Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия

Измерительные приборы, основанные на методе конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (КЛСМ) [16], в настоящее время получили наиболее широкое распространение среди других нетрадиционных методов контроля.

Оптическая схема такого микроскопа изображена на рис. 2. Контролируемый образец в КЛСМ сканируется сфокусированным лазерным пучком.

Рис. 2. Структурная схема конфокального микроскопа

Световой пучок лазера фокусируется на точечной диафрагме-источнике 1 и, пройдя через полупрозрачное зеркало 2, блок сканирования 3 и микрообъектив 4, создает изображение этого отверстия в плоскости образца 5. Отраженный от образца пучок той же оптической системой собирае3тся и, отражаясь от полупрозрачного зеркала 3, попадает на другую точечную диафрагму 6, за которой расположен фотоприемник. В такой оптической системе отклонение плоскости образца 5б от предметной плоскости 5а, в которой лежит точка фокуса объектива, вызывает дефокусировку отраженного сигнала в плоскости приемной диафрагмы 6 и резкое уменьшение сигнала на входе фотоприемника. Контролируемое перемещение образца в вертикальном направлении до совмещения с предметной плоскостью позволяет вновь получить сигнал на входе фотоприемника, при этом фиксируется перемещение и, следовательно, отклонение плоскости образца от исходного состояния, т.е. высота ступеньки.

Таким образом, с помощью конфокального микроскопа возможно построение трехмерного изображения посредством послойного сканирования образца по глубине.

В отличие от традиционного микроскопа для КЛСМ увеличение числовой апертуры объектива и уменьшение длины волны света приводят к увеличению вертикального его разрешения и получению большей информации о переходной области на краю элемента. Кроме того, малая глубина резкости в КЛСМ дает возможность исключить фон, создаваемый другими слоями в картине изображения, и, таким образом, получить контрастное изображение даже для малоконтрастных объектов Отсутствие интерференции лучей, отраженных от верхнего и нижнего плато, дает возможность получить изображение, не зависящее от высоты элемента и оптических характеристик материала слоя. Использование монохроматичного источника излучения в КЛСМ исключает наложение нескольких профилей изображения, создаваемых многими световыми пучками с разными длинами волн (как это происходит в обычном микроскопе), что повышает чувствительность измерительного прибора к изменению ширины контролируемого элемента. На основании теоретических исследований делается вывод о более высоком латеральном разрешении КЛСМ по сравнению с обычным микроскопом при одинаковых параметрах используемой в них оптики [16].

Теоретические выводы относительно более совершенных (по сравнению с традиционным оптическим микроскопом) возможностях КЛСМ получили экспериментальное подтверждение. Так, выявлено, что диапазон линейных размеров, который можно контролировать на конфокальном микроскопе при длине волны света 0,486 мкм, составляет около 0,2 мкм. Возможность вертикального сканирования контролируемого образца позволила измерить его ширину отдельно по верхнему и нижнему плато. В результате оказалось возможным контролировать основание клина травления по фоторезистивной маске с помощью оптического метода.