FR2688079A1 - Methode et appareil pour accroitre la precision de scanneurs. - Google Patents

Methode et appareil pour accroitre la precision de scanneurs. Download PDF

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Abstract

Un appareil pour améliorer la précision de systèmes optiques tels que des phototraceurs à tambour interne (10) inclut un dispositif à balayage par trame (22) sensible à des signaux de commande pour créer une ligne de balayage et pour faire avancer de manière coopérante par rapport au substrat le faisceau optique (24) suivant une seconde direction sensiblement perpendiculaire à la première direction. Un générateur de signal produit un signal d'horloge qui commande l'avancement du faisceau optique (24) suivant une première direction. Une mémoire stocke des signaux d'erreur indicatifs de déviations de la surface incurvée par rapport à une valeur de courbure qui a la préférence. L'appareil est caractérisé par un contrôleur (26) qui génère des signaux de commande en fonction des signaux d'erreur de telle sorte que la phase du signal d'horloge soit ajustée d'où la suppression de l'erreur de courbure pour un segment de la ligne de balayage.

Description

i La présente invention concerne de façon générale des dispositifs de
balayage et plus particulièrement, des dispositifs de balayage comportant une compensation d'erreur destinée à
obtenir une précision de balayage améliorée.
Des dispositifs de balayage perfectionnés utilisant un balayage par trame, par exemple des analyseurs (c'est-à-dire des dispositifs d'analyse d'image) et des imageurs (c'est-à-dire des dispositifs de formation d'image) sont bien connus, par exemple de par les brevets des Etats-Unis d'Amérique n O s
4 866 464, 4 801 810 et 4760412.
Les phototraceurs à balayage par trame, présentant une conception de tambour interne ou une conception plane, sont connus de l'art Ces dispositifs sont utilisés lors de la fabrication de plaquettes de circuit imprimé Les phototraceurs ou imageurs plans tels que décrits et revendiqués dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n O 4 851 656 comportent une surface plane destinée à recevoir un substrat Une tête d'exposition optique est positionnée sur un dispositif d'actionnement en rotation mobile et est soumise à un balayage par trame au-dessus du substrat pendant l'exposition Les phototraceurs à tambour interne comportent une partie de surface cylindrique destinée à recevoir le substrat Le faisceau d'exposition provient d'une tête d'exposition optique et est balayé sur le substrat La tête d'exposition optique est repérée ou indexée le long de l'axe longitudinal du cylindre afin de
réaliser l'exposition du substrat.
Les phototraceurs à balayage par trame à tambour interne ont de façon inhérente des avantages par rapport aux dispositifs de balayage du type plan pour plusieurs raisons, parmi lesquelles
on trouve la simplicité de conception et des coûts plus faibles.
Cependant, ces deux types de dispositifs sont soumis à des tolérances de fabrication des composants qui conduisent à une précision plus faible que ce qui serait possible d'obtenir avec des forme parfaites La surface de tambour est fabriquée en présentant des déviations inhérentes par rapport à une cylindricité parfaite Les phototraceurs à surface plane ou les dispositifs de balayage à surface plane présentent de façon similaire des irrégularités de surface Ces déviations conduisent à des lignes de balayage (ou à des segments de celles-ci) sur le
substrat qui présentent des longueurs variables.
Une technique de compensation conçue pour une utilisation avec un phototraceur ou dispositif de balayage à surface plane est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 555 254 Dans ce document, est décrit un système destiné à positionner une section d'entraînement dans un dispositif de positionnement commandé numériquement Lors du réglage initial du système, la partie d'entraînement est commandée de façon à se déplacer jusqu'à diverses positions réparties sur sa zone de déplacement et après qu'elle a atteint chacune de ces positions, sa position réelle est mesurée avec précision pour déterminer l'erreur entre la position commandée et la position réelle Les valeurs des erreurs ainsi déterminées sont stockées dans une mémoire de calculateur en tant que table de valeurs d'erreur en fonction de la position de la section d'entraînement Puis, lorsque la partie d'entraînement est déplacée jusqu'à des positions différentes par rapport à l'élément de référence, la mémoire de calculateur est interrogée et les valeurs d'erreur stockées dans la table sont utilisées pour corriger les commandes transmises aux dispositifs de commande de moteur pour prendre en compte l'erreur répétitive qui est associée à la position de la section d'entraînement Le système du brevet N O 3 555 254 inclut en outre un dispositif d'entrée destiné à produire des commandes d'entrée de position, un ou plusieurs moteurs destinés à entraîner la partie d'entraînement et un calculateur destiné à convertir des commandes d'entrée en
commandes de sortie corrigées.
Dans l'art antérieur, les phototraceurs à balayage par trame à tambour interne incorporent une compensation des défauts des composants Par exemple, l'entreprise MDA, de Vancouver, BC, a mis sur le marché un phototraceur laser à
tambour interne à balayage par trame muni d'une compensation.
En premier lieu, les déviations résultant d'une cylindricité réelle sont déterminées en fonction d'une position sur la surface du cylindre Le motif de balayage par trame commandé est ensuite décalé selon des incréments de pixels selon la résolution de phototraçage (c'est-à-dire 6 micromètres) Des pixels sont perdus au niveau de l'image et d'autres pixels sont dupliqués si nécessaire Ces décalages commandés ont cependant pour effet malheureux de distordre l'image et d'introduire des décalages brutaux de 6 micromètres dans le phototracé Par exemple, si un décalage doit se produire exactement sur une trace de circuit, il distord la largeur de cette trace d'une erreur de 6 micromètres,
ce qui peut nuire à la performance du circuit.
Il serait avantageux de disposer d'un système incluant un moyen pour compenser les imprécisions des phototraceurs ou des dispositifs à balayage par trame, à tambour ou à surface plane, afin d'empêcher des décalages brutaux du substrat dans lequel se
forme l'image La présente invention concerne de tels systèmes.
