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利用激光扫描反射计的自动几何校准
    【技术领域】

    本发明涉及校准固态成像装置的方法和设备。

    背景技术

    固态成像装置已被用于产品开发用模型的快速成型，最近被用于制造作业。固态成像装置一般通过响应计算机控制，暴露于辐照之下，用可熔粉末或可光致固化的液体产生三维物体。表示三维物体的剖面层的数据一般逐层地向计算机提供用于自动构建所述物体的程序的控制参数。激光器或者适合于固态成像的其它光化性辐照源顺序照射各个薄层的构造材料，响应于此，材料逐层地变成固态，从而产生固态成像产品。在美国专利N0.4575330和5495328中描述了例证的立体光刻设备，所述专利在此引为参考。

    固态成像有时被称为“快速成型和制造”，包括诸如立体光刻法，激光烧结、喷墨印刷之类的各种技术。用于固态成像的粉末、液体、可喷射的相变材料和其它材料有时被称为“构造材料”。固态成像技术产生的三维物体有时被称为“构型”，“零件”，“物体”和“固态成像产品”，可以各种各样的形状和尺寸形成所述三维物体。

    通常在称为“构造台”或“构造平台”的表面上制备构型，所述表面可被升高或降低，以使构型的表面与光化性辐照和构造材料被曝光的“工作面”或“构造平面”或“像面”接触。

    尽管为固态成像开发了各种设备和方法，不过为了使工艺更高效和降低成本，尚待解决许多缺点。例如，这包括改进使辐照源与像面对准，以致恰当地形成物体的复杂且繁杂的对准步骤。

    【发明内容】

    本发明目的在于校准形成三维物体的固态成像装置，尤其是校准这种装置中的激光在平坦表面上的扫描的方法和设备。按照考虑局部和全局几何误差的方式进行校准，以致当形成三维物体时，激光束被精准地导引。

    所述方法的一个方面涉及获得足够数目的位置测量结果，以提供控制激光器扫描运动特性的预定非线性模型的未知参数的迭代解。通过激光扫描平坦和水平的校准板，产生位置测量结果，所述校准板具有基本上不散射的表面和基准标记的周期阵列，所述基准标记的周期阵列形成于非散射表面之中或之上，并且散射光化性光。当激光扫描校准板时，布置在校准板上方的检测器接收来自基准标记的散射光。

    本发明的另一方面是一种校准固态成像系统的方法，所述固态成像系统形成三维物体，具有基于镜的光学系统，该光学系统产生和操纵具有光化性波长的光束。固态成像系统具有可活动地支承构建物体的构造平台的升降机系统。所述方法包括把校准板布置在构造平台之上。校准板具有形成于基本不散射的背景上的基准标记的周期阵列，其中基准标记被配置成散射光化性光。所述方法还包括对正交的第一行和第二行基准标记进行激光光束的第一次扫描，检测来自所述第一行和第二行基准标记的散射光，以便建立用于确定基准标记阵列中的其它基准标记的第一或“理论”中心位置的第一坐标系。正交的第一行和第二行最好是中心的X行和Y行。所述方法还包括使用第一坐标系对至少一部分的基准标记阵列进行激光光束的第二次扫描，并检测来自其的散射光，以便测量第二次扫描的基准标记的对应中心位置。所述方法还包括利用测量的中心位置和镜的角位置的插值来确定镜角位置与(x，y)构造平面位置之间的校准关系。

    该校准方法基本上不受热环境变量影响，一般能够在一小时内完成校准过程。

    上述方法满足快速，不存在固态成像系统的任何移动(除扫描镜之外)，和成本较低的校准标准。固态成像系统的计算机控制器最好用来做校准设备，并被提供保存在计算机可读介质上的指令(例如，软件)，所述指令借助匹配与散射自基准标记的光相关的检测器信号与标记的已知尺寸，并进行智能模式匹配搜索的算法，来识别何时激光束已找到每个基准标记的中心。扫描期间激光功率的任何变化都影响极小，尤其是在采用随后被一起平均化的基准标记的多次扫描的例证方法中更是如此。

