of a lens O 3 , which is followed by a splitter mirror T 1 , which divides the beam path into a reference and a Prüflingsstrahlengang, which are reunited at the splitter mirror T 2 . The specimen beam path is followed on T 1 by an expanding collimator K 1 consisting of objective O 4 and objective O 5 , a grating G 1 , the specimen P, a grating G 2 and the splitter mirror T 2 . Grating G 1 , specimen P and grating G 2 are arranged to each other as well, as already described in the embodiment of FIG.
Im Referenzstrahlengang befinden sich nacheinander ein Spiegel S1, ein Dove-Prisma DO (entspricht einer Spiegelung) zur Wellenfrontfaltung, ein Winkelspiegel WS, ein Spiegel S2, ein aufweitender Kollimator K2, der aus Objektiv O6 und Objektiv O7 besteht und der Teilerspiegel T2. Der Winkelspiegel WS sitzt auf einem Schlitten, so daß er zum Gangunterschiedsabgleich verschoben werden kann. Hinter dem Teilerspiegel T2 besteht der Strahlengang aus Polarisator PO2, einem teleskopischen Abbildungssystem TS, bestehend aus Objektiv O8 und O9 und dem Matrixfotodetektor MA.In the reference beam path are successively a mirror S 1 , a Dove prism DO (corresponds to a reflection) for Wellenfrontfaltung, an angle mirror WS, a mirror S 2 , an expanding collimator K 2 , which consists of lens O 6 and lens O 7 and the Splitter mirror T 2 . The angle mirror WS sits on a carriage so that it can be moved to the retardation balance. Behind the splitter mirror T 2 is the beam path of polarizer PO 2 , a telescopic imaging system TS, consisting of lens O 8 and O 9 and the matrix photodetector MA.
Wie im Ausführungsbeispiel Fig. 1 beschrieben, enthält auch die Anordnung nach Fig. 2 einen Translator TR zur Einstellung der Referenzphase und einen Rechner RE.As described in the exemplary embodiment of FIG. 1, the arrangement according to FIG. 2 also contains a translator TR for setting the reference phase and a computer RE.
Bei einer in der Zeichnunq nicht dargestellten Variante der Anordnung nach Fig. 2 ist der Translator TR nicht mit dem Gitter G2, sondern mit dem Winkelspiegel WS zur Einstellung der Referenzphase verbunden. Mit aer erfindungsgernSßen Anordnung lassen sich eine Reihe von Vortei.en erzielen.In a variant of the arrangement according to FIG. 2 not shown in the drawing, the translator TR is not connected to the grating G 2 but to the angle mirror WS for setting the reference phase. With the arrangement according to the invention, a number of advantages can be achieved.
Durch die Benutzung von Gittern ist eine unverzerrte Prüflingsabbildung bei gleichzeitiger streifender Prüflingsantastung möglich. Das ermöglicht unabhängig von der eingestellten Empfindlichkeit die Bestimmung globaler Krümmungen durch mathematische Anpassung parabolischer Funktionale.By using grids, an undistorted DUT imaging is possible with simultaneous grazing Prüflingsantastung. This allows the determination of global curvatures by mathematical adaptation of parabolic functionals, regardless of the set sensitivity.
Die Wellenlänge durchstimmbarer Laser läßt sich auf einfache und relativ genaue Weise einstellen. Damit kann man ohne Änderung des interferometrischen Aufbaues die Nachweisempfindlichkeit variieren.The wavelength of tunable lasers can be adjusted in a simple and relatively accurate manner. Thus one can vary the detection sensitivity without changing the interferometric structure.
Wenn der Gangunterschied in der Anordnung abgeglichen ist, lassen sich auch partiell kohärente Laser z. B. Halbleiterlaser, einsetzen. Diese Laser emittieren im nahen Infrarot (800-900nm). Dort liegt das Empfindlichkeitsmaximum der Silizium-Empfänger und außerdem lassen sich Gitter größerer Gitterkonstante, die leicht herstellbar sind, verwenden. Mit Halbleiterlasern ist in kleinen Volumina ausreichende Leistung (einige mW) erzeugbar. Der Abstimmbereich (== 10 nm) dieser Laser reicht für die vorliegenden Zwecke aus.If the path difference in the arrangement is balanced, even partially coherent laser z. B. semiconductor laser, use. These lasers emit in the near infrared (800-900nm). There is the maximum sensitivity of the silicon receiver and also lattice larger lattice constant, which are easy to produce use. Sufficient power (a few mW) can be generated in small volumes with semiconductor lasers. The tuning range (= 10 nm) of these lasers is sufficient for the present purposes.
Das erfindungsgemäße Prüfinterferometer, mit einem Rechner gekoppelt, erlaubt im laufenden Prozeß eine automatische Selektion von Werkstücken, die den vorgegebenen Anforderungen an die Ebenheit nicht entsprechen. Es ist insbesondere einsetzbar zur Prüfung von Halbleiterscheiben.The Prüfinterferometer according to the invention, coupled to a computer, allows in the current process, an automatic selection of workpieces that do not meet the specified requirements for the flatness. It can be used in particular for testing semiconductor wafers.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD27226984A DD233644A1 (en) | 1984-12-29 | 1984-12-29 | ARRANGEMENT FOR INTERFEROMETIC QUALITY TESTING OF TECHNICAL SURFACES |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD27226984A DD233644A1 (en) | 1984-12-29 | 1984-12-29 | ARRANGEMENT FOR INTERFEROMETIC QUALITY TESTING OF TECHNICAL SURFACES |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD233644A1 true DD233644A1 (en) | 1986-03-05 |
Family
ID=5564604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD27226984A DD233644A1 (en) | 1984-12-29 | 1984-12-29 | ARRANGEMENT FOR INTERFEROMETIC QUALITY TESTING OF TECHNICAL SURFACES |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD233644A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5889591A (en) * | 1996-10-17 | 1999-03-30 | Tropel Corporation | Interferometric measurement of toric surfaces at grazing incidence |
| DE4235832B4 (en) * | 1991-10-24 | 2006-04-20 | Pentax Corp. | Apparatus and method for checking a roof angle of an optical element |
-
1984
- 1984-12-29 DD DD27226984A patent/DD233644A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4235832B4 (en) * | 1991-10-24 | 2006-04-20 | Pentax Corp. | Apparatus and method for checking a roof angle of an optical element |
| US5889591A (en) * | 1996-10-17 | 1999-03-30 | Tropel Corporation | Interferometric measurement of toric surfaces at grazing incidence |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| ENJ | Ceased due to non-payment of renewal fee |