RU2776397C2 - Method for measurement of reflecting surface curvature and corresponding optical device - Google Patents

Method for measurement of reflecting surface curvature and corresponding optical device Download PDF

Info

Publication number
RU2776397C2
RU2776397C2 RU2019142477A RU2019142477A RU2776397C2 RU 2776397 C2 RU2776397 C2 RU 2776397C2 RU 2019142477 A RU2019142477 A RU 2019142477A RU 2019142477 A RU2019142477 A RU 2019142477A RU 2776397 C2 RU2776397 C2 RU 2776397C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lighting structure
camera
measurement
reflective surface
deformation
Prior art date
Application number
RU2019142477A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2019142477A (en
RU2019142477A3 (en
Inventor
Александр АРНУ
Жонатан КОЛЕН
Original Assignee
Сантр Насьональ Де Ля Решерш Сьянтифик
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR1754616A external-priority patent/FR3066816B1/en
Application filed by Сантр Насьональ Де Ля Решерш Сьянтифик filed Critical Сантр Насьональ Де Ля Решерш Сьянтифик
Publication of RU2019142477A publication Critical patent/RU2019142477A/en
Publication of RU2019142477A3 publication Critical patent/RU2019142477A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2776397C2 publication Critical patent/RU2776397C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: optics.
SUBSTANCE: invention relates to methods for the measurement of the deformation of a reflecting surface of an object. A method is claimed for the measurement of the deformation of at least one reflecting surface of an object by a measuring device containing at least a lighting structure containing luminous points, a camera and an image analysis device. Moreover, light coming from luminous points is reflected by the reflecting surface, the reflecting surface forms an imaginary image of the mentioned lighting structure, and the mentioned imaginary image created by the reflecting surface is located behind the reflecting surface. The lighting structure and the camera are positioned so that, in a state of measuring the deformation of the above-mentioned surface, the imaginary image of the lighting structure formed by reflecting the mentioned lighting structure on the reflecting surface is visible by a camera detector. The camera is located in a position, which is symmetrical relatively to the position of the lighting structure relatively to the normal to the reflecting surface, wherein the above-mentioned imaginary image displays the deformation of a surface area illuminated by the lighting structure, and the mentioned camera is made with the possibility of formation of a final image of the mentioned imaginary image of the lighting structure on the mentioned camera detector. In this case, the measurement method includes a stage of analysis of the mentioned final image, including following substages: i) determination of at least a distance between images of two luminous points of the mentioned lighting structure; ii) calculation of a ratio between this measured distance and at least one reference distance; iii) calculation, based on the mentioned ratio, of the expansion in a given direction; iv) calculation of the deformation of the reflecting surface in the above-mentioned given direction.
EFFECT: possibility of movement of an illuminated area of a reflecting surface, including large surfaces, without moving a receiver.
20 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к области оптических устройств измерения деформаций отражающих поверхностей. Эти измерительные устройства могут быть использованы, в частности, для измерения деформации полупроводниковых пластин, называемых также "вафлями". Устройство измерения в соответствии с изобретением позволяет контролировать пластину во время операций осаждения слоев материалов, необходимых для реализации электронных компонентов. Измерительное устройство позволяет также осуществлять контроль после осаждения материала на указанные пластины или отслеживать, или контролировать ex–situ, любого типа обработку материалов, сопровождающуюся деформацией пластины.The invention relates to the field of optical devices for measuring deformations of reflective surfaces. These measuring devices can be used, in particular, to measure the deformation of semiconductor wafers, also called "wafers". The measuring device according to the invention makes it possible to control the wafer during the operations of depositing layers of materials necessary for the realization of electronic components. The measuring device also makes it possible to control, after deposition of material on said plates, or to monitor or control ex-situ, any type of processing of materials accompanied by deformation of the plate.

Когда выполняются операции вакуумного осаждения слоев материалов на полупроводниковую пластину, например, посредством эпитаксии молекулярными пучками, то в осаждаемом слое развиваются напряжения, и возникают механические напряжения в пластине. Обычно, пластины имеют достаточно малые толщины, варьирующиеся типично между 100 микронами и 700 микронами. Под воздействием возникающих напряжений они могут в различной степени деформироваться. Контроль этих деформаций позволяет судить об их степени, природе и локализации напряжений, позволяя определять, правильно ли осуществляется осаждение и, позволяя сопоставить природу этих напряжений с атомарными механизмами.When vacuum deposition of material layers onto a semiconductor wafer is performed, for example, by molecular beam epitaxy, stresses develop in the deposited layer and mechanical stresses occur in the wafer. Typically, the plates have fairly thin thicknesses, typically varying between 100 microns and 700 microns. Under the influence of emerging stresses, they can be deformed to varying degrees. The control of these deformations allows one to judge their degree, nature and localization of stresses, allowing one to determine whether the deposition is carried out correctly and, allowing one to compare the nature of these stresses with atomic mechanisms.

Пластины обычно являются отражающими. Для измерения деформаций используется это свойство, и используемые измерительные устройства – это оптические устройства. Все эти устройства включают в себя источник света известной геометрии, и приемник. Источник света и приемник располагаются так, чтобы свет, испускаемый источником, попадал на приемник через отражающую поверхность. Приемник принимает, таким образом, изображение источника через поверхность пластины. Если пластина представляет собой идеальное плоское зеркало, то это изображение не деформируется, на уровне погрешности системы измерений. Если пластина деформируется под воздействием напряжения, изображение источника деформируется. Измерение этой деформации позволяет определить деформацию отражающей пластины.The plates are usually reflective. This property is used to measure strains and the measuring devices used are optical devices. All of these devices include a light source of known geometry, and a receiver. The light source and receiver are positioned so that the light emitted by the source hits the receiver through a reflective surface. The receiver thus receives the image of the source through the surface of the plate. If the plate is an ideal flat mirror, then this image is not deformed, at the level of the measurement system error. If the plate is deformed under stress, the source image is deformed. Measuring this strain allows the deflection of the reflective plate to be determined.

Обычно, источники имеют простую геометрическую форму или составлены из светящихся точек, расположенных в соответствии с известной геометрией. Светящиеся точки могут быть реализованы, например, пучком лазера, отражаемым множество раз внутри пластинки с плоскими и параллельными гранями. Множественность передаваемых параллельных пучков составляет осветительную структуру. Патент США 5 912 738, озаглавленный как "Измерение кривизны поверхности с использованием параллельных световых пучков", описывает такое измерительное устройство. Патент США 9 070 590, озаглавленный как "Способ и устройство предотвращения поломки детали", описывает другой тип устройства измерения, с применением, отличным от применения для измерения характеристик вафель, а именно устройство измерения термических напряжений.Usually, sources have a simple geometric shape or are composed of luminous points arranged in accordance with known geometry. Luminous dots can be realized, for example, by a laser beam reflected many times inside a plate with flat and parallel edges. The plurality of transmitted parallel beams constitutes the illumination structure. US Pat. No. 5,912,738 entitled "Measurement of Surface Curvature Using Parallel Light Beams" describes such a measuring device. US Pat. No. 9,070,590 entitled "Method and Apparatus for Preventing Part Breakage" describes another type of measurement device with an application other than that for measuring wafer characteristics, namely a thermal stress measurement device.

Одно из ограничений в этом типе устройства измерения заключается в том, что осаждение выполняется внутри некоторого корпуса под вакуумом, в который невозможно, разумеется, ввести оптические элементы. В этом случае, передача и прием света необходимо выполняются снаружи корпуса сквозь прозрачные иллюминаторы. Однако, пластина может иметь значительные размеры. Например, существуют вафли, диаметр которых равен 250 миллиметрам. Для контроля пластин такого размера желательно иметь возможность перемещения источника света и приемника для реализации различных измерений, но ясно, что при этом затруднительно сохранять точность и качество измерения, при том, что контроль должен осуществляться в реальном времени, так, чтобы можно было что–то предпринять, если операции осаждения идут не корректно. Кроме того, часто эти перемещения источника света затруднительны или невозможны из–за малого размера иллюминаторов.One of the limitations in this type of measurement device is that the deposition is carried out inside a certain housing under vacuum, into which it is of course impossible to introduce optical elements. In this case, the transmission and reception of light must be performed outside the housing through transparent windows. However, the plate can be of considerable size. For example, there are waffles with a diameter of 250 millimeters. To inspect wafers of this size, it is desirable to be able to move the light source and receiver to realize various measurements, but it is clear that it is difficult to maintain the accuracy and quality of the measurement, while the control must be carried out in real time, so that something can be to be taken if the precipitation operations are not proceeding correctly. In addition, often these movements of the light source are difficult or impossible due to the small size of the windows.