    为了尽可能接近地模拟系统，以致校准高度精准，必须迭代地得到和再导入所有的系统未知数，以致能够识别每组较小的误差。置于校准板上方的单一检测器提供从校准板接收数据的中心位置，并允许在数分钟而不是数小时内完整地扫描校准板。这种时间节省允许校准设备获得足量的位置测量信息，以致能够进行必要次数的迭代计算，从而提供逼近校准设备的能力极限的校准。

    下面的详细说明中陈述了本发明的其它特征和优点，对本领域的技术人员来说，根据下面的详细说明，本发明的一部分其它特征和优点是显而易见的，或者通过实践这里(包括下面的详细说明，权利要求，以及附图)所述的发明，易于认识到本发明的一部分其它特征和优点。当然上面的一般说明和下面的详细说明给出本发明的例证实施例，意图提供理解要求保护的发明的性质和特性的概观或框架。为了进一步理解本发明，提供了附图，附图包含在说明书中并构成说明书的一部分。附图图解说明本发明的各个实施例，并与详细说明一起用于解释本发明的原理和操作。

    【附图说明】

    图1是呈以立剖面表示的立体光刻系统形式的固态成像系统的例证实施例的示意图；

    图2是图1的系统的光学系统的一部分的特写透视图，除了角坐标(θ_X，θ_Y)，以及它们和与构造平面相关的笛卡尔坐标(x，y，z)的关系之外还表示了例证的镜系统；

    图3是图1的立体光刻系统的示意图，还包括按照本发明的允许执行本发明的校准方法的校准设备的例证实施例；

    图4是按照本发明的校准板的例证实施例的平面图，还表示了包括圆形基准标记的周期阵列的例证校准板表面的特写图(插图)；

    图5是沿线5-5获得的图4的校准板的例证实施例的剖面图，以及校准板表面的特写图(插图)；

    图6是1英尺×1英尺校准板的例证实施例，该校准板具有每隔0.25英寸的基准标记，包括48×48＝2304个基准标记，为了便于图解说明，用反色表示了校准板表面和标记；

    图7A是两个相邻的圆形基准标记的示意平面图；

    图7B是两个相邻的六边形基准标记的示意平面图；

    图7C是两个相邻的正方形基准标记的示意平面图；

    图8是与图5的校准板类似的校准板的例证实施例的示意侧视图，不过该校准板包括较厚的支承板，所述支承板支承包括基准标记的较薄“目标板”；

    图9是按照本发明的一般校准方法的例证实施例的流程图；

    图10A-10D是例证的圆形基准标记的特写平面图，图解说明如何二维地在基准标记上方光栅扫描光束，以确定基准标记中心位置；

    图11A-11C是例证的基准标记和周围的非散射层的特写剖面图，表示在扫描校准板的时候，在越过基准标记之前，在越过基准标记期间，和在越过基准标记之后的光束；

    图12是利用两个校准板进行双系统校准的双立体光刻系统的示意图。

    【具体实施方式】

    下面将参考附图，更充分地说明本发明，附图中表示了本发明的一些实施例，但不是全部实施例。实际上，可以用许多不同的形式具体体现本发明，本发明不应被解释成局限于这里陈述的实施例；相反，提供这些实施例，以致本公开将满足可应用的法律要求。本发明目的在于校准固态成像装置的方法和设备。下面作为例子考虑呈立体光刻系统形式的例证固态成像装置，然后是校准标准的说明。这之后是本发明的用于校准立体光刻系统的方法和系统的说明。

    例证的立体光刻系统

    图1是呈以立剖面表示的立体光刻系统10形式的固态成像系统的示意图。为了便于参考，提供了右手的笛卡尔坐标系。系统10包括具有内部区域21(称为“构造室”)的容器20，内部区域21充满可UV固化液体22等等，从而提供由液面限定的指定工作面或构造平面。这里使用的术语“构造平面”还指的是如果存在液体22，那么容器20中构造平面23应该或会在的位置。

