Дифракционное устройство для измерения ширины элементов топологического рисунка

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности за счет компенсации постоянной составляющей дифракционного сигнала и за счет автоматической коррекции положения элемента топологического рисунка, расширение области применения за счет обеспечения возможности измерений при большей степени интеграции топологического рисунка независимо от уровня прозрачности его элементов. Устройство состоит из лазера 1, приемной телескопической системы, состоящей из объектива 4 и линзы 5, диафрагмы 6, расположенной в плоскости изображений приемной телескопической системы координатно-чувствительного фотоприемника 7, оптически связанного с диафрагмой 6, аналого-цифрового преобразователя 11, вычислительного блока 12 и приводов 27 и 28. Приводы 27 и 28 перемещают измеряемый топологический рисунок до достижения сигнала с фотоприемника 7 максимальной амплитуды, что соответствует заданному положению элемента топологического рисунка. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1597543 (51 5 G 01 В 21/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНЯТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н д BTQPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4457753!24-28 (22) 11.07 88 (46) 07.10,90 Бюл. ¹ 37 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И,Ульянова (Ле» нина) (72) Э.Е.Жуковский, E,ÀÊîëãèí, Б.Н.Котлецов, Е.А.Смирнов и О.М.Шалашев (53) 531 ° 7(088.8) (56) Жуковский Э.Е., Колгин .Е .А., Смирнов Е .А. Использование дифрак ции HeNe лазера для контроля раэ мероэ элементов планарных структур.

Вакуумная и плазменная электроника.»

Рязань, 1966,:с. 17.

2 (54) ДИФРАКЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ, ИЗМЕРЕНИЯ ШИРИНЫ ЭЛЕМЕНТОВ ТОПОЛОГИЧЕСКОГО РИСУНКА (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель

-изобретения - повышение точности за счет компенсации постоянной составляющей дифракционного сигнала и эа счет автоматической коррекции по» ложения элемента топологического рисунка, расширение области применения эа счет обеспечения возможности из» мерений при большей степени интеграции топологического рисунка неэависимо от уровня прозрачности его эле-

1597543 ментов, Устройство состоит из лазера

1., приемной телескопической системы, состоящей из объектива 4 и линзы 5, диафрагмы 6 расположенной в плос

5 кости изображений приемной телескопической системы, координатно»чувствительного фотоприемника 7, оптически связанного с диафрагмой 6, аналогоИзобретение относится к контрольно-измерительной технике и м :жет" быть использовано для контроля. ширины элементов топологического рисунка.

Цель изобретения - повышение точности за счет компенсации постоянной составляющей дифракционного сигнала и за счет автоматической коррекции положения элемента топологического рисунка и расширение области применения за счет обеспечения возможности 25 измерений при большей степени интеграции топологического рисунка независимого от уровня оптической прозрачности его элементов

На чертеже изображена блоксхема дифракционного устройства.

Дифракционное устройство состоит из схемы формировайия параллельного пучка, выполненной в виде оптически связанных лазера 1, линзы 2, светоделителя 3 и объектива 4,линзы 5; объектив 4 и линза 5 составляют приемную телескопическую систему, диа» фрагмы б, расположенной в пространстве изображений приемной телескопи- 4О ческой .системы на ее оси, координатно-чувствительного фотоприемника 7, оптически связанного с диафрагмой

6, блока предварительной обработки сигналов фотоприемника, выполненно 45

ro в виде последовательно соединенных дифференциального усилителя 8, первый вход которого подключен к выходу фотоприемника 7, управляемого усилителя,9, аналогового коммутатора

10, аналого-цифрового преобразовате» ля 11, вычислительного блока 12, входного регистра 13, цифроаналогово го преобразователя 14 и. усилителя

15, выход которого подключен к уп» равляющему входу усилителя 9, усили теля 16, включенного, между выходом .фотоприемника 7 и вторым входом ком» мутатора 10 и последовательно соедицифрового преобразователя 11, вычислительного блока 12 и приводов 27 и

28. Приводы 27 и 28 перемещают измеряемый топологический рисунок до достижения сигнала с фотоприемника

7 максимальной амплитуды, что соответствует заданному положению элемента топологического рисунка, 1 ил, ненных входного регистра 17, вход которого подключен к выходу блока 12, цифроаналогового преобразователя 18 и усилителя 19, выход которого подключен к второму входу усилителя 8, блока управления коррекцией положе ния, выполненного в виде последовательно соединенных входного регистра

20, вход которого подключен к выходу блока 12, цифроаналогового преобразователя 21 и усилителя 22, и последовательно соединенных входного регистра 23, вход которого подключен к вы ходу блока 12, цифроаналогового преобразователя 24 и усилителя 25,объектодержателя 26, привод 27 смешения объектодержателя в плоскости предметов, вход которого подключен к выходу усилителя 22, и привода 28 смещения объектодержателя вдоль оптической оси, вход которого подключен к выходу усилителя 25, Устройство работает следующим об разома

