Устройство для измерения размеров элементов микроструктур

 

УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ & KPOCTPУKTУP, содержащее предметный столик,кинематически связанный с ним электропривод , связанный с предметным столиком интерференодонный преобразователь перемещений, подключенный к выходу последнего блок формирования счетных импульсов, объектив, анализирующую диафрагму, фотоприемник, амплитудньй дискриминатор, второй формирователь импульсов, элемент И, первый вход которого подключен к выходу форкшрователя, формирователь, триггер, первый вход которого подключен к входу блока задержки, выход триггера соединен с вторым входом элемента И, и счетчик, информационные выходы которого соединены с информацион .ньми входами регистра, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерений, оно снабжено полупрозрачным зеркалом, установленным над предметным столиком под углом 45° к нему , зеркальным ножом, расположенным на оптическом .выходе интерференционного преобразователя перемещений подуглом 90 к полупрозрачному зеркалу, При этом разделительная кромка зеркального ножа смещена относительно полупрозрачного зеркала к его середине , двумя зеркалами, расположенными соответственно над полупрозрачным зеркалом и зеркальным ножом параллельно им и взаимно смещенными по высоте на половину интерференционной полосы интерференционного преобразователя перемещений, двухполупериодным выпрямителем с емкостным входом, компаратором, вторым триггером, вторым блоком задержки и вторым элементом И, элементом ИЛИ и вторым счетчийом , емкостный вход двухполупериодного выпрямителя соединен с выходом фо (/) топриемника, а выход - с входом амплиС тудного дискриминатора, выход которого подключен к первому входу компаратора и первому входу второго триггера, второй вход компаратора.соединен с выходом блока формирования счетных импульсов , входом первого формирователя импульсов и входом второго блока задержки, а выход - с вторым входом второго триггера, прямой выход которого соединен с входом второго формирователя импульсов, вторым СХ) входом первого триггера и первым входом второго элемента И, второй вход которого с.оединен с выходом первого триггера, третий вход - с выходом второго блока задержки, а выход второго элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И., третий вход которого подключен к инверсному выходу второго триггера, .выход элемента ИЛИ соединен со счетным входом первого счетчи

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

»»»

РЕСПУБЛИХ

09) (11) зив

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3581128/18-28 (22) 16.04.83 (46) 07.12.84. Бюл. № 45 (72) Е.К»Чехович и 10.Г.Буров (71) Институт .электроники АН Белорусской ССР (53) 531.7(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 569846, кл. G 01 В 11/02, 1975. . 2. Авторское свидетельство СССР № 673840, кл. G 01 В 21/00, 1977 (прототип), (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

РАЗМЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ МИКРОСТРУКТУР, содержащее предметный столик, кине матически связанный с ним электропривод, связанный с предметным столиком интерференционный преобразователь перемещений, подключенный к выходу последнего блок формирования счетных импульсов, объектив, анализирующую диафрагму, фотоприемник, амплитудный дискриминатор, второй формирователь импульсов, элемент И, первый вход которого подключен к выходу формирователя, формирователь, триггер, первый вход которого подключен к входу блока задержки, выход триггера соединен с вторым входом элемента И, и счетчик, информационные вьиоды которого соединены с информационными входами регистра, о т.л ич а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерений, оно снабжено полупрозрачным зеркалом, установленным над предметным столиком под углом 45 к нему, зеркальным ножом, расположенным на оптическом .выходе интерференционного преобразователя перемещений под-. углом 90 к полупрозрачному зеркалу, при этом разделительная кромка зеркального ножа смещена относительно полупрозрачного зеркала к его середине, двумя зеркалами, расположенными соответственно над полупрозрачным зеркалом и зеркальным ножом парал» лельно им и взаимно смещенными по высоте на половину интерференционной полосы интерференционного преобразователя перемещений, двухполупериодным выпрямителЕм с емкостным входом, компаратором, вторым триггером, вторым блоком задержки и вторым элементом И, элементом ИЛИ и вторым счетчи- д