    基于镜的光学系统25包括镜系统MS，和被配置成提供在工作面23的平面中产生光斑(“激光光斑”)27的光化性(例如，紫外线)光束26的激光源LS或其它光束发生器(包括(但不限于)激光二极管，发光二极管等等)。这里使用的“光化性”光包括任意电磁辐射，所述任意电磁辐射在吸收电磁辐射的材料中产生光化性反应。这样的光化性光包括(但不限于)导致吸收辐射的任何可射频辐射交联材料的交联(cross-linking)的辐射。光学系统25被配置成跨越构造平面23移动光束，比如激光光斑27，以便构建物体50。通过调整镜系统MS，以及光学系统26中的其它光学和/或机械元件(未示出)，实现激光光斑27在构造平面23之上的移动或“转向”。在例证实施例中，光学系统25被配置成调整激光光斑27的尺寸(即，直径或宽度W_LS；参见图11A)，以调整激光扫描的分辨率和构建工艺的分辨率。

    在一个例证实施例中，激光光斑27在表面23之上的转向由计算机控制系统30控制。在一个例证实施例中，计算机控制系统30根据由CAD设计系统等中的CAD数据发生器32产生的计算机辅助设计(CAD)数据，控制这种转向。CAD发生器32操作上又与计算机化的CAD数据变换系统34连接，CAD数据变换系统34操作上与计算机控制系统30连接(或者包括在计算机控制系统30内)。CAD数据变换系统34被配置成把来自CAD数据发生器32的CAD数据变换成适当的立体光刻层数据格式，以致控制器能够按照形成物体50的方式操纵激光光斑27。

    系统10包括操作上与计算机控制系统30连接的升降机系统40(也称为平台表面)。升降机系统40包括具有上表面43的活动构造平台42。构造平台42操作上与由平台驱动器46控制的升降机驱动器44，比如驱动螺杆，活塞座等连接。经由受计算机控制系统30控制的平台驱动器46，升降机驱动器44有选择地上下(即，沿Z方向)移动构造平台42。

    系统10还包括操作上与计算机控制系统30连接的激光水平测量系统48。激光水平测量系统48被配置成产生从置于之下的无论什么表面反射，以便测量该表面相对于水平基准面的水平高度的激光束49。

    可UV固化液体22的构造平面23被保持在容器20中的恒定水平高度，按照程控方式在构造平面内移动强度足以固化可UV固化液体22，并将其转换成固态材料的激光光斑27，或者其它适当形式的反应性激励。当可UV固化材料22固化，并形成固态材料时，借助升降机驱动器44的工作，按照程控方式从构造平面向下移动升降机平台42(它最初刚好在构造平面23之下)。这样，把最初形成的固态材料带到构造平面23之下，在存在或不存在重涂装置等的帮助下，新的液体22被引进到构造平面。该新液体的一部分又被来自激光光斑27的光化性光26转换成固态材料，新材料黏附地与在其之下的材料连接。随着设备的工作，它通过逐步累积各个积累层(薄层)52，产生三维物体50。

    继续该过程，直到在平台表面43上构建了整个三维物体50为止。随后从容器20中取出物体50，设备准备好生产另一个物体。可以生产另一个相同物体，或者通过改变提供给计算机控制系统30的CAD数据，可以制造某一新物体。

    光学系统

    图2是基于镜的光学系统25的一部分的特写透视图，表示了例证的镜系统(MS)，以及镜系统的角坐标(θ_X，θ_Y)和与平台表面43相关的笛卡尔坐标(x，y，z)的关系。镜系统MS包括分别借助相应的镜驱动器(例如，镜电动机或电流计(galvanometer))MDX和MDY，围绕相应的轴X和Y机械旋转的第一和第二镜MX和MY。镜电动机MDX和MDY操作上与计算机控制器30连接，并由计算机控制器30控制。镜MX控制平台表面43的X坐标，镜MY控制平台表面的Y坐标。利用分别受镜电动机MDX和MDY控制的镜MX和MY的作用，激光器LS产生的激光束26被导引到点P＝P(x，y，z)，其中在校准板表面132的原点被认为在Y维镜MY的中心(在其旋转轴上)。校准板表面132到Y维镜MY的中心的距离为Z。角度θ_Y对应于在Y维方向上激光束26偏离垂直线(vertical)的角度，角度θ_X对应于在X维方向上激光束26偏离垂直线的角度。

