RU2373494C2 - Interferential method of measurement of surface microrelief altitude - Google Patents
Interferential method of measurement of surface microrelief altitude Download PDFInfo
- Publication number
- RU2373494C2 RU2373494C2 RU2007137507/28A RU2007137507A RU2373494C2 RU 2373494 C2 RU2373494 C2 RU 2373494C2 RU 2007137507/28 A RU2007137507/28 A RU 2007137507/28A RU 2007137507 A RU2007137507 A RU 2007137507A RU 2373494 C2 RU2373494 C2 RU 2373494C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microrelief
- reflected
- optical
- height
- measurement
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оптическим способам измерения высоты микрорельефа поверхностей интерференционным методом.The invention relates to measuring equipment, namely to optical methods for measuring the height of the surface microrelief by the interference method.
Из уровня техники хорошо известны технические решения аналогичного характера.Technical solutions of a similar nature are well known in the art.
Так из уровня техники известен способ определения микрорельефа объекта и оптических свойств приповерхностного слоя, а также модуляционный интерференционный микроскоп для осуществления данного способа. Изобретение позволяет увеличить пространственное разрешение при определении геометрических параметров рельефа и распределения материальных оптических констант, расширить число определяемых констант, включая константы оптической анизотропии, значительно увеличить точность определения материальных констант, а также расширить круг исследуемых объектов, см., например, описание патента РФ №2181498, G02B 21/00, 2002.So the prior art method for determining the microrelief of the object and the optical properties of the surface layer, as well as a modulation interference microscope for implementing this method. The invention allows to increase spatial resolution in determining the geometric parameters of the relief and the distribution of material optical constants, to expand the number of constants determined, including optical anisotropy constants, to significantly increase the accuracy of determining material constants, and also to expand the range of objects studied, see, for example, the description of RF patent No. 2181498 G02B 21/00, 2002.
Так же известно устройство для исследований микрорельефа поверхностей, содержащее горизонтальный стол с установленным на нем ложементом для укладки и позиционирования измеряемого объекта, средство для съема информации и блок анализа и представления информации. Для съема информации в устройстве используют оптоэлектронную головку, включающую в себя источник лазерного излучения и оптически сопряженную с ним через измеряемый объект интегральную многоэлементную фотоматрицу, выход которой соединен со входом электронного блока первичной обработки сигнала, выход которого соединен с блоком анализа и представления информации, в качестве которого использована ПЭВМ. Горизонтальный стол выполнен с возможностью перемещения по координатам горизонтальной плоскости (X, Y), снабжен электроприводами и датчиками линейных перемещений по осям Х и Y, выходы которых соединены с электронным блоком первичной обработки сигнала, см., например, описание заявки РФ №97113784, G01B 1/00, 1999.It is also known a device for researching the surface microrelief, comprising a horizontal table with a tool tray mounted on it for laying and positioning the measured object, a means for acquiring information and an analysis and presentation of information unit. To collect information in the device, an optoelectronic head is used, which includes a laser radiation source and an integrated multi-element photomatrix optically coupled to it through a measured object, the output of which is connected to the input of the electronic signal processing unit, the output of which is connected to the information analysis and presentation unit, as which used a PC. The horizontal table is made with the possibility of moving along the coordinates of the horizontal plane (X, Y), is equipped with electric drives and linear displacement sensors along the X and Y axes, the outputs of which are connected to the electronic signal processing unit, see, for example, the description of the application of the Russian Federation No. 97113784, G01B 1/00, 1999.
