激光加工系统及激光调焦方法

摘要

本发明涉及一种激光加工系统及激光调焦方法；激光加工系统包括：激光发生器；聚焦物镜，激光发生器产生的激光通过聚焦物镜汇聚；CCD相机，通过聚焦物镜成像，聚焦物镜为CCD相机的成像物镜，聚焦物镜的焦点与CCD相机的成像焦平面重合；及，标靶机构，包括第一光源、反射镜及标靶，标靶贴合于反射镜上，第一光源发出的光照射至反射镜上，并经过聚焦物镜，并最终在CCD相机的成像焦平面上形成标靶的虚像。上述激光加工系统及使用该激光加工系统的激光调焦方法，对图像的识别度高，误差小，对焦点落在晶圆片表面的精确的聚焦物镜高度值寻找精确度较高，对激光加工的深度控制起到很好的控制，可以提高激光加工的整体良率。

权利要求

1.一种激光加工系统，其特征在于，包括：

用于产生激光的激光发生器；

聚焦物镜，所述激光发生器产生的激光通过所述聚焦物镜汇聚；

CCD相机，通过所述聚焦物镜成像，所述聚焦物镜为所述CCD相机的成像物镜，所述聚焦物镜的焦点与所述CCD相机的成像焦平面重合；及标靶机构，包括第一光源、反射镜及标靶，所述标靶贴合于反射镜上，所述第一光源发出的光照射至所述反射镜上，并经过所述聚焦物镜，并最终在所述CCD相机的成像焦平面上形成标靶的虚像。

2.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，所述标靶机构还包括共轭双凸透镜组，所述第一光源为点光源，所述第一光源发出的光经过所述共轭双凸透镜组照射至所述反射镜上。

3.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，所述CCD相机为1/3英寸，像素为

30万。

4.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，还包括第一透反镜，所述第一光源发出的光经所述反射镜反射至所述第一透反镜，并经过所述第一透反镜反射至所述聚焦物镜。

5.根据权利要求4所述的激光加工系统，其特征在于，还包括第二透反镜，所述激光发生器产生的激光经所述第二透反镜反射至所述聚焦物镜，所述第一光源发出的光经所述第一透反镜反射后透过所述第二透反镜至所述聚焦物镜。

6.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，还包括载台，与所述聚焦物镜相对，所述载台用于承载晶圆片。

7.根据权利要求6所述的激光加工系统，其特征在于，所述载台为透明结构，所述激光加工系统还包括第二光源，所述第二光源为面光源，并设置于所述载台远离所述聚焦物镜的一侧。

8.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，所述标靶为黑色锡纸制成。

9.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，所述聚焦物镜的数值孔径的大小为0.42～0.8。

10.一种激光调焦方法，其特征在于，包括以下步骤：提供权利要求1～9任意一项所述的激光加工系统；

调节所述聚焦物镜的高度，以使所述标靶在所述CCD相机的成像焦平面上形成清晰所述标靶的虚像，记录下此时所述聚焦物镜的高度h1；

调节所述聚焦物镜的高度，以使晶圆片在所述CCD相机形成清晰的图像，记录下此时所述聚焦物镜的高度h2；

得到h1与h2之间的差值△h＝h1-h2；

以h1位置所述标靶成像的清晰图像为基准，制作调焦模板；

匹配所述调焦模板，并补偿△h值得到晶圆片表面的理论高度值。

说明书

激光加工系统及激光调焦方法

技术领域

[0001] 本发明涉及激光加工领域，特别是涉及激光加工系统及激光调焦方法。

背景技术

[0002] 在LED晶圆片半导体等激光微细精密加工领域中，一般使用蓝宝石做为衬底材料，在蓝宝石衬底上沉积发光区，发光区的厚度一般只有3～6μm，蓝宝石的厚度一般是80～150μm。

[0003] 目前，一般用激光来加工LED晶圆片，以将其分离成单个小的芯粒。激光加工一般从晶圆片的蓝宝石面入射到一定的深度，对深度有着苛刻的精度要求。对于一定厚度的LED晶圆片，激光加工的深度对加工的品质有直接影响。

[0004] 传统的激光加工的方式是先用成像系统找到晶圆片表面位置的高度，然后以这个高度为基准下沉一定的深度来加工蓝宝石晶圆片。然而由于蓝宝石晶圆片生产过程中的差异，会导致成像系统得到的表面图像有差异，比如不同批次产品之间研磨工艺不同，镀膜均匀的差异，批次之间的晶圆片厚度有差异等，这些因素会影响激光加工系统在批量生产过程中找到蓝宝石表面的位置有误差，使激光加工的深度和预设值有差异从而导致加工效果出现不良，或者找不到表面的具体位置，导致激光加工系统无法进入下一步流程而产生报警，所有这些因素最终导致激光加工系统的稳定性下降并且影响整体的加工良率。

