СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КРИВИЗНЫ ОТРАЖАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ И СООТВЕТСТВУЮЩЕЕ ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО
METHOD FOR MEASUREMENT OF REFLECTING SURFACE CURVATURE AND CORRESPONDING OPTICAL DEVICE

Изобретение относится к области оптических устройств измерения деформаций отражающих поверхностей. Эти измерительные устройства могут быть использованы, в частности, для измерения деформации полупроводниковых пластин, называемых также "вафлями". Устройство измерения в соответствии с изобретением позволяет контролировать пластину во время операций осаждения слоев материалов, необходимых для реализации электронных компонентов. Измерительное устройство позволяет также осуществлять контроль после осаждения материала на указанные пластины или отслеживать, или контролировать ex–situ, любого типа обработку материалов, сопровождающуюся деформацией пластины.
Когда выполняются операции вакуумного осаждения слоев материалов на полупроводниковую пластину, например, посредством эпитаксии молекулярными пучками, то в осаждаемом слое развиваются напряжения, и возникают механические напряжения в пластине. Обычно, пластины имеют достаточно малые толщины, варьирующиеся типично между 100 микронами и 700 микронами. Под воздействием возникающих напряжений они могут в различной степени деформироваться. Контроль этих деформаций позволяет судить об их степени, природе и локализации напряжений, позволяя определять, правильно ли осуществляется осаждение и, позволяя сопоставить природу этих напряжений с атомарными механизмами.
Пластины обычно являются отражающими. Для измерения деформаций используется это свойство, и используемые измерительные устройства – это оптические устройства. Все эти устройства включают в себя источник света известной геометрии, и приемник. Источник света и приемник располагаются так, чтобы свет, испускаемый источником, попадал на приемник через отражающую поверхность. Приемник принимает, таким образом, изображение источника через поверхность пластины. Если пластина представляет собой идеальное плоское зеркало, то это изображение не деформируется, на уровне погрешности системы измерений. Если пластина деформируется под воздействием напряжения, изображение источника деформируется. Измерение этой деформации позволяет определить деформацию отражающей пластины.
Обычно, источники имеют простую геометрическую форму или составлены из светящихся точек, расположенных в соответствии с известной геометрией. Светящиеся точки могут быть реализованы, например, пучком лазера, отражаемым множество раз внутри пластинки с плоскими и параллельными гранями. Множественность передаваемых параллельных пучков составляет осветительную структуру. Патент США 5 912 738, озаглавленный как "Измерение кривизны поверхности с использованием параллельных световых пучков", описывает такое измерительное устройство. Патент США 9 070 590, озаглавленный как "Способ и устройство предотвращения поломки детали", описывает другой тип устройства измерения, с применением, отличным от применения для измерения характеристик вафель, а именно устройство измерения термических напряжений.
Одно из ограничений в этом типе устройства измерения заключается в том, что осаждение выполняется внутри некоторого корпуса под вакуумом, в который невозможно, разумеется, ввести оптические элементы. В этом случае, передача и прием света необходимо выполняются снаружи корпуса сквозь прозрачные иллюминаторы. Однако, пластина может иметь значительные размеры. Например, существуют вафли, диаметр которых равен 250 миллиметрам. Для контроля пластин такого размера желательно иметь возможность перемещения источника света и приемника для реализации различных измерений, но ясно, что при этом затруднительно сохранять точность и качество измерения, при том, что контроль должен осуществляться в реальном времени, так, чтобы можно было что–то предпринять, если операции осаждения идут не корректно. Кроме того, часто эти перемещения источника света затруднительны или невозможны из–за малого размера иллюминаторов.
