CN108144926A - 激光稳定能量清洁装置及方法 - Google Patents
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Abstract
激光稳定能量清洁装置及方法，该装置包括一激光模块、一激光光束调控模块、一光路传导模块与一具有开口的吸嘴。激光模块提供一激光光束。激光光束调控模块调整激光光束为一准直激光光束，并依据试片的清洁位置补偿准直激光光束所需的激光能量以形成一补偿激光光束。光路传导模块传导补偿激光光束。补偿激光光束通过吸嘴的开口以形成一具有稳定激光能量的稳定激光光束，进而将稳定激光光束对应至试片的清洁位置以清洁试片。
Description
技术领域
本公开涉及一种激光清洁装置及方法，特别涉及一种激光稳定能量清洁装置及方法。
背景技术
当以激光光束对高价的试片进行激光清洁时，为避免试片移动可能造成的损害，需将试片保持固定不动，并移动激光光束以对试片的大区域(如80mm x 80mm)进行激光清洁。
在生产线上(In-Line)的设备中，因试片保持固定不动，故需以激光光束在设备中传导并进行飞行光路。但如此一来，将在试片的不同清洁位置(如近端与远端)造成激光光束的光程差异(约160mm)，使得激光光束对试片的不同清洁位置的清洁质量有所差异，并导致激光光束难以完全清洁试片(探针)而存在部分的残留物。
同时，因激光光束具有较大的发散角，使得激光光束在试片的近端的激光光直径(约12.5mm)与在远端的激光光直径(约15mm)不同，以致激光光束在试片的不同清洁位置上(如近端与远端)形成不同或非稳定的激光能量，从而难以确保激光光束对试片(探针)的清洁质量。
因此，如何解决上述悉知技术的问题，实已成为本领域技术人员的一大课题。
发明内容
本公开提供一种激光稳定能量清洁装置及方法，其能提供一具有稳定激光能量的激光光束以清洁试片。
本公开的激光稳定能量清洁装置可用于清洁一试片，并包括：一激光模块，其提供一激光光束；一激光光束调控模块，其调整激光模块所提供的激光光束为一准直激光光束，并依据试片的清洁位置补偿准直激光光束所需的激光能量以形成一补偿激光光束；一光路传导模块，其传导激光光束调控模块所补偿的补偿激光光束；以及一吸嘴，其具有一开口，且光路传导模块所传导的补偿激光光束通过吸嘴的开口以形成一具有稳定激光能量的稳定激光光束，进而将稳定激光光束对应至试片的清洁位置以清洁试片。
本公开的激光稳定能量清洁方法可用于清洁一试片，并包括：提供一激光光束；调整激光光束为一准直激光光束，并依据试片的清洁位置补偿准直激光光束所需的激光能量以形成一补偿激光光束；传导补偿激光光束；将补偿激光光束通过吸嘴的开口以形成一具有稳定激光能量的稳定激光光束；以及将稳定激光光束对应至试片的清洁位置以清洁试片。
本公开的激光稳定能量清洁校正方法，用于校正清洁一试片的激光能量，该方法包括：由一移动模块移动光路传导模块、吸嘴及吸嘴的开口，以令吸嘴的开口陆续对应至试片的不同清洁位置；令一控制模块测量激光模块所提供的激光光束在通过吸嘴的开口后，激光光束被传导至试片的不同清洁位置上的多个激光能量值；以及令控制模块依据多个激光能量值计算出试片的不同清洁位置上的多个补偿参数，以依据多个补偿参数产生一激光能量补偿表。
由上可知，本公开的激光稳定能量清洁装置及方法中，主要是依据试片的不同清洁位置补偿准直激光光束所需的激光能量，并将补偿激光光束通过吸嘴的开口以形成一具有稳定激光能量的稳定激光光束。据此，本公开可以稳定激光光束在试片的不同清洁位置上的激光能量，并减少或消除试片(探针)的残留物，进而提升激光光束对试片(探针)的清洁质量。
