NL8503182A - Inrichting voor het langs optische weg meten van een oppervlakteprofiel. - Google Patents

Description

» * ΡΗΝ 11.552 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Inrichting voor het langs optische weg meten van een oppervlakteprofiel.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het langs optische weg meten van een oppervlakteprofiel, bevattende een stralingsbroneenheid, een lensstelsel voor het afbuigen van de door de stralingsbroneenheid geleverde straling naar een plaats op het 5 oppervlak en een, in de weg van de door het oppervlak weerkaatste straling aangebracht, positieafhankelijk stralingsgevoelig detektiestelsel. De uitvinding heeft ook betrekking op een apparaat, voorzien van een dergelijke meetinrichting, voor het detekteren van elektronische kompanenten op een drager.

10 In het kader van de onderhavige uitvinding wordt onder het meten van een oppervlakteprofiel verstaan: het meten van de positie en de scheefstand van het oppervlak in de richting van de optische as van de inrichting, maar ook van de ruwheid van het oppervlak of van het verloop van het oppervlak.

15 Het positieafhankelijk stralingsgevoelig detektiestelsel is een stelsel dat een uitgangssignaal levert dat afhankelijk is van de positie van het zwaartepunt van de op het stralingsgevoelig vlak van dit stelsel vallende (geprojekteerde) straling.

In het Amerikaanse oktrooischrift no. 3.876.841 is een 20 apparaat voor het uitlezen van een optische registratiedrager beschreven dat voorzien is van een stelsel voor het bepalen van de positie van het stralingsreflekterende informatievlak ten opzichte van een objektiefstelsel. Het, door het positiebepalend stelsel geleverde, elektrische signaal wordt gebruikt om de positie van het 25 objektiefstelsel ten opzichte van het informatievlak bij te regelen. Bij het beschreven positiebepalingsstelsel valt een smalle bundel straling met een konstante hoek ten opzichte van de optische as van het objektiefstelsel op het informatievlak. De door het vlak gereflekteerde straling wordt door het objektiefstelsel tot een stralingsvlek op een 30 positieafhankelijk stralingsgevoelig detektiestelsel gefokusseerd. De positie van de stralingsvlek op het detektiestelsel, in de beschreven uitvoeringsvorm bestaande uit twee stralingsdetektoren, is een maat voor ;· t * — a i > » PHN 11.552 2 de positie van het informatievlak ten opzichte van het objektiefstelsel.

Deze in het Ü.S. oktrooischrift no. 3.876.841 beschreven methode voor het bepalen van de afstand van het objektiefstelsel tot het oppervlak heeft als gunstige eigenschappen een goede meetnauwkeurigheid, 5 een groot meetbereik en een hoge meetfrequentie. Een beperking van deze methode is dat de gewenste vrije werkafstand, de afstand tussen referentievlak en objektieflens, de hoek waaronder de weerkaatste straling nog opgevangen wordt begrensd. Hierdoor is de maximale scheefstand van het oppervlak beperkt, of, omgekeerd, een grote 10 maximale scheefstand legt een betrekkelijk kleine vrije werkafstand op. Een tweede beperking is de konstante invalshoek, waarbij steile höogteveranderingen door schaduwwerking niet goed gemeten worden. Als derde bezwaar moet genoemd worden dat het genoemde optische stelsel slechts bedoeld is voor het meten van spiegelende oppervlakken.

15 Het is het doel van de onderhavige uitvinding om de genoemde beperkingen te ondervangen met behoud van de gunstige eigenschappen. Een inrichting volgens de uitvinding vertoont daartoe als kenmerk dat de stralingsbroneenheid ingericht is voor het leveren van een stralingsbundel waarvan de richting in de tijd varieert en waarbij 20 de gemiddelde richting van de bundel nagenoeg loodrecht op het te meten oppervlak staat.

De gemiddelde plaats waar de door het te meten oppervlak gereflekteerde of verstrooide straling op het positieafhankelijk stralingsdetektiestelsel gefokusseerd wordt is afhankelijk van de 25 afstand tot een referentievlak, de scheefstand en de ruwheid van het te meten oppervlak, en van de invalshoek van de stralingsbundel. Door de straling onder verschillende hoeken te laten invallen zijn bij bekende ruwheid de overige genoemde grootheden van het oppervlak te bepalen.

De uitvinding kan toegepast worden overal waar de 30 eigenschappen van een oppervlak bepaald moeten worden. Vooral waar snelle bepalingen zonder kans op beschadiging of vervorming nodig zijn is deze uitvinding van belang. Dit is bijvoorbeeld het geval bij het bepalen van de posities van elektronische komponenten op een drager of van de dikte van de molybdeenband bij de fabrikage van hogedrukkwik-35 lampen.

