Лазерный профилограф

СОНИ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН МЮ 6 01 В 11 БРЕТЬСФВУ АНИЕ ИМаейСР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПо ДЕЛАМ ИЭОЫ ЕТЕНИЙ И ОтНРЪТИИ(56) 1, Патент СВЖ Р 3740150; кл, 6 01 В 9/02, 1973.2. Лазерный профилограф типа 5 ГфКанон". Журнал Джи дзайре, т. 20. Р 2, 1981, с. 77-80, Япония (прототип).(54) (57) ЛэЕрнБЙ ИрофЛО 1 Рйф,. содержащий лазер и расположенные походу луча лазера два светоделителя., блок сканирования луча лазера, индикатор луча лазера, координатно- чувствительный приемник, визир и предметный столик, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью упро" щения конструкции и воэможности контроля профиля по двум координатам, блок сканирования выполнен в виде двух четырехгранных призм, последовательно установленных с воэможностью вращения относительно осей, параллельных плоскости предметного столика, проекции этих осей на плоскость предметного столика взаимно перпендикулярны, свето- ,делители установлены последователь;но между лазером и блоком сканиро,.801058875 Аразмеры граней призм выусловий.) ,где 4 - длина граней призм; А - максимальное смещение луча, прошедшего через первую призму, относительно падающего луча лазера по координате, перпендикулярной оси враще-. ния первой призмы; К - максимальный угол падения луча лазера на грань первой призмы Ф и - показатель, преломления мате-Е риала призм;. М Папа т- ширина грани второй призмы; а - диаметр. контролируемой пласС тины;Л = (Б 1, где Б - максимальное смещение луча, прошедшего вторую призму, относитель но падающего луча лазера по координате, перпендикулярной оси вращениявторой призмы.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности для контроляпрофиля полупроводниковых пластин иФотошаблонных заготовок.Известно устройство для контроля 5Формы поверхности, в основу которого,заложен интерферометр Майкельсона 1,В этом устройстве измеряемый образец устанавливают в одно иэ плеч ин Отерферометра и перемещают перпендикулярно падающему на него лучу.Недостатком известного устройстваявляется большая погрешность измере-.ния, связанная с неплоскостностью 15базовой поверхности, по которой .перемещается каретка с измеряемымобразцом. Кроме того, наличие перемещающейся каретки конечной массыограничивает скорость сканирования., 2 ОПеремещение образца относительнопадающего на него луча снижает надежность работы устройства, не обеспечивает качественный контроль поверхности. 25наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсялазерный профилограф, содержащийлазер и расположенные по ходу луча лазера два светоделителя, блоксканирования луча лазера, индикаторлуча лазера, координатно-чувствительный приемник, визир и предметныйстолик 2 .В укаэанном лазерном профилогра"Фе блоК сканирования выполнен ввиде восьмигранной вращающейсяпризмы и имеются три светоделителя,два плоских зеркала и четырехгранная призма, направляющая лазерныйлуч на блок сканирования, двухлин Озовый коллиматор. Первый светоделитель направляет часть потока на индикатор лазерного излучения, второйсветоделитель направляет часть лазерного излучения через плоские 45зеркала на двухлинзовый коллиматор,третий светоделитель направляет частьотраженного от образца излученияна визирное устройство, которое находится в фокусе днухлинзового кол рлиматора. В этом Фокусе находитсятакже координатно-чувствительныйприемник.,Недостатки лазерного профилогра" Фа заключаются в сложности изготовления блока сканиронания в виде восьмигранной вращающейся призмы, так как неравномерность наклона граней призмы вызывает процессию луча на плоскости координатно-чувствитель ного приемника и выэынает погрешности в измерении. Сложность изготовления днухлинзового коллиматора обусловливает наличие сферических аберраций и связанных с ними погрешнос тей измерения. Кроме того, условие расположения коллиматора, восьмигранной призмы и координатно-чувствительного приемника в Фокусе коллиматора вносит дополнительные сложности по юстировке профилографа.Конструкция известного лаэерноного профилографа позволяет контролировать профиль поверхности только по диаметру пластины, а это не обеспечивает достаточно полную информацию о качестве поверхности ее. Лазер" ное излучение заполняет апертуру коллиматора при повороте восьмигранной призмы всего на 7,47 ф. Это приводит к большим потерям (около 753) энергии лазерного излучения, что требует применения. более мощных, а стало быть, и более дорогих лазеров. Таким образом, указанный проФилограф имеет сложную конструкцйю и не имеет воэможности контроля профиля по двум координатам.Цель изобретения - упрощение кон, струкции и возможность контроля профиля по двум координатам.Поставленная цель достигается.тем, что в лазерйом профилографе, содержащем лазер и расположенные по ходу луча лазера два светоделителя, блок сканирования луча лазера, индикатор луча лазера, координатйо-чувствительный приемник, визир и предметный столик, блок сканирования выполнен в виде двух четырехгранных призм, последователь но установленных с воэможностью вращения относительно осей, параллельных плоскости предметного столика, проекции этих осей на плоскость предметного столика взаимно перпендикулярны, светоделители установлены последовательно между лазером и блоком сканирования, а размеры граней призм выбирают из условий 540 0 Ц особ цс 51 О бю 46 -атсвл оЫ 00 И 1.