Лазерный профилограф

 

ЛАЗЕРНЫЙ ЙРОФИЛОГРАФ,: Сидержащий лазер и расположенные по ходу луча лазера два светоделителя., блок сканирования луча лазера, индикатор луча лазера, координатночувствительный приемник, визир и; Предметный столик, от л и ч а ю щ и йен тем, что, с целью упро- . щения конструкции и возможности контроля профиля по двум координатам , блок сканирования выполнен в виде двух четырехграннь1Х пРИЗМ, последовательно установленных с возможностью вращения относительно осей, параллельных плоскости предметного столика, проекции этих осей на плоскость предметного столика взаимно перпендикулярны, свето:делители установлены последобатель;но между лазером и блоком ск нирования , а размеры граней призм выби;рают ,из условий i ACOS UJPCSA ri 1 S;n

СОНИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

М59 G 01 B 11 30 опиодник изоБретения н Авторскому снидетельсФВУ

fAf = (Б)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЭОБ ЕТЕНИЙ И ОтНРЪТИЙ (21) 3366614/25-28 (22) 16.12.81(46) 07,12.83. Бюл. Р 45 (72) A.Н. Седов и Ю.И. Урывский (53) 531.715.27(088.8) (56) 1. Патент CtJA 9 3740150; кл. 6 01 В 9/02, 1973.

2. Лазерный профилограф типа

LSF-500 "Канон". Журнал Джи дзайре, т. 20. Р 2, 1981, с. 77-80, Anomal (прототип). (54) (57) JlABEPHUA ИРОФНЛОГРАФ содержащий лазер и расположенные по ходу луча лазера два светоделителя., блок сканирования луча лазера, индикатор луча лазера, координатночувствительный приемник, визир и предметный столик, о т л и ч а юшийся 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„,.SU„„1058875 А

,вания, а размеры граней призм выби рают из условий

6соВ{аесМИ ) и

5 q 45 -агс щ о . Ь ВОй ,где d — длина граней призм;

A - максимальное смещение луЧа, ! прошедшего через первую призму, относительно падающего луча лазера по координате, перпендикулярной оси враще-. ния первой призмы;

0L - максимальный угол падения луча лазера на грань первой призмыу A и - показатель, преломления мате- Ж: риала призм;. 4 4е ЯЛ ..где 9, - ширина грани второй призмы; д „ — диаметр. контролируемой плас Я тины; где Б — максимальное смещение луча, прошедшего вторую призму, относитель но падающего луча лазера по координате, перпендикулярной оси вращения второй призмы..

1058875, J

540 4И особ alcejA д 1

ЙМ 46 -arcs n! о ° Shirr g t2 - anil

В dan

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности для контроля профиля полупроводниковых пластин и фотошаблонных заготовок.

Известно устройство для контроля 5 формы поверхности, в основу которого ,заложен интерферометр Майкельсона (1j, В этом устройстве измеряемый образец устанавливают в одно иэ плеч ин- 16 терферометра и перемещают перпендикулярно падающему на него лучу.

Недостатком известного устройства является большая погрешность измере-. ния, связанная с неплоскостностью t5 базовой поверхности, по которой . перемещается каретка с измеряемым образцом. Кроме того, наличие перемещающейся каретки конечной масаы ограничивает скорость сканирования.. 2g

Перемещение образца относительно падающего на него луча снижает надежность работы устройства, не обес печивает качественный контроль поверхности. 25 наиболее близким к изобретению по технической сущности являетая лазерный профилограф, содержащий лазер и расположенные по ходу луча лазера два светоделителя, блок сканирования луча лазера, индикатор луча лазера, координатно-чувстнитель ный приемник, визир и предметный столик (2) .

В укаэанном лазерном профилогра"

Фе блоК сканирования выполнен в виде восьмигранной вращающейся призмы и имеются три светоделителя, два плоских зеркала и четырехгранная призма, направляющая лазерный луч на блок сканирования, двухлин- 4О зовый коллиматор. Первый светоделитель направляет часть потока на индикатор лазерного излучения, второй светоделитель направляет часть лазерного излучения через плоские 45 зеркала на двухлинзовый коллиматор, третий светоделитель направляет часть отраженного от образца излучения на визирное устройство, которое на« ходится в фокусе днухлинзового кол- 5р лиматора. В этом фокусе находится также координатно-чувствительный приемник..Недостатки лазерного профилографа эаключаются в сложности изготовления блока сканиронания в виде восьмигранной вращающейся призмы, так как неравномерность наклона граней призмы вызывает процессию луча на плоскости координатно-чувствитель- 60. ного приемника и выэынает погрешности в измерении. Сложность изготовления днухлинзового коллиматора обусловливает наличие сферических аберраций и связанных с ними погрешнос- 65 тей измерения. Кроме того, условие расположения коллиматора, восьмигранной призмы и координатно-чувствительного приемника в фокуае коллиматора