Кроме того, известным является способ дифференциально-фазовой профилометрии и/или профилографии, описанный в патенте РФ №2179328, G02B 21/00, G01B 11/30, 2002. Способ заключается в том, что предварительно сканируют световым пучком эталонную поверхность, а затем по тем же траекториям сканируют исследуемую поверхность. При этом последовательно сканируют исследуемую и эталонную поверхности двумя световыми пучками, разделенными на два параксиальных луча. Один из лучей сдвигают относительно другого по частоте и в пространстве. Данные о разности фаз отраженных лучей корректируют на основе данных о разности фаз отраженных лучей и о проинтегрированных по траекториям сканирования данных для эталонной поверхности. Устройство включает в себя два акустооптических дефлектора, два генератора управляющих сигналов для каждого акустооптического дефлектора с общим генератором опорной частоты и блок обработки данных. Изобретение позволяет повысить точность построения изображения исследуемой поверхности и точность определения параметров профиля исследуемой поверхности, а также обеспечить возможность исследования поверхностей объектов произвольной формы.In addition, a known method is the differential phase profilometry and / or profilography described in the patent of Russian Federation No. 2179328, G02B 21/00, G01B 11/30, 2002. The method consists in pre-scanning the reference surface with a light beam, and then the same paths are scanned for the test surface. In this case, the studied and reference surfaces are sequentially scanned with two light beams divided into two paraxial beams. One of the rays is shifted relative to the other in frequency and space. The data on the phase difference of the reflected rays are corrected based on the data on the phase difference of the reflected rays and the data integrated over the scanning paths for the reference surface. The device includes two acousto-optical deflectors, two control signal generators for each acousto-optical deflector with a common reference frequency generator and a data processing unit. EFFECT: invention makes it possible to increase the accuracy of constructing an image of the investigated surface and the accuracy of determining the profile parameters of the studied surface, as well as to provide the opportunity to study surfaces of objects of arbitrary shape.
К недостаткам измерителей высоты микрорельефа, построенных на принципе интерферометра любого из известных типов, следует отнести сложность одновременного соблюдения требований к точности и однозначности измерений высоты микрорельефа с резким перепадом высот.The disadvantages of microrelief height meters, built on the principle of an interferometer of any of the known types, include the difficulty of simultaneously observing the accuracy and uniqueness of measuring microrelief heights with a sharp difference in height.
Для решения указанной проблемы, как правило, используют априорную информацию или предположение об отсутствии резких перепадов микрорельефа.To solve this problem, as a rule, use a priori information or the assumption that there are no sharp drops in the microrelief.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности и однозначности измерений высоты микрорельефа с резким перепадом высот на основе использования одночастотного лазерного интерферометра.The problem to which the invention is directed, is to increase the accuracy and uniqueness of measuring the height of the microrelief with a sharp difference in height based on the use of a single-frequency laser interferometer.
Независимо от вида обработки входного сигнала (метода оценки разности фаз в различных интерферометрах) выходным параметром является гармоническая функция абсолютной фазы:Regardless of the type of processing of the input signal (the method for estimating the phase difference in various interferometers), the output parameter is the harmonic function of the absolute phase:
где h - высота микрорельефа,where h is the height of the microrelief,
λ - длина волны.λ is the wavelength.
При этом связь между значением абсолютной фазы и ее оценкой задается неоднозначной функцией. В случае отсутствия скачков высоты микрорельефа необходима развертка фазы, так как ее оценочное значение изменяется в пределах от 0 до π. Если же в области обзора присутствуют резкие скачки высоты микрорельефа, такие что измерение абсолютной фазы соответствует целому числу интервалов однозначности, необходимо решение задачи неоднозначной оценки абсолютной фазы и, соответственно, высоты.In this case, the relationship between the value of the absolute phase and its evaluation is determined by an ambiguous function. In the absence of jumps in the height of the microrelief, a phase scan is necessary, since its estimated value varies from 0 to π. If in the field of view there are sharp jumps in the height of the microrelief, such that the measurement of the absolute phase corresponds to an integer number of intervals of uniqueness, it is necessary to solve the problem of ambiguous estimation of the absolute phase and, accordingly, the height.
Соотношение между разностью фаз опорного и отраженного сигналов ΔФ и высотой микрорельефа Δh можно записать в виде:The relationship between the phase difference of the reference and reflected signals ΔФ and the height of the microrelief Δh can be written as:
где α и β - углы между нормалью к поверхности и направлением освещения поверхности и наблюдения микрорельефа.where α and β are the angles between the normal to the surface and the direction of surface illumination and observation of the microrelief.
Разделим ошибки оценки абсолютной фазы на нормальные и аномальные.We divide the errors of the absolute phase estimation into normal and abnormal.
Воспользовавшись формулой (2), получим соотношение между дисперсией высоты 
Очевидно, что чем меньше длина волны λ, тем меньше дисперсия ошибок измерения высоты микрорельефа.Obviously, the smaller the wavelength λ, the smaller the dispersion of errors in measuring the height of the microrelief.