Способ измерения в соответствии с изобретением и соответственное измерительное устройство не имеют этих неудобств. Они основаны на том факте, что имеется возможность перемещения освещенной зоны отражающей поверхности, включая поверхности большого размера, не перемещая приемник. Более конкретно, первый объект изобретения – это способ измерения деформации, по меньшей мере, отражающей поверхности предмета измерительным устройством, вышеупомянутым измерительным устройством, содержащим по меньшей мере осветительную структуру, содержащую светящиеся точки, камеру и устройство анализа изображений, причем осветительная структура и камера устанавливаются так, чтобы в состоянии измерения деформации вышеупомянутой поверхности, мнимое или действительное изображение осветительной структуры было видимо детектором камеры сквозь поверхность, причем вышеупомянутое изображение отображает деформацию зоны, освещенной с поверхности посредством осветительной структуры,The measuring method according to the invention and the corresponding measuring device do not suffer from these disadvantages. They are based on the fact that it is possible to move the illuminated area of a reflecting surface, including large surfaces, without moving the receiver. More specifically, the first object of the invention is a method for measuring the deformation of at least a reflective surface of an object with a measuring device, the aforementioned measuring device, containing at least an illumination structure containing luminous dots, a camera and an image analysis device, the illumination structure and the camera being installed so so that in the deformation measurement state of the aforementioned surface, the virtual or real image of the lighting structure is visible to the camera detector through the surface, and the aforementioned image displays the deformation of the area illuminated from the surface by the lighting structure,

отличающийся тем, что способ осуществления измерения содержит следующие этапы:characterized in that the measurement method comprises the following steps:

Этап i: измерение по меньшей мере расстояния между изображениями двух светящихся точек;Step i: measuring at least the distance between images of two luminous dots;

Этап ii: вычисление отношения между этим измеренным расстоянием и по меньшей мере одним опорным расстоянием;Step ii: calculating the relationship between this measured distance and at least one reference distance;

Этап iii: вычисление, на основании упомянутого отношения, расширения в заданном направлении;Step iii: calculating, based on said ratio, an extension in a given direction;

Этап iv: вычисление деформации отражающей поверхности в вышеупомянутом заданном направленииStep iv: calculation of the deformation of the reflective surface in the above given direction

Преимущественно, способ включает в себя пятый этап, в котором этапы i–iv осуществляются для множества изображений светящихся точек, так, чтобы измерить расширение во множестве данных направлений и вычислить анизотропию деформации отражающей поверхности.Preferably, the method includes a fifth step in which steps i-iv are performed on a plurality of luminous dot images so as to measure expansion in a plurality of given directions and calculate the deformation anisotropy of the reflective surface.

Преимущественно, осветительная структура включает в себя совокупность отдельных светящихся точек, распределенных на матрице.Preferably, the lighting structure includes a plurality of individual luminous dots distributed on a matrix.

Преимущественно, осветительная структура включает в себя по меньшей мере светящийся круг или эллипс, причем измерение осуществляется на изображениях точек, принадлежащих этому светящемуся кругу или этому эллипсу.Preferably, the illumination structure includes at least a luminous circle or ellipse, the measurement being carried out on point images belonging to this luminous circle or ellipse.

Преимущественно, способ включает в себя этап осуществления, по меньшей мере, второго измерения, причем это второе измерение включает в себя излучение второй осветительной структуры, причем вышеупомянутые средства осуществления обоих измерений устанавливаются так, чтобы первая осветительная структура, относящаяся к первому измерению, освещала первую зону поверхности, отличную от второй зоны поверхности, освещаемую второй осветительной структурой, относящейся ко второму измерению, причем между двумя измерениями камера остается неподвижной.Preferably, the method includes the step of making at least a second measurement, this second measurement including the emission of a second lighting structure, the aforementioned means for taking both measurements being set such that the first lighting structure, related to the first measurement, illuminates the first zone. of a surface other than the second area of the surface illuminated by a second illumination structure related to the second dimension, the camera remaining stationary between the two dimensions.

Изобретение в качестве второго объекта имеет устройство измерения деформации, по меньшей мере, отражающей поверхности предмета, причем вышеупомянутое устройство измерения содержит по меньшей мере осветительную структуру, включающую в себя светящиеся точки, камеру, и устройство анализа изображений, причем осветительная структура и камера устанавливаются так, чтобы в состоянии измерения деформации вышеупомянутой поверхности, мнимое или действительное изображение осветительной структуры было видимо детектором камеры сквозь поверхность, при этом вышеупомянутое изображение отображает деформацию зоны, освещенной от поверхности осветительной структурой,The invention has, as a second object, a device for measuring the deformation of at least a reflective surface of an object, wherein the aforementioned measuring device comprises at least an illuminating structure including luminous dots, a camera, and an image analysis device, the illuminating structure and the camera being installed so that so that in the deformation measurement state of the aforementioned surface, the virtual or real image of the lighting structure is visible to the camera detector through the surface, while the aforementioned image displays the deformation of the area illuminated from the surface by the lighting structure,

отличающееся тем, что устройство анализа изображений содержит:characterized in that the image analysis device comprises:

– средства измерения по меньшей мере расстояния между изображениями двух светящихся точек;– means for measuring at least the distance between images of two luminous dots;

– первые средства вычисления отношения между этим измеренным расстоянием и, по меньшей мере, опорным расстоянием;– first means for calculating the relationship between this measured distance and at least the reference distance;

– вторые средства вычисления, на основании упомянутого отношения, расширения в заданном направлении;- second means for calculating, based on said ratio, an extension in a given direction;

– третьи средства вычисления деформации отражающей поверхности в вышеупомянутом заданном направлении.– third means for calculating the deformation of the reflective surface in the above given direction.

Преимущественно, устройство включает в себя средства осуществления по меньшей мере двух измерений, причем каждое измерение включает в себя излучение осветительной структуры, причем вышеупомянутые средства осуществления обоих измерений устанавливаются так, чтобы первая осветительная структура, относящаяся к первому измерению, освещала первую зону поверхности, отличную от второй зоны поверхности, освещаемой второй осветительной структурой, относящейся ко второму измерению, причем между двумя измерениями камера остается неподвижной.Preferably, the device includes means for making at least two measurements, each measurement including the emission of an illuminating structure, the aforementioned means for making both measurements being set such that the first illuminating structure relating to the first dimension illuminates a first surface area other than a second area of the surface illuminated by a second illumination structure related to the second dimension, wherein the camera remains stationary between the two dimensions.

Преимущественно, устройство измерения включает в себя средства перемещения, деформации или расширения осветительной структуры.Preferably, the measuring device includes means for moving, deforming or expanding the illumination structure.

Преимущественно, средства осуществления включают в себя средства перемещения предмета в плоскости, задаваемой между двумя измерениями, и средства измерения упомянутого перемещения.Preferably, the means of implementation include means for moving an object in a plane defined between two dimensions, and means for measuring said movement.

Преимущественно, средства перемещения предмета в вышеупомянутой плоскости – это средства перемещения вращением или параллельным переносом.Preferably, the means for moving the object in the aforementioned plane are means for moving by rotation or parallel translation.

Преимущественно, устройство измерения включает в себя экран визуализации и средства графического воспроизведения упомянутой осветительной структуры на вышеупомянутом экране для визуального вывода.Preferably, the measurement device includes a visualization screen and means for graphically reproducing said illumination pattern on said screen for visual output.

Преимущественно, осветительная структура представляет собой матрицу отдельных светящихся точек.Preferably, the lighting structure is a matrix of individual luminous dots.

Преимущественно, осветительная структура представляет собой светящийся круг или светящийся эллипс или набор светящихся кругов или светящихся эллипсов.Advantageously, the illumination structure is a luminous circle or a luminous ellipse or a set of luminous circles or luminous ellipses.

Преимущественно, устройство измерения включает в себя источник освещения, освещающий непрозрачный экран, включающий в себя отверстия, размещаемые так, чтобы образовывать осветительную структуру.Preferably, the measurement device includes an illumination source illuminating an opaque screen including apertures positioned to form an illumination pattern.

Преимущественно, устройство измерения включает в себя полупрозрачный плоскопараллельный оптический разделитель, установленный так, чтобы изображение структуры точек сформировалось на детекторе камеры после пропускания вышеупомянутым оптическим разделителем, отражения на поверхности и отражения на вышеупомянутом оптическом разделителе, или сформировалось на детекторе камеры после отражения на вышеупомянутом оптическом разделителе, отражения на поверхности и пропускания вышеупомянутым оптическим разделителем.Preferably, the measurement device includes a semi-transparent plane-parallel optical separator mounted so that a dot pattern image is formed on the camera detector after transmission by the above optical separator, reflection on the surface and reflection on the above optical separator, or formed on the camera detector after reflection on the above optical separator , reflections on the surface and transmission by the above optical separator.

Преимущественно, устройство измерения включает в себя средства осуществления множества измерений, выполняя полную картографию деформации вышеупомянутой поверхности.Preferably, the measurement device includes means for performing a plurality of measurements, performing a complete mapping of the deformation of the aforementioned surface.