为让本公开的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明。在以下描述内容中将部分阐述本公开的额外特征及优点，且此等特征及优点将部分自所述描述内容显而易见，或可藉由对本公开的实践习得。本公开的特征及优点借助于在权利要求书中特别指出的元件及组合来认识到并达到。应理解，前文一般描述与以下详细描述两者均仅为例示性及解释性的，且不欲约束本公开所主张的范围。
附图说明
图1A与图1B为本公开中激光稳定能量清洁装置的示意图，其中，移动模块可移动光路传导模块、吸嘴与稳定激光光束以对应至试片的不同清洁位置；
图2为本公开中激光稳定能量清洁方法的流程图；
图3为将激光光束分别传导至试片的近端与远端时相关数据的比较表；
图4A与图4B为在本公开的激光光束调控模块补偿激光光束所需的激光能量前，将激光光束分别传导至试片的近端与远端时，激光光束在吸嘴的开口处的示意图；
图5A与图5B为在本公开的激光光束调控模块补偿激光光束所需的激光能量后，将稳定激光光束分别传导至试片的近端与远端时，稳定激光光束在吸嘴的开口处的示意图；
图6为本公开的激光稳定能量清洁方法中有关激光能量的校正程序的流程图；
图7A为本公开图1A与图1B的激光稳定能量清洁装置中，包括试片的多个清洁位置的位置表；
图7B为由本公开的控制模块测量在图7A的多个清洁位置上的激光能量以产生一具有多个激光能量值的激光能量表；
图7C为依据本公开图7B的激光能量表产生一具有多个补偿参数的激光能量补偿表；
图8A为本公开图1A与图1B的激光光束调控模块中，以发散角优化单元优化激光光束的发散角所构成的发散角与间距的关系曲线图；
图8B为本公开图1A与图1B的激光光束调控模块中，以能量补偿单元补偿准直激光光束的激光能量所构成的穿透率与步径量的关系曲线图；
图9A为试片的探针在清洁前的影像图；
图9B为使用一般激光清洁装置清洁试片的探针后所形成的影像图；以及
图9C为使用本公开的激光稳定能量清洁装置及方法清洁试片的探针后所形成的影像图。
符号说明
1 激光稳定能量清洁装置
2 激光模块
3 激光光束调控模块
31 发散角优化单元
311 第一镜片
312 第二镜片
313 第三镜片
32 能量补偿单元
321 半波片
322 分光镜
4 光路传导模块
41 光学元件
5 吸嘴
51、52 开口
6 集尘模块
61 方向
7 控制模块
8 移动模块
9 试片
91 探针
92 残留物
A1至A25 清洁位置
B1、B2 位置点
C1、C2、C3、C4 位置点
D 间距
E1、E2 连接件
H1、H2 曲线
L1 激光光束
L11 外圈
L2 准直激光光束
L3 补偿激光光束
L4 稳定激光光束
R 旋转方向
S11至S15、S21至S23 步骤。
具体实施方式
以下藉由特定的具体实施形态说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效，也可藉由其他不同的具体实施形态加以施行或应用。
图1A与图1B为本公开中激光稳定能量清洁装置1的示意图，其中，移动模块8可移动光路传导模块4、吸嘴5与稳定激光光束L4以对应至试片9的不同清洁位置(如图7A的清洁位置A1至A25)。图2为本公开中激光稳定能量清洁方法的流程图。
图1A与图1B所示，激光稳定能量清洁装置1可用于清洁例如一具有多个探针91的试片9。而且，激光稳定能量清洁装置1主要包括一激光模块2、一激光光束调控模块3、一光路传导模块4与一吸嘴5，也可包括一集尘模块6、一控制模块7与一移动模块8。
激光光束调控模块3可包括一具有第一镜片311(如凹透镜)、第二镜片312(如凸透镜)与第三镜片313(如凸透镜)组合成的发散角优化单元31，并包括一具有半波片321与分光镜322的能量补偿单元32，然而第一镜片311为凹透镜，第二镜片312与第三镜片313为凸透镜仅一实施例，若能达到发散角优化目的的其他镜片组合，第一镜片31、第二镜片312与第三镜片313也可采用与上述不同的其他镜片类型，也就是使用一个凹透镜与一个凸透镜，或一个凹透镜与三个凸透镜的透镜组合，只要能达成将激光光束调整为一准直激光光束的透镜组合，均在本公开的权利要求范围内。
