一种晶圆激光隐形切割协同检测方法及系统技术方案

本发明专利技术属于激光加工技术领域，并具体公开了一种晶圆激光隐形切割协同检测方法及系统。所述方法包括：对第一激光进行多级功率调整，使得调整后的切割激光的功率使其与晶圆切割加工所需功率匹配，发射第二激光，将所述第二激光一分为二，其中一路光作为参考光，另一路光在作为探测光耦合至切割激光光路中，并在不同切割深度处反射回探测光路，探测光返回后与参考光耦合并发生干涉，对干涉光谱信号进行处理，以获取晶圆切割道内部整体的三维形貌，根据该三维形貌实施调整切割激光的功率，以完成对晶圆激光切割加工及协同检测。本发明专利技术通过实施监测的方式来保证切割质量，对切割激光功率变化形成闭环模式，保证在切割过程中的一致性，提供产品良率。提供产品良率。提供产品良率。

【技术实现步骤摘要】
一种晶圆激光隐形切割协同检测方法及系统


[0001]本专利技术属于激光加工
，更具体地，涉及一种晶圆激光隐形切割协同检测方法及系统。

技术介绍

[0002]目前激光切割晶圆控制系统的设计，其中大部分采取的手动设置伺服器PID参数和激光频率、电流参数，在切割的过程中无法动态调节参数，控制精度和切割效果完全依靠运行前的经验值来实现，无法满足晶圆切割中对控制精度的要求。切割参数需要做大量工艺试验才能得到，设备调试时间长。此外，现有技术中，通常直接调整激光器的功率来实现切割功率的控制和调整，在晶圆切割过程中，由于不同的刀路对应不同的激光功率，因此，每次在更换刀路时，均需要对相应刀路的激光功率进行调整，费事费力，设备调试的时间长，适应性不强。
[0003]此外，现有技术中，大多在焊接完成后通过干涉测量获取激光加工熔深，但是该方法存在滞后性，无法实现实时在线检测，并根据检测结果对激光参数进行调整。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种晶圆激光隐形切割协同检测方法及系统，将晶圆激光切割光路和在线检测光路进行耦合，在切割过程中，过功率计实施监测的方式来保证切割质量，减少更新校准功率参考表的次数，对激光器的功率变化形成闭环模式，同时结合通过在线检测光路获取晶圆切割道内部整体的三维形貌，以实现对晶圆切割质量实施在线检测和监控，从而配合切割光路的多级功率调整，使得经二级功率调整后的切割激光的功率使其与所述晶圆切割加工所需功率匹配，以完成对晶圆激光切割加工及协同检测，保证在切割过程中的一致性，提供产品良率。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种晶圆激光隐形切割协同检测方法，包括以下步骤：
[0006]S100：发射第一激光，对第一激光进行一级功率调整，以获取稳定的设定比例功率的预加工激光，根据晶圆激光切割加工路径和加工路径对应的加工参数对预加工激光进行二级功率调整，使得经二级功率调整后的切割激光的功率使其与所述晶圆切割加工所需功率匹配；
[0007]S200：发射第二激光，将所述第二激光一分为二，其中一路光通过准直、聚焦、反射后作为参考光，另一路光在探测光路上通过准直、偏转后作为探测光；
[0008]S300：将所述探测光耦合至切割激光光路中，以使得探测光在晶圆切割过程中同步进入晶圆中，并在不同切割深度处反射回探测光路；
[0009]S400：所述探测光返回后与参考光耦合并发生干涉，对该干涉光谱信号进行处理，以获取晶圆切割道内部整体的三维形貌，根据该三维形貌实施调整切割激光的功率，以完成对晶圆激光切割加工及协同检测。
[0010]作为进一步优选的，所述步骤S100具体包括以下步骤：
[0011]S101，采用第一功率调整器对第一激光进行一级功率调整，使得指定比例的一级激光作为预加工激光；
[0012]S102，采用第二功率调整器对预加工激光进行二级功率调整，并生成二级功率调整过程中第二功率调整器调整角度与切割激光功率的映射关系；
[0013]S103，根据晶圆激光切割加工路径、加工路径对应的加工参数以及映射关系对第一功率调整器和第二功率调整器进行角度调整，以使得经第二激光器输出的切割激光的功率与晶圆切割加工所需功率匹配。