Однако при этом надо учитывать, что связь между абсолютной фазой функции (и, соответственно, между высотой микрорельефа поверхности) и ее оценкой задается неоднозначной функцией. Это может явиться причиной появления аномальных ошибок оценки абсолютной фазы и, соответственно, высоты микрорельефа. Этот факт можно записать следующим образом:However, it should be borne in mind that the relationship between the absolute phase of the function (and, accordingly, between the height of the surface microrelief) and its evaluation is determined by an ambiguous function. This may be the reason for the appearance of abnormal errors in estimating the absolute phase and, accordingly, the height of the microrelief. This fact can be written as follows:
где i - произвольное целое число.where i is an arbitrary integer.
Решение задачи однозначной оценки фазы можно интерпретировать как задачу оценки числа i в последнем выражении.The solution to the problem of unambiguous phase estimation can be interpreted as the problem of estimating the number i in the last expression.
Интервал однозначного решения задачи измерения фазы зависит от параметров интерферометрической системы, в частности от рабочей частоты. Уменьшая рабочую частоту (увеличивая длину волны), повышают интервал однозначного определения фазы.The interval for a unique solution to the phase measurement problem depends on the parameters of the interferometric system, in particular, on the operating frequency. Reducing the operating frequency (increasing the wavelength), increase the interval of unambiguous determination of the phase.
Однако при этом необходимо отметить, что при увеличении интервала однозначного определения абсолютной фазы и, соответственно, высоты микрорельефа ухудшается точность оценок разности фаз в интерферометрической системе. Таким образом, интервал однозначного определения и точность измерения высоты микрорельефа находятся в противоречии, решить которое в одночастотном интерферометре при отсутствии априорной информации не удается.However, it should be noted that with an increase in the interval of unambiguous determination of the absolute phase and, accordingly, the height of the microrelief, the accuracy of the estimates of the phase difference in the interferometric system deteriorates. Thus, the interval of unambiguous determination and the accuracy of measuring the height of the microrelief are in contradiction, which cannot be solved in a single-frequency interferometer in the absence of a priori information.
Из радиотехники известен способ решения таких задач путем использования многочастотных интерферометров.From radio engineering, there is a known method for solving such problems by using multi-frequency interferometers.
В этом случае длинноволновый интерферометр решает задачу увеличения области однозначности измерения фазы, а генератор с меньшей длиной волны - задачу обеспечения требуемой точности ее измерения.In this case, the long-wave interferometer solves the problem of increasing the region of unambiguity of phase measurement, and the generator with a shorter wavelength solves the problem of ensuring the required accuracy of its measurement.
В рассматриваемом изобретении указанная задача решается на основе использования в качестве «длинноволнового» генератора когерентного излучения зондирующего лазера, в качестве «коротковолнового» - эффект генерации отраженной гигантской второй гармоники (ГВГ), характерный для нелинейно-оптических поверхностей [1, 2]. Такая нелинейно-оптическая поверхность для полупроводников и металлов может быть получена путем электрохимического травления материала исследуемой поверхности до уровня образования шероховатостей наноразмерного уровня, а в общем случае - покрытием исследуемой поверхности слоем частиц металла или полупроводника наноразмерного уровня.In the present invention, this problem is solved by using a probe laser as the “long-wave” generator of coherent radiation, and the reflected giant second harmonic (SHG) generation characteristic of nonlinear optical surfaces as the “short-wave” generator [1, 2]. Such a nonlinear optical surface for semiconductors and metals can be obtained by electrochemical etching of the material of the studied surface to the level of roughness formation of the nanoscale level, and in the general case, by coating the investigated surface with a layer of metal particles or a semiconductor of the nanoscale level.
В этом случае погрешность, вносимая в измерение высоты микрорельефа, не превысит глубины травления или размеров этих частиц, то есть величины порядка нескольких единиц нанометра (~2÷5·10-9 м).In this case, the error introduced in measuring the height of the microrelief will not exceed the etching depth or the size of these particles, that is, a value of the order of several nanometer units (~ 2 ÷ 5 · 10 -9 m).
Явление генерации отраженной второй гармоники (далее - ВГ) состоит в появлении электромагнитного излучения на удвоенной частоте при отражении лазерного излучения от поверхности нелинейной среды.The phenomenon of generation of the reflected second harmonic (hereinafter - SH) consists in the appearance of electromagnetic radiation at a double frequency when laser radiation is reflected from the surface of a nonlinear medium.
