202987. lajstromszámú szabadalom • Fázisinformáció leképzésén alapuló fényoptikai eljárás és berendezés anyagi minőség vizsgálatára
1 HU 202987 B 2 A találmány tárgya fázisinforméció leképzésén alapuló fényoptikai eljárás és berendezés anyagi minőség vizsgálatára. A megoldás előnyösen alkalmas anyagfolytonossági vizsgálatok elvégzésére, mikroelektronikai technológiai folyamatellenőrzésre. Ismeretes, ha valamely anyagra, vagy anyagba szaggatott elektron- vagy fénynyalábot irányítunk, akkor az anyagban a szaggatás frekvenciájával azonos frekvenciájú akusztikus jelet mérhetünk. Ez az akusztikus jel a szaggatott nyalábbal keltett, erősen csíllapitott hőhullámok eredménye. A hőhullámok nemcsak a fent említett akusztikus hullámokat keltik, hanem egyéb fizikai paramétereket is periodikusan megváltoztatnak, így például periodikusan változik az anyag komplex törésmutatója, tehát abszorpciós és reflexiós együtthatói, fénytörési indexe, stb.: periodikusan változik a vizsgált anyag mérete és a vizsgált géz, vagy a szilárd, vagy folyadék-halmazállapotú mintát körülvevő gáz nyomása is. E periodikus változások erőssége az anyagi tulajdonságok, mint például hókapacitás, hővezető képesség, abszorpciós együttható, stb. függvénye (A. Rosencwaig: Photoacousties and Photoacoustic Spectroscopy, Chera. Anal. Vol. 57; Willey, 1980). Sokféle eljárás ismeretes a hőhullámok közvetlen, vagy közvetett detektálására. Ilyen például a géz-mikrofon rendszer, amelynél a minta és a környező géz közötti periodikus hőátadás periodikus nyomásváltozást eredményez, amely mikrofonnal detektálható. Detektálható a minta által eraittólt infravörös sugárzás periodikus változása is. A mintát körülvevő gáz, vagy folyadék periodikus hőmérséklet-változása a törésmutató periodikus változását eredményezi, ami periodikusan eltéríti a minta felületével párhuzamosan haladó, mérő lézernyalábot. Szilárd mintához piezoelektromos érzékelőt érintve ismert módon az akusztikus hullámok erősségét mérhetjük. A szilárd minta periodikus területi elmozdulása másik lézernyalábbal interferometrikusan is mérhető. Fókuszált szaggatott elektron-, vagy fénynyaláb lokális, periodikus deformáló hatása másik folyamatosan működő, fókuszált lézernyalábbal mérhető, mert a lokális deformáció ezt a második lézernyalábot periodikusan irányváltoztatásra kényszeríti. A visszavert fényt fotodiódapérra vetítve a periodikus eltérítődés hol egyik, hol pedig a másik fotodiódán növeli, illetve csökkenti a jelet és igy különbségképzéssel és zajszűrés szükségessége esetén fázisérzékeny detektálással a vizsgálandó minta felületének elmozdulása kimérhető (M.A.Olmstead, N.M. Amer, S.Kohn, D.Fournier nad A.C.Boccara; Appl. Phys. A32, 141-154, 1983). Ismert megoldás például az is, ahol a fókuszált nyaláb optikai tengelyében hengerlencsés nyalábtorzítót alkalmazunk és kvadráns fotodetektort helyeznek el a reflektált nyaláb mentén ott, ahol a nyaláb keresztmetszete éppen kör alakú. A kvadráns fotodetektor szemben lévő elemeinek ősszegjelét, majd az összegjelek különbségét képezik. A periodikus optikai úthosszváltozás hol egyik fotodetektorpáron növeli és a másikon csökkenti a jelet, hol pedig fordítva. Ebben az esetben a hóhullámmikroszkóp jelét a szaggatási frekvencia kétszeresére állított fázisérzékeny detektorral mérik. A modern anyagkutatás és minőségellenőrzés roncsolásmentes, érintésmentes, vákuumot nem igénylő, de esetleg vákuumban is működőképes, mikrométeres felbontású anyagvizsgálati módszereket igényel. Az ismertetett megoldások közül az interferometrikus, illetve a lokális deformációt mérő nyalábeltérítéses módszer alapvetően nehézkes, mivel két lézernyaláb mikrométer, vagy annál is nagyobb pontosságú egymásra fokuszálá.sót követeli meg. A szaggatási frekvencia kétszeresén dolgozó ismert megoldás esetén problémát okoz az, hogy noha a szaggatási négyszögjel ideális esetben nem tartalmaz első felharmonikust, mégis a valóságban a létező elemek nemlinearitása miatt ilyen komponens létrejön, ami kiszűrhetetlen (koherens) hamis jelet eredményez. E probléma megoldását az interferometrikus eljárásnál L.Chen, K.H.Yang and S.Y.Zhang; Appl. Phys. Lett. 50, 1349-1351, 1987., a koherens hamis jel kiejtését célzó optikai különbségképzó eljárással valósította meg. Erre a célra dolgozott ki a fázisinformáció leképzésén alapuló - sötéttér vagy fáziskontraszt - megoldást jelen találmány feltalálója is. Ezen ismert megoldások, így az összes fotoakusztikus, vagy azzal rokon eljárások hátránya a módszer lassúsága. A lassúság oka abban rejlik, hogy a leképzés szkenneléssel, pontonként történik és hogy minden képpont esetén a mérési eredményhez a szaggatási periódusidő többszörösére van szükség a fázisérzékeny detektálás miatt. Az ismert megoldásoknál kör alakú fénysugárforrásra van szükség, ehhez pedig a nagy teljesítményű félvezető lézerek vonalszerű fénysugarait kör alakúvá kell átalakítani, amely átalakítás jelentős teljesítménycsökkenéssel jár. A találmány célja olyan megoldás létrehozása, amelynek segítségével a mérés gyorsítható és nincs szükség a fénysugarak átalakítására. Felismertük, hogy a fázisinformáció leképzésén alapuló ismert megoldás esetén az eddig alkalmazott pontonkénti leképzés helyett ennél általánosabb, vonalmenti leképzés alkalmazható. Ez azt jelenti,- hogy nincs szükség a nagyteljesítményű félvezető lézerek fénysugarainak átalakítására, azok átalakítás nélkül, mint vonalsugárzók felhasználhatók. Szükség esetén természetesen pontszerű fényforrás is alkalmazható optikai nyalóbtorzítóval együtt, amelyet vonalforrásként 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
