Лазерный проекционный микроскоп

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 56 А 21/ОО,Н 01 Я 3/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИПРИ ГКНТ СССР ИТЕТКРЫТИЯ ИЕ ИЗОБРЕТЕНИСВИДЕТЕЛЬСТВУ СА АВТО РС,(71) Специализированное конструкторское бюро с опытным производством Отдела теплофизики АН УЗССР(56) Валос Н.А,Стереоскопия, Иэд-во АН СССР, 1962.Земсков К.И, и др. Исследование основных характеристик лазерного проекционного микроскопа. - Квантовая электроника. Т.3, 1976, М 1, с. 35 - 43.(54) ЛАЗЕРНЫЙ ПРОЕКЦИОННЫЙ МИКРОСКОП(57) Изобретение относится к неразрушающему контролю и может найти применение, в частности, при контроле топологии интегральных микросхем в процессе микрофотолитографии, Целью изобретения является повышение информативности изображения путем получения стереоскопического изображения наблюдаемого объекта, Микроскоп содержит активный элемент 1 лазера, два устройства 3 и б для пространственного разделения пучка, экран 8, на котором получается стереоскопическое изображение наблюдаемого объекта 5, Цель достигается тем, что в лазерный проекционный микроскоп введены два устройства 3 и б для пространственного разделения лазерного пучка, например по длинам волн или по плоскостям поляризации, и линза 2, установленные в апертуре лазерного излучения таким образом, что одно устройство 3 для .пространственного разделения лазерного пучка и линза 2 находятся между микрообьективом 4 и активным элементом 1 лазера, а другое устройство б - между активным элементом лазера 1 и проекционной оптической системой 7, причем первое устройство 3 для разделения лазерного пучка установлено на двойном фокусном расстоянии от микрообъектива 4 и фокусном расстоянии от линзы 2. 4 з,п. ф-лы, 1 ил,5 10 20 25 30 50 Изобретение относится к неразрушающему контролю и может найти применение, в частности, при контроле топологии интегральных микросхем в процессе микрофотолитографии,Цель изобретения - повь 1 шение информативности изображения за счет получения стереоскопического изображения наблюдаемого объекта.На чертеже изображена схема лазерного проекционного микроскопа (ЛПМ),ЛПМ содержит активный элемент 1 лазера, по одну сторону которого вдоль его оптической оси размещены: линза 2, в фокальной плоскости которой установлена первое устройство 3 для пространственного разделения лазерного пучка, микрообьектив 4, удаленный от устройства 3 и наблюдаемого обьекта 5 на расстояния, равные двойному фокусному расстоянию микро- объектива 4.По другую сторону от активного элемента 1 лазера помещены второе устройство 6 для пространственного разделения лазерного пучка, проекционная оптическая система 7 и экран 8,Линза 2 может быть как собирающей, так и рассеивающей, Е последнем случае она помещается слева от устройства 3, Фокусное расстояние линзы 2 и параметры устройства 3 показатель преломления,материал призмы, угол при вершине и др,) подбираются таким образом, чтабь 1 угол между падающими на объект 5 пространственно разделенными пучками излучений составлял несколько (5 - 10) угловых градусов, т,е. уголпад которым левый и правый глаз четговека видят предмет, расположенный на расстоянии наилучшего (оптимального) видения 25-30 см).ЛПМ работает следующим образам.Излучение с малой расхадимостью активнога элемента 1 лазера проходит через линзу 2 и устройство 3, разделяясь в пространстве на два расходящихся пучка излучений, Эти пучки при помощи микрообъектива 4, расположеннога на двойном фокусном расстоянии от устройства 3, фокусируются на поверхности наблюдаемого объекта 5, отстоящего от микрообьектива 4 также на расстоянии,равном двойному фокусному расстоянию микрообьектива, под различными ракурсами. Описанное пространственное расположение микрообьектива 4 между устройством 3 и объективам 5 позволяет обеспечить оптическое сопряжение плоскости обрабатываемого обьекта 5 и факальной плоскости линзы 2.Отразившись ат поверхности объекта 5, указанные пучки излучений возвращаются через микрообьектив 4 к устройству 3, где происходит их пространственное совмещение. После этого, совмещенные пучки через линзу 2 поступают в активный элемент 1 лазера, где происходит их усиление по яркости, и попадают на второе устройство б, где пучки снова пространственно разделяются.