光路传导模块4的二端可通过连接件E1与连接件E2分别连接吸嘴5及移动模块8，或者光路传导模块4与吸嘴5可依序设置于移动模块8上。吸嘴5可具有一对应于光路传导模块4的开口51与一对应于光路传导模块4的试片9(探针91)的开口52。集尘模块6可具有开口(图未示)以连通吸嘴5及其开口52。试片9及其探针91可保持固定不动，并位于吸嘴5及其开口52的上方。
激光模块2可为激光产生器或激光发射器等，如紫外光激光器、半导体绿光激光器、近红外光激光器或远红外光激光器。光路传导模块4可为光学元件41、光学镜片(如反光镜)、导光臂、光纤或其任意组合等。吸嘴5可为吸气式吸嘴、吹气式吸嘴、或吸气加吹气式吸嘴。开口51可为开孔或孔洞等。集尘模块6可为集尘器、集尘管路、集尘袋或其任意组合等。控制模块7可为控制器、处理器、计算机、服务器或控制软件等。移动模块8可为移动平台、移动件或可移动的承载平台等。但是，本公开并不以此为限。
如图1A、图1B与图2步骤S11所示，由激光模块2提供一激光光束L1。
如图1A、图1B与图2步骤S12所示，由激光光束调控模块3的发散角优化单元31调整激光模块2所提供的激光光束L1为一准直激光光束L2(即经准直后的激光光束)。例如，可调整发散角优化单元31的第二镜片312与第三镜片313的间距D，藉此缩小激光模块2所提供的激光光束L1的发散角(见图8A)以产生准直激光光束L2。
此外，由激光光束调控模块3的能量补偿单元32依据试片91的清洁位置补偿准直激光光束L2所需的激光能量以形成一补偿激光光束L3。例如，可依据试片9的不同清洁位置与激光能量补偿表(见图7C)旋转能量补偿单元32的半波片321至所需角度，并通过半波片321的旋转角度与分光镜322补偿准直激光光束L2所需的激光能量而形成补偿激光光束L3(即经补偿后的激光光束)。
另外，可由控制模块7控制激光光束调控模块3，以使激光光束调控模块3依据试片9的不同清洁位置补偿准直激光光束L2所需的激光能量。
如图1A至图2步骤S13所示，由光路传导模块4传导激光光束调控模块3所补偿的补偿激光光束L3。
如图1A至图2步骤S14所示，将光路传导模块4所传导的补偿激光光束L3通过吸嘴5的开口51以形成一具有稳定激光能量(如451mJ)的稳定激光光束L4。吸嘴5的开口51的直径可小于或等于光路传导模块4所传导的补偿激光光束L3的直径，以使稳定激光光束L4具有稳定的激光能量(或激光能量密度)。稳定激光光束L4的图案可例如为0.1mm(毫米)至100mm的圆形图案、方形图案、具有封闭区域的图案或各种不同形状的图案。
如图1A至图2步骤S15所示，将稳定激光光束L4对应至试片9的清洁位置以清洁试片9的探针91。例如，可由控制模块7控制移动模块8以移动光路传导模块4、吸嘴5及其开口51而移动稳定激光光束L4，使稳定激光光束L4依据试片9的多个清洁位置(如图7A的清洁位置A1至A25)所构成的清洁路径陆续清洁试片9的多个探针91。清洁路径可例如为依序通过图7A中试片9的探针91的清洁位置A1、A2、…、A24、A25，但不以此为限。
此外，可由集尘模块6依据方向61收集稳定激光光束L4在清洁试片9的探针91时所产生或落下的粉尘或碎屑。
图3为将激光光束L1分别传导至试片9的近端(如清洁位置A1)与远端(如清洁位置A25)时相关数据的比较表。图4A与图4B为在本公开的激光光束调控模块3补偿激光光束L1所需的激光能量前，将激光光束L1分别传导至试片9的近端与远端时，激光光束L1在吸嘴5的开口51处的示意图。图5A与图5B为在本公开的激光光束调控模块3补偿激光光束L1所需的激光能量后，将稳定激光光束L4分别传导至试片9的近端与远端时，稳定激光光束L4在吸嘴5的开口51处的示意图。
