CN104820344A - 一种精密定位平台Yaw值的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精密定位平台Yaw值的测量方法，具体做法是在所测精密定位平台上安装真空吸盘，在真空吸盘上吸附定制的高精度标定板，标定板上具有规则排列的多行多列Mark，在大理石横梁上安装两个固定的CCD图像采集***，用图像匹配技术测量出不同位置下定位平台X轴和Y轴的Yaw值，并绘制成曲线。本发明适用于直写光刻技术或用到精密定位平台的其他技术领域，比传统的激光干涉仪测量成本低、易操作；本发明所述图像匹配法测量Yaw值，测量精度高，误差为0.1arc sec,可以有效评估精密定位平台的动态性能。

Description

一种精密定位平台Yaw值的测量方法

技术领域

本发明属于精密定位控制领域，涉及一种精密定位平台Yaw值的测量方法，本发明适用于制版光刻技术、PCB直写光刻技术领域或应用到精密定位平台的其他技术领域。

背景技术

如图1所示，精密定位平台的Yaw值是衡量定位平台动态特性的一个重要指标，其主要取决于几个因素：导轨本身的精密程度、导轨安装调试的效果、光栅尺和导轨的搭配效果等，Yaw值在PCB直写光刻领域的主要影响为：影响内外层对准的精度，且影响曝光图形的变形。

传统的精密定位平台Yaw值测量主要是利用激光干涉仪的角度测量模块，沿着轴运行的方向，测量出每个位置处因为yaw值带来的角度摆动。但采用激光干涉仪价格昂贵，且组装调试过程复杂，本发明提供的方法既简单高效，测量又准确。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺点，本发明所解决的技术问题是：提供一种简单易用、成本低且高效的精密定位平台Yaw值的测量方法，

为实现上述目的，本发明的实现方案为：将定做的高精度标定板放置到需要测量的定位平台***的真空吸盘上，打开真空吸附，上方采用两个高清CCD图像采集***，在平台移动到不同位置时，实时采集两个mark，利用图像匹配法计算平台在不同位置时的yaw值。

所述图像采集***指集成在PCB直写光刻机或其他激光打印设备上的高清CCD及图像放大光路，其一般作用是用于直写光刻设备的对准。

所述图像采集***CCD的视场范围为12mm*12mm。

所述图像匹配法指通过Mark的模板和图像处理的算法使在CCD视场中的Mark移动至CCD视场的中心的方法。

所述制作标定板的高精度光刻机曝光后的图形变形和缩放都很小，一般任意两点之间的距离<2um。

所述标定板的材料最好为玻璃基地，其热膨胀系数为3.25PPM，温度对测量产生的影响较小。

所述Yaw值测量的目的是获取平台在不同位置时的摆角大小，并评估其对整机图形质量带来的影响，为图形的矫正提供可靠的数据。

本发明的优点是：

本发明比传统的激光干涉仪测量和补偿成本低、易操作；利用图像匹配法进行测量，测量精度高，误差为700nm左右，可以有效评估定位平台Yaw值给整机***带来的误差。

附图说明：

图1为精密定位平台动态特性示意图。

图2为标定板Mark布置示意图。

图3为精密定位平台yaw测量结构示意图--等轴测图。

图4为精密定位平台yaw测量结构示意图--前视图。

图5为双CCD测量X轴yaw的原理图。

图6为双CCD测量Y轴yaw的原理图。

图7为X轴Yaw测量结果示意图。

图8为Y轴Yaw测量结果示意图

附图中标号代表意义如下：

1-大理石床身、2-定位平台Y轴、3-真空吸盘、4–标定板、5-左CCD***，记为CCD1、6-右CCD***，记为CCD2、7-大理石横梁、8–定位平台X轴。

图2中，a＝10mm。

具体实施方式

如图1所示，精密定位平台每根轴的动态特性包括：Pitch(俯仰)、Roll(翻转)、Yaw(偏摆)、Straightness(直线度)和Flatness(平面度)。

实施例：如图3-图6所示。

一种精密定位平台Yaw值的测量方法，具体实现方式如下：

Step1：如图3所示，将标定板4放置在真空吸盘3上，靠左下角定位，其横竖方向的Mark尽量与定位平台的X轴和Y轴平行，打开真空吸附固定，真空吸盘固定在精密定位平台X轴8上。

Step2：如图2所示，标定板上具有规则排列的Mark，X方向间距为a,Y方向间距为b，在安装CCD1和CCD2***时，需保证两CCD之间在X方向的间距Dx为a的整数倍。