Zoals hierboven opgemèrkt is de ruwheid van het oppervlak, en daarmee de relatieve verhouding van aan het oppervlak v -¾. * ' w· · yJ ' PHN 11.552 3 'm- * % gereflekteerde straling en door het oppervlak verstrooide straling van invloed op de positie van het zwaartepunt van de stralingsvlek op het positieafhankelijk stralingsdetektiestelsel. Dit betekent dat bij gebruik van één detektiestelsel de ruwheid van het oppervlak bekend 5 moet zijn om uit het uitgangssignaal van het detektiestelsel de hoogte te bepalen. Om deze beperking op te heffen en gelijktijdig hoogte en ruwheid van het oppervlak vast te stellen heeft een uitvoeringsvorm van de inrichting als verder kenmerk dat de door het oppervlak weerkaatste straling door een bundeldeler verdeeld wordt over twee 10 positieafhankelijke stralingsgevoelige detektiestelsels, die zich op verschillende optische afstanden van het te meten oppervlak bevinden.

Een uitvoeringsvorm in overeenstemming met de uitvinding heeft als verder kenmerk dat de stralingsbroneenheid één x 15 stralingsbron en een bundelafbuigend element bevat. Dit afbuigelement is noodzakelijk om de stralingsbundel, met de door de toepassing vereiste frequentie, onder verschillende hoeken op het te meten oppervlak te laten vallen.

Daarbij kan een inrichting volgens de uitvinding als 20 verder kenmerk hebben dat het bundelafbuigend element gevormd wordt door een vlakke spiegel die om een as, gelegen in het spiegelvlak en dwars op de hoofdstraal van de stralingsbundel, oscilleert. Mechanische trilspiegels met de gewenste uitslag van ongeveer 1° zijn relatief eenvoudig te maken en kunnen met frequenties in de orde van 10 kHz 25 geoscilleerd worden.

Een uitvoeringsvorm waarin met een hogere meetfrequentie dan bereikbaar met mechanische middelen gemeten kan worden en die geen bewegende delen benut vertoont als verder kenmerk dat het bundelafbuigend element een akousto-optisch element is. Hiermee zijn 30 aftastfrequenties in de orde van 10 MHz te bereiken.

Een inrichting in overeenstemming met de uitvinding kan als verder kenmerk hebben dat de stralingsbroneenheid meerdere stralingsbronnen bevat en een stuurschakeling voor het, in de tijd, na elkaar in- en uitschakelen van de stralingsbronnen. Hiermee kan op 35 relatief goedkope wijze een hoge meetfrequentie bereikt worden.

Ter verhoging van de stralingsintensiteit op het (de) positieafhankelijk stralingsgevoelige detektiestelsel(s) heeft een * v i 9 PHN 11.552 4 uitvoeringsvorm van de uitvinding als verder kenmerk dat zich tussen de objektieflens en het stralingsdetektiestelsel een kwart golflengteplaatje en een polarisatiegevoelige bundeldeler bevinden in die volgorde en dat de door de stralingsbroneenheid geleverde straling 5 lineair gepolariseerd is.

Een inrichting in overeenstemming met de uitvinding kan als kenmerk hebben dat de richting van de op het te meten oppervlak vallende bundel stralingen gelijktijdig in twee onderling loodrechte richtingen varieert. Door de richting van de stralingsbundel in twee, 10 onderling loodrechte richtingen te laten variëren is een scheefstandsmeting in beide richtingen gelijktijdig mogelijk.

Een inrichting volgens de uitvinding voor het detekteren van komponenten op een drager door het meten van de afstand van de bovenzijde van de komponent of de drager tot een referentievlak heeft 15 als kenmerk dat deze afstand wordt bepaald met behulp van een inrichting voor het meten van een oppervlakteprofiel volgens een van de hierboven beschreven uitvoeringsvormen.