В принципе, появление новых спектральных компонент (например, гармоник, суммарных и разностных частот) при взаимодействии света с веществом можно понять из модели нелинейно-оптической среды, которая обладает диэлектрической проницаемостью ε(Е), зависящей от напряженности электрического поля Е световой волны.In principle, the appearance of new spectral components (for example, harmonics, sum and difference frequencies) during the interaction of light with matter can be understood from the model of a nonlinear optical medium, which has a dielectric constant ε (E), which depends on the electric field strength E of the light wave.
Тогда электрическое смещениеThen the electric displacement
D(E)=ε(Е)Е=1+4π(PL+PNL(E))D (E) = ε (E) E = 1 + 4π (P L + P NL (E))
становится нелинейной функцией поля и содержит в качестве слагаемого нелинейную поляризацию PNL(E).becomes a nonlinear function of the field and contains, as a term, the nonlinear polarization P NL (E).
По аналогии с линейной поляризацией (дипольным моментом единицы объема) PL=χ(1)Е, где χ(1) по определению, линейная восприимчивость вещества, нелинейная поляризация PNL(Е) может быть представлена в виде ряда по степеням поля с нелинейными восприимчивостями n-го порядка χ(n) в качестве коэффициентов этого ряда:By analogy with linear polarization (dipole moment of a unit volume) P L = χ (1) Е, where χ (1) by definition, the linear susceptibility of a substance, non-linear polarization P NL (Е) can be represented as a series in powers of the field with non-linear n-th order susceptibilities χ (n) as the coefficients of this series:
Можно видеть, что первый член в разложении (1), квадратично зависящий от напряженности поля световой волны, будет источником излучения на удвоенной частоте. Действительно, при распространении плоской монохроматической световой волны E(r,t)=E0e -iωt+ikr в нелинейной среде, обладающей нелинейной восприимчивостью второго порядка χ(2), будет возбуждаться волна поляризации (дипольного момента) PNL(2ω)=χ(2) E0 2e-i2ωt+i2kr на частоте 2ω, которая и будет источником светового излучения ВГ [1, 2].It can be seen that the first term in expansion (1), which quadratically depends on the field strength of the light wave, will be a radiation source at a double frequency. Indeed, during the propagation of a plane monochromatic light wave E (r, t) = E 0e -iωt + ikr in a nonlinear medium with a second-order nonlinear susceptibility χ (2) , a polarization wave (dipole moment) P NL (2ω) = χ will be excited (2) E 0 2 e -i2ωt + i2kr at a frequency of 2ω, which will be the source of light emission from the second-harmonic waves [1, 2].
Особый интерес к явлению генерации отраженной ВГ связан с уникальной поверхностной селективностью и чувствительностью этого нелинейно-оптического процесса.Of particular interest in the phenomenon of reflected SH generation is associated with the unique surface selectivity and sensitivity of this nonlinear optical process.
Высокая чувствительность отраженной ВГ к морфологическим свойствам поверхности связана со строгими поляризационными правилами отбора, запрещающими генерацию s-поляризованной волны ВГ для s-поляризованной волны накачки на гладкой однородной изотропной поверхности.The high sensitivity of the reflected SH to the morphological properties of the surface is associated with strict polarization selection rules that prohibit the generation of an s-polarized SH wave for an s-polarized pump wave on a smooth homogeneous isotropic surface.
Поляризация световых волн называется s-поляризацией, когда вектор электрического поля волны направлен перпендикулярно плоскости падения (плоскости, проходящей через нормаль к поверхности и волновой вектор световой волны). Это поляризационное правило отбора, называемое s,s-запретом, нарушается для шероховатых поверхностей металлов и полупроводников.The polarization of light waves is called s-polarization, when the vector of the electric field of the wave is directed perpendicular to the plane of incidence (a plane passing through the normal to the surface and the wave vector of the light wave). This polarization selection rule, called the s, s-prohibition, is violated for rough surfaces of metals and semiconductors.
Экспериментальные исследования нарушений s,s-запрета при генерации ВГ на «шероховатой» поверхности серебра позволили обнаружить эффект генерации отраженной «гигантской» ВГ (ГВГ) [1, 2].Experimental studies of violations of the s, s-ban during the generation of second harmonic waves on a “rough” silver surface revealed the effect of the generation of a reflected “giant” second harmonic wave (SH) [1, 2].