Способ измерения в соответствии с изобретением и соответственное измерительное устройство не имеют этих неудобств. Они основаны на том факте, что имеется возможность перемещения освещенной зоны отражающей поверхности, включая поверхности большого размера, не перемещая приемник. Более конкретно, первый объект изобретения – это способ измерения деформации, по меньшей мере, отражающей поверхности предмета измерительным устройством, вышеупомянутым измерительным устройством, содержащим по меньшей мере осветительную структуру, содержащую светящиеся точки, камеру и устройство анализа изображений, причем осветительная структура и камера устанавливаются так, чтобы в состоянии измерения деформации вышеупомянутой поверхности, мнимое или действительное изображение осветительной структуры было видимо детектором камеры сквозь поверхность, причем вышеупомянутое изображение отображает деформацию зоны, освещенной с поверхности посредством осветительной структуры,
отличающийся тем, что способ осуществления измерения содержит следующие этапы:
Этап i: измерение по меньшей мере расстояния между изображениями двух светящихся точек;
Этап ii: вычисление отношения между этим измеренным расстоянием и по меньшей мере одним опорным расстоянием;
Этап iii: вычисление, на основании упомянутого отношения, расширения в заданном направлении;
Этап iv: вычисление деформации отражающей поверхности в вышеупомянутом заданном направлении
Преимущественно, способ включает в себя пятый этап, в котором этапы i–iv осуществляются для множества изображений светящихся точек, так, чтобы измерить расширение во множестве данных направлений и вычислить анизотропию деформации отражающей поверхности.
Преимущественно, осветительная структура включает в себя совокупность отдельных светящихся точек, распределенных на матрице.
Преимущественно, осветительная структура включает в себя по меньшей мере светящийся круг или эллипс, причем измерение осуществляется на изображениях точек, принадлежащих этому светящемуся кругу или этому эллипсу.
Преимущественно, способ включает в себя этап осуществления, по меньшей мере, второго измерения, причем это второе измерение включает в себя излучение второй осветительной структуры, причем вышеупомянутые средства осуществления обоих измерений устанавливаются так, чтобы первая осветительная структура, относящаяся к первому измерению, освещала первую зону поверхности, отличную от второй зоны поверхности, освещаемую второй осветительной структурой, относящейся ко второму измерению, причем между двумя измерениями камера остается неподвижной.
Изобретение в качестве второго объекта имеет устройство измерения деформации, по меньшей мере, отражающей поверхности предмета, причем вышеупомянутое устройство измерения содержит по меньшей мере осветительную структуру, включающую в себя светящиеся точки, камеру, и устройство анализа изображений, причем осветительная структура и камера устанавливаются так, чтобы в состоянии измерения деформации вышеупомянутой поверхности, мнимое или действительное изображение осветительной структуры было видимо детектором камеры сквозь поверхность, при этом вышеупомянутое изображение отображает деформацию зоны, освещенной от поверхности осветительной структурой,
отличающееся тем, что устройство анализа изображений содержит:
– средства измерения по меньшей мере расстояния между изображениями двух светящихся точек;
– первые средства вычисления отношения между этим измеренным расстоянием и, по меньшей мере, опорным расстоянием;
– вторые средства вычисления, на основании упомянутого отношения, расширения в заданном направлении;
– третьи средства вычисления деформации отражающей поверхности в вышеупомянутом заданном направлении.
Преимущественно, устройство включает в себя средства осуществления по меньшей мере двух измерений, причем каждое измерение включает в себя излучение осветительной структуры, причем вышеупомянутые средства осуществления обоих измерений устанавливаются так, чтобы первая осветительная структура, относящаяся к первому измерению, освещала первую зону поверхности, отличную от второй зоны поверхности, освещаемой второй осветительной структурой, относящейся ко второму измерению, причем между двумя измерениями камера остается неподвижной.
Преимущественно, устройство измерения включает в себя средства перемещения, деформации или расширения осветительной структуры.
Преимущественно, средства осуществления включают в себя средства перемещения предмета в плоскости, задаваемой между двумя измерениями, и средства измерения упомянутого перемещения.
Преимущественно, средства перемещения предмета в вышеупомянутой плоскости – это средства перемещения вращением или параллельным переносом.
Преимущественно, устройство измерения включает в себя экран визуализации и средства графического воспроизведения упомянутой осветительной структуры на вышеупомянутом экране для визуального вывода.
Преимущественно, осветительная структура представляет собой матрицу отдельных светящихся точек.
Преимущественно, осветительная структура представляет собой светящийся круг или светящийся эллипс или набор светящихся кругов или светящихся эллипсов.
Преимущественно, устройство измерения включает в себя источник освещения, освещающий непрозрачный экран, включающий в себя отверстия, размещаемые так, чтобы образовывать осветительную структуру.