Een inrichting voor het detekteren van komponenten op een drager volgens de uitvinding kan als verder kenmerk hebben dat de 20 inrichting een schakeling bevat die de faserelatie van de richting van de door de stralingsbroneenheid uitgezonden straling en het uitgangssignaal van het positieafhankelijk stralingsgevoelig detektiestelsel bepaalt. Doordat de fase van het uitgangssignaal van het positieafhankelijk stralingsgevoelig detektiestelsel in de situatie dat 25 een oppervlak zich boven het referentievlak bevindt, tegengesteld is aan de fase in de situatie dat een oppervlak zich beneden het referentievlak bevindt is met behulp van deze schakeling op eenvoudige wijze de aan- of afwezigheid van een komponent op de drager te bepalen.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van 30 de tekening waarin: de figuren 1a, 1b en 1c de werking van de uitvinding tonen bij een zuiver spiegelend oppervlak, de figuren 2a, 2b en 2c de werking van de uitvinding tonen bij een volledig mat oppervlak, 35 figuur 3 schematisch de relaties tussen het gemeten signaal en de parameters van de inrichting en het te meten oppervlak verduidelijkt, \ »9 - .. '\ v i' '·& ' » » .....

PHN 11.552 5 w * ^ figuur 4 een uitvoeringsvorm laat zien voor het gelijktijdig meten van hoogte, scheefstand en ruwheid van het oppervlak, de figuren 5a en 5b blokschema's voor het analoog bepalen van de hoogte bij onbekende ruwheid en scheefstand weergeven, 5 figuur 6 een blokscheraa voor een alternatieve schakeling voor het bepalen van de hoogte weergeeft, de figuren 7a, 7b en 7c verschillende uitvoeringsvormen laten zien voor de lichtbroneenheid, en figuur 8 een inrichting toont voor het bepalen van de 10 positie van komponenten op een dragervlak in overeenstemming met de uitvinding.

Zoals reeds vermeld heeft de ruwheid van het oppervlak invloed op de meting van de hoogte. Terwille van de duidelijkheid wordt daarom eerst de werking van de uitvinding beschreven aan de hand van 15 de figuren 1a, 1b en 1c voor een zuiver spiegelend oppervlak.

De stralingsbroneenheid 10 bevat een stralingsbron 11, bijvoorbeeld een diodelaser en een collimatorlens, en zendt een smalle stralingsbundel 15 in de richting van een spiegel 20. De bundel wordt in het punt A door de spiegel 20 naar een lensstelsel 40, 20 dat uit een of meerdere lenzen kan bestaan, gereflekteerd en door het lensstelsel 40 afgebogen in de richting van het punt B, het door het lensstelsel gevormde afbeeldingspunt van het punt A op de spiegel. Het vlak door het punt B dat loodrecht staat op de optische as van het lensstelsel 40 wordt het referentievlak genoemd. De door een spiegelend 25 oppervlak 50 van een voorwerp gereflekteerde stralingsbundel doorloopt weer het lensstelsel 40 en wordt door een bundeldelend element 30, bijvoorbeeld een gedeeltelijk doorlatende spiegel, naar een positiegevoelig stralingsdetektiestelsel 60 gereflekteerd. Indien het oppervlak 50 samenvalt met het referentievlak wordt het punt A via het 30 punt B afgeheeld in het punt C van het detektiestelsel 60. In deze situatie verandert de positie van de op detektiestelsel 60 gevormde stralingsvlek C niet wanneer de spiegel 20 om een as 21, dwars op de stralingsbundel 15 door punt A in het spiegelvlak gelegen, roteert, zoals is aangegeven met de twee extreme standen van de stralingsbundel.

35 Het uitgangssignaal van het positieafhankelijk detektiestelsel 60 is dus, binnen bepaalde grenzen, onafhankelijk van de hoek waaronder spiegel 20 staat.

v)i; ' . : :

____4»» .j-aJP

PHN 11.552 6 fr »

In figuur 1b is getoond hoe deze situatie verandert wanneer het spiegelend oppervlak 50 over een afstand Z in de richting van het lenzenstelsel verplaatst is. De invallende stralingsbundel, waarvan de twee extreme standen zijn aangegeven, wordt gereflekteerd, 5 en snijdt de optische as in het punt B' op afstand 2Z boven het referentievlak. Het door het lensstelsel 40 via bundeldeler 30 gevormde afbeeldingspunt C' van B' ligt achter het positieafhankelijk stralingsdetektiestelsel 60. Een trilling van spiegel 20 om as 21 heeft nu tot gevolg dat de op detektiestelsel 60 gevormde stralingsvlek een 10 excursie uitvoert, en het uitgangssignaal van detektiestelsel 60 een oscillatie vertoont waarvan de amplitude een maat is voor de afstand Z tussen het spiegelend oppervlak 50 en het referentievlak.