Преимущественно, локальный радиус кривизны, выпуклой или вогнутой, деформаций варьируется от нескольких миллиметров до нескольких десятков километров.Preferably, the local radius of curvature, convex or concave, of the deformation varies from a few millimeters to several tens of kilometers.

Преимущественно, предмет представляет собой полупроводниковую пластину или "вафлю", при этом отражающая поверхность является одной из поверхностей вышеупомянутой пластины.Preferably, the object is a semiconductor wafer or "wafer" with the reflective surface being one of said wafer surfaces.

Изобретение относится также к использованию устройства измерения, такого как задано выше для измерения вогнутой отражающей поверхности, отличающегося тем, что осветительная структура и камера расположены так, чтобы изображение осветительной структуры, отраженное вогнутой отражающей поверхностью, было расположено вблизи линзы камеры.The invention also relates to the use of a measurement device such as defined above for measuring a concave reflective surface, characterized in that the illuminating structure and the camera are positioned so that the image of the illuminating structure reflected by the concave reflective surface is located near the camera lens.

Преимущественно, устройство используется для контроля обработки, сопровождающейся деформацией, отражающей поверхности предмета в рамке роста материала, отличающегося тем, что измерения осуществляются во время осаждения, по меньшей мере, слоя материала на вышеупомянутой отражающей поверхности.Preferably, the device is used to control the processing, accompanied by deformation, of the reflective surface of the object in the material growth frame, characterized in that the measurements are carried out during the deposition of at least a layer of material on the above-mentioned reflective surface.

Преимущественно, устройство используется для контроля полупроводниковых пластин, отличающегося тем, что измерения осуществляются непрерывно на по меньшей мере двух различных предметах.Advantageously, the device is used for testing semiconductor wafers, characterized in that the measurements are carried out continuously on at least two different objects.

Изобретение будет лучше понято и прочие преимущества будут видны из чтения нижеприведенного описания с не ограничивающим названием и благодаря сопровождающим чертежам, на которых:The invention will be better understood and other advantages will be apparent from reading the following non-limitingly titled description and the accompanying drawings, in which:

Фиг.1 изображает первый вариант осуществления устройства измерения в соответствии с изобретением, устройства, включающего в себя вращающуюся платформу;1 shows a first embodiment of a measuring device according to the invention, a device including a rotating platform;

Фиг.2 и 3 – иллюстрация принципа оптического измерения деформаций пластины;Fig.2 and 3 - illustration of the principle of optical measurement of deformations of the plate;

Фиг.4 – второй вариант осуществления устройства измерения в соответствии с изобретением, устройства, включающего в себя экран для визуального вывода как осветительная структура;Fig. 4 is a second embodiment of a measuring device according to the invention, a device including a visual output screen as an illumination structure;

Фиг.5 – вариация этого второго варианта осуществления устройства измерения в соответствии с изобретением;Fig. 5 is a variation of this second embodiment of the measurement device according to the invention;

Фиг.6 и 7 – третий вариант осуществления устройства измерения в соответствии с изобретением и вариация этого упомянутого варианта осуществления;6 and 7 show a third embodiment of a measurement device according to the invention and a variation of this mentioned embodiment;

Фиг.8 – четвертый вариант осуществления;Fig. 8 is the fourth embodiment;

Фиг.9 – вариант осуществления устройства в соответствии с изобретением, приспособленного к измерению вогнутых отражающих поверхностей;Fig. 9 is an embodiment of an apparatus according to the invention adapted to measure concave reflective surfaces;

Фиг.10 – вариации расширения в зависимости от радиуса кривизны отражающей поверхности;Fig.10 - variations of the expansion depending on the radius of curvature of the reflecting surface;

Фиг.11 и 12 – осветительная структура, включающая в себя концентрические круги, и ее изображение изогнутой отражающей поверхностью.Fig.11 and 12 - lighting structure, including concentric circles, and its image of a curved reflective surface.

Как было сказано, устройство измерения может быть использовано для измерения деформаций отражающей поверхности предмета. Оно особенно годится для измерения деформации полупроводниковых пластин. Нижеприведенные примеры – все из этой технической области, но они не должны рассматриваться как ограничительные.As said, the measuring device can be used to measure the deformations of the reflective surface of an object. It is particularly suitable for measuring the deformation of semiconductor wafers. The following examples are all from this technical area, but should not be construed as limiting.

В качестве первого не ограничительного примера, на Фиг.1 показан первый вариант осуществления в соответствии с изобретением устройства измерения деформаций пластины 10. На этих и на последующих чертежах, пластина отмечена жирной линией дуги окружности, так, чтобы показать деформации. Также, тонкими пунктирными линиями представлена траектория световых лучей, исходящих из отдельной точки осветительной структуры, и жирным пунктиром – поле, покрываемое объективом камеры.As a first non-limiting example, FIG. 1 shows a first embodiment according to the invention of a plate strain measurement device 10. In these and subsequent drawings, the plate is marked with a thick circular arc line so as to show strains. Also, the thin dotted lines represent the trajectory of light rays emanating from a particular point of the lighting structure, and the bold dotted line represents the field covered by the camera lens.

Обычно, пластины имеют толщину, составляющую значение между 100 микрон и 700 микрон. Их диаметр обычно составляет значение между 25 миллиметров и 250 миллиметров. Устройством измерения можно измерить, приспосабливая его конфигурацию, деформации, локальный радиус кривизны которых, вогнутой или выпуклой, варьируется от нескольких миллиметров и до нескольких десятков километров. Подложки могут быть, например, из арсенида галлия.Typically, the plates have a thickness between 100 microns and 700 microns. Their diameter is usually between 25 millimeters and 250 millimeters. With a measurement device, it is possible to measure, by adapting its configuration, deformations whose local radius of curvature, concave or convex, varies from a few millimeters to several tens of kilometers. The substrates can be, for example, gallium arsenide.

Устройство измерения содержит средства 20, позволяющие создавать осветительную структуру 21 известной формы. Можно реализовать эту структуру на основе отдельных компонентов, таких как источники света, освещающие прозрачные символы, просверленные в непрозрачном экране. Можно использовать также экраны для визуального вывода, на которые наносится осветительная структура. В этом случае, становится легко модифицировать осветительную структуру или ее продублировать, или перемещать ее на экране для визуального вывода, или также изменять ее светимость или ее цвет.The measurement device contains means 20 for creating an illuminating structure 21 of a known shape. It is possible to implement this structure based on individual components, such as lights that illuminate transparent characters drilled into an opaque screen. You can also use screens for visual output, which is applied to the lighting structure. In this case, it becomes easy to modify the lighting structure or duplicate it, or move it on the screen for visual output, or also change its luminosity or its color.

Может оказаться полезным, для ограничения паразитного света, использовать монохроматическое излучение или спектрально ограниченное излучение. В этом случае, фоточувствительный приемник снабжен спектральным фильтром, который пропускает только испускаемое излучение.It may be useful to use monochromatic light or spectrally limited light to limit stray light. In this case, the photosensitive receiver is provided with a spectral filter that only transmits the emitted radiation.

Геометрическая осветительная структура обычно составлена из светящихся точек, которые могут быть структурированы в виде матрицы. В качестве примера, на Фиг.3 представлена решетка этого типа, включающая в себя 9 светящихся точек 22, расположенных в матрице, включающей в себя 3 столбца и 3 строки. На этом чертеже на Фиг.3 светящиеся точки представлены кружками. Использование светящихся точек облегчает обработку сигнала, как это будет видно. Для получения большей точности можно использовать матрицы, включающие в себя больше точек. Увеличение числа светящихся точек увеличивает точность измерений, но увеличивает и время обработки изображений. Таким образом, для некоторых применений полезно работать в реальном времени с ограниченным числом светящихся точек.The geometric lighting structure is usually composed of luminous dots, which can be structured in a matrix. As an example, FIG. 3 shows this type of array including 9 luminous dots 22 arranged in a matrix including 3 columns and 3 rows. In this drawing in Figure 3, the luminous dots are represented by circles. The use of glowing dots facilitates signal processing, as will be seen. To obtain greater accuracy, matrices that include more points can be used. Increasing the number of luminous dots increases the measurement accuracy, but also increases the image processing time. Thus, for some applications it is useful to work in real time with a limited number of luminous points.

В качестве примера, диаметр светящихся точек составляет приблизительно 500 микрон и расстояние между двумя точками составляет порядка нескольких миллиметров.As an example, the diameter of the luminous dots is approximately 500 microns and the distance between two dots is on the order of a few millimeters.

Когда устройство измерения используется с вакуумной камерой, осветительная структура находится вне камеры. Расстояние, отделяющее осветительную структуру от пластины, составляет порядка нескольких десятков сантиметров. Устройство измерения может функционировать с различными углами наклона θ между прямой, соединяющей центр осветительной структуры и центр освещенной зоны, и нормалью к поверхности пластины. Вместе с тем, если желательно заставить функционировать устройство измерения при нормальном или почти нормальном падении луча света, необходимо его приспособить, как это будет видно из нижеследующего описания, так, чтобы отделить канал излучения от канала приема.When the measuring device is used with a vacuum chamber, the lighting structure is outside the chamber. The distance separating the illuminating structure from the plate is on the order of several tens of centimeters. The measurement device can operate with different tilt angles θ between the straight line connecting the center of the illumination structure and the center of the illuminated area and the normal to the surface of the plate. However, if it is desired to make the measuring device function under normal or nearly normal incidence of a beam of light, it must be adapted, as will be seen from the following description, so as to separate the emission channel from the reception channel.

