Устройство контроля шага микро-СТРуКТуР Советский патент 1981 года по МПК G01B7/02 

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике, в частнос ти к фотоэлектрическим устройствам для измерения геометрических параметров периодических структур. Известно электронное устройство для непрерывного измерения периода следования импульсов, содержащее счетчик, генератор эталонной частот две схемы совпадения, ждущий мультивибратор, триггер и регистр сдвига. Устройство позволяет производит вычисление шага периодической микро структуры l . Недостатком устройства является невозможность вычисления погр«анос шага периодической микроструктура и низкая точность вычисления. Известно также электронное устройство для измерения импульсной последовательности, содержащее ком мутатор, две схемы совпсщения, переключатели предварительной установки, счетчики с предварительной установкой, генератор импульсов и схему запрета . Недостатком устройства является низкая точность вычисления шага и догрешностей шагов микроструктур. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство контроля шага микроструктур, содержащее коммутатор, схему запрета первого импульса, последовательно соединенные схему исключающее ИЛИ, триггер управления, ключ и регистр, и два электрических канала, каждый из которых состоит из счетчика с предварительной установкой, счетный вход которого соединен с соответствукадим выходом коммутатора, дешифратора нуля, вход которого соединен с выходом счетчика, Н переключателя предварительной установки, вход которого соединен с выходом дешифратора (нуля, а выход - с установочным входом счетчика, выход дешифратора нуля первого канала соединен с первым переключающим входом коммутатора и с первым входом схемы исключающее ИЛИ, выход дешифратора нуля второго канала соединен со вторым переключающим входом коммутатора, вход схемы запрета первого импульса соединен с управляющим входом коммутатора, а выход - со вторым входом схемы исключающее ИЛИ Сз.

Недостатком этого устройства также является низкая точность вычисления шага и погрешностей шагов микроструктур, так как в результат измере ния входят погрешности размеров ширины элементов микроструктур.

Цель изобретения - повышение точности контроля периодических микроструктур.

Эта цель достигается тем, что устройство снабжено импульсным преобразователем перемещения микроструктуры и блоком селекции импульсов по четности, вход которого соединен с выходом импульсного преобразователя перемещения микроструктуры, выход нечетных импульсов - с первым входом коммутатора, выход четных импульсов со вторым входом коммутатора и с вторым входом ключа, а выход дешифратора нуля второго канала соединен с третьим входом схемы исключающее ИЛИ.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Устройство контроля состоит из схемы 1 запрета первого импульса, коммутатора 2, блока 3 селекции импульсов по четности, дешифраторов 4 и 5 нуля, счетчиков б и 7 с предва рительной установкой, переключателей 8 и 9 предварительной установки, схемы 10 исключающее ИЛИ, триггера 11 управления, ключа 12, регистра 13 и импульсного преобразователя 14 перемещения микроструктуры. Счетные входы счетчиков 6 и 7с предварительной установкой соединены с выходами коммутатора 2, а установочные входы с переключателями 8 и 9 предварительной установки. Выходы счетчиков б и 7 соединены с дешифраторами 4 и 5 нуля/ выходы которых соединены с переключающими входами коммутатора 2, со схемой 10 исключающее ИЛИ и с переключателями 8 и 9 предварительной установки. Управляющий вход коммутатора 2 соединен со входом схемы 1 запрета первого импульса, ее выход со схемой 10 исключающее ИЛИ, а последняя - с триггером 11 управления, выход которого соединен со входом ключа 12, другой вход которого соединен с выходом нечетных импульсов блока 3 селекции импульсов по четности, а выход - с регистром 13. Выход четных импульсов блока 3 соединен с коммутатором 2, а вход - с импульсным преобразователем 14 перемещения микроструктуры.

Устройство работает следующим образом. .

Предварительно осуществляется устновка всех схем в начальное состояние.

Начальное состояние схем следующее: на переключателях 8 и 9 предвар

тельной установки выставлены числа, соответствующие значению эталонного шага измеряемой структуры, в счетчики 6 и 7 записано это же число в обратном коде, входы-счетчиков -6 и 7 отключены коммутатором 2 от входов нечетных.и четных масштабных импульсов, триггер 11 управления в состоянии О, при котором ключ 12 закрыт. Импульсный преобразователь 14 перемещения вырабатывает последовательность масштабных импульсов, частота следования которых пропорциональна скорости перемещения контролируемой микроструктуры.

При поступлении на вход управления коммутатора 2 переднего фронта командного импульса происходит подключение входа счетчика 6 к выходу нечетных масштабных импульсов блока 3 селекции. При поступлении на вход управления заднего фронта командного импульса, вход счетчика б подключается через коммутатор 2 к выходу четных масштабных импульсов блока 3 селекции. Длительность командного импульса пропорциональна ширине элемента периодической структуры. С этого момента в счетчик б поступают и нечетные и четные масштабные импульсы.

Схема 1 запрета первого импульса срабатывает только от заднего фронта каждого командного импульса, кроме первого, и формирует на своем выходе сигнал Конец измерения.

В момент прихода второго командного импульса на вход управления коммутатора 2, что соответствует началу следующего шага, а также началу следующего элемента микроструктуры, по его переднему фронту происходит переключение нечетных масштабных импульсов со входа счетчика б на вход счетчика 7. С этого момента времени на вход счетчика б поступают только четные масштабные импульсы, которые будут поступать до тех пор,пока не сработает дешифратор 4 нуля.