Wanneer het spiegelend oppervlak 50 niet parallel is aan het referentievlak ligt het snijpunt B' van de gereflekteerde bundels 15 niet op de optische as. De positie van de stralingsvlek op het positiegevoelig stralingsdetektiestelsel 60 vertoont dan een verschuiving waarvan de grootte afhankelijk is van de afstand Z en de hoek die vlak 50 maakt met het referentievlak. Dus is uit het gemiddelde niveau en de amplitude van het uitgangssignaal niet alleen de hoogte Z, 20 maar eveneens de hellingshoek van vlak 50 te bepalen.

In figuur 1c is de situatie weergegeven waarin het oppervlak 50 zich op een afstand Z beneden het referentievlak bevindt.

Nu schijnt de door oppervlak 50 gereflekteerde straling de optische as in het punt B" op afstand 2Z beneden het referentievlak te snijden, en 25 ligt het afbeeldingspunt C" vóór het detektiestelsel 60. Dit betekent dat de fase van het uitgangssignaal van detektiestelsel 60 tegengesteld is aan die van het signaal in de situatie waarbij oppervlak 50 boven het referentievlak ligt. Wanneer vlak 10 scheef staat ten opzichte van het referentievlak verloopt de meting van de hoogte en de 30 hoek analoog aan de situatie als beschreven bij figuur 1b.

De figuren 2a, 2b en 2c illustreren het gebruik van de uitvindingsgedachte bij het meten aan een mat oppervlak.

In figuur 2a valt het volkomen matte oppervlak 50 samen met het referentievlak. De op het matte oppervlak 50 vallende 35 bundel, waarvan slechts één stand is aangegeven, vormt in punt B een stralingsvlek die opgevat kan worden als een stralingsbron liggend op het oppervlak 50. Deze wordt weer door het lensstelsel 40 via de -¾ — ,1 ' ·- V ·'; , 'ö &.

ΨΓ- PHN 11.552 7 bundeldeler 30 in punt C op het plaatsgevoelig detektiestelsel 60 afgeheeld. Omdat de positie van de stralingsvlek op het vlak 50 onafhankelijk is van de stand van de spiegel 20 is ook nu het uitgangssignaal van het detektiestelsel 60 konstant bij een rotatie van 5 de spiegel 20.

In figuur 2b bevindt zich het matte oppervlak 50 op een afstand Z boven het referentievlak. Bij trilling van spiegel 20 voert de stralingsvlek gevormd door het invallende bundeltje op het oppervlak 50 een excursie uit waarvan de amplitude evenredig is met Z. Door het 10 lensstelsel 40 wordt via de bundeldeler 30 de vlek afgeheeld in het punt E' dat een excursie uitvoert in een vlak achter het vlak van positieafhankelijk detektiestelsel 60. De stralingsvlek op vlak 50 wordt nu onscherp afgebeeld op het positieafhankelijk detektiestelsel 60.

Aangezien het uitgangssignaal van detektiestelsel 60 evenredig is met de 15 positie van het zwaartepunt van de op dat stelsel vallende straling is deze onscherpte van weinig invloed op het uitgangssignaal mits de grootte van de stralingsvlek klein is ten opzichte van de grootte van het detektiestelsel 60. Bij rotatie van spiegel 20 beweegt de gevormde lichtvlek over oppervlak 50, en voert haar afbeelding op detektiestelsel 20 60 een overeenkomstige beweging uit, hetgeen tot een oscillatie in het uitgangssignaal leidt. Opgemerkt dient te worden dat, bij gelijke afstand Z, de amplitude van het uitgangssignaal in het geval van een volkomen mat oppervlak 50 de helft bedraagt van de overeenkomstige amplitude in geval van een spiegelend oppervlak. Doordat bij scheefstand 25 van het oppervlak 50 de maximale uitslag van de op dat oppervlak gevormde stralingsvlek in de twee richtingen verschillend is, kan uit de asymmetrie van het uitgangssignaal de grootte van de hoek tussen oppervlak 50 en het referentievlak bepaald worden.

Figuur 2c toont de situatie waarbij een mat oppervlak 50 30 zich op afstand Z beneden het referentievlak bevindt. De beschrijving is nagenoeg identiek aan de beschrijving van de situatie in figuur 2b met dien verstande dat de fase van het uitgangssignaal van het positieafhankelijk stralingsdetektiestelsel 60 nu tegengesteld is aan die van het uitgangssignaal dat verkregen wordt in de situatie van 35 figuur 2b.

