Интерферометр для контроля плоскостности отражающих поверхностей

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение надежности контроля и расширение области использования. Пучок света от лазера 1 расширяется микрообъективом 2 и попадает на объектив 3, расположенный на фокусном расстоянии от микрообъектива 2, и коллимируется. Плоский пучок света после объектива 3 падает под углом а на исследуемую поверхность 8. Отраженное от поверхности 8 излучение, которое частичноотражается зеркально, частично рассеивается на шероховатостях поверхности 8, попадает на второй объектив 4, расположенный на оси, лежащей в плоскости падения и направленной под углом к поверхности, равным а. После прохождения объектива 4 зеркальная часть отраженного от поверхности излучения сходится и попадает на щелевую диафрагму 5, которая расположена в фокусе объектива 4, и осуществляет пространственную фильтрацию вдоль направления , перпендикулярного щели диафрагмы 5. Отфильтрованное по одному направлению излучение попадает на дифракционную решетку 6, которая разделяет это излучение по амплитуде, формируя два идентичных световых потока, несколько смещенных и наклоненных по отношению к друг другу. Сформированные дифракционной решеткой 6 два идентичных наложенных волновых фронта, имеющих спекл-структуру, вытянутую в направлении, перпендикулярном щели диафрагмы 5, образуют поперечно-сдвиговую интерферограмму, полосы которой вытянуты вдоль направления щели диафрагмы. 2 ил. (Л С XI О О СО го

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 В 11/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ оь

С>

Cd

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4888593/28 (22) 07.12,90 (46) 07.09.92, Бюл, N 33 (71) Центральное конструкторское бюро уникального приборостроения Научно-технического объединения АН СССР (72) В.В.Котляр, B.À.Ñîéôåð и А.Г.Храмов (56) Борн М„Вольф Э. Основы оптики. M.:

Наука, 1973, с.288.

К.G,Birch., I,Phys, Е: Sci instr„v.6, р.1045, 1973. (54) ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ

ПЛОСКОСТНОСТИ ОТРАЖАЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике, Цель изобретения — повышение надежности контроля и расширение области использования. Пучок света от лазера 1 расширяется микрообъективом 2 и попадает на обьектив 3, расположенный на фокусном расстоянии от микрообъектива 2, и коллимируется. Плоский пучок света после объектива 3 падает под углом а на исследуемую поверхность 8. Отраженное от поверхности 8 излучение, которое частичноотражается зеркально, част

„„5U„„1760312 А1 ется на шероховатостях поверхности 8, попадает на второй объектив 4, расположенный на оси, лежащей в плоскости падения и направленной под углом к поверхности, равным а, После прохождения объектива 4 зеркальная часть отраженного от поверхности излучения сходится и попадает на щелевую диафрагму 5, которая расположена в фокусе объектива 4, и осуществляет пространственную фильтрацию вдоль направления, перпендикулярного щели диафрагмы

5. Отфильтрованное по одному направлению излучение попадает надифракционную решетку 6, которая разделяет это излучение по амплитуде, формируя два идентичных световых потока, несколько смещенных и наклоненных по отношению к друг другу.

Сформированные дифракционной решеткой 6 два идентичных наложенных волновых фронта, имеющих спекл-структуру, вытянутую в направлении, перпендикулярном щели диафрагмы 5, образуют поперечно-сдвиговую интерферограмму, полосы которой вытянуты вдоль направле.Ния щели диафрагмы. 2 ил.

17б0312

Изобретение относится к области неразрушающего когерентно-оптического контроля качества отражающих (не обязательно полированных) преимущественно плоских поверхностей, например кремниевых пластин большого диаметра для производства интегральных схем (вейферов), Известен интерферометр Маха-Цендера для контроля формы поверхности, содержащий источник когерентного света, расширитель, коллиматор, два полупрозрачных зеркала. эталонное зеркало, изображающий объектив, блок регистрации.