Step3：首先测量X轴的Yaw值，如图5所示，驱动定位平台，使得标定板上一Mark1移动至CCD1视场中心，记录此时定位平台的坐标(x1,y1)，因CCD1和CCD2在X方向的距离Dx为a的整数倍，且CCD1和CCD2的视场有12mm*12mm之大，所以此时标定板上另一Mark2会进入到CCD2的视场中心，记录此时Mark2在CCD2中的图像坐标，并计算此时的图像坐标与理论中心(CCD2视场中心)在Y方向的距离Dy1，因此可得到：

       ${\mathrm{\&theta;}}_1=\arctan \frac{\mathrm{Dy}1}{\mathrm{Dx}}$

此时已获取位置P1处所得的角度θ1。

Step4：如图5所示，移动X轴距离a或a的整数倍，到位置P2，重复以上步骤3，并获取Dy2，因此可得到：

       ${\mathrm{\&theta;}}_2=\arctan \frac{\mathrm{Dy}2}{\mathrm{Dx}}$

此时已获取位置P2处所得的角度θ2。

Step5：继续移动X轴，重复步骤3和4，分别测得位置P3-Pn处的角度θ3～θn。

Step6：根据以上测得的θ1～θn，计算Y＝y1位置时，不同的X轴位置对应的Yaw值计算如下：

Yaw_X-P1＝0,Yaw_X-P2＝θ2-θ1,Yaw_X-P3＝θ3-θ1…Yaw_X-Pn＝θn-θ1，单位换算成角秒(arc sec)。

Step7：移动Y轴距离b或b的整数倍，测量Y＝y2时，不同X轴位置对应的Yaw值。

Step8:重复Step7,测量Y＝y3,y4…yn时的不同X轴位置对应的Yaw值。

Step2～Step8为测量X轴的Yaw值方法，如图7所示，根据测量的角度可以绘制出不同位置下X轴Yaw的曲线图，如图7所示。

Step9：同Step2～Step8,测量过程中，Y轴移动距离需是标定板Mark行间距b的整数倍，同理可得不同Y轴位置对应的Yaw值：

Yaw_Y-P1＝0,Yaw_Y-P2＝θ2-θ1,Yaw_Y-P3＝θ3-θ1…Yaw_Y-Pn＝θn-θ1

Step10:同Step7和Step8，变化X轴位置，测量X＝x2,x3…xn时不同Y轴位置对应的Yaw值，根据测量的角度可以绘制不同位置下Y轴Yaw的曲线图，如图8所示。

Claims (5)

1.一种精密定位平台Yaw值的测量方法，其特征在于包含以下步骤：

1）在所测精密定位平台上安装真空吸盘，将标定板放置在真空吸盘上，标定板上有规则排列的很多Mark，X方向间距为a,Y方向间距为b.

2）在精密定位平台之上安装两个CCD图像采集***，两个CCD之间的距离已知；

3）用图像匹配法驱动定位平台，将标定板其中一Mark居中至CCD1的中心，记录平台的坐标（x1,y1），同一行的另外一个Mark可被CCD2抓取，记录第二个Mark在CCD2中的图像坐标；

4）移动精密定位平台的X轴，让平台移动距离a,重复步骤3）；

5) 在Y轴坐标Y=y1下，重复步骤4）；

6）移动Y轴距离b或b的整数倍,重复步骤3）、步骤4）、步骤5）；

步骤3）至步骤6）为测量X轴的Yaw值；

7）回到坐标（x1,y1），重复步骤3）；

8) 移动精密定位平台的Y轴，让平台移动距离b,重复步骤3）；

9）在X轴坐标X=x1下，重复步骤8）；

10）移动X轴距离a或a的整数倍,重复步骤7）、步骤8）、步骤9）；

步骤7）至步骤10）为测量Y轴的Yaw值；

11）根据CCD2记录的图像坐标，计算X轴和Y轴的Yaw值。

2.根据权利要求1所述的精密定位平台Yaw值的测量方法，其特征在于：步骤1)中所述的标定板为玻璃基底，是通过高精密的曝光机曝光后刻蚀所得，其上的mark与mark之间的距离和多个mark之间组成的图形的与理论值之间的误差都小于2um。

3.根据权利要求1所述的精密定位平台Yaw值的测量方法，其特征在于：做Yaw值测量时，需要使用两个CCD***组合测量,其中一个CCD抓取Mark的中心，另外一个CCD只读取图像坐标。

4.根据权利要求1所述的精密定位平台Yaw值的测量方法，其特征在于：可以测量X轴在Y轴不同位置时的Yaw的变化，同样也可测量Y轴在X轴不同位置时Yaw的变化。

5.根据权利要求1所述的精密定位平台Yaw值的测量方法，其特征在于：可以测量单轴平台、X&Y十字交叉平台、或龙门结构的平台，本发明以X&Y十字交叉平台为例。