De werking van de uitvinding voor zowel spiegelende als matte oppervlakken is op de volgende wijze samen te vatten. Het . . * ». ·> / PHN 11.552 8 l· ‘ referentieoppervlak wordt door de objektieflens 40 op het stralingsdetektiestelsel 60 afgeheeld. De stralingsverdeling op het lichtgevoelig oppervlak van stelsel 60 is dus, op een vergrotingsfaktor na, gelijk aan de, virtuele, stralingsverdeling in het referentievlak.

5 De straling in het referentievlak bestaat uit straling die diffuus verstrooid is door het oppervlak 50, waarvan het zwaartepunt op gelijke afstand van de optische as van lensstelsel 40 ligt als de stralingsvlek op het oppervlak, en straling die gereflekteerd is, waarvan de positie in het referentievlak volgens de bekende reflektiewetten afhangt van 10 positie, scheefstand, en hoek van inval van de stralingsbundel op het oppervlak 50. Aangezien een oppervlak zelden of nooit volkomen spiegelend of volkomen mat is is het uitgangssignaal van detektiestelsel 60 afhankelijk van de relatieve verhouding van de twee effekten.

Aan de hand van figuur 3 wordt schematisch de bijdrage 15 van de diverse effekten aangegeven. In figuur 3 is een oppervlak 0-0' getoond waarvan de normaal een hoek maakt met de optische as A-A' van het objektiefstelsel. De smalle bundel invallende straling is in de twee extreme posities getekend, aangegeven door de lijnen en , die ieder een hoek oc maken met de optische as. Er is uitgegaan van een 20 algemene situatie waarbij niet het referentievlak op het positieafhankelijk stralingsdetektiestelsel wordt afgebeeld, maar een vlak V-V' dat parallel aan en op een afstand d van het referentievlak ligt.

De top-top amplitude A van het uitgangssignaal van het 25 positieafhankelijk stralingsgevoelig detektiestelsel 60 kan weergegeven worden door A(Z} = C iS R(Z) + (1-S) V(Z)> waarbij C een evenredigheidskonstante is waarin de optische vergrotingsfaktor, een konversiefaktor en een eventuele 30 versterkingsfaktor samengevat zijn, S is de verhouding tussen de hoeveelheid gereflekteerde straling en de totale hoeveelheid door het oppervlak 50 weerkaatste straling, R{Z) de top-top amplitude van de beweging van het zwaartepunt van de speculair gereflekteerde straling in vlak V-V' en V(Z) de top-top amplitude van de verstrooide straling in 35 dat vlak die wordt opgevangen door het objektiefstelsel. De fout die gemaakt wordt door de beperkte openingshoek van het objektiefstelsel is te verwaarlozen wanneer de waarde van de hoeken o( en p. klein is ten ' ^ ^ -1 Λ -3 J Λ / ' «.·* ·-* i . '4i ΡΗΝ 11.552 9 opzichte van de numerieke apertuur van het objektiefstelsel.

Uit figuur 3 is af te leiden dat R(Z) = (Z+d+^Z.,) tan ^+2rJ + (Z+&Z.,) tan* 5 + (Z-£Z2) tane< + (Z+d-AZ2) tan &-2/S) met Δ.Ζ^ = Ztan* tan^/(1-tan* tann ); M2 = Ztan* tan |s/(1+tano< tanjl)

Hierbij is «c de maximale hoek waaronder de stralingsbundel invalt, en ^ 10 de scheefstandshoek van het voorwerp. Aangezien bij een mat oppervlak 50 het zwaartepunt van de stralingsverdeling in vlak V-V' op vrijwel gelijke afstand van de optische as ligt als de stralingsvlek op het oppervlak 50 is V(Z) te schrijven als: 15 V(Z) = 2Ztan* /(1-tan^ tan^ )

Het gemiddelde van het uitgangssignaal van de stralingsgevoelige detektor is: 20 M(Z) = C iS Mr(Z) + {1 —S) M^Z)} waarbij C en S dezelfde betekenis hebben als hierboven, en MR en My het midden van de oscillatiebeweging voor respektievelijk de gereflekteerde en de verstrooide straling aangeven in het 25 referentievlak. Uit figuur 3 volgt voor MR(Z) en My(Z):

Mr(Z) = 1. {(Z+d+^Z1) tanf*+2A) + (Z+AZ^tanoc - (Z-AZ2) tan*- (Z+d-^Z2) tan i*-2£i)}; 30 MV(Z) * 1 {(Ζ+ΔΖ-j) tan*- (Ζ-ΔΖ2) tan*}.

