Устройство для измерения размеров элементов плоскопараллельных объектов

СОЮЗ СОВЕТСНИХОСЦВИСПНЕПЕПРЕСПУБЛИК ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМ ОИДВЗВОТВУ УДАРСТВЕННМЙ НОМИТЕТ СССРделдм изоБРетений и откРытий(71) Институт электроники АН Белорусской ССР(56) 1. Кругликов В. К. и Стародубцев Э. В. Оптические методы автоматизации контроля .размеров элементов фотошаблонов интегральных схем. -"Зарубежная радиоэлектроника",1979, И 1, с. 83-95.2. Измерительные сканирующие приборы. Под ред. Б.С. Розова: М., фМашиностроениефф, 1980, с.61-62 (прототип 1.(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ, содержащее последователь:"но расположенные источник когерентно го монохроматического света, коллиматор и систему отклонения луча; координатный столик для размещения из" меряемого обьекта. последовательно усЯК, 00690 А тайовленные на одной оптической оси, . под координатным столиком блок приемных линзи фотоприемник, последовательно расположенные дифракционную решетку, второй блок приемных линз и второй фотоприемник, отсчетную схему, связанную с координатным столиком и состоящую изпреобразователя линейных. перемещений и фотоприемника, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повьвения точности измерения, оно снабжено голограммой, сформированной сферическим и двумя параллельными потокаьи и расположенной между системой отклонения луча и координатным столиком параллельно последнему, расстояния от центра голограммы до системы отклонения луча, координатного стот 1 ика и дифракционной. решетки равны, а дифракционная решетка, второй блок приемных линз. и второй фотоприемникустановлены за голограммой на другой оптической оси, а угол между плоскос- ваеК тями дифракционной решетки и коорди" натного столика равен углу между оп- р тическими осями за голограммой, ЖЮ1006909 1Изобретение относится к измерительной технике, в частности к обо.рурованию автоматиэирдванного конт" роля и измерения-линейных размеров элементов:плоскопараллельйых, объ ектов.Известно устройство для измерения размеров элементов плоскопарал- , лельных объектов, содержащее последовательно расположенные источник .,света, оптический блок фокусировкии расщепления луча, дефлекторы для .отклонения лазерного луча, объвкт, фотоприемник и электрониый компаратор 1 1 1.Однако данное устройство имеет .недостаточную разрешающую способность из.-за сравнительно большого размера сканирующего пятна, а также малую точность измерения, сниженную флук- ЗФ , туациями скорости сканирования элементов объекта, изменением размера сканирующего пятна вдоль траектории измерения;Наиболее близким к изобретению 2 З по технической сущности является устройство для измерения размеров элементов плоскопараллельных объектов, содержащее последовательно расположенные истоцник когерентного Зф .монохроматического света, коллима" тор, систему отклонения луча, объектив и блок светоделительных призм, координатный столик для размещения измеряемого объекта, последовательно установленные на одной оптической оси под координатным столиком. блок приемных линз и фотоприемник, последовательно расположенные дифракционную решетку,второй блок прием- . ных линз и второй фотоприемник, отсчетную схему, связанную с коорди" натным столиком и состоящую иэ преобразователя линейных перемещений и фотоприемника, дифракционная решетка расположена параллельно координатному столику Г 2 3.Известное устройство Имеет недостаточную точность изиеренйй, сниженную. погрешностями несоответствия сме;щения луча по объекту и дифракционной решетке, краевыми аберациями фокусирующего объектива иэ"за огра" ,ниченности его размеров. Кроме того, устройство требуетприменения высокоточного объектива сдостаточно большой входной апертуройимеющего высокую стоимость. Целью изобретения является повышение точности измерения .