    假定S为Y维镜MY的中心(在其旋转轴上)和X维镜MX的中心之间的距离(间距)，按照在与该系统相应的平坦表面的激光扫描领域中的公知关系，可如下确定为了辐照点P，激光束26偏离垂直线的角度的校正值：

    θ_Y＝TAN^-1(y/Z)

    θ_X＝TAN^-1(x/((Z²+Y²)^1/2+S))

    还按照常规方式为该系统得到焦半径FR(未示出)，如下所述：

    FR＝[((Z²+Y²)^1/2+S)²+X²]^1/2

    已知这些关系，那么考虑到平台表面43和Y维镜MY之间的指定距离Z，可以校正由镜MX和MY的平坦表面，以及它们的间距S造成的几何误差。

    校准标准

    固态成像装置的校准设备应满足的标准有很多。例如，为了降低所形成零件的固化层的“压挤”效应，激光束必须以接近90°的角度对着构造平面。这是通过获得从扫描镜到构造平面的较大距离来实现的。这种大的工作距离妨碍到校准程序，因为扫描系统的几何学方面的任何缺陷被放大，比如镜安装缺陷，室窗口(chamber window)不均匀性和非平坦性，镜轴扭曲，和电动机(galvomotor)(即，镜电动机)非平行安装。

    此外，与一对扫描镜相关的角坐标到构造平面的理论映射具有为激光扫描领域的技术人员已知的固有难度。该难度在于由于激光束不是起源于空间中的中心点，而是起源于未知的入口和出口矢量的两点，坐标系的映射是非线性的。这种配置在构造平面画出的是弧线，而不是直线，产生呈枕形扭曲的映射误差。

    另一标准在于，除扫描镜以外，在数据收集期间，可不存在固态成像装置沿任何方向的移动，或者绕任意轴的旋转。在计算中可以考虑到任何移动，但是在多好地检测移动的精度方面会受到限制。任何旋转都会使误差图极大地失真，难以以要求的精度测量这样的旋转。

    激光束到每个镜的准确入射角和入射位置，镜之间的距离，和从第二镜到构造平面的距离都未知。与未知参数的数目结合的成像非线性和各种可能的几何缺陷的组合要求为了达到希望的精度，需要大量的数据。

    另一标准在于校准必须相对快速，即，最好在一小时内完成，以致在校准测量过程中由温度和湿度引起的系统的任何膨胀或收缩可忽略不计。关联的标准在于必须无明显延迟地处理相当大量的计算信息，并且应是“在原处的”，以致可以进行校准测量的二次重复，而不必重新安装任何校准仪器。

    校准设备

    如上所述，在操作系统10构建物体50之前，系统需要被校准，以致高精准地把激光光斑27导引到希望的物体坐标，从而如实地再现预期的物体。

    图3是图1的立体光刻系统10的示意图，还包括按照本发明的允许执行本发明的校准方法的校准设备的例证实施例。校准设备包括具有上表面112和下表面114的校准板110，校准板110被布置成其下表面搁在平台表面43上。下面更详细地说明例证的校准板110的细节。

    校准设备还包括布置在校准板上表面112上方(即，相对于校准板上表面112的+Z方向)，以便在激光束26的光路之外的光电检测器130。在例证实施例中，光电检测器130包含具有例如5.8mm的直径，和190nm-1100nm的宽广波长检测范围的Si-PIN光电二极管。也可以使用能够检测UV波长(或者根据需要，其它波长)的光的其它种类的光电检测器，比如基于GaP的检测器和基于GaAsP的检测器。如下更详细所述，响应检测到光，光电检测器130产生检测器电信号SD。在例证实施例中，使用具有以光化性波长λ₀为中心的Δλ通带的滤光器131把检测处理基本限制于光化性波长λ₀。