КоМ емкостный вход двухполупериодного выпрямителя соединен с выходом фотоприемника, а выхоц — с входом ампли тудного дискриминатора, выход которого подключен к,первому входу компара- . тора и первому входу второго триггера, второй вход компаратора.соединен с выходом блока формирования счетных импульсов, входом первого формирователя импульсов и входом второго блока задержки, а выход — с вторым входом второго триггера, прямой выход которого соединен с входом второго формирователя импульсов, вторым входом первого триггера и первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого триггера, третий вход - с выходом второго блока задержки, а выход второго элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И., третий вход которого под.ключен к инверсному выходу второго триггера, .выход элемента ИЛИ соединен со счетным входом первого счетчи11281 ка, вход установки нуля которого под- ключен к выходу первого блока задержки, управляющий вход регистра подключен к входу первого блока задержки и выходу второго счетчика, вход которого подключен к выходу второго

18 формирователя, анализирующая диафрагма выполнена в виде двух равных по раз— меру и смещенных по высоте щелей,сдвинутых одна относительно другой в направлении перемещения предметного столика на величину их продольного размера

Изобретение относится к измерител ьной технике и мажет быть использовано, в частности, для контроля линейных размеров элементов микроструктур, например фотошаблонов, штриховых 5 шкал.

Известно устройство для измерения размеров элементов фотошаблонов, содержащее осветитель, предметный столик, кинематически связанный с .ним электропривод, связанный с предметным столиком преобразователь перемещений, Последовательно подключенные к нему блок выработки счетных импульсов, счетчик и регистр, объек- .15 тив, анализирующую диафрагму, фотоприемник, усилитель, пороговый элемент и формирователь импульсов j1) .

Недостатком устройства является невысокая точность измерения при из- 20 менении скорости перемещения пред-! . метного столика.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст-25 ройство для намерения размеров элементов микроструктур, содержащее предметный столик, кинематически связанный с ним электропривод, связанный с предметным- столиком интерфе- 30 ренционный преобразователь перемещений, подключенный к выходу последнего блок формирования счетных импульсов, объектив, анализирующую диа. фрагму, фотоприемник, амплитуднын .;дискриминатор, второй формирователь импульсов, элемент И, первый вход которого подключен к выходу формирователя, формирователь, триггер, перВый ВхОд кОтОрОГО пОдключен к входу 40 блока задержки, выход триггера соединен с вторым входом элемента И, и счетчик, информационные выходы которого соединены с информационными входами регистра )2) .

2

Недостатками известного устройства являются невысокие быстродействие и ограниченная разрешающая способность.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения размеров элементов микроструктур, содержащее предметный столик,, кинематически связанный с ним электропривод, связанный с предметным столиком интерференционный преобразователь пере,мещений, подключенный к выходу.последнего блок формирования счетных импульсов, объектив, анализирующую диафрагму, фотоприемник, амплитудный дискриминатор, второй формирователь импульсов, элемент И, первый вход которого подключен к выходу формирователя, формирователь, триггер, первый вход которого подключен к входу блока задержки, выход триггера соединен с вторым входом элемента И, и счетчик, информационные выходы которого соединены с. информационными входами регистра, снабжено полупрозрачным зеркалом установленным над предмет1 о ным столиком под углом 45 к нему, .зеркальным ножом, расположенным . на оптическом выходе интерференционного . преобразователя перемещений под уг-. о лом 90 . к попупрозрачному зеркалу, при этом разделйтельная кромка зеркального ножа смещена относительно полупрозрачного зеркала к его середине, двумя зеркалами, расположенными соответственно над полупрозрачным зеркалом и зеркальным ножом параллельно им и взаимно смещенными по высоте на половину интерференционной полосы интерференцконнрго преобразователя перемещений, двухполупериодным выпрямителем с емкостным входом,компаратором, вторым триггером, вторым бло20

Р у

45 устройство для измерения размеров элементов микроструктур состоит из предметного столика 1, на котором устанавливается микроструктура 2, элект. ропривода 3, интенференционного пре« 50 образователя 4 перемещений, зеркал