Недостатком данного интерферометра является высокая чувствительность к вибрациям, Наиболее близким к изобретению является интерферометр наклонного падения для контроля не оптических поверхностей, содержащий источник когерентного света, микрообъектив, объектив, две голографические дифракционные решетки, второй объектив и блок регистрации и расшифровки интерферограмм. В данном интерферометре коллимированный пучок света падает перпендикулярно на первую дифракционную решетку, которая формирует нулевой и плюс первый порядки дифракции. Плюс первый порядок дифракции падает под углом а на исследуемую поверхность и, стражаясь от нее. попадает под углом на вторую дифракционную решетку, сквозь которую и проходит в направлении минус первого порядка. Нулевой же порядок дифракции после прохождения первой дифракционной решетки попадает перпендикулярно на вторую дифракционную решетку и дифрагирует в минус первый порядок под углом а к нормали решетки.

Это приводит к наложению после второй дифракционной решетки плоского опорного фронта и исследуемого волного фронта, в результате которого образуется интерферо грамма, Недостатком устройства является высокая чувствительность схемы интерферометра к вибрациям, t.е. при малых случайных смещениях и поворотах (наклонах) двух дифракционных решеток и исследуемой поверхности происходит видоискажение интеферограммы, которое приводит к низкой надежности контроля. Конструктивным недостатком инте рферометра является и рямая зависимость размеров двух дифракционных решеток от размеров исследуемой поверхности. Для контроля поверхностей большого диаметра требуется изготовлять дифракционные решетки больших размеров.

Цель изобретения — повышение надежности контроля и расширение области применения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве (интерферометре наклонного падения для контроля не оптических поверхностей), содержащем соосно и последовательно расположенные лазер, микрообъектив и объектив, соосно и последовательно расположенные второй объектив и блок регистрации и делительный элемент, дополнительно введена щелевая диафрагма, установленная между вторым объективом и блоком регистрации в фокусе второго объектива, делительный элемент установлен за щелевой диафрагмой по ходу излучения и выполнен в виде одномерной фазовой дифракционной решетки, штрихи которой вытянуты вдоль направления, параллельного отверстию щелевой диафрагмы, и представляющей собой плоскопараллельную пластину из прозрачного для лазерного излучения материала, на одной стороне которой выполнен пилообразный рельеф с максимальной высотой h = Л/2 (и — 1}, где it — длина волны света, n — показатель преломления материала.

Предлагаемое техническое решение обладает следующими отличительными признаками. Во-первых. в схеме с наклонным падением в поперечно-сдвиговом интерферометре интерферограмма образуется двумя исследуемыми волновыми фронтами, смещенными и наклоненными по отношению друг к другу. Поэтому малые случайные смещения и наклоны любых оптических элементов схемы приводят только к малым смещениям интерферограммы и не искажают ее, а это в свою очередь означает повышение надежности и достоверности результатов измерения отклонения поверхности от плоскости, Во-вторых, вместо двух дифракционных решеток в прототипе в поперечносдвиговом интерферометре использована только одна решетка, которая помещена после второго объектива в сходящемся пучке в области фокуса, и поэтому имеет небольшие размеры, независящие от размеров контролируемой поверхности. В-третьих, предложенная оптическая схема с одним делительным элементом позволяет при заданном угле падения контролировать шероховатые поверхности с более высоким уровнем шероховатости, поскольку интерферометрически сравниваются два идентичных волновых фронта, с одинаковой спекл-структурой, несколько смещенных и наклоненных по отношению друг к другу, что приводит к наложению сдвинутых иден, 1760312 тичных спекл-структур и образованию интерференционной картины по всему полю наблюдения, т.е. расширяется область использования интерферометра.

На фиг.1 показана оптическая схема 5 поперечно-сдвигового интерферометра наклонного падения; на фиг.2 — делительный элемент, представляющий собой одномер- ную фазовую дифракционную решетку.

Интерферометр для контроля плоско- 10 стности отражающих поверхностей содержит соосно и последовательно расположенные лазер 1, микрообьектив 2 и объектив 3, э также соосно и последовательно расположенные второй объектив 4, щепе- 15 вую диафрагму 5, делительный элемент 6 и блок регистрации 7. Объектив 3 расположен на фокусном расстоянии от микрообьектива

2, а диафрагма 5 расположена в фокусе второго объектива 4. Дифракционная решетка 20 б расположена зэ диафрагмой 5 s непосредственной близости от нее, причем штрихи решетки вытянуты вдоль отверстия диафрагмы, Приемное окно блока регистрации

7 расположено в плоскости изображения 25 поверхности 8, формируемое вторым объективом 4. Поверхность 8 объектива расположена под углом а к оси лазера 1, ось, на которой расположены второй объектив 4, щель 5, делительный элемент 6 и блок ре- 30 гистрации 7, лежит в плоскости. образованной осью лазера 1 и нормально к поверхности 8, и направлена под углом а к поверхности 8.