Cl

In de twee gegeven formules voor M(Z) en A(Z) zijn de drie te bepalen grootheden (Z, jl, S) met elkaar, met konstanten van de inrichting (C, d, x) en met meetbare grootheden (A, M) verbonden. Voor een uiteindelijke 35 bepaling is nog ten minste één dergelijke relatie noodzakelijk.

In figuur 4 is aangegeven hoe deze verdere relatie in een inrichting volgens de uitvinding gerealiseerd is. Tussen de eerste ί * ΡΗΝ 11.552 10 bundeldeler 30, hier aangegeven als polarisatiegevoelig deelprisma in combinatie met een kwart golflengteplaatje 31, en het eerste positieafhankelijk stralingsgevoelig detektiestelsel 60, is een tweede bundeldeler 35 geplaatst die een gedeelte van de weerkaatste straling 5 naar een tweede positieafhankelijk stralingsgevoelig detektiestelsel 70 laat vallen. Dit stelsel 70 is zó geplaatst dat het vlak dat door het objektiefstelsel 40 erop wordt afgebeeld op een andere optische afstand van het referentievlak ligt dan het vlak dat op stelsel 60 wordt afgebeeld.

10 Hierdoor worden twee verdere onafhankelijke relaties tussen de parameters van de inrichting en de drie te meten grootheden gevonden.

In principe kunnen met de gegeven relaties uitdrukkingen voor S,{i en Z gevonden worden waarbij deze uitgedrukt worden in 15 parameters van de inrichting en gemeten signalen.

Een uitvoeringsvorm die eenvoudige eisen stelt aan de signaalverwerking is te realiseren wanneer de hoekenc* en ft beperkt a blijven tot kleine waarden. Dan zijn de top-top amplitudes te benaderen door: 20 · R(Z) = 2Z tan* + (Z+d) (tan#+2ft) + tanfc*-2ft))

* I

en V(Z) = 2Z tanx

De relatieve fout in deze uitdrukkingen is minder dan 1% bij waarden 25 voor vi en p kleiner dan 5°.

Worden de amplitude, de evenredigheidskonstante en de afstand van het af te beelden vlak (V-V' in figuur 3) tot het referentievlak voor detektiestelsel 60 aangegeven met respektievelijk A.j, C.J en d1 en voor detektiestelsel 70 met A2, C2 en d2 30 dan komen de relaties voor de top-top amplitudes er als volgt uit te zien: A.,(Z) = C1 (Z (a+Sb) + d.jSb) A2(Z) = C2 (Z (a+Sb) + d2Sb) waarbij a staat voor 2tan<* en b voor tan(-^+2 sJ + tan(<*-2/l). Hieruit 1 \ volgt via een eenvoudige afleiding dat: 3 2 35 PHN 11.552 11 Z = (d2C2A.|-d^C^A2)/(C^A2“C2Ai+C^C2(d2-d^)a)

Deze berekening is op eenvoudige wijze te realiseren met analoge 5 elektronika. Wanneer voor de afstand d^ * 0 gekozen wordt, is de uitdrukking voor de hoogte te schrijven als: Z = (d2A1C2/C1)/(A2-A1C2/C1+C2d2a) 10 In figuur 5a is een blokschema getoond voor de realisatie hiervan. Het uitgangssignaal van het positieafhankelijke stralingsgevoelige detektiestelsel 60 wordt in de versterkerschakeling 62 vermenigvuldigd met een faktor -C2/C^f waarna het gesplitst wordt. In de ene tak wordt het signaal in een versterker 63 vermenigvuldigd met een faktor 15 -d2r in de andere tak wordt het in een sommator 75 opgeteld bij het uitgangssignaal van detektiestelsel 70 en een konstant signaal ter grootte van C2d2a, afkomstig van een bron 80. In een analoge deler 81 wordt het uitgangssignaal van de versterker 63 gedeeld door het uitgangssignaal van de sommator 75. Dus het uitgangssignaal van de deler 20 81 is evenredig met de te meten hoogte Z.

In figuur 5b is een iets andere schakeling getoond die gebruikt kan worden wanneer de detektiestelsels niet het zwaartepunt van de opvallende stralingsverdeling geven, maar het zwaartepunt vermenigvuldigd met de totale stralingsintensiteit en een signaal 25 evenredig met de totale stralingsintensiteit. In dit geval wordt de uitdrukking voor de amplitude: A'(Z) = C.I (Z(a+Sb) + dSb) met A'(Z) * I.A(Z) 30 en de uitdrukking voor Z: Z = (d2A1'C2/C1)/(A2'-A1'C2/C1+C2l2d2a)

De schakeling in figuur 5b verschilt van die in figuur 5a daarin dat het 35 konstante signaal geleverd door de bron 80 vervangen is door een signaal evenredig met de intensiteit op het detektiestelsel 70, welk signaal wordt verkregen door het intensiteitssignaal in een versterker 73 te '* '· ' > * y .* PHN 11.552 12 vermenigvuldigen met een faktor C2d2a.