Устройство 6 ориентировано таким образом, что это разделение происходит в той же плоскости, что и разделение пучков устройством 3, т,е. устройства 3 и б пространственна сопряжены, С помощью проекционной оптической системы 7 эти разделенные пучки проецируются на экран 8. Таким образом, благодаря наличию проекционной системы 7 на экране 8 образуется два увеличенных и усиленных по яркости (благодаря прохождению пучка лазера через активный элемент 1 лазера) диспарантнь 1 х иэображения поверхности наблюдаемого объекта 5.Благодаря тому, что пространственное разделение пучков излучения осуществляется устройствами 3 и 6 в одной плоскости, два полученных диспарантных изображения объекта 5 на экране 8 соответствуют левому и правому ракурсам,Наблюдение этих изображений осуществляется при помощи селективных очков не показаны), правое стекло которых пропускает только излучение, предназначенное для правого глаза, а левое - для левого,Поскольку лазерное излучение может делиться на два пучка с различными длинами волн или на два пучка с двумя ортогональными плоскостями поляризациито возможны варианты реализации предлагаемого ЛПМ.Вариант 1. При делении лазерного излучения на пучки с различными длинами волн в качестве устройств 3 и 6 для пространственного разделения лазерного излучения используются диспергирующие элементы: оптические призмы, дифракционные решетки ит,п,В данном случае активный элемент 1 лазера генерирует излучение на двух дополнительных длинах волн. При применении, например, лазера на парах меди это - излучения на длинах волн А = 5782 А (желтыйоцвет) и Я = 5106 А (зеленый цвет). Используемые два цвета должны быть дополнительными, т,е, настолько отличаться друг от друга по длине волны, чтобы при помощи светофильтров полностью разделить и направить по отдельности в левый и правый глаз наблюдателя.Излучение с малой расходимостью активного элемента 1 лазера проходит через линзу 2 и устройство 3, разделяясь в пространстве на два расходящихся пучка излучений с различными длинами .волн. Два пучка излучений при помощи микрообъектива 4 фокусируются на поверхности наблюдаемого объекта 5 под различными ракурсами.Отразившись от поверхности обьекта 5, указанные пучки излучений возвращаются через микрообъектив 4 к двулучепреломляющему устройству 3, где происходит их пространственное совмещение. Пространственно совмещенные пучки через линзу 2 поступают в активный элемент 1 лазера, где происходит их усиление по яркости, и попадают на второе устройство 6, где пучки снова пространственно разделяются. С помощью проекционной системы эти разделенные пучки проецируются на экран 8,Таким образом, на экране 8 образуются два увеличенных и усиленных по яркости диспарантн ых изображения поверхности наблюдаемого объекта 4 в двух дополнительных цветах.Полученные изображения проекции) наблюдатель рассматривает через селективные очки, стекла которых пропускают излучение с соответствующими длинами волн, в результате каждый глаз видит только "свое" изображение, Так, при использовании лазера на парах меди, генерирующего "желтое" и "зеленое" излучение, стекла селективных очков могут быть выполнены в виде желтого и зеленого светофильтров.Известно, что равномерное освещение ослабляет впечатление объемности предмета, поэтому интенсивность излучения одного из лазерных пучков уменьшают, например, путем установки светофильтра в любом месте вдоль оптической оси активного элемента лазера 1,Вариант 2, При делении лазерного излучения на пучки с различными ортогональными плоскостями поляризации в качестве устройств 3 и 6 для пространственного разделения лазерного излучения используют двулучепреломляющие элементы: призмы Волластона, двулучепреломляющие пластины и т.д.