Устройство для измерения размеров элементов микроструктур

11281 ка, вход установки нуля которого под- ключен к выходу первого блока задержки, управляющий вход регистра подключен к входу первого блока задержки и выходу второго счетчика, вход которого подключен к выходу второго 18формирователя, анализирующая диафрагма выполнена в виде двух равных по раз -меру и смещенных по высоте щелей,сдвинутых одна относительно другой в направлении перемещения предметного столика на величину их продольного размера1Изобретение относится к измерител ьной технике и мажет быть использовано, в частности, для контроля линейных размеров элементов микроструктур,например фотошаблонов, штриховых 5шкал.Известно устройство для измерения размеров элементов фотошаблонов,содержащее осветитель, предметныйстолик, кинематически связанный с.ним электропривод, связанный с предметным столиком преобразователь перемещений, Последовательно подключенные к нему блок выработки счетныхимпульсов, счетчик и регистр, объек- .15тив, анализирующую диафрагму, фотоприемник, усилитель, пороговый элемент и формирователь импульсов 1.Недостатком устройства является не.высокаяточность измерения при изменении скорости перемещения пред. метного столика,Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст.25 ройство для намерения размеров элементов микроструктур, содержащее предметный столик, кинематически связанный с ним электропривод, связанный с предметным столиком интерфе ренционный преобразователь перемещений, подключенный к выходу последнего блок формирования счетных импульсов, объектив, анализирующую диафрагму, фотоприемник, амплитудный дискриминатор, второй формирователь импульсов, элемент И, первый вход которого подключен к выходу формирователя, формирователь, триггер, перВый ВхОд которого подключе н к входу 40 блока задержки, выход триггера соединен с вторым входом элемента И, и счетчик, информационные выходы кото" рого соединены с информационными входами регистра 2,45 2Недостатками известного устройства являются невысокие быстродействие и ограниченная разрешающая способность.Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерений.Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения размеров элементов микроструктур, содержащее предметный столик кинематически связанный с ним электропривод, связанный с предметным столиком интерференционный преобразователь пере,мещений, подключенный к выходу.последнего блок формирования счетных импульсов, объектив, анализирующую диафрагму, фотоприемник, амплитудный дискриминатор, второй формирователь импульсов, элемент И, первый вход которого подключен к выходу формирователя, формирователь, триггер, первый вход которого подключен к входу блока задержки, выход триггера соединен с вторым входом элемента И, и счетчик, информационные выходы которого соединены с информационными входами регистра, снабжено полупрозрачным зеркалом установленным над предмет 1оным столиком под углом 45 к нему, зеркальным ножом, расположенным . на оптическом выходе.интерференционного . преобразователя перемещений под уг-.олом 90 . к попупрозрачному зеркалу, при этом разделйтельная кромка зеркального ножа смещена относительно полупрозрачного зеркала к его середине, двумя зеркалами, расположенными соответственно над полупрозрачным зеркалом и зеркальным ножом параллельно им и взаимно смещенными по высоте на половину интерференционной полосы интерференционнрго преобразователя перемещений, двухполупериодным выпрямителем с емкостным входом,компаратором, вторым триггером, вторым бло20 Р У45устройство для измерения размеров элементов микроструктур состоит из предметного столика 1, на котором устанавливается микроструктура 2, элект ропривода 3, интенференционного пре образователя 4 перемещений, зеркал 5 и б, полупрозрачного зеркала 7, зеркального ножа 8, объектива 9, анализирующей диафрагмы 10, фотоприемника 11, двухполупериодного выпрямите ля 12 с емкостным входом, амплитудного