SU765651A1

SU765651A1 - Method of checking linear dimensions of periodic microstructures

Info

Publication number: SU765651A1
Application number: SU782699558A
Authority: SU
Inventors: Владимир Кузьмич Александров; Юрий Николаевич Биенко; Виктор Николаевич Ильин
Original assignee: Институт электроники АН Белорусской ССР
Priority date: 1978-12-19
Filing date: 1978-12-19
Publication date: 1980-09-23

Description

Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике, в частност к фотоэлектрическим способам контрол линейных размеров периодических микроструктур. известен фотоэлектрический врем импульсный способ автоматического из мерени погрешностей шагов периодических структур, основанный на скани ровании изображени структуры относ тельно щелевых диафрагм фотоприемни ками, преобразовании световых сигна лов в разнопол рные П-образные импульсы стабильной амплитуды, длительность которых пропорциональна абсолютной величине отклонени шага от номинального, а пол рность, характеризующа знак погрешности, определ етс по очередности поступлен сигналов с измерительных фотоэлектрических каналов t. Недостаток способа - недостаточно высока точность измерени , котора зависит от погрешности измерени временного интервала, стабиль ности скорости перемещени структур точности определени границы контра стной полосы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс способ контрол линейных размеров периодических микроструктур, заключающийс в том, что освешдют параллельным световым потоком микроструктуру , получают ее увеличенное оптическое изображение, перемещают микроструктуру в направлении линии измерени , раздваивают изображение каждого элемента микроструктуры на два полуконтрастных со сдвигом друг относительно друга в направлении линии измерени на величину, равную номинальному размеру, подают световой поток через щелевую диафрагму- на фотоэлемент, выходной сигнал которого вл етс мерой отклонени размера от номинального значени . Недостаток известного способа недостаточно высока точность контрол из-за низкой контрастности изображени , а также из-за того, что регистрируема величина погрешности вл етс комплексной, включающей в себ , кроме погрешности шага структуры, иногда соизмеримые q ними погрешности ее элементов, а разделение их электрическим путем не пред ставл етс возможным. Цель изобретени - повышение точности контрол .The invention relates to instrumentation engineering, in particular, to photoelectric methods for monitoring the linear dimensions of periodic microstructures. a photoelectric time is known; a pulsed method of automatically measuring the errors of steps of periodic structures based on scanning the image of a structure relative to slit diaphragms by photodetectors, converting light signals into different polarity U-shaped pulses of stable amplitude, the duration of which is proportional to the absolute value of the step deviation from the nominal, and the polarity, which characterizes the sign of error, is determined by the order of the incoming signals from the measuring photovoltaic channels t. The disadvantage of the method is that the measurement accuracy is not high enough, which depends on the measurement error of the time interval, the stability of the speed of movement of the structures of the accuracy of determining the boundary of the contrast band. The closest in technical essence to the present invention is a method for controlling the linear dimensions of periodic microstructures, which consist in refreshing the microstructure with parallel luminous flux, obtaining its enlarged optical image, moving the microstructure in the direction of the measurement line, splitting the image of each element of the microstructure into two half-contrast shear relative to each other in the direction of the measurement line by an amount equal to the nominal size, a luminous flux is fed through the left diaphragm is a photocell whose output signal is a measure of the size deviation from the nominal value. The disadvantage of this method is that the control accuracy is not high enough because of the low image contrast, and also because the recorded error value is complex, including, besides the error of the structure step, sometimes comparable to q their errors of its elements, and their separation is electric. the path is not possible. The purpose of the invention is to improve the accuracy of control.

Поставленна цель достигаетс тем, ITO поворачивают полуконтрастны .е изображени каждого элемента микроструктуры друг относительно друга на 180°, регистрируют в моменты касани и разъединени полуKOHTpacTiiijx изображений световой поток, 1;: ео5разуют его в импульсы фототока, по периодам следовани котОрых определ ют шаг микроструктуры , а ;ю длительности - размеры ее элементов.The goal is achieved by ITO turning half-contrasting. The images of each element of the microstructure are 180 ° relative to each other, recorded at the moments of contact and disconnection of the semi-luminous flux, 1 ;: eo5, it is broken into photocurrent pulses, the periods of the microstructure determine the pitch of the microstructure, a; y duration - the size of its elements.

На чертеже представлена оптическа схема дл осуществлени способа контрол линейных размеров периодических микроструктур.The drawing shows an optical circuit for implementing a method for monitoring the linear dimensions of periodic microstructures.

Схема содержит оптический микроскоп 1 , блок 2 раз/воени изображени щелевую диафрагму 3, фотоприемник 4 усилитель 5, вычислительное устройство б, регистратор 7, датчик 8 линейного перемещени , устройство 9, задающее движегше периодической микроструктуре 10.The scheme contains an optical microscope 1, a block 2 times / image slit diaphragm 3, a photodetector 4 an amplifier 5, a computing device b, a recorder 7, a linear displacement sensor 8, a device 9 that specifies a moving microstructure 10.

Способ осуществл етс следующим образом.The method is carried out as follows.

