SU1384949A1 - Гетеродинное устройство дл измерени толщины стравливаемых и напыл емых слоев - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Целью изобретени   вл етс  повьшение точности измерени  за счет устранени  вли ни  накло на образца на результаты измерений. Устройство содержит оптический излучатель 1, светоделительный элемент 2, пол ризационную призму .3 и два приемных канала. Оптический излучатель 1 формирует световой поток, содержащий две линейные взаимно-ортогонально пол ризованные компоненты с разной частотой. Световой поток с помощью светоделительного элемента 2- и пол ризационной призмы 3 делитс  на четыре пучка, три из которых падают на необрабатываемую поверхность образца, а четвертый - на обрабатываемую . Отраженные от образца и вновь совмещенные пол ризационной призмой 3 попарно взаимно-ортогонально пол ризованные пучки после прохождени  анализаторов 7, 8 интерферируют в приемных каналах. Сигнал интерференции пары пучков, отраженных от необрабатываемой поверхности,  вл етс  опорным, сигнал интерференции второй пары пучков - информативным. По разности фаз сигналов интерференции суд т о толщине напыл емого или стравливаемого сло . 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с (Л

Description

00 СХ) 4 СО 4 СО

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в технологии травлени  и напылени  дл  измерени  толщины стравливаемых и напыл емых слоев.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  за счет устранени  вли ни  наклона образца на результаты измерений.

На фиг. 1 изображена блок-схема, предлагаемого гетеродинного устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы , по сн ющие работу гетеродинного устройства.

Гетеродинное устройство состоит из оптического излучател  1, установленной по ходу светового потока све- тоделительного элемента 2, пол ризационной призмы 3, первого 4 и второго 5 фокусирующих объективов, исследуемого образца 6, установленных по ходу отраженного от образца светового потока первого 7 и второго 8 анализаторов, .первого 9 и второго 10 фотоприемников, коммутатора 11, фазометра 12 и индикатора 13, вход которого соединен с выходом фазометра 12 а первый и второй входы последнего через коммутатор 11 св заны соответственно с первым 9 и вторым 10 фотоприемниками .

Оптический излучатель 1 сострит из лазера 14, установленньк последовательно по ХОДУ светового потока первого объектива 15, первого свето- делительного пол ризационного элемента 16, акустооптического модул тора 17, диафрагмы 18, второго светодели- тельного пол ризационного элемента 19 второго объектива 20, установленного на фокусном рассто нии от выходной поверхности акустооптического модул тора 17, переключател  21, первого 22 и второго 23 высокочастотных генераторов и генератора 24 тактовых .импульсов , выход которого, а также выходы высокочастотных генераторов 22 и 23 соединены со входами переключател  21, а выход последнего подключен к входу акустооптического модул тора 17. Работу оптического излучател  синхронизируют с работой фазометра 12 сигналом, поступающим с выхода синхронизации оптического излучател  1 на третий вход коммутатора 11. ,

Гетеродинное устройство работает следующим образом.

0

Световой луч, выход щий из оптического излучател  1, расщепл етс  светоделительным элементом 2 на два луча I и II, параллельных исходному и приблизительно равной интенсивности . Каждый из световых потоков состоит из двух компонент с взаимно ортогональными линейными пол ризаци ми и близкими частотами -Э, и . При прохождении через пол ризационную призму-3 лучи раздел ютс  пространственно по пол ризации и соответственно по частоте. Кажда  пара лучей,

5 образовавша с  из одного светового

потока, проходит через один из объ- ективов 4 или 5. Лучи распростран ютс  перпендикул рно к исследуемой поверхности и фокусируютс  на ней в

четырех точках. Причем, лучи Ia,Ib и lib попадают на поверхность, покрытую фоторезистом и не подвергающуюс  изменению в процессе травлени , а луч На попадает на участок поверх5 ности, подвергающийс  травлению. После отражени  от поверхности лучи совмещаютс  попарно (la с Ib, На с lib) и проход т в обратном направлении через объективы 4 и 5 и пол ризационную призму 3. Вновь образовавшиес  два световых потока I и II отражаютс  от выходной грани свето- дёлительного элемента 2, проход т через анализаторы 7 и 8 и попадают на фотоприемники 9 и 10, Анализаторы 7 и 8 выдел ют из обеих компонент светового потока составл ющую с одинаковым направлением колебани  электрического вектора световой волны, привод  к интерференции разночастот- ных компонент, с образованием в фотоприемниках 9 и 10 переменных сигналов биений с частотой , -- и фазой, завис щей от оптической разности хода интерферирующих лучей. Лучи 1а и Ib, отража сь от поверхности образца , не подвергающейс  изменению, образуют опорный сигнал. Лучи На и lib образуют измерительный сигнал, так как луч На отражаетс  от участка , подвергаемого травлению или напылению , а луч lib - от неизменного участка. Электрические сигналы с фо- топриемников 9 и 10 через коммутатор 11 поступают на фазометр 12., ко- торьй осуществл ет измерение фазы измерительного сигнала посредством сравнени  ее с фазой опорного сигнала . Фаза опорного сигнала не мен ет5

0

5

0

5

с  в процессе травлени  или напылени , а фаза измерительного сигнала пропорциональна глубине ,-h2 i рельефа поверхности, следовательно, измерение фазы измерительного сигнала относительно фазы опорного сигнал позвол ет получить информацию о глубине рельефа uh поверхности.