Un objet de la présente invention consiste à proposer un système destiné à être utilisé avec un phototraceur ou dispositif de balayage, ce système compensant des imprécisions dans les composants. Un autre objet de la présente invention consiste à proposer un système destiné à être utilisé dans un phototraceur ou dispositif de balayage du type mentionné ci-avant, ce système déterminant des erreurs apparaissant dans une position réelle du faisceau sur un substrat quand une certaine position est commandée et règlant la phase d'un signal de balayage de pixels afin d'éliminer ces erreurs dans un segment de ligne de
balayage donné.
Selon la présente invention, il est prévu un appareil destiné à assurer une compensation d'imprécisions présentes dans un système optique de balayage qui comprend une platine destinée à recevoir un substrat comportant une surface et un dispositif de balayage sensible à des signaux de commande permettant de déplacer par rapport au substrat un faisceau optique sur la surface du substrat suivant une première direction en formant ainsi une ligne de balayage, dans lequel cet appareil inclut: un générateur de signal pour générer un signal d'horloge configuré pour commander l'avancement du faisceau optique suivant la première direction; une mémoire pour stocker des signaux d'erreur représentatifs de déviations de la position de ladite surface du substrat par rapport à des valeurs de position souhaitées; et un moyen de commande pour générer les signaux de commande d'une façon qui dépend des signaux d'erreur de telle sorte que la phase du signal d'horloge soit ajustée, cela produisant la suppression des déviations de surface dans un
segment de la ligne de balayage.
Selon un autre aspect de la présente invention, il est prévu un procédé destiné à produire une compensation des imprécisions présentes dans un système optique de balayage qui comporte une platine destinée à recevoir un substrat et un moyen de balayage sensible à un signal d'horloge permettant de déplacer par rapport au substrat un faisceau optique sur la surface du substrat en formant une ligne de balayage, le procédé incluant les étapes de génération de valeurs de signal de commande pour obtenir des marques de repérage positionnées par rapport à une surface du substrat, d'exposition d'un substrat d'étalonnage à un faisceau optique de manière à imager lesdites marques de repérage présentes dans celui-ci et de génération de signaux indicatifs de la position mesurée desdites marques de repérage dans laite surface du substrat Le procédé inclut également des étapes de comparaison des valeurs de signal de position des marques de repérage mesurées avec les valeurs de signal de position de commande afin de générer des signaux d'erreur correspondant aux déviations des positions des marques de repérage mesurées par rapport aux positions de valeur de signal de commande et de génération de signaux de commande pour ajuster la phase dudit signal d'horloge en fonction de l'amplitude du signal d'erreur, cela produisant la suppression des déviations dans un segment de ligne de balayage de la ligne de balayage. La présente invention sera mieux comprise à la lumière de
la description qui suit que l'on lira en relation avec les dessins
annexés parmi lesquels: la figure 1 est une représentation schématique simplifiée d'une partie d'un phototraceur à balayage par trame à tambour interne assurant une compensation de précision conformément à la présente invention; la figure 2 est une représentation simplifiée qui montre le balayage d'un faisceau optique au travers d'une partie d'une surface de substrat au moyen du phototraceur de la figure 1; la figure 3 est une représentation d'une partie d'un circuit de compensation produit conformément à la présente invention; la figure 4 est une représentation schématique de signaux d'horloge déphasés produits par le circuit de la figure 3; la figure 5 est une représentation schématique simplifiée d'une partie d'un dispositif à balayage par trame à tambour interne assurant une compensation de précision conformément à la présente invention; la figure 6 est une représentation schématique simplifiée d'un circuit utilisé dans un autre appareil de compensation de précision produit conformément à la présente invention; la figure 7 est une représentation schématique de phases de signaux d'horloge produits par le circuit représenté sur la figure 6; et la figure 8 est une représentation schématique d'un processus de compensation d'erreur produit au moyen de la
présente invention.
Par report maintenant à la figure 1, on peut voir sous une forme schématique simplifiée une partie d'un phototraceur à balayage par trame à tambour interne 10 comportant un tambour interne 12 muni d'une surface 14 qui est définie par une partie d'un cylindre Le tambour interne est fabriqué avec soin et il doit maintenir la cylindricité de la surface 14 avec une précision importante indépendamment des variations de paramètres environnementiels tels que la température A cette fin, le tambour interne présente une structure de préférence en aluminium moulé munie d'une série de nervures de renforcement
(non représentées) espacées le long d'un périmètre externe.
La surface 14 est conçue pour recevoir un substrat et elle inclut une pluralité de trous 16 qui communiquent avec une pluralité de canaux internes 18 au travers desquels un vide est généré au moyen d'un appareil classique non représenté sur le dessin Comme représenté sur la figure 3, le vide est utilisé pour maintenir un substrat 21 en place pendant le processus d'exposition D'autres procédés peuvent être utilisés de façon équivalente pour maintenir le substrat en place, y compris les
techniques de rétention électrostatique et mécanique.
