Способ измерения линейных размеров микрообъектов Советский патент 1984 года по МПК G01B11/08 

Изобретение относится к измерител ной технике и может быть использовано, в частности, для измерения линей ных размеров микрообъектов: элементов фотошаблонов, и ширины штрихов и шагов сеток, спиралей и др. Известен способ контроля геометри ческих размеров микрообъектов, заключающийся в том, что направляют све товой поток на микрообъект, получают изображение микрообъекта, оптичес ки 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 регистрацию 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 пдток на мик рообъект, получают увеличенное изображение микрообъекта, оптически разд ваивают его, получают интерференцион ную картину, приводят ее в движение, сканируют изображения микрообъекта, регистрируют одновременно промодулированный микрообъектом световой поток и интерференционную картину, по которым судят о размере микрообъе та. По числу периодов интерференцион ной картины, поместившихся в длительности импульса, пропорционального величине изменения светового пото ка, судят о величине отклонения измеряемого размера микрообъекта от ег номинального значения 21. Известный способ обладаетограниченной точностью измерения в связи с погрешностями, связанными с колебаниями размеров изображения из-за изменений коэффициента увеличения микрообъекта вследствие непостоянства длины пути световых лучей с нарушениями резкости изображения, вызван ными флуктуациями длины пути лучей в процессе привода в движение интерференционной картины, с изменениями интенсивности светового потока на (границах изображения, так как на каждое полуконтрастное изображение накладывается 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 номинального 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 повьш1ение 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 интерференционной полосы, а на микрообъект направяют световой поток, образующий раздвоенное изображение интерференционной картины, изображение микрообъекта раздваивают в направлении. 3111 перпендикулярном направлению сканирования, со смещением изображений в направлении сканирования на величину превьшающую цену интерференционных полос, умноженную на коэффициент уве личения изображения, сканируют раздельно каждое раздвоенное, изображение микрообъекта, наложенное на соот ветствующее раздвоенное изображение интерференционной картины, суммируют световые потоки, полученные в резуль тате сканирования, а о размере микро объекта судят по числу долей периодов интерференционной картины, помес тившихся в интервале между серединами двух гармонических сигналов, по лученных при регистрации суммарного светового потока. На чертеже изображена принциапиал ная схема устройства, реализующего способ измерения линейных размеров микрообъектов. Устройство содержит механизм 1 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, однощедевую диафрагму 14, усилители 15 и 16, вычислительный блок 17 и регистратор 18. Способ измерения линейных размеров микрообъектов осуществляется с помощью устройства следующим образом. В устройстве получают интерференционную картину при помощи интерферо метра 13. Приводят ее в движение синхронно с перемещением микрообъекта 19, помещенного на столике 5, приводимом в движение механизмом 1 перемещения. Интерференционная карти на приводится в движение синхронно с перемещением микрообъекта 19 в свя зи с тем, что перемещающийся оптичес кий элемент интерферометра 13, преобразующий линейные перемещения, свя зан со столиком 5. Интерференционную картину раздваивают в оптической системе 4 раздвоения в направлении, перпендикулярном направлению сканиро вания, со смещением полученных картин в направлении сканирования на по ловину изображения интерференционной полосы. В систему. 4 раздвоения интер ференционную картину направляют посредством зеркал 2 и 3. Роль оптической системы 4 раздвоения интерференционной картины может выполнять интерферометр Маха - Цендера с входным зеркалом наполовину перекрывающим входной поток. Направляют на микрообъект 19 световой поток, образующий раздвоенное изображение микрообъекта 19 посредством оптического микроскопа 6 о Оптически раздваивают изображение микрообъекта 19 оптической системой 7 раздвоения изображения в направлении, перпендикулярном направлению сканирования, со смещением в направлении сканирования на величину, превышающую цену интерференционных полос, умноженную на коэффициент увеличения оптического микроскопа 6. Оптическая система 7 раздвоения изображения микрообъекта 19 так же как и оптическая система 4 раздвоения интерференционной.картины собрана по схеме интерферометра МахаЦендера с глухим входным зеркалом, наполовину перекрывающим входной световой поток. Накладывают полученные раздвоенные изображения микрообъекта 19 на соответствующие раздвоенные изображения интерференционной картины.В плоскости изображения по- ; лучают перемещающиеся смещенные изображения микрообъекта 19 в поле перемещающихся интерференционных полос двух интерференционных картин. Сканируют синхронно каждое в отдельности изображение микрообъекта 19 двухщелевой диафрагмой 8. Щели этой диафрагмы 8 расположены напротив каждого раздвоенного изображения микрообъекта 19. Суммируют световые потоки, полученные в результате сканирования, световодами 9 и 10. Регистрируют соответственно фотоприемниками 11 и 12 суммарный световой поток и интерференционные полосы, считываемые однощелевой диафгармой 14. С фотоприемника 11 получают гармонический сигналу огибающая которого меняется по треугольному закону, а с фотоприемника 12 - гармонический сигнал с постоянной амплитудой. После усиления усилителями 15 и 16 сигналы поступают в вычислительньй блок 17, имеющий цифровой выход на регистратор 18. Вычислительный блок 17 осуществляет предварительное интерполирование периода интерференционной полосы с целью повышения точности, определение середин гармонических сигналов с треугольной огибанмцей и вычисление размеров микрообъекта 19 путем подсчета числа долей периодов интерференционной картины, уложившихся в интервале между середин ми гармонических сигналов, полученных при регистрами суммарного потока. Вычислительный блок 17 позволяет определять также погрешности раз меров, которые находятся разностью величин размеров микрообъекта 19 и их номинальных значений, заданных в самом блоке. Получение интерференционной картины по предлагаемому способу осуществляется до освещения микрообт-екта, 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. Вследствие того, что в способе раздваивают интерференционную картину, изображение микрообъекта раздваивают со смещением полученных изображений в направлении сканирования, каждое раздвоенное изображение, наложенное на соответствукщую 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 интенсивности светового потока на границах изображения, с флуктуациями амплитуды сигналов, с обработкой видеоимпульсов по постоянному току. Так как в способе нет необходимости модулировать по величине размер одного из 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 полуконтрастных изображений на величину номинального значения измеряемого размера, то и исключаются связанные с этим погрешности.

Таким образом, предложенный способ позволяет измерять линейные размеры микроо&ъектов с точностью, по крайней мере в два раза превьшгающей точность измерения по прототипу.

Предлагаемый способ может найти широкое применение в точном машиностроении, приборостроении, в электронной промьгашенности и других отраслях при автоматизации измерений и контроле размеров концевых мер, сеток, элементов фотошаблонов, шагов спиралей и ТоП. В частности, его использование на предприятии электронной промьшшенности 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 изделий, сокращению времени настройки оборудования и т.п

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.