Одно из преимуществ устройства в соответствии с изобретением заключается в том, что оно может функционировать при любом угле падения. Важно отметить, что чувствительность устройства увеличивается с углом наклона θ. Она варьируется, в первом приближении, как обратный косинус угла падения в случае слабой кривизны и, таким образом, максимальна при скользящем падении. Таким образом, преимущественно использовать большие углы наклона. Единственное ограничение заключается в том, чтобы с увеличением угла падения проекция осветительной структуры на отражающей поверхности покрывала все же значительную часть отражающей поверхности. Типично, для извлечения пользы из этого, угол падения может находиться в угловом диапазоне, заключенном между 60 градусами и 89 градусами.One of the advantages of the device according to the invention is that it can operate at any angle of incidence. It is important to note that the sensitivity of the device increases with the tilt angle θ. It varies, to a first approximation, as the inverse cosine of the angle of incidence in the case of weak curvature, and thus is maximum at grazing incidence. Thus, it is preferable to use large tilt angles. The only limitation is that as the angle of incidence increases, the projection of the illuminating structure on the reflective surface still covers a significant part of the reflective surface. Typically, to take advantage of this, the angle of incidence may be in an angular range between 60 degrees and 89 degrees.

Пластина образовывает, посредством отражения, изображение 23 осветительной структуры 21, представленное пунктиром на Фиг.1 и на последующих чертежах.The plate forms, by reflection, an image 23 of the illumination structure 21, represented by the dotted lines in FIG. 1 and the following drawings.

Устройство измерения включает в себя также фоточувствительный приемник 30. Речь идет о камере. Она включает в себя объектив 31, фокусное расстояние которого составляет несколько сантиметров, и матрицу фотоприемников, не изображенную на различных чертежах. Можно использовать, например, объектив, фокусное расстояние которого составляет 50 миллиметров или 100 миллиметров. Апертура этого объектива классически задает глубину резкости. Нет необходимости в том, чтобы у матрицы фотоприемников было высокое разрешение. Как видно из Фиг.1, оптическая ось камеры располагается так, чтобы окончательное изображение 24 изображения 23 осветительной структуры, отраженное пластиной, оказалось по существу в центре поля камеры. Таким образом, камера занимает симметричное положение для положения осветительной структуры относительно нормали к поверхности пластины. Поле видимости камеры, снабженной объективом, должно позволить увидеть целиком изображение структуры. Как было сказано, оптика камеры может включать в себя спектральное фильтрование, приспособленное к спектральной полосе излучения осветительной структуры, так, чтобы минимизировать паразитный свет.The measurement device also includes a photosensitive receiver 30. This is a camera. It includes a lens 31 with a focal length of several centimeters and a photodetector array not shown in the various drawings. You can use, for example, a lens with a focal length of 50 mm or 100 mm. The aperture of this lens classically sets the depth of field. There is no need for the photodetector array to have a high resolution. As can be seen from FIG. 1, the optical axis of the camera is positioned so that the final image 24 of the image 23 of the illumination structure reflected by the plate is substantially in the center of the camera field. The camera thus assumes a symmetrical position for the position of the lighting structure with respect to the normal to the surface of the plate. The field of view of the camera, equipped with a lens, should allow you to see the entire image of the structure. As said, the camera optics may include spectral filtering adapted to the spectral emission band of the illumination structure so as to minimize stray light.

Для осветительной структуры 21, такой как изображена на Фиг.2, и включающей в себя девять светящихся точек 22, получаем в результате, после отражения на пластине и фокусировки объективом 31, изображение 24, представленное на Фиг.3. Оно содержит девять светящихся точек, представленных кружками 26.For an illumination structure 21 such as that shown in FIG. 2 and including nine luminous dots 22, the result, after being reflected on the plate and focused by the lens 31, is the image 24 shown in FIG. It contains nine luminous points represented by 26 circles.

Если бы пластина была идеально плоской, это изображение 24 было бы составлено из кружков 25, изображенных тонкими линиями. Оно было бы идеальным изображением осветительной структуры.If the plate were perfectly flat, this image 24 would be made up of circles 25 depicted in thin lines. It would be an ideal representation of the lighting structure.

Если пластина деформирована, это изображение деформируется, и оно составляется из кружков 26, изображенных жирными линиями. Оказывается возможным, анализируя изображение средствами 40 анализа изображений, узнать с большой точностью, большей по отношению к матрице фото–детектирования, положения центров каждого изображения 26 каждой светящейся точки 22.If the plate is deformed, this image is deformed, and it is made up of circles 26 shown in thick lines. It turns out to be possible, by analyzing the image by means of image analysis 40, to find out with great accuracy, greater in relation to the photo-detection matrix, the positions of the centers of each image 26 of each luminous point 22.

Можно использовать с этой целью методы, называемые "масштабированием", или изменением разрешения, которые позволяют искусственно увеличить разрешение изображения. Обычно, увеличение масштабирования – это восемь раз для такого случая применения.Techniques called "scaling" or rescaling can be used for this purpose to artificially increase the resolution of an image. Typically, the zoom increase is eight times for this application.

Следовательно, оказывается возможным узнать в двумерной системе координат (X, Y), как это видно на Фиг.3, очень точно расстояния x1 по X и y1 по Y между светящимися точками 26 в момент времени t1 и сравнить их с расстояниями x0 и y0, полученными между светящимися точками 25 в момент времени t0 на опорной поверхности. Отношения между средними значениями этих расстояний дают возможность судить о расширениях в определенных направлениях. Принципы геометрической оптики позволяют сделать выводы о деформациях на основании измерения этих расширений. Используя те же оптические принципы, исследование расширений в некоторых направлениях позволяет сделать выводы об анизотропии деформации. Учитывая свойство инвариантности яркости относительно угла падения, можно применить эти принципы, каким бы ни был угол между осветительной структурой и нормалью к поверхности пластины.Therefore, it is possible to know in a two-dimensional coordinate system (X, Y), as seen in Fig.3, very accurately the distances x 1 in X and y 1 in Y between the luminous points 26 at time t 1 and compare them with the distances x 0 and y 0 obtained between the luminous dots 25 at time t 0 on the reference surface. The relationship between the average values of these distances makes it possible to judge expansions in certain directions. The principles of geometric optics make it possible to draw conclusions about deformations based on the measurement of these expansions. Using the same optical principles, the study of expansions in some directions allows one to draw conclusions about the anisotropy of the deformation. Given the property of invariance of brightness with respect to the angle of incidence, these principles can be applied, whatever the angle between the illumination structure and the normal to the surface of the plate.

Обработки изображения требуют средств машинного вычисления, как на уровне вычислительных ресурсов, так и на уровне средств хранения информации, абсолютно совместимых с параметрами настольных компьютеров, и могут быть осуществлены в реальном времени, то есть во временном интервале, отделяющем два измерения, составляющем несколько сотых долей секунды.Image processing requires machine computing tools, both at the level of computing resources and at the level of information storage media that are absolutely compatible with the parameters of desktop computers, and can be carried out in real time, that is, in the time interval separating two dimensions, which is several hundredths seconds.

Измеренные деформации представляют собой деформации освещенной осветительной структурой зоны 11 пластины. Если пластина имеет значительные размеры, эта зона покрывает только частично пластину 10. Также, устройство измерения в соответствии с изобретением включает в себя средства осуществления, по меньшей мере, двух измерений, причем каждое измерение включает в себя излучение осветительной структуры, причем вышеупомянутые средства осуществления обоих измерений устанавливаются так, чтобы первая осветительная структура, относящаяся к первому измерению, освещала первую зону пластины, отличную от второй зоны пластины, освещаемой второй осветительной структурой, относящейся ко второму измерению, причем между двумя измерениями камера остается неподвижной. Альтернатива – это картография кривизны с использованием сетки пятен, покрывающей весь экран и изображение которой покрывает всю исследуемую поверхность.The measured deformations are the deformations of the area 11 of the plate illuminated by the illumination structure. If the plate is of considerable size, this zone only partially covers the plate 10. Also, the measurement device according to the invention includes means for making at least two measurements, each measurement including radiation from the illumination structure, the aforementioned means for making both measurements are set so that the first lighting structure, related to the first dimension, illuminates the first zone of the plate, different from the second zone of the plate, illuminated by the second lighting structure, related to the second dimension, and between the two measurements, the camera remains stationary. An alternative is curvature mapping using a patch grid that covers the entire screen and whose image covers the entire surface of interest.