Le phototraceur inclut également un rail 20 qui comporte un dispositif à balayage par trame monté sur dispositif de convoyage 22 destiné à balayer un faisceau optique 24 sur la surface de substrat en réponse à des signaux de commande reçus
depuis un contrôleur 26 d'une manière qui sera détaillée ci-
après Le dispositif à balayage par trame inclut un codeur linéaire 28 destiné à générer des signaux indicatifs de la position du dispositif à balayage par trame lorsqu'il se déplace le long du rail Un appareil de balayage rapide 30 est également inclus et il comprend de préférence un moteur 32 et un miroir 34 pour recevoir le faisceau optique au niveau d'une surface de miroir 35, lequel faisceau provient d'une source de faisceau optique telle qu'un laser 36, et pour exposer une série de lignes de balayage 38 sur le substrat en faisant tourner le miroir autour d'un axe de rotation 40, typiquement à une vitesse de 12000 tours par minute Un codeur tournant 42 est inclus pour générer des signaux indicatifs de la position angulaire de la surface du miroir pendant un balayage La surface de miroir est de préférence fabriquée de manière à présenter une courbure parabolique excentrée de telle sorte que de petites déviations de la position du faisceau optique par rapport à l'axe longitudinal ne produisent pas des excursions significatives du faisceau optique hors de la ligne de balayage visée Selon une variante, le miroir peut être un miroir tournant à 450. Les systèmes optiques de balayage à tambour interne tels que les dispositifs de balayage qui fonctionnent en tant qu'émetteurs de données ou tels que les imageurs qui fonctionnent en tant que récepteurs de données ont de meilleures performances quant à leur capacité à être précis dans leur fonction de balayage Les systèmes de balayage cylindriques bénéficient grandement de leur simplicité mais leur précision doit faire l'objet d'une maintenance Il y a trois axes dont l'alignement affecte directement la précision d'un système, comme représenté sur les figures 1 ou 5 Il s'agit de l'axe du cylindre, de l'axe du miroir tournant et de l'axe du faisceau optique Ces trois axes doivent tous être alignés les uns par
rapport aux autres pour obtenir une précision maximum.
Avec un miroir plan classique, un défaut d'alignement de l'axe du faisceau optique et de l'axe du cylindre produit une erreur de rectangularité ou équerrage C'est-à-dire que les lignes de balayage ne sont pas exactement perpendiculaires à l'axe du cylindre Un défaut d'alignement relatif peut être compensé en utilisant un miroir parabolique excentré Le miroir parabolique excentré comporte un foyer fixe qui tourne autour du tambour et qui n'est pas affecté par un quelconque défaut
d'alignement entre l'axe du faisceau optique et l'axe du miroir.
Il est fondamental pour la compréhension de la présente invention d'établir une distinction entre précision et répétabilité Du fait de leur nature fondamentale, des machines telles que les composants mécaniques du phototraceur de la figure 1 présentent des répétabilités meilleures que ne le sont leurs précisions En d'autres termes, le présent phototraceur tend à exposer des substrats moyennant la même erreur de façon répétée La rectilinéarité des modes d'usinage, de l'alignement, l'erreur de vis mère et l'erreur de position de retour et ce qui est le plus important, la déviation de la surface du tambour par rapport à la cylindricité vraie, tout contribue à l'erreur de précision, laquelle tend à se répéter Par opposition, l'erreur de répétabilité est par exemple une signature de roulement à billes aléatoire ou des variations de température Une répétabilité d'une machine peut être 2 à 10 fois meilleure que la précision d'une machine-outil La présente invention améliore la précision en compensant de façon intentionnelle l'erreur Cette compensation conduit alors à une machine dont la précision est limitée en théorie seulement par l'amélioration de sa
répétabilité d'un facteur compris entre 2 et 10.
Le challenge important lors de la fabrication d'un système optique tel que le présent phototraceur est constitué par l'obtention de cette précision Il s'agit essentiellement d'un résultat de l'exigence de précision extrême entre l'axe de rotation du miroir et la surface de tambour cylindrique Une erreur radiale aussi faible que 7,5 micromètres produit une erreur linéaire de 25 micromètres dans un tracé Cependant, au moyen d'une compensation assurée conformément à la présente invention, une erreur radiale de + 125 micromètres peut conduire
à une précision supérieure à 25 micromètres.
Initialement, un tracé de compensation est généré et il est constitué par un réseau ou une grille régulière de lignes séparées par un espacement fixe Il est souhaitable que ce tracé de compensation soit produit sur des supports mécaniquement stables Cependant, des techniques telles que décrites dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n O 4 867 566 peuvent être utilisées pour assurer davantage de compensation pour des supports instables tels qu'un substrat de film de circuit imprimé L'espacement de la grille est choisi de manière à être inférieur au cas pour lequel l'erreur machine varie de façon appréciable Les valeurs mesurées sont comparées à des valeurs correspondant à une surface de tambour exempte de défauts, ce qui conduit à une table d'erreurs à la fois suivant les directions X et Y pour chaque intersection de la grille Cette table d'erreurs est ensuite utilisée par l'intermédiaire d'une transformation appropriée pour créer une table de compensation qui est chargée dans une mémoire associée au contrôleur La compensation est un réglage de l'angle de balayage du miroir tournant (soit en avance soit en retard) pour chaque pixel Ceci est effectué en déphasant un signal d'horloge de référence qui contrôle un positionnement de pixel, tel que détaillé ci-après Pour finir, un phototracé de cette même grille est réalisé avec une correction active Ce tracé est à nouveau mesuré et la correction est
vérifiée Ce processus peut être répété de façon récursive.
La précision du balayage rapide dépend seulement du rayon du balayage Dans le tambour interne, ce rayon est donné par le rapport de l'axe du dispositif de balayage sur le diamètre interne/distance d'émulsion Il est bien connu cependant que des erreurs radiales faibles peuvent provoquer des erreurs de
précision significatives du fait de l'angle de balayage important.
Pour un demi-cylindre E = ir A R o E correspond à l'erreur au niveau de la précision en longueur et A R est l'erreur au niveau du rayon Comme noté ci-avant, une erreur de rayon de seulement 7,5 micromètres produit une erreur de précision de 25 micromètres A l'opposé, un phototraceur à balayage par trame à tambour interne incorporant la présente
invention produit seulement un décalage de 1,5 micromètres.