Термин «гигантская» используется физиками с целью подчеркнуть, что генерируемая такой шероховатой поверхностью ВГ превосходит по интенсивности разрешенную ВГ на гладкой поверхности на несколько порядков. Такое усиление связано с возбуждением в шариках металла или полупроводника, расположенных на поверхности образца, под действием света накачки коллективных дипольных колебаний электронов. Электрическое поле таких дипольных возбуждений усиливает внутренние (как еще говорят, локальные) поля на порядки, вызывая гигантские нелинейно-оптические эффекты.The term “gigantic” is used by physicists to emphasize that the high-frequency surface generated by such a rough surface is several orders of magnitude higher than the allowed high surface surface wave on a smooth surface. Such amplification is associated with the excitation in balls of a metal or semiconductor located on the surface of a sample under the action of pumping light of collective dipole oscillations of electrons. The electric field of such dipole excitations enhances the internal (as they say, local) fields by orders of magnitude, causing giant nonlinear optical effects.
Указанные выше экспериментальные исследования были проведены при нанесении шероховатости на гладкую поверхность серебра с характерным размером неоднородности порядка 1 нм.The above experimental studies were carried out by applying a roughness to a smooth silver surface with a characteristic size of the inhomogeneity of the order of 1 nm.
Для того чтобы определить характер шероховатости, возникающей при столь малых количествах вещества, одновременно с исследованием генерации ВГ были получены изображения поверхности в сканирующем туннельном микроскопе (СТМ) до и после процесса электрохимического травления. Анализ изображений поверхности, полученных с использованием СТМ, показал, что образовавшаяся шероховатость представляет собой редкие группы шариков серебра с характерными размерами 2-3 нм. Именно эти поверхностные образования являются источниками наблюдаемой ГВГ [1, 2].In order to determine the nature of the roughness that occurs with such small amounts of matter, simultaneously with the study of SH generation, surface images were obtained in a scanning tunneling microscope (STM) before and after the electrochemical etching process. The analysis of surface images obtained using STM showed that the resulting roughness is a rare group of silver balls with characteristic sizes of 2-3 nm. It is these surface formations that are the sources of the observed SHG [1, 2].
На фиг.1 приведена типовая оптическая схема эксперимента по наблюдению и исследованию процесса генерации отраженной ВГ. Основные наименования элементов типовой оптической схемы приведены там же. Еω,2ω - напряженность электрического поля световой волны на частоте зондирующего лазера и частоте второй гармоники.Figure 1 shows a typical optical design of an experiment for observing and studying the process of generating reflected SH. The main names of the elements of a typical optical scheme are given there. E ω, 2ω is the electric field strength of the light wave at the frequency of the probe laser and the frequency of the second harmonic.
Подобные установки, по своему назначению, позволяют изучать параметры излучения ВГ, генерируемой поверхностным слоем исследуемого материала, такие как спектр интенсивности ВГ - зависимость интенсивности от частоты возбуждающего света ω; азимутальная анизотропия интенсивности ВГ - зависимость интенсивности от угла φ поворота образца относительно нормали к поверхности; поляризация и фаза волны ВГ; диаграмма направленности излучения отраженной волны - зависимость интенсивности от полярного угла наблюдения θ2ω и т.д., несут информацию о структурных, морфологических и электронных свойствах поверхности или границы раздела [1, 2].Such installations, by their intended purpose, make it possible to study the parameters of SH radiation generated by the surface layer of the material under study, such as the SH intensity spectrum — the dependence of the intensity on the frequency of the exciting light ω; azimuthal anisotropy of SH intensity - the dependence of the intensity on the angle φ of rotation of the sample relative to the normal to the surface; polarization and phase of the SH wave; the radiation pattern of the reflected wave - the dependence of the intensity on the polar angle of observation θ 2ω , etc., carry information about the structural, morphological and electronic properties of the surface or interface [1, 2].
Таким образом, придание поверхности нелинейно-оптических свойств позволяет при зондировании ее когерентным лазерным излучением с частотой ω получать генерацию отраженной ГВГ.Thus, imparting nonlinear optical properties to the surface, when probing it with coherent laser radiation with a frequency ω, the generation of reflected SHG is possible.
