Устройство для измерения размеров элементов плоскопараллельных объектов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНЫХ/ ОБЪЕКТОВ, содержащее последовательно расположенные источник когерентно го монохроматического света «коллиматор и систему отклонения луча , координатный столик для размещения измеряемого объекта, последовательно установленные на одной оптической ocijt . под координатным столиком блок приемных линз и фотоприемник, последйвательно расположенные дифракционн уо, решетку, второй блок приемных линз и второй фотоприемник , отсчетную схему, связанную с координатным столиком и состоящую из преобразователя линейных перемещений и фотоприемника, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено голограммой сформированной сферическим и двумя параллельными потоками и расположенной между системой отклонения луча и координатным столиком параллельно последнему, расстояния от центра голограммы до системы (Л . отклонения луча , координатного столика и дифракционной, решетки равны, а дифракционная решетка , второй блоК( приемных линз и второй фотоприемник установлены за голограммой на другой оптической оси, а угол между плоскостягФ ) дифракционной решетки и координатного столика равен углу между оптическими осями за голограммой. О) со о

СОЮЗ СОВЕТСНИХ .

ОИЗВПЮИ

РЕСПУБЛИК

11 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A 9TOPCNOMV СОИДП ВВОТВМ .

ГССУДАРСТВЕННМЙ НОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОЫРЕТЕНИй И 0ТНРЫтий (21) 3301132/25-2& (22) 12. 06. 81 (46) 23.03.83 ° Бюль 11 (72) Е.К. Чехович, Ю.Г.Буров и И. М. Лакоза (71) Институт электроники АН Белорусской CCP (53) 531.715.27(088.8)(56) 1. Кругликов В. К. и Стародубцев Э. В. Оптические методы автоматизации контроля .размеров элемен:тов фотошаблонов интегральных схем.— "Зарубежная радиоэлектроника",4979,,N 1, с. 83-95.

2. Измерительные сканирующие при- . боры. Под ред. Б.С. Розова: М., "Ма шиностроение", 1980, с.6142 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

РАЗМЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНЫХ1

ОБЪЕКТОВ, содержащее последователь:"но расположенные источник когерентно го монохроматического света, коллиматор и систему отклонения луча; координатный столик для размещения измеряемого обьекта. последовательно усSU.„,t 00690 . A

1 тайовленные на одной оптической оси ... под координатным столиком блок приемных линз и 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 повышения точности измерения, оно снабжено голограммой, сформированной сферическим и двумя параллельными потокаеи и расположенной между системой отклонения луча и координатным столиком параллельно последнему, расстояния от центра голограммы до системы ,отклонения луча, координатного сто- фд т1ика и дифракционной. решетки равны, а дифракционная решетка, второй блок приемных линз. и второй фотоприемник установлены за голограммой на другой оптической оси, а угол между плоскос- swk тями дифракционной решетки и коорди- { натного столика равен углу между оп- ф тическими осями за голограммой. Ж

CO

4Р

1006909

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к обо.рурованию автоматиэирдванного конт роля и измерения-линейных размеров элементов:плоскопараллельйых. объ- 5 ектов.

Известно устройство для измерения размеров элементов плоскопарал-, лел ьных объектов, содержащее последовательно расположенные источник .,света, оптический блок фокусировки и расщепления луча, дефлекторы для .отклонения лазерного луча, объект, фотоприемник и электронный компаратор 1 1

Однако данное устройство имеет недостаточную разрешающую способность из.-за сравнительно большого размера сканирующего пятна, а также малую точность измерения, сниженную флук- 20, туациями скорости сканирования элементов объекта, изменением размера сканирующего пятна вдоль траектории измерения;

Наиболее близким к изобретению 25 по технической сущности является устройство для измерения размеров элементов плоскопараллельных объектов, содержащее последовательно расположенные источник когерентного Зв .монохроматического света, коллиматор, 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 координатным столиком и состоящую иэ преобразователя линейных перемещений и фотоприемника, дифракционная решетка расположена параллельно координатному столику 12 3.

Известное устройство имеет недостаточную точность изиеренйй, сниженную. погрешностями несоответствия сме; щения луча ho объекту и дифракционной решетке, краевыми аберациями фокусирующего объектива иэ"за огра"

1 ,ниченности его размеров.

Кроме того, устройство требует применения высокоточного объектива с

" достаточно большой входной апертурой имеющего 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 и систему отклонения луча, 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 приемных линз и второй фотоприемник, отсчетную схему, связанную с координатным столиком и состоящую из преобразователя линейных перемещений и фотоприемника, снабжено голограммой, сформированной сферическим и двумя параллельными потоками и расположенной между системой отклонения луча и координатным столиком параллельно последнему, рас" стояния от центра голограммы дю системы отклонения луча, координатного столика и дифракционной решетки равны, а дифракционная решетка, второй блок приемных линз и второй фотоприемник установлены за голограммой на другой оптической оси, а угол между плоскостями 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 устройстве.

