Способ измерения линейных размеров микрообъектов

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЬК РАЗМЕРОВ МИКРООБЪЕКТОВ, заключающийся в том, что направляют световой поток на микрообъект, получают увеличенное изображение a кpooбъeктa, оптически раздваивают его, получают интерференционную картину, приводят ее в движение, сканируют изображения микрообъекта, регистрируют одновременно промодулированный микрообъектом световой поток и интерференционную картину, по которым судят о размере микрообъекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, интерференционную картину получают до освещения микрообъекта и приводят ее в движение синхронно с перемещением микрообъекта , раздваивают интерференционную картину в направлении, перпендикулярном направлению сканирования, со смещением полученных картин в направлении сканирования на половину изображения интерференционной полосы, а на микрообъект направляют световой поток, образующий раздвоенное изображение интерференционной картины, изображение микрообъекта раздваивают В направлении, перпендикулярном напр авлению сканирования, со смещением изображений в направлении сканирования на величину, превьшающую цену интерференционных полос, умноженную на козффициент увеличения изображения , сканируют раздельно каждое разд (/) военное изображение микрообъекта, С. наложенное на соответствующее раздвоенное изображение интерференционной картины, суммируют световые пото- g ки, полученные в результате сканирования , а о размере микрообъекта судят по числу долей периодов интерференционной картины, поместившихся в интервале между серединами двух гармонических сигналов, полученных при регистрации суммарного светового потока.

< (19) (и)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН.М

G 01 В 11/08

1 ю

" . ОВягр р а „,. )С

g " И) йо

@Ь4@ф щц с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3579760/18-28 (22) 15.04.83 (46) 30.08.84. Бюл. )) 32 (72) Е.К.Чехович (71) Институт электроники АН БССР (53) 531. 715. 27 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 612148, кл. 6 01 В 11/08, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР В 761830, кл. G 01 В 11/08, 1980 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ

РАЗМЕРОВ МИКРООБЪЕКТОВ, заключающийся в том, что направляют световой поток на микрообъект, получают увеличенное изображение микрообъекта, оптически раздваивают его, получают интерференционную картину, приводят ее в движение, сканируют изображения микрообъекта, регистрируют одновременно промодулированный микрообъектом световой поток и интерференционную картину, по которым судят о размере микрообъекта, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, интерференционную картину получают до освещения микрообъекта и приводят ее в движение синхронно с перемещением микрообъекта, раздваивают интерференционную картину в направлении, перпендикулярном направлению сканирования, со смещением полученных картин в направлении сканирования на половину изображения интерференционной полосы, а на микрообъект направляют световой поток, образующий раздвоенное изображение интерференционной картины, изображение микрообъекта раздваивают в направлении, перпендикулярном направлению сканирования, со смещением изображений в направлении сканирования на величину, превышающую цену интерференционных полос, умноженную на коэффициент увеличения изображе- Я ния, сканируют раздельно каждое раздвоенное изображение микрообъекта, наложенное на соответствующее раздвоенное изображение интерференционной картины, суммируют световые пото- Я ки, полученные в результате сканирования, а о размере микрообъекта судят по числу долей периодов интерференционной картины, поместившихся в интервале между серединами двух гармонических сигналов, полученных при регистрации суммарного светового потока.

1 1111

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для измерения линейных размеров микрообъектов: элемен« тов фотошаблонов, и ширины штрихов и шагов сеток, спиралей и др. Известен способ контроля геометрических размеров микрообъектов, заключающийся в том, что направляют световой поток на микрообъект, получают изображение микрообъекта, оптически его раздваивают на два полуконтрастных изображения со сдвигом друг относительно друга в направлении линии измерения на величину, равную номинальному размеру, и регистрируют величину изменения светового потока, являющуюся мерой отклонения размера от номинального значения 11.

Данный способ предусматривает ре2 гистрацию изменения светового потока по методу светового калибра, которому присущи погрешности, связанные с заданием номинального значения, флуктуациями амплитуды светового потока, изменениями коэффициента преобразования фотоприемников и др., что ограничивает точность контроля.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения линейных размеров микрообъектов, заключающийся в том, что направляют световой поток на микрообъект, получают увеличенное изображение микрообъекта, оптически раздваивают его, получают интерференцион-З5 ную картину, приводят ее в движение, сканируют изображения микрообъекта, регистрируют одновременно промодулированный микрообъектом световой

40 поток и интерференционную картину, по которым судят о размере микрообъекта. По числу периодов интерференционной картины, поместившихся в длительности импульса, пропорционально«45 го величине изменения светового потока, судят о величине отклонения измеряемого размера микрообъекта от его номинального значения i2).