При проведении измерений излучение с выхода лазера 1 проходит линзу 2, отражается от светоделителя 3 в направлении объектива 4 и облучает измеряемый объект, находящийся на объектодержателе 26» Выбор измеряемого элемента, грубое совмещение его с облучающим пучком и с плоскостью предметов производятся до начала измерений и контролируются с помощью телевизионного монитора через канал визуального наблюдения (не показан). Возникающая при облучении измеряемого элемента монохроматическим пучком коллимированного лазерного излучения расходящаяся дифрагированная волна проходит через объектив 4, являющийся входным для приемной телескопической системы, затем проходит сквозь светоделитель

3 и линзу 5 приемной телескопической

5 системы, При выходе из линзы 5 ди фрагированная волна становится схо дящейся и, если измеряемый элемент находится в плоскости предметов приемной телескопической системы, то в плоскости, сопряженной с плос1костью предметов,,строится изобра- жение измеряемого элемента, после чего дифрагированная волна вновь расходится. Диафрагма 6 расположена, в плоскости, сопряженной с плоскостью предметов приемной телескопичес» кой системы, и ее отверстие,.нахо» дящееся на оси телескопической сис темы, не создает апертурных ограни» чений для построения в указанной плоскости изображения измеряемого элемента, Отклонение положения поверхности измеряемого элемента от плоскости предметов приемной телескопической системы приводит к построению изображения измеряемого элемента вне отверстия диафрагмы б,что вызывает. апертурное ограничение проходящего через нее лучистого потока и снижение интенсивности дифракционных максимумов на приемнои поверхности координатно-чувствительного фотоприемника 7.

Таким образом, после грубого совмещения измеряемого элемента с облучающим пучком и с плоскостью предметов приемной .телескопической системы на выходе фотоприемника 7 появляется электрический сигнал, содержащий фоновую составляющую. Затем по команде, вводимой в вь:числительный блок 12 извне (вспомогательные цепи, шины управления режимом работы аналогового коммутатора 10, регистров 13, .17, 20 и 23, тактовых им» пульсов преобразователей 11, 14, 18, 21 и 24, синхроимпульсов фотоприемника 7 и цепи питания не показаны), . последний вырабатывает двоичный код> который записывается в регистры 20 и

23, преобразуется в аналоговый элект" рический сигнал цифроаналоговыми пре» образователями 21 и 24, усиливается усилителями 22 и 25 и в виде постоянных уровней напряжения прикладывает ся к входам приводов 27 и,28» Выход

1 ной сигнал фотоприемника 7, сост» ветствующий установленному режиму приводов 27 и 28, поступает на вход усилителя 16 и через аналоговый ком мутатор 10 на вход аналого цифрово» го преобразователя 11 и далее в

97543, 6 цифровой форме записывается в память вычислительного блока 12 ° Сначала производится совмещение плос кости измеряемого элемента с плоскостью предметов приемной телескопи» ческой системы ° Для этого вычиСли тельный блок 12 подает на вход регистра 23 двоичный код., аналоговый эквивалент которого обладает небольшим приращением по сравнению с уровнем напряжения, ранее установленным на входе привода 28, Соответствую щий новому положению привода 28 вы ходной сигнал фотоприемника 7 вновь усиливается усилителем 16 и, снова проходя элементы 10 и 11, заносится в память вычислительного блока 12, где на основании полученных данных

20 и данных предыдущего цикла вычисляется производная изменения сигнала фотоприемника 7 за один шаг смещения измеряемого элемента. Знак производной указывает на то, в каком

25 направлении следует вести изменение положения измеряемого элемента ° Опи санный цикл повторяется далее несколько раз до получения численного значения производной ниже некоторой

30. заранее обусловленной величины, после чего уровень напряжения на входе привода 28 остается неизменным, а .вычислительный блок 12 переходит на обработку совмещения продольной оси

35 измеряемого элемента с центром коллимированного пучка, Для этого, по аналогии с предыдущими циклами, йа вход регистра 20 подлется двоичный

Ф код, изменяющий уровень напряг<ения

40 на входе привода 27, что вызывает смещение измеряемого элемента на заданное значение, а соответствующий новому положению измеряемого элемента выходной сигнал фотоприемника 7

45 вновь проходит усилитель, коммутатор

l0 и преобразователь 11 и в форме двоичного кода заносится в память вычислительного блока 12, По результатам сравнения предыдущего и поступающего сигналов вычислительный блок рассчитывает производную.и, сравнивая ее с заранее обусловленной величиной, либо начинает следующий I;IaI совмещения продольной оси измеряемого элемента с центром коллимированного пучка, либо переходит к выполнению операции измерения.