Преимущественно, устройство измерения включает в себя полупрозрачный плоскопараллельный оптический разделитель, установленный так, чтобы изображение структуры точек сформировалось на детекторе камеры после пропускания вышеупомянутым оптическим разделителем, отражения на поверхности и отражения на вышеупомянутом оптическом разделителе, или сформировалось на детекторе камеры после отражения на вышеупомянутом оптическом разделителе, отражения на поверхности и пропускания вышеупомянутым оптическим разделителем.
Преимущественно, устройство измерения включает в себя средства осуществления множества измерений, выполняя полную картографию деформации вышеупомянутой поверхности.
Преимущественно, локальный радиус кривизны, выпуклой или вогнутой, деформаций варьируется от нескольких миллиметров до нескольких десятков километров.
Преимущественно, предмет представляет собой полупроводниковую пластину или "вафлю", при этом отражающая поверхность является одной из поверхностей вышеупомянутой пластины.
Изобретение относится также к использованию устройства измерения, такого как задано выше для измерения вогнутой отражающей поверхности, отличающегося тем, что осветительная структура и камера расположены так, чтобы изображение осветительной структуры, отраженное вогнутой отражающей поверхностью, было расположено вблизи линзы камеры.
Преимущественно, устройство используется для контроля обработки, сопровождающейся деформацией, отражающей поверхности предмета в рамке роста материала, отличающегося тем, что измерения осуществляются во время осаждения, по меньшей мере, слоя материала на вышеупомянутой отражающей поверхности.
Преимущественно, устройство используется для контроля полупроводниковых пластин, отличающегося тем, что измерения осуществляются непрерывно на по меньшей мере двух различных предметах.
Изобретение будет лучше понято и прочие преимущества будут видны из чтения нижеприведенного описания с не ограничивающим названием и благодаря сопровождающим чертежам, на которых:
Фиг.1 изображает первый вариант осуществления устройства измерения в соответствии с изобретением, устройства, включающего в себя вращающуюся платформу;
Фиг.2 и 3 – иллюстрация принципа оптического измерения деформаций пластины;
Фиг.4 – второй вариант осуществления устройства измерения в соответствии с изобретением, устройства, включающего в себя экран для визуального вывода как осветительная структура;
Фиг.5 – вариация этого второго варианта осуществления устройства измерения в соответствии с изобретением;
Фиг.6 и 7 – третий вариант осуществления устройства измерения в соответствии с изобретением и вариация этого упомянутого варианта осуществления;
Фиг.8 – четвертый вариант осуществления;
Фиг.9 – вариант осуществления устройства в соответствии с изобретением, приспособленного к измерению вогнутых отражающих поверхностей;
Фиг.10 – вариации расширения в зависимости от радиуса кривизны отражающей поверхности;
Фиг.11 и 12 – осветительная структура, включающая в себя концентрические круги, и ее изображение изогнутой отражающей поверхностью.
Как было сказано, устройство измерения может быть использовано для измерения деформаций отражающей поверхности предмета. Оно особенно годится для измерения деформации полупроводниковых пластин. Нижеприведенные примеры – все из этой технической области, но они не должны рассматриваться как ограничительные.
В качестве первого не ограничительного примера, на Фиг.1 показан первый вариант осуществления в соответствии с изобретением устройства измерения деформаций пластины 10. На этих и на последующих чертежах, пластина отмечена жирной линией дуги окружности, так, чтобы показать деформации. Также, тонкими пунктирными линиями представлена траектория световых лучей, исходящих из отдельной точки осветительной структуры, и жирным пунктиром – поле, покрываемое объективом камеры.
Обычно, пластины имеют толщину, составляющую значение между 100 микрон и 700 микрон. Их диаметр обычно составляет значение между 25 миллиметров и 250 миллиметров. Устройством измерения можно измерить, приспосабливая его конфигурацию, деформации, локальный радиус кривизны которых, вогнутой или выпуклой, варьируется от нескольких миллиметров и до нескольких десятков километров. Подложки могут быть, например, из арсенида галлия.
Устройство измерения содержит средства 20, позволяющие создавать осветительную структуру 21 известной формы. Можно реализовать эту структуру на основе отдельных компонентов, таких как источники света, освещающие прозрачные символы, просверленные в непрозрачном экране. Можно использовать также экраны для визуального вывода, на которые наносится осветительная структура. В этом случае, становится легко модифицировать осветительную структуру или ее продублировать, или перемещать ее на экране для визуального вывода, или также изменять ее светимость или ее цвет.