发明内容

[0005] 基于此，有必要提供一种能够提高激光加工精度的激光加工系统。同时，还提供一种使用该激光加工系统的激光调焦方法。

[0006] 一种激光加工系统，包括：

[0007] 用于产生激光的激光发生器；

[0008] 聚焦物镜，所述激光发生器产生的激光通过所述聚焦物镜汇聚；

[0009] CCD相机，通过所述聚焦物镜成像，所述聚焦物镜为所述CCD相机的成像物镜，所述聚焦物镜的焦点与所述CCD相机的成像焦平面重合；及

[0010] 标靶机构，包括第一光源、反射镜及标靶，所述标靶贴合于反射镜上，所述第一光源发出的光照射至所述反射镜上，并经过所述聚焦物镜，并最终在所述CCD相机的成像焦平面上形成标靶的虚像。

[0011] 在其中一个实施例中，所述标靶机构还包括共轭双凸透镜组，所述第一光源为点光源，所述第一光源发出的光经过所述共轭双凸透镜组照射至所述反射镜上。

[0012] 在其中一个实施例中，所述CCD相机为1/3英寸，像素为30万。

[0013] 在其中一个实施例中，还包括第一透反镜，所述第一光源发出的光经所述反射镜反射至所述第一透反镜，并经过所述第一透反镜反射至所述聚焦物镜。

[0014] 在其中一个实施例中，还包括第二透反镜，所述激光发生器产生的激光经所述第二透反镜反射至所述聚焦物镜，所述第一光源发出的光经所述第一透反镜反射后透过所述第二透反镜至所述聚焦物镜。

[0015] 在其中一个实施例中，还包括载台，与所述聚焦物镜相对，所述载台用于承载所述晶圆片。

[0016] 在其中一个实施例中，所述载台为透明结构，所述激光加工系统还包括第二光源，所述第二光源为面光源，并设置于所述载台远离所述聚焦物镜的一侧。

[0017] 在其中一个实施例中，所述标靶为黑色锡纸制成。

[0018] 在其中一个实施例中，所述聚焦物镜的数值孔径的大小为0.42～0.8。

[0019] 一种激光调焦方法，包括以下步骤：

[0020] 提供上述的激光加工系统；

[0021] 调节所述聚焦物镜的高度，以使所述标靶在所述CCD相机的成像焦平面上形成清晰所述标靶的虚像，记录下此时所述聚焦物镜的高度h1；

[0022] 调节所述聚焦物镜的高度，以使所述晶圆片在所述CCD相机形成清晰的图像，记录下此时所述聚焦物镜的高度h2；

[0023] 得到h1与h2之间的差值△h＝h1-h2；

[0024] 以h1位置所述标靶成像的清晰图像为基准，制作调焦模板；

[0025] 匹配所述调焦模板，并补偿△h值得到晶圆片表面的理论高度值。

[0026] 上述激光加工系统及使用该激光加工系统的激光调焦方法，通过在成像系统的光路里面增加一个具有特定形状的标靶，该标靶最终在CCD相机的成像图像里面形成一个清晰的图像。该图像容易识别，模板匹配度高，并且聚焦物镜在标靶成像最清晰的高度位置和晶圆片表面成像最清晰的高度位置的差值为一个定值。实际生产过程中，可以先找到聚焦物镜在标靶成像最清晰的高度位置h1，然后加上补偿值△h，就可以得到较为精确的晶圆片表面的焦点位置的聚焦物镜高度值，然后以这个值为基准设置一定的切割深度使激光焦点位于晶圆片内部的特定深度就可以加工晶圆片。本发明提供的激光调焦方法对图像的识别度高，误差小，对焦点落在晶圆片表面的精确的聚焦物镜高度值寻找精确度较高，对激光加工的深度控制起到很好的控制，可以提高激光加工的整体良率。