[0014]作为进一步优选的，步骤S101中，所述第一功率调整器将第一激光的功率调整为90％后作为预加工激光，将预加工激光进行分束，一路用于实时监测预加工激光的稳定性，使得预加工激光的功率变化范围满足指定范围，另外一路输入至第二功率调整器；
[0015]所述第二功率调整器根据晶圆激光切割加工路径、加工路径对应的加工参数以及映射关系调整预加工激光的功率，以使得其输出的切割激光的功率与晶圆切割加工所需功率匹配。
[0016]作为进一步优选的，步骤S300中，对该干涉光谱信号进行处理具体包括：
[0017]S301，信号预处理，本专利技术中，干涉光谱信号包括直流项、干涉项和自相干项，其中，直流项与自相干项为噪声信号，通过信号预处理去除二者：
[0018]I
interference
(k)＝I
s
(k)
‑
I
ds
(k)
‑
I
dr
(k)+I
d
[0019]其中，I
interference
(k)是干涉光谱，I
s
(k)是实际的干涉光谱，I
ds
(k)是遮挡参考臂时样品臂返回的光谱信号，I
dr
(k)是遮挡样品臂时参考臂返回的光谱信号，I
d
是参考光和样品光同时遮断时光谱仪采集的噪声信号；
[0020]S302，信号重采样，干涉光谱I
interference
(k)在波长空间[λ1,λ2]上是均匀的，在波数空间[k1,k2]上非均匀的，由于逆傅里叶变化在波数空间上展开，需要将干涉光谱从波长空间转化为波数空间，并使用线性插值的方法进行重采样，实现波数空间上的均匀性，其中，λ1为光谱仪采集波长范围的下限，λ2是光谱仪采集波长范围的上限，k1＝1/λ2，k2＝1/λ1；
[0021]S303，傅里叶变化，使用逆傅里叶变换算法处理干涉光谱，获取晶圆内部不同深度对探测激光反射率的变化曲线a(z)；
[0022][0023]式中，FT
‑1[I(k)]为干涉光谱信号在时域上的表达(即逆傅里叶变换后的数据)，Γ(z)为光源功率谱的逆傅里叶变换，a(z)为晶圆内部不同深度对探测激光反射率的变化曲线，代表位于z＝0(即零光程差处)附近的直流项，属于光谱信号中强度较大的部分，是晶圆表面不同深度位置反射信息之间的自干涉信号，和分别是晶圆不同深度位置信息及其对称项，即镜像信息，能反映材料不同深度各反射界面的后向散射强度及反射界面相对共同参考面的光程，即可测得样品的深度信息。
[0024]S304，图像重构，获取N个不同位置的变化曲线a(z)，将a(z)映射到8bit灰度空间(0，255)，即将min(a(z))与max(a(z))等比缩放至(0,255)的范围，获取N个不同位置坐标点在Z方向上的灰度信息，通过对N个不同位置在Z方向上的灰度信息，重构晶圆切割道的三维
形貌图像；
[0025]S305，图像降噪优化，对上述三维形貌图像进行滤噪处理，以获取优化图像。
[0026]作为进一步优选的，步骤S304中，在8bit灰度空间(0，255)上的灰度数值t通过以下公式获取，可以获取(x,y,z,t)矩阵信息，完成晶圆切割道的三维形貌图像重构：
[0027][0028]其中，t为图像中像素点的灰度，max(a(z))为反射率的最大值，min(a(z))为反射率的最小值。
[0029]按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种晶圆激光隐形切割协同检测系统，包括隐形切割模块、在线检测模块、光路耦合模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶圆激光隐形切割协同检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S100：发射第一激光，对第一激光进行一级功率调整，以获取稳定的设定比例功率的预加工激光，根据晶圆激光切割加工路径和加工路径对应的加工参数对预加工激光进行二级功率调整，使得经二级功率调整后的切割激光的功率使其与所述晶圆切割加工所需功率匹配；S200：发射第二激光，将所述第二激光一分为二，其中一路光通过准直、聚焦、反射后作为参考光，另一路光在探测光路上通过准直、偏转后作为探测光；S300：将所述探测光耦合至切割激光光路中，以使得探测光在晶圆切割过程中同步进入晶圆中，并在不同切割深度处反射回探测光路；S400：所述探测光返回后与参考光耦合并发生干涉，对该干涉光谱信号进行处理，以获取晶圆切割道内部整体的三维形貌，根据该三维形貌实施调整切割激光的功率，以完成对晶圆激光切割加工及协同检测。