Может оказаться полезным, для ограничения паразитного света, использовать монохроматическое излучение или спектрально ограниченное излучение. В этом случае, фоточувствительный приемник снабжен спектральным фильтром, который пропускает только испускаемое излучение.
Геометрическая осветительная структура обычно составлена из светящихся точек, которые могут быть структурированы в виде матрицы. В качестве примера, на Фиг.3 представлена решетка этого типа, включающая в себя 9 светящихся точек 22, расположенных в матрице, включающей в себя 3 столбца и 3 строки. На этом чертеже на Фиг.3 светящиеся точки представлены кружками. Использование светящихся точек облегчает обработку сигнала, как это будет видно. Для получения большей точности можно использовать матрицы, включающие в себя больше точек. Увеличение числа светящихся точек увеличивает точность измерений, но увеличивает и время обработки изображений. Таким образом, для некоторых применений полезно работать в реальном времени с ограниченным числом светящихся точек.
В качестве примера, диаметр светящихся точек составляет приблизительно 500 микрон и расстояние между двумя точками составляет порядка нескольких миллиметров.
Когда устройство измерения используется с вакуумной камерой, осветительная структура находится вне камеры. Расстояние, отделяющее осветительную структуру от пластины, составляет порядка нескольких десятков сантиметров. Устройство измерения может функционировать с различными углами наклона θ между прямой, соединяющей центр осветительной структуры и центр освещенной зоны, и нормалью к поверхности пластины. Вместе с тем, если желательно заставить функционировать устройство измерения при нормальном или почти нормальном падении луча света, необходимо его приспособить, как это будет видно из нижеследующего описания, так, чтобы отделить канал излучения от канала приема.
Одно из преимуществ устройства в соответствии с изобретением заключается в том, что оно может функционировать при любом угле падения. Важно отметить, что чувствительность устройства увеличивается с углом наклона θ. Она варьируется, в первом приближении, как обратный косинус угла падения в случае слабой кривизны и, таким образом, максимальна при скользящем падении. Таким образом, преимущественно использовать большие углы наклона. Единственное ограничение заключается в том, чтобы с увеличением угла падения проекция осветительной структуры на отражающей поверхности покрывала все же значительную часть отражающей поверхности. Типично, для извлечения пользы из этого, угол падения может находиться в угловом диапазоне, заключенном между 60 градусами и 89 градусами.
Пластина образовывает, посредством отражения, изображение 23 осветительной структуры 21, представленное пунктиром на Фиг.1 и на последующих чертежах.
Устройство измерения включает в себя также фоточувствительный приемник 30. Речь идет о камере. Она включает в себя объектив 31, фокусное расстояние которого составляет несколько сантиметров, и матрицу фотоприемников, не изображенную на различных чертежах. Можно использовать, например, объектив, фокусное расстояние которого составляет 50 миллиметров или 100 миллиметров. Апертура этого объектива классически задает глубину резкости. Нет необходимости в том, чтобы у матрицы фотоприемников было высокое разрешение. Как видно из Фиг.1, оптическая ось камеры располагается так, чтобы окончательное изображение 24 изображения 23 осветительной структуры, отраженное пластиной, оказалось по существу в центре поля камеры. Таким образом, камера занимает симметричное положение для положения осветительной структуры относительно нормали к поверхности пластины. Поле видимости камеры, снабженной объективом, должно позволить увидеть целиком изображение структуры. Как было сказано, оптика камеры может включать в себя спектральное фильтрование, приспособленное к спектральной полосе излучения осветительной структуры, так, чтобы минимизировать паразитный свет.
Для осветительной структуры 21, такой как изображена на Фиг.2, и включающей в себя девять светящихся точек 22, получаем в результате, после отражения на пластине и фокусировки объективом 31, изображение 24, представленное на Фиг.3. Оно содержит девять светящихся точек, представленных кружками 26.
Если бы пластина была идеально плоской, это изображение 24 было бы составлено из кружков 25, изображенных тонкими линиями. Оно было бы идеальным изображением осветительной структуры.
