Гетеродинное устройство для измерения толщины стравливаемых и напыляемых слоев

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИА ЛИСТ ИЧЕСКРЕСПУБЛИК А 1 84 19) 4 Ь 01 В а 1/00 ТЕНИЯ 5 у ин%РР11 олещу НОЕ УСТРОИСТВО ДЛЯИНЫ СТРАВЛИВАЕМЫЕВ(54) ГЕТЕРО ИЗМЕРЕНИЯ Т НАПЫЛЯЕМЫХ (57) Иэобре тельной тех вляется по ия за счет странения влияни клон разца на йство со ель 1, с 2, поляр ьтаты иэмер оптический ии стр держи ветод эуча ительныи эл мент а ную призму Оптически излув иемных кана СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт автоматики иметрии СО АН СССР(56) Патент США 11 р 4353650,кл, С 01 В 11/30, 1983. ение относится к измер ике, Целью изобретения ьппение точности иэмере чатель 1 формирует световой поток,содержащий две линейные взаимно-ортогонально поляризованные компоненты сразной частотой. Световой поток с помощью светоделительного элемента 2и поляризационной призмы 3 делитсяна четыре пучка, три иэ которых падают на необрабатываемую поверхностьобразца, а четвертый - на обрабатываемую. Отраженные от образца и вновьсовмещенные поляризационной призмой 3попарно взаимно-ортогонально поляризованные пучки после прохождения анализаторов 7, 8 интерферируют в приемных каналах. Сигнал интерференции пары пучков, отраженных от необрабаты- аваемой поверхности, является опорным,сигнал интерференции второй пары пуи- Щков - информативным. По разности фазсигналов интерференции судят о тол- Сщине напыпяемого или стравливаемогослоя. 1 з.п, ф-лы, 2 ил.10 15 20 30 138Изобретение относится к измерительной технике и может быть испольэовано в технологии травления и напыления для измерения толщины стравливаемых и напыляемых слоев.Цель изобретения - повышение точности измерения за счет устранениявлияния наклона образца на результаты измерений,На фиг, 1 изображена блок-схемапредлагаемого гетеродинного устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу гетеродинногоустройства,Гетеродинное устройство состоитиз оптического излучателя 1, установленных по ходу светового потока светоделительного элемента 2, поляризационной призмы 3, первого 4 и второго 5 фокусирующих объективов, исследуемого образца 6, установленныхпо ходу отраженного от образца светового потока первого 7 и второго 8анализаторовпервого 9 и второго 10фотоприемников, коммутатора 11, фазометра 12 и индикатора 13, вход которого соединен с выходом фазометра 12,а первый и второй входы последнегочерез коммутатор 11 связаны соответственно с первым 9 и вторым 10 фотоприемниками. Оптический излучатель 1 состоитиз лазера 14, установленных последовательно по ходу светового потокапервого объектива 15, первого светоделительного поляризационного элемента 16, акустооптического модулятора17, диафрагмы 18, второго светоделительного поляризационного элемента 19,второго объектива 20, установленногона фокусном расстоянии от выходнойповерхности акустооптического модулятора 17, переключателя 21, первого 22и второго 23 высокочастотных генераторов и генератора 24 тактовых .импульсов, выход которого, а также выходы высокочастотных генераторов 22и 23 соединены со входами переключателя 21, а выход последнего подключенк входу акустооптического модулято"ра 17. Работу оптического излучателясинхронизируют с работой фазометра 12сигналом, поступающим с выхода синхронизации оптического излучателя 1на третий вход коммутатора 11.Гетеродинное устройство работаетследующим образом,35 40 45 50 55 Световой луч, выходящий из оптического излучателя 1, расщепляется светоделительным элементом 2 на два луча 1 и 11, параллельных исходному и приблизительно равной интенсивности. Каждый из световых потоков состоит из двух компонент с взаимно ортогональными линейными поляризациями и близкими частотами , и. При прохождении через поляризационную призму 3 лучи разделяются пространственно по поляризации и соответственно по частоте. Каждая пара лучей,образовавшаяся из одного светового потока, проходит через один из объективов 4 или 5. Лучи распространяются перпендикулярно к исследуемой поверхности и фокусируются на ней в четырех точках. Причем, лучи 1 а,1 Ь и 11 Ь попадают на поверхность, покрытую фоторезистом и не подвергающуюся изменению в процессе травления, а луч 11 а попадает на участок поверхности, подвергающийся травлению. По-,сле отражения от поверхности лучисовмещаются попарно (Та с 1 Ь, 11 ас ТТЬ) и проходят в обратном направлении через объективы 4 и 5 и поляризационную призму 3. Вновь образовавшиеся два световых потока 1 и 11отражаются от выходной грани светоделительного элемента 2, проходятчерез анализаторы 7 и 8 и попадаютна фотоприемники 9 и 10. Анализаторы 7 и 8 выделяют из обеих компонентсветового потока составляющую с одинаковым направлением колебания электрического вектора световой волны,приводя к интерференции разночастотных компонент, с образованием в фотоприемниках 9 и 10 переменных сигналовбиений с частотой , - 1 и фазой,зависящей от оптической разности хода интерферирующих лучей. Лучи 1 аи 1 Ь, отражаясь от поверхности образца, не подвергающейся изменению, образуют опорный сигнал. Лучи 11 а и11 Ь образуют измерительный сигнал,так как луч 11 а отражается от участка, подвергаемого травлению или напылению, а луч 11 Ъ - от неизменногоучастка. Электрические сигналы с фо- .топриемников 9 и 10 через коммута"тор 11 поступают на фазометр 12, который осуществляет измерение фазыизмерительного сигнала посредствомсравнения ее с фазой опорного сигнала. фаза опорного сигнала не меняется в процессе травления или напыления, а фаза измерительного сигнала пропорциональна глубине Ь 1 д=.