一种激光加工调焦系统及其调焦方法技术方案

本发明专利技术公开了一种激光加工调焦系统，包括：拍摄模块，其用于拍摄待加工材料的轮廓；材料高度检测模块，其用于检测待加工材料的高度；调焦模块，其用于检测和调整激光焦点位于待加工材料的高度；位置检测模块，其用于检测待加工材料的水平位置；控制模块，其与拍摄模块、位置检测模块、材料高度检测模块、调焦模块电性连接；其中，控制模块用于根据待加工材料的轮廓、水平位置以及高度确定待加工材料的边缘坐标，并根据边缘坐标控制调焦模块在移出待加工材料的边缘时保持激光焦点的高度不变。通过实施本发明专利技术可以极大地改善调焦模块在待加工材料的边缘处的调焦效果。

【技术实现步骤摘要】
一种激光加工调焦系统及其调焦方法
本专利技术涉及激光加工的
，尤其涉及一种激光加工调焦系统及其调焦方法。
技术介绍
激光加工过程中，对于激光焦点与待加工材料的接触位置有严格的要求。以半导体晶圆激光隐形切割为例，该加工过程中，晶圆通过吸盘固定在运动平台上，并随平台往复运动，激光焦点作用于晶圆衬底内部形成改质层(脉冲激光透射进材料内部，形成炸点，炸点沿平台运动方向形成切割线，最终引导材料呈直线裂开)，使其内部产生预裂纹，再经裂片、扩膜等工序，即可将晶圆分割成单个晶粒。激光切割时通过调焦电机实时调整激光焦点的高度，通过传感器检测激光所朝向的平面的高度，并根据平面的高度变化控制调焦电机与传感器检测的平面之间保持恒定的相对距离。激光切割需要多次切割形成多道切割线，从而将整个晶圆分割为多个单晶，然而调焦电机在不同切割线之间进行切换，即调焦电机处于晶圆的边缘位置时，传感器的检测平面会经历从晶圆上表面到边缘外部平面再次到晶圆上表面的变化，导致控制调焦电机高度的信号发生急剧波动(阶跃)以期望快速调焦，而调焦电机的响应速度较慢，无法实现高度的快速变化，导致进入新的切割线时调焦电机在待加工材料的轮廓边缘处调焦效果较差。
技术实现思路
本专利技术提供了一种激光加工调焦系统及其调焦方法，旨在解决现有技术中进入新的切割线时在待加工材料的轮廓边缘处调焦效果差的问题。第一方面，本专利技术提供了一种激光加工调焦系统，包括：拍摄模块，其用于拍摄待加工材料的轮廓；材料高度检测模块，其用于检测所述待加工材料的高度；调焦模块，其用于检测和调整激光焦点位于所述待加工材料的高度；位置检测模块，其用于检测所述待加工材料的水平位置；控制模块，其与所述拍摄模块、所述位置检测模块、所述材料高度检测模块、所述调焦模块电性连接；其中，所述控制模块用于根据所述待加工材料的轮廓、水平位置以及高度确定所述待加工材料的边缘坐标，并根据所述边缘坐标控制所述调焦模块在移出所述待加工材料的边缘时保持所述激光焦点的高度不变。进一步地，所述控制模块根据所述待加工材料的轮廓进行数据处理得到边缘初始坐标，所述控制模块以所述边缘初始坐标为中心向外取多个坐标点，所述控制模块控制所述材料高度检测模块检测所述中心和多个所述坐标点的高度并比较得到其中的高度最大值，以所述高度最大值对应的坐标作为所述边缘坐标。进一步地，所述调焦模块包括调焦电机和调焦高度检测模块，所述调焦电机、所述调焦高度检测模块与所述控制模块电性连接，所述材料高度检测模块用于检测所述待加工材料的上表面的高度并输出材料高度模拟信号，所述调焦高度检测模块用于检测所述调焦电机的高度并输出调焦电机实时高度模拟信号，所述控制模块根据所述材料高度模拟信号和所述待加工材料的水平位置生成材料高度信号波形，根据所述材料高度信号波形计算得到用于调试所述调焦电机的高度的无补偿命令高度信号波形，根据所述调焦电机实时高度模拟信号生成调焦电机实时高度信号波形，并计算所述调焦电机实时高度信号波形相对于所述无补偿命令高度信号波形的滞后水平位置，根据所述滞后水平位置计算得到补偿水平位移量，根据所述补偿水平位移量和所述无补偿命令高度信号波形生成补偿命令高度信号波形，所述激光切割所述待加工材料时，所述控制模块根据所述待加工材料所处的水平位置和所述补偿命令高度信号波形向所述调焦电机发送对应的补偿模拟信号，所述调焦电机根据所述补偿模拟信号调整自身高度以调整所述激光焦点的高度。进一步地，还包括警报模块，所述警报模块与所述控制模块电性连接，所述控制模块将所述补偿模拟信号与对应的所述调焦电机实时高度模拟信号进行比较，当二者的差值超出设定值时停止加工，且所述控制模块控制所述警报模块报警。进一步地，所述控制模块记录并存储所述材料高度信号波形、所述无补偿命令高度信号波形、所述补偿命令高度信号波形、所述调焦电机实时高度信号波形。进一步地，所述材料高度信号波形包括所述待加工材料的水平位置以及对应的所述待加工材料的高度；所述无补偿命令高度信号波形包括所述待加工材料的水平位置以及对应的补偿前所述控制模块对所述调焦电机的命令高度；所述补偿命令高度信号波形包括所述待加工材料的水平位置以及对应的补偿后所述控制模块对所述调焦电机的命令高度；所述调焦电机实时高度信号波形包括所述待加工材料的水平位置以及对应的所述调焦电机的实时高度。进一步地，所述调焦模块还包括物镜，所述物镜用于聚焦所述激光，所述调焦电机驱动所述物镜远离或靠近所述待加工材料的上表面以调整所述激光焦点的高度。进一步地，还包括移动平台，所述移动平台用于承载所述待加工材料，并带动所述待加工材料相对所述物镜水平移动。第二方面，本专利技术提供了一种激光加工调焦方法，包括：拍摄待加工材料的轮廓；检测所述待加工材料的高度和水平位置；根据所述待加工材料的轮廓、水平位置以及高度确定所述待加工材料的边缘坐标，并根据所述边缘坐标控制调焦模块在移出所述待加工材料的边缘时保持激光焦点的高度不变。进一步地，所述根据所述待加工材料的轮廓、水平位置以及高度确定所述待加工材料的边缘坐标包括：根据所述待加工材料的轮廓进行数据处理得到边缘初始坐标，以所述边缘初始坐标为中心向外取多个坐标点，检测所述中心和多个所述坐标点的高度并比较得到其中的高度最大值，以所述高度最大值对应的坐标作为所述边缘坐标。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过拍摄模块拍摄待加工材料的轮廓，材料高度检测模块检测待加工材料的高度，再通过位置检测模块检测待加工材料的水平位置，控制模块根据待加工材料的轮廓、水平位置以及高度确定待加工材料的边缘坐标，并根据边缘坐标控制调焦模块在移出待加工材料的边缘时保持激光焦点的高度不变。通过实施本专利技术可以实现调焦模块从待加工材料的边缘移至外部的过程中激光焦点的高度保持不变，依然保持在待加工材料边缘处的高度，当调焦模块切换新的切割线，重新进入待加工材料的边缘以内时，不需要调焦模块短时间内快速调整较大的高度差，因此控制模块控制调焦模块的信号不会发生急剧波动，避免了待加工材料边缘处的阶跃现象，极大地改善了调焦模块在待加工材料的边缘处的调焦效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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的附图。图1展示了激光加工调焦系统的连接框图；图2展示了激光加工调焦系统的另一连接框图；图3展示了激光焦点与待加工材料上表面保持恒定相对距离的示意图；图4展示了激光加工调焦方法的流程图；图5展示了激光加工调焦方法的另一流程图。图中：拍摄模块11；材料高度检测模块12；调焦模块13；调焦电机131；调焦高度检测模块132；物镜133；位置检测模块1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光加工调焦系统，其特征在于，包括：/n拍摄模块，其用于拍摄待加工材料的轮廓；/n材料高度检测模块，其用于检测所述待加工材料的高度；/n调焦模块，其用于检测和调整激光焦点位于所述待加工材料的高度；/n位置检测模块，其用于检测所述待加工材料的水平位置；/n控制模块，其与所述拍摄模块、所述位置检测模块、所述材料高度检测模块、所述调焦模块电性连接；/n其中，所述控制模块用于根据所述待加工材料的轮廓、水平位置以及高度确定所述待加工材料的边缘坐标，并根据所述边缘坐标控制所述调焦模块在移出所述待加工材料的边缘时保持所述激光焦点的高度不变。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光加工调焦系统，其特征在于，包括：
拍摄模块，其用于拍摄待加工材料的轮廓；
材料高度检测模块，其用于检测所述待加工材料的高度；
调焦模块，其用于检测和调整激光焦点位于所述待加工材料的高度；
位置检测模块，其用于检测所述待加工材料的水平位置；
控制模块，其与所述拍摄模块、所述位置检测模块、所述材料高度检测模块、所述调焦模块电性连接；
其中，所述控制模块用于根据所述待加工材料的轮廓、水平位置以及高度确定所述待加工材料的边缘坐标，并根据所述边缘坐标控制所述调焦模块在移出所述待加工材料的边缘时保持所述激光焦点的高度不变。