Ниже приводится описание графических материалов, никоим образом не ограничивающих все возможные варианты осуществления заявленного изобретения.Below is a description of the graphic materials, in no way limiting all possible embodiments of the claimed invention.
На фиг.2 представлена блок-схема устройства для сканирования микрорельефа изображения. Далее приведена нумерация блоков устройства, их наименование и используемые по тексту сокращения:Figure 2 presents a block diagram of a device for scanning the microrelief of the image. The following is the numbering of the device blocks, their name and abbreviations used in the text:
1 - зондирующий лазер (ЗЛ),1 - probe laser (ZL),
2 - лазерное пятно (ЛП) ЗЛ,2 - laser spot (PL) ZL,
3.1- 3.5 - оптические линзы (ОЛ),3.1- 3.5 - optical lenses (OL),
4 - узкополосный оптический фильтр (УОФ),4 - narrow-band optical filter (UOF),
5 - светоделитель (СД),5 - beam splitter (SD),
6 - полупрозрачное зеркало (ПЗ),6 - translucent mirror (PZ),
7 - эталонный образец (ЭО),7 - reference sample (EO),
8.1, 8.2 - фоторегистрирующие устройства (ФРУ1 и ФРУ2) для регистрации интерференции излучений на частотах ω и 2ω соответственно,8.1, 8.2 - photo-recording devices (FRU1 and FRU2) for detecting interference of radiation at frequencies ω and 2ω, respectively,
9 - микрорельеф поверхности (МРП),9 - surface microrelief (MCI),
10 - электронно-вычислительное устройство (ЭВУ),10 - electronic computing device (EVU),
11 - монитор ЭВУ (МЭВУ),11 - monitor EVU (MEVU),
12 - электромеханическое устройство (ЭМУ),12 - electromechanical device (EMU),
13 - устройство сканирования микрорельефа,13 - device scanning microrelief,
14 - оптический поляризатор (ОП),14 - optical polarizer (OP),
ω, 2ω - частота излучения ЗЛ и ГВГ соответственно,ω, 2ω is the radiation frequency of the PL and SHG, respectively,
α - угол освещения микрорельефа,α is the angle of illumination of the microrelief,
β - угол наблюдения сигнала частоты ω,β is the angle of observation of the frequency signal ω,
γ - угол наблюдения сигнала частоты 2ω.γ is the angle of observation of the frequency signal 2ω.
При конструировании оптической схемы устройства обеспечивается такое взаиморасположение оптических элементов схемы (ОЛ3.1-ОЛ3.4, П (14), α, β, γ и др.), при которых обеспечивается максимум интенсивности ГВГ микрорельефа и ГВГ эталонного образца.When constructing the optical circuit of the device, such a mutual arrangement of the optical elements of the circuit (OL3.1-OL3.4, P (14), α, β, γ, etc.) is ensured, which ensures the maximum intensity of the SHG of the microrelief and the SHG of the reference sample.
Ниже приводится пример осуществления изобретения, никоим образом не ограничивающий все возможные варианты его реализации.The following is an example embodiment of the invention, in no way limiting all possible options for its implementation.
Для получения эталонного сигнала часть поляризованного с применением ОП(14) излучения ЗЛ (1) с помощью СД (5) через ПЗ (6) направляют на ЭО (7), поверхность которого покрыта металлическими или полупроводниковыми частицами наноразмерного уровня, размер и материал которых идентичен частицам, используемым для покрытия микрорельефа.To obtain the reference signal, part of the radiation of the PL (1) polarized with the use of OP (14) using LEDs (5) is sent through a PZ (6) to EO (7), the surface of which is coated with metal or semiconductor particles of a nanoscale level, the size and material of which are identical particles used to cover the microrelief.