Ь, -дд рельефа поверхности, следовательно, измерение фазы измерительного сигна 5 ла относительно фазы опорного сигнала позволяет получить информацию о глубине рельефа дди поверхности.Оптический излучатель 1 работает следующим образом. Когерентный свето" вой поток, выходящий из лазера 14, фокусируется первым объективом 15, подвергаясь разделению первым светоделительным поляризационным элементом 16 на два параллельных луча с взаимно ортогональнымн поляризациями на акустооптическом модуляторе 17, Через акустооптический модулятор 17 проходят импульсы акустических волн, формируемых определенным образом. ВЧ-генераторы 22 и 23, работающиепоочередно, подают в электрическую цепь колебания частотой Е, и Г , которые изображены на фиг. 2 а и 2 Ъ 25 Функция переключения генераторов представлена на фиг. 2 е. Частота переключения генераторов задается генератором 24 тактовых импульсов через переключатель 21, Следовательно, через акустооптический модулятор 17 проходят одинаковые по длительности импульсы ультразвуковых колебаний частотой Е, и Й , изображенных на фиг. 2. Длительностьимпульсов определяется расстоянием 1 .между свето 35 вымн лучами в акустооптическом модуляторе 17 и скоростью ч распространения звуковой волны в материале модулятора.401чМодулятор 17 работает в режиме дифракции,Брэгга. Диафрагма 18 вьдцеляет первый порядок дифракции световых волн, частоты которых равны, в случае нддполнения указанного уравнения, 4 =З+Г для световой волны А и 1 г =1+2 для световой волны В в течение определенного промежутка времени от С до + , а в течение следую 50 щего промежутка от +до С+27, при переключении коммутатором 11 ВЧ-генераторов 22 и 23 частоты световых волн меняются: для световой волны В - 1,=4+1 В течение промежутка време" ни от Т+2 с до с+За повторяется ситуация, имеющая место в течение промежутка времени отдо С+, а в течение промежутка нр менят +3,до С+4 ь повторяется ситу; цпя, аналогичная ситуации в течение врсмешд от 1+до С+2 и т.д. Схематически волны А и В изображены на фиг. 2 Г и 28. С помощью второго светоделительного поляриэационного элемента 19, который, как и элемент 16, представляет собой плоско параллельную пластинку кристалла Исландского шпата, вырезан-. ную 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 1 а с 1 Ь и 11 а с 11 Ь после анализаторов 7 и 8 наблюдается интерференция разночастотных компонент с образованием в фотоприемниках 9 и 10 переменного сигнала биений с частотойг =,сд , однако в соседние промежутки временибудет происходить скачок фазы (фиг, 21). Чтобы исключить этот скачок (при измерении фазы сиг" нала) на фазометр 12 необходимо подавать сигналы с фотоприемников 9 и 10 либо в течение промежутков времени от с.+21 сГ до с+(21 с+1)с, (1 с = 0,1,2, 3,), как показано на фиг, 2 для опорного и фиг, 21 для измерительного сигналов, либо в течение промежутков времени от й+(21+1)С до + +(21 с+2)д, (дс = 0,1,2 ., что осуществляется коммутатором 11, соединенным цепью синхронизации с блоком оптического излучения.Формула изобретения1. Гетеродинное устройство для измерения толщины стравливаемых и напыляемых слоев, содержащее оптический излучатель, предназначенный для формирования светового потока с линейными взаимно-ортогонально поляризованными компонентами различных частот, расположенные по ходу светового пото" ка поляризационную призму и первый фокусирующий объектив, первый и второй приемные каналы, каждый из которых состоит из оптически связанных1384949 Фиг анализатора и фотоприемника, последовательно соединенные фазометр и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повыщения точности изме- эрений, оно снабжено светоделительнымэлементом, расположенным на выходеоптического излучателя и предназначенным для разделения светового потока на первый и второй световые пучки. 10вторым фокусирующим объективом, расположенным по ходу второго световогопучка за поляризационной призмой,коммутатором, первый и второй входыкоторого связаны с выходами фотопри- .15емников соответственно первого и второго приемных каналов, третий вход -с выходом синхронизации оптическогоизлучателя, первый и второй выходы -с соответствующими входами фазометра, 2 Оа первый и второй приемные каналыпредназначены для размещения в ходеотраженных от объекта световых потоков. 2, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оптический излучатель выполнен в виде лазера, установленных последовательно по ходу светового потока первого объектива, первого светоделительного поляризационного элемента, акустооптического модулятора, диафрагмы, второго светоделительного поляриэационного элемента и второго объектива, расположенного на фокусном расстоянии от акустооптического модулятора, переключателя, первого и второго высокочастотных генераторов и генератора тактовых импульсов, первый, второй и третий входы переключателя связаны соответственно с выходами первого и второго высокочастотных генераторов и выходом генератора тактовых импульсов, а выход подключен к входу акустооптического модулятора, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом синхронизации коммутатора.1384949 Составитель С.Межневдактор А.Ревин Техред М.Ходанич Корректор Л.Пилипен 02/37 Тираж 680 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, РаушПодпис ета СС о ака крытий ая наб д. 45 оизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,