Если пластина деформирована, это изображение деформируется, и оно составляется из кружков 26, изображенных жирными линиями. Оказывается возможным, анализируя изображение средствами 40 анализа изображений, узнать с большой точностью, большей по отношению к матрице фото–детектирования, положения центров каждого изображения 26 каждой светящейся точки 22.
Можно использовать с этой целью методы, называемые "масштабированием", или изменением разрешения, которые позволяют искусственно увеличить разрешение изображения. Обычно, увеличение масштабирования – это восемь раз для такого случая применения.
1
1
1
0
0
0
Следовательно, оказывается возможным узнать в двумерной системе координат (X, Y), как это видно на Фиг.3, очень точно расстояния x по X и y по Y между светящимися точками 26 в момент времени t и сравнить их с расстояниями x и y, полученными между светящимися точками 25 в момент времени t на опорной поверхности. Отношения между средними значениями этих расстояний дают возможность судить о расширениях в определенных направлениях. Принципы геометрической оптики позволяют сделать выводы о деформациях на основании измерения этих расширений. Используя те же оптические принципы, исследование расширений в некоторых направлениях позволяет сделать выводы об анизотропии деформации. Учитывая свойство инвариантности яркости относительно угла падения, можно применить эти принципы, каким бы ни был угол между осветительной структурой и нормалью к поверхности пластины.
Обработки изображения требуют средств машинного вычисления, как на уровне вычислительных ресурсов, так и на уровне средств хранения информации, абсолютно совместимых с параметрами настольных компьютеров, и могут быть осуществлены в реальном времени, то есть во временном интервале, отделяющем два измерения, составляющем несколько сотых долей секунды.
Измеренные деформации представляют собой деформации освещенной осветительной структурой зоны 11 пластины. Если пластина имеет значительные размеры, эта зона покрывает только частично пластину 10. Также, устройство измерения в соответствии с изобретением включает в себя средства осуществления, по меньшей мере, двух измерений, причем каждое измерение включает в себя излучение осветительной структуры, причем вышеупомянутые средства осуществления обоих измерений устанавливаются так, чтобы первая осветительная структура, относящаяся к первому измерению, освещала первую зону пластины, отличную от второй зоны пластины, освещаемой второй осветительной структурой, относящейся ко второму измерению, причем между двумя измерениями камера остается неподвижной. Альтернатива – это картография кривизны с использованием сетки пятен, покрывающей весь экран и изображение которой покрывает всю исследуемую поверхность.
В данном случае, устройство измерения включает в себя поворотную платформу 50, расположенную под пластиной 10. Ось вращения этой платформы параллельна нормали к поверхности пластины. Интерес к такому размещению обусловлен тем, что из соображений однородности наносимых слоев большая часть вакуумных камер обязательно включает в себя этот тип вращающейся платформы. Таким образом, для осуществления полной картографии пластины, достаточно зарегистрировать серию измерений, соответствующих различным углам поворота пластины. Если деформация пластины однородна и изотропна, устройство измерения позволяет измерять деформацию непрерывно, с чувствительностью, идентичной той, что получена с неподвижной пластиной, и это несмотря на приведение во вращение.
В типичных условиях осаждения тонких атомарных пленок на пластину, для сохранения чувствительности в масштабе монослоя при условии измерения для оптимизации отношения сигнала к шуму, камера должна иметь частоту выборки минимум 10 Гц.
Необходимо точно знать положение пластины в момент измерения. Возможны различные методики для определения этого положения. Одна из возможных методик состоит в том, чтобы осуществить эталонирование пластины до осаждения. Это эталонирование дает возможность зарегистрировать все дефекты системы. Таким образом, во время измерений, измеренные отклонения соответствуют только деформациям, возникающим на пластине вследствие осаждения.
В качестве примера, если платформа поворачивается со скоростью 12 оборотов/мин и если камера осуществляет измерения со скоростью 30 регистраций в секунду, то, таким образом, осуществляется серия регистраций, соответствующая зонам, разделенным на 2,4 градуса. Поскольку эти зоны близки по углу, то вполне возможно интерполяцией между двумя последовательными углами зафиксировать кривизну для полного угла поворота вращающейся платформы. Любое измерение, осуществленное впоследствии, благодаря информации об угле, при котором оно осуществлено, может быть сравнено с опорным значением для того же угла, полученном из интерполяции.
Вращательное движение пластины вполне соответствует характеристике "in–situ", то есть в реальное время нанесения слоев на пластину.
