[發明專利]一種基于波帶片的六維高精度快速對準、測量系統

有效

• 申請號: 201610078986.3
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN105628007B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 戴宜全;桂成群;劉勝;雷金
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 趙麗影

技術領域

本發明屬于精密儀器領域，具體為一種對準測量系統，特別適合于需要空間姿態精密定位、對準的系統。

背景技術

空間姿態精密快速定位、對準具有廣泛的應用，如光刻機中掩膜板、投影鏡頭、晶圓之間的相對位置關系，精密機床的運動反饋控制等。但是，目前的測量手段還鮮有能夠勝任這項要求的方案，已有的一些方法仍然處于逐漸完善的狀況。究其難點在于，缺少一種方案或是感測方法能夠對六個自由度均有足夠靈敏反應的手段。例如，目前荷蘭ASML最新一代光刻機其專利所采用的是兩塊同型二維光柵進行(二維)對準用于對晶圓和投影鏡頭之間的復位，垂直于柵面的方向則通過激光干涉測量定位，這樣就需要一個分步探測逐漸調整的過程，而且要求兩種測量之間進行復雜的位置關系標定和協調運動。不僅控制復雜，而且影響進度。已有的專利、文獻、在售產品介紹的方法多有此共性問題，即：六個自由度均獨立分次測量或是部分自由度耦合單次測量，然后對各個自由度探測結果進行分析以判斷下一步動作，對準過程經常需要對以上過程進行多次循環重復以逐漸提高對準精度。問題是，各自由度獨立測量結果缺少自由度間的耦合信息或耦合關系在分析中判斷偏差過大，甚至會出現基于此判斷的動作執行成為不利操作。

發明內容

本發明針對上述問題，創新性的提出了一種快速感測系統，同時對六個自由度位置失配均有足夠的敏感性，而且測量靈敏性可隨波帶片尺寸、靶面尺寸的增加而靈敏性增加。另外，進一步描述靶面探頭陣列布置方案及其探測輸出與姿態信息的對應關系數據庫，可以實現六自由度的精密測量。

本發明的目的在于提出一種六維快速、高精度對準系統，尤其適合于光刻機、精密機床等需要精密空間定位的系統。本系統與目前此類設備所采用的測量系統相比，具有明顯的技術優勢，避免了已有方法中需要多維獨立測量、人為耦合分析并解耦的弊端，是一種可以對六個自由度同時敏感的探測系統。

為實現上述目的所采用的具體技術方案為：

一種基于波帶片的六維高精度快速對準、測量系統，括二維波帶片、準直后的激光光源、多個光電感應探頭、靶面板、控制電路、支撐支架；光電感應探頭固定在靶面板上，二維波帶片位于準直后的激光光源與靶面板之間，激光光源、二維波帶片、靶面板按照上述位置關系固定在支撐支架上，通過支撐支架將上述部件與待對準裝置的相對位置固定配合，控制電路與光電感應探頭、待對準裝置的運動機構連接。

所述的多個光電感應探頭沿著由靶面板的水平中線和豎直中線組成的十字線固定，當靶面板相對于二維波帶片有面間不平行、面間距不與焦距相等、有旋轉、平移偏量的情況，則上述光電感應探頭出現相應的光強變化。

所述光電感應探頭為光電二極管或CCD攝像頭或COMS攝像頭。

所述多個光電感應探頭的布置方案包括以下情況：

1)光電感應探頭的中心與靶面板上的水平中線、豎直中線重合；

2)光電感應探頭的中心偏離靶面板的水平中線、豎直中線一定的距離，該距離經過精密標定測量，并作為探頭的基本信息由控制電路使用。

所述光電感應探頭為四象限二極管，四象限二極管探頭的每個探頭均設置相對旋轉角度，不同的四象限二極管之間有轉角差異，相對于由靶面板上水平中線和豎直中線組成的十字線的轉角量由高精密手段標定測量，并作為探頭的基本信息由控制電路使用。

還包括有光強調節裝置，光強調節裝置與光電感應探頭的控制電路關聯，以實現光強的快速亮暗掃描變化。

所述二維波帶片是調幅型或調相型。

本發明與已有類似用途的發明相比較，具有以下優點：

已有的研究和實現，多采用六個自由度分別獨立測量(或少數自由度通過一種手段同步探測)、再人為制定耦合分析方案，進而對檢測目標分自由度運動控制，逐步實現對準。不僅過程復雜，不同自由度間耦合力度不同極易造成耦合分析偏差過大，進而導致對準偏差縮減較慢，甚至不收斂；而且，不同探測手段間相互協調、空間相對位置標定非常困難。本發明基于二維波帶片提出了通過一種探測手段實現了六自由度同時靈敏探測的系統。同時對六個自由度位置失配均有足夠的敏感性，而且測量靈敏性可隨波帶片尺寸、靶面尺寸的增加而靈敏性增加。另外，進一步描述靶面探頭陣列布置方案及其探測輸出與姿態信息的對應關系數據庫，可以實現六自由度的精密測量。避免了已有方法中需要多維獨立測量、人為耦合分析并解耦的弊端，是一種可以對六個自由度同時敏感的探測系統。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是本發明中探頭的一種布置示意圖；