5 и б, полупрозрачного зеркала 7, зеркального ножа 8, объектива 9, анализирующей диафрагмы 10, фотоприемника 11, двухполупериодного выпрямителя 12 с емкостным входом, амплитудного дискриминатора 13, компаратора

14, триггера 15, блока 16 формирова

11281 ком задержки и вторым элементом И, элементом ИЛИ и вторым счетчиком, емкостный вход двухполупериодного выпрямителя соединен с выходом фотоприемника, а выход - с входом ампли-. тудного дискриминатора, выход которого подключен к первому входу компаратора и первому входу второго ,триггера, второй вход компаратора соединен с выходом блока формирования 10 счетных импульсов, выходом первого формирователя импульсов и входом второго блока задержки, а выход — с вторым входом второго триггера, прямой выход которого соединен с входом второго формирователя импульсов, вторым входом первого триггера и первым входом второго элемента

И, второй вход которого соединен с выходом первого триггера, третий вход — с выходом второго блока задержки, а восход.второго элемента И соединен с первым входом элемента.

ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, гретий вход которого подключен к инвегсному выходу второго триггера, выход элемента ИЛИ соединен со счетным входом первого счетчика, вход установки нуля которого подключен к выходу первого блока задержки, управляющий вход регистра подключен к входу первого блока задержки и выходу второго счетчика, вход которого подключен к выходу второго формирователя, анализирующая диафрагма выполнена в ви- З5 де двух равных по размеру и смещенных по высоте щелей, сдвинутых одна относительно другой в направлении перемещения предметного столика на величину их продольного размера.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2диаграмма сигналов, поясняющая его абот

18 4 ния счетных импульсов, формирователя

17 импульсов, элементов И 18 и 19, элемента ИЛИ 20, счетчика 21, регистра 22, блока 23 задержки, триггера

24, блока 25 задержки, второго формирователя 26 импульсов и второго счетчика 27. Электропривод 3 кинематически связан с предметным столиком 1, с .которым связан и интерференционный преобразователь 4 перемещений. Полупрозрачное зеркало 7 установлено над предметным столиком

1 под углом 45о к нему, зеркальный нож 8 установлен на оптическом выходе интерференционного преобразоватео ля 4 перемещений под углом 90 к полупрозрачному зеркалу 7, причем разделительная кромка ножа 8 смещена относительно полупрозрачного зеркала

7 и расположена напротив его середины.

Зеркала 5 и 6 закреплены соответственно над полупрозрачным зеркалом 7 и зеркальным ножом 8 параллельно им, причем они взаимно смещены на высоте на половину интерференционной полосы преобразователя 4 перемещений.

Объектив 9 установлен над предметным столиком 1, за нич последовательно размещены анализирующая диафрагма 10 и фотоприемник 11. Анализирующая диафрагма 10 выполнена в виде двух равных по размеру и смещенных по высоте щелей, сдвинутых друг относительно друга в направлении перемещения. предметного столика на величину их продольного размера.

К фотоприемнику .1 последовательно подключены двухполупериодный выпрямитель. 12 с емкостным входом и амплитудный дискриминатор 13. К,выходу интерференционного преобразователя 4 перемещений последовательно подсоединены блок 16 формирования счетных импульсов, формирователь 17 импульсов, элемент И. 18,элемент ИЛИ 20 и .счетчик

21. Выход амплитудного дискриминатора

13 связан с первым входом компаратора 14 и первым входом триггера 15, второй вход компаратора 14 подключен к выходу блока 16 формирования счетыых импульсов, а его выход — к второ" му входу триггера 15.

Прямой выход триггера 15 соединен с входом последовательно включенных формирователя 16 ньатульсов, второго счетчика 27 и блока 25 задержки, а также с вторым входом триггера 24 и первым входом элемента И 19, первый з 1128118 вход триггера 24 подключен к выходу блока 25 задержки, à его выход — к вторым входам элементов И 18 и 19.

Третий вход элемента И 18 связан с инверсным выходом триггера 15, а тре- » тий вход элемента И 19 через блок 23 задержки соединен с выходом блока

16 формирования счетных импульсов.

