Устройство для измерения размеров элементов микроструктур Советский патент 1984 года по МПК G01B21/00 

ка, 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 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 .

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

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для контроля линейных размеров элементов микроструктур, например фотошаблонов, штриховых шк ал,

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 им1ульсов, счетчик и регистр, объекТИБ, анализирующую диафрагму, фотоприемник, усилитель, пороговый элемент и формирователь импульсов

Недостатком устройства является невысокая точность измерения при изменении скорости перемещения предметного столика.

Наиболее близким к изобретению по т-ехнической сущности является уст ройство для измерения размеров элементов микроструктур, содержащее предметный столик, кинематически связанный с ним электропривод, связанный с предметным столиком йнтерфе- рендаонный преобразователь перемеще- НИИ, подключенный к выходу последнего блок формирования счетных импульсов, объектив, анализирующую диа. фрагму, фотоприемник, амплитудный )1искриминатор, 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 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 связанньй 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 йодклю ен к выходу формирователя, фор в1рователь, триггер, первый вход которого подключен к входу блока задержки, выход триггера соединен с вторым входом элемента И, и счетчик, инф(Ч)мационные выходы которого соединены с информационными входами регистра, 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 по цупрозрачному зеркалу, при этом разделительная кромка зеркального ножа смещена относительно полупрозрачного зеркала к его середине, двумя зеркалами, расположенными соответственно над Ьолупрозрачным 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 бло31ком задержки и вторым элементом И, элементом ИЛИ и вторым счетчиком, емкостный вход двухполупериодного вы прямителя соединен с выходом фотоприемника, а выход - с входом амплитудного дискриминатора, выход которо го подключен к первому входу к,омпа ратора и первому входу второго .триггера, второй вход компаратора со динен с выходом блока формирования счетных импульсов, выходом первого формирователя импульсов и входом вт рого блока задержки, а выход - с вт рым 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 второго элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вькодом первого элемента И, третий вход которого подключен к инверсному вьЕходу второго триггера, выход элемента ИЛИ соединен со счетным вхо дом первого счетчика, вход установки нуля которого подключен к выходу первого блока задержки, управлякщий вход регистра подключен к входу первого блока задержки и выходу второго счетчика, вход которого подключен к выходу второго формирователя, анализирующая диафрагма выполнена в виде 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. 2 диаграмма сигналов, поясняющая его работу, ... Устройство для измерения размеров элементов микроструктур состоит из предметного столика -1, на котором ус танавливается микроструктура 2, элек ропривода 3, интенференционнрго преобразователя 4 перемеще-ний, зеркал 5 и 6, полупрозрачного зеркала 7, зеркального ножа 8, объектива 9, ана лизирующей диафрагмы 10, фотоприёмни ка It, двухполупериодного выпрямителя 12 с емкостным входом, амплитудного дискриминатора 13, компаратора 14, триггера 15, блока 16 формирова84ния 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 столи- ком 1, с которым связан и интерференционный преобразователь 4 перемещений. Полупрозрачное зеркало 7 установлено над предметным столиком 1 под углом 45° к нему, зеркальный нож 8 установлен на оптическом выходе интерференционного преобразователя 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 интер ференционной полосы преобразователя 4 перемещений. Объектив 9 установлен над -предметным столиком 1, за ним 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 t1 последовательно подключены двухполупериодный выпрямитель- 12 с емкостнь1м 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 ампдатудного дискриминатора 13 связан с первым входом компаратора 14 и первым входом триггера 15, второй компаратора 14 подключен к выходу блока 16 формирования счетных импульсов, а выход - к второму, входу триггера 15. Прямой выход триггера 15 соединен с входом последовательно включенных ормирователя 16 импульсов, второго счетчика 27 и блока 25 задержки, а также с вторым входом триггера 24 и ервым входом элемента И 19. первый S1 вход триггера 24 подключен к выходу блока 25 задержки, а его выход - к вторым входам элементов И 18 и 19. Третий вход элемента И 18 связан с инверсным выходом триггера 15, а третийвход элемента И 19 через бло1 23 задержки соединен с выходом блока 16 формирования счетных импульсов. Выход элемента И 18 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 20. Информационные выходы счетчика 21 связаны с информадаонными входами регистра 22, управляющ вход которого подключен к выходу второго счетчика 27, а вход установки нуля счетчика 21 связан 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. Зеркаль ньй нчзж 8 установлен на оптическом выходе преобразователя 4 таким обра- зом (фиг. 2, вид А), что сечение све cFOBoro потока делится им иа две части .