Cependant, cette erreur de précision de balayage rapide peut être efficacement compensée électroniquement pendant la prise d'image Comme on peut le voir à titre de référence sur la figure 4, un signal d'horloge maître 44 est généré, lequel produit nominalement une impulsion pour chaque pixel Ce signal d'horloge est généré en multipliant les impulsions du codeur tournant du dispositif de balayage ( 1000 impulsions par tour) par un facteur d'environ 200 à 300 afin de produire 2000 impulsions par pouce ( 80 impulsions par millimètre) Cependant, dans le cas d'une erreur de rayon, il est nécessaire de régler cette fréquence de signal d'horloge maître soit en l'augmentant (rayon plus long) soit en la diminuant (rayon plus court) au moyen de très faibles valeurs précises Par exemple, si le rayon change seulement d'une valeur suffisante pour provoquer une erreur de précision de 12,5 micromètres pour 560 millimètres, la fréquence du signal d'horloge maître doit subir une
modification de 0,0227 % afin d'effectuer une compensation.
Les systèmes existants règlent une position de pixel par l'intermédiaire d'une cartographie d'o il résulte que la génération de signal de pixel au moyen d'un contrôleur incorpore une compensation lors de la génération des signaux d'exposition pour chaque pixel Cette cartographie conduit cependant à des décalages de pixel brutaux au niveau de l'image, lesquels peuvent être objectés à ces systèmes A l'opposé, la présente invention compense des erreurs radiales moyennant une résolution inférieure à un pixel ( 1/8-ième de pixel) Comme représenté sur la figure 4, le signal d'horloge maître utilisé lors du balayage rapide est dupliqué selon sept signaux d'horloge supplémentaires
46-60 qui sont déphasés les uns par rapport aux autres de 450.
Le processus de compensation est alors un processus qui consiste à décaler la phase selon des incréments de 450 soit vers l'avant soit vers l'arrière Ces pas de phase faible, à savoir de 1/8-ième de pixel, sont trop faibles pour être visibles mais en décalant la phase de façon répétée pendant le balayage, des erreurs significatives peuvent être compensées Le premier exemple d'un pixel (une erreur de 12,5 micromètres) serait compensé au moyen de 8 variations espacées régulièrement pendant le balayage La présente invention englobe une compensation non linéaire pour laquelle une compensation peut varier pendant une ligne de balayage donnée Cette compensation inclut à la fois une compensation positive et une compensation négative pour une ligne de balayage Pour finir, il est possible d'automatiser le processus d'exposition afin de générer
automatiquement la table de compensation.
1 1 Par report maintenant à la figure 3, on peut voir une partie d'un circuit de compensation 62 produit conformément à la présente invention Le circuit utilise une ligne à retard à prises 64 sélectionnée de telle sorte que chaque prise soit positionnée à 1/8-ième de la période du signal d'horloge maître. Un sélecteur de données 8 à 1 66 assure la sélection de chaque prise de ligne à retard en tant que signal d'horloge de sortie sur une ligne 68 Ce sélecteur est connecté à un compteur à division par 8 70 qui, lorsqu'il est cadencé, avance ou retarde le signal d'horloge de sortie de 45 Ce compteur est commandé par un compteur à division par N 72 o N est déterminé par l'entrée courante La fréquence du signal d'horloge de sortie est déterminée au moyen de l'équation suivante 8 N * fin out = 8 N+ 1 Cette équation est destinée à retarder la phase, d'o par conséquent l'obtention d'une fréquence inférieure à celle du
signal d'entrée.
Une RAM (mémoire vive) de table de correction ou de cartographie 74 est utilisée pour produire N signaux de correction pour le compteur à facteur de conversion variable Les signaux d'adresse entrés sur la RAM sont reçus depuis des compteurs de position X et Y 76, 78 Ceci permet d'obtenir une grille de zones de correction dont chacune est un carré d'environ 13 millimètres de côté Une valeur de compensation pour chaque zone est adressée uniquement lors de la formation de l'image La RAM de correction comporte deux ports de telle sorte qu'elle peut être chargée depuis une unité centrale de traitement (CPU) associée au contrôleur Cette RAM est non volatile et ainsi, son contenu doit seulement être mis à jour lorsqu'une compensation
est modifiée.
Un circuit de compensation autre 92 est représenté en relation avec les figures 6 et 7 Le circuit 92 constitue une autre approche des synthèses de signaux d'horloge et il est caractérisé par une résolution très élevée et par la capacité d'incrémenter les modifications de phase au moyen d'une entrée de signal numérique Le circuit 92 comprend un registre de phase delta 94 qui reçoit sur une ligne 96 des signaux d'entrée correspondant à la différence de phase ou déphasage entre chaque signal d'horloge Le signal de sortie du registre de phase est produit sur un additionneur à N bits 98 o N correspond au nombre de points de phase Le signal de sortie d'une bascule 100 est produit en tant que signal indicateur de verrouillage sur une ligne 102 pour l'additionneur 98 et pour une table de consultation d'ondes sinusoïdales 104 Le signal d'horloge maître est présenté sur une ligne 106 Le signal de phase raccourci résultant est ensuite synthétisé au moyen d'un convertisseur numérique/analogique (N/A) haute vitesse ainsi que d'un filtre passe-bas 108 avant présentation sur une ligne 110 Un circuit similaire à celui décrit en relation avec la figure 6 est distribué par Qualcomm Co en tant que circuit de commande de fréquence modèle Q 2334 Ce circuit de compensation autre convient tout particulièrement lorsque l'onde sinusoïdale de sortie doit
présenter une distorsion d'harmonique très faible.
Le concept de base qui sous-tend le circuit autre 92 est représenté de manière schématique sur la figure 7 Une courbe 112 représente la phase totale pour une période de signal d'horloge Le circuit 92 divise la période en N points de phase 114, les M points de phase sommés constituant l'incrément de phase souhaité entre les signaux d'horloge La fréquence du signal d'horloge est donnée par f M * f i n fot= M * 2 o M et N sont tels que mentionnés ci-avant et fin correspond à
la fréquence du signal d'horloge maître.
