CN109656105A - 一种大行程超精密二维运动平台位置精度补偿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大行程超精密二维运动平台位置精度补偿的方法，通过将大区域划分成若干个小区域，再对小区域进行拟合处理得到各个小区域的系统误差，然后再对各个小区域进行数据拼接处理，进而实现大区域平台的位置精度补偿，克服已有大行程超精密二维运动平台位置精度补偿方法的不足，具有成本低、精度高、操作简单等优点。
Description
技术领域
本发明涉及超精密加工和视觉测量技术领域，尤其涉及一种大行程超精密二维运动平台位置精度补偿的方法。
背景技术
随着半导体产业的迅猛发展，直写光刻设备对于市场的需求量也是越来越大。其中，超精密运动平台作为直写光刻设备的核心部件，对其关键指标位置精度的提高和改善是至关重要的。目前，对于大行程的超精密二维平台来说，虽然利用高精度的激光干涉仪可以很好的实现位置精度的优化和改善，但是往往受限于干涉仪设备成本、工作环境，且在整机上也不方便操作，通常也只能离线进行。
针对上述问题和存在的不足之处，CCD相机数据采集系统被应用到超精密二维运动平台的位置精度补偿中。在一般小行程的超精密运动平台中，通常通过标准的标定掩模版就可以一次性完成对单区域测量数据的采集和拟合，最终便可得到所需区域的误差补偿值。但是对于大行程的超精密运动平台，目前市场上很难找到大幅面高精度的标定掩模版。即便有生产能力的厂家，该掩模版的制作成本也是翻几十番，远远超出实际的成本预算。鉴于此，有必要提供一种新的大行程超精密运动平台补偿方法来解决以上不足之处。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的提供一种大行程超精密二维运动平台位置精度补偿的方法，通过对各个小区域的数据拟合和整体处理，可以保证大行程超精密二维运动平台的位置精度，克服已有大行程超精密二维运动平台系统位置精度补偿方法的不足，大大降低了测试成本和对环境温度、标定掩模版的幅面尺寸选型等要求。
本发明提供一种大行程超精密二维运动平台位置精度补偿的方法，包括以下步骤
步骤一：根据大行程超精密二维运动平台的行程范围将待标定的大区域划分成若干个标定小区域，并相应的进行有序编号；
步骤二：选择标准的石英标定掩模版，按编号1所在区域进行标定掩模版的放置，该标定掩模版在水平和垂直方向等间距分布有相同的中心对称标定图形；
步骤三：结合CCD相机数据采集系统来获得中心对称标定图形的中心在运动平台上的实际坐标数据；
步骤四：将理想坐标数据和实际坐标数据进行数据拟合处理得到拟合坐标数据，再与理想坐标数据求差，得到各个中心对称图形中心位置的补偿数据；
步骤五：剩下编号区域分别重复以上步骤，最终可得到各个小区域的补偿数据；
步骤六：将编号1区域作为其它编号区域的数据处理基准，分别对其它编号区域的补偿数值进行处理，最终可得到运动平台整个大区域范围的补偿数据；
步骤七：根据平台控制器的补偿原则，将误差补偿表加载到超精密运动平台控制器中，完成全部工作。
进一步改进在于：所述步骤二中石英标定掩模板表面是进行镀铬处理的，在其水平和垂直方向等间距均匀刻蚀有相同的圆形图案或其它对称图案。
进一步改进在于：所述步骤三中CCD相机数据采集系统利用数字光栅自动对焦技术，精确获取每个圆形图案的中心坐标数据。
进一步改进在于：所述步骤四中数据拟合计算方法采用的是平台刚性变化规律，通过旋转、平移的坐标变换计算得到对应的圆形图案中心的拟合坐标数据。
进一步改进在于：所述步骤五中其它编号区域的数据采集方向均需与编号1的保持一致。
进一步改进在于：所述步骤六中数据处理基准是以编号1区域的右上顶点作为基准参考点，剩下编号区域的数据均是相对于该参考点进行计算的。
进一步改进在于：所述步骤四中的数据拟合方法中坐标变换通过如下坐标关系式来表示：
其中，、分别是测量数据点相对于理想数据点在x和y方向上的平移量在x和y方向上的平移量，为旋转角度，、分别是通过CCD相机数据采集系统获取平台位置的实际坐标。
本发明的有益效果：通过对各个小区域的数据拟合和整体处理，可以保证大行程超精密二维运动平台的位置精度，克服已有大行程超精密二维运动平台系统位置精度补偿方法的不足，大大降低了测试成本和对环境温度、标定掩模版的幅面尺寸选型等要求；由于该方法主要是利用标定掩模版和CCD相机数据采集系统组成，很大程度上降低了购买专用测量设备的成本；该方法还可以进一步延伸到超大行程的超精密二维运动平台的标定补偿工作的应用。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
图2是本发明的大行程超精密二维平台区域划分和编号示意图。
图3是本发明的大行程超精密二维平台四个小区域的系统误差示意图。