如图3与上述图1A至图1B所示，当激光光束L1传导至试片9的近端(如探针91的清洁位置A1)时，激光光束L1的光程较短(如1034mm)，且激光光束L1的尺寸较小(如12.5mm)。反之，当激光光束L1传导至试片9的远端(如探针91的清洁位置A25)时，激光光束L1的光程较长(如1194mm)，且激光光束L1的尺寸较大(如15mm)。因此，在激光光束L1分别传导至试片9的近端与远端时，激光光束L1的光程有160mm的差异，且激光光束L1的尺寸有2.5mm的差异，以致激光光束L1对试片9的不同清洁位置的清洁质量有所差异，从而需要补偿激光光束L1所需的激光能量。
如图3、图4A与上述图1A所示，在吸嘴5的开口52为固定尺寸(如12mm)下，并在本公开的激光光束调控模块3补偿激光光束L1所需的激光能量前，将激光光束L1传导至试片9的近端(如探针91的清洁位置A1)时，激光光束L1被吸嘴5遮住的区域较少(如激光光束L1的外圈L11为约0.5mm)，且补偿前试片9上的激光能量较大。因此，如图5A所示，在本公开的激光光束调控模块3补偿激光光束L1所需的激光能量后，将稳定激光光束L4传导至试片9的近端时，稳定激光光束L4在吸嘴5的开口52处具有稳定的激光能量(如452mJ)。
又，如图3、图4B与上述图1B所示，在吸嘴5的开口52为固定尺寸(如12mm)下，并在本公开的激光光束调控模块3补偿激光光束L1所需的激光能量前，将激光光束L1传导至试片9的远端(如探针91的清洁位置A25)时，激光光束L1被吸嘴5遮住的区域较多(如激光光束L1的外圈L11为约3mm)，且补偿前试片9上的激光能量较小。因此，如图5B所示，在本公开的激光光束调控模块3补偿激光光束L1所需的激光能量后，将稳定激光光束L4传导至试片9的远端时，稳定激光光束L4在吸嘴5的开口52处也具有稳定的激光能量(如451mJ)。
图6为本公开的激光稳定能量清洁方法中有关激光能量的校正程序的流程图。图7A为本公开图1A与图1B的激光稳定能量清洁装置1中，包括试片9的多个清洁位置(如A1至A25)的位置表。图7B为由本公开的控制模块7测量在图7A的多个清洁位置上的激光能量以产生一具有多个激光能量值的激光能量表。图7C为依据本公开图7B的激光能量表产生一具有多个补偿参数的激光能量补偿表。
如图6步骤S21、图7A与上述图1A至图1B所示，由一移动模块8移动光路传导模块4、吸嘴5及其开口51，以将吸嘴5的开口51陆续对应至试片9的不同清洁位置(如A1至A25)。
如图6步骤S22、图7B与上述图1A至图1B所示，由一控制模块7测量激光模块2所提供的激光光束L1在通过吸嘴5的开口51后，激光光束L1被传导至试片9(探针91)的不同清洁位置(如A1至A25)上的多个激光能量值。例如，在清洁位置A1上的激光能量值为452mJ(毫焦耳)，在清洁位置A25上的激光能量值为420mJ(毫焦耳)。
如图6步骤S23、图7C与上述图1A至图1B所示，由控制模块7依据图7B的多个激光能量值计算出试片9的不同清洁位置上的多个补偿参数(或补偿参数百分比)，并依据多个补偿参数(或补偿参数百分比)产生一激光能量补偿表。例如，在清洁位置A1上的补偿参数(或补偿参数百分比)为0.00％，在清洁位置A25上的补偿参数(或补偿参数百分比)为7.08％。
图8A为本公开图1A与图1B的激光光束调控模块3中，以发散角优化单元31优化激光光束L1的发散角所构成的发散角与间距D的关系曲线图。
如图8A与上述图1A至图1B所示，激光光束调控模块3的发散角优化单元31可调整第二镜片312与第三镜片的间距D，以缩小激光模块2所提供的激光光束L1的发散角。例如，将激光光束L1的发散角从曲线H1的位置点B2的发散角1.2mrad(毫弧度)缩小至位置点B1的发散角0.3mrad以产生准直激光光束L2，藉此减少能量补偿单元32补偿准直激光光束L2所需的激光能量，并加速能量补偿单元32即时补偿准直激光光束L2所需的激光能量的反应时间。