Делительный элемент 6 представляет 35 собой фазовую одномерную дифракционную решетку, имеющую вид плоскопараллельной пластины, на одной стороне которой имеется пилообразный рельеф, описываемый формулой 40

Л х — md () 2(n — 1) d х E- (md, (m+ 1) d), m = — N,N 45 и имеющий период d и максимальную глу- .

Л бину рельефа h —,, где Л вЂ” длина

2 n — 1 волны света, n — показатель преломления 50 материала.

Интерферометр работает следующим образом.

Пучок света от лазера 1 расширяется микрообъективом 2 и попадает на обьектив 55

3, расположенный нэ фокусном расстоянии от микрообъектива, и коллимируется. Плоский пучок света подходящего диаметра после объектива падает под углом а на исследуемую поверхность 8. Отраженное от поверхности 8 излучение, которое частично отражается зеркально. частично рассеивается на шероховатостях поверхности, попадает на второй объектив 4, расположенный на оси, лежащей в плоскости падения и направленной под углом к поверхности, равным а. После прохождения объектива 4 зеркальная часть отраженного от поверхности излучения сходится и попадает нэ щелевую диафрагму 5, которая расположена в фокусе объектива 4, и осуществляет пространственную фильтрацию (не пропускает высокие пространственные частоты) вдоль направления, перпендикулярного щели диафрагмы. Отфильтрованное по одному направлению излучение попадает на дифракционную решетку 6, которая разделяет это излучение по амплитуде: более

800, энергии идет в нулевой и плюс первый порядок дифракции поровну, формируя два идентичных световых потока, несколько смещенных и наклоненных по отношению друг к другу, а остальные 20 энергии идет в другие порядки дифракции.

Смещение полей происходит B направлении, перпендикулярном щели диафрагмы.

Сформированные дифрэкцион ной решеткой 6 два идентичных наложенных волновых фронта, имеющих спекл-структуру, сильно вытянутую в направлении перпендикулярном щели диафрагмы, образуют поперечносдвиговую интерферограмму, полосы которой преимущественно вытянуты вдоль направления щели диафрагмы. Полученная интерферограмма регистрируется в блоке регистрации 7, приемное окно которого совпадает с плоскостью изображения исследуемой поверхности 8.

Если центр поверхности 8 расположен на расстоянии а от обьективэ 4, а центр окна блока регистрации 7 расположен на расстоянии Ь от объектива, причем а и Ь связаны уравнением линзы а-1 + b = fz-1, где fg фокусное расстояние объектива 4, то будет зарегистрирована интерферограмма, совмещенная с изображением поверхности

8, масштаб которого изменен в Ь/а раз.

Формула изобретения

Интерферометр для контроля плоскостности отражающих поверхностей, содержащий соосно и последовательно расположенные лазер, микрообьектив и объектив, соосно и последовательно расположенные второй объектив и блок регистрации и делительный элемент, о т л и ч э юшийся тем, что. с целью повышения надежности контроля и расширения области использования, он снабжен щелевой ди1760312

Составитель В.Котляр

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Н,Король

Редактор Т.сухая

Заказ 3177 Тираж Подписное

p,è ,,.НИИГИЛ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 афрагмой, установленной между вторым объективом и блоком регистрации в фокусе второго объектива, делительный элемент установлен за щелевой диафрагмой по ходу излучения и выполнен в виде одномерной фазовой дифрэкционной решетки, штрихи которой выянуты вдоль направления, параллельного отверстию щелевой диафрагмы, и представляющей собой плоскопараллельную пластину из прозрачного для излучения материала, на одной стороне которой выполнен пилообразный рельеф с макси5 мальной высотой h = А /2 (n — 1), где длина волны света, 0 — показатель преломления материала.