Гетеродинное устройство для измерения толщины стравливаемых и напыляемых слоев Советский патент 1988 года по МПК G01B21/00 

00 СХ) 4 СО 4 СО

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в технологии травления и напыления для измерения толщины стравливаемых и напыляемых слоев.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет устранения влияния наклона образца на результаты измерений.

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

Гетеродинное устройство состоит из оптического излучателя 1, установленной по ходу светового потока све- тоделительного элемента 2, поляризационной 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 связаны 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 поляризационного элемента 16, акустооптического модулятора 17, диафрагмы 18, второго светодели- тельного поляризационного элемента 19 второго объектива 20, установленного на фокусном расстоянии от выходной поверхности акустооптического модулятора 17, переключателя 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 переключателя 21, а выход последнего подключен к входу акустооптического модулятора 17. Работу оптического излучателя синхронизируют с работой фазометра 12 сигналом, поступающим с выхода синхронизации оптического излучателя 1 на третий вход коммутатора 11. ,

Гетеродинное устройство работает следующим образом.

0

Световой луч, выходящий из оптического излучателя 1, расщепляется 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 поляризациями и близкими частотами -Э, и . При прохождении через поляризационную призму-3 лучи разделяются пространственно по поляризации и соответственно по частоте. Каждая пара лучей,

5 образовавшаяся из одного светового

потока, проходит через один из объ- ективов 4 или 5. Лучи распространяются перпендикулярно к исследуемой поверхности и фокусируются на ней в

четырех точках. Причем, лучи Ia,Ib и lib попадают на поверхность, покрытую фоторезистом и не подвергающуюся изменению в процессе травления, а луч На попадает на участок поверх5 ности, подвергающийся травлению. После отражения от поверхности лучи совмещаются попарно (la с Ib, На с lib) и проходят в обратном направлении через объективы 4 и 5 и поляризационную призму 3. Вновь образовавшиеся два световых потока I и II отражаются от выходной грани свето- дёлительного элемента 2, проходят через анализаторы 7 и 8 и попадают на фотоприемники 9 и 10, Анализаторы 7 и 8 выделяют из обеих компонент светового потока составляющую с одинаковым направлением колебания электрического вектора световой волны, приводя к интерференции разночастот- ных компонент, с образованием в фотоприемниках 9 и 10 переменных сигналов биений с частотой , -- и фазой, зависящей от оптической разности хода интерферирующих лучей. Лучи 1а и Ib, отражаясь от поверхности образца, не подвергающейся изменению, образуют опорный сигнал. Лучи На и lib образуют измерительный сигнал, так как луч На отражается 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 осуществляет измерение фазы измерительного сигнала посредством сравнения ее с фазой опорного сигнала. Фаза опорного сигнала не меняет5

0

5

0

5

ся в процессе травления или напыления, а фаза измерительного сигнала пропорциональна глубине ,-h2 i рельефа поверхности, следовательно, измерение фазы измерительного сигнала относительно фазы опорного сигнал позволяет получить информацию о глубине рельефа uh поверхности.

Оптический излучатель 1 работает следующим образом. Когерентный световой поток, выходящий из лазера 14, фокусируется первым объективом 15, подвергаясь разделению первым свето- делительным поляризационным элемен- том 16 на два параллельных луча с взаимно ортогональными поляризациями на акустооптическом модуляторе 17. Через акустооптический модулятор 17 проходят импульсы акустических волн, формируемых определенным образом. ВЧ генераторы 22 и 23, работакнцие поочередно, подают в электрическую цепь колебания частотой f, и f, которые изображены на фиг. 2а и 2Ь.. Функция переключения генераторов представлена на фиг. 2е. Частота переключения генераторов задается гене jpaTopoM 24 тактовых импульсов через переключатель 21. Следовательно, через акустооптический модулятор 17 проходят одинаковые по длительности импульсы ультразвуковых колебаний частотой f, и f, изображенных на фиг. 2. Длительность импульсов определяется расстоянием 1 .между световыми лучами в акустооптическом модуляторе 17 и скоростью V распространения звуковой волны в материале модулятора:

.

Модулятор 17 работает в режиме дифракции ,Брэгга. Диафрагма 18 вьще- ляет первый порядок дифракции свето- вых волн, частоты которых равны, в случае выполнения указанного уравнения, +f,, для световой волны А и -5 для 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 меняются: для световой волны В - , +f, . В течение промежутка време- ни от t+2 t до t+St повторяется ситуация, имеющая место в течение проме- . жутка времени от t до t+ c , а в течеgj 0 5 0

5

0

0

г

ние промежутка нремени ст 1+3 до t+4 tr повторяется аи погнч- ная 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 поляризационного элемента 19, который, как и элемент 16, представляет собой плоско параллельную пластинку кристалла исландского шпата, вырезанную под углом 45 к оптической оси, световые волны А и В пространственно совмещаются.

Интерференции в этом случае не наблюдается, так как световые волны имеют взаимно ортогональные поляризации. После второго объектива 20 световые волны из расходящихся становятся параллельными и поступают в интерферометр. Из приведенного описания работы оптического излучателя 1 очевидно, что при сложении световых волн 1а с Ib и На с lib после анализаторов 7 и 8 наблюдается интерференция 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 для

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

Формула изобретения

1. Гетеродинное устройство для измерения толщины стравливаемых и напыляемых слоев, содержащее оптический излучатель, предназначенный для формирования светового потока с линейными взаимно-ортогонально поляризованными компонентами различ ньгх частот, расположенные по ходу светового потока поляризационную призму и первый фокусирующий объектив, первый и второй приемные каналы, каждый из которых состоит из оптически связанных

5138

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

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оптический излучатель выполнен в виде лазера, установленных последовательно по ходу светового потока первого объектива, первого светоделительного поляризационного элемента, акустооптичес- кого модулятора, диафрагмы, второго светоделительного поляризационного элемента и второго объектива, расположенного на фокусном расстоянии от акустооптического модулятора, переключателя, первого и второго высокочастотных генераторов и генератора тактовых импульсов, первьш, второй и третий входы переключателя связаны соответственно с выходами первого и второго высокочастотных генераторов и выходом генератора тактовых импульсов, а вьпсод подключен к входу акустооптического модулятора, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом синхронизации коммутатора.

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повьшение точности измерения за счет устранения влияния накло на образца на результаты измерений. Устройство содержит оптический излучатель 1, светоделительный элемент 2, поляризационную призму .3 и два приемных канала. Оптический излучатель 1 формирует световой поток, содержащий две линейные взаимно-ортогонально поляризованные компоненты с разной частотой. Световой поток с помощью светоделительного элемента 2- и поляризационной призмы 3 делится на четыре пучка, три из которых падают на необрабатываемую поверхность образца, а четвертый - на обрабатываемую. Отраженные от образца и вновь совмещенные поляризационной призмой 3 попарно взаимно-ортогонально поляризованные пучки после прохождения анализаторов 7, 8 интерферируют в приемных каналах. Сигнал интерференции пары пучков, отраженных от необрабатываемой поверхности, является опорным, сигнал интерференции второй пары пучков - информативным. По разности фаз сигналов интерференции судят о толщине напыляемого или стравливаемого слоя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с (Л

Г

J

Фие.