Способ измерения линейных размеров микрообъектов

СООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ ЯОРЕСПУБЛИН (19) (11)Г б 01 В 11/08 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ 1 юф";она,Ц пктио.3ффйфф ЩЩ 1 с ОБРЕТЕНИЯЕЛЬСТВУ САНИ(71) Институт электроники АН БССР(56) 1. Авторское свидетельство СССР9612148, кл. 6 01 В 11/08, 1976.2. Авторское свидетельство СССРВ 761830, кл. 6 01 В 11/08, 1980(54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХРАЗМЕРОВ МИКРООБЪЕКТОВ, заключающийся в том, что направляют световойпоток на микрообъект, получают увеличенное изображение микрообъекта,оптически раздваивают его, получаютинтерференционную картину, приводятее в движение, сканируют изображениямикрообъекта, регистрируют одновременно промодулированный микрообъектом световой поток и интерференционную картину, по которым судят о размере микрообъекта, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения т ости измерения, интерференочн освещенияв движение ообъек ВТОРСИОМУ СВИДЕТ ционную картину получаюмикрообъекта и приводятсинхронно с перемещением та, 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 нап" равлению сканирования, со смещением изображений в направлении сканирования на величину, превышающую цену интерференционных полос, умноженную на коэффициент увеличения изображения, сканируют раздельно каждое раздвоенное изображение микрообъекта, наложенное на соответствующее раздвоенное изображение интерференционной картины, суммируют световые потоки, 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.1 1111Изобретение относится к измеритель.ной технике и может быть использовано, в частности, для измерения линейных размеров микрообъектов: элементов фотошаблонов, и ширины штрихов ишагов сеток, спиралей и др.Известен способ контроля геометрических размеров микрообъектов, заключающийся в том, что направляют световой поток на микрообъект, получают изображение микрообъекта, оптически его раздваивают на два полуконтрастных изображения со сдвигом друготносительно друга в направлении линии измерения на величину, равнуюноминальному размеру, и регистрируютвеличину изменения светового потока,являющуюся мерой отклонения размераот номинального значения 11 .Данный способ предусматривает ре 2гистрацию изменения светового потока по методу светового калибра, которому присущи погрешности, связанные с заданием номинального значения,флуктуациями амплитуды светового по"тока, изменениями коэФФициента преобразования фотоприемников и др.,что ограничивает точность контроля,Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является способ измерения линейных размеров микрообъектов, заключающийся в том,что направляют световой поток на микрообъект, получают увеличенное изображение микрообъекта, оптически разд"ваивают его, получают интерференцион-З 5ную картину, приводят ее в движение,сканируют изображения микрообъекта,регистрируют одновременно промодулированный микрообъектом световой40поток и интерференционную картину,по которым судят о размере микрообъекта. По числу периодов интерференционной картины, поместившихся в длительности импульса, пропорционально 45го величине изменения светового потока, судят о величине отклонения измеряемого размера микрообъекта от егономинального значения 21,Известный способ обладаетограниченной точностью измерения в связи спогрешностями, связанными с колебаниями размеров изображения из-заизменений коэффициента увеличениямикрообъекта вследствие непостоянства длины пути световых лучей с нарушениями резкости изображения, вызванными Алуктуациями длины пути лучейв процессе привода в движение интер 025 2Ференционной картины, с изменениямиинтенсивности светового потока награницах изображения, так как на кажщдое полуконтрастное изображение накладывается интерференционная картина,полосы которой перемещаются, а о размере судят по длительности импульса,пропорционального величине световогопотока, с флуктуациями амплитуды.сигналов, с ошибками, вызваннымитем, что установка величины номиналь- .ного значения задается сдвигом двухполуконтрастных изображений и тем,что она осуществляется не в плоскостисканирования, где получают изображения микрообъекта, а в плоскостираздвоения, с ошибкой, возникающейиз-за конечного значения периодамодуляции, величина которого соответствует цене полосы интерференционнойкартины, с определением числа долейинтерференционных 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 повышение 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 направляют световой поток, образующий раздвоенное изображение интерференционной картины, изображение микро- объекта раздваивают в направлении,перпендикулярном. направлению сканирования, со смещением изображений в направлении сканирования на величину, превышающую цену интерференционных полос, умноженную на коэффициент увеличения изображения, сканируют раздельно каждое раздвоенное, изображение микрообъекта, наложенное на соответствующее раздвоенное изображение интерференционной картины, суммируют световые потоки, полученные в результате сканирования, а о размере микро- объекта судят по числу долей периодов интерференционной картины, поместившихся в интервале между серединами двух гармонических сигналов, полученных при регистрации суммарного светового потока.