Перемещая ЛП (2) вдоль поверхности с микрорельефом, например, по принципу построчного сканирования, на основании обработки интерференционных картин на входах ФЭУ1 (8.1) и ФЭУ2 (8.2) вычисляют искомые высоты микрорельефа, привязанные к координатам, определяемым ЭМУ (16), и сохраняют их значения в ЭВУ (14). При наличии в структуре микрорельефа резких изменений высот, превышающих область однозначности измерений на частоте ГВГ, информация корректируется на основании измерений интерференционного контура на частоте зондирующего лазера, область однозначности которого вдвое превышает область однозначности на частоте ГВГ.Moving the PL (2) along the surface with a microrelief, for example, according to the principle of line scanning, based on the processing of interference patterns at the inputs of the PMT1 (8.1) and PMT2 (8.2), the sought microrelief heights are tied to the coordinates determined by the EMF (16) and stored their values in the EVU (14). In the presence of sharp changes in the structure of the microrelief of heights exceeding the region of unambiguity of measurements at the SHG frequency, the information is corrected based on measurements of the interference contour at the frequency of the probe laser, the uniqueness of which is twice the region of uniqueness at the SHG frequency.
По окончании сканирования микрорельефа поверхности на экран МЭВУ (15) в цифровой или графической форме могут быть выведены как вертикальные сечения, так и равновысотные контура микрорельефа, а при многократном сканировании - исследованы процессы изменения микрорельефа во времени.At the end of scanning the surface microrelief, both vertical sections and equal-height contours of the microrelief can be displayed in digital or graphic form on the MEWP screen (15), and with multiple scanning, the processes of changing the microrelief in time can be studied.
В качестве фоторегистрирующих устройств ФРУ1 (8.1) и ФРУ 2 (8.2) могут быть использованы фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) или приборы с зарядовой связью (ПЗС).As photo-recording devices FRU1 (8.1) and FRU 2 (8.2), a photoelectronic multiplier (PMT) or charge-coupled devices (CCD) can be used.
Частотную избирательность ФЭУ (8.2) на частоте ГВГ обеспечивает УОФ (4), в качестве которого может быть использован, например, дифракционный оптический фильтр.The frequency selectivity of the PMT (8.2) at the SHG frequency is provided by the VOF (4), for which, for example, a diffraction optical filter can be used.
Оптические линзы (3.1-3.5) и ОП (14) особенностей не имеют.Optical lenses (3.1-3.5) and OD (14) have no features.
Частицы наноразмерного уровня могут быть получены, например, путем механического измельчения вещества, из которого они создаются. Существующие технологии создания наноуровневых структур уже сегодня позволяют создавать частицы наноразмерного уровня заданного размера, а так же покрывать ими поверхность с контролируемым значением слоев и плотности частиц на единицу площади поверхности.Particles of the nanoscale level can be obtained, for example, by mechanical grinding of the substance from which they are created. Existing technologies for creating nanoscale structures already today allow you to create particles of a nanoscale level of a given size, as well as cover them with a surface with a controlled value of the layers and particle density per unit surface area.
Таким образом, предлагаемый способ измерения высоты микрорельефа поверхности может быть реализован с использованием современных технологий, в том числе нанотехнологий, и существующего электронного, оптического и электромеханического оборудования.Thus, the proposed method for measuring the height of the surface microrelief can be implemented using modern technologies, including nanotechnology, and existing electronic, optical and electromechanical equipment.
По отношению к оптическим методам исследования микрорельефа на основе одночастотного интерферометра предложенный способ обладает лучшей точностью за счет использования ГВГ, источником которой является искусственно созданная оптическая нелинейность поверхности исследуемого микрорельефа.In relation to the optical methods for studying the microrelief based on a single-frequency interferometer, the proposed method has better accuracy due to the use of SHG, the source of which is the artificially created optical nonlinearity of the surface of the investigated microrelief.
ИсточникиSources
1. Акципетров О.А. Нелинейная оптика поверхности металлов и полупроводников. Соросовский образовательный журнал, том 6, №12, 2000.1. Akcipetrov O.A. Nonlinear surface optics of metals and semiconductors. Soros Educational Journal, Volume 6, No. 12, 2000.
