Способ контроля линейных размеров периодических микроструктур Советский патент 1980 года по МПК G01B11/08 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частност к фотоэлектрическим способам контроля линейных размеров периодических микроструктур. известен фотоэлектрический времяимпульсный способ автоматического из мерения погрешностей шагов периодических структур, основанный на скани ровании изображения структуры относ тельно щелевых диафрагм фотоприемни ками, преобразовании световых сигна лов в разнополярные П-образные импульсы стабильной амплитуды, длительность которых пропорциональна абсолютной величине отклонения шага от номинального, а полярность, характеризующая знак погрешности, определяется по очередности поступлен сигналов с измерительных фотоэлектрических каналов t. Недостаток способа - недостаточно высокая точность измерения, которая зависит от погрешности измерения временного интервала, стабиль ности скорости перемещения структур точности определения границы контра стной полосы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ контроля линейных размеров периодических микроструктур, заключающийся в том, что освешдют параллельным световым потоком микроструктуру , получают ее увеличенное оптическое изображение, перемещают микроструктуру в направлении линии измерения, раздваивают изображение каждого элемента микроструктуры на два полуконтрастных со сдвигом друг относительно друга в направлении линии измерения на величину, равную номинальному размеру, подают световой поток через щелевую диафрагму- на фотоэлемент, выходной сигнал которого является мерой отклонения размера от номинального значения . Недостаток известного способа недостаточно высокая точность контроля из-за низкой контрастности изображения, а также из-за того, что регистрируемая величина погрешности является комплексной, включающей в себя, кроме погрешности шага структуры, иногда соизмеримые q ними погрешности ее элементов, а разделение их электрическим путем не пред ставляется возможным. Цель изобретения - повышение точности контроля.

Поставленная цель достигается тем, ITO поворачивают полуконтрастны.е изображения каждого элемента микроструктуры друг относительно друга на 180°, регистрируют в моменты касания и разъединения полуKOHTpacTiiijx изображений световой поток, 1;: ео5разуют его в импульсы фототока, по периодам следования котОрых определяют шаг микроструктуры, а ;ю длительности - размеры ее элементов.

На чертеже представлена оптическая схема для осуществления способа контроля линейных размеров периодических микроструктур.

Схема содержит оптический микроскоп 1 , блок 2 раз/воения изображени щелевую диафрагму 3, фотоприемник 4 усилитель 5, вычислительное устройство б, регистратор 7, датчик 8 линейного перемещения, устройство 9, задающее движегше периодической микроструктуре 10.

Способ осуществляется следующим образом.

Периодическую микроструктуру 10 помещают перед объективом микроскопа 1 на подвижную каретку (на чертеже не показана), движение которой задает устройство 9, и освещают параллельным световым потоком 11 от когерентного источника, например оптического квантового генератора (на чертелсе не показан) . С помощью микроскопа 1 формируют оптическое изображение элементов микроструктуры 10. Раздваивают блоком 2 изобржение каждого элемента микроструктуры на два полуконтрастных и поворачивают одно относительно другого на 180°. Чем ближе находится элемен микроструктуры к оптической оси 0-0 схемы, тем меньше расстояние между полуконтрастными изображениями (элемент 8 , его контрастное изоражение § и полуконтрастные изображения S - S ), и чем дальше от оптческой оси 0-0, тем больше это расстояние (элемент Ь и его изображения Ь и Ь - ь) . Если периодическая микроструктура 10 движется в направлении, указанном стрелкой с индексом V, , то ее контрастное изображение 12 будет перемещаться в направлении VQ , а раздвоенные полуконтрастные изображения 13 будут двигатся навстречу друг другу (стрелки VT,). Как только элемент микроструктуры подойдет к оптической оси О-О схемы, его полуконтрастные изображения одноименными кро.мками придут в соприкосновение и, имеет- место изменение освещенности щели диафрагмы 3. Это изменение освещенности в момент касания регистрируется фотоприемником 4. При дальнейшем движении элемента его полуконтрастные изображения сначала накладываются (полное наложение происходит при симметричном расположении з,-;емента микроструктуры относитель-но оптической оси схемы), а затем расходятся. Все это время диафрагма 3 полностью затемнена и никаких изменений освещенности не происходит. Как только элемент микроструктуры пройдет оптическую ось, его полуконтрастные изображения разъединяются, а изменение освещенности щелидиафрагмы 3 вновь зарегистрируется фотоприемником. Фототоковые импульсы усиливаются усилителем 5 и подаются в вычислителное устройство 6. В вычислительное устройство поступают также импульсы с интерференционного датчика 8 линейного перемещения, частота следования которых пропорциональна скорости движения, цена импульса соответствует одному периоду интерференционной полосы. Этими импульсами осуществляется квантование периода следования импульсов измерительного канала. Регистратор 7 регисрирует вычисленные значения величины шага микроструктуры и ее элементов в долях квантующих импульсов.

Раздвоение изображения может быть осуществлено известными устройствами например окулярной головкой ОГУ-22.

Таким образом, введение поворота одного полуконтрастного изображения относительно другого на 180, возникающего при этом встречного движения изображений, и преобразований светового потока в импульсы фототока в момент касания и разъединения их одноименных границ свет-тень, позволяе повысить точность контроля, вследствие повышения чувствительности нахождения границы полуконтрастных изображений, так как при этом в дифракционном изображении элементов структуры создается распределение освещенности, позволяющее обнаружить и зарегистрировать изменение освещенности в серединах промежутков между полуконтрастными изображениями, Е несколько раз меньше предела разрешения применяемой оптической системы.

Способ может найти применение в точном машиностроении и приборостроении, в электронной, электротехнической и оптико-механической промьшленности при автоматизации измерений периодических микроструктур типа рамочных сеток радиоламп, спиралей и гребенок СВЧ-приборов, сеток потенциалоскопов, спиральных тел накала осветительных приборов, фотошаблонов интегральных схем, измерительных решеток и штриховых мер.

Формула изобретения

Способ контроля линейных размеров периодических микроструктур, заключающийся в том, что освещают параллельным световым потоком микроструктуру, получают ее увеличенное изображение, перемещают микроструктуру в направлении линии измерения, раздваивают изображение каждого элемента М |кроструктуры на два полуконтрастных, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, поворачивают полуконтрастные изображения каждого элемента микроструктуры друг относительно друга на 180 , регистрируют в моменты касания и разъединения полуконтрастных изображений световой поток, преобразуют его в импульсы фототока, по периодам следования которых определяют шаг микроструктуры, а по длительности размеры ее элементов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 295018, кл. G 01 В 11/04, 1971.

0

2.Авторское свидетельство СССР № 612148, кл. G 01 В 11/08, 1978 (прототип).