    第一例证校准板

    图4是校准板110的第一例证实施例的平面图，图5是沿线5-5获得的图4的校准板的剖面图。校准板110包括具有平坦的上表面132和下表面134的刚性平坦基板130。基板130宽度为W_P，长度为L_P，厚度为T_P。基板130的例证材料是铝。在例证实施例中，基板130是具有约0.5英寸～2英寸的范围内的，最好约0.75英寸的均匀厚度T_P的铝板。另外，在例证实施例中，形成铝基板上表面132，以便在任意20英寸跨度内平坦度FL≤0.005英寸。在例证实施例中，使用Blanchard磨削工艺(也称为“旋转表面磨削”)达到要求的表面平坦度FL。在例证实施例中，基板130具有1英尺≤W_P≤3英尺的范围内的宽度，1英尺≤L_P≤4英尺的范围内的长度。也可以使用其它基板尺寸(包括厚度)，尺寸只受特定系统10的需要(包括使基板的垂度保持最小的需要)限制。在例证实施例中，基板130的尺寸限定校准板110的尺寸。

    在例证实施例中，校准板110包括校平翼片111，校平翼片111向外伸出，具有相对于校准板表面112放置的表面113。校平翼片111被布置成以致其表面113存在于激光对准系统48之下，为系统10中的校准板110的精确校平提供基准面。

    校准板上表面132被这样构成，以致它基本上不散射光(即，基本上是不散射的)，最好被配置成充分吸收光化性光26。为此，在例证实施例中，校准板上表面132包括形成于其上的光吸收层140。在例证实施例中，借助阳极化形成光吸收层140，最好利用光阳极化形成光吸收层140。可以利用其它技术和/或其它材料，比如染料，涂料，塑料，陶瓷等形成光吸收层。

    形成光吸收层140，以致它能够吸收相当大量的光化性光26，以便减少当在如下所述的基准标记之间，在校准板110上方扫描光斑27时的不希望的散射。在这个意义上，校准板上表面132充当“暗”或“非散射”背景。

    校准板110还包括在校准板上表面132上，例如，在光吸收层140中或之上形成的基准标记156的周期阵列150。形成多个基准标记156，以便能够散射光化性光26。在例证实施例中，基准标记包含在上面提及的光阳极化处理期间，在光吸收层140中形成的卤化银。图4包括表示带有圆形基准标记156的例证光吸收层140的特写图的插图。在例证实施例中，基准标记156的尺寸与激光光斑27的尺寸大约相同。

    在例证实施例中，通过利用计算机数控(CNC)铣削产生基准标记，在光敏阳极化铝基板表面132中形成基准标记156。其它实施例提供在基板表面上形成多个基准标记的备选技术和/或材料。通过被放置在基板的表面之上，之中，之内，或者以其它方式与基板的表面连接或者紧接，基准标记与基板的表面相关联。

    在例证实施例中，标准标记156间隔中心距D_F，宽度为W_F。基准标记156优选具有不大于1英寸，更好的是不大于0.5英寸，最好约为0.25英寸的中心距D_F。基准标记156优选具有不大于0.005英寸，更好的是不大于0.004英寸，最好在由0.002英寸≤W_F≤0.004英寸限定的范围中的宽度W_F。基准标记156的布置精度最好等于或大于0.001英寸。

    例如，例证的校准板110包括1000～20000个基准标记156。图6是1英尺×1英尺校准板的例证实施例，该校准板具有间隔距离D_F＝0.25英寸的基准标记，从而包括48×48＝2304个基准标记156。注意，为了便于图解说明，用反色表示了图6的校准板，即，背景表面140被表示成白色，基准标记被表示成黑色。

    2英尺×3英尺形式的图6的校准板110包括约13824个基准标记156。不过，取决于校准板尺寸，以及基准标记之间的间距D_F，可以使用在上述范围之外的其它数目的基准标记156。

