CN110243466A - 非可见光波段埃里斑能量分布及圆整度检测方法 - Google Patents
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Abstract
本技术提供了一种能够对非可见光波段的埃里斑能量分布特性及圆整度的检测方法，光源发出的非可见光波段准直光束，经扩束镜扩束、聚光镜汇聚到聚光镜的焦点位置处的针孔板上，光束经针孔板发散，经分光棱镜后，再经管镜系统以平行光出射，通过被测物镜聚焦在平面反射镜的表面上，光线经反射，沿原光路返回，再经分光棱镜聚焦在CCD10的靶面位置；在被测物镜景深范围内通过调节平面反射镜相对于被测物镜在光轴上的不同位置，寻找被测物镜的焦点位置，并对景深范围内不同位置的埃里斑图像进行采样，并进行能量分布及圆整度分析。光线沿原光路返回一次，被测物镜的像差在采样CCD上放大2倍，被测物镜的埃里斑像差比常规采用透过照明的方式更加易于判别。
Description
技术领域
本技术涉及一种进行非可见光波段埃里斑能量分布检测的方法，尤其是针对激光隐形切割的激光物镜，用于评价用于切割的焦点能量分布状态的均一性。
背景技术
目前，公知的在使用激光光刻机对半导体芯片进行切割时，相比之前传统的切割方式，为了避免切割中产生的碎屑划伤芯片表面，通常采用隐形切割的方式进行加工，相比传统的激光切割方法，隐形切割最明显的区别在于，通过将可见光以外的激光经光路系统，聚集在工件材料内部，形成一个分割用的起点，通过材料的晶体键龟裂，将其分割成小片的切割技术。其优点在于切割功率较小，环保，无尘，不需要切割液，切割时产生的热量小对工件材料的特性没有影响。
因此，由于切割方法的改变，用于分割的起点由传统的材料表面转移至工件材料的内部，相对于聚焦使用的光路系统的聚焦能力要求也变的更高，材料内部焦点的圆整度及焦点范围内的能量分布不好，则会导致晶体键龟裂的方向与断裂的深度不一致，使得材料在切割后边缘的垂直性产生影响。通常聚焦系统使用的激光切割物镜为了方便调校，通常按照调校波长与工作波长进行设计，其调校波长为可见光波段，工作波长为非可见光波段，导致在景深范围内对于非可见光波段埃里斑的圆整度及能量的均一性无法准确测量。
发明内容
为了克服现有的测试方法，在非可见光波段景深范围内，无法针对埃里斑的圆整度以及强度分布的均一性进行检测的问题，本技术提供了一种能够对非可见光波段的埃里斑能量分布特性及圆整度的检测方法。
本发明所述的非可见光波段埃里斑能量分布及圆整度检测方法，光源1发出的非可见光波段准直光束，经扩束镜2扩束后，再经聚光镜3汇聚到聚光镜的焦点位置处的针孔板4上，光束经针孔板发散，经分光棱镜5后，再经管镜系统6以平行光出射，通过被测物镜7聚焦在平面反射镜8的表面上，光线经反射，沿原光路返回，再经分光棱镜5聚焦在CCD10的靶面位置；在被测物镜7景深范围内通过调节平面反射镜8相对于被测物镜7在光轴上的不同位置，寻找被测物镜7的焦点位置，并对景深范围内不同位置的埃里斑图像进行采样，并进行能量分布及圆整度分析。
本发明所述的另一种非可见光波段埃里斑能量分布及圆整度检测方法，光源1发出的非可见光波段准直光束，经扩束镜11扩束后以平行光出射，进入分光棱镜5，通过被测物镜7聚焦在平面反射镜8的表面上，光线经反射，沿原光路返回，再经分光棱镜5进入管镜系统6后聚焦在CCD10的靶面位置；扩束镜11的放大率要使得出射光束的直径大于被测物镜7的最大通光孔径；平面反射镜8相对于被测物镜7在光轴上的位置可以调节；在被测物镜7景深范围内通过调节平面反射镜8相对于被测物镜7在光轴上的不同位置，寻找被测物镜7的焦点位置，并对景深范围内不同位置的埃里斑图像进行采样，并进行能量分布及圆整度分析。
上述的非可见光波段埃里斑能量分布及圆整度检测方法，光源1为准直非可见光波段激光器。
上述的非可见光波段埃里斑能量分布及圆整度检测方法，它还包括用于检测平面反射镜8相对于被测物镜7移动距离的高度计9。
上述的非可见光波段埃里斑能量分布及圆整度检测方法，管镜系统6焦距=200mm。
本技术的有益效果：本技术是利用显微镜同轴照明光路的原理，在被测镜头的物面放置一块平板反射镜，光源为非可见光波段的准直激光器，经同轴照明系统经被测物镜至平板反射镜返回，再经过分光棱镜及管镜系统成像在采样CCD靶面上。由于光线沿原光路返回一次，使得被测物镜的像差在采样CCD上放大2倍，使得被测物镜的埃里斑像差比常规采用透过照明的方式更加易于判别。同时因为光源采用了非可见光波段的准直激光器，从而解决了因工作波长为非可见光波段，而不能在景深范围对工作波长下的埃里斑能量均一性及圆整度的精确测量。