Эта цель достигается тем, что устройство для измерения размеров элементов плоскопараллельных объектов,содержащее последовательно расположенные источник когерентного моно"хроматического света, коллиматор исистему отклонения луча, координатный столик для размещения измеряемого объекта, последовательно установленные на одной оптической оси подкоординатным столиком блок приемныхлинз и фотоприемник, последователь"но расположенные дифракционную решетку, второй блок приемных линз ивторой фотоприемник, отсчетную схе" му, связанную с координатным столиком и состоящую из преобразователя линей"ных перемещений и фотоприемника,снабжено голограммой, сформированнойсферическим и двумя параллельными потоками и расположенной между системой отклонения луча и координатным столиком параллельно последнему, рас" стояния от центра голограммы дь системы отклонения луца, координатногостолика и дифракционной решетки равны, а дифракционная решетка, второйблок приемных линз и второй фотоприемник установлены за голограммой надругой оптической оси, а угол междуплоскостями дифракционной решетки и координатного столика равен. углу между оптическими осями за голограммой.На фиг, 1 изображена принципиальная схема устройства для измерения размеров элементов плоскопараллельных объектов; на фиг. 2 - схема записи .голограммы; на фиг. 3 - схема восстановления голограммы в уст" ройстве.Устройство для измерения линейных размеров элементов плоскопараллельных объектов состоит из источника 1: когерентного монохроматическо- го света, коллиматора 2, системы 3 отклонения луча, голограммы 4, ко"ординатного столика 5 для размещения изиеряемого объекта 6, дифракционной решетки 7, отсчетйой схемы 8, включающей фотоприемник 9 и преобра.зователь 10 линейных перемещений, блоков 11 и 12 приемных линз и фотоприемников 13 и 14.Источник 1 когерентного монохроматицеского света, коллиматор 2 и система 3 отклонения луча расположены последовательно и неподвижны. Под3 1006909 4 системой 3 отклонения луча установ- ческим световым потоком, осевая линия лена голограмма.4, сформированнаякоторого перемещается параллельно са-, сферическим и двумя параллельными мой себе, топология объекта 6 моду.- потоками. Под голограммой 4 на коор- лирует световое излучение, вследствие динатном столике 5 размещен измеря чего получают световые сигналы, дпиемый объект 6. Плоскости голограммы ,тельности "которых пропорциональны 4 и координатного столика 5 парал-размерам измеряемых элементов объеклельны. Расстояния от центра голо- та .6. Одновременно второй восстанавграммы 4 до системы 3 отклонения лу- ливаемый голограммой 4 сфокусирован" ча, координатного столика 5 и дифрак в ный поток сканирует дифракционную реционной решетки 7 равны между со- " ветку 7, в результате чего формируетбой. С коордийатным столиком 5 свя- ся сигнал, период которого однозначзана отсчетная схема 8, в которой но соответствует смещению луча на опфотоприемник 9 подключен к преобра- ределенное расстояние. Очевидно, что . зователю 1 О линейных перемещений. 1 З при сканировании оба луча перемещаютПод координатным столиком 5 на одной ся синхронно на одно и тоже расстоя-оптической оси установлены блок 12 . ние. Световые сигналы преобраэовыва-приемных линз и фотоприемник 14. Диф- ются в электрические фотоприемниками . ракционная решетка 7, второй блок 11 13 и 14. С фотоприемника 9 отсчетной приемных линз и второй фотоприемник зесхемы 8 получают сигнал, характе- .13 установлены за голограммой 4 на .;ризующии смещение объекта 6 с коормдругой оптической оси. Угол ( между .Динатным столиком 5, Из электрических плоскостями дифракционной решетки 7 сигналов фотоприемников 9 и 13 форми. и координатного столика 5 равен уг- Руются масштабирующие импульсы по лу между оптическими осями за голо- И двум координатам измеряемого объекграммой 4. та б. Масштабирующие импульсы слуУстройство работает следующим об" жат для определения размеров элеменраэом. тов путем заполнения ими сигналов сКогерентный монохроматический све- фотоприемника 14 и для фиксации ко" товой поток от источника .1 света с, Зр ординат элементов расширяется коллиматором 2 и попадаетв систему 3 отклонения луча. Систе- . При сканировании системой 3 отма 3 отклоняет поток по углу и ска" клонения,луча голограммы 4 последова . нирует им голограмму: 4, Голограммой тельно восстанавливаются потоки от 4 восстанавливаются два фокусирующих разных участков голограммы 4, В3потока, один из которых перпендикуля- устройство введена трехлучевая гово. рен координатному столику 5, а вто- грамма, образованная сферическим и рой -. дифракционной решетке 2, При , двумя параллельным потоками фиг.2 1, сканировании голограммы 4 всякий раз В схеме записи голограммы 4 испольв новой точке восстанавливаются два зуются светоделители 15 и 16 в откпопотока, которые синхронно перемещают- :няющие зеркала 17. и 18, коллиматося по объекту 6 и дифракционной ре- ",ры 19 .