Известный способ обладает ограниченной точностью измерения в связи с погрешностями, связанными с колебаниями размеров изображения из-за изменений коэффициента увеличения микрообъекта вследствие непостоянства длины пути световых лучей с нару- шениями резкости изображения, вызванными флуктуациями длины пути лучей в процессе привода в движение интер025 2 ференционной картины, с изменениями интенсивности светового потока на ! границах изображения, так как на каждое полуконтрастное изображение нак5 ладывается интерференционная картина, полосы которой перемещаются, а о размере судят по длительности импульса, пропорционального величине светового потока, с флуктуациями амплитуды: сигналов, с ошибками, вызванными тем, что установка величины номиналь- . ного значения задается сдвигом двух полуконтрастных изображений и тем, что она осуществляется не в плоскости сканирования, где получают изображения микрообъекта, а в плоскости раздвоения, с ошибкой, возникающей из-за конечного значения периода модуляции, величина которого соответствует цене полосы интерференционной картины, с определением числа долей интерференционных полос, пропорциональных амплитуде модуляции, с тем, что длительность сигнала не соответствует погрешности размера измеряемого объекта при модуляции по величине одного из полуконтрастных изображений.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения линейных размеров микрообъектов, заключающемуся в том, что направляют световой поток на микрообъект, получают увеличенное изображение микрообъекта, оптически раздваивают его, получают интерференционную картину, приводят ее в движение, сканируют изображения микрообъекта, регистрируют одновременно промодулированный микрообъектом световой поток и интерференционную картину, по которым судят о размере микрообъекта, интерференционную картину получают до освещения микрообъекта и приводят ее в движение синхронно с перемещением микрообъекта, раздваивают интерференционную картину в направлении, перпендикулярном направлению сканирования, со смещением полученных картин в направлении сканирования на половину изображения интерференцион-. ной полосы, а на микрообъект направляют световой поток, образующий раздвоенное изображение интерференционной картины, изображение микрообъекта раздваивают в направлении, 1111025 перпендикулярном. направлению сканирования, со смещением изображений в направлении сканирования на величину, превышающую цену интерференционных полос, умноженную на коэффициент увеличения изображения, сканируют раздельно каждое раздвоенное, изображение микрообъекта, наложенное на соответствующее раздвоенное изображение интерференционной картины, суммируют световые потоки, полученные в результате сканирования, а о размере микрообъекта судят по числу долей периодов интерференционной картины, поместившихся в интервале между серединами двух гармонических сигналов, полученных при регистрации суммарного светового потока.

На чертеже изображена принциапиальная схема устройства, реализующего способ измерения линейных размеров микрообъектов.

Устройство содержит механизм 1

t перемещения, зеркала 2 и 3, оптическую систему 4 раздвоения интерференционной картины, столик 5, оптический микроскоп 6, оптическую систему

7 раздвоения изображения микрообъекта, двухщелевую диафрагму 8, световоды 9 и 10, фотоприемники 11 и 12, интерферометр 13, однощелевую диафрагму 14, усилители 15 и 16, вычислительный блок 17 и регистратор 18 °

Способ измерения линейных размеров микрообъектов осуществляется с помощью устройства следующим обракой системы 4 раздвоения интерференционной картины может выполнять интерферометр Maxa — Цендера с входным зеркалом наполовину перекрывающим

5 входной поток. Направляют на микрообъект 19 световой поток, образующий раздвоенное изображение микрообъекта 19 посредством оптического микроскопа 6, Оптически раздваивают

10 изображение микрообъекта 19 оптической системой 7 раздвоения изображения в направлении, перпендикулярном направлению сканирования, со смещением в направлении сканирования на

15 величину, превышающую цену интерференционных полос, умноженную на коэффициент увеличения оптического микроскопа 6. Оптическая система ? раздвоения изображения микрообъекта t9

20 так же как и оптическая система 4 раздвоения интерференционной картины собрана по схеме интерферометра ИахаЦендера с глухим входным зеркалом, наполовину перекрывающим входной световой поток. Накладывают полученные раздвоенные изображения микрообъекта 19 на соответствующие раздвоенные изображения интерференционной картины.В плоскости изображения поЗ0 лучают перемещающиеся смещенные изображения микрообъекта 19 в поле перемещающихся интерференционных полос двух интерференционных картин. Сканируют синхронно каждое в отдельности

35 изображение микрообъекта 19 двухщелевой диафрагмой 8. Щели этой диафрагмы 8 расположены напротив каждого раздвоенного изображения микрообъекта 19. Суммируют световые потоки, 40 полученные в результате сканирования, световодами 9 и 10. Регистрируют соответственно фотоприемниками 11 и

12 суммарный световой поток и интерференционные полосы, считываемые од45 нощелевой диафгармой 14. С фотоприемника 11 получают гармонический сигнал огибающая которого меняется по треугольному закону, а с фотоприемника

12 — гармонический сигнал с постоян50 ной амплитудой.зом.