В данном случае, устройство измерения включает в себя поворотную платформу 50, расположенную под пластиной 10. Ось вращения этой платформы параллельна нормали к поверхности пластины. Интерес к такому размещению обусловлен тем, что из соображений однородности наносимых слоев большая часть вакуумных камер обязательно включает в себя этот тип вращающейся платформы. Таким образом, для осуществления полной картографии пластины, достаточно зарегистрировать серию измерений, соответствующих различным углам поворота пластины. Если деформация пластины однородна и изотропна, устройство измерения позволяет измерять деформацию непрерывно, с чувствительностью, идентичной той, что получена с неподвижной пластиной, и это несмотря на приведение во вращение.In this case, the measuring device includes a turntable 50 located under the plate 10. The axis of rotation of this turntable is parallel to the normal to the surface of the plate. Interest in such an arrangement is due to the fact that, for reasons of uniformity of the applied layers, most of the vacuum chambers necessarily include this type of rotating platform. Thus, to carry out a complete cartography of the plate, it is sufficient to register a series of measurements corresponding to different angles of rotation of the plate. If the deformation of the plate is uniform and isotropic, the measurement device allows to measure the deformation continuously, with a sensitivity identical to that obtained with a fixed plate, and this despite being driven into rotation.

В типичных условиях осаждения тонких атомарных пленок на пластину, для сохранения чувствительности в масштабе монослоя при условии измерения для оптимизации отношения сигнала к шуму, камера должна иметь частоту выборки минимум 10 Гц.Under typical conditions for deposition of thin atomic films on a wafer, in order to maintain sensitivity at the scale of the monolayer under the condition of measurement to optimize the signal to noise ratio, the camera should have a sampling rate of at least 10 Hz.

Необходимо точно знать положение пластины в момент измерения. Возможны различные методики для определения этого положения. Одна из возможных методик состоит в том, чтобы осуществить эталонирование пластины до осаждения. Это эталонирование дает возможность зарегистрировать все дефекты системы. Таким образом, во время измерений, измеренные отклонения соответствуют только деформациям, возникающим на пластине вследствие осаждения.It is necessary to know exactly the position of the plate at the time of measurement. Various techniques are possible to determine this position. One possible technique is to calibrate the wafer prior to deposition. This standardization makes it possible to register all system defects. Thus, during measurements, the measured deviations correspond only to the deformations that occur on the plate due to deposition.

В качестве примера, если платформа поворачивается со скоростью 12 оборотов/мин и если камера осуществляет измерения со скоростью 30 регистраций в секунду, то, таким образом, осуществляется серия регистраций, соответствующая зонам, разделенным на 2,4 градуса. Поскольку эти зоны близки по углу, то вполне возможно интерполяцией между двумя последовательными углами зафиксировать кривизну для полного угла поворота вращающейся платформы. Любое измерение, осуществленное впоследствии, благодаря информации об угле, при котором оно осуществлено, может быть сравнено с опорным значением для того же угла, полученном из интерполяции.As an example, if the platform rotates at 12 rpm and if the camera takes measurements at a rate of 30 registrations per second, then a series of registrations is thus made corresponding to zones divided by 2.4 degrees. Since these zones are close in angle, it is quite possible, by interpolation between two successive angles, to fix the curvature for the full angle of rotation of the rotating platform. Any measurement made subsequently, thanks to the knowledge of the angle at which it was made, can be compared with a reference value for the same angle obtained from interpolation.

Вращательное движение пластины вполне соответствует характеристике "in–situ", то есть в реальное время нанесения слоев на пластину.The rotational movement of the plate is quite consistent with the "in-situ" characteristic, that is, in real time, the deposition of layers on the plate.

Можно также осуществить движения параллельного переноса пластины в ее плоскости, так, чтобы полностью охарактеризовать пластину. Кроме того, достаточно хорошо знать линейные перемещения пластины, либо прямым измерением перемещения, либо из заданных характеристик. Измерение линейными перемещениями хорошо приспособлено к характеристике либо девственных пластин, так, чтобы определять их плоскостность до осаждения, либо уже приготовленных пластин, так, чтобы контролировать состояние их поверхности после осаждения. Одно из главных преимуществ этой техники заключается в том, что измерения могут быть осуществлены вне вакуумных камер, "ex–situ", в среде с намного меньшими ограничениями, по сравнению с вакуумной камерой.It is also possible to carry out parallel translation movements of the plate in its plane, so as to completely characterize the plate. In addition, it is quite good to know the linear displacements of the plate, either by direct measurement of the displacement or from given characteristics. Linear motion measurement is well suited to characterizing either virgin wafers, so as to determine their flatness prior to deposition, or already prepared wafers, so as to monitor their surface condition after deposition. One of the main advantages of this technique is that measurements can be made outside of vacuum chambers, "ex-situ", in an environment with much less restrictions than in a vacuum chamber.

Одна из причин осуществления непрерывных измерений заключается в том, что, даже если изображение структуры сильно деформировано в случае значительных деформаций пластины, то всегда возможно следовать за эволюцией этой деформации, так, чтобы не было неоднозначности в измеряемых точках.One of the reasons for performing continuous measurements is that even if the structure image is highly deformed in the case of significant plate deformations, it is always possible to follow the evolution of this deformation, so that there is no ambiguity at the measured points.

В качестве второго не ограничительного примера, на Фиг.4 представлен второй вариант осуществления устройства измерения деформаций пластины 10 в соответствии с изобретением. На Фиг.4 используются те же самые обозначения, что и на Фиг.1. Использованная камера – того же вида. В этом втором варианте пластина 10 остается неподвижной. Для получения перемещения измерительных зон, перемещается осветительная структура. Существуют различные методы для осуществления этого перемещения структуры. Наиболее простой и наиболее воспроизводимый метод состоит в перемещении структуры на экране визуального вывода. Это перемещение символизируется угловыми скобками, показанными для двух различных направлений на Фиг.4. Таким образом, в этой конфигурации, никакая механическая деталь не является подвижной. Кроме того, легко не только переместить осветительную структуру, но возможно также ее продублировать, или ее увеличить, или ее модифицировать. Также вполне легко зафиксировать положения светящихся точек на экране визуального вывода, составляющих осветительную структуру. Освещенность и разрешение имеющихся экранов для визуального вывода достаточны для осуществления светящихся структур, причем и малого размера. В качестве примера, яркость пятен составляет значения между 200 и 500 кд/м2 и среднее разрешение экрана составляет значения между 100 и 500 DPI или "Dots Per Inch" (точек на дюйм).As a second non-limiting example, FIG. 4 shows a second embodiment of a plate strain measurement device 10 according to the invention. Figure 4 uses the same designations as in Figure 1. The used camera is of the same kind. In this second embodiment, the plate 10 remains stationary. To obtain the movement of the measuring zones, the lighting structure is moved. There are various methods for accomplishing this relocation of the structure. The simplest and most reproducible method is to move the structure on the display screen. This movement is symbolized by angle brackets shown for two different directions in Fig.4. Thus, in this configuration, no mechanical part is movable. Moreover, not only is it easy to move the lighting structure, but it is also possible to duplicate it, or enlarge it, or modify it. It is also quite easy to fix the positions of the luminous dots on the visual output screen that make up the illumination structure. The illumination and resolution of the available screens for visual output are sufficient for the implementation of luminous structures, and even small ones. As an example, the brightness of the spots is between 200 and 500 cd/m 2 and the average screen resolution is between 100 and 500 DPI or "Dots Per Inch" (dots per inch).

Опять–таки, осуществляя серию измерений, определяется полная картография деформаций пластины.Again, by making a series of measurements, a complete cartography of plate deformations is determined.

В варианте, представленном на Фиг.5, оказывается возможным измерять несколько пластин 10a, 10b и 10c в той же серии измерений, например, для осуществления контроля воспроизводимости операций осаждения. Этот тип контроля нормально осуществляется ex–situ в более благоприятных окружающих условиях.In the embodiment shown in FIG. 5, it is possible to measure several plates 10a, 10b and 10c in the same series of measurements, for example to control the reproducibility of the deposition operations. This type of control is normally carried out ex-situ in more favorable environmental conditions.

Как можно видеть на Фиг.1, 4 и 5, если угол θ падения пучков излучения сохраняет некоторое значение, например, выше нескольких градусов, часть, генерирующая осветительную структуру, естественно отделена от приемной камеры. Иначе обстоит дело, если этот угол θ падения мал или он нулевой, то есть, когда измерения осуществляются при нормальном или почти нормальном падении на пластину.As can be seen in FIGS. 1, 4 and 5, if the incidence angle θ of the radiation beams remains at a certain value, for example, above a few degrees, the portion generating the illumination structure is naturally separated from the receiving chamber. The situation is different if this angle of incidence θ is small or zero, that is, when measurements are made at normal or almost normal incidence on the plate.

