双光路光学反射法终点检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于微细加工领域的一种终点检测设备，采用双光路反射法消除光源波动，光电探测器和电路温度效应等影响，获得测量数据。所述的双光路包括测量光路和参考光路，两光路构成的平面在同一平面上，且同样品光路平面互相垂直。测量信号和参考信号经过电测量装置得出反映加工过程的光强信号。本实用新型专利技术由于采用双光路，因此，有效地消除光源、光电探测器变化等影响，提高了测量精度，更好地保证微细加工的质量。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于微细加工领域的一种终点检测设备，可以控制微细加工中的某些工艺参数，保证加工尺寸的精度。在微细加工过程中，要准确控制加工尺寸就需要对反应终点进行检测。通常所用的光学反射法都是采用如附图说明图1所示的单光路方案光源发出的光经过半透一半反射镜、物镜、全反射镜垂直入射到样品上，经样品沿原光路返回，并经半反射镜入射到光电探测器上，由放大器放大输出可反映加工过程的光强信号。由该方法得到的光强信号受光源波动，探测器及电路等温度效应的影响，对终点判别准确性造成很大困难，使加工精度得不到保证。本技术的目的是提供一种采用双光路反射法检测微细加工过程中加工样品尺寸精度的装置。克服了通常的光学反射法受光源波动，探测器和电路等温度效应影响的缺点，能够获得精确的终点判别信号，从而提高微细加工尺寸的精度。本技术的结构如图2所示，它包括半透一半反射镜1，振子A2，透镜3、4，全反射镜5、6，样品7，半透一半反射镜8，透镜9，振子B10，全反射镜11，光栏12，光电探测器13，光源20，电测量装置21。图3是本技术电测装置21的连接结构图，包括放大器14，相敏放大器A15，相敏放大器B16，移相器A17，移相器B18，运算电路19。光源发出的光经半透一半反射镜1分成两路，一路经振子A2调制(频率为f1)后经透镜3、4扩束，再经全反射镜5、6，转向入射到被测样品7上，由样品反射回来的光经由全反射镜6折向半透一半反射镜8，这一路为测量光路。由光源2到半透一半反射镜1的入射光，半透一半反射镜1到全反射镜5的反射光，全反射镜5到全反射镜6的反射光，反射镜6到半透一半反射镜8的透射光构成一个平面，这个平面是测量光路平面。由全反射镜6到样品7的入射光和样品7到全反射镜6的反射光构成的平面是样品光路平面，与上述入射光、透射光和反射光构成的测量光路平面相垂直。另一路由半透一半反射镜1透过的光，经全反射镜11转向，由振子B调制(频率为f1)组成参考光，它与测量光在半透一半反射镜8处合成，再经透镜9，光栏12后由光电探测器13接收。由光源20到半透一半反射镜11的透射光，半透一半反射镜11到半透一半反射镜8的反射光，半透一半反射镜8到光电探测器3的反射光构成一个平面，这个平面是参考光路平面。测量光路平面同参考光路平面在一个平面上，因此，测量光路平面也同样品光路平面垂直。在测量光路平面和参考光路平面上，半透一半反射镜1、8，全反射镜11互相平行。本技术是通过测量被加工样品7的膜层上下反射光干涉条纹数来计算加工尺寸，样品7所处的方向是测量光路和参考光路构成的平面的法线方向。由光电探测器13接收的干涉光的电信号，输入到电测量装置21。电测量装置21中的放大器14同相敏放大器A15，相敏放大器B16连接。相敏放大器A15和相敏放大器B16又分别同运算放大器19连接。振子A2经过移相电路A17同相敏放大器A15连接，振子B10经过移相电路B18同相敏放大器B16连接。光电探测器13接收的电信号输入电测量装置21，经放大器14放大后送给两路相敏放大器A15及相敏放大器B16，与来自振子的信号经移相器A17，移相器B18后进行相敏放大得出频率为f1的测量信号A和频率为f2的参考信号B，两路信号经运算电路19得出反映加工过程的光强信号。振子A2和振子B10用来调制光和输出电信号，振子A2的频率为f1，调制测量光路的光束，同时输出频率为f1的电信号给移相电路A17。振子B10的频率为f2，调制参考光路的光束，同时输出频率为f2的电信号给移相电路B18。振子A2和振子B10可以使用音叉振子驱动电路。运算电路为一种除法运算，可以采用通常的硬件电路，也可用自编计算机的软件完成。其工作原理光源发出的光经过半透一半反射镜分成测量光和参考光两路，两路光经过两个振子调制成不同频率(f1，f2)的交变信号后同时投射到同一光电探测器上，经同一放大器放大后形成具有一定信噪比的两种频率混合的电信号，分别给入两个相敏放大器。