In de laatste uitdrukking voor Z is te zien dat de noemer van de deling evenredig is met de stralingsintensiteit die door de detektiestelsels wordt opgevangen, en dus met de stralingsintensiteit 5 uitgezonden door de stralingsbroneenheid. Door de stralingsintensiteit te variëren is het dus mogelijk de noemer van de uitdrukking naar een konstante waarde te brengen, waarna de waarde van het uitgangssignaal van het detektiestelsel 60 rechtstreeks evenredig is met de te meten hoogte Z en dus de, dure, analoge deelschakeling achterwege kan blijven. 10 In figuur 6 is een blokschema voor deze schakeling weergegeven. Het uitgangssignaal van de sommator 75 wordt door een comparator 77 vergeleken met een referentiesignaal afkomstig van een bron 76. De stuurschakeling 78 voor de stralingsbroneenheid regelt de intensiteit van de stralingsbron totdat het uitgangssignaal van de 15 sommator 75 gelijk is aan het referentiesignaal. De hoogte Z is nu rechtstreeks af te lezen uit de grootte van het uitgangssignaal van het positieafhankelijke stralingsgevoelige detektiestelsel 60.

In de voorafgaande beschrijving is uitgegaan van een inrichting waarbij de diverse richtingen waarlangs de bundel straling op 20 het te meten oppervlak valt in hetzelfde vlak liggen. Een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding kan ook voorzien zijn van een stralingsbroneenheid waarbij de uittredende straling in twee onderling loodrechte richtingen gevarieerd wordt, bijvoorbeeld door twee trillende spiegeltjes.

25 De figuren 7a, 7b en 7c laten een drietal uitvoeringsvormen zien voor het bundelafbuigend element in de stralingsbroneenheid als alternatief van het trillende spiegeltje in de figuren 1, 2 en 4.

Figuur 7a toont een akousto-optisch element 120 waarin 30 met behulp van een elektronische signaalbron 121 akoustische trillingen worden opgewekt. Hiermee wordt op bekende wijze de richting van de doorvallende bundel straling gevarieerd.

Figuur 7b toont een stralingsbroneenheid waarin twee stralingsbronnen 122 en 123 geplaatst zijn, waarvan de uittredende 35 stralingsbundels een hoek met elkaar maken. Door de bronnen 122 en 123 afwisselend met behulp van een besturingseenheid 124 aan en uit te schakelen wordt een periodieke richtingsverandering van de bundel die ' ' ' ’ ’ > ) : y . f —4» ·'·** - PHN 11.552 13 uit de stralingsbroneenheid treedt verkregen. Het zal duidelijk zijn dat een dergelijke stralingsbroneenheid ook meer dan twee stralingsbronnen kan bevatten die bijvoorbeeld in een cirkel gerangschikt zijn.

Figuur 7c toont een bundelafbuigend element dat bestaat 5 uit een spiegeltje 125 dat op het uiteinde van een cylinder 126 is aangebracht, zo dat er een kleine hoek is tussen de normaal van het spiegelvlak en de as van de cylinder. Wanneer de cylinder door een aandrijfsysteem om zijn as geroteerd wordt zal een opvallende stralingsbundel 15 zó gereflekteerd worden dat de richting van de 10 gereflekteerde bundel in twee onderling loodrechte richtingen oscilleert.

In figuur 8 is een voorbeeld van een inrichting getoond voor het bepalen van de positie van komponenten op een drager in overeenstemming met de uitvinding. Hierin is met 100 schematisch een 15 hoogtemeter volgens de bovenstaande beschrijving aangegeven. De drager 110 bevat komponenten 112 die zich van de drager onderscheiden door een hoogteverschil. De drager 110 wordt, bijvoorbeeld door een aandrijfsysteem 114, onder de hoogtemeter verschoven in een eerste richting en de hoogtemeter 100, bijvoorbeeld door een aandrijfsysteem 20 115, in een tweede richting loodrecht op de eerste richting, beide richtingen evenwijdig met het vlak van de drager. De beide aandrijfsystemen worden daarbij zodanig gestuurd door een besturingsstelsel 118 dat op een efficiënte wijze het hele oppervlak onder de objektieflens geschoven wordt, bijvoorbeeld in een 25 zigzagbeweging. De beweging van de drager kan kontinu of stapsgewijs zijn. Daarbij is de beweging zo langzaam dat op iedere positie duidelijk bepaald kan worden of een komponent aan- of afwezig is.