Для решения этой проблемы, устройство измерения включает в себя плоский полупрозрачный оптический разделитель, как показано на Фиг.6 и 7. Этот разделитель 60 устанавливается так, чтобы на детекторе камеры, после пропускания оптическим разделителем, отражения на пластине и отражения на вышеупомянутом оптическом разделителе, образовалось изображение структуры точек. Можно также поменять местами осветительную структуру и камеру. В этом случае, изображение структуры точек образовывается на детекторе камеры после отражения на вышеупомянутом оптическом разделителе, отражения на пластине и пропускания вышеупомянутым оптическим разделителем.To solve this problem, the measurement device includes a flat translucent optical separator, as shown in Fig.6 and 7. This separator 60 is installed so that on the camera detector, after passing through the optical separator, reflection on the plate and reflection on the above optical separator, an image of the structure of dots was formed. You can also swap the lighting structure and camera. In this case, an image of the dot pattern is formed on the camera detector after being reflected on the above-mentioned optical separator, reflected on the plate, and transmitted by the above-mentioned optical separator.

Разумеется, можно с этим монтажом получать перемещения измерительной зоны, либо перемещениями осветительной структуры на экране для визуального вывода, как это видно из Фиг.7, либо перемещениями или вращениями пластины.It is, of course, possible with this montage to obtain displacements of the measuring zone, either by displacements of the lighting structure on the screen for visual output, as can be seen from Fig. 7, or by displacements or rotations of the plate.

Также возможно, как указано на Фиг.8, осуществлять одновременно контроль нескольких пластин, используя такое устройство освещения, осветительная структура которого имеет большие размеры и включает в себя большое число точек освещения, и получать картографию мгновенной деформации.It is also possible, as shown in FIG. 8, to simultaneously monitor multiple plates using such an illumination device whose illumination structure is large and includes a large number of illumination points, and obtain instantaneous deformation mapping.

Было показано, что в случае плоских или слабо изогнутых поверхностей, оказывается возможным увеличить чувствительность устройства, увеличивая угол падения, причем чувствительность увеличивается при скользящем падении. Существует второе средство увеличения чувствительности устройства, а именно, когда отражающая поверхность изогнутая. Устройство измерения в соответствии с изобретением позволяет измерить кривизну отражающей поверхности, наблюдая деформацию изображения предмета сквозь эту поверхность. С этой целью, измеряется расширение между изображением осветительной структуры и самой осветительной структурой. Для деформации данной отражающей поверхности, чем больше вариация расширения, тем более чувствительно устройство измерения. Интересно таким образом отыскать конфигурации, позволяющие получить наилучшую чувствительность к расширению. Эти конфигурации получаются, когда изображение структуры располагается вблизи оптики камеры. Это условие может быть реализовано только для вогнутых отражающих поверхностей. В этом случае, если обозначить как d расстояние от структуры до центра отражающей поверхности, d' – расстояние от линзы камеры до того же центра, R – радиус кривизны поверхности, то чтобы чувствительность к расширению была максимальной, необходимо, чтобы расстояния d и d' удовлетворяли уравнению:It has been shown that in the case of flat or slightly curved surfaces, it is possible to increase the sensitivity of the device by increasing the angle of incidence, the sensitivity being increased by grazing incidence. There is a second means of increasing the sensitivity of the device, namely when the reflective surface is curved. The measurement device according to the invention makes it possible to measure the curvature of a reflective surface by observing the deformation of an image of an object through this surface. To this end, the expansion between the image of the lighting structure and the lighting structure itself is measured. For the deformation of a given reflective surface, the greater the expansion variation, the more sensitive the measurement device. It is interesting in this way to find configurations that allow one to obtain the best expansion sensitivity. These configurations are obtained when the image of the structure is located close to the camera optics. This condition can only be realized for concave reflective surfaces. In this case, if we denote as d the distance from the structure to the center of the reflecting surface, d' is the distance from the camera lens to the same center, R is the surface curvature radius, then in order for the expansion sensitivity to be maximum, it is necessary that the distances d and d' satisfied the equation:

d.d'/(d+d')=R/2d.d'/(d+d')=R/2

Простая конфигурация, которая позволяет получить эту большую чувствительность к расширению, состоит в том, чтобы расположить осветительную структуру в центре кривизны отражающей поверхности. Это расположение изображено на Фиг.9. На этом чертеже использованы те же обозначения, что и для предыдущих чертежей. В этом случае, расстояние d равно радиусу R отражающей поверхности 10 и расстояние d' также равно тому же радиусу R для разделения световых лучей, выпущенных структурой, от лучей, отраженных отражающей поверхностью 10, используется полупрозрачная пластинка 60, как и в предыдущих устройствах на Фиг.6, 7 и 8.A simple configuration that allows for this greater expansion sensitivity is to position the illumination structure at the center of the curvature of the reflective surface. This arrangement is shown in Fig.9. This drawing uses the same designations as the previous drawings. In this case, the distance d is equal to the radius R of the reflective surface 10 and the distance d' is also equal to the same radius R to separate the light rays emitted by the structure from the rays reflected by the reflective surface 10, a translucent plate 60 is used, as in the previous devices in Fig. .6, 7 and 8.

Кривая на Фиг.10 представляет вариации расширения γ в зависимости от кривизны k поверхности для расстояний d и d', равных одному метру. На Фиг.10, кривизна k варьируется между –5 и +5 и расширение – между –4 и +4. Когда кривизна k поверхности равна одному метру, то есть, когда ее радиус кривизны равен одному метру, предыдущее уравнение удовлетворяется и расширение γ расходится, как это видно на Фиг.10. Получаем тогда максимальную чувствительность. Любое изменение радиуса кривизны вблизи этого значения влечет за собой очень значительную вариацию расширения.The curve in FIG. 10 represents variations in the expansion γ as a function of surface curvature k for distances d and d' of one meter. In Fig. 10, the curvature k varies between -5 and +5 and the expansion between -4 and +4. When the curvature k of the surface is one meter, that is, when its radius of curvature is one meter, the previous equation is satisfied and the extension γ diverges, as seen in FIG. We get then the maximum sensitivity. Any change in the radius of curvature around this value entails a very significant variation in expansion.

Это последнее положение может действовать только с вогнутой отражающей поверхностью. В случае полупроводниковых пластин, оказывается возможным использовать плоскую пластину, которую подвергают предварительному напряжению, так, чтобы получить желаемую кривизну. Можно легко получить это напряжение, осуществляя, например, осаждение на задней грани, что изогнет пластину. Осаждение на передней грани, вводя малое изменение радиуса кривизны, влечет за собой значительное изменение расширения, видимое камерой.This last position can only operate with a concave reflective surface. In the case of semiconductor wafers, it is possible to use a flat wafer which is subjected to prestressing so as to obtain the desired curvature. One can easily obtain this stress by, for example, depositing on the back face, which will bend the plate. Precipitation on the front face, introducing a small change in the radius of curvature, entails a significant change in the expansion seen by the camera.

В целом, чем больше освещаемый предмет и камера удалены от отражающей поверхности, тем лучше чувствительность устройства измерения.In general, the further the illuminated object and the camera are from the reflective surface, the better the sensitivity of the measurement device.

Кривизна отражающей поверхности не обязательно будет той же самой по всем направлениям. Это возникает именно тогда, когда на полупроводниковую пластину осаждается кристаллическая пленка. Например, во время роста анизотропного кристаллического материала, наблюдается анизотропия деформации с большей изогнутостью по одному направлению, чем по другому. Когда светящаяся структура составлена из различных светящихся точек, таких как изображены на Фиг.2–8, информация об анизотропии получается одновременно в двух ортогональных направлениях для каждого анализируемого изображения. Вместе с тем, единственное изображение недостаточно для определения направления анизотропии. Необходимо осуществлять полный поворот пластины вокруг ее оси для определения осей анизотропии.The curvature of a reflective surface will not necessarily be the same in all directions. This occurs precisely when a crystalline film is deposited on a semiconductor wafer. For example, during the growth of an anisotropic crystalline material, strain anisotropy is observed with more curvature in one direction than in the other. When the luminous structure is composed of different luminous dots, such as those depicted in Figures 2-8, anisotropy information is obtained simultaneously in two orthogonal directions for each analyzed image. However, a single image is not enough to determine the direction of anisotropy. It is necessary to perform a complete rotation of the plate around its axis to determine the anisotropy axes.

