激光测长定位中的软件补偿

　　前言

　　在图形发生器和直接分步曝尤机等大规模集成电路制造设备中，大多采用了双频激光测长定位技术，由温度、压强、湿度等因素所引起的测长定位误差，需要给予补偿，以保证设备的定位精度。一七十年代到八十年代初期，这种补偿量都是依靠查表和计算尺，把补偿值通过人工的方法用拇指拨轮开关设定好，通过接口电路读取设定值，这种方法很费时不方便。到八十年代中期，随着计算机技术的飞速发展，计算机的运算速度加快，浮点运算精度提高，字长增长，采用了计算机能较快的计算出这种补偿量。到八十年代后期这种补偿量采用了传感器补偿，它能随时采集设备周围的环境条件，及时改变补偿值，具有实时控制功能。但是由于它成本高，调试难度大，造成设备的成本提高。

        笔者通过在研制和调试直接分步曝光机的过程中，对激光测长定位中影响激光测长误差的三个因素温度、压强和湿度，进行了定量的分析计算，并对由于上述因素造成的激光测长定位误差用软件方法给予补偿进行了探讨。

　　温度、压强、湿度对激光波长的影响

　　激光传输系统的绝对精度直接依赖于空气中激光的速度和被测量物体的温度。激光器发出的光的频率对时间是稳定的，倍程式双频激光测量系统，一首先将工作台面相对于长条镜光轴所进行的线位移量，转换为光学变化量，通过接口电路，将这种光学变化量再转换为计数脉冲形式的电子数字量。计算机采集这些数字量，驱动控制系统再根据计算机的指令实现对工作台的闭环控制。但是激光波长是随着环境条件而改变的，这种光在空气中的波长(用作测长的标准)完全依赖于光在空气中的速度，这种速度又依赖于空气温度、空气压力和湿度。密度小的空气(例如低压高溢空气)导致光速提高，使光的波长变长。激光测长系统测出的长度，等于记数器记录的脉冲个数，乘以激光在空气中波长和真空中波长的比，这个结果再乘以激光的真空波长。即:

　　激光在空气中波长和真空中波长的比总是小于1的变量，例如:空气温度为25℃，空气压力为762.00毫米水银柱高，相对湿度为50%，这个比为0.9997329。对于为激光做了特殊处理的操作环境，比值的前三位数将不发生变化。从而有:

　　由(5)式可知被测长度与环境温度、大气压强、空气温度和工件的膨胀系数有关。下面是使用C语言程序给予定量分析计算的结呆(计算程序略):