Одна половина светового потока тфоходит мимо разделительной кромки зер кального ножа 8 (фиг. , вид В), а вторая отражается от него (фиг.t,-. твид С). Совместным дёйс- -вием зеркал 5 и 6 и полупрозрачного зеркала 7 обе половины светового потока совмещаются на полупрозрачном зеркале 7. Из-за разности высот зеркал 5 и 6 над полупрозрачным зеркалом 7 и зеркальным ножом В, отличающихся на пояовину интерференционной папрсы -преобразователя 4, o6ie поло- виики сечения светового п Угока совмещаются с боковым сдвигом на полови ну интерферен1щонной полосы (фиг. 1, вид 3) ) . Сформированный световой поток проходит через Микроструктуру 2, объектив 9 и попадает, на анализирующую де1афрагму 10. Анализирующая диафрагма tO ориентирована относительно изобр;ажений инте1 ференционных полос таким образом, что одна из ее щелей расположена в одной псяювине сече1шя светового потока, -а другая - в друго половине этого сечения (фиг. 1, вид. Е) . Вследствие бокового сдвига на половину интерференционной полосы половин сечения изображения интерференционной картины на анализирунидей диафрагме 10 интенсивность светового 186 потока, проходящего через каждую точку второй щели анализирующей диафрагмы 10, изменяется по такому же гармоническому закону, как и на первой щели, но с фазовым сдвигом на половину периода. При перемещении предметного столика 1 увеличенное объективом 9 изобрйже1а}е элемента микроструктуры 2 перемещается по анаЯизируклцей диафрагме 10,последовательно перекрывая обе ее щели. До подхода передней границы темного изображения элемента к щелям анализирукщей диафрагмы световые по-. токи, проходя1цие через соответствующие щели анализирующей диафрагмы, попадают на:один и TOT же фотоприемник 11,складьшаясь 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 поток, поступающий на фотоприемник 11, и соответственно напряжение с него постоянны (фит. 2, интервал ОХ). При постепенном перемещении передней границы изображения элемента по первой щели диафрагмы 10,(фиг. 2, интервал ) суммарный световой поток, попадакшрй 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 пропордаонально величине смещения границы. Точка Х соответствует полному затемнению первой щели. Дрй яальиейщем перемещении границь1 изображения элемента вдоль оси X начинает затемняться вторая щель диафрагмы to (фиг. 2, интервал Х-Х) и суммарный светов.ой поток, попадаю- щий на фотрприемник, определяется переменной площадью незатемненного участка второй щели. При дальнейшем перемещении микроструктуры обе щели анализирзгющей диафрагмы 10 попностью затемнены и световой поток, поступающий на фотоприемник 11, равен нулю. При этом перемещению границы изображения элемента по щелям диафрагмы соответствуют два копебания с переменной амплитудой смещенные по времени друг относительно друга и суммируемые фотоприемни71ком 11. Аналогично при перемещении задней границы изобр ажения элемента , мимо обоих щелей диафрагмы 10 все процессы повторяются в обратном порядке. -. После конденсатора двухполупёриод ного выпрямителя 12 сигналы фотоприемника 1f симметрируются относительн нулевого уровня, а сам выпрямитель инвертирует отрицательш 1е составлякяцие сигналов без изменения, пропуская на выход их положительные сос тавляющие. Амплитудньй дискриминатор 13 формирует из выходного сигнала вы прямителя 12 последоватт ьность прямоугольных импульсов, период следования которых совпадает с периодом следования прямоугольных сигналов с выхода блока 16 формирования счетных импульсов, однозначно соответст вующих перемещению предметного столи ка на определенное расстояние.По первому импульсу, поступающему на -вкор, триггера 15, на прямом выходе формируется уровень логической едини цы, присутствукяцич до тех пор, пока на обоих входах компаратора 14 присутствуют прямоугольные сигналы как с выхода амплитудного дискриминатора 13, так и с выхода блока 16 формиров ания счетных импульсов. При пре кращении поступления импульсов с выхЬда дискриминатора 13 на вход компаратора 1Л первый импульс с выхода блока 16 формирования счетных им, пульсов, пришедпшй после этого, про.ходит через компаратор - 14 на f вход .триггера 15 и сбрасывает его в нопь. Таким образом, на прямом вытсоде TiHirrера 15 при сканировании каж дои. границы изображения измеряемого элемента микроструктуры 2 щеляю ана лизирукш1ей диафрагмы to формируется Ьрямоугольный импульс. Формирователь 17 импульсов формирует по переднему и заднему Фонта сигналов с блока 16 фор1шрованйя сче ньк импуйьсов по одному короткому импульсу, поэтому на каждый входной сигнал он формирует два выходных сигнала. При появлении уровня логической единицы на прямом выходе.триг гера 15 триггер 24 устанавливается в состояние логической единицы и на счетный вход счетчика 21 через элемент ИЛИ 20 и элемент И 19 начинают поступать через блок 23 задержки им 88 Пульсы с выхода блока 16 формирования счетных импульсов. Они поступают до тех пор, пока на прямом вькоде триггера 15 находится единица. При сбрасьшании триггера 15 в исходное состояние на счетный вход счетчика 21 через элемент ИЛИ 20 -и элемент И 18-начинают поступать импульсы удвоенной частоты с выхода формирователя 17. Они поступают до тех пор, пока триггер 15 снова не переключается и на его прямом выходе появляется логическая единица при сканировании второй границы изображения элемента. При формировании второго импульса триггером 15 на счетчик 2t через элемент ИЛИ 20 и элемент И 19 вновь поступают импульсы с выхода блока 16 с некоторой задержкой,, обусловленной наличием блока 23 задержки. Налич.ие блока 23 задержки обусловлено необходимостью запрещения прохождения на счетчик 2t следукщего после окончания втсфого 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 пары с игналов с триггера 15, счетчиком 27 на управлянщий вход регистра 22 подается сигнал, переписывающий в него число, подсчитанное счетчиком 21. Пройдя блок 25 задержки, этот сигнал сбрасывает в ноль 2 и сбрасывает в исходное состояние триггер 24, запрещая таким образом Прохождение на счетный вход с 1етчика 21 счетных импульсов до появлешя следукицей пары сигналов, соответствующих передней и задней границам следующего измеряемого элементаi Велйчийа задержки прохсякдения сигнаа через блок 25 задержки определяется временем перезаписи информации из счетчика 21 в регистр 22. Размер изображения элемента микроструктуры ропорционален числу, записанному в регистр 22. . Использование предлагаемого устойства позволяет в неск.олько раз повьюить быстродействие измерений при одновременном повышении точности.

Ф,