BBocrT 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. Лазерное излучение заполняет апертуру коллиматора при повороте восьмигранной призмы всего на 7,47 . Это приводит к большим потерям (около

75%) 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 лазерном профилографе, coäåðæàùåì 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 а 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

1. где d - длина граней призм;

А - максимальное смещение луча, прошедшего через первую призму, относительно падающего луча лазера по координате, перпендикулярной оси вращения первой призмы;

1 М - максимальный. угол падения луча лазера на грань первой призмы;

n — - показатель преломления материала призм;

1058875

Перед 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.

65 где — ширина грани второй. призмы;

О,„„ - диаметр контролируемой пластины;

tAl = lEi y

5 где Б - максимальное смещение луча, прошедшего вторую приаму, относительно падающего луча лазера по 10 координате, перпендикулярной оси вращения второй призмы.

На чертеже изображена оптическая схема лазерного профилографа. 35

Лазерный профилограф содержит лазер 1, светоделители 2 и 3, блок сканирования луча лазера в виде двух четырехгранных призм 4 и 5, ось врацения которых перпендикуляр- 20 на падающему на них лучу, а проекции осей врацения упомянутых призм в плоскости контролируемой izoaepxaocти 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- 30

:му 10 отражается от светоделителя 2, проходит через второй светоделитель 3 и падает на четырехгранную ттриз му 4, ось врацения которой перпендикулярна падаюцему лучу. При вра.щении призмы 4 угол наденйя лазерного луча меняется, а вышедший из нее луч остается параллельным лучу падаюцему и смецается от первоначального направления на величину+А, за- 40 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 врацения призмы 5 в не-. сколько раэ меньше скорости враще» ния призмы 4. Пройдя призмы 4 н 5, 50 лазерный луч отражается от измеряе еого образца 11, снова проходит ризмы 4 и 5, светоделители 2 и 3, адает на координатно чувствительый приемник 7 ° Часть светового 55 потока, отраженного от светодели» теля 3, падает на визир S °Пртт вращении призмы 4 лазерный луч пробегает образец 11 в направлении оси Х, а при враще= нии призмы 5 - в направление оси У.

Если для любой точки образца 11 угол то между 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 7 и визира 8 не будет. у реальньтХ образцов угол ф в направлении осей Х и У непрерывно меняется, а падаюций на координатночувствительный приемник 7 луч непрерывно перемецается по его поверхности при повороте призм 4 и .5, причем это смещение пропорционально углуф . ,Размер призм 4 и 5 выбирают. из следующих соображений.

При расчете оптической схемы эа основу принимают требование получения максимального отклонения A при минимальных геометрических размерах призм. При повороте приам прошедший через них луч не должен. менять caoего направления, т.е. должен формировать параллельный пучок лучей.

Поставленным требованиям удовлетворяет четырехгранная прямоугольная призма, максимальный угол падения для которой фут,л»= 45 .

Пользуясь геометрическими пост- .роениями, законом Синелиуса определяют размеры граней призм из условий

Acos с1Гсь1р и

Ъ яю (46 -ar csin } о ° з ю с ут, где d - длина граней призм;

Л - максимальное смецение луча, прошедшего через первую приаму, относительно падаюцего луча ла«. зера по координате, пер пендикулярной оси враще- ния первой призмы;

C, - -максимальный угол падения луча лазера на грань пер-.

Вой пре!Змы j

n - показатель преломления материала, приам;

Р2 2 dna

dna где (— ширина грани второй призмы;

d> - диаметр контролируемой пластины; где Б — максимальное смещение луча, прошедшего вторую призму, относительно падающего луча лазера по

105S875

Составитель Л. Лобзова

Радайтрр Л. Авраменко ТехредВ.далекорей Корректор С.йекмар

° е 4 М Заказ 9693/18 . Тираж б02 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

° Ь В филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 координате, перпендикулярной оси вращения второй призмы.

Описанное устройство позволяет упростить конструкцию, т..к. нет необходимости выполнять сложное сканирующее устройство, содержащее вращающееся восьмигранное зеркало и .без- абберационный двухлинзовый коллиматор, и нет необходимости устанавливать оптические элементы в фокусе.

В предлагаемом профилографе коллима— тор отсутствует вообще. Кроме того, описанный профилограф позволяет определять профиль поверхности в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.