Интерферометр для контроля плоскостности отражающих поверхностей Советский патент 1992 года по МПК G01B11/24 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля когерентно-оптическими методами качества полированных отражающих преимущественно плоских поверхностей, например, кремниевых пластин большого диаметра для производства микросхем (вейферов).

Известен интерферометр Тваймана для контроля формы поверхности, содержащий источник когерентного света, коллиматор, полупрозрачное зеркало, а также референтное (эталонное) зеркало, изображающий объектив и блок регистрации.

Недостаток данного устройства - высокая чувствительность оптической схемы интерферометра к вибрациям.

Наиболее близким к изобретению является устройство для контроля плоскостности подложек для больших интегральных схем (вейферов), содержащее соосно и последовательно расположенные лазер, микрообъектив, объектив и референтную плоскопараллельную пластину, между микрообъективом и объективом расположенное полупрозрачное зеркало под углом в 45° к оси лазера, на оси, проходящей через центр полупрозрачного зеркала, лежащей в плоскости, образованной осью лазера и нормалью к поверхности зеркала и направленной перпендикулярно к оси лазера, соосно расположенные второй объектив и блок регистрации.

Недостатками данного устройства являются: высокая чувствительность к вибрациям, так как малые случайные смещения и повороты референтной пластины и контролируемой поверхности приводят к видоизменению интерферограммы и тем самым к ошибкам в измерениях; а также малый диапазон измерений величины отклонения поверхности от плоскости, который может быть измерен. Конструктивный недостаток: прямая зависимость размеров референтной

пластины от размеров контролируемой поверхности.

Цель изобретения - повышение надежности и расширение области использования.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее соосно и последовательно расположенные лазер, микрообъектив и объектив, полупрозрачное зеркало, расположенное между микрообъективом и объективом под углом в 45° к оси

лазера на оси, проходящей через центр полупрозрачного зеркала, лежащей в плоскости, образованной осью лазера и нормалью к поверхности зеркала и перпендикулярной к оси лазера, и расположенные соосно второй объектив и блок регистрации, введен

делительный элемент, расположенный между полупрозрачным зеркалом и вторым объективом, выполненный в виде фазовой одномерной дифракционной решетки, представляющей собой плоскопараллельную пластину из прозрачного для лазерного излучения материала, на одной стороне которой периодически через расстояние 2d имеются углубления шириной d и глубиной

h 2(n-1)

ного излучения, п - показатель преломления материала дифракционной решетки.

Данное техническое решение имеет следующие отличительные признаки. Введение в оптическую схему интерферометра Физо вместо референтной пластины делительного элемента приводит к более высогде А -длина волны лазеркой устойчивости к вибрациям, так как ин- терферограмма образуется двумя идентичными контролируемыми световыми полями, несколько смещенными и наклоненными по отношению одно к другому, и поэтому малые смещения и повороты как всех элементов оптической схемы, так и самой контролируемой поверхности могут приводить только к малым смещениям интерфе- рограммы без ее видоизменения, чт о повышает надежность и достоверность измерений величины отклонения исследуемой поверхности от плоскости. Делительный элемент расположен в сходящемся (или расходящемся) световом пучке в области вблизи фокуса первого объектива и поэтому имеет малые размеры, не зависящие от размеров контролируемой поверхности. Предлагаемая оптическая схема с делительным элементом (дифракционной решеткой) является примером поперечно-сдвигового интерферометра, в котором величина изгибов интерференционных полос на интерферог- рамме пропорциональна не величине отклонения контролируемой поверхности от плоскости (как в интерферометре Физо), а пропорциональна первой производной функции отклонения от плоскости, так как поперечно-сдвиговая интерферограмма образуется двумя световыми пучками, несколько смещенными по отношению один к другому, что приводит к увеличению диапазона измеряемых отклонений поверхности от плоскости, т.е. к расширению области использования интерферометра,

На фиг.1 показана оптическая схема поперечно-сдвигового интерферометра; на фиг.2 - исполнение делительного элемента, представляющего собой фазовую одномерную дифракционную решетку.

