Матричная технология измерений. Точность измерения координат элементов и контроль фотошаблонов

Королев А.Н., Лукин А.Я., Филатов Ю.В., Венедиктов В.Ю.

Ссылка для цитирования:

Королев А.Н., Лукин А.Я., Филатов Ю.В., Венедиктов В.Ю. Матричная технология измерений. Точность измерения координат элементов и контроль фотошаблонов // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 3. С. 115–123. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-03-115-123

Korolev A.N., Lukin A.Ya., Filatov Yu.V., Venediktov V.Yu. Matrix measurement technology. The accuracy of measuring the coordinates of the elements and the control of the photomasks [in Russian] // Optickhesii Zhurnal. 2024. V. 91. № 3. P. 115–123. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-03-115-123

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Новая технология линейно-угловых измерений, основанная на использовании многоэлементной марки и получении измерительной информации об угловом и линейном сдвигах по совокупности измерений для всех элементов изображения марки; точность измерения координат элементов изображения марки в матричном измерителе. Цель работы. Получение оценок погрешностей измерения координат элементов изображения марки в ходе экспериментальных исследований. Метод. Исследование погрешности измерения координат элементов синтезированного изображения марки на основе результатов измерений. Основные результаты. Выполнены реальные измерения координат элементов при наличии искажений, обусловленных дисторсией объектива и погрешностями изготовления марки. Показана возможность разделения указанных искажений, измерения их параметров и коррекции до значений погрешности, полученной на цифровой модели. Практическая значимость. Показано, что процедура определения и коррекции искажений изображения может быть положена в основу измерительного комплекса контроля технологии изготовления фотошаблонов на всех этапах. Проведенные исследования показывают, что эта задача может быть решена на уровне погрешности 0,2 мкм для большого числа зон с плотностью до 40 000 элементов на 1 см².

Ключевые слова:

матричная технология измерений, матричный измеритель, измерительная марка, коррекция искажений изображения марки

Благодарность:

работа выполнена при финансовой поддержке в рамках гранта РНФ № 20-19-00412

Коды OCIS: 120.0120, 230.0230

Список источников:

1. Bridges A., Yacoot A., Kissinger T., Humphreys D.A., Tatam R.P. Correction of periodic displacement non-linearities by two-wavelength interferometry // Measurement Sci. and Technol. 2021. V. 32. № 12. P. 125202. http://doi.org/10.1088/1361-6501/ac1dfa

2. Peggs G.N., Yacoot A. A review of recent work in sub-nanometre displacement measurement using optical and X-ray interferometr // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sci. 2002. V. 360. № 1794. P. 953–968. http://doi.org/10.1098/rsta.2001.0976

3. Wang X., Su J., Yang J., Miao L., Huang T. Investigation of heterodyne interferometer technique for dynamic angle measurement: Error analysis and performance evaluation // Measurement Sci. and Technol. 2021. V. 32. № 10. P. 105016. http://doi.org/10.1088/1361-6501/ac0d77

4. Wentao Zhang, Wang Yulin, Hao Du, Qilin Zeng, Xianming Xiong. High-precision displacement measurement model for the grating interferometer system // Optical Engineering. 2020. V. 59. № 4. Р. 045101. doi.org/10.1117/1.OE.59.4.045101

5. Kimura A., Hosono K., Kim W., Shimizu Y., Gao W., Zeng L. A two-degree-of-freedom linear encoder with a mosaic scale grating // Internat. J. Nanomanufacturing. 2011. V. 7. № 1. P. 73–91. http://doi.org/10.1504/IJNM.2011.039964

6. Zherdev A.Y., Odinokov S.B., Lushnikov D.S., Markin V.V., Gurylev O.A., Shishova M.V. Optical position encoder based on four-section diffraction grating // Proc. SPIE — The Internat. Soc. for Optical Engineering. 2017. 10233. Art. № 102331I. http://doi.org/10.1117/12.2304939

7. Yunfei Yin, Zhaowu Liu, Shan Jiang, et al. High-precision 2D grating displacement measurement system based on double-spatial heterodyne optical path interleaving // Optics and Lasers in Engineering. 2022. V. 158. P. 107167. http://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2022.107167

8. Yunfei Yin, Lin Liu, Yu Bai, et al. Littrow 3D measurement based on 2D grating dual-channel equal-optical path interference // Optics Express. 2022. V. 30. № 23. P. 41671. http://doi.org/10.1364/oe.475830

9. Changhai Zhao, Qiuhua Wan, Lihui Liang. Compensation for dynamic subdivision error when the grating displacement sensor code disk is stained // IEEE Sensors J. 2023. V. 23. № 3. P. 2403. http://doi.org/10.1109/jsen.2022.3232708

10. Xu, Y., Brownjohn, J.M.W. Review of machine-vision based methodologies for displacement measurement in civil structures // J. Civil. Struct. Health Mon. 2018. V. 8. P. 91–110. http://doi.org/10.1007/s13349-017-0261-4

11. Feng D., Feng M.Q., Ozer E., Fukuda Y. A vision-based sensor for noncontact structural displacement measurement // Sensors. 2015. V. 15. P. 16557–16575. http://doi.org/10.3390/s150716557

12. Cheng F., Zhou D., Yu Q., Tjahjowidodo T. New image grating sensor for linear displacement measurement and its error analysis // Sensors. 2022. V. 22. P. 4361. http://doi.org/10.3390/s22124361

13. Liu B., Zhang D., Guo J., Zhu C. Vision-based displacement measurement sensor using modified Taylor approximation approach // Opt. Eng. 2016. V. 55. P. 114103. http://doi.org/10.1117/1.OE.55.11.114103

14. André N., Sandoz P., Mauzé B., Jacquot M., Laurent G.J. Robust phase-based decoding for absolute (X, Y, Q) positioning by vision // IEEE Trans. Inst. Meas. 2021. V. 70. P. 1–12. http://doi.org/10.1109/TIM.2020.3009353

15. Королев А.Н., Лукин А.Я., Филатов Ю.В., Венедиктов В.Ю. Матричная технология линейно-угловых измерений // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 12. С. 54–64. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-12-54-64

Korolev A.N., Lukin A.Ya., Filatov Yu.V., Venediktov V.Yu. Matrix technology of linear-angular measurements // Journal of Optical Technology. 2022. V. 89. № 12. P. 733–739. https://doi.org/10.1364/JOT.89.000733

16. Королев А.Н., Лукин А.Я., Полищук Г.С. Новая концепция измерения угла. Модельные и экспериментальные исследования // Оптический журнал. 2012. Т. 79. № 6. C. 52–58. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-12-54-64

Korolev A.N., Lukin A.Ya., Polishchuk G.S. New concept of angular measurement. Model and experimental studies // Journal of Optical Technology. 2012. V. 79. № 6. P. 352–356. https://doi.org/10.1364/JOT.79.000352

17. Бохман Е.Д., Венедиктов В.Ю., Королев А.Н., Лукин А.Я. Цифровой измеритель угла с двумерной шкалой // Оптический журнал. 2018. Т. 85. № 5. С. 19–25. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2018-85-05-19-25

Bokhman E.D., Venediktov V.Yu., Korolev A.N., Lukin A.Ya. Digital goniometer with a two-dimensional scale // Journal of Optical Technology. 2018. V. 85. № 5. P. 269–274. https://doi.org/10.1364/JOT.85.000269

18. Korolev A.N., Lukin A.Ya., Filatov Y.V., Venediktov V.Y. Reconstruction of the image metric of periodic structures in an opto-digital angle measurement system // Sensors. 2021. V. 21. P. 4411. http://doi.org/10.3390/s21134411