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 монохроматического света, коллиматор 2 и система 3 отклонения луча расположены последовательно и неподвижны. Под

3 1006909 4 системой 3 отклонения луча установ- ческим световым потоком, осевая линия лена голограмма.4, сформированная которого перемещается параллельно са-. сферическим и двумя параллельными мой себе, топология объекта 6 моду.потоками. Под голограммой 4 на коор- лирует световое излучение, вследствие динатиом столике 5 размещен измеря- S 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 сфекусированча, координатного столика 5 и дифрак- 1в 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 10 линейных перемещений. 15 при сканировании оба луча перемещаютПод координатным столиком 5 на одной ся синхронно на одно и тоже расстояоптической оси установлены блок t2 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 3ф схемы 8 получают сигнал, характе.13 установлены за голограммой 4 на .;ризующии смещение объекта 6 с коор.v другой оптической оси. Угол (3 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- 35 двум координатам измеряемого объекграммой 4. та б. Масштабирующие импульсы слуУстройство работает следующим об- жат для определения размеров элеменраэом. тов путем заполнения ими сигналов с

Когерентный монохроматический све- фотоприемника 14 и для фиксации котовой поток от источника 1 света с, - 3О ординат элементов.. расширяется коллиматором 2 и попадает в систему 3 отклонения луча. Систе- . При сканировании системой 3 otма 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. В

35 потока, один из которых перпендикуля- устройство введена трехлучевая голо. рен координатному столику 5, а вто- грамма, образованная. сферическим и

poA -. дифракционной решетке 7. При, двумя параллельным потоками (фиг.2 ), сканировании голограммы 4 всякий раз В схеме записи голограммы 4 испольв новой точке восстанавливаются два зуются светоделители 15 и 16в 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 7, причем потоки сфокусированы ток от источника 1 когерентного монона них. Световые потоки, прошедшие че- . хроматического света направляется на

pcs измеряемый объект 6 и дифракцион- светоделитель 15 где он амплитудно

45 )

У ную решетку 7, попадают в блоки 12 и;делится на два потока, один иэ кото11 приемных линз соответственно, ко- рых, отклонившись от зеркала 17, поторые направляют их на фотоприемники ;падает в коллиматор 19, а втррой яро14 и 13. При перемещении координат- - ходит на светоделитель 16. Световой и ного столика 5 и сканировании голо- поток, прошедший светоделитель 16 от-

Ъ

5Ф

° У граммы 4 системой 3 отклонения луча .клоняется зеркалом 18 и направляетобеспечивается бескадровое непрерыв- ся на объектив 21. Отклоненный светоно-построчное сканирование объекта 6; делителем 1б поток попадает в колли

Связанная с координатным столиком 5 atop 20. Коллиматоры 19 и 20 формиотсчетная схема 8 позволяет опре- .руют широкие параллельные потаки, а делвть величины смещения объекта 6. 55 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 в

5 1006 ,плоскости фотопластинки, которая после записи служит голограммой 4.

При восстановлении голограммы 4 система 3 отклонения луча отклоняет параллельный поток по углу, причем s точка поворота луча соответствует фокусу объектива 21 (положению источника сферического потока ), применяемого при записи 1,фиг,2 и 3 ). В свя" зи с тем, что голограмма 4 восстанав- 16 .ливается параллельным потоком, а при записи .в этом направлении распространяется сферический поток, с нее восстанавливаются два фокусирующих потока. Расстояние а от центра голограм4

Hbl 4 ро координатного cToflHK3 g или до системы 3 отклонения луча (или до дифракционной решетки 7) равно расстоянию Ь от ее плоскости до источника сферического потока при регистра- 20 ции, делениюму на косинус 4 угла падения этого потока, т.е.

Плоскость отклонения луча системой

3 отклонения луча составляет с, нор-. малью к голограмме 4 угол вь - угол падения сферического потока.

В предлагаемом устройстве исключены,погрешности, связанные с несоответствием перемещения лучей по из-. меряемому объекту 6 и дифракционной

909 б. решетке 7,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 объективов, а используемая голограмма 4 может изготавливаться без особых затрат при достаточно большом количестве копий.

Таким образом, введение новых эле ментов и .соответствующих связей позволило повысить точность измерений в l,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 контрольного оборудования и контролеров и т.д.

soa68o&

Фиг.1

1006909

ВНИИПИ Заказ 2105/62

Тираж 600 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4