На чертеже изображена принциапиальная 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, свето- воды 9 и 10, фотоприемники 11 и 12, интерферометр 13, однощелевую диафрагму 14, усилители 15 и 16, вычислительный блок 17 и регистратор 18Способ измерения линейных размеров микрообъектов осуществляется с помощью устройства следующим обракой системы 4 раздвоения интерференционной картины может выполнять интерферометр Иаха - Цендера с входнымзеркалом наполовину перекрывающим5 входной поток. Направляют на микрообъект 19 световой поток, образующий раздвоенное изображение микрообъекта 19 посредством оптическогомикроскопа 6, Оптически раздваивают10 изображение микрообъекта 19 оптической системой 7 раздвоения изображения в направлении, перпендикулярномнаправлению сканирования, со смещением в направлении сканирования на15 величину, превышающую цену интерференционных полос, умноженную на коэффициент увеличения оптического микроскопа 6. Оптическая система 7 раздвоения изображения микрообъекта 1920 так же как и оптическая система 4раздвоения интерференционной картинысобрана по схеме интерферометра ИахаЦендера с глухим входным зеркалом,наполовину перекрывающим входнойсветовой поток, Накладывают полученные раздвоенные изображения микрообъекта 19 на соответствующие раздвоенные изображения интерференционнойкартины.В плоскости изображения поЗ 0 лучают перемещающиеся смещенные изображения микрообъекта 19 в поле перемещающихся интерференционных полосдвух интерференционных картин. Сканируют синхронно каждое в отдельности35 изображение микрообъекта 19 двухщелевой диафрагмой 8. Щели этой диафрагмы 8 расположены напротив каждогораздвоенного изображения микрообъекта 19. Суммируют световые потоки,40 полученные в результате сканирования,световодами 9 и 10. Регистрируют соответственно фотоприемниками 11 и12 суммарный световой поток и интерференционные полосы, считываемые од 45 нощелевой диафгармой 14. С фотоприемника 11 получают гармонический сигналогибающая которого меняется по треугольному закону, а с фотоприемника12 - гармонический сигнал с постоян 50 ной амплитудой,зом.В. устройстве получают интерференционную картину при помощи интерферометра 13. Приводят ее в движение синхронно с перемещением микрообъекта 19, помещенного на столике 5, приводимом в движение механизмом 1 перемещения, Интерференционная картина приводится в движение синхронно с перемещением микрообъекта 19 в связи с тем что перемещающийся оптический элемент интерферометра 13, преобразующий линейные перемещения, связан со столиком 5. Интерференционную картину раздваивают в оптической системе 4 раздвоения в направлении, перпендикулярном направлению сканирования, со смещением полученных картин в направлении сканирования на половину изображения интерференционной полосы. В систему. 4 раздвоения интерференционную картину направляют посредством зеркал 2 и 3. Роль оптичесПосле усиления усилителями 15 и16 сигналы поступают в вычислительный блок 17, имеющий цифровой выход 55на регистратор 18, Вычислительный блок 17 осуществляет предварительное интерполирование периода интерференционной полосы с целью повышения точности, определение середин гармо 1111025нических сигналов с треугольной оги" бающей и вычисление размеров микро- объекта 19 путем подсчета числа долей периодов интерференционной картины, уложившихся в интервале между середи нами гармонических сигналов, полученных при регистрации суммарного потока. Вычислительный блок 17 позво" ляет определять также погрешности размеров, которые находятся разностью величин размеров микрообъекта 19 и их номинальных значений, заданных в самом блоке. Получение интерференционной картины по предлагаемому способу осуществляется до освещения мик рообъекта, 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. Вследст) вие того, что в способе раэдваивают интерференционную картину, изображение микрообъекта раздваивают со смещением полученных изображений в нап- равлении сканирования, каждое раздвоенное изображение, наложенное на соответствующую интерференционную картину, сканируют раздельно и суммируют полученные при этом световые потоки, обеспечивается формирование световых гармонических сигналов с треугольной З 5 огибающей, интервалы между серединами которых пропорциональны измеряемым размерам. В связи с эим исключены погрешности, связанные с изменениями интенсивности светового потока 4 О на границах изображения, с флуктуациями амплитуды сигналов, с обработкой видеоимпульсов по постоянному то ку. Так как в способе нет необходимости модулировать по величине размер одного иэ полуконтрастных изобра жений 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 измеряемо го объекта при модуляции по величине одного из полуконтрастных изображений. Поскольку в предлагаемом способе не осуществляется сдвиг полу контрастных изображений на величину номинального значения измеряемого размера, то и исключаются связанные с этим погрешности.Таким образом, предложенный способ позволяет измерять линейные размеры микрооьъектов с точностью, по крайней мере в два раза превышающей точность измерения по прототипу.Предлагаемый способ может найти широкое применение в точном машиностроении, приборостроении, в электронной промышленности и других отраслях при автоматизации измерений и контроле размеров концевых мер, сеток, элементов фотошаблонов, шагов спиралей и т.п, В частности, его использование на предприятии электронной промышленности для контроля и анализа качества периодических структур позволит оперативно и с более высокой точностью осуществитьконтроль в ходе технологического процесса, что приведет к росту процента выхода годных иэделий, сокращению времени настройки оборудования и т.п.щВТираж 586 ПИ Государственного коми делам изобретений и о Москва, Ж, Раушска