На первом этапе измерений вычис лительный блок 12 фиксирует в своей

7, 1597543 оперативной памяти двоичные значе ния ординат наибольшего максимума

U „ и наименьшего минимума U вйходного сигнала фотоприемника 7 и устанавливает на входе регистра 17 код, соответствующий U Ä, а на вхо де регистра 13 код, соответствующий результату вычисления по формуле

Up„, д 10 ное напряжение усилителя 9 в режиме насыщения, Далее, указанные коды преобразуются в аналоговые эквива ленты с .помощью цифроаналоговых преобразователей 14 и 18, а затем полученный постоянный по уровню сигнал, усиливается усилителями 15 и. 19. Б этот период работы устройства аналоговый коммутатор 10 устанавливает по. второму входу высокоимпедансное со» стояние и открывает первый axon„ Уси литель 8, на втором входе которого установлен уровень U с выхода уси лителя 19, производит аналоговое вычитание из выходного сигнала фото» 25 приемника 7 значения U „„ и усиление разностного сигнала. Усилитель 9 обеспечивает размах выходного сигнала от нуля до уровня насыщения в широком диапазоне изменения уровня 30 выходноro сигнала фотоприемника бла4 годаря тому, что постоянное смешение, подаваемое на управляющий вход с вьгхода усилителя 15, зависит обратно пропорционально от размаха выходного сигнала фотоприемника (П, — U„„„). Прохождение сигнала с выхода усилителя 9 через аналоговый коммутатор

10 и аналого-цифровой преобразова» тель 11 в вычислительный блок 12 ни- 40 чем не отличается от прохождения сигнала с выхода усилителя 16 в периоды, предшествующие измерению и в первой фазе измерения, Вычислительный блок 12 заносит двоичные коды, 45 соответствующие выходному сигналу усилителя 9, в память и производит расчет положений х минимумов дифракционной картины по формуле Е (Uì Ц3) Х1 50 х при U 7, U. . („"- „. ) И, где j —; х . - координата в единицах шкалы фотоприемника 7 элементарной точки i на распределении интенсивности в дифракционной картине U,= f(x,);

U - -.значение напряжения на выходе

Pl j усилителя 9, соответствующее меньше- му иэ двух максимумов, лежащих по обеим сторонам от искомого минимума j — порядка в дифракционной кар тине

Окончательное вычисление ширины измеряемого.топологического элемен та производится в вычислительном блоке 12 на основании известной для выбранного диапазона измерений обратно пропорциональной. зависимости между шириной элемента и шагом сле дования дифракциойных минимумов

Формула изобретения

Дифракционное устройство для из-. мерения ширины элементов -топологи ческого рисунка, содержащее схему формирования параллельного пучка, приемную телескопическую систему, координатно чувствительный фотопри-. емник, оптически связанный с приемной телескопической системой, блок предварительной обработки сигналов фотоприемника, вычислительный блок, электрически связанный с блоком предварительной обработки сигналов., диафрагму, расположенную между приемной телескопической системой соосно с ней и фотоприемником, и. объектодер жатель,„ о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения путем обеспечения возможности измерений при большей степени интеграции топологического рисунка независимо от уровня оптической прозрачности его элементов, оно снабжено блоком управления приводами, выполненным в виде двух электрически связанных по входам цифроаналоговых преобразователей, объектодержатель выполнен с приводом смещения в плоскости предметов приемной телескопической системы и с приводом смещения вдоль оси приемной телескопической системы, входы приводов электрически связаны с выходами блока управления прнвбдами соответственно, блок предварительной обработки сигналов фотоприемника выполнен в виде последовательно соединенных дифференциального усилителя, первый вход которого электрически связан с выходом фотоприемника, управляемого усилителя, аналогового коммутатора, второй вход которого электрически связан с выходом фотоприемника, и аналого-цифро

Составитель:М Кузнецов

Техред Л.Олийнык Корректор:С,Шевкун

P едак тор: 0. Юрко в ецка я

Заказ 3040 Тираж 487 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина, 101

9 1597543 10 ного преобразователя, выход которого телескопической системы, а вычислиявляется выходом блока третьего и тельный блок выполнен с цифровым упчетвертого цифроаналоговых преобразо- равляющим выходом, подключенным к вателей, выходы которых подключены к цифроаналоговым преобразователям бловторому входу дифференциального уси 5 ка управления приводами и блока пред" лителя и управляющему входу .управляе варительной обработки сигналов фотомого усилителя, диафрагма расположе- приемника» на в плоскости изображений приемной