多軸動態鏡面追蹤雙回饋量測補償技術

摘要：隨著光電產業的發展與科技的進步，大型製程設備的發展逐漸朝向高精密定位的目標邁進。在大行程精密設備中，如第6代以上大尺寸面板設備，精密量測系統扮演著極其重要的角色。大行程精密設備與精密設備相比而言，大行程精密設備需要在大行程(行程> 2000 mm)的狀況下，仍然保持著高水準量測精度(定位精度<0.5 μm)。為此大行程精密設備需發展一套新量測架構，結合雷射干涉儀、光學尺、主動式驅動鏡面、動態鏡面誤差補償技術、阿貝誤差消除技術等，以達成大行程精密定位的最終目標。本文章將針對大型程精密設備所需之量測系統特性、技術進行探討。

Abstract：With the advancement of optoelectronic industry and technology, the development of large-scale process equipment gradually moves towards high-precision positioning machines. In large precision equipment, such as the 6th generation panel equipment, measurement systems play an extremely important role. For example, long stroke precision equipment, needs to maintain a high level of measurement accuracy (positioning accuracy <0.5 μm) in a long travel distance (stroke> 2000 mm). Therefore, it is necessary to develop a new measurement method, combined with laser interferometers, optical scales, active drive mirrors, dynamic mirror error compensation algorithm and abbe error elimination technology to meet the needs of precise long stroke positioning. This paper examines the characteristics and specifications required for large-scale precision equipment and provides a preliminary assessment.

關鍵詞：大型面板設備、鏡面追蹤、雙回饋
Keywords：Large-size panel equipment, Dynamic mirrors tracking, Dual feedback

前言
大型面板檢測設備(六代以上)依照其製程需求而言，與精密機械一樣需要高定位精度。近年來，隨著面板業廠房世代更新，其所生產的面板(AMOLED或TFT-LCD)面積隨之增加，生產設備的行程也將跟著增長。隨著生產設備行程的增長，將造成設備定位誤差及量測誤差的擴大，因此產生了大行程高精度量測的需求。本文為了解決量測誤差因大行程而擴大的問題，發展了一套創新之雙回饋量測補償技術，以因應大行程高定位精度的需求。並將其應用於TFT-LCD、AMOLED大行程高精度之設備。
現況下，隨著大行程(>2000 mm)且具高精度(<0.5 μm)的大尺寸面板設備發展。現有製程機台進給系統方面，定位精度僅能控制至3-10 μm等級；反射鏡面方面，僅能製造出長度350 mm之鏡面，平面度控制在λ/8。
若上述大行程精密機械需要具有更高精度的特性，則取決於進給系統之機構、量測及回饋補償系統之設計。在大行程精密設備當中，精密量測系統尤其重要。精密量測系統為精密機械與精密檢測設備常用的關鍵模組，而適當的設計方式可以在大行程的狀況下，維持高量測精度並縮小阿貝誤差。一般量測系統以光學尺或雷射干涉儀為主要量測元件。雙回饋量測補償技術將結合光學尺以及雷射干涉儀兩者之特性，以達到大行程高量測精度的目的。
本文當中將針對多軸動態鏡面追蹤雙回饋量測補償技術之可行性，次微米等級量測精度、動態鏡面誤差補償、阿貝誤差消除等主題進行討論。
雙回饋量測補償技術設計
隨著面板世代的演進，面板生產設備的行程隨之增長，為了達成長行程精密定位之需求，主要可以由機構、量測及回饋補償系統的設計來達成。本文中提出一種新的量測系統設計，以達到大行程精密定位要求。
1.量測架構設計概念
在量測系統的設計構想上，主要是採用光學尺與雷射干涉儀進行大行程量測，並搭配兩軸動態鏡面進行操作點的追蹤。
感測器的選用上，利用光學尺與雷射干涉儀進行特性上的互補。而兩軸動態鏡面之目的主要是用以大幅降低傳統反射鏡面應用在大行程精密機械上的成本。
雙回饋量測技術主要採用光學尺以及雷射干涉儀作為大行程精密量測系統之感測裝置，用以量測距離與角度變化資訊。就兩者特性而言，光學尺雖然具有量測誤差不隨量測距離變化之特性，但在架設時會產生較大阿貝誤差。在量測精度方面，光學尺則相對較雷射干涉儀差；雷射干涉儀雖然具有高量測精度的特性，且在架設上能夠盡量貼近操作主軸，大幅縮小阿貝誤差。但其量測誤差則會隨著量測距離的增加而放大。其兩者特性整理如表1所示。因此在雙回饋量測補償技術上則利用雷射干涉儀進行工作點細部定位；光學尺則用以進行快速粗定位。

反射鏡面設計：由於利用雷射干涉儀在大行程的情況下進行量測時，正常情況需要使用大型之反射鏡面，但其造價十分昂貴。因此為了降低反射鏡面成本，故發明氣靜壓導軌承載的直線度極高之主動驅動兩軸動態鏡面。當機台進行雷射細部定位，則鏡面進行動態跟隨操作點使雷射反射回接收器當中，如圖1所示，以即時進行細部量測並進行機台之補正。

圖1兩軸動態鏡面-動態跟隨操作點