图8B为本公开图1A与图1B的激光光束调控模块3中，以能量补偿单元32补偿准直激光光束L2的激光能量所构成的穿透率与步径量的关系曲线图。
如图8B与上述图1A至图1B所示，在发散角优化单元31缩小激光模块2所提供的激光光束L1的发散角以产生准直激光光束L2后，能量补偿单元32可缩减对准直激光光束L2所需的激光能量的补偿参数，并加速补偿准直激光光束L2所需的激光能量的反应时间。
例如，当以马达(如步进马达，图未示)依据旋转方向R(如逆时钟方向)旋转半波片321时，马达的步进量可从约8000步(曲线H2的位置点C1)至约15500步(位置点C4)的较大范围缩减为从约11800步(位置点C2)至约12800步(位置点C3)的较小范围。而且，准直激光光束L2通过能量补偿单元32的半波片321与分光镜322的穿透率也可从约15％(位置点C1)至约90％(位置点C4)的较大范围缩减为从约40％(位置点C2)至约65％(位置点C3)的较小范围。因此，本公开可缩减马达的步进量的范围以减少马达旋转半波片321的时间，并缩减准直激光光束L2通过半波片321与分光镜322的穿透率的范围，进而加速能量补偿单元32补偿准直激光光束L2所需的激光能量的反应时间。
图9A为试片9的探针91在清洁前的影像图。图9B为使用一般激光清洁装置清洁试片9的探针91后所形成的影像图。图9C为使用本公开的激光稳定能量清洁装置1及方法清洁试片9的探针91后所形成的影像图。
如图9A所示，试片9的三个探针91在清洁前皆具有黑色残留物92。
如图9B所示，试片9右方及下方的二探针91在通过一般激光清洁装置清洁后，仍存在部分未清洁完成的黑色残留物92。
如图9C所示，试片9的三探针91在通过本申请的激光稳定能量清洁装置1及方法清洁后，已几乎不存在黑色残留物92。
由上可知，本公开的激光稳定能量清洁装置及方法中，主要是依据试片的不同清洁位置补偿准直激光光束所需的激光能量，并将补偿激光光束通过吸嘴的开口以形成一具有稳定激光能量的稳定激光光束。据此，本公开可以稳定激光光束在试片的不同清洁位置上的激光能量，并减少或消除试片(探针)的残留物，进而提升激光光束对试片(探针)的清洁质量。
同时，本公开的激光光束调控模块的发散角优化单元可缩小激光模块所提供的激光光束的发散角，以减少能量补偿单元补偿准直激光光束所需的激光能量，并加速能量补偿单元即时补偿准直激光光束所需的激光能量的反应时间。
上述实施形态仅例示性说明本公开的原理、特点及其功效，并非用以限制本公开的可实施范围，本领域技术人员均可在不违背本公开的精神及范围下，对上述实施形态进行修饰与改变。任何运用本公开所揭示内容而完成的等效改变及修饰，均仍应为权利要求范围所涵盖。因此，本公开的权利保护范围，应如权利要求书所列。
Claims (21)
1.一种激光稳定能量清洁装置，用于清洁试片，其特征在于，该装置包括：
激光模块，其提供激光光束；
激光光束调控模块，其调整该激光模块所提供的该激光光束为准直激光光束，并依据该试片的清洁位置补偿该准直激光光束所需的激光能量以形成补偿激光光束；
光路传导模块，其传导该激光光束调控模块所补偿的该补偿激光光束；以及
吸嘴，其具有开口，且该光路传导模块所传导的该补偿激光光束通过该吸嘴的该开口以形成具有稳定激光能量的稳定激光光束，进而将该稳定激光光束对应至该试片的清洁位置以清洁该试片。
2.如权利要求1所述的激光稳定能量清洁装置，其特征在于，该光路传导模块为光学镜片、导光臂、光纤或其任意组合。
3.如权利要求1所述的激光稳定能量清洁装置，其特征在于，该吸嘴的该开口的尺寸小于或等于该光路传导模块所传导的该补偿激光光束的尺寸。
4.如权利要求1所述的激光稳定能量清洁装置，其特征在于，该激光光束调控模块包括发散角优化单元，且该发散角优化单元缩小该激光模块所提供的该激光光束的发散角以产生该准直激光光束。