Таким образом, коммутатор 2 при поступлении первого (З-го, 5-го, 7-го и т.д.) командного импульса по переднему фронту, подключает вход счетчика б и отключает вход счетчика 7 от- выхода нечетных масштабных импульсов блока 3 селекции, а при поступлении второго С4-го, б-го, 8-го и т.д.) - подключает вход счетчика 7 и отключает вход счетчика б от выхода нечетных масштабных импульсов блока 3 селекции,

при поступлении первого (З-го, 5-го и т.д.) командного импульса по заднему фронту подключает вход счетчика б, или вход счетчика 7, при поступлении второго (4-го, б-го и т.д.) , ко входу четных масштабных импульсов блока 3 селекции.

Сигнал дешифратора 4 или 5 нуля отключает через коммутатор 2 как

нечетные, так и четные масштабные импульсы от входа счетчика того канала, откуда пришел этот сигнал и производит через переключатель предварительной установки этого канала запись эталонного шага в счетчик.

За величину шага микроструктуры принимается расстояние между серединс ми ее срседних элементов.

Величина измеренного шага Н определяется через количество не четных и четных масштабных импульсов, поступивших в счетчик с момета t

и до момента его полно

1-in

заполнения. Число этих импульсов будет равно: ..

h+h

Н -2

где Ь - расстояние между передними

фронтами соседних командны

импульсов , - расстояние между задними

фронтами соседних командны

импульсов.

Благодаря наличию четных и нечетных импульсных последовательностей,- попременно подключаемых и отключаемых от счетчика, осуществляется деление на две суммы импульсов, поступивших в счетчик. Вычисленная величина не включает в себя погрешностей элементов микроструктуры и представляет собой действительное значение шага периодической микроструктуры, так как изменение размеров элементов микроструктуры вызывает пропорциональное изменение величин -h и h причем эти изменения происходят в противофазе, т.е. уменьшение одного размера соответствует увеличению другого на такую же величину и наоборот .

Возможны три случая соотнсмдения измеренного и эталонного шагов микростурктуры.

Число импульсов, соответствующее измеренному шагу, превышает число, записанное в счетчике, поэтому дешифратор 4 или 5 нуля формирует сигнал, который кроме указанных функций, придя на схему 10 исключающее ИЛИ, переключает триггер 11 управления в состояние 1. В состояние О триггер 11 управления вернется при поступлении сигнала Конец измерения, сформированного схемой 1 запрета первого импульса. На время, в течение которого триггер находится в состоянии 1, разраиается прохождение четных масяитабных импульсов через ключ 12 в регистр.13, где запишется число, соответствующее измеренному положительному отклонению.

При равенстве эталонного и измеренного шагов, сигнал Конец измерв

ния и сигнал дешифратора нуля соответствующего канала приходят одновременно. Переключение триггера 11 управления при этом не происходит , поскольку в этом случае схема с 10 исключающее ИЛИ ни один из этих импульсов па вход триггера 11 управления не пропустит, триггер останется в состоянии О и ключ 12 не откроется. В регистре 13 останется нулевой код.

В случае, когда шаг микроструктуры..меньше эталонного четные масштабные импульсы будут поступать на вход одного из счетчиков до тех пор, пока дешифратор нуля соответствующего

5 канала запретит через коммутатор 2 их дальнейшее прохождение. Этот сигнал придет на схему 10 исключающее ИЛИ после сигнала Конец измерения, т.е. триггер 11 управления переключится в состояние 1 сигналом измерения, а в состояние О -ягналом с одного из дешифраторов , или 5. За время, в течение которого триггер 11 управления находился в состоянии 1, в регистр 13 через открытый ключ 12 запишется число, соответствующее измеренному отр щательному отклонению.

Таким образом, введение новых

.. элементов и их связей позволяет . без существенных затрат повысить точность контроля шага периодических микроструктур путем исключения из результата измерения погрешностей размеров элементов микрострук5

туры, значения которых иногда соизмеримы со значениями погрешностей шага и могут быть равны от единицы до десятков микрометров.

40

Формула изобретения

Устройство контроля шага микроструктур, содержащее коммутатор,

схему запрета первого импульса, последовательно соединенные схему исключающее ИЛИ, триггер управления, ключ и регистр, и два электрических канала, каждый из которых

состоит из счетчика с предварительной установкой, счетный вход которого соединен с соответствующим выходом коммутатора, дешифратора йуля, вход которого соединен с выходом счетчика, и переключателя предварительной установки, вход которого соединен с выходом дешифратора нуля, а выход - с установочным входом счетчика, выход дешифратора нуля первого канала соединен с первым переключающим входом коммутатора и с первым входом схемы исключающее ИЛИ, выход дешифратора нуля второго канала соединен со вторым переключающим входом коьтмутатора,

схемы запрета первого импульса

:соединен с управляющим входом коммутатора, а выход - со вторым входом схемы исключающее ИЛИ,о т л ичающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено импульсным преобразователем перемещения микроструктуры и блоком селекции импульсов по четности, вход которого соединен с выходом импульсного преобразователя перемещения лшкроструктуры, выход нечетных импульсов - с первым входом коммутатора, выход чётных им-г пульсов - со вторым входом коммутатора и с вторым входом ключа,а выход дешифратора нуля второго канала соединен с третьим входом схемы исключающее ИЛИ.

Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 488158, кл. Q 01 Р 23/00.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2608474/28,

кл. Q 01 В 7/14, 1978.

3.Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. Вып. 2, 1976 (прототип ) .