    各种形状可用于基准标记156，比如圆形(图7A)，六边形(图7B)和正方形(图7C)。也可以使用其它形状，比如十字形，双重框，和其它种类的多边形或弯曲形状。通常，基准标记156可以是能够用激光光斑70扫描，以便利用检测到的散射光和适当的算法来提供标记的中心位置(x，y)的任意形状。

    第二例证校准板

    上面说明的校准板110使用单一的厚基板130，更换成本较高。例如，一旦其表面132被抛光到较高的平坦度，那么厚度0.75英寸的2英尺×3英尺铝基板130价值约为$2000。如果表面132被擦伤或破坏，那么必须更换整个校准板。

    图8是与图5类似的示意侧视图，不过图解说明校准板110的第二例证实施例，该校准板包括作为不易弯曲的第一支承基板或者说“支承板”的基板130，和在上表面132上的由基板130支承的基本上柔性的第二薄基板136或者说“目标板”。基板136具有上表面138，在上表面138上，形成光吸收层140和多个基准标记156。在本实施例中，基板表面132不需要被阳极化。基板136最好是铝板，并且较薄，例如厚度约0.0015英寸～约0.004英寸，最好约0.002英寸。最好选择基板136的厚度，以致它能够与下面的基板130的表面132的平坦度FL一致。在例证实施例中，利用酒精和所得到的表面张力，把基板136粘附在基板130的表面132上。

    校准板110的双基板实施例的优点在于如果承载基准标记156的阵列150的表面138受损，那么只需要以约$200的成本更换较薄的基板136。

    校准方法

    下面参考图9的流程图200，说明本发明的优选实施例的方法。可在出货之前和/或在生产场地装配之后，使用例证的校准方法。如果发生任何机械移位、激光器移动或者明显的激光漂移，那么应重复校准程序。

    在步骤201，把校准板110插入系统10的构造室21中，以致校准板表面112与构造平面23基本共面。如上所述，在例证实施例中，校准板110包括用于精确地使校准板在系统10内水平的校平翼片111。校准板110的校平翼片111或其它特征可被用于相对于固态成像系统对准或以其它方式使校准板定向。

    在步骤202，光束26被导引到基准标记156，进行基准标记的测试剖析(test profile)。例如，这涉及沿X和Y方向对特写基准标记156的二维(2D)光栅扫描。

    图10A-10D是例证的基准标记156的特写平面图，图解说明在剖析过程期间，如何沿X方向和Y方向在基准标记上方光栅扫描激光束126，以确定基准标记的“最佳位置”或“中心位置”156C。虚线箭头170表示光斑27的扫描方向。

    源自所选基准标记156的2D光栅扫描的数据随后被用于推断该基准标记的中心位置156C，和扫描整个校准板110的恰当对比度及黑度(black-level)。在例证实施例中，通过利用两种不同的算法，比如质心算法和高斯近似算法，确定中心位置156C。关于中心位置156C的确定，两种算法必须在很小的误差容限(例如，＜0.001英寸)内达成一致，否则要重复基准标记的光栅扫描。也可单独地或者组合地使用确定中心位置156C的其它算法或方法。计算机控制系统30对闭环中的每个光栅扫描或“剖析”自动调整激光功率，以使对比度达到最大。在例证实施例中，考虑到测量冗余，多于一次地“剖析”一些基准标记156。

    图11A-11C是例证的基准标记156和光吸收层140的特写剖面图，表示在扫描校准板110的时候，在越过基准标记之前，在越过基准标记期间，和在越过基准标记之后的光束26。在图11B中，光斑27与基准标记156基本上重叠，从而形成由检测器130(图3)检测的散射光26S。在基准标记156之间，当光斑27在基准标记156之间通过时，光束26通常被光吸收层140吸收，以致基本上没有光被散射到检测器130。