где б - длина граней призм;А - максимальное смещение луча,прошедшего через первуюпризму, относительно падающего луча лазера по координате, перпендикулярной осивращения первой призмы;1 М - максимальный угол падениялуча лазера на грань первойпризмы;и - показатель преломления материала призм;А- а В дьПеред началом измерения наклоном предметного столика 9 отраженный от образца 11 луч направляют в центр визира 8, при этом падающий на координатно-чувствительный ,приемник 7 луч также будет находиться по его центру. 60 65 где- ширина грани второй. призмы;6 - диаметр контролируемойпластины;Л 1 = 1 Б,5где Б - максимальное смещение луча, прошедшего вторуюпризму, относительно падающего луча лазера по 10координате, перпендикулярной оси вращения второй призмы.На чертеже изображена оптическая схема лазерного профилографа. . 15Лазерный профилограф содержит лазер 1, светоделители 2 и 3, блок сканирования луча лазера в виде двух четырехгранных призм 4 и 5, ось вращения которых перпендикуляр на падающему на них лучу, а проекции осей вращения упомянутых призм в плоскости контролируемой поверхности взаимно перпендикулярны, индикатор б луча лазера, координатно-чув" ствительный приемник 7, визир 8, предметный столик 9, диафрагму 10.Лазерный профилограф работает следующим образом.Излучение лазера 1 через диафраг му 10 отражается от светоделителя 2, проходит через второй светоделитель3 и падает на четырехгранную призму 4, ось вращения которой перпендикулярна падающему лучу. При вра- : З 5 .щении призмы 4 угол наденйя лазерного луча меняется, а вышедший из нее луч остается параллельным лучу падающему и смещается от первоначального направления на величину ФЬ, за висящую от угла поворота призмы 4. Призма 5, ось вращения которой перпендикулярна лучу, падающему на призму 4, дополнительно смещает луч на величину Б, в результате чего луч лазера 1 сканирует поверхность 45 измеряемого образца 11 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Скорость вращения призмы 5 в несколько раэ меньше скорости враще ния призмы 4. Пройдя призмы 4 и 5, 50 лазерный луч отражается от измеряемого образца 11, снова проходитризмы 4 и 5, светоделители 2 и 3,адает на координатно чувствительый приемник 7Часть светового 55 потока, отраженного от светодели теля 3, падает на визир 8 Прй вращении призмы 4 лазерный луч пробегает образец 11 внаправлении оси Х, а при враще-нии призмы 5 - в направление оси У.Если для любой точки образца 11уголмежду лучом падающим и нормалью к поверхности образца 11,характеризующий неровность поверхности, имеет одну и ту же величину,то смещения луча в плоскости координатно-чувствительного приемника 7и визира 8 не будет.у реальныХ образцов уголв направлении осей Х и У непрерывно меняется, а падающий на координатночувствительный приемник 7 луч непрерывно перемещается по его поверхности при повороте призм 4 и 5, причемэто смещение пропорционально углуф .,Размер призм 4 и 5 выбираютиз следующих соображений.При расчете оптической схемыэа основу принимают требование получения максимального отклонения Апри минимальных геометрическихразмерах призм. При повороте призмпрошедший через них луч не должен.менять своего направления, т.е.должен формировать параллельный пучок лучей;Поставленным требованиям удовлетворяет четырехгранная прямоугольнаяпризма, максимальный угол падениядля которой фа ц = 45,Пользуясь геометрическими пост-.роениями, законом Синелиуса определяют размеры граней призм из условийасов агсз 1 ооы 45 аосбп )о эв ", где 6 - длина граней призм;Л - максимальное смещениелуча, прошедшего черезпервую призму, относительно падающего луча лазера по координате, перлпендикулярной оси враще-ния первой призмы;К - максимальный угол падениялуча лазера на грань перВой призмы 1и - показатель преломленияматериала, призм;г бпла66 югде 1 - ширина грани второй призмы;6 - диаметр контролируемой пластины;)Л = Б,где Б - максимальное смещение луча, прошедшего вторую призму, относительно падающего луча лазера поректор С.ые мары каз Пкомитета ССи открытийlская наб. д одписно ог ий ау лиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная,координате, перпендикулярной оси нравения второй призмы. Описанное устройство позволяет упростить конструкцию, т.,к. нет необходимости выполнять сложное сканирующее устройство, содержащее вращающееся восьмигранное зеркало и .без 3/18 . Тираж бО ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 113035, Москва, Ж"35, абберационный двухлинзовый коллиматор, и нет необходимости устанавливать оптические элементы в фокусе. В предлагаемом профилографе коллима - тор отсутствует вообце. Кроме того, описанный профилограф позволяет оп" ределять профиль поверхности в двух взаимно перпендикулярных плоскостях,