Устройство для измерения линейных размеров и формы элементов на плоских объектах с дифракционными тестовыми структурами Советский патент 1982 года по МПК G01B11/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано, в частности, для измерения линейных размеров и фсЗрмы элементов на плоских объектах, содержащих тестовые дифракционные структуры, например, размеров и форм элементов топологического рисунка на фотошаблонах и полупроводниковых пластинах на всех стадиях технологического процесса изготовления.

Известно устройство для измерения размеров объектов, содержащее источник света с осветительной системой, направляющей коллимированный луч на измеряемый объект, линзу, осуществляющую Фурье-преобразование, пространственный фильтр, имеющий механический привод, компенсирующий световую энергию от измеряемого объекта. Размер определяется по минимальному сигнс1лу на фотоприемнике и положению механического привода 1.

Недостатками этого устройства являются узкий диапазон измеряемых размеров, ограниченный конфигурацией пространственного фильтра, невысокая точность измерения, обусловленная конечными размерами прозрачных областей пространственного фильтра и его механического перемещения. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения линейных размеров и формы элементов на плоских объектах с дифракционными тестовыми структурами, например на фотошаблонах и полупроводниковых плас10тинах, содержащее последовательно расположенные на оптической оси источник когерентного света, линзы, фотоприемник с блоком управления и обработки сигнала, держатель объек15та измерения и пространственный фильтрi Первая линза установлена на фокусном расстоянии от объекта f2j.

Недостатками этого устройства являются невысокая измере20ния из-за положения Фурье-спектров в области пространственного фильтра от различных элементов объекта измерения J необходимость расчета и изготовления пространственных фильтров

25 для каждого измеряемого размера ,

низкая производительность, связанная с необходимостью сканирования восстановленного изображения; а также ограниченные функциональные возможности, поскольку измерения можно производить только непрозрачных объектов. Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей. Эта цель достигается тем, что в устройстве для измерения линейных размеров и формы элементов на плоских объектах с дифракционными тестовыми структурами, например на фотошаблонах и полупроводниковых пластинах, содержащемпоследовательно расположенные на оптической оси источник когерентного света, линзы, фотоприемник с блоком управления и, . обработки I и держатель объекта измерения, фотоприемник установлен с возможностью поворота вокруг точки пересечения оптической оси и базовой плоскости держателя объекта измерения, плоскость входного окна фотоприемника расположена по касательной к траектории его перемещения На чертеже изображена принципиальная схема устройства для измерения линейных размеров и формы элементов на плоских объектах с дифракционными тестовыми структурами. Устройство содержит последователь но расположенные на оптической оси источник 1 когерентного света,например квантовый генератор, первую линзу 2, апертурную диафрагму 3, вторую :линзу 4, третью линзу 5, фотоприемник 6 с блоком 7 управления и обработки сигнала и держатель 8 объекта 9 измерения. Фотоприемник б установлен с возможностью поворота вокруг точки А пересечения оптической оси и базовой плоскости 10 держа теля 8 объекта 9 измерения (направления поворотов на чертеже указаны стрелками). Плоскость входного окна фотоприемника б расположена (в частном случае) по касательной 11 к траектории 12 его перемещения. Устройство работает следующим образом. От источника 1 когерентного света лучи направляются на линзы 2, 4, 5, которые совместно с апертурной диафрагмой 3 формируют в плоскости объекта 9 измерения луч света требуемог диаметра-с равномерно распределенной интенсивностью света. Каждый модуль объекта 9 измерения содержит те товую дифракционную решетку, составленную из элементов, равных по размеру элементам, подлежащим измерению Для контроля размеров по всему полю объекта 9 измерения, последний устанавливается на специальном держателе 8, который имеет две степени свободы в плоскости, перпендикулярной направлению распространения света. При вращении фотоприемника б световая энергия главных дифракционных максимумов от тестовой дифракционной решетки объекта 9 измерения последовательно регистрируется и направляется в блок 7 управления и обработки сигнала., где по разработанному алгоритму и программе рассчитывается размер контролируемого элемента или егр. форма. Предлагаемое устройство обеспе:чивает измерение линейных размеров от О,4 мкм и выше с погрешностью для фотошаблонов не хуже 1-2% и для полупроводниковых пластин не хуже 5-7%. При определении .формы измеряется радиус закругления на углах элементов, при этом погрешность не превышает 7-10%. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет с высокой степенью точности проводить измерение как линейных размеров, так и формы элементов и проводить эти измерения как на фотошаблонах, так и на полупроводниковых пл.астинах, что в значительной , мере расширяет его функционгшьнне возможности. Формула изобретения Устройство для измерения линей-, ных размеров и формы элементов на плоских объектах с дифракционными тестовыми структурами, например на фотошаблонах и полупроводниковых пластинах, содержащее последовательно расположенные на оптической оси ниточник когерентного света, линзы,, фотоприемник с блоком управления и обработки сигнала и держатель объекта измерения, о-тличающееС я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, фотоприемник установлен с возможностью поворота вокруг. точки пересечения оптической оси и базовой плоскости .держателя объекта измерения, плоскость входного окна фотоприемника расположена по касательной к траектории его перемещения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 324466, кл. G 01 В 11/00, 1970. 2.Патент США 3746455, кл. 356-168, 1973 Спр6тотип),