В данном случае активный элемент 1 лазера может генерировать излучение на любом числе длин волн: как на одной, так и на нескольких. Важно лишь, чтобы в генерируемом излучении присутствовали две ортогональные плоскости поляризации, Излучение с малой расходимостью активного элемента 1 лазера проходит через линзу 2 и устройство 6 и разделяется на два пучка10 образуются два увеличенных и усиленных по яркости диспарантных изображения по верхности наблюдаемого объекта 5 в двух 30 45 50 35 40 с различными ортогойальными плоскостями поляризации. Два пучка излучений при помощи микраобьектива 4 фокусируются на поверхности наблюдаемого обьекта 5 под различными ракурсами.Отразившись от поверхности объекта 4, указанные пучки возвращаются к диспергирующему элементу 3, где происходит их пространственное совмещение, Пространственно совмещенные пучки через линзу 2 поступают в активный элемент 1 лазера, где происходит их усиление по яркости, и попадают на второе устройство 6, где пучки снова пространственно разделяются. С помощью проекционной оптической системы 7 эти разделенные пучки проецируются на экран 8. Таким образом, на экране 8 арто гон аль н ых плоскостях пол я ризации. Для наблюдения стереоскопического изображения обьекта 5 наблюдатель должен пользоваться селективными очками, стекла которых пропускают излучение с ортогоналъными плоскостями поляризации,Интенсивность излучения одного из лаэерных пучков уменьшают, например, путем установки поляризационного фильтра, например поляроида, в любом месте вдоль оптической оси активного элемента 1 лазера. Для того, чтобы отраженные от экрана лучи не меняли плоскость поляризации, экран должен быть выполнен недеполяризующим. Для этого в качестве экрана 8 используют шероховатые металлизированные поверхности.Таким образом, предлагаемый ЛПМ позволяет наблюдать на экране 8 увеличенное стереоскопическое изображение микро- объектов, например интегральных микросхем. При этом можно получать информацио О толщине наблюдаемого обьекта с точностью до 1 мкм. Изобретение может быть использовано не только для визуального контроля толщины отдельных элементов топологии микросхем, но и при рассмотрении мелких предметов в микроскопии, что значительноповышает разрешающую способность систем и дешифруемость изображения,Формула изобретения 1. Лазерный проекционный микроскоп,содержащий активный элемент лазера, с одной стороны от которого на его оптической оси установлен микрообьектив, а с другой стороны расположена проекционная оптическая система с экраном, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения информативности изобретения за счет получения1659956 Составитель И.МеньшиковТехред М.Моргентал Корректор О.Кравцова Редактор М,Келемеш Заказ 1844 Тираж 334 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1013 стереоскопического изображения наблюдаемого объекта, в него введены два устройства для пространственного разделения лазерного пучка и линза, установленные в апертуре лазерного излучения таким обра зом, что одно устройство для пространственного разделения лазерного пучка и линза находятся между микрообъективом и активным элементом лазера, а другое устройство для пространственного разделения 10 лазерного пучка - между активным элементом лазера и проекционной оптической системой, причем первое устройство л,пя пространственного разделения лазерного 1; пучкаустановлено на двойном фокусном 15 Расстоя нии от микрообьектива и в фокаль-, ной плоскости линзы.2. Устройство по п.1, отл ича ю щеес я тем, что в качестве устройства для пространственного разделения лазерного пуч ка используется диспергирующий элемент, например оптическая призма.3. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения контраста изображения, наблюдаемого на оптической оси, между предметной плоскостью микро- объектива и экраном расположен светофильтр.4. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что в качестве устройства для пространственного разделения лазерного пучка используется двулучепреломляющий элемент, например призма Волластона, а экран выполнен недеполяризующим,5. Устройство по п.4, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения контраста изображения наблюдаемого объекта, на оптической оси между предметной плоскостью микрообъектива и экраном установлен поляризационный фильтр, например поляроид.