Des données destinées à la cartographie sont acquises en vue d'une utilisation lors de la compensation d'un phototraceur générant une grille de test, tel que mentionné ci-avant, tandis que la phase de compensation est établie à une valeur zéro Cette image est alors mesurée sur un système de validateur tel que
décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique mentionné ci-
avant no 4 867 566 Le contrôleur génère une unique table de cartographie pour ce phototraceur Une fois que les données de cartographie sont générées, elles peuvent être stockées dans l'un ou plusieurs supports de stockage (par exemple une disquette de 3,5 pouces ou de 5,25 pouces) Le contrôleur peut en outre offrir la possibilité de rétrécir ou d'agrandir l'image et de compenser des variations de température en altérant les données de cartographie au moyen de l'application d'un facteur prédéterminé à toutes les données de cartographie Lors de la mise sous tension ou chaque fois que de nouvelles données sont générées, elles peuvent être re-transférées dans le contrôleur Du point de vue de la dimension, les données de cartographie pour un tambour interne standard sont constituées par approximativement 2000 caractères, ce qui nécessite environ deux secondes pour un déchargement sur une interconnexion standard (R 5232) à 9600 bauds. La présente invention propose également un système optique utilisé en tant qu'analyseur (lecteur) au lieu d'être utilisé en tant qu'imageur, cet analyseur et cet imageur pouvant être appelés de façon générale "dispositifs de balayage" Comme cela est représenté sur la figure 5, un dispositif de balayage 82 est sensiblement le même que le phototraceur de la figure 1 mais il lit des données de pixels en deux dimensions plutôt que les enregistrer Un tel dispositif de balayage est utilisé pour transmettre des données (par exemple pour un fac- similé), pour les saisir en vue de les manipuler (par exemple analyse de
produits concurrents) ou pour une inspection (par exemple AOI -
inspection optique automatique) Le dispositif de balayage 82 fonctionne en éclairant l'échantillon de test par un faisceau non modulé 84 de lumière balayée (par exemple CW) en capturant la
lumière réfléchie ou transmise après avoir laissé une copie 86.
Ces signaux optiques transmis ou réfléchis sont reçus par un détecteur 88 puis sont numérisés à raison d'un ou plusieurs bits par pixel au moyen d'un contrôleur 90 Des substrats plans peuvent également être inspectés selon une certaine variété de
techniques d'inspection optique automatique référencées ci-
avant (AOI), tel que décrit dans les brevets des Etats-Unis
d'Amérique nos 4 500 202, 4 518 810, 4 668 982 et 4 776 022.
Le procédé utilisé pour augmenter la précision du dispositif de balayage est similaire à celui utilisé pour l'enregistreur Cependant, dans le cas du dispositif de balayage, un tracé de grille d'étalonnage est placé dans le tambour interne puis est balayé Ce tracé est soit hautement précis soit il a été étalonné et ses erreurs sont tabulées Les données balayées sont ensuite comparées aux données d'erreur connues et une nouvelle tabled'erreurs est générée, laquelle est spécifique à ce dispositif de balayage Cette table d'erreurs est ensuite entrée dans le contrôleur du dispositif de balayage en tant que données de compensation Lorsque le système de compensation est actif, le tracé de grille d'étalonnage est rebalayé Les données d'erreur résultantes sont comparées aux données d'erreur tabulées en vue du tracé de la grille d'étalonnage pour vérification Le processus
mentionné ci-avant peut être répété de façon récursive.
La figure 8 est une représentation schématique d'un algorithme 116 exécuté par un appareil de compensation produit conformément à la présente invention Au niveau d'un bloc 118, des signaux de commande sont générés en vue d'une utilisation pour imager des marques de repérage sur un substrat Ces marques de repérage ou une grille d'inspection ne doivent pas nécessairement être positionnées régulièrement autour de la surface du substrat mais doivent être en un emplacement connu dessus Un substrat d'étalonnage est préparé en exposant le substrat à un faisceau optique pour imager les marques de
repérage dans le substrat (bloc 120).
La position des marques de repérage sur la surface du substrat peut être déterminée au niveau d'un bloc 122 en utilisant n'importe quelle technique d'inspection connue, tel que décrit dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique N O 4 589 746 Au niveau d'un bloc 124, les positions des marques de repérage mesurées sont comparées aux positions des marques de repérage commandées afin de générer une table de signaux d'erreur (bloc 126) qui correspond aux déviations des positions des marques de repérage mesurées par rapport à celles des positions des marques de repérage commandées sur le substrat. A l'aide de cette table d'erreurs, l'appareil de compensation génère une base de données de valeurs de signaux d'erreur qui sont combinées aux signaux de commande générés par le dispositif de balayage pendant le déplacement du faisceau par rapport au substrat le long d'une ligne de balayage Comme
noté ci-avant, les signaux de données sont soit imagés (c'est-à-
dire transformés en image) sur le substrat dans un imageur soit lus sur le substrat dans un analyseur ou numériseur à une fréquence nominale établie par un signal d'horloge maître Le présent appareil de compensation génère, au niveau d'un bloc 128, des signaux de commande destinés à être présentés au générateur de signal d'horloge de dispositif de balayage pour régler la phase du signal d'horloge par comparaison avec le signal d'horloge maître Ce réglage élimine les déviations entre les positions commandées et les positions réelles des segments de ligne de balayage lors de balayages ultérieurs d'autres substrats. L'homme de l'art notera que la présente invention peut être utilisée en éliminant des imprécisions dans des systèmes optiques de balayage indépendamment de la configuration de la surface de platine (plane ou incurvée) ou de si oui ou non le dispositif de balayage est un imageur ou un numériseur En outre, elle peut être utilisées pour étalonner des systèmes de balayage
indépendamment de leur source de fabrication.
Par ailleurs, la présente invention peut être utilisée pour mesurer le dessin modèle existant formé au moyen d'autres systèmes de balayage en générant une table d'erreurs basée sur une comparaison entre les signaux de commande utilisés, par exemple, afin de générer un tracé en relation avec les positions mesurées de ses pixels Par conséquent, l'appareil de compensation peut être utilisé pour altérer la table d'erreurs existante pour un système donné de manière à "distordre" le processus de génération de pixels pour obtenir un tracé qui
correspond à un dessin modèle existant.