дискриминатора 13, компаратора 14, триггера 15, блока 16 формирова 11281 ком задержки и вторым элементом И, элементом ИЛИ и вторым счетчиком, емкостный вход двухполупериодного выпрямителя соединен с выходом фотоприемника, а выход - с входом ампли-. тудного дискриминатора, выход которого подключен к первому входу компаратора и первому входу второго ,триггера, второй вход компаратора соединен с выходом блока Формирования 1 О счетных импульсов, выходом первого формирователя импульсов и входом второго блока задержки, а выход - с вторым входом второго триггера, прямой выход которого соединен с входом второго формирователя импульсов, вторым входом первого триггера и первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого триггера, третий вход - с выходом второго блока задержки, а вЫход. второго элемента И соединен с первым входом элемента. ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, гретий вход которого подключен к инверсному выходу второго триггера, выход элемента ИЛИ соединен со счетным входом первого счетчика, вход установки нуля котерогоподключен к выходу первого блока задержки, управляющий вход регистра подключен к входу первого блока задержки и выходу второго счетчика, вход которого подключен к выходу второго формирэвателя, анализирующая диафрагма выполнена в ви- З 5 де двух равных по размеру и смещенных по высоте щелей, сдвинутых одна относительно другой в направлении перемещения предметного столика на величину их продольного размера.40На фиг. 1 приведена Функциональная схема устройства; на фиг. 2- диаграмма сигналов, поясняющая его абот 18 4ния счетных импульсов, формирователя17 импульсов, элементов И 18 и 19,элемента ИЛИ 20, счетчика 2 1, регист.ра 22, блока 23 задержки, триггера24, блока 25 задержки, второго Формирователя 26 импульсов и второгосчетчика 27. Электропривод 3 кинематически связан с предметным столиком 1, с .которым связан и интерференционный преобразователь 4 перемещений. Полупрозрачное зеркало 7установлено над предметным столиком1 под углом 45 о к нему, зеркальныйнож 8 установлен на оптическом выходе интерференционного преобразоватеоля 4 перемещений под углом 90 к полупрозрачному зеркалу 7, причем разделительная кромка ножа 8 смещена относительно полупрозрачного зеркала7 и расположена напротив его середины.Зеркала 5 и 6 закреплены соответственно над полупрозрачным зеркалом 7 изеркальным ножом 8 параллельно им,причем они взаимно смещены на высотена половину интерференционной полосы преобразователя 4 перемещений.Объектив 9 установлен над предметным столиком 1, за нич последовательно размещены анализирующая диафрагма 10 и Фотоприемник 11. Анализирующая диафрагма 10 выполнена в видедвух равных по размеру и смещенныхпо высоте щелей, сдвинутых друг относительно друга в направлении перемещения.предметного столика на величину их продольного размера.К Фотоприемнику .1 последовательно подключены двухполупериодный выпрямитель 12 с емкостным входом и амплитудный дискриминатор 13, К,выходуинтерференционного преобразователя4 перемещений последовательно подсоединены блок 16 формирования счетныхимпульсов, формирователь 17 импульсов,элемент И. 18,элемент ИЛИ 20 и .счетчик21. Выход амплитудного дискриминатора13 связан с первым входом компаратора 14 и первым входом триггера 15,второй вход компаратора 14 подключенк выходу блока 16 формирования счетыых импульсов, а его выход - к второ"му. входу триггера 15,Прямой выход триггера 15 соединен с входом последовательно включенных формирователя 16 ньнульсов, второго счетчика 27 и блока 25 задержки, а также с вторым входом триггера 24 и первым входом элемента И 19, первыйз 1128118 вход триггера 24 подключен к выходу блока 25 задержки, а его выход - к вторым входам элементов И 18 и 19. Третий вход элемента И 18 связан с инверсным выходом триггера 15, а тре тийвход элемента И 19 через блок 23 задержки соединен с выходом блока 16 формирования счетных импульсов. Выход элемента И 18 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 20. Информацион ные выходы счетчика 21 связаны с информационными входами регистра 22, управляющий вход которого подключен к выходу второго счетчика 27, а вход установки нуля счетчика 21-связан 5 с.