Можно также осуществить движения параллельного переноса пластины в ее плоскости, так, чтобы полностью охарактеризовать пластину. Кроме того, достаточно хорошо знать линейные перемещения пластины, либо прямым измерением перемещения, либо из заданных характеристик. Измерение линейными перемещениями хорошо приспособлено к характеристике либо девственных пластин, так, чтобы определять их плоскостность до осаждения, либо уже приготовленных пластин, так, чтобы контролировать состояние их поверхности после осаждения. Одно из главных преимуществ этой техники заключается в том, что измерения могут быть осуществлены вне вакуумных камер, "ex–situ", в среде с намного меньшими ограничениями, по сравнению с вакуумной камерой.
Одна из причин осуществления непрерывных измерений заключается в том, что, даже если изображение структуры сильно деформировано в случае значительных деформаций пластины, то всегда возможно следовать за эволюцией этой деформации, так, чтобы не было неоднозначности в измеряемых точках.
2
В качестве второго не ограничительного примера, на Фиг.4 представлен второй вариант осуществления устройства измерения деформаций пластины 10 в соответствии с изобретением. На Фиг.4 используются те же самые обозначения, что и на Фиг.1. Использованная камера – того же вида. В этом втором варианте пластина 10 остается неподвижной. Для получения перемещения измерительных зон, перемещается осветительная структура. Существуют различные методы для осуществления этого перемещения структуры. Наиболее простой и наиболее воспроизводимый метод состоит в перемещении структуры на экране визуального вывода. Это перемещение символизируется угловыми скобками, показанными для двух различных направлений на Фиг.4. Таким образом, в этой конфигурации, никакая механическая деталь не является подвижной. Кроме того, легко не только переместить осветительную структуру, но возможно также ее продублировать, или ее увеличить, или ее модифицировать. Также вполне легко зафиксировать положения светящихся точек на экране визуального вывода, составляющих осветительную структуру. Освещенность и разрешение имеющихся экранов для визуального вывода достаточны для осуществления светящихся структур, причем и малого размера. В качестве примера, яркость пятен составляет значения между 200 и 500 кд/м и среднее разрешение экрана составляет значения между 100 и 500 DPI или "Dots Per Inch" (точек на дюйм).
Опять–таки, осуществляя серию измерений, определяется полная картография деформаций пластины.
В варианте, представленном на Фиг.5, оказывается возможным измерять несколько пластин 10a, 10b и 10c в той же серии измерений, например, для осуществления контроля воспроизводимости операций осаждения. Этот тип контроля нормально осуществляется ex–situ в более благоприятных окружающих условиях.
Как можно видеть на Фиг.1, 4 и 5, если угол θ падения пучков излучения сохраняет некоторое значение, например, выше нескольких градусов, часть, генерирующая осветительную структуру, естественно отделена от приемной камеры. Иначе обстоит дело, если этот угол θ падения мал или он нулевой, то есть, когда измерения осуществляются при нормальном или почти нормальном падении на пластину.
Для решения этой проблемы, устройство измерения включает в себя плоский полупрозрачный оптический разделитель, как показано на Фиг.6 и 7. Этот разделитель 60 устанавливается так, чтобы на детекторе камеры, после пропускания оптическим разделителем, отражения на пластине и отражения на вышеупомянутом оптическом разделителе, образовалось изображение структуры точек. Можно также поменять местами осветительную структуру и камеру. В этом случае, изображение структуры точек образовывается на детекторе камеры после отражения на вышеупомянутом оптическом разделителе, отражения на пластине и пропускания вышеупомянутым оптическим разделителем.
Разумеется, можно с этим монтажом получать перемещения измерительной зоны, либо перемещениями осветительной структуры на экране для визуального вывода, как это видно из Фиг.7, либо перемещениями или вращениями пластины.
Также возможно, как указано на Фиг.8, осуществлять одновременно контроль нескольких пластин, используя такое устройство освещения, осветительная структура которого имеет большие размеры и включает в себя большое число точек освещения, и получать картографию мгновенной деформации.