5.如权利要求4所述的激光稳定能量清洁装置，其特征在于，该发散角优化单元包括第一镜片、第二镜片与第三镜片。
6.如权利要求5所述的激光稳定能量清洁装置，其特征在于，该第一镜片为凹透镜，以及该第二镜片与该第三镜片为凸透镜。
7.如权利要求5所述的激光稳定能量清洁装置，其特征在于，该发散角优化单元调整该第二镜片与该第三镜片的间距，藉此缩小该激光模块所提供的该激光光束的发散角，以产生该准直激光光束。
8.如权利要求1所述的激光稳定能量清洁装置，其特征在于，该激光光束调控模块包括具有半波片与分光镜的能量补偿单元，且该能量补偿单元依据该试片的不同清洁位置将该半波片旋转至所需角度，并通过该半波片的旋转角度与该分光镜补偿该准直激光光束所需的激光能量而形成该补偿激光光束。
9.如权利要求1所述的激光稳定能量清洁装置，其特征在于，该装置还包括控制模块，其控制该激光光束调控模块，以使该激光光束调控模块依据该试片的不同清洁位置补偿该准直激光光束所需的激光能量。
10.如权利要求9所述的激光稳定能量清洁装置，其特征在于，该装置还包括移动模块，且该控制模块控制该移动模块以移动该光路传导模块、吸嘴及其开口而移动该稳定激光光束，使该稳定激光光束依据该试片的多个清洁位置所构成的清洁路径清洁该试片上的多个探针。
11.如权利要求1所述的激光稳定能量清洁装置，其特征在于，该装置还包括集尘模块，其收集该稳定激光光束在清洁该试片时所产生的粉尘或碎屑。
12.如权利要求1所述的激光稳定能量清洁装置，其特征在于，该装置还包括控制模块，其测量在该试片的多个清洁位置上的激光能量以产生具有多个激光能量值的激光能量表。
13.如权利要求12所述的激光稳定能量清洁装置，其特征在于，该控制模块还依据该激光能量表产生具有多个补偿参数的激光能量补偿表。
14.一种激光稳定能量清洁方法，用于清洁试片，其特征在于，该方法包括：
提供激光光束；
调整该激光光束为准直激光光束，并依据该试片的清洁位置补偿该准直激光光束所需的激光能量以形成补偿激光光束；
传导该补偿激光光束；
将该补偿激光光束通过吸嘴的开口以形成具有稳定激光能量的稳定激光光束；以及
将该稳定激光光束对应至该试片的清洁位置以清洁该试片。
15.如权利要求14所述的激光稳定能量清洁方法，其特征在于，该吸嘴的该开口的尺寸小于或等于该补偿激光光束的尺寸。
16.如权利要求14所述的激光稳定能量清洁方法，其特征在于，该方法还包括缩小该激光光束的发散角以产生该准直激光光束。
17.如权利要求14所述的激光稳定能量清洁方法，其特征在于，该方法还包括依据该试片的不同清洁位置旋转半波片至所需角度，并通过该半波片的旋转角度与分光镜补偿该准直激光光束所需的激光能量而形成该补偿激光光束。
18.如权利要求14所述的激光稳定能量清洁方法，其特征在于，该方法还包括移动该稳定激光光束，以使该稳定激光光束依据该试片的多个清洁位置所构成的清洁路径清洁该试片的多个探针。
19.如权利要求14所述的激光稳定能量清洁方法，其特征在于，该方法还包括收集该稳定激光光束在清洁该试片时所产生或落下的粉尘或碎屑。
20.如权利要求14所述的激光稳定能量清洁方法，其特征在于，该方法还包括依据该试片的多个清洁位置产生具有多个激光能量补偿参数的激光能量补偿表。
21.一种激光稳定能量清洁校正方法，用于校正清洁试片的激光能量，其特征在于，该方法包括：
由移动模块移动光路传导模块、吸嘴及该吸嘴的开口，以令该吸嘴的开口陆续对应至该试片的不同清洁位置；
令控制模块测量激光模块所提供的激光光束在通过该吸嘴的开口后，该激光光束被传导至该试片的不同清洁位置上的多个激光能量值；以及
令该控制模块依据该多个激光能量值计算出该试片的不同清洁位置上的多个补偿参数，以依据该多个补偿参数产生激光能量补偿表。
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