[發明專利]位置敏感傳感器的標定裝置和標定方法

有效

• 申請號: 201110410082.3
• 申請日: 2011-12-09
• 公開（公告）號: CN102519510A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 黃立華;鮑建飛;楊寶喜;曾愛軍;任冰強;彭雪峰;陳貝特;黃惠杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及位置傳感器，特別是一種用于光刻機的位置敏感傳感器(Position?Sensitive?Detector)位置敏感傳感器的標定裝置和標定方法。

背景技術

傳感器的標定一般是把理論值或者基準儀器的測量值與待標定儀器實際的輸出值進行校驗。因此，我們只要有一組理論值或者標準儀器測量值，以及另一組待標定傳感器實際測量值，就可對傳感器進行標定。

位置敏感傳感器(Position?Sensitive?Detector，簡稱為位置敏感傳感器)，是一種對其感光面上入射光點位置敏感的光電子傳感器。當入射光點落在光敏面的不同位置時，則對應輸出不同的電信號，通過對此輸出電信號的處理，可以確定入射光點在該位置敏感傳感器的感光面上的位置。

所述的位置敏感傳感器和激光器組成的系統在空間光通信中光束跟瞄、測量液體濃度以及固體的硬度，測量兩平面的相對平行度等領域中有廣泛應用。

位置敏感傳感器在中心附近線性度好于邊緣線性度。作為一種高精度、高靈敏度的位置探測傳感器，位置敏感傳感器的位置響應誤差不可忽略，并且為了獲得較大的測量范圍的對準精度，有必要對位置敏感傳感器的線性度和精度進行標定。

在先技術1“位置敏感傳感器及其集成裝置標定實驗研究”中，激光器固定在帶有立鉆的工作臺上，位置敏感傳感器固定在位于高靈敏度的小平臺上并置于工作臺上，移動小平臺產生激光器和位置敏感傳感器間的相對位移，用千分表量出小平臺的實際移動距離。以千分表的讀數作為輸入值與采集到的位置敏感傳感器實際讀數值對其進行標定。

在先技術2“改進表面分流型二維位置敏感傳感器及位置檢測誤差標定的研究”中，采用萬能工具顯微鏡的X和Y兩個方向上的位移作精密位移調整，位置敏感傳感器則安裝在萬能工具顯微鏡的工作臺上，利用萬能工具顯微鏡在X軸和Y軸兩個方向上的位移調整光點入射到位置敏感傳感器的某個位置上，信號經數據處理經計算機的采集卡進行數據采集，然后從計算機讀取光點的位移量。

在先技術中，采用把位置敏感傳感器固定在可以移動平臺上，通過移動平臺從而得到位置敏感傳感器上光斑位置的變化。這種方法會因位置敏感傳感器的引腳接線等因素不利于位置敏感傳感器的標定和精度的準確測量。我們認為：

第一，位置敏感傳感器作為標定對象，在標定的過程中，應盡量避免不必要的抖動影響。

第二，在先技術采用千分尺或者萬能工具顯微鏡來測量距離，二者都是手動操作的平臺和人眼讀取，會引入人為誤差，影響標定結果。

第三，兩項在先技術中都未考慮由于光源自身的漂移和抖動而造成的位置敏感傳感器的標定誤差。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種用于光刻機的位置敏感傳感器的標定裝置和標定方法，該裝置和方法可實現位置敏感傳感器快速精確標定。

本發明主要基于光束通過光楔的折射原理，如圖1，雙光楔的折射角相同均為α，相隔較近距離，當兩光楔主截面平行且同向放置如圖1中第一幅圖所示時，所產生的偏向角最大，為兩光楔偏向角之和；當一個光楔繞光軸旋轉180°后，所產生的偏向角為零(如圖1中第二幅圖所示)；當兩光楔繞光軸相對旋轉2ψ，即一個光楔逆時針方向旋轉ψ角，另一個光楔同時順時針方向旋轉ψ角時，兩光楔產生的總偏向角δ隨轉角ψ而變(參見：《工程光學》第二版(51-52頁)郁道銀、談恒英機械工業出版社)。即

δ＝2(n-1)αcosψ

其中：n是光楔的折射率。

當要求光束的偏向角為δ時，此時的光楔的相對旋轉角為2ψ

2ψ＝2arcos{δ/2(n-1)α}

在雙光楔后面加入指向敏感光路，使光束成像到位置敏感傳感器上。當依據上面的方法旋轉雙光楔時，透射光束偏向角隨之改變，位置敏感傳感器上成像光斑也將發生相應位移。根據位置敏感傳感器探測的光斑位移量與實際引入的光斑位移量的理論值來對位置敏感傳感器進行標定。

本發明的技術解決方案如下：

一種位置敏感傳感器的標定裝置，其特點在于：包括：照明單元、雙光楔單元、指向敏感光路單元、位置敏感傳感器、數據采集與控制單元和CCD光束監測單元：

所述的照明單元由激光器、準直鏡、小孔光闌和分光鏡組成，所述的激光器發出的激光經所述的準直鏡變成平行光束，該平行光束再經小孔光闌形成具有一定孔徑的光束，在該光束的傳播方向順序放置所述的分光鏡和雙光楔單元；