Для получения информации об анизотропии, необходимо использовать светящуюся структуру, более подходящую, чем матрица светящихся точек. Таким образом, если используется в качестве структуры светящийся круг или светящийся эллипс, или набор концентрических кругов или набор концентрических эллипсов, то можно посредством единственного изображения определить всю информацию относительно деформации пластины. На Фиг.11 представлена осветительная структура 21 этого типа, составленная из девяти светящихся концентрических кругов, и на Фиг.12 представлено изображение этих концентрических кругов после отражения на отражающей пластине. Эллиптическая деформация этих кругов, так же, как и наклон осей эллипсов, характерны для анизотропии отражающей пластины.To obtain information about the anisotropy, it is necessary to use a luminous structure that is more suitable than a matrix of luminous dots. Thus, if a luminous circle or a luminous ellipse or a set of concentric circles or a set of concentric ellipses is used as a structure, then all the information regarding the deformation of the plate can be determined by means of a single image. Fig. 11 shows an illumination structure 21 of this type composed of nine luminous concentric circles, and Fig. 12 shows an image of these concentric circles after being reflected on a reflective plate. The elliptical deformation of these circles, as well as the inclination of the axes of the ellipses, are characteristic of the anisotropy of the reflecting plate.

Эти круглые или эллиптические светящиеся структуры не создают никакой существенной проблемы при осуществлении.These round or elliptical luminous structures do not pose any significant problem in implementation.

Claims (43)

1. Способ измерения деформации по меньшей мере одной отражающей поверхности (10) предмета измерительным устройством, причем вышеупомянутое измерительное устройство содержит по меньшей мере осветительную структуру (21), содержащую светящиеся точки (22), камеру (30, 31) и устройство (40) анализа изображений, 1. A method for measuring the deformation of at least one reflective surface (10) of an object with a measuring device, wherein the aforementioned measuring device contains at least an illuminating structure (21) containing luminous dots (22), a camera (30, 31) and a device (40) image analysis, причем свет, исходящий от светящихся точек, отражается отражающей поверхностью, отражающая поверхность образует мнимое изображение упомянутой осветительной структуры и упомянутое мнимое изображение, созданное отражающей поверхностью, располагается позади отражающей поверхности, moreover, the light emanating from the luminous points is reflected by the reflective surface, the reflective surface forms a virtual image of the mentioned lighting structure and the said virtual image created by the reflective surface is located behind the reflective surface, при этом осветительная структура и камера размещаются так, чтобы в состоянии измерения деформации вышеупомянутой поверхности мнимое изображение (23) осветительной структуры, сформированное посредством отражения упомянутой осветительной структуры на отражающей поверхности, было видимо детектором камеры, wherein the lighting structure and the camera are arranged so that, in the deformation measurement state of the aforementioned surface, the virtual image (23) of the lighting structure formed by reflecting said lighting structure on the reflective surface is visible to the camera detector, причем камера располагается в положении, которое является симметричным по отношению к положению осветительной структуры относительно нормали к отражающей поверхности, and the camera is located in a position that is symmetrical with respect to the position of the lighting structure relative to the normal to the reflective surface, вышеупомянутое мнимое изображение отображает деформацию зоны (11) поверхности, освещенной посредством осветительной структуры, иthe aforementioned virtual image displays the deformation of the area (11) of the surface illuminated by the illumination structure, and упомянутая камера выполнена с возможностью формирования окончательного изображения упомянутого мнимого изображения осветительной структуры на упомянутом детекторе камеры,said camera is configured to form a final image of said virtual image of the lighting structure on said camera detector, при этом способ осуществления измерения включает в себя этап анализа упомянутого окончательного изображения, включающий следующие подэтапы:wherein the measurement method includes the step of analyzing said final image, comprising the following sub-steps: i) определения по меньшей мере расстояния между изображениями двух светящихся точек упомянутой осветительной структуры;i) determining at least the distance between images of two luminous dots of said lighting structure; ii) вычисления отношения между этим измеренным расстоянием и по меньшей мере одним опорным расстоянием;ii) calculating the relationship between this measured distance and at least one reference distance; iii) вычисления, на основании упомянутого отношения, расширения в заданном направлении;iii) calculating, based on said ratio, an extension in a given direction; iv) вычисления деформации отражающей поверхности в вышеупомянутом заданном направлении.iv) calculating the deformation of the reflective surface in the above given direction. 2. Способ измерения по п.1, при этом способ содержит пятый этап, в котором подэтапы i–iv осуществляются для множества изображений светящихся точек таким образом, чтобы измерить расширение во множестве данных направлений и вычислить анизотропию деформации отражающей поверхности.2. The measurement method according to claim 1, wherein the method comprises a fifth step, in which sub-steps i-iv are carried out for a plurality of luminous dot images so as to measure expansion in a plurality of given directions and calculate the deformation anisotropy of the reflective surface. 3. Способ измерения по п.1, при этом осветительная структура включает в себя совокупность отдельных светящихся точек, распределенных в матрице.3. The measurement method according to claim 1, wherein the lighting structure includes a collection of individual luminous dots distributed in a matrix. 4. Способ измерения по п.1, при этом осветительная структура включает в себя по меньшей мере светящийся круг или эллипс, причем измерение осуществляется на изображениях точек, принадлежащих этому светящемуся кругу или этому светящемуся эллипсу.4. The measurement method according to claim 1, wherein the illumination structure includes at least a luminous circle or ellipse, and the measurement is performed on point images belonging to this luminous circle or this luminous ellipse. 5. Способ измерения по п.1, при этом способ включает в себя этап осуществления по меньшей мере одного второго измерения, причем это второе измерение включает в себя излучение второй осветительной структуры, причем вышеупомянутые средства осуществления обоих измерений установлены так, чтобы первая осветительная структура, относящаяся к первому измерению, освещала первую зону поверхности, отличную от второй зоны поверхности, освещаемой второй осветительной структурой, относящейся ко второму измерению, при этом камера остается неподвижной между двумя измерениями.5. The measurement method according to claim 1, wherein the method includes the step of making at least one second measurement, the second measurement including the emission of a second illumination structure, the aforementioned means for taking both measurements being set such that the first illumination structure, belonging to the first dimension, illuminated the first area of the surface, different from the second area of the surface illuminated by the second lighting structure, related to the second dimension, while the camera remains stationary between the two dimensions. 6. Устройство измерения деформации по меньшей мере отражающей поверхности (10) предмета, причем вышеупомянутое устройство измерения содержит:6. Device for measuring the deformation of at least the reflective surface (10) of the object, and the above-mentioned measuring device contains: - по меньшей мере одну осветительную структуру (21), включающую в себя светящиеся точки (22), - at least one lighting structure (21), including luminous dots (22), - камеру (30, 31) и - camera (30, 31) and - устройство (40) анализа изображений, - device (40) for image analysis, причем свет, исходящий от точек, отражается отражающей поверхностью, отражающая поверхность образует мнимое изображение на упомянутой осветительной структуре и упомянутое мнимое изображение, созданное отражающей поверхностью, располагается позади отражающей поверхности,moreover, the light emanating from the dots is reflected by the reflective surface, the reflective surface forms a virtual image on the mentioned lighting structure and the said virtual image created by the reflective surface is located behind the reflective surface, при этом осветительная структура и камера размещаются так, чтобы в состоянии измерения деформации вышеупомянутой поверхности мнимое изображение (23) осветительной структуры, сформированное посредством отражения упомянутой осветительной структуры на отражающей поверхности, было видимо детектором камеры, и wherein the lighting structure and the camera are arranged so that, in the deformation measurement state of the aforementioned surface, the virtual image (23) of the lighting structure formed by reflecting said lighting structure on the reflective surface is visible to the camera detector, and камера располагается в положении, которое является симметричным по отношению к положению осветительной структуры относительно нормали к отражающей поверхности, the camera is located in a position that is symmetrical with respect to the position of the lighting structure relative to the normal to the reflective surface, причем вышеупомянутое мнимое изображение отображает деформацию зоны (11) поверхности, освещенной осветительной структурой, иmoreover, the aforementioned virtual image displays the deformation of the area (11) of the surface illuminated by the lighting structure, and упомянутая камера выполнена с возможностью формирования окончательного изображения упомянутого мнимого изображения осветительной структуры на помянутом детекторе камеры, said camera is configured to form a final image of said virtual image of the lighting structure on said camera detector, при этом устройство анализа изображений выполнено с возможностью анализа окончательного изображения посредством:wherein the image analysis device is configured to analyze the final image by: – измерения по меньшей мере одного расстояния между изображениями двух светящихся точек упомянутой осветительной структуры;– measuring at least one distance between images of two luminous dots of said lighting structure; – определения отношения между этим измеренным расстоянием и по меньшей мере одним опорным расстоянием;– determining the relationship between this measured distance and at least one reference distance; – определения, на основании упомянутого отношения, расширения в заданном направлении;– determination, on the basis of the mentioned relation, of expansion in a given direction; – определения деформации отражающей поверхности в вышеупомянутом заданном направлении.– determining the deformation of the reflective surface in the above given direction. 7. Устройство измерения по п.6, при этом устройство включает в себя средства осуществления по меньшей мере двух измерений, причем каждое измерение включает в себя излучение осветительной структуры, и при этом вышеупомянутые средства осуществления обоих измерений устанавливаются так, чтобы первая осветительная структура, относящаяся к первому измерению, освещала первую зону поверхности, отличную от второй зоны поверхности, освещаемой второй осветительной структурой, относящейся ко второму измерению, причем камера остается неподвижной между двумя измерениями.7. The measurement device according to claim 6, wherein the device includes means for making at least two measurements, each measurement including the emission of an illuminating structure, and wherein the aforementioned means for making both measurements are set so that the first illuminating structure related to to the first dimension illuminates a first surface area different from the second surface area illuminated by a second illumination structure related to the second dimension, the camera remaining stationary between the two dimensions. 8. Устройство измерения по п.6, при этом устройство выполнено с возможностью перемещения, деформации или увеличения осветительной структуры.8. The measurement device according to claim 6, wherein the device is configured to move, deform or enlarge the lighting structure. 9. Устройство измерения по п.6, при этом устройство выполнено с возможностью осуществления по меньшей мере двух измерений для определения деформации посредством перемещения предмета в плоскости, определяемой между этими двумя измерениями, и измерения упомянутого перемещения.9. The measurement device according to claim 6, wherein the device is configured to take at least two measurements to determine strain by moving an object in a plane defined between those two measurements and measuring said movement. 10. Устройство измерения по п.9, при этом устройство выполнено с возможностью перемещения предмета в вышеупомянутой плоскости с помощью средств вращения или параллельного переноса.10. Measuring device according to claim 9, wherein the device is adapted to move the object in the aforementioned plane by means of rotation or parallel transfer. 11. Устройство измерения по п.6, при этом устройство измерения включает в себя экран (20) визуального вывода и графические средства для воспроизведения упомянутой осветительной структуры на вышеупомянутом экране визуального вывода.11. Measurement device according to claim 6, wherein the measurement device includes a visual output screen (20) and graphics means for rendering said illumination pattern on said visual output screen. 12. Устройство измерения по п.11, при этом осветительная структура представляет собой матрицу отдельных светящихся точек.12. Measurement device according to claim 11, wherein the lighting structure is a matrix of individual luminous dots. 13. Устройство измерения по п.11, при этом осветительная структура представляет собой светящийся круг или светящийся эллипс или набор светящихся кругов или светящихся эллипсов.13. Measurement device according to claim 11, wherein the lighting structure is a luminous circle or a luminous ellipse or a set of luminous circles or luminous ellipses. 14. Устройство измерения по п.6, при этом устройство измерения включает в себя источник освещения, освещающий непрозрачный экран, включающий в себя отверстия, размещаемые таким образом, чтобы образовать осветительную структуру.14. The measurement device of claim 6, wherein the measurement device includes an illumination source illuminating an opaque screen including apertures positioned to form an illumination structure. 15. Устройство измерения по п.6, при этом устройство измерения включает в себя оптический разделитель (60) с полупрозрачной плоскостью, установленный так, чтобы изображение структуры точек образовывалось на детекторе камеры после пропускания вышеупомянутым оптическим разделителем, отражения от вышеупомянутой поверхности и отражения от вышеупомянутого оптического разделителя или образовывалось на детекторе камеры после отражения от вышеупомянутого оптического разделителя, отражения от вышеупомянутой поверхности и пропускания вышеупомянутым оптическим разделителем.15. The measurement device according to claim 6, wherein the measurement device includes an optical separator (60) with a semi-transparent plane mounted so that a dot pattern image is formed on the camera detector after transmission by the aforementioned optical separator, reflection from the aforementioned surface, and reflection from the aforementioned optical separator or formed on the camera detector after reflection from the above optical separator, reflection from the above surface and transmission by the above optical separator. 16. Устройство измерения по п.6, при этом устройство измерения включает в себя средства осуществления множества измерений, реализующих полную картографию деформации вышеупомянутой поверхности.16. The measuring device according to claim 6, wherein the measuring device includes means for making a plurality of measurements realizing a complete mapping of the deformation of the aforementioned surface. 17. Устройство измерения по п.6, при этом радиус кривизны, вогнутой или выпуклой, деформаций варьируется между несколькими миллиметрами и несколькими десятками километров.17. Measuring device according to claim 6, wherein the radius of curvature, concave or convex, of the deformation varies between a few millimeters and several tens of kilometers. 18. Устройство измерения по п.6, при этом вышеупомянутый предмет представляет собой полупроводниковую пластину, причем отражающая поверхность является одной из граней вышеупомянутой пластины.18. The measurement device according to claim 6, wherein the aforementioned object is a semiconductor wafer, and the reflective surface is one of the faces of the aforementioned wafer. 19. Использование устройства измерения по п.6 для контроля обработки, вызывающей деформацию отражающей поверхности предмета в рамке роста материала, в котором измерения осуществляются во время нанесения по меньшей мере одного слоя материала на вышеупомянутую отражающую поверхность.19. Using the measurement device according to claim 6 to control the deformation-inducing processing of the reflective surface of an object in the material growth frame, in which measurements are taken during the application of at least one layer of material to the aforementioned reflective surface. 20. Использование устройства измерения по п.6 в устройстве контроля полупроводниковых пластин, в котором измерения осуществляются непрерывно на по меньшей мере двух различных предметах.20. Use of the measuring device according to claim 6 in a wafer inspection device in which measurements are taken continuously on at least two different objects.
RU2019142477A 2017-05-24 2018-05-23 Method for measurement of reflecting surface curvature and corresponding optical device RU2776397C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1754616 2017-05-24
FR1754616A FR3066816B1 (en) 2017-05-24 2017-05-24 OPTICAL DEVICE FOR MEASURING THE CURVATURE OF A REFLECTIVE SURFACE
PCT/EP2018/063441 WO2018215507A1 (en) 2017-05-24 2018-05-23 Method for measuring the curvature of a reflective surface and associated optical device