附图说明

[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

[0028] 图1为本发明一实施例中激光加工系统的结构图；

[0029] 图2为图1所示激光加工系统中标靶机构的具体结构图；

[0030] 图3为图1所示激光加工系统中反射镜和标靶的具体结构图；

[0031] 图4为本发明一实施例中激光调焦方法的流程图；

[0032] 图5为在CCD相机的成像焦平面上形成的清晰的标靶的虚像图；

[0033] 图6为在CCD相机的成像焦平面上形成的清晰的晶圆片的图像；

[0034] 图7为在h1高度下CCD相机的成像焦平面上形成的清晰的标靶的虚像图；

[0035] 图8为在CCD相机的成像焦平面向下2μm形成的标靶的虚像图；

[0036] 图9为在CCD相机的成像焦平面向上2μm形成的标靶的虚像图；

[0037] 图10为在h2高度下CCD相机的成像焦平面上形成的清晰的晶圆片的图像；

[0038] 图11为在CCD相机的成像焦平面向下2μm形成的晶圆片的图像；

[0039] 图12为在CCD相机的成像焦平面向上2μm形成的晶圆片的图像。

具体实施方式

[0040] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

[0041] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

[0042] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0043] 请一并参阅图1，本发明一实施例中的激光加工系统100，包括激光发生器(图未示)、聚焦物镜110、CCD相机120及标靶机构130。

[0044] 激光发生器用于产生激光。激光发生器产生的激光通过聚焦物镜110汇聚，其汇聚于聚焦物镜110的焦点上。激光加工系统100还包括载台140，载台140用于承载晶圆片200。载台140与聚焦物镜110相对，具体在本实施例中，晶圆片200为蓝宝石晶圆片200。

[0045] CCD相机120通过聚焦物镜110成像，以使整个激光加工系统100即具有激光加工功能，又具备成像功能。在激光加工前，需要将激光的焦点调整至晶圆片200的表面，然而以该表面位置为基准，在高度方向上向下特定的高度值来加工晶圆片200。

[0046] 聚焦物镜110为CCD相机120的成像物镜。具体在本实施例中，聚焦物镜110的数值孔径的大小为0.42～0.8；CCD相机120为1/3英寸，像素为30万。CCD8可与外部计算机300相连接，外部计算机300的显示器(图未示)可显示整个CCD相机120视野范围的成像图像。

[0047] 聚焦物镜110的焦点与CCD相机120的成像焦平面重合。聚焦物镜110既是激光加工的聚焦镜，也是CCD相机120的成像物镜。聚焦物镜110的焦点与CCD相机120的成像焦平面重合，即激光经过聚焦物镜110的焦点与CCD相机120的成像焦平面重合。聚焦物镜110寻找到被加工晶圆片200表面最清晰的高度位置，该位置同时也是激光焦点汇聚于晶圆片200表面的位置。

[0048] 请一并参阅图2及图3，标靶机构130包括第一光源131、反射镜133及标靶135。标靶135贴合于反射镜133上。第一光源131发出的光照射至反射镜133上，并经过聚焦物镜110，照射至载台140。由于标靶135贴合于反射镜133上，挡去了部分的光，根据光路可逆原理，聚焦后反射回来光最终在CCD相机120上形成标靶135的虚像。

[0049] 具体在本实施例中，标靶135为黑色锡纸制成，标靶135具体可为三角形结构，以阻挡部分第一光源131发出的光，以减小在标靶135区域反射光的光通量，最终CCD相机120上成三角形的像。第一光源131具体为发散的点光源，其可发出白光。可以理解，标靶135还可为其它材料制成，并且，标靶135还可为矩形等其它结构，不限于上述的三角形结构。

[0050] 标靶机构130还可包括共轭双凸透镜组137，第一光源131为点光源，第一光源131发出的光经过共轭双凸透镜组137照射至反射镜133上。

[0051] 请再次参阅图1，激光加工系统100还包括第一透反镜150及第二透反镜160。第一透反镜150及第二透反镜160即可对部分光进行反射，也可对部分光进行透射。

[0052] 第一光源131发出的光经反射镜133反射至第一透反镜150，并经过第一透反镜150反射至第二透反镜160，并进入聚焦物镜110。激光发生器产生的激光经第二透反镜160反射至聚焦物镜110，并由聚焦物镜110聚焦后对晶圆片200进行加工。

[0053] 而聚焦后反射回来的光透过第一透反镜150、第二透反镜160以及位于第一透反镜150与CCD相机120之间的双凸透镜组170，并最终进入CCD相机120中成像。

[0054] 为了加强CCD相机120的成像效果，载台140为透明结构，激光加工系统100还包括第二光源180。第二光源180为面光源，并设置于载台140远离聚焦物镜110的一侧。