Оптический излучатель 1 работает следующим образом. Когерентный световой поток, выход щий из лазера 14, фокусируетс  первым объективом 15, подверга сь разделению первым свето- делительным пол ризационным элемен- том 16 на два параллельных луча с взаимно ортогональными пол ризаци ми на акустооптическом модул торе 17. Через акустооптический модул тор 17 проход т импульсы акустических волн, формируемых определенным образом. ВЧ генераторы 22 и 23, работакнцие поочередно, подают в электрическую цепь колебани  частотой f, и f, которые изображены на фиг. 2а и 2Ь.. Функци  переключени  генераторов представлена на фиг. 2е. Частота переключени  генераторов задаетс  гене jpaTopoM 24 тактовых импульсов через переключатель 21. Следовательно, через акустооптический модул тор 17 проход т одинаковые по длительности импульсы ультразвуковых колебаний частотой f, и f, изображенных на фиг. 2. Длительность импульсов определ етс  рассто нием 1 .между световыми лучами в акустооптическом модул торе 17 и скоростью V распространени  звуковой волны в материале модул тора:

.

Модул тор 17 работает в режиме дифракции ,Брэгга. Диафрагма 18 вьще- л ет первый пор док дифракции свето- вых волн, частоты которых равны, в случае выполнени  указанного уравнени , +f,, дл  световой волны А и -5 дл  световой волны В в течение определенного промежутка времени от t до t+ T, а в течение следующего промежутка от t+ Гдо t+2 Г, при переключении коммутатором 11 ВЧ-гене- раторов 22 и 23 частоты световых волн мен ютс : дл  световой волны В - , +f, . В течение промежутка време- ни от t+2 t до t+St повтор етс  ситуаци , имеюща  место в течение проме- . жутка времени от t до t+ c , а в течеg j 0 5 0

5

0

0

г

ние промежутка нремени ст 1+3 до t+4 tr повтор етс  аи погнч- на  ситуации в течение в 1смени от t+ (Гдo t+2 ir и т.д. Схематически волны А и В изображены на фиг. 2f и 2g. С помощью второго светоделительного пол ризационного элемента 19, который , как и элемент 16, представл ет собой плоско параллельную пластинку кристалла исландского шпата, вырезанную под углом 45 к оптической оси, световые волны А и В пространственно совмещаютс .

Интерференции в этом случае не наблюдаетс , так как световые волны имеют взаимно ортогональные пол ризации . После второго объектива 20 световые волны из расход щихс  станов тс  параллельными и поступают в интерферометр . Из приведенного описани  работы оптического излучател  1 очевидно , что при сложении световых волн 1а с Ib и На с lib после анализаторов 7 и 8 наблюдаетс  интерференци  разночастотных компонент с образованием в фотоприемниках 9 и 10 пере- ме«ного сигнала биений с частотой f 1-f., однако в соседние промежутки времени будет происходить скачок фазы (фиг. 2k). Чтобы исключить этот скачок (при измерении фазы сигнала ) на фазометр 12 необходимо подавать сигналы с фотоприемников 9 и 10 либо в течение промежутков времени от t.+2k до t+(2k+1)r (k 0,1,2, J,...), как показано на фиг. 2 дл 

опорного и фиг. 21 дл  измерительного сигналов, либо в течение промежутков времени от t + (2k+1) до t + + (2k+2)ir (k 0,1,2,..., что осуществл етс  коммутатором 11, соединенным цепью синхронизации с блоком оптического излучени .

Claims (2)

1. Гетеродинное устройство дл  измерени  толщины стравливаемых и напыл емых слоев, содержащее оптический излучатель, предназначенный дл  формировани  светового потока с линейными взаимно-ортогонально пол ризованными компонентами различ ньгх частот, расположенные по ходу светового потока пол ризационную призму и первый фокусирующий объектив, первый и второй приемные каналы, каждый из которых состоит из оптически св занных

5138

анализатора и фотоприемника, последовательно соединенные фазометр и индикатор , отличающеес  тем, что, с целью повьшени  точности изме- рений, оно снабжено светоделительным элементом, расположенным на выходе ойтического излучател  и предназначенным дл  разделени  светового потока на первьш и второй световые пучки, вторым фокусирующим объективом, расположенным по ходу второго светового пучка за пол ризационной призмой, коммутатором, первьш и второй входы которого св заны с выходами фотопри- емников соответственно первого и второго приемных каналов, третий вход - с выходом синхронизации оптического излучател , первый и второй выходы - с соответствующими входами фазометра, а первьй и второй приемные каналы предназначены дл  размещени  в ходе отраженных от объекта световых потоков ..

2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что оптический излучатель выполнен в виде лазера, установленных последовательно по ходу светового потока первого объектива , первого светоделительного пол ризационного элемента, акустооптичес- кого модул тора, диафрагмы, второго светоделительного пол ризационного элемента и второго объектива, расположенного на фокусном рассто нии от акустооптического модул тора, переключател , первого и второго высокочастотных генераторов и генератора тактовых импульсов, первьш, второй и третий входы переключател  св заны соответственно с выходами первого и второго высокочастотных генераторов и выходом генератора тактовых импульсов , а вьпсод подключен к входу акустооптического модул тора, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом синхронизации коммутатора.

Г

J

Фие.