Een uitvoeringsvorm, waarbij aan de hand van hoogte, ruwheid, en hellingshoek van het bovenoppervlak komponenten 30 geïdentificeerd kunnen worden vereist een hoogtemeter met twee positieafhankelijke stralingsgevoelige detektiestelsels.

Wanneer volstaan kan worden met het bepalen of er zich al dan niet een komponent op de drager bevindt op de ingestelde positie kan de hoogtemeter vrij eenvoudig uitgevoerd worden. Slechts één 35 positieafhankelijk stralingsgevoelig detektiestelsel is nodig, en de elektronika kan beperkt blijven tot een schakeling die de fase van het uitgangssignaal vergelijkt met de fase van de richting van de ''''32 Λ » PHN 11.552 14 bundelstraling die uit de stralingsbroneenheid treedt. Daarbij moet de hoogte van de drager zo ingesteld worden dat het oppervlak van de drager zich beneden, en het bovenoppervlak van de laagste te detekteren komponent zich boven het referentievlak bevindt. Wanneer bijvoorbeeld de 5 fase van het uitgangssignaal gelijk is aan de fase van de stralingsbroneenheid is een komponent aanwezig, zijn de fases tegengesteld dan is geen komponent aanwezig.

'*\ -.9 g, . · !

Claims (10)

1. Inrichting voor het, langs optische weg, meten van een oppervlakteprofiel, bevattende een stralingsbroneenheid, een lensstelsel voor het afbuigen van de door de stralingsbroneenheid geleverde straling naar een stralingsvlek op het oppervlak en een, in de weg van de door 5 het oppervlak weerkaatste straling aangebracht, positieafhankelijk stralingsgevoelig detektiestelsel, met het kenmerk, dat de stralingsbroneenheid ingericht is voor het leveren van een stralingsbundel waarvan de richting in de tijd varieert en waarbij de gemiddelde richting van de bundel nagenoeg loodrecht op het te meten 10 oppervlak staat.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de door het oppervlak weerkaatste straling door een bundeldeler verdeeld wordt over twee positieafhankelijke stralingsgevoelige detektiestelsels die zich op verschillende optische afstanden van het te meten oppervlak 15 hevinden.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de stralingsbroneenheid één stralingsbron en een bundelafbuigend element bevat.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het 20 bundelafbuigend element wordt gevormd door een vlakke spiegel die om een as gelegen in het spiegelvlak en dwars op de hoofdstraal van de bundel oscilleert.

5. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het bundelafbuigend element een akousto-optisch element is.

6. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de stralingsbroneenheid een aantal stralingsbronnen bevat en een stuurschakeling voor het, in de tijd, na elkaar in- en uitschakelen van de stralingsbronnen.

7. Inrichting volgens conclusie 1, 2, 3, 4, 5 of 6, met het 30 kenmerk, dat tussen het lensstelsel en het positieafhankelijke stralingsgevoelige detektiestelsel een kwart golflengteplaatje en een polarisatiegevoelige bundeldeler bevinden in die volgorde en dat de door de stralingsbroneenheid geleverde straling lineair gepolariseerd is.

8. Inrichting volgens conclusie 1, 2, 3, 4, 5, 6 of 7, met 35 het kenmerk, dat de richting van de op het te meten oppervlak vallende bundel straling gelijktijdig in twee onderling loodrechte richtingen L· . varieert. ~· · * · PHN 11.552 16

9. Apparaat voor het bepalen van de aanwezigheid, op bepaalde posities, van elektronische komponenten op een drager, bevattende een optisch detektiestelsel en aandrijfmiddelen voor het ten opzichte van elkaar bewegen van het detektiestelsel en de drager, met 5 het kenmerk, dat het detektiestelsel wordt gevormd door een inrichting volgens een der voorgaande conclusies voor het bepalen van de afstand tussen de drager met komponenten tot een referentievlak.

10. Inrichting voor het detecteren van komponenten op een drager volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de inrichting een 10 schakeling bevat die de faserelatie van de richting van de door de stralingsbroneenheid uitgezonden straling en het uitgangssignaal van het positieafhankelijk stralingsgevoelig detektiestelsel bepaald. ·*> ™ \ *·- λ . Λ * '.· V <v„ ' t? V - -J