и 20, объектив 21, Световой по. шетке 7причем потоки сфокусированы ток от источника 1 когерентного монона них. Световые потоки, прошедшие.че- .хроматического света направляется на реэ измеряемый объект 6 и дифракцион- светоделитель 15 где он амплитудно43У ную решетку 7, попадают в.блоки 12 и,делится на два потока, один иэ кото приемных линз соответственно, ко- рых,отклонившись от зеркала 17, по- торце направляют их на фотоприемники ,падает в коллиматор 19, а втррой яро и 13. При перемещении координат- -ходит на светоделитель 16. Световой и ного столика 5 и сканировании голо- . поток, прошедший светоделитель 16 от-МУ граммы 4 системой 3 отклонения луча .клоняется зеркалом 18 и направляет- обеспечивается бескадровое непрерыв- ся на объектив 21. Отклоненный свето- но-построчное сканирование объекта 6; делителем 1 б поток попадает в колли Связанная с координатным столиком 5 матор 20, Коллиматоры 19 и 20 формиотсчетная схема 8 позволяет опре- .руют широкие параллельные потоки, а делвть величины смещения объекта 6. фф объектив 21 - расходящийся поток со,При сканировании объекта 6 перпен- сферическим волновым фронтом. Объекдикулярно падающим на него сфекуси-тив 21 выполняет роль источника сферированным когерентным монохромати- , ,ческого потока. Потоки совмещаются вПлоскость отклон 3 отклонения луч мальв к голограм падения сферичесВ предлагаемо чены,погрешности ответствием пере меряемому объекту ни я луча сист составляет, с е 4 угол Оього потока. устройстве и связанные с ещения лучей 6 и дифракцио емои, норуголсклюнесопо изннойд. 5 1006 ,плоскости фотопластинки, которая после записи служит голограммой 4.При восстановлении голограммы 4 система 3 отклонения луча отклоняет параллельный поток по углу, причем ю точка поворота луча соответствует Фокусу объектива 21положению источника сферического потока , применяемого при записи 1,фиг,2 и 3 ). В свя" зи с тем, что голограмма 4 восстанав О .ливается параллельным потоком, а при записи .в этом направлении распространяется сферический поток, с нее восстанавливаются два Фокусирующих потока. Расстояние а от центра голограм 45 мы 4 до координатного столика 5 или до системы 3 отклонения луча (или до дифракционной решетки 7) равно расстоянию Ь от ее плоскости до источника сферического потока при регистра ции, делениюму на косинус о угла падения этого потока, т.е. 909 б.решетке 1,так как они образуются при восстановлении одного и того же участ ка голограммы 4, Уменьшены погрешности, вызванные аберрациями оптической системы, так как они могут быть скомпенсированы при записи голограммы 4. Устройство не требует применения высокоточных и дорогостоящих объ" ективов, а используемая голограмма 4 может изготавливаться без особых затрат при достаточно большом количестве копий.Таким образом, введение новых элементов и .соответствующих связей позволило псвысить точность измерений в 1,5 раза.Устройство для измерения линейных размеров элементов плоскопараллельных объектов может найти широкое применение при обработке графической инФормации, автоматизированном контроле геометрии элементов электронных приборов и т.п, Оно войдет в состав комплекса автоматического контроля ли-. нейных размеров элементов микросхем и фотошаблонов. Внедрение комплекса позволит оперативно и с более высокой точностью осуществлять контроль в ходе технологического процесса, что приведет к росту процента выход годных изделий, сокращению времени настройки .оборудования, числа единиц конт. рольного оборудования и контролеров