Оптимизация преобразования сигнала в лазерных дифракционных измерителях размеров микрообъектов

• Автор: Фефилов, Георгий Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 133 с. : ил.

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛА В ЛАЗЕРНЫХ ДИФРАКЦИОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЯХ РАЗМЕРОВ МИКРООБЪЕКТОВ

1. ЛАЗЕРНАЯ ДИФРАКТОМЕТРИЯ

1.1. Практическое использование дифрактометрии. Объекты дифрактометрии

] .2. Дифракция на плоских экранах; основные свойства

1.2.1. Дифракция Фраунгофера на круглом отверстии в плоском экране;

основные свойства

1.2.2. Дифракция Фраунгофера на прямоугольном отверстии в плоском

экране; основные свойства

Выводы

2. ДИФРАКЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ

2.1. Уравнение измерений дифракционного метода

2.2. Анализ способов выделения измерительной информации
2.2.1. Дифракционный способ, основанный на измерении интенсивности в фиксированной точке плоскости регистрации дифракционной картины
2.2.2. Дифракционный способ, основанный на измерении
интервала между экстремумами дифракционной картины
2.2.3. Дифракционный способ, основанный на анализе спектра сигнала
2.2.4. Дифракционный способ, основанный на анализе сигнала
в фазовом пространстве
2.2.5. Сравнительный анализ дифракционных способов измерения
2.3. Структурная схема дифракционного измерителя, анализ основных его узлов 43 Выводы
3. ОСОБЕННОСТИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО СИГНАЛА
В ЛАЗЕРНОЙ ДИФРАКТОМЕТРИИ
3.1. Анализ спектра и преобразование измерительного сигнала дифракционного измерителя
3.2. Синтез оптимальной весовой функции. Анализ методов ее реализации
3.3. Амплитудная пространственно-временная фильтрация
3.4. Бинарная пространственно-временная фильтрация

3.5. Экспериментальное исследование метода амплитудной пространственно-временной фильтрации
3.6. Экспериментальное исследование метода бинарной пространственно-временной фильтрации
Выводы
4. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПОМЕХ НА ДИФРАКТОМЕТРИЮ МИКРООБЪЕКТОВ
4.1. Влияние параметров лазерного излучения на
дифрактометрию микрообъектов
4.1.1. Влияние гауссова распределения амплитуды поля
на погрешность дифракционного метода измерения
4.1.2. Влияние неравномерности распределения фазы поля на круглом отверстии на погрешность дифракционного метода измерения
4.2. Влияние ограничения ширины спектра сигнала на
погрешность дифракционного метода измерения
4.3. Влияние аддитивной помехи на погрешность
дифракционного метода измерения
Выводы
5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЛАЗЕРНЫХ ДИФРАКТОМЕТРОВ И
ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ И НАУКЕ
5.1. Лазерные дифрактометры
5.1.1. Дифракционные измерители диаметра
микропроволоки - ДИД-4, ДИД-4м, ДИД-5
5.1.2. Дифракционный измеритель диаметра микропроволоки - ДИД-8
5.1.3. Дифракционный измеритель диаметра отверстия ДИД - 7
5.2. Практическое использование дифрактометров серии ДИД
Выводы
Заключение
Перечень литературы
Приложения
1. Свидетельство о метрологической аттестации дифрактометра
2. Акты внедрения

В науке и технике измерения занимают одно из центральных мест. Проведение прецизионных измерений в науке и технике, биологии и медицине, разработка технологий новых видов материалов, развитие таких отраслей промышленности как приборостроение, микроэлектроника,
станкостроение; интенсивное развитие современного производства, создание прецизионных устройств различного назначения, увеличение их качества и надежности невозможно без разработки и создания высокоточных средств измерения.
Свойства и параметры изделия зависят от точности воспроизведения его линейных размеров, отклонение размеров за границы допуска приводит не только к ухудшению технических характеристик, но и нарушению
функционирования и выходу изделий из строя. Уменьшение размеров изделий является одним из путей, с помощью которого современное приборостроение, микроэлектроника и инструментальное производство достигает принципиально новых показателей. За последние годы
минимальные размеры изделий, подлежащих контролю, сократились до единиц и долей микрометров, и появляются изделия с элементами
субмикронного размера. Изделия, имеющие малые поперечные размеры выпускаются электротехнической, металлургической, кабельной, радиоэлектронной, приборостроительной, оптической промышленностью. Поперечный размер изделия (размер микроотверстия и микрочастицы, толщина нити, проволоки, волокна, ширина проводника или ленты и т.п.), является одним из важнейших параметров, определяя в значительной степени допустимые механические, электрические и иные параметры изделий. Например, стабильность параметров по длине изделия или допустимый разброс диаметра микроотверстий оказывает влияние на качество, надежность, точность, механические и электрические характеристики и прочие параметры более сложных устройств

Анализ элементов структурной схемы дифракционного измерителя позволяет определить элементы и параметры, которые вносят наибольшие искажения в формируемый сигнал и наметить пути уменьшения погрешности измерения. Решение этой многоальтернативной, весьма сложной задачи требует не только использования математических методов анализа с применением современных ЭВМ, но и решений логического, конструктивного и технологического характера, которые не всегда поддаются математической формализации.
Выводы
Основными измерительными операциями в дифракционном методе измерения размеров микронных объектов, являются:
- формирование пространственного Фурье-образа измеряемого объекта;
- выделение по заданному алгоритму из Фурье-образа информативного параметра, который сравнивается с образцовой мерой.
К наиболее перспективным способам получения измерительной информации в дифрактометрии относятся:
- способ, основанный на измерении интервала между экстремумами ДК;
- способ, основанный на анализе сигнала в фазовом пространстве.
В дифракционном способе измерения, основанном на анализе сигнала в фазовом пространстве, информативным параметром является отношение значений амплитуд нечетных или четных производных измерительного сигнала, при произвольном значении независимой текущей переменной.
Основной проблемой регистрации ДК и преобразования сигнала в дифрактометре является высокая скорость спада интенсивности ДК.
На погрешность измерения размеров микрообъектов дифракционным методом, в основном, оказывают влияние: параметры лазерного излучения, аддитивная помеха, ширина полосы пропускания дифрактометра.