    重新参见图9和流程图200，在步骤203，通过进行在校准板110的中间的一行和一列基准标记156(即，X方向的中间行(x，0)，随后Y方向的中间列(0，y))的第一次(或者说初始)光束扫描，来识别X轴和Y轴。注意通常来说，第一次光束扫描可以沿着基准标记156的任意两个正交行/列(“正交行”)。不过，在本发明的例证实施例中，优选的是选择中间行和中间列，以在校准板110的中间建立笛卡尔坐标系的原点。

    该程序最好涉及利用相对较大的激光光斑尺寸首先或初始扫描相对较大的区域。在例证实施例中，激光光斑27宽度W_LS约为待找到的基准标记156的宽度W_F的四倍，以致对于基准标记宽度W_F＝0.03英寸来说，激光光斑宽度W_LS约为0.12英寸。对一行和一列，最好对中间行和中间列的每个基准标记156进行这种相对较宽的第一次扫描。较宽激光光斑27的使用保证在第一次扫描内找到基准标记156。在定位中间行和中间列中的所有基准标记156之后，通过计算确定校准板110的其余基准标记156的理论位置。

    这种初始扫描提供求出大多数理论模型参数，包括旋转，偏移，镜距离，第二镜到平面的距离，进入角度，和在原点的退出角度的重要信息。通过采用利用上述方程的已知回归分析技术，并根据关于中间行和中间列收集的数据，对所有基准标记获得这些理论模型参数。继续回归分析迭代，直到RMS误差小于0.005英寸为止。该理论模型允许在第二次扫描中快速扫描其余的基准标记156，如下所述。例如，与其如上关于初始扫描所述对中间行和中间列进行的那样，用相对较大的激光光斑27(例如，W_LS～0.12英寸)扫描每个基准标记，倒不如在第二次扫描中利用较窄的激光光斑27(例如，W_LS＝0.040英寸)扫描其余的基准标记。

    通过以微小的角增量dθ_X和dθ_Y移动镜MX和MY，从而以对应的微小笛卡尔增量dY和dX操纵激光光束26，确定镜的角运动与行进距离的关系，并且能够确定初始坐标系的理论原点。

    如果步骤203成功，那么计算旋转，缩放比例和偏移值，并将其用于产生把镜角坐标(θ_X，θ_Y)映射成校准板X-Y坐标的第一坐标系或者说“理论模型”。上述理论模型被用于预测其它(即，未扫描的)基准标记156的“理论”位置(x_T，y_T)。由于在校准之前作为整体来看的系统10中的缺陷的缘故，在理论(中心)位置(x_T，y_T)和测量的基准标记156的实际(中心)位置(x_A，y_A)之间通常存在差异。

    在步骤204，在第二次(或者说“测量”)光束扫描中测量校准板110的至少大部分，最好全部的基准标记156，以确定扫描的基准标记156的实际中心位置(x_A，y_A)。所述第二次扫描使用理论位置(x_T，y_T)来寻找基准标记156。在例证实施例中，对约10000个基准标记来说，这种全扫描过程持续约20分钟。这允许比较实际中心位置和理论中心位置，并计算两次测量之间的误差

    (δx，δy)＝(x_A-x_T，y_A-y_T)

    这又允许识别由系统10中的缺陷引起的理论模型中的局部误差和全局误差。

    从而，在步骤204中，用几何表提供在第二次扫描中测量的实际中心位置(x_A，y_A)。在本发明的一些实施例中，几何表包括沿X轴的笛卡尔坐标x的每个0.25英寸增量的扫描镜角坐标θ_X，和沿Y轴的笛卡尔坐标y的每个0.25英寸增量的扫描镜角坐标θ_Y。

    在步骤205，在步骤204中确定的几何表被用于把所有扫描镜角坐标(θ_X，θ_Y)插值到(例如，使用五次多项式方程)所有校准板(x，y)坐标。这种插值由控制整个扫描区的方程式产生，从而对“拼接”误差(比如由于仅仅使用最靠近的基准标记，和利用简单的求平均值算法而产生的局部异常)不敏感。这些“插值坐标”构成当形成物体50时，可被计算机控制系统30用于操纵激光束26的校准坐标(x_C，y_C)。本发明的一个例证实施例用四次二度(second-degree)多项式方程进行插值，以平滑收集的数据。根据该平滑后的数据，对几何表中的四个最靠近的周围数据点进行传统的双线性插值，从而产生正确的(即，“校准的”)θ_X和θ_Y。

