CC BY
26
6
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ
ИССЛЕДОВАНИЕ КОНФОКАЛЬНОГО ОПТОЭЛЕКТРОННОГО МИКРОСКОПА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МЕР МАЛОЙ ДЛИНЫ Л.Ю. Абрамова, О.В. Майорова
В настоящее время появилась необходимость в измерении микро- и наноструктур. С развитием технологий потребовалась высокая точность в изготовлении различных элементов приборов (например, материнских плат в компьютерах, микрочипов, эталонных мер для микроскопов и т.д.).
Актуальность измерения малых длин объясняется еще и необходимостью калибровки телевизионных, фотометрических и биологических микроскопов, всех видов анализаторов изображения, растровых электронных, сканирующих туннельных и атомно-силовых микроскопов.
Для калибровки этих средств измерений используют, в частности, периодические меры малой длины на основе голографических дифракционных решеток и штриховые меры, изготовленные методом фотолитографии (хром на стекле).
В данной работе проведены исследования меры ширины. Мера изготовлена ПО "Родон" из материала "хром-стекло" и содержит темные Использован тест-объект ПО "Родон" Ш1ПХ.
Результаты измерения по тест-объекту приведены в табл.1.
Номинальное значение ширины штриха 50,0 мкм.
№ Аб В6 С6
п/п. Прямой ход Обратный ход Прямой ход Обратный ход Прямой ход Обратный ход
1. 1269 1267 1264 1262 1263 1264
2. 1265 1266 1261 1263 1262 1263
3. 1268 1266 1260 1261 1267 1265
4. 1263 1264 1263 1261 1263 1264
5. 1266 1263 1265 1262 1266 1266
6. 1265 1268 1261 1261 1264 1264
7. 1267 1267 1264 1262 1264 1266
8. 1261 1267 1263 1262 1262 1264
9. 1265 1264 1263 1262 1263 1267
10. 1264 1267 1262 1261 1266 1264
11. 1264 1266 1263 1266 1266 1264
12. 1265 1267 1265 1263 1263 1265
13. 1265 1264 1263 1262 1267 1266
14. 1263 1268 1264 1264 1262 1264
15. 1266 1267 1263 1264 1265 1265
16. 1262 1265 1262 1264 1265 1263
17. 1263 1267 1265 1261 1266 1266
18. 1262 1263 1262 1264 1265 1265
19. 20. 1262 1264 1263 1265 1264 1265
1265 1266 1264 1262 1266 1268
1265,15 1262,8 1264,675
50,04 49,95 50,02
ис 0,012 0,01 0,01
Таблица 1. Результаты измерений при температуре 200С, относительная влажность воздуха 60%, атмосферное давление 760 мм рт. ст.
Суммарная погрешность измерений (суммарная стандартная неопределенность) не превышает ± 0,012 мкм.
Длина волны Не-№ лазера Xвак = 0,632991 мкм. Xвозд = 0,632820 мкм.
X
Дискретность измерения — = 0,0395513 мкм.
Полученные измерения были обработаны специальной программой. Стандартная неопределенность измерений (погрешность) 1-й входной величины определяется по следующей формуле:
и(хп) = иА(хп) =
п-г Щ (- * ь
Ч =г
Погрешность измерений составила 0,01 мкм.
Для аттестации мер малой длины в диапазоне 1-200 мкм разработан и создан двухкоординатный интерферометр [1], построенный по схеме Майкельсона, с высокоразрешающим микроскопом (ИВОМ). Структурная схема установки представлена на рис. 1.
Рис.1. Блок-схема лазерной интерференционной установки с высокоразрешающим микроскопом: 1 - микроскоп; 2 - фотоэлектрическая часть микроскопа; 3 - предметный стол с мерой; 4 - интерферометр; 5 -фотоприемник; 6 - блок регистрации интерференционных полос; 7 - счетчик
На предметный стол 3 устанавливают исследуемый объект (меру). Затем с помощью микроскопа осуществляется наводка на первый штрих меры. Наводка осуществляется регулировочными винтами, расположенными на микроскопе. Эту наводку можно увидеть в окуляр. Далее, при отключении визуального контроля начинает работать фотоэлектрическое устройство микроскопа 2. О наведении на штрих свидетельствует отклонение стрелки микроамперметра.
Для более точной наводки используют интерферометр 4. С помощью пьезокерамического привода осуществляется наводка на край штриха меры. Следовательно, на микроамперметре устанавливается ноль.
При перемещении каретки стола, на которой находится мера, включается в работу интерферометр. Чтобы узнать ширину штриха, необходимо переместить интерферометр от одного края штриха до другого. Сигнал от интерферометра поступает на фотоприемник 5, а затем на блок регистрации интерференционных полос 6. Расстояние, на которое переместился интерферометр, фиксирует счетчик 7, по его показаниям можно судить о размере штриха.
Для наведения на штрихи использовался конфокальный микроскоп с высокоразрешающим объективом (увеличение 250 крат), числовой апертурой 0,90 и рабочим расстоянием, равным 0,4 мм. Диаметр линейного поля зрения в плоскости предмета составил 0,2 мм, в плоскости изображения - 20 мм.
Особенностями конфокального микроскопа являются высокое разрешение, малая глубина фокусировки и свойство сильного ослабления рассеянного света и световых бликов.
Дальнейшее снижение суммарной погрешности представляется возможным путем снижения погрешности наведения.
Литература
1. Абрамова Л.Ю., Баратов В.М., Федорин В.Л., Хавинсон Л.Ф. // Измерительная техника. 1997. №9.
2. Абрамова Л.Ю. и др. // Измерительная техника. 1994. №3.