2. Акципетров О.А. Гигантские нелинейно-оптические явления на поверхности металлов. Соросовский образовательный журнал, том 7, №7, 2001.2. Akcipetrov O.A. Giant nonlinear optical phenomena on the surface of metals. Soros Educational Journal, Volume 7, No. 7, 2001.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007137507/28A RU2373494C2 (en) | 2007-10-11 | 2007-10-11 | Interferential method of measurement of surface microrelief altitude |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007137507/28A RU2373494C2 (en) | 2007-10-11 | 2007-10-11 | Interferential method of measurement of surface microrelief altitude |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007137507A RU2007137507A (en) | 2009-04-20 |
| RU2373494C2 true RU2373494C2 (en) | 2009-11-20 |
Family
ID=41017335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007137507/28A RU2373494C2 (en) | 2007-10-11 | 2007-10-11 | Interferential method of measurement of surface microrelief altitude |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2373494C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013109707A1 (en) * | 2012-01-17 | 2013-07-25 | Kla-Tencor Corporation | Apparatus and method of measuring roughness and other parameters of a structure |
| US9291554B2 (en) | 2013-02-05 | 2016-03-22 | Kla-Tencor Corporation | Method of electromagnetic modeling of finite structures and finite illumination for metrology and inspection |
| RU2718404C1 (en) * | 2019-09-27 | 2020-04-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Method of measuring microrelief of dissimilar surface |
-
2007
- 2007-10-11 RU RU2007137507/28A patent/RU2373494C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АКЦИПЕТРОВ О.А. Старая история в новом свете: вторая гармоника исследует поверхность, Природа, 2005, №7, с.9-17. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013109707A1 (en) * | 2012-01-17 | 2013-07-25 | Kla-Tencor Corporation | Apparatus and method of measuring roughness and other parameters of a structure |
| US8982358B2 (en) | 2012-01-17 | 2015-03-17 | Kla-Tencor Corporation | Apparatus and method of measuring roughness and other parameters of a structure |
| US9291554B2 (en) | 2013-02-05 | 2016-03-22 | Kla-Tencor Corporation | Method of electromagnetic modeling of finite structures and finite illumination for metrology and inspection |
| RU2718404C1 (en) * | 2019-09-27 | 2020-04-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Method of measuring microrelief of dissimilar surface |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007137507A (en) | 2009-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ahi | A method and system for enhancing the resolution of terahertz imaging | |
| Matsumoto et al. | Absolute measurement of baselines up to 403 m using heterodyne temporal coherence interferometer with optical frequency comb | |
| CN1784587B (en) | Profiling complex surface structures using scanning interferometry | |
| Klick et al. | Amplitude and phase of surface plasmon polaritons excited at a step edge | |
| Motschmann et al. | Ellipsometry in interface science | |
| RU2373494C2 (en) | Interferential method of measurement of surface microrelief altitude | |
| Fleurbaey et al. | Cross-damping effects in 1 S− 3 S spectroscopy of hydrogen and deuterium | |
| Masajada et al. | Vortex points localization problem in optical vortices interferometry | |
| US20110267617A1 (en) | Second-Order Nonlinear Susceptibility of a Nanoparticle Using Coherent Confocal Microscopy | |
| CN104655029B (en) | A kind of position phase reinforced membranes method for measuring thickness and system | |
| Shivaram et al. | Attosecond quantum-beat spectroscopy in helium | |
| CN103398666B (en) | A kind of dislocation of the interlayer for double-deck periodic micro structure method of testing | |
| Zakharov et al. | Interferometric diagnostics of ablation craters formed by femtosecond laser pulses | |
| Coupeau et al. | Evidence of plastic damage in thin films around buckling structures | |
| Abdelsalam et al. | Highly accurate film thickness measurement based on automatic fringe analysis | |
| RU2421688C2 (en) | Method of controlling surface roughness based on reflected gigantic second harmonic generation effect | |
| Paz et al. | Depth sensitive Fourier-Scatterometry for the characterization of sub-100 nm periodic structures | |
| Malinovski et al. | Coherent double-color interference microscope for traceable optical surface metrology | |
| Lozovski et al. | Near-field imaging of pyramid-like nanoparticles at a surface | |
| Sharples et al. | MICROSTRUCTURE IMAGING USING FREQUENCY SPECTRUM SPATIALLY RESOLVED ACOUSTIC SPECTROSCOPY (F‐SRAS) | |
| CN112229801A (en) | Device and method for measuring ytterbium radical birefringence effect under action of magnetic field | |
| Flörsheimer et al. | Second-harmonic imaging of the absolute polar molecular orientation at interfaces | |
| Akhmedzhanov et al. | Object characterization with a differential heterodyne microscope | |
| RU2491679C1 (en) | Method of measuring local electromagnetic fields on surface of heterostructures | |
| Ignatyev et al. | Nanoscale surface characterization using laser interference microscopy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111012 |