Le présent système de compensation peut être adapté à un système existant afin de compenser des imprécisions de systèmes particuliers Un substrat d'étalonnage est fabriqué comme indiqué ci-avant, éventuellement en un emplacement éloigné du système produisant les données de compensation précises La table de corrections d'erreur peut être générée et envoyée à l'emplacement du système de balayage au moyen d'une certaine variété de procédés, y compris via un modem, jusqu'au calculateur système En outre, il est à noter que la procédure d'étalonnage mise en exergue ci-avant peut être utilisée pour compenser de façon répétée une usure machine ainsi qu'une dérive lente due à des facteurs environnementiels, ce qui permet
un prolongement de la durée de vie du système de balayage au-
delà du point auquel il aurait été normalement remplacé.
Comme mis en exergue ci-avant, la présente invention traite de la correction d'erreur dans les systèmes de balayage
tels qu'un phototraceur à balayage par trame à tambour interne.
Un avantage spécial de la présente invention est constitué par le fait que le processus de compensation de précision s'effectue lorsque le produit est dans sa forme final, c'est-à-dire lorsque le substrat est plat Il est connu que les substrats, dans bon nombre d'applications, sont un composite laminé présentant par
exemple une configuration émulsion-matière plastique-
émulsion Le cintrage du substrat, tel qu'il peut se produire lorsque le substrat est placé sur une platine incurvée, introduit une variable aléatoire dans une analyse d'erreur puisque les couches différentes présentent habituellement des modules d'élasticité différents Lorsque le substrat est incurvé, il est soumis à une contrainte et les états de ses couches varient de la compression à la tension en fonction de paramètres aléatoires de telle sorte qu'une mesure d'erreur prise dans l'état incurvé ne peut généralement pas se répéter La présente invention est immunisée vis-à-vis d'une quelconque contrainte différentielle entre les différentes couches puisque la mesure se produit
tandis que le substrat est dans un état plat.
De façon similaire, bien que l'invention ait été présentée et décrite par rapport à un mode de réalisation particulier, il est bien entendu par l'homme de l'art que diverses autres variations constituées par des omissions et des ajouts peuvent lui être apportées sans que l'on s'écarte ni de l'esprit ni du cadre de la
présente invention.

Claims (27)

REVENDICATIONS
1 Appareil pour assurer une compensation d'imprécisions présentes dans un système optique de balayage ( 10) qui comporte une platine ( 14) destinée à recevoir un substrat ( 21) comportant une surface et un dispositif de balayage ( 22) sensible à des signaux de commande permettant de déplacer par rapport audit substrat un faisceau optique ( 24) sur la surface dudit substrat suivant une première direction en formant ainsi une ligne de balayage ( 38), un moyen de générateur de signal pour générer un signal d'horloge ( 44) configuré pour commander l'avancement dudit faisceau optique suivant ladite première direction; un moyen formant mémoire pour stocker des signaux d'erreur représentatifs de déviations de la position de ladite surface du substrat par rapport à des valeurs de position souhaitées, caractérisé en ce qu il comprend un contrôleur ( 26) pour générer lesdits signaux de commande d'une façon qui dépend des signaux d'erreur de telle sorte que la phase dudit signal d'horloge soit ajustée, cela produisant la suppression des déviations de surface dans un
segment de ladite ligne de balayage.
2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que ladite platine ( 14) comprend un tambour interne
( 12) d'un phototraceur à balayage par trame ( 10).
3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en
outre par un moyen ( 36) pour générer ledit faisceau optique ( 24).
4 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en outre par un moyen pour faire avancer de façon coopérante par rapport audit substrat ( 21) ledit faisceau optique ( 24) suivant une seconde direction sensiblement perpendiculaire à ladite première direction et par un moyen formant codeur ( 28) pour générer des signaux indicatifs d'une position courante dudit
moyen de balayage par trame ( 22) le long d'un axe longitu-
dinal du tambour.
Appareil selon la revendication 2, caractérisé en outre par un moyen de codeur ( 48) pour générer des signaux indicatifs d'une position courante dudit faisceau optique ( 24) le
long de ladite ligne de balayage ( 38).
6 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en outre en ce que ledit moyen de balayage par trame ( 22) comprend un miroir ( 34) configuré de façon à se déplacer sensiblement le long d'un axe longitudinal de tambour interne ( 40) pour projeter ledit faisceau optique ( 24) sur ledit substrat à l'intérieur d'un
angle solide, d'o l'exposition d'une ligne de balayage ( 38).
7 Appareil selon la revendication 6, caractérisé en
outre en ce que ledit miroir ( 34) est un miroir tournant à 450.
8 Appareil selon la revendication 6, caractérisé en outre en ce que ledit miroir ( 34) comporte une surface réfléchissante incurvée qui comprend une partie d'une parabole à
axe excentrique.
9 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que ledit moyen de générateur de signal génère une pluralité de signaux d'horloge dupliqués ( 46-60) dont chacun présente un déphasage par rapport aux autres de telle sorte que les phases desdits signaux d'horloge dupliqués soient espacées
régulièrement dans une période du signal d'horloge maître ( 44).
Appareil selon la revendication 9, caractérisé en outre en ce que ledit moyen de générateur de signal produit huit signaux d'horloge dupliqués déphasés séquentiellement de 450
par rapport à ladite période de signal d'horloge maître ( 44).
11 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en outre en ce que ladite ligne de balayage ( 38) est constituée par une pluralité de pixels et en ce que ledit moyen de générateur de signal produit une impulsion d'horloge pour chacun desdits pixels. 12 Appareil selon la revendication 9, caractérisé en outre en ce que ledit contrôleur ( 26) sélectionne un second signal pris parmi lesdits signaux d'horloge déphasés pendant le
balayage d'une ligne de balayage ( 38).