выходом 25 блока задержки.Устройство работает следующим образом. С оптического выхода. интерференционного преобразователя 4 перемещений выходит световой поток, сечение которого представляет собой изображение интерференционных полос. Зеркальный нож 8 установлен на оптическом выходе преобразователя 4 таким обра-, зом (Фиг. 2, вид А), что сечение светового потока делится им иа две части, ,Одна половина светового потока проходит мимо разделительной кромки зеркального ножа 8 (фиг. 1, вид В), а30 вторая отражается от него (фиг.1; вид С). Совместным действием зеркал 5 н 6 й попуирозрачного зерка ла 7 обе половины светового потока совмещаются на полупрозрачном зерка- З 5 ле 7. Из-за разности высот зеркал 5 и 6 иад полупрозрачным зеркалом 7 и зеркальным ножом 8, отличающихся на половину интерференционной полосы преобразователя 4, обе поло О винки сечения светового потока совмещаются с боковым сдвигом на половику интерференционной поносы(фиг. 1, видЗ ), Сформированный световой поток проходит через микроструктуру 2, объектив 9 и попадает, на анализирующую диафрагму 10. Анализирукаая диафрагма 10 ориентирована относительно изображений интерференционных полос таким образом, что одна из ее щелей 5 О расположена в.однойполовине сечения светового потока, .а другая - в другой половине этого сечения .(Фиг. 1, вид. Е) . Вследствие бокового сдвига на половину интерференционной полосы 55 половин сечения изображения интерференционной картины на анализирующей диафрагме 10 интенсивность светового потока, проходящего через каждую точку второй щели анализирующей диафрагмы 10, изменяется по такому же гар моническому закону; как и на первой щели, но с фазовьщ сдвигом на половину периода.При перемещении предметного столика 1 увеличенное объективом 9 изображеще элемента микроструктуры 2 перемещается по анализирующей диафрагме10, последовательно перекрывая обеее щели. До подхода передней границытемного изображения элемента к щеляманализирующей диафрагмы световые по-,токи, проходящие через соответствующие щели анализирующей диафрагмы, попадают на:один и тот же фотоприемник11, складываясь на нем, поэтому величина суммарного светового потока нафотоприемнике 11 равна постоянной величине, т.е. до перекрытия передней границей изображений элемента анализирующей диафграмы 10 световой поток, поступающий на Фотоприемник 11,и соответственно напряжение с него постоянны (фиг. 2, интервал ОХ),При постепенном перемещении передней границы изображения элемента по первой щели диафрагмы 10 (фиг. 2, интервал Х 1 Х) суммарный световой поток, попадающий на Фотоприемник, определяется разностью величин постоянного светового .потока, попадающего на фОтоприемник при засветке обоих щелей диафрагмы, и переменной гармонической величины, максимальная амплитуда которой в каждом периоде уменьшается пропорционально величине смещения границы, Точка Х соответствует подному затемнению первой щели. Нри дальнейшем перемещении границы изображения элемента вдоль оси Х начинает затемняться вторая щель диафрагмы 10 (фиг. 2, интервал Х Х) и .суммарный световой поток, попадаю- щий на фотоприемник, определяется переменной площадью незатемненного участка второй щели.При дальнейшем перемещении микроструктуры обе щели анализирующей дйафрагмы 10 полностью затемнены и световой поток, поступающий на фотоприемник 11, равен нулю, При этом перемещению границы. изображения элемента но щелям диафрагмы соответствуют дваколебания с переменной амплитудой, смещенные по времени друг относительно друга и суммируемые Фотоприемни10 ком 11. Аналогично при перемещениизадней границы изображения элемента , мимо обоих щелей диафрагмы 10 всепроцессы повторяются в обратном порядке. 