    考虑校准板误差

    校准板表面112会在校准过程中引入误差。任何平坦度或旋转误差(例如，全局和局部平坦度变化或旋转)会在扫描数据中引起位置误差。已知悬浮表面的理论平坦度遵循抛物线特性，能够被建模。不过，除非进行测量，否则任何差异都是未知的，并且会因温度和湿度而发生变化。

    因此，在例证实施例中，校准方法包括可选步骤206，在步骤206中，旋转校准板110(例如，旋转45°或90°)，并重复中间X行和中间Y行的第一次光束扫描。如果校准板表面112未完美地处于水平状态，或者如果存在任何平坦度缺陷，或者如果基准标记156的周期阵列150存在任何旋转误差，那么这些差异现在也会被旋转。如果扫描一个X行和一个Y行的基准标记156，以确定任何平坦度和/或旋转误差或偏移，那么在(“理论”)坐标系中可考虑到这些误差。类似的技术涉及降低或升高校准板表面112，以测量和补偿任何平坦度误差。

    焦点图(focus map)

    由于固态成像系统10通常包括较大的构造平面23，因此当激光光束26在构造平面上来回移动时，基于镜的光学系统25必须动态聚焦激光束26。尽管预先已知焦距机械特性(focal distance mechanics)，但是任何运动零件都会引入它自己的偏移和旋转误差，从而把聚焦的光斑转移到不同于预定位置的位置。因此，在步骤207，利用来自步骤205的插值坐标信息，产生焦点图，该焦点图关于指定的(x，y)坐标，为激光光束26提供正确的焦点。

    校准验证

    在可选步骤208中，进行可视的验证过程。扫描镜使用几何表创建辐照选择的基准标记156的矢量，由于上面提及的散射光26S的缘故，当被辐照时，所述选择的基准标记156看来似乎“发光”。可按选择的模式辐照选择的基准标记156，所述选择的模式允许系统用户可视地验证校准。

    在要求或者保证多于可视校准验证的另一个可选步骤209中，提供诸如黑色MYLAR膜(未示出)或者其它聚酯膜或其它材料的薄膜之类的光敏材料，并利用使用校准后的坐标操纵的激光光束26，采用选择的校准图案(即，基准标记辐照图案)蚀刻所述光敏材料。随后利用传统的测量方法检查在光敏材料上形成的校准图案，以确认系统10的校准。

    双扫描系统

    在适应所有的上述误差之后，能够增加与之相邻的另一个扫描系统，以增大构造平面尺寸。图12是双立体光刻系统300的示意图，双立体光刻系统300包括并排布置的两个构造室，其中使用两个校准板110按照上述方式进行校准。这种双立体光刻系统330可包括计算机控制系统30，计算机控制系统30控制分立的基于镜的光学系统25移动由单一的光束发生器(未示出)或者由分立的光束发生器产生的光束。在一些实施例中，可以使用多组数据点来校准相应的构造室；不过，在其它实施例中，可以使用多组数据点把校准数据组织在一起，从而形成单一(组合)构造室的单一校准数据集。

    在受益于在上面的说明和相关附图中给出的教导的情况下，本发明所属领域的技术人员将想起这里陈述的发明的许多修改和其它实施例。于是，本发明当然不局限于所公开的具体实施例，这些修改和其它实施例包括在附加权利要求的范围之内。本发明覆盖本发明的各种修改和变化，只要它们在附加权利要求和其等同物的范围之内。尽管这里采用了具体术语，不过只是在一般和描述的意义上使用这些术语的，而不是对本发明的限制。

    本申请要求2007年8月23日提交的美国临时申请No.60957576的优先权，通过引用将该申请并入于此。