В. устройстве получают интерференционную картину при помощи интерферометра 13. Приводят ее в движение синхронно с перемещением микрообъекта 19, помещенного на столике 5, приводимом в движение механизмом 1 перемещения. Интерференционная картина приводится в движение синхронно с перемещением микрообъекта 19 в связи с тем что перемещающийся оптичес-. т кий элемент интерферометра 13, преобразующий линейные перемещения, связан со столиком 5. Интерференционную картину раздваивают в оптической системе 4 раздвоения в направлении, перпендикулярном направлению сканирования, со смещением полученных картин в направлении сканирования на половину изображения интерференционной полосы. В систему. 4 раздвоения интерференционную картину направляют посредством зеркал 2 и 3. Роль оптичесПосле усиления усилителями 15 и

16 сигналы поступают в вычислительный блок 17, имеющий цифровой выход

55 на регистратор 18. Вычислительный блок 17 осуществляет предварительное интерполирование периода интерференционной полосы с целью повышения точности, определение середин гармо1111025 нических сигналов с треугольной огибающей и вычисление размеров микрообъекта 19 путем подсчета числа долей периодов интерференционной картины, уложившихся в интервале между середи- 5 нами гармонических сигналов, полученных при регистрации суммарного потока. Вычислительный блок 17 позво" ляет определять также погрешности размеров, которые находятся разностью величин размеров микрообъекта 19 и их номинальных значений, заданных в самом блоке. Получение интерференционной картины по предлагаемому способу осуществляется до освещения мик- 1 рообъекта, и привод ее в движение не связан с ходом лучей при получении увеличенных изображений, что обеспе,чивает постоянство длины пути световых лучей при формировании изображений и коэффициента увеличения. Это позволяет исключить погрешности, связанные с колебаниями размеров изображения и нарушениями резкости. Вследст?5 вие того, что в способе раэдваивают интерференционную картину, изображение микрообъекта раздваивают со смещением полученных изображений в нап- равлении сканирования, каждое раздвоенное изображение, наложенное на соответствующую интерференционную картину, сканируют раздельно и суммируют полученные при этом световые потоки, обеспечивается формирование световых гармонических сигналов с треугольной огибающей, интервалы между серединами которых пропорциональны измеряемым размерам. В связи с эим исключены погрешности, связанные с изменениями ин те нс и в но с ти с ве тово r о поток а на границах изображения, с флуктуациями амплитуды сигналов, с обработкой видеоимпульсов по постоянному току. Так как в способе нет необходимости модулировать по величине размер одного иэ полуконтрастных изображений микрообъекта, исключаются погрешности, связанные с конечным значением.периода модуляции, с необходимостью определения числа долей интерференционных полос, пропорциональных амплитуде модуляции, с тем, что длительность сигнала не соответствует погрешности размера измеряемого объекта при модуляции по величине одного из полуконтрастных изображений. Поскольку в предлагаемом способе не осуществляется сдвиг полу-контрастных изображений на величину номинального значения измеряемого размера, то и исключаются связанные с этим погрешности.

Таким образом, предложенный способ позволяет измерять линейные размеры микрообъектов с точностью, по крайней мере в два раза превышающей точность измерения по прототипу.

Предлагаемый способ может найти широкое применение в точном машиностроении, приборостроении, в электронной промышленности и других отраслях при автоматизации измерений и контроле размеров концевых мер, сеток, элементов фотошаблонов, шагов спиралей и т.п. В частности, его использование на предприятии электронной промышленности для контроля и анализа качества периодических структур позволит оперативно и с более высокой точностью осуществить контроль в ходе технологического процесса, что приведет к росту процента выхода годных иэделий, сокращению времени настройки оборудования и т.п.

1111025

Составитель Л. Лобзова

Техред Л.Коцюбйяк Корректор, И.Эрдейи

Редактор M. Дылын филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 6296/32 Тираж 586 Подписное ! ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5