2.根据权利要求1所述的激光加工调焦系统，其特征在于，所述控制模块根据所述待加工材料的轮廓进行数据处理得到边缘初始坐标，所述控制模块以所述边缘初始坐标为中心向外取多个坐标点，所述控制模块控制所述材料高度检测模块检测所述中心和多个所述坐标点的高度并比较得到其中的高度最大值，以所述高度最大值对应的坐标作为所述边缘坐标。


3.根据权利要求2所述的激光加工调焦系统，其特征在于，所述调焦模块包括调焦电机和调焦高度检测模块，所述调焦电机、所述调焦高度检测模块与所述控制模块电性连接，
所述材料高度检测模块用于检测所述待加工材料的上表面的高度并输出材料高度模拟信号，
所述调焦高度检测模块用于检测所述调焦电机的高度并输出调焦电机实时高度模拟信号，
所述控制模块根据所述材料高度模拟信号和所述待加工材料的水平位置生成材料高度信号波形，根据所述材料高度信号波形计算得到用于调试所述调焦电机的高度的无补偿命令高度信号波形，根据所述调焦电机实时高度模拟信号生成调焦电机实时高度信号波形，并计算所述调焦电机实时高度信号波形相对于所述无补偿命令高度信号波形的滞后水平位置，根据所述滞后水平位置计算得到补偿水平位移量，根据所述补偿水平位移量和所述无补偿命令高度信号波形生成补偿命令高度信号波形，
所述激光切割所述待加工材料时，所述控制模块根据所述待加工材料所处的水平位置和所述补偿命令高度信号波形向所述调焦电机发送对应的补偿模拟信号，所述调焦电机根据所述补偿模拟信号调整自身高度以调整所述激光焦点的高度。


4.根据权利要求3所述的激光加工调焦系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺少鹏，巫礼杰，仰瑞，童灿钊，李迁，李福海，李春昊，赵冬冬，高云峰，
申请(专利权)人：大族激光科技产业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44