图4是本发明的大行程二维平台的编号小区域的位置精度误差拟合示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1所示，本实施例提供一种大行程超精密二维运动平台位置精度补偿方法，包含的具体步骤如下：
S1、对于X和Y行程均为300毫米的大行程运动平台，将该大区域均匀划分成四个小区域，并进行相应的编号，如图2所示。图3所示的是四个小区域的系统误差分布示意图。
S2、选择一块标准的6英寸石英光学标定掩模版，其主要是通过专用的设备在石英玻璃板上刻蚀出等间距均匀分布在水平和垂直方向的圆形图案，然后放置在运动平台的编号1区域范围内。在该实施例中，图案在水平和竖直方向的间距为2.5毫米，标定板的总体有效图案长宽均是150毫米。
S3、使用CCD相机采集系统来获得编号1区域的圆形图案中心在运动平台上的实际坐标数据。该CCD相机采集系统具有光栅自动对焦功能，在采集过程中能够自动获取圆形图案中心位置坐标。对于编号1的测量起始点以该区域的右上角测试点作为测量起始点。
S4、将测量得到的数据坐标，通过刚性拟合处理，即通过旋转、平移的坐标变换得到对应圆形图案中心的计算拟合坐标数据，其通过如下坐标关系来表示的：
其中，分别是x和y方向的平移量，旋转角度为，，别是通过CCD相机数据采集系统获取到的实际坐标。
这样，就可以得到如图4所示的误差拟合示意图，从中可以看出该补偿区域的误差分布规律，其中所示箭头越长反应了该补偿点范围的误差越大。
S5、重复以上编号1区域的处理方式，对剩下区域分别进行数据采集和数据拟合处理，最后得到各个小区域的补偿数据。对于其测量起始点也是同编号1类似，均是以右上角点作为测量的起始点。
S6、以编号1区域作为其它编号区域的数据处理基准，分别对应的是P1、P2、P3、P4角点坐标数据。其中P1点是作为整个大区域的拟合数据坐标原点，对于相邻编号的区域在单个区域拟合数据的基础上分别加上编号1区域剩下的三个角点P2、P3、P4的坐标数据。最后，整合四个小区域的误差拟合数据值得到整个区域的误差补偿数据。
S7、将得到的误差补偿数据根据控制器的补偿规则，以正确的补偿表格式加载到平台控制器中。在该实施例中，最终用于激光直写光刻运动平台的位置精度可以达到正交性1.5角秒以内，涨缩误差400纳米以内。
Claims (7)
1.一种大行程超精密二维运动平台位置精度补偿的方法，其特征在于：包括以下步骤
步骤一：根据大行程超精密二维运动平台的行程范围将待标定的大区域划分成若干个标定小区域，并相应的进行有序编号；
步骤二：选择标准的石英标定掩模版，按编号1所在区域进行标定掩模版的放置，该标定掩模版在水平和垂直方向等间距分布有相同的中心对称标定图形；
步骤三：结合CCD相机数据采集系统来获得中心对称标定图形的中心在运动平台上的实际坐标数据；
步骤四：将理想坐标数据和实际坐标数据进行数据拟合处理得到拟合坐标数据，再与理想坐标数据求差，得到各个中心对称图形中心位置的补偿数据；
步骤五：剩下编号区域分别重复以上步骤，最终可得到各个小区域的补偿数据；
步骤六：将编号1区域作为其它编号区域的数据处理基准，分别对其它编号区域的补偿数值进行处理，最终可得到运动平台整个大区域范围的补偿数据；
步骤七：根据平台控制器的补偿原则，将误差补偿表加载到超精密运动平台控制器中，完成全部工作。
2.如权利要求1所述的一种大行程超精密二维运动平台位置精度补偿的方法，其特征在于：所述步骤二中石英标定掩模板表面是进行镀铬处理的，在其水平和垂直方向等间距均匀刻蚀有相同的圆形图案或其它对称图案。
3.如权利要求1所述的一种大行程超精密二维运动平台位置精度补偿的方法，其特征在于：所述步骤三中CCD相机数据采集系统利用数字光栅自动对焦技术，精确获取每个圆形图案的中心坐标数据。
4.如权利要求1所述的一种大行程超精密二维运动平台位置精度补偿的方法，其特征在于：所述步骤四中数据拟合计算方法采用的是平台刚性变化规律，通过旋转、平移的坐标变换计算得到对应的圆形图案中心的拟合坐标数据。
5.如权利要求1所述的一种大行程超精密二维运动平台位置精度补偿的方法，其特征在于：所述步骤五中其它编号区域的数据采集方向均需与编号1的保持一致。
6.如权利要求1所述的一种大行程超精密二维运动平台位置精度补偿的方法，其特征在于：所述步骤六中数据处理基准是以编号1区域的右上顶点作为基准参考点，剩下编号区域的数据均是相对于该参考点进行计算的。
7.如权利要求1所述的一种大行程超精密二维运动平台位置精度补偿的方法，其特征在于：所述步骤四中的数据拟合方法中坐标变换通过如下坐标关系式来表示：
其中，、分别是测量数据点相对于理想数据点在x和y方向上的平移量在x和y方向上的平移量，为旋转角度，、分别是通过CCD相机数据采集系统获取平台位置的实际坐标。
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