Выход элемента И 18 с оедннен с вторым входом элемента ИЛИ 20. Информацион- 10 ные выходы счетчика 21 связаны с информационными входами регистра 22, управляющий вход которого подключен к выходу второго счетчика 27, а вход установки нуля счетчика 21- связан 1» с.выходом 25 блока задержки.

Устройство работает следующим образом.

С оптического выхода. интерференционного преобразователя 4 перемеще ний выходит световой поток, сечение которого представляет собой изображение интерференционных полос. Зеркальный нож 8 установлен на оптическом выходе преобразователя 4 таким обра-, зом (фиг. 2, вид А), что сечение све тового потока делится им иа две части,,Одна половина светового потока проходит мимо разделительной кромки зеркального ножа 8 (фиг. 1, вид В}, а

30 вторая отражается от него (фиг.1; вид С) . Совместным действием зеркал 5 н 6 и полупрозрачного зерка ла 7 обе половины светового потока совмещаются на полупрозрачном зерка- 3» ле 7. Из-за разности высот зеркал

5 и 6 иад полупрозрачным зеркалом 7 и зеркальным ножом 8, отличающихся на половину интерференционной полосы преобразователя 4, обе половинки сечения светового потока совмещаются с боковым сдвигом на половику интерференционной полосы (фиг. 1, вид3 ). Сформированный световой поток проходит через микроструктуру 2, объектив 9 и попадает, на анализирующую диафрагму 10. Анализирукпцая диафрагма 10 ориентирована относительно изображений интерференционных полос таким образом, что одна из ее щелей расположена в. одной половине сечения светового потока, а другая — в другой . половине этого сечения .(фиг. 1, вид. Е) . Вследствие бокового сдвига на половину интерференционной полосы »» половин сечения изображения интерференционной картины на анализирующей диафрагме 10 интенсивность светового потока, проходящего. через каждую точку второй щели анализирующей диафрагмы IO изменяется по такому же rapI моническому закону, как и на первой щели, но с фазовым сдвигом на половину периода.

При перемещении предметного столика 1 увеличенное объективом 9 изображеже элемента микроструктуры 2 перемещается по анализирующей диафрагме

10, последовательно перекрывая обе ее щели. До подхода передней границы темного изображения элемента к щелям анализирующей диафрагмы световые по-, токи, проходящие через соответствующие щели анализирующей диафрагмы, попадают на:один и тот же фотоприемник

11, складываясь на нем, поэтому величина суммарного светового потока на фотоприемнике 11 равна постоянной величине, т.е. до перекрытия передней границей изображений элемента анализирующей диафграмы 10 световой погок, поступающий на фотбприемник 11, и соответственно напряжение с него постоянны (фиг. 2, интервал ОХ ) .

При постепенном перемещении передней границы изображения элемента по первой щели диафрагмы 10 (фиг. 2, интервал Х1Х ) суммарный световой поток, попадающий на фотоприемник, определяется разностью величин постоянного светового .потока, попадающего на фОтоприемник при засветке обоих щелей диафрагмы,.и переменной гармонической величины, максимальная амплитуда которой в каждом периоде уменьшается пропорционально величине смещения границы. Точка Х2 соответствует поганому затемнению первой щели. Нри дальнейшем перемещении границы изображения элемента вдоль оси

X начинает затемняться вторая щель диафрагмы 10 (фиг. 2, интервал Х Х ) и .суммарный световой поток, попадаю —. щий на фотоприемник, определяется переменной площадью незатемненного участка второй щели. г

При дальнейшем перемещении микроструктуры обе щели анализирующей дйафрагмы 10 полностью затемнены и световой поток, поступающий на фотоприемник 11, равен нулю. При этом перемещению границы. изображения элемента но щелям диафрагмы соответствуют два колебания с переменной амплитудой, смещенные по времени друг относительно друга и суммируемые фотоприемни1

1128118

10 ком 11. Аналогично при перемещении задней границы изображения элемента, мимо обоих щелей диафрагмы 10 все процессы повторяются в обратном порядке. 5