Было показано, что в случае плоских или слабо изогнутых поверхностей, оказывается возможным увеличить чувствительность устройства, увеличивая угол падения, причем чувствительность увеличивается при скользящем падении. Существует второе средство увеличения чувствительности устройства, а именно, когда отражающая поверхность изогнутая. Устройство измерения в соответствии с изобретением позволяет измерить кривизну отражающей поверхности, наблюдая деформацию изображения предмета сквозь эту поверхность. С этой целью, измеряется расширение между изображением осветительной структуры и самой осветительной структурой. Для деформации данной отражающей поверхности, чем больше вариация расширения, тем более чувствительно устройство измерения. Интересно таким образом отыскать конфигурации, позволяющие получить наилучшую чувствительность к расширению. Эти конфигурации получаются, когда изображение структуры располагается вблизи оптики камеры. Это условие может быть реализовано только для вогнутых отражающих поверхностей. В этом случае, если обозначить как d расстояние от структуры до центра отражающей поверхности, d' – расстояние от линзы камеры до того же центра, R – радиус кривизны поверхности, то чтобы чувствительность к расширению была максимальной, необходимо, чтобы расстояния d и d' удовлетворяли уравнению:
d.d'/(d+d')=R/2
Простая конфигурация, которая позволяет получить эту большую чувствительность к расширению, состоит в том, чтобы расположить осветительную структуру в центре кривизны отражающей поверхности. Это расположение изображено на Фиг.9. На этом чертеже использованы те же обозначения, что и для предыдущих чертежей. В этом случае, расстояние d равно радиусу R отражающей поверхности 10 и расстояние d' также равно тому же радиусу R для разделения световых лучей, выпущенных структурой, от лучей, отраженных отражающей поверхностью 10, используется полупрозрачная пластинка 60, как и в предыдущих устройствах на Фиг.6, 7 и 8.
Кривая на Фиг.10 представляет вариации расширения γ в зависимости от кривизны k поверхности для расстояний d и d', равных одному метру. На Фиг.10, кривизна k варьируется между –5 и +5 и расширение – между –4 и +4. Когда кривизна k поверхности равна одному метру, то есть, когда ее радиус кривизны равен одному метру, предыдущее уравнение удовлетворяется и расширение γ расходится, как это видно на Фиг.10. Получаем тогда максимальную чувствительность. Любое изменение радиуса кривизны вблизи этого значения влечет за собой очень значительную вариацию расширения.
Это последнее положение может действовать только с вогнутой отражающей поверхностью. В случае полупроводниковых пластин, оказывается возможным использовать плоскую пластину, которую подвергают предварительному напряжению, так, чтобы получить желаемую кривизну. Можно легко получить это напряжение, осуществляя, например, осаждение на задней грани, что изогнет пластину. Осаждение на передней грани, вводя малое изменение радиуса кривизны, влечет за собой значительное изменение расширения, видимое камерой.
В целом, чем больше освещаемый предмет и камера удалены от отражающей поверхности, тем лучше чувствительность устройства измерения.
Кривизна отражающей поверхности не обязательно будет той же самой по всем направлениям. Это возникает именно тогда, когда на полупроводниковую пластину осаждается кристаллическая пленка. Например, во время роста анизотропного кристаллического материала, наблюдается анизотропия деформации с большей изогнутостью по одному направлению, чем по другому. Когда светящаяся структура составлена из различных светящихся точек, таких как изображены на Фиг.2–8, информация об анизотропии получается одновременно в двух ортогональных направлениях для каждого анализируемого изображения. Вместе с тем, единственное изображение недостаточно для определения направления анизотропии. Необходимо осуществлять полный поворот пластины вокруг ее оси для определения осей анизотропии.
Для получения информации об анизотропии, необходимо использовать светящуюся структуру, более подходящую, чем матрица светящихся точек. Таким образом, если используется в качестве структуры светящийся круг или светящийся эллипс, или набор концентрических кругов или набор концентрических эллипсов, то можно посредством единственного изображения определить всю информацию относительно деформации пластины. На Фиг.11 представлена осветительная структура 21 этого типа, составленная из девяти светящихся концентрических кругов, и на Фиг.12 представлено изображение этих концентрических кругов после отражения на отражающей пластине. Эллиптическая деформация этих кругов, так же, как и наклон осей эллипсов, характерны для анизотропии отражающей пластины.
Эти круглые или эллиптические светящиеся структуры не создают никакой существенной проблемы при осуществлении.