2.根据权利要求1所述的一种晶圆激光隐形切割协同检测方法，其特征在于，所述步骤S100具体包括以下步骤：S101，采用第一功率调整器(102)对第一激光进行一级功率调整，使得指定比例的一级激光作为预加工激光；S102，采用第二功率调整器(106)对预加工激光进行二级功率调整，并生成二级功率调整过程中第二功率调整器(106)调整角度与切割激光功率的映射关系；S103，根据晶圆激光切割加工路径、加工路径对应的加工参数以及映射关系对第一功率调整器(102)和第二功率调整器(106)进行角度调整，以使得经第二功率调整器(106)输出的切割激光的功率与晶圆切割加工所需功率匹配。3.根据权利要求1所述的一种晶圆激光隐形切割协同检测方法，其特征在于，步骤S101中，所述第一功率调整器(102)将第一激光的功率调整为90％后作为预加工激光，将预加工激光进行分束，一路用于实时监测预加工激光的稳定性，使得预加工激光的功率变化范围满足指定范围，另外一路输入至第二功率调整器(106)；所述第二功率调整器(106)根据晶圆激光切割加工路径、加工路径对应的加工参数以及映射关系调整预加工激光的功率，以使得其输出的切割激光的功率与晶圆切割加工所需功率匹配。4.根据权利要求1所述的一种晶圆激光隐形切割协同检测方法，其特征在于，步骤S300中，对该干涉光谱信号进行处理具体包括：S301，信号预处理，本发明中，干涉光谱信号包括直流项、干涉项和自相干项，其中，直流项与自相干项为噪声信号，通过信号预处理去除二者：I
interference
(k)＝I
s
(k)
‑
I
ds
(k)
‑
I
dr
(k)+I
d
其中，I
interference
(k)是干涉光谱，I
s
(k)是实际的干涉光谱，I
ds
(k)是遮挡参考臂时样品臂返回的光谱信号，I
dr
(k)是遮挡样品臂时参考臂返回的光谱信号，I
d
是参考光和样品光同时遮断时光谱仪采集的噪声信号；S302，信号重采样，干涉光谱I
interference
(k)在波长空间[λ1,λ2]上是均匀的，在波数空间[k1,k2]上非均匀的，由于逆傅里叶变化在波数空间上展开，需要将干涉光谱从波长空间转化为波数空间，并使用线性插值的方法进行重采样，实现波数空间上的均匀性，其中，λ1为
光谱仪采集波长范围的下限，λ2是光谱仪采集波长范围的上限，k1＝1/λ2，k2＝1/λ1；S303，傅里叶变化，使用逆傅里叶变换算法处理干涉光谱，获取晶圆内部不同深度对探测激光反射率的变化曲线a(z)；式中，式中，FT
‑1[I(k)]为干涉光谱信号在时域上的表达，Γ(z)为光源功率谱的逆傅里叶变换，a(z)为晶圆内部不同深度对探测激光反射率的变化曲线，代表位于z＝0附近的直流项，属于光谱信号中强度较大的部分，是晶圆表面不同深度位置反射信息之间的自干涉信号，和分别是晶圆不同深度位置信息及其对称项。S304，图像重构，获取N个不同位置的变化曲线a(z)，将a(z)映射到8bit灰度空间(0，255)，即将min(a(z))与max(a(z))等比缩放至(0,255)的范围，获取N个不同位置坐标点在Z方向上的灰度信息，通过对N个不同位置在Z方向上的灰度信息，重构晶圆切割道的三维形...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锐，胡希睿，万楚豪，郑一鸣，郑增超，
申请(专利权)人：武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：