После конденсатора двухполупериодного выпрямителя 12 сигналы фотоприемника 11 симметрируются относительно нулевого уровня, а сам выпрямитель инвертйрует отрицательные состав-. ляющие сигналов без изменения, пропуская на выход их положительные составляющие. Амплитудный дискриминатор

13 формирует из выходного сигнала вынрямиФеля 12 последовательность пря- 15 моугольных импульсов, период следования которых совпадает с периодом следования прямоугольных сигналов с выхода блока 16 формирования счетных импульсов, однозначно соответст- 20 вующих перемещению предметного столика на определенное расстояние. По первому импульсу, поступающему на

S-âxoä триггера 15, на прямом выходе формируется уровень логической едини- 25 цы, присутствующий до тех пор, пока на обоих входах компаратора 14 присутствуют прямоугольные сигналы как с выхода амплитудного дискриминатора 13, так и с выхода блока 16 фор- 30 миродания счетных импульсов. При прекрашении поступления импульсов с выхода дискриминатора 13 на вход комнаратора 14 первый импульс с выхода блока 16 формирования счетных им, пульсов, пришедший после этого, про.ходит через компаратор . 14 на Квход триггера 15 и сбрасывает его в ноль. Таким образом, иа прямом выходе триггера 15 при сканировании как- 4О дой границы изображения измеряемого элемента микроструктуры 2 щелями анализирующей диафрагмы. t0 формируется прямоугольный импульс.

Формирователь 17 импульсов фор- 45 мирует но переднему и заднему фронтам сигналов с блока.16 формирования счет ных импульсов по одному короткому импульсу, поэтому на каждый входной сигнал он формирует два выходных сигнала. При появлении уровня логической единицы на прямом выходе триггера 15 триггер 24 устанавливается в состояние логической единицы и на счетный вход счетчика 21 через элемент ИЛИ 20 и элемент И 19 начинают

55 поступать через блок 23 задержки им пульсы с выхода блока 16 формирования счетных импульсов. Они. поступают до тех пор, пока на прямом выходе триггера 15 находится единица.

При сбрасывании триггера 15 в исходное состояние на счетный вход счетчика 21 через элемент ИЛИ 20 и элемент И 18-начинают поступать импуль- сы удвоенной частоты с выхода формирователя t7. Они постуиают до тех пор, пока триггер 15 снова не переключается и íà его прямом выходе появляется логическая единица при сханировании второй границы изображения элемента. При формировании второго импульса триггером 15 на счет-. чик 2l через элемент ИЛИ 20 и элемент И 19 вновь поступают импульсы с выхода блока 16 с некоторой задержкой, . обусловленной наличием блока

23 задержки. Наяичие блока 23 задержки обусловлено необходимостью запрещения прохождения на счетчик 2t сле- . дующего после окончания второго импульса с триггера 15 импульса с выхода -блока 16.

По каждому фронту последовательности сигналов с прямого выхода триггера 15 формирователь 26 импульсов вырабатывает короткий импульс. По четвертому такому импульсу, соответствующему моменту окончания лары сигналов с триггера 15, счетчиком 27 на управляющий вход регистра 22 подается сигнал, переписывающий в него число, подсчитанное счетчиком 21.

Пройдя блок 25 задержки, этот сигнал сбрасывает в ноль счетчик 2 1 и сбрасывает в исходное состояние триггер 24, запрещая таким образом прохождение на счетный вход счетчика

21 счетных импульсов до появления следующей пары сигналов, соответствующих передней и задней границам следующего измеряемого элемента. Величина задержки прохождения сигнала через блок 25 задержки определяется временем перезаписи информапии из счетчика 2 1 в регистр 22. Размер изображения элемента микроструктуры пропорционален числу, записанному в регистр 22.

Использование предлагаемого устройства позволяет в несколько раз по-. высить быстродействие измерений при одновременном повышении точности.

1128118

1128118 . U72

7б

Фиа2

Составитель Т.Айсин

Редактор Н.Бобкова Техред М.Гергель Корректор А.Зимокосов

Заказ 901б/30 Тираж 586 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП"Патент", r. Ужгород, -ya. Проектная, 4