一种基于波带片的六维高精度快速对准、测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于波带片的六维高精度快速对准、测量系统，可以实现快速高精度空间复位对准和测量。六维高精度对准实际上是空间姿态定位，其难点在于同时同步测量六个自由度存在很大的困难。例如，目前荷兰ASML最新一代光刻机其专利所采用的是两块同型二维光栅进行（二维）对准用于对晶圆和投影镜头之间的复位，垂直于栅面的方向则通过激光干涉测量定位，这样就需要一个分步探测逐渐调整的过程，而且要求两种测量之间进行复杂的位置关系标定和协调运动。本发明专利技术则提供另一种对准系统和方案，可以实现同时同步六维高精度对准及测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于精密仪器领域，具体为一种对准测量系统，特别适合于需要空间姿态精密定位、对准的系统。
技术介绍
空间姿态精密快速定位、对准具有广泛的应用，如光刻机中掩膜板、投影镜头、晶圆之间的相对位置关系，精密机床的运动反馈控制等。但是，目前的测量手段还鲜有能够胜任这项要求的方案，已有的一些方法仍然处于逐渐完善的状况。究其难点在于，缺少一种方案或是感测方法能够对六个自由度均有足够灵敏反应的手段。例如，目前荷兰ASML最新一代光刻机其专利所采用的是两块同型二维光栅进行(二维)对准用于对晶圆和投影镜头之间的复位，垂直于栅面的方向则通过激光干涉测量定位，这样就需要一个分步探测逐渐调整的过程，而且要求两种测量之间进行复杂的位置关系标定和协调运动。不仅控制复杂，而且影响进度。已有的专利、文献、在售产品介绍的方法多有此共性问题，即：六个自由度均独立分次测量或是部分自由度耦合单次测量，然后对各个自由度探测结果进行分析以判断下一步动作，对准过程经常需要对以上过程进行多次循环重复以逐渐提高对准精度。问题是，各自由度独立测量结果缺少自由度间的耦合信息或耦合关系在分析中判断偏差过大，甚至会出现基于此判断的动作执行成为不利操作。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，创新性的提出了一种快速感测系统，同时对六个自由度位置失配均有足够的敏感性，而且测量灵敏性可随波带片尺寸、靶面尺寸的增加而灵敏性增加。另外，进一步描述靶面探头阵列布置方案及其探测输出与姿态信息的对应关系数据库，可以实现六自由度的精密测量。本专利技术的目的在于提出一种六维快速、高精度对准系统，尤其适合于光刻机、精密机床等需要精密空间定位的系统。本系统与目前此类设备所采用的测量系统相比，具有明显的技术优势，避免了已有方法中需要多维独立测量、人为耦合分析并解耦的弊端，是一种可以对六个自由度同时敏感的探测系统。为实现上述目的所采用的具体技术方案为：一种基于波带片的六维高精度快速对准、测量系统，括二维波带片、准直后的激光光源、多个光电感应探头、靶面板、控制电路、支撑支架；光电感应探头固定在靶面板上，二维波带片位于准直后的激光光源与靶面板之间，激光光源、二维波带片、靶面板按照上述位置关系固定在支撑支架上，通过支撑支架将上述部件与待对准装置的相对位置固定配合，控制电路与光电感应探头、待对准装置的运动机构连接。所述的多个光电感应探头沿着由靶面板的水平中线和竖直中线组成的十字线固定，当靶面板相对于二维波带片有面间不平行、面间距不与焦距相等、有旋转、平移偏量的情况，则上述光电感应探头出现相应的光强变化。所述光电感应探头为光电二极管或CCD摄像头或COMS摄像头。所述多个光电感应探头的布置方案包括以下情况：1)光电感应探头的中心与靶面板上的水平中线、竖直中线重合；2)光电感应探头的中心偏离靶面板的水平中线、竖直中线一定的距离，该距离经过精密标定测量，并作为探头的基本信息由控制电路使用。所述光电感应探头为四象限二极管，四象限二极管探头的每个探头均设置相对旋转角度，不同的四象限二极管之间有转角差异，相对于由靶面板上水平中线和竖直中线组成的十字线的转角量由高精密手段标定测量，并作为探头的基本信息由控制电路使用。还包括有光强调节装置，光强调节装置与光电感应探头的控制电路关联，以实现光强的快速亮暗扫描变化。所述二维波带片是调幅型或调相型。本专利技术与已有类似用途的专利技术相比较，具有以下优点：已有的研究和实现，多采用六个自由度分别独立测量(或少数自由度通过一种手段同步探测)、再人为制定耦合分析方案，进而对检测目标分自由度运动控制，逐步实现对准。不仅过程复杂，不同自由度间耦合力度不同极易造成耦合分析偏差过大，进而导致对准偏差缩减较慢，甚至不收敛；而且，不同探测手段间相互协调、空间相对位置标定非常困难。本专利技术基于二维波带片提出了通过一种探测手段实现了六自由度同时灵敏探测的系统。