13 Phototraceur optique ( 10) qui comporte une source optique ( 36) pour générer un faisceau d'exposition ( 24), une platine ( 14) pour recevoir un substrat ( 21), un moyen de balayage par trame ( 22) sensible à des signaux de commande pour faire avancer par rapport audit substrat ( 21) un faisceau optique ( 24) au travers d'une surface de substrat suivant une première direction en formant ainsi une ligne de balayage ( 38) et pour faire avancer de façon coopérante par rapport à ladite surface de substrat ledit faisceau optique ( 24) suivant une seconde direction sensiblement perpendiculaire à ladite première direction, un moyen de générateur de signal pour générer une pluralité de signaux d'horloge dont chacun présente un déphasage par rapport aux autres de telle sorte que lesdits signaux d'horloge soient espacés dans une période de signal d'horloge maître ( 44), lesdits signaux d'horloge étant configurés pour commander l'avancement dudit faisceau optique ( 38) suivant ladite première direction, et un moyen de mémoire pour stocker des signaux d'erreur indicatifs de déviations de ladite position de surface de substrat par rapport à ses valeurs préférées, ledit phototraceur optique ( 10) étant caractérisé en ce qu'il comprend un contrôleur ( 26) pour générer lesdits signaux de commande en fonction desdits signaux d'erreur de telle sorte que pour ladite ligne de balayage ( 38), l'un desdits signaux d'horloge soit sélectionné, d'o la suppression desdites déviations pour un
segment de ladite ligne de balayage ( 38).
14 Phototraceur optique selon la revendication 13, caractérisé en outre par un moyen formant codeur ( 28) pour générer des signaux indicatifs d'une position courante dudit moyen de balayage par trame ( 22) le long d'un axe
longitudinal.
Phototraceur optique selon la revendication 13, caractérisé en outre par un moyen formant codeur ( 42) pour
générer des signaux indicatifs d'une position courante du-
dit faisceau optique ( 38) le long de ladite ligne de bala-
yage ( 38).
16.Phototraceur optique selon la revendication 13, carac-
térisé en outre en ce que ladite platine ( 14) est incurvée et ledit moyen de balayage par trame ( 22) comprend un miroir ( 34) configuré de façon à se déplacer sensiblement le long d'un axe longitudinal pour produire ledit faisceau optique ( 38) sur ledit substrat ( 21) selon un angle solide d'o l'exposition ainsi de ladite ligne de balayage ( 38). 17 Phototraceur optique selon la revendication 16, caractérisé en outre en ce que ledit miroir ( 34) est un miroir
tournant à 450.
18 Phototraceur optique selon la revendication 16, caractérisé en outre en ce que ledit miroir ( 34) comporte une surface réfléchissante incurvée qui comprend une partie d'une
parabole à axe excentrique.
19 Phototraceur optique selon la revendication 13, caractérisé en outre en ce que ledit moyen de générateur de signal génère une pluralité de signaux d'horloge ( 46-60) dont chacun présente un déphasage par rapport aux autres de telle sorte que les phases desdits signaux d'horloge soient espacées
régulièrement dans une période de signal d'horloge maître ( 44).
Phototraceur optique selon la revendication 19, caractérisé en outre en ce que ledit moyen de générateur de signal produit huit signaux d'horloge dupliqués séquentiellement déphasés de 450 par rapport à ladite période de signal d'horloge
maître ( 44).
21 Phototraceur optique selon la revendication 13, caractérisé en outre en ce que ladite ligne de balayage ( 38) est constituée par une pluralité de pixels et en ce que ledit moyen de générateur de signal produit une impulsion d'horloge pour chacun
desdits pixels.
22 Phototraceur optique selon la revendication 13, caractérisé en outre en ce que ledit contrôleur ( 26) sélectionne un second signal pris parmi lesdits signaux d'horloge pendant le
balayage d'une ligne de balayage ( 38).
23 Phototraceur optique selon la revendication 1 caractérisé en outre en ce que ladite platine comprend une
surface plane d'un phototraceur à balayage par trame.
24 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que ledit système optique de balayage ( 10) comporte également un moyen pour recevoir ledit faisceau optique ( 24) en provenance dudit segment de ligne de balayage et en ce qu'il comporte en outre un moyen pour générer à partir dudit faisceau optique reçu des équivalents de signaux électriques indicatifs de
variations de l'intensité dudit faisceau optique.
Appareil selon la revendication 24, caractérisé en outre par un moyen ( 84) pour éclairer ledit segment de ligne de
balayage d'o la génération dudit faisceau optique.
26 Phototraceur ( 10) comportant une platine ( 14) pour recevoir un substrat ( 21), un moyen de balayage par trame ( 22) sensible à des signaux de commande pour faire avancer par rapport audit substrat ( 21) un faisceau optique ( 24) au travers d'une surface de substrat suivant une première direction formant une ligne de balayage ( 38), un moyen de générateur de signal pour générer un signal d'horloge ( 44) configuré pour commander l'avancement dudit faisceau optique ( 24) suivant ladite première direction, un procédé de compensation ( 116) d'erreurs obtenues dans ladite ligne de balayage ( 38), ledit procédé étant caractérisé par les étapes de: génération de signaux ( 122) indicatifs d'une valeur mesurée d'une géométrie de surface de platine; comparaison ( 124) desdites valeurs de signaux de géométrie de surface de platine mesurées à des valeurs de signaux correspondant à une valeur préférée ( 120) d'une géométrie de surface de platine afin de générer des signaux de valeurs d'erreur ( 126) correspondant à des déviations de ladite géométrie de surface de platine mesurée par rapport auxdites valeurs de signaux préférées de la géométrie de surface de platine; et génération desdits signaux de commande ( 128) pour ajuster la phase dudit signal d'horloge en fonction de l'amplitude du signal d'erreur, d'o la suppression d'erreurs dans un segment
de ladite ligne de balayage.