[0055] 第二光源180具体可为一个近红外光源。第二光源180发出的光可以透过载台140、晶圆片200、聚焦物镜110、第二透反镜160、第一透反镜150、双凸透镜组170，最终可以在CCD相机120成像中看到晶圆片200的表面或者内部的图像。

[0056] 此外，请一并参阅图4，本发明还提供了一种激光调焦方法，其具体包括以下步骤：

[0057] 步骤S410，提供上述激光加工系统100。

[0058] 步骤S420，调节聚焦物镜110的高度，以使标靶135在CCD相机120的成像焦平面上形成清晰标靶135的虚像，记录下此时聚焦物镜110的高度h1。

[0059] 请一并参阅图5，调节聚焦物镜110的高度，以使标靶135在CCD相机120的成像焦平面上形成标靶135的虚像最清晰，记录下此时聚焦物镜110的高度h1。在h1位置时，通过CCD相机120已经无法观察到清晰的晶圆片200表面的情况。

[0060] 步骤S430，调节聚焦物镜110的高度，以使晶圆片200在CCD相机120清晰的成像，记录下此时聚焦物镜110的高度h2。

[0061] 请一并参阅图6，再次调节聚焦物镜110的高度，以使晶圆片200在CCD相机120上形成清晰的图像，记录下此时聚焦物镜110的高度h2。如图6所示，在h2位置时，可以清晰地观察到晶圆片200表面情况。

[0062] 步骤S440，得到h1与h2之间的差值△h＝h1-h2。h1与h2之间的差值为某一定值△h。

[0063] 步骤S450，以h1位置标靶135成像的清晰图像为基准，制作调焦模板。请一并参阅图7，以h1位置标靶135成像的清晰图像为调焦模板，此时聚焦物镜110在高度方向上的高度值为h1。CCD相机120的模板匹配分数为99.12。请一并参阅图8及图9，以h1为基准，聚焦物镜110在高度方向上向下和向上分别移动2μm，CCD相机120的成像虽然变得模糊，匹配分数分别为98.88，98.55，表明以标靶135成像的清晰图像为基准时，聚焦物镜110上下小范围的移动，CCD相机120仍然可以识别图像。

[0064] 请一并参阅图10，而若以晶圆片200在CCD相机120清晰的成像为调焦模板，此时聚焦物镜110在高度方向上的高度值为h2。CCD相机120的模板匹配分数为87.75。请一并参阅图11及图12，以h2为基准，聚焦物镜110在高度方向上向下和向上分别移动2μm，CCD相机120的成像变得模糊，匹配分数变成0。匹配分数为0表明CCD相机120无法识别该图像。

[0065] 通过上述说明可以看出，若直接寻找晶圆片200表面的位置，如果批次之间晶圆片200厚度有2μm的差异，则会导致CCD相机120无法识别图像。然而通过寻找标靶135的虚像位置的图像，在标靶135虚像高度位置±2μm范围内CCD相机120仍然可以识别并匹配。因此本发明所提供的激光调焦方法在寻找晶圆片200表面焦点高度过程中有一定的优势，寻找焦点位置精度更高，更准确，捕捉能力更强。

[0066] 步骤S460，匹配调焦模板，并补偿值△h得到晶圆片200表面的理论高度值。在实际生产中，先确定CCD相机120中标靶135成像的清晰图像时聚焦物镜110的高度h1，再然后对h1做补偿值△h，得到晶圆片200表面的理论高度值。以晶圆片200表面的理论高度值为基准，调节激光焦点并对晶圆片200进行加工。

[0067] 上述激光加工系统100及使用该激光加工系统100的激光调焦方法，通过在成像系统的光路里面增加一个具有特定形状的标靶135，该标靶135最终在CCD相机120的成像图像里面形成一个清晰的图像。该图像容易识别，模板匹配度高，并且聚焦物镜110在标靶135成像最清晰的高度位置和晶圆片200表面成像最清晰的高度位置的差值为一个定值。实际生产过程中，可以先找到聚焦物镜110在标靶135成像最清晰的高度位置h1，然后加上补偿值△h，就可以得到较为精确的晶圆片200表面的焦点位置的聚焦物镜110高度值，然后以这个值为基准设置一定的切割深度使激光焦点位于晶圆片200内部的特定深度就可以加工晶圆片200。本发明提供的激光调焦方法对图像的识别度高，误差小，对焦点落在晶圆片200表面的精确的聚焦物镜110高度值寻找精确度较高，对激光加工的深度控制起到很好的控制，可以提高激光加工的整体良率。

[0068] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0069] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。