同时对六个自由度位置失配均有足够的敏感性，而且测量灵敏性可随波带片尺寸、靶面尺寸的增加而灵敏性增加。另外，进一步描述靶面探头阵列布置方案及其探测输出与姿态信息的对应关系数据库，可以实现六自由度的精密测量。避免了已有方法中需要多维独立测量、人为耦合分析并解耦的弊端，是一种可以对六个自由度同时敏感的探测系统。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术中探头的一种布置示意图；图3是本专利技术中探头的另一种布置示意图；其中，1为光源；2为准直透镜；3是二维波带片；4是波带片在准直光照射下形成的十字焦线，即由光源1发出的光，经过准直透镜2准直后垂直照射二维波带片3，这样将在波带片的焦距位置产生十字焦线，且十字焦线所在平面与波带片平面平行；5是探头阵列，6是假定十字焦线映射在目标靶面板上的位置。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明：如图1所示，本专利技术包括一个二维波带片3、准直后的激光光源(由光源1与准直透镜2实现，激光波长与波带片设计对应，激光出光端口与滤光片和准直透镜连接，从而得到准直光，准直光垂直照射二维波带片)及光强调节装置、至少4个光电感应探头构成的探头阵列5(可以是四象限二极管、光电二极管、CCD摄像头、COMS摄像头，能够灵敏的感受光的强弱变化即可)，特制靶面板，控制电路，支撑支架，光电感应探头固定在靶面板上，二维波带片位于准直后的激光光源与靶面板之间，激光光源、二维波带片、靶面板按照上述位置关系固定在支撑支架上，通过支撑支架将上述部件与待对准装置的相对位置固定配合，控制电路与光电感应探头、待对准装置的运动机构连接。所述二维波带片可以是调幅型或调相型，外观可以是圆形或方形，以对称为好。其适用激光波长和其焦距根据待对准模块的位置关系设计。当采用准直后的激光(平行光)垂直照射波带片时，将在其焦距的位置出现最亮的十字交线(空间分布)。例如，波带片水平放置、准直平行光从上方向下照射，则在波带片下方焦距位置将出现水平十字交叉亮线(交叉线所属平面与波带片平行)。与镜头相比，镜头的焦点只有一个点其光最强，二维波带片的“焦点”则是该十字亮线，也可称作“十字焦线”。将多个探头沿假定十字线以一定的方式布置于特制的靶面平板上(感光头经过精密校准后高精度共面，且其面可以用作光学屏，探头探测该屏特定位置的光强)。当该平板相对于波带片有任何面间不平行、面间距不与焦距相等、有旋转、平移偏量，则上述探头都会出现相应的光强变化。所述特制靶面板特制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于波带片的六维高精度快速对准、测量系统，其特征在于：包括二维波带片、准直后的激光光源、多个光电感应探头、靶面板、控制电路、支撑支架；光电感应探头固定在靶面板上，二维波带片位于准直后的激光光源与靶面板之间，激光光源、二维波带片、靶面板按照上述位置关系固定在支撑支架上，通过支撑支架将上述部件与待对准装置的相对位置固定配合，控制电路与光电感应探头、待对准装置的运动机构连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于波带片的六维高精度快速对准、测量系统，其特征在于：包括
二维波带片、准直后的激光光源、多个光电感应探头、靶面板、控制电路、支撑
支架；光电感应探头固定在靶面板上，二维波带片位于准直后的激光光源与靶面
板之间，激光光源、二维波带片、靶面板按照上述位置关系固定在支撑支架上，
通过支撑支架将上述部件与待对准装置的相对位置固定配合，控制电路与光电感
应探头、待对准装置的运动机构连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于波带片的六维高精度快速对准、测量系
统，其特征在于：所述的多个光电感应探头沿着由靶面板的水平中线和竖直中线
组成的十字线固定，当靶面板相对于二维波带片有面间不平行、面间距不与焦距
相等、有旋转、平移偏量的情况，则上述光电感应探头出现相应的光强变化。
3.根据权利要求2所述的一种基于波带片的六维高精度快速对准、测量系
统，其特征在于：所述光电感应探头为光电二极管或CCD摄像头或COMS摄像
头。
4.根据权利要求3所述的一种基于波带片的六维高精度快速对准、测...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴宜全，桂成群，刘胜，雷金，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42