G - Physics – 01 – B
Patent
G - Physics
01
B
G01B 9/02 (2006.01) G01N 21/45 (2006.01) G01J 9/04 (2006.01)
Patent
CA 2469817
The methods of the present invention are directed at an accurate phase-based technique for measuring one or more characteristics of an object to be measured. Such a characteristic can include arbitrarily long distances, for example, preferably with sub-nanometer precision. A preferred embodiment of the present invention employs an interferometer, for example, a Michelson interferometer, with harmonically related light sources, one continuous wave (CW) and a second source having low coherence (LC). The low coherence source provides a spectral bandwidth, preferably a bandwidth of greater than 5 nm for a 1 micron (~) wavelength, for example, although the required bandwidth can vary as a function of wavelength and application. By slightly adjusting the center wavelength of the low coherence source between scans of the object to be measured such as a target sample, the phase relationship between the heterodyne signals of the CW and low coherence light can be used to measure the separation between reflecting surfaces or interfaces with sub-nanometer precision. As this technique is completely free of 2.pi. ambiguity, an issue that plagues most phase-based techniques, it can be used to measure arbitrarily long optical distances without loss of precision. An application of a preferred embodiment of the method of the present invention is the precision determination of the refractive index of a sample at a given wavelength of a sample with a known physical thickness. Another application of a preferred embodiment of the method of the present invention is the precision determination of a sample's physical thickness with a known refractive index. A further application of a preferred embodiment of the method of the present invention is the precision determination of the refractive index ratio at two given wavelengths.
La présente invention concerne des procédés faisant appel à une technique précise fondée sur les phases pour la mesure d'au moins une caractéristique d'un objet à mesurer. Une telle caractéristique peut être une longue distance arbitraire, par exemple, mesurée de préférence avec une précision d'un ordre inférieur au nanomètre. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on utilise un interféromètre, par exemple un interféromètre de Michelson, comportant des sources lumineuses harmoniquement associées, une à onde continue (CW) et une seconde source présentant une faible cohérence (LC). La source à faible cohérence émet une lumière d'une largeur de bande spectrale qui est de préférence supérieure à 5 nm pour une longueur d'onde d'un micron (µ), par exemple, bien que cette largeur de bande puisse varier en fonction de la longueur d'onde et de l'application. En réglant légèrement la longueur d'onde centrale de la source à faible cohérence entre des balayages de l'objet à mesurer tel qu'un échantillon cible, on peut utiliser la relation de phases entre les signaux hétérodynes de l'onde continue et de la lumière à faible cohérence pour mesurer la séparation séparant des surfaces ou interfaces réfléchissantes, cela avec une précision d'un ordre inférieur au nanomètre. Etant donné que cette technique est complètement exempte d'ambiguïté 2 .pi., défaut dont souffrent la plupart des techniques fondées sur les phases, elle peut être mise en oeuvre pour la mesure, sans perte de précision, de distances optiques arbitrairement longues. Une application d'un mode de réalisation préféré du procédé présenté est la détermination précise de l'indice de réfraction d'un échantillon à une longueur d'onde donnée, échantillon dont l'épaisseur physique est connue. Une autre application dudit mode préféré est la détermination précise de l'épaisseur physique d'un échantillon dont l'indice de réfraction est connu. Une autre application dudit mode de réalisation est la détermination précise du rapport des indices de réfraction à deux longueurs d'onde données.
Dasari Ramachandra R.
Feld Michael S.
Wax Adam P.
Yang Changhuei
Borden Ladner Gervais Llp
Massachusetts Institute Of Technology
LandOfFree
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