根据各自不同的调制频率将信号分离成两路，即一路测量信号A频率为f1，一路参考信号B频率为f2。再经运算电路作除法消除光源、探测器及放大器的影响得出光强信号。本技术的积极效果本技术采用双光路方案可以消除光源波动、探测器及放大器的参数变化对测量造成的影响，能够得到精确的终点判别信号。令两路光路光强分别为I1(测量光)=Iτ1I2(参考光)=Iτ2其中I为总光强，τ1、τ2分别为测量光路和参考光路的传输参数。探测器响应为a，放大器的放大倍数为k，由于相敏放大电路的放大倍数近似为1，则电信号=Iτak那么，测量信号A=Iτ1ak参考信号B=Iτ2ak两者比为 可见输出的光强信号与光源波动，探测器响应及放大器的参数等无关，只决定于被测样品的特征。最佳实施例如图2所示。这里所有的全反射镜5、6、11，半透一半反射镜1、8和透镜3、4、9均由普通材料制成，振子2、10是由特殊弹簧钢制成的音叉振子，其测量光和参考光的调制频率分别为725c／s和295c／s；移相器17、18和放大器14由通用线性放大器OP07构成；相敏放大器15、16由电流型电路LZXIC构成；运算电路19由计算机软件完成。该方法亦可用于测量其它被测对象反射、透过等光学特征参数。权利要求1.一种双光路光学反射法终点检测装置，主要包括半透一半反射镜(1)、(8)，振子A(2)，透镜(3)、(4)、(9)，全反射镜(5)、(6)、(11)，振子B(10)，光栏(12)，光电探测器(13)，光源(20)，电测量装置(21)，其特征是由光源(20)，半透一半反射镜(1)，全反射镜(5)、(6)，半透一半反射镜(8)等构成测量光路平面，由光源(20)，全反射镜(11)，半透一半反射镜(8)，光电探测器(13)等构成参考光路平面，全反射镜(6)，样品7构成样品光路平面，测量光路平面和参考光路平面在同一平面上，样品光路平面同测量光路平面和参考光路平面互相垂直；半透一半反射镜(1)、(8)，全反射镜(11)互相平行；由光电探测器(13)接收的干涉光的电信号输入到电测量装置(21)，电测量装置(21)通过移相电路A同振子A(2)相连，通过移相电路B(18)同振子B(10)相连。2.根据权利要求1所述的双光路光学反射法终点检测装置，其特征是电测量装置(21)包括，相敏放大器A(15)，相敏放大器B(16)，运算放大器(19)，移相电路A(17)，移相电路B(18)等；相敏放大器A(15)，相敏放大器B(16)，分别同运算放大器(19)相连，移相电路A(17)同相敏放大器(15)相连，移相电路B(18)同相敏放大器(16)相连。专利摘要本技术属于微细加工领域的一种终点检测设备,采用双光路反射法消除光源波动,光电探测器和电路温度效应等影响,获得测量数据。所述的双光路包括测量光路和参考光路,两光路构成的平面在同一平面上,且同样品光路平面互相垂直。测量信号和参考信号经过电测量装置得出反映加工过程的光强信号。本技术由于采用双光路,因此,有效地消除光源、光电探测器变化等影响,提高了测量精度,更好地保证微细加工的质量。文档编号G01B11/02GK2418461SQ99245880公开日2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双光路光学反射法终点检测装置，主要包括半透－半反射镜（１）、（８），振子Ａ（２），透镜（３）、（４）、（９），全反射镜（５）、（６）、（１１），振子Ｂ（１０），光栏（１２），光电探测器（１３），光源（２０），电测量装置（２１），其特征是由光源（２０），半透－半反射镜（１），全反射镜（５）、（６），半透－半反射镜（８）等构成测量光路平面，由光源（２０），全反射镜（１１），半透－半反射镜（８），光电探测器（１３）等构成参考光路平面，全反射镜（６），样品７构成样品光路平面，测量光路平面和参考光路平面在同一平面上，样品光路平面同测量光路平面和参考光路平面互相垂直；半透－半反射镜（１）、（８），全反射镜（１１）互相平行；由光电探测器（１３）接收的干涉光的电信号输入到电测量装置（２１），电测量装置（２１）通过移相电路Ａ同振子Ａ（２）相连，通过移相电路Ｂ（１８）同振子Ｂ（１０）相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋克非，王弼陡，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：22[中国|吉林]