5После конденсатора двухполупериодного выпрямителя 12 сигналы Фотоприемника 11 симметрируются относительнонулевого уровня, а сам выпрямитель ф инвертйрует отрицательные составляющие сигналов без изменения, пропуская на выход их положительные сос"тавляющие. Амплитудный дискриминатор13 Формирует из выходного сигнала вынрямиФеля 12 последовательность прямоугольных импульсов, период следования которых совпадает с периодом следования прямоугольных сигналовс выхода блока 16 формирования счет.- ных импульсов, однозначно соответст. 20вующих перемещению предметного столика на определенное расстояние. Попервомуимпульсу, поступающему на -вход триггера 15, на прямом выходе Формируется уровень логической единнцы, присутствукюциц до тех пор, покана обоих входах компаратора 14 присутствуют прямоугольные сигналы какс выхода амплитудного дискриминатора 13, так и с выхода блока 16 фор- ЗОмирования счетных имнульсов, При прекращении поступления импульсов с выхода дискриминатора 13 на вход комаратора 14 первый импульс с выходаблока 16 Формирования счетных им,пульсов, пришедший после этого, про,ходит через компаратор 14 на Явход триггера 15 и сбрасывает его вноль. Таким образом, на прямом выходе триггера 15 при сканировании каж О дой. границы изображения измеряемогоэлемента микроструктуры 2 щелями анализирующей диафрагмы. 10 Формируетсяпрямоугольный импульс.формирователь 17 импульсов формирует но переднему и заднему Фронтамсигналов с блока.16 Формирования счетных импульсов по одному короткомуимпульсу, поэтому на каждый входной сигнал он Формирует два выходныхсигнала. При появлении уровня логической единицы на прямом выходе триггера 15 триггер 24 устанавливаетсяв состояние логической единицы и насчетный вход счетчика 21 через элемент ИЛИ 20 и элемент И 19 начинают55поступать через блок 23 задержки им пульсы с выхода блока 16 формирования счетных импульсов. Они. поступают до тех пор, пока на прямом выходе триггера 15 находится единица, При сбрасывании триггера 15 в исходное состояние на счетный вход счетчи" ка 21 через элемент ИЛИ 20 и элемент И 18.начинают поступать импуль- сы удвоенной частоты с выхода формирователя 17. Они поступают до тех пор, пока триггер 15 снова не переключается и на его прямом выходе появляется логическая единица при сханировании второй границы изображения элемента. При Формировании второго импульса триггером 15 на счет-. чик 21 через элемент ИЛИ 20 и элемент И 19 вновь поступают импульсы с выхода блока 16 с некоторой задержкой обусловленной наличием блока 23 задержки. Наничие блока 23 задержки обусловлено необходимостью запрещения прохождения на счетчик 21 сле- . дующего после окончания второго импульса с триггера 15 импульса с выхода блока 16.По каждому фронту последовательности сигналов с прямого выхода триггера 15 Формирователь 26 импульсов вырабатывает короткий импульс. По четвертому такому импульсу, соответствующему моменту окончания пары сигналов с триггера 15, счетчиком 27 на управляющий вход регистра 22 пода" ется сигнал, переписывающий в него число, подсчитанное счетчиком 21.Пройдя блок. 25 задержки, этот сигнал сбрасывает в ноль счетЧик 2 1 и сбрасывает в исходное состояние триггер 24, запрещая таким образом прохождение на счетный вход счетчика 21 счетных импульсов до появления следующей пары сигналов, соответствующих передней и задней границам следующего измеряемого элемента. Величина задержки прохождения сигнала через блок 25 задержки определяет. ся временем перезаписи информации из счетчика 2 1 в регистр 22, Размер изображения элемента микроструктуры пропорционален числу, записанному в регистр 22. Использование предлагаемого устройства позволяет в несколько раз по-. высить быстродействие измерений при одновременном повышении точности.Патент", г. Ужгород Проектная, 4 илиал каз 901 б/30 Тираж 586 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, РПодписное омитета СССР открытий ушекая наб., д, 4/5