Периодическую микроструктуру 10 помещают перед объективом микроскопа 1 на подвижную каретку (на чертеже не показана), движение которой задает устройство 9, и освещают параллельным световым потоком 11 от когерентного источника, например оптического квантового генератора (на чертелсе не показан) . С помощью микроскопа 1 формируют оптическое изображение элементов микроструктуры 10. Раздваивают блоком 2 изобржение каждого элемента микроструктуры на два полуконтрастных и поворачивают одно относительно другого на 180°. Чем ближе находитс элемен микроструктуры к оптической оси 0-0 схемы, тем меньше рассто ние между полуконтрастными изображени ми (элемент 8 , его контрастное изоражение § и полуконтрастные изображени S - S ), и чем дальше от оптческой оси 0-0, тем больше это рассто ние (элемент Ь и его изображени Ь и Ь - ь) . Если периодическа микроструктура 10 движетс в направлении, указанном стрелкой с индексом V, , то ее контрастное изображение 12 будет перемещатьс в направлении VQ , а раздвоенные полуконтрастные изображени 13 будут двигатс навстречу друг другу (стрелки VT,). Как только элемент микроструктуры подойдет к оптической оси О-О схемы, его полуконтрастные изображени одноименными кро.мками придут в соприкосновение и, имеет- место изменение освещенности щели диафрагмы 3. Это изменение освещенности в момент касани регистрируетс фотоприемником 4. При дальнейшем движении элемента его полуконтрастные изображени сначала накладываютс (полное наложение происходит при симметричном расположении з,-;емента микроструктуры относитель-но оптической оси схемы), а затем расход тс . Все это врем диафрагма 3 полностью затемнена и никаких изменений освещенности не происходит. Как только элемент микроструктуры пройдет оптическую ось, его полуконтрастные изображени разъедин ютс , а изменение освещенности щелидиафрагмы 3 вновь зарегистрируетс фотоприемником. Фототоковые импульсы усиливаютс усилителем 5 и подаютс в вычислителное устройство 6. В вычислительное устройство поступают также импульсы с интерференционного датчика 8 линейного перемещени , частота следовани которых пропорциональна скорости движени , цена импульса соответствует одному периоду интерференционной полосы. Этими импульсами осуществл етс квантование периода следовани импульсов измерительного канала. Регистратор 7 регисрирует вычисленные значени величины шага микроструктуры и ее элементов в дол х квантующих импульсов.Periodic microstructure 10 is placed in front of the lens of the microscope 1 on the movable carriage (not shown), the movement of which sets the device 9, and illuminate with a parallel light flux 11 from a coherent source, such as an optical quantum generator (not shown). Using a microscope 1, an optical image of the microstructure elements 10 is formed. With block 2, the image of each element of the microstructure is biased into two half-contrast and rotated one relative to the other by 180 °. The closer the microstructure elements are to the 0-0 optical axis of the scheme, the smaller the distance between the semi-contrast images (element 8, its contrast image and the semi-contrast images S-S), and the farther from the optical axis 0-0, the greater distance (element b and its images b and b - b). If the intermittent microstructure 10 moves in the direction indicated by the arrow with the index V, then its contrast image 12 will move in the direction of VQ, and the bifurcated half contrast images 13 will move towards each other (arrows VT,). As soon as an element of the microstructure approaches the optical axis of the O-O scheme, its semi-contrast images of the same name come in contact and there is a change in the illumination of the slit of the diaphragm 3. This change in illumination at the moment of contact is recorded by the photo-receiver 4. With further movement of the element of its semi-contrast the images are first superimposed (complete overlap occurs with a symmetrical arrangement of the z, -; element of the microstructure relative to the optical axis of the circuit), and then it dissipates. All this time, the diaphragm 3 is completely darkened and no changes in illumination occur. As soon as the element of the microstructure passes through the optical axis, its semi-contrast images are disconnected, and the change in illumination of the aperture 3 is again registered by the photoreceiver. Photocurrent pulses are amplified by amplifier 5 and fed to computing device 6. Pulses from the interference linear transducer 8, the frequency of which is proportional to the speed of movement, also arrive at the calculating device; the price of the pulse corresponds to one period of the interference band. These pulses are used to quantize the pulse period of the measuring channel. The recorder 7 registers the calculated values of the step size of the microstructure and its elements in the quantizing pulse fragments.

Раздвоение изображени может быть осуществлено известными устройствами например окул рной головкой ОГУ-22.Split the image can be carried out by known devices such as the ocular head of OSU-22.

Таким образом, введение поворота одного полуконтрастного изображени относительно другого на 180, возникающего при этом встречного движени изображений, и преобразований светового потока в импульсы фототока в момент касани и разъединени их одноименных границ свет-тень, позвол е повысить точность контрол , вследствие повышени чувствительности нахождени границы полуконтрастных изображений , так как при этом в дифракционном изображении элементов структуры создаетс распределение освещенности , позвол ющее обнаружить и зарегистрировать изменение освещенности в серединах промежутков между полуконтрастными изображени ми, Е несколько раз меньше предела разрешени примен емой оптической системы.Thus, the introduction of the rotation of one half-contrast image relative to the other by 180, resulting from this counter-movement of images, and the conversion of the luminous flux into photocurrent pulses at the moment of touching and separating their like-light-shadow borders, increases the accuracy of control, due to the increased sensitivity of finding the border high contrast images, since in this case, in the diffraction image of the elements of the structure, an illumination distribution is created, which makes it possible to detect and register To change the illumination in the middle of the intervals between the semi-contrast images, E is several times less than the resolution limit of the optical system used.

Способ может найти применение в точном машиностроении и приборостроении , в электронной, электротехнической и оптико-механической промьшленности при автоматизации измерений периодических микроструктур типа рамочных сеток радиоламп, спиралей и гребенок СВЧ-приборов, сеток потенциалоскопов, спиральных тел накала осветительных приборов, фотошаблонов интегральных схем, измерительных решеток и штриховых мер.The method can be used in precision engineering and instrument-making, in electronic, electrical and optical-mechanical industry in automating measurements of periodic microstructures such as frame grids of radio tubes, spirals and combs of microwave devices, grids of potentialoscopes, spiral bodies of the incandescent of lighting devices, photo masks, integrated circuits, measuring lattices and line measures.

Claims

1. USSR Author's Certificate No. 295018, cl. G 01 B 11/04, 1971.

0

2. USSR author's certificate number 612148, cl. G 01 B 11/08, 1978 (prototype).