27 Procédé selon la revendication 26, caractérisé en outre en ce que ladite platine ( 14) est incurvée et en ce que ledit phototraceur ( 10) comporte également un moyen pour faire avancer de façon coopérante par rapport audit substrat ( 21) ledit faisceau optique ( 24) suivant une seconde direction
sensiblement perpendiculaire à ladite première direction.
28 Procédé selon la revendication 26, caractérisé en outre en ce que ladite platine ( 14) est plane et en ce que ledit phototraceur ( 10) comporte également un moyen pour faire avancer de façon coopérante par rapport audit substrat ( 21) ledit faisceau optique ( 24) suivant une seconde direction
sensiblement perpendiculaire à ladite première direction.
29 Procédé selon la revendication 26, caractérisé en outre en ce que ledit phototraceur ( 10) comporte également un moyen pour fixer de façon amovible ledit substrat ( 21) à ladite platine ( 14) de manière à ce que ledit substrat lui soit
sensiblement conformé.
Appareil selon la revendication 1, caractérisé en outre par un moyen ( 16, 18) pour fixer de manière amovible ledit substrat ( 21) à ladite platine de manière à ce que ledit substrat
lui soit sensiblement conformé.
31 Phototraceur optique selon la revendication 10, caractérisé en outre en ce que ledit phototraceur ( 82) comporte également un moyen ( 16, 18) pour fixer de façon amovible ledit substrat à ladite platine de manière à ce que ledit substrat lui
soit sensiblement conformé.
32 Procédé de réalisation d'une compensation ( 116) d'imprécisions dans un système optique de balayage ( 10) qui comporte une platine ( 14) pour recevoir un substrat ( 21) et un moyen de balayage ( 22) sensible à un signal d'horloge pour faire avancer par rapport audit substrat un faisceau optique ( 84) au travers de ladite surface de substrat ( 86) en formant une ligne de balayage ( 38), incluant les étapes de: génération ( 118) de valeurs de signaux de commande pour des marques de repérage positionnées autour d'une surface de substrat; exposition ( 120) d'un substrat d'étalonnage à un faisceau optique ( 34) de manière à imager lesdites marques de repérage dedans; génération ( 122) de signaux indicatifs de la position mesurée desdites marques de repérage dans ladite surface de substrat; comparaison ( 124) desdites valeurs de signal de position de marques de repérage mesurées auxdites valeurs de signal de position de commande pour générer ( 126) des signaux d'erreur correspondant à des déviations desdites positions de marques de repérage mesurées par rapport auxdites positions de valeurs de signal de commande, ledit procédé étant caractérisé par l'étape de génération ( 128) de signaux de commande afin d'ajuster la phase dudit signal d'horloge en fonction de ladite amplitude de signal d'erreur d'o la suppression desdites déviations dans un segment
de ladite ligne de balayage.
33 Procédé selon la revendication 32, caractérisé en outre en ce que ladite platine est incurvée et par l'étape de placement dudit substrat sur une surface plane avant la mesure
desdites positions desdites marques de repérage.
34 Procédé selon la revendication 32, caractérisé en outre par les étapes de: génération d'une pluralité de signaux d'horloge séparés régulièrement du point de vue de la phase par rapport à un signal d'horloge maître et sélection de l'un de ladite pluralité de signaux d'horloge pour ôter lesdites déviations dans ledit
segment de ligne de balayage.
Procédé selon la revendication 32, caractérisé en outre par l'étape d'éclairage dudit substrat au moyen d'un
faisceau optique.
36 Procédé selon la revendication 32, caractérisé en outre par les étapes de: stockage desdits signaux de commande génération de signaux indicatifs d'une position remesurée desdites marques de repérage présentes dans ladite surface de substrat; comparaison desdites valeurs de signal de position de marques de repérage mesurées auxdites valeurs de signal de position de commande pour générer de nouveaux signaux d'erreur correspondant à des déviations desdites positions de marques de repérage remesurées par rapport auxdites positions de valeurs de signal de commande; et génération de nouveaux signaux de commande pour régler la phase dudit signal d'horloge en fonction de ladite nouvelle
amplitude de signal d'erreur.
37 Système de balayage optique ( 82) qui comporte une platine incurvée ( 14) pour recevoir un substrat ( 86) comportant une surface et un moyen de balayage par trame ( 20) sensible à des signaux de commande pour faire avancer par rapport audit substrat un faisceau optique ( 84) au travers de ladite surface de substrat suivant une première direction formant une ligne de balayage et pour faire avancer de manière copérante par rapport à ladite surface de substrat ledit faisceau optique ( 24) suivant une seconde direction sensiblement perpendiculaire à ladite première direction, un miroir ( 34) comportant une surface réfléchissante incurvée qui comprend une partie d'une parabole à axe excentrique, un moyen ( 32) pour faire tourner ledit miroir autour d'un axe ( 40) à l'intérieur d'un angle solide en réponse auxdits signaux de commande, une source optique pour générer ledit faisceau optique ( 84) et un moyen ( 88) pour recevoir ledit faisceau optique en provenance dudit segment de ligne de balayage et pour générer à partir de celui-ci des équivalents de signaux électriques indicatifs de variations de l'intensité dudit faisceau optique, un moyen de générateur de signal pour générer un signal d'horloge ( 44) configuré pour commander l'avancement dudit faisceau optique suivant ladite première direction et un moyen de mémoire pour stocker des signaux d'erreur indicatifs de déviations de ladite position de surface de substrat par rapport à ses valeurs préférées, ledit appareil étant caractérisé par un contrôleur ( 26) pour générer lesdits signaux de commande en fonction desdits signaux d'erreur de telle sorte que la phase dudit signal d'horloge soit ajustée d'o la suppression desdites
déviations dans un segment de ladite ligne de balayage.
FR9301914A 1992-02-19 1993-02-19 Methode et appareil pour accroitre la precision de scanneurs. Granted FR2688079A1 (fr)

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