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019142477A RU2019142477A (en) 2021-06-25
RU2019142477A3 RU2019142477A3 (en) 2021-12-23
RU2776397C2 true RU2776397C2 (en) 2022-07-19

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2842591A1 (en) * 2002-07-16 2004-01-23 Ecole Nale Sup Artes Metiers DEVICE FOR MEASURING VARIATIONS IN THE RELIEF OF AN OBJECT
US20070146685A1 (en) * 2005-11-30 2007-06-28 Yoo Woo S Dynamic wafer stress management system
US20090190139A1 (en) * 2008-01-25 2009-07-30 Fisher Lance K Multi-source sensor for three-dimensional imaging using phased structured light
WO2015135952A1 (en) * 2014-03-12 2015-09-17 Vit Method for determining three-dimensional images of an object

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2842591A1 (en) * 2002-07-16 2004-01-23 Ecole Nale Sup Artes Metiers DEVICE FOR MEASURING VARIATIONS IN THE RELIEF OF AN OBJECT
US20070146685A1 (en) * 2005-11-30 2007-06-28 Yoo Woo S Dynamic wafer stress management system
US20090190139A1 (en) * 2008-01-25 2009-07-30 Fisher Lance K Multi-source sensor for three-dimensional imaging using phased structured light
WO2015135952A1 (en) * 2014-03-12 2015-09-17 Vit Method for determining three-dimensional images of an object

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7169994B2 (en) Method and related optical device for measuring curvature of reflective surfaces
US11448498B2 (en) Three-dimensional reconstruction system and three-dimensional reconstruction method
JP2010519541A (en) Equipment for measuring defects in sheet glass
KR102583096B1 (en) Interference roll-off measurements using static fringe patterns
Reid Moiré fringes in metrology
US20220373460A1 (en) Method and apparatus for determining crystallographic orientation on crystalline surfaces
CN110806182A (en) High-precision optical extensometer and measuring method based on telecentric lens
CN103411561B (en) Based on the image microstructures method of angular spectrum scanning illumination
RU2776397C2 (en) Method for measurement of reflecting surface curvature and corresponding optical device
US5075560A (en) Moire distance measurements using a grating printed on or attached to a surface
KR100936746B1 (en) Characterization of three-dimensional distribution of defects by x-ray topography
RU2612918C9 (en) Device for determining positions of defects on aspherical surface of optical part (versions)
US20050254041A1 (en) Tilted edge for optical-transfer-function measurement
US7342654B2 (en) Detection of impurities in cylindrically shaped transparent media
CN113767277A (en) Normal incidence phase shift deflection measurement sensor, system and method for inspecting a sample surface
US20130162816A1 (en) Device for measuring the shape of a mirror or of a specular surface
US20160021305A1 (en) Method and apparatus for measuring optical systems and surfaces with optical ray metrology
JP2000002514A (en) Film thickness measuring apparatus, alignment sensor and alignment apparatus
CN109544639B (en) Multi-mirror single-camera three-dimensional vibration testing device and method
TW202138866A (en) Apparatus and method of estimating values from images
CN107727003B (en) Surface shape measurement device and method based on Structured Illumination
Zumbrunn Systematic pointing errors with retroreflective targets
JP3599921B2 (en) Method and apparatus for measuring refractive index distribution
JP3456695B2 (en) Birefringence measuring method and apparatus therefor
JP2001004337A (en) Specimen inspecting device equipped with carrier stripe generating means