Разработка и исследование цифрового интерференционного микроскопа для прецизионных измерений малых высот и наноперемещений

• Автор: Лазарев, Григорий Леонидович
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 121 с. : 21 ил.

Содержание
Введение

1. Анализ методов исследования микроструктуры поверхности

1.1. Сканирующие зондовые микроскопы

1.2. Электронный микроскоп

1.3. Метод темного поля

1.4. Конфокальные микроскопы

1.5. Интерференционный микроскоп белого света

1.6. Эллипсометрические методы

1.7. Фазовоконтрастные и интерференционные методы

1.8. Когерентность источника в интерференционных методах
1.9. Методы извлечения фазовой информации, используемые в интерференционных микроскопах
Выводы по первой главе
2. Разработка интерференционного метода прецизионных фазовых измерений
2.1. Моделирование микроинтерферометрических измерений
2.1.1. Прохождение поляризованной волны через интерферометр
2.1.2. Шумы и чувствительность интерферометра. Отношение сигнал-шум
2.1.3. Влияние пространственной спекл-структуры системы
2.2. Измерение фазы методом временных интервалов
2.3. Дифракционное формирование изображения субволновых структур
2.3.1. Дифракционная структура поля на объекте
2.3.2. Преобразование объектной волны оптической системой микроинтерферометра

2.4 Схемная модель системы
Выводы по второй главе
3. Разработка прецизионного интерференционного микроскопа
3.1. Разработка оптической системы микроинтерферометра
3.1.1. Особенности проведения габаритного расчета
3.1.2. Светоэнергетический анализ системы
3.1.3. Аберрационный расчет и оптимизация параметров компонентов и подсистем
3.2. Особенности разработки электронной информационной преобразующей системы
3.2.1. Реализация метода временных интервалов на современной элементной базе
3.2.2. Фильтрация шумов интерференционного сигнала
3.2.3. Принцип связанных интерферометров
3.2.3.1. Динамическая компенсация вибраций
3.2.3.2. Измерения по гибридному алгоритму
3.3. Разработка алгоритма измерения фазы
3.3.1. Измерение фазы по методу временных интервалов в режиме компенсации вибраций
3.3.2. Измерение фазы по гибридной схеме
3.3.3. Устранение неопределенности 2к (восстановление фазы)
Выводы по третьей главе
4. Экспериментальная верификация метода
4.1. Описание экспериментальной установки
4.2. Экспериментальная проверка основных точностных характеристик метода
4.2.1. Измерения динамических процессов
4.2.2. Измерение наноступеньки

4.2.3. Измерение узкой канавки
4.2.4. Измерение сверхгладкой подложки (нанотопография)
4.2.5. Обнаружение нанообъектов
4.2.6. Анализ полученных экспериментальных данных
4.3. Практические применения установки
Выводы по четвертой главе
Заключение и общие выводы
Библиография
Приложение
Приложение
где А (/) - центрированные флуктуации частоты.
Допустимость рассмотренной выше модели подтверждается следующим [45]: при работе выше порога генерации интенсивность имеет гауссовское распределение, причём уже при незначительном превышении порога генерации форма распределения изменяется незначительно, а изменяется лишь средняя интенсивность. При параметре накачки а = (А-С)/А »1,
где А - коэффициент усиления, С - потери, средняя интенсивность < I >« а, её дисперсия < (Д/)2 >« 2 и, соответственно, относительные флуктуации интенсивности будут л/< (А/)2 >/< I > = Л/а.
Следовательно, флуктуации интенсивности при работе выше порога не изменяются по абсолютной величине, но их относительная величина стремится к нулю при росте а. Также стремится к нулю дисперсия абсолютной амплитуды < (А | и |)2 >, т.е. поле лазера имеет характер колебания со слабо флуктуирующими частотой и/или фазой, но с постоянной амплитудой [45]:
<| и |>а л[а(1 <| и |2 >=< I ж а

< (А | и |)2 >® 1/2а; >/< (д 1111)2 >/<111“ 1/а/2йг
Спектральная ширина линии излучения лазера При работе вдали от порога спектральная плотность лазерного поля представляется в хорошем приближении [45] лоренцевой кривой вида
2 А Лп

АДц, +(со-со1)2 ’
где ДД01 ~ —
< Ка) >
Видно, что при грамотном увеличении накачки можно добиться очень узкой линии, причём основной вклад в её спектральную ширину вносят случайные фазовые флуктации. Они описываются винеровским процессом с растущей во времени дисперсией [45].
Экспериментальные исследования показали, что условие стабильности амплитуды на использованных в макете лазерах действительно выполнялось хорошо (после 5-10 минутного выхода на режим флуктации интенсивности