Интерферометр для контроля плоскостности отражающих поверхностей содержит соосно и последовательно расположенные лазер 1, микрообъектив 2 и объектив 3, полупрозрачное зеркало 4, расположенное между микрообъективом 2 и объективом 3 под углом 45° к оси лазера, исследуемую поверхность 5, расположенную за объективом перпендикулярно оси лазера, на оси, проходящей через центр полупрозрачного зеркала 4, лежащей в плоскости, образованной осью лазера и нормалью к поверхности зеркала 4 и перпендикулярной к оси лазера, расположенные соосно и последовательно делительный элемент 6, второй объектив 7 и блок 8 регистрации. Микрообъектив 2 и объектив 3 разделены фокусным расстоянием объектива 3. Блок 8 регистрации расположен в плоскости изображения контролируемой поверхности 5, которое формируется совместно объективами 3 и 7. Делительный элемент 6 расположен в сходящемся (или расходящемся) пучке света вблизи фокуса, который

формируется на фокальном расстоянии от объектива 3.

Делительный элемент (фиг.2) представляет собой бинарную фазовую одномерную дифракционную решетку, выполненную в

0 виде плоскопараллельной пластины из прозрачного для света материала, на одной стороне которой периодически через расстояния 2d имеются углубления прямоугольной формы шириной d и глубиной

, Я- длина волны лазерного

5 п

2(п-1)

излучения; п - показатель преломления материала дифракционной решетки.

Интерферометр работает следующим

0 образом.

Пучок света от лазера 1 расширяется микрообъективом 2 и попадает на полупрозрачное зеркало 4. Прошедшая зеркало 4, часть света попадает на объектив 3. кото5 рый расположен на фокусном расстоянии от микрообъектива 2, и коллимируется, т.е. преобразуется в плоский световой пучок достаточно большого диаметра. Этот плоский пучок света падает перпендикулярно на кон0 тролируемую поверхность 5, отражаясь от которой плоский фронт искривляется, приобретая форму, однозначно связанную с формой поверхности 5. На обратном проходе отраженное от поверхности 5 излучение,

5 проходя объектив 3, попадает на полупрозрачное зеркало 4 и, отражаясь от поверхности зеркала 4, часть световой энергии пучка попадает на делительный элемент 6. Делительный элемент б расположен в области

0 схождения светового пучка, на фокальном расстоянии от объектива 3. Дифракционная решетка 6 разделяет падающее на нее излучение по амплитуде в основном на два идентичных волновых фронта (плюс и минус

5 первые порядки дифракции), в которые направляется более 80% энергии, остальная энергия распределяется по остальным порядкам. Основные два волновых фронта, проходя через второй объектив 7, попадают

0 на приемное окно блока 8 регистрации и расшифровки интерферограмм,

Объективы 3 и 7 формируют в плоскости приемного окна блока 8 регистрации изображение исследуемой поверхности 5. Это

5 может быть, например, при следующем подборе расстояния. Расстояние от поверхности 5 до объектива 3 равное фокусному расстоянию объектива 3 и равно fi. Расстояние от объектива 3 до делительного элемента 6, который расположен почти в

фокусе, также равноf1. Расстояние отделительного элемента 6 до объектива 7 равно фокусному расстоянию объектива 7 и равно f2, а расстояние от объектива 7 до приемного окна блока 8 регистрации также равно f2. При этом блок 8 регистрации будет регистрировать поперечно-сдвиговую интерфе- рограмму в плоскости изображения поверхности объекта, измененного по величине в f2/fi раз. Формула изобретения Интерферометр для контроля плоскостности отражающих поверхностей, содержащий соосно и последовательно расположенные лазер, микрообьектив и объектив, полупрозрачное зеркало, расположенное между микрообъективом и объективом под углом 45° к оси лазера на оси, проходящей через центр полупрозрачного зеркала, лежащей в плоскости, образован-

ной осью лазера и нормалью к поверхности зеркала и перпендикулярной к оси лазера, и соосные второй объектив и блок регистрации, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения области использования, он снабжен делительным элементом, расположенным между полупрозрачным зеркалом и вторым объективом, выполненным в виде фазовой одно- мерной дифракционной решетки, представляющей собой плоскопараллельную пластину из прозрачного для лазерного излучения материала, на одной стороне которой периодически с периодом 2d выполнены углубления шириной d и глубиной h Я /2(п-1), где А- длина волны лазерного излучения; п - показатель преломления материала дифракционной решетки.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к неразрушающему контролю когерентно-оптическими методами качества полированных отражающих преимущественно плоских поверхностей, например кремнеевых пластин большого диаметра для производства микросхем (вейферов). Цель изобретения - по- вышение надежности и расширение области использования. Интерферометр содержит соосно и последовательно расположенные лазер 1, микрообъектив 2 и объектив 3. Между микрообъективом 2 и объективом 3 расположено полупрозрачное зеркало 4 под углом в 45° к оси лазера, за объективом 2 перпендикулярно оси лазера

d d

фа 2.2