在使用时，将被测物镜放置在指定安装面上，并使得被测物镜的主光轴与系统光轴重合，通过调节平面反射镜8的上下位置，寻找被测物镜7的焦点位置，再根据高度计9的读数，对景深范围内不同位置的埃里斑图像进行采样。最后将采样结果输入计算机，利用属于现有技术的方法对埃里斑图像进行分析处理，即可得到景深范围不同位置的埃里斑能量分布及圆整度的测量结果。
附图说明
图1是用于非可见光波段埃里斑能量检测原理图；
图2进一步改进后的另一种用于非可见光波段埃里斑能量检测原理图；
图3是使用该技术装置对景深范围内不同位置的埃里斑采样结果；
图4是经算法处理后的埃里斑轮廓；
图5 是经算法处理后埃里斑的最大内切圆的轮廓；
图6 是经过算法处理后埃里斑的能量分布图；
图7 是经过算法处理后焦点区域的能量分布曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。
本发明所述的非可见光波段埃里斑能量分布及圆整度检测方法，参见图1所示，光源1发出的非可见光波段准直激光束，经扩束镜2扩束后，再经聚光镜3汇聚再聚光镜的焦点位置针孔板4上，光束经针孔板发散，经分光棱镜5后，再经焦距=200mm管镜系统6以平行光出射，通过被测物镜7的后光栏聚焦在平面反射镜8的表面上，光线经反射，沿原光路返回，再经分光棱镜5聚焦在采样CCD10的靶面位置，此时在被测物镜7的景深范围内通过调节平面反射镜8的上下位置，寻找被测物镜7的焦点位置，再根据高度计9的读数，对景深范围内不同位置的埃里斑图像进行采样，该系统中针孔4与采样CCD10靶面位置为一组共轭点。
作为对上述检测装置的进一步改进，由于图1所设计的检测光路中由于整个光学系统的像差，受到聚光镜3，针孔板4以及管镜6自身像差及安装位置的影响，为了提高最终埃里斑采样结果的准确性，在方案二中去除了聚光镜3及针孔板4，将原扩束镜2替换为更大倍率的扩束镜11，参见图2，该高倍扩束镜11的放大率只需使得出射光束的直径大于被测物镜7的最大通光孔径即可。
本发明改进后所述的非可见光波段埃里斑能量分布及圆整度检测方法，参见图2所示，光源1发出的非可见光波段准直激光束，经高倍扩束镜11扩束后，进入分光棱镜5，通过被测物镜7的后光栏聚焦在平面反射镜8的表面上，光线经反射，沿原光路返回，再经分光棱镜5进入焦距=200mm管镜系统6中，为了缩小整个光学系统的体积，在管镜系统6的出射端下方，再加入一块平面反射镜12，光线经反射镜12聚焦在采样CCD10的靶面位置。
参见图2，光源1根据被测物镜7实际工作波长选用不同波长的准直激光器，激光器发出的非可见光波段准直激光束，经高倍扩束镜11扩束后，进入分光棱镜5，通过被测物镜7的后光栏聚焦在平面反射镜8的表面上，光线经反射，沿原光路返回，再经分光棱镜5进入焦距=200mm管镜系统6，出射至平面反射镜12，光线经反射镜12聚焦在采样CCD10的靶面位置，此时在被测物镜7的景深范围内通过调节平面反射镜8的上下位置，寻找被测物镜7的焦点位置，再根据高度计9的读数，对景深范围内不同位置的埃里斑图像进行采样。
参见图3，在找到被测物镜7的焦点位置后，将高度计9归零，通过调节平面反射镜8的上下位置，依次记录高度计9的读数，此时通过CCD对不同离焦位置下的埃里斑采样。如图3所示。
参见图4，把埃里斑图像输入计算机，通过属于现有技术的算法处理，对埃里斑的轮廓进行识别，如图4所示。
参见图5.利用最大内切圆判定法则，经算法处理后得到该采样结果中埃里斑轮廓内的最大内切圆轮廓。通过积分计算最大内切圆的面积与埃里斑轮廓所占面积的比值，得到真圆度值（面积之比）K=0.9234。如图5所示。
参见图6.通过算法处理，得到埃里斑能量分布的等高线图。如图6所示。
参见图7.通过算法处理，比较焦点区域的能量分布曲线图，判断该位置埃里斑的能量分布是否均匀。如图7所示。
通过这种检测装置及计算方法，便可以快捷准确的针对用于激光隐形切割的物镜，在非可见光波段下埃里斑的能量分布与圆整性进行采样、分析、评价与像质的检测。
Claims (5)
1.非可见光波段埃里斑能量分布及圆整度检测方法，其特征是：光源（1）发出的非可见光波段准直光束，经扩束镜（2）扩束后，再经聚光镜（3）汇聚到聚光镜的焦点位置处的针孔板（4）上，光束经针孔板发散，经分光棱镜（5）后，再经管镜系统（6）以平行光出射，通过被测物镜（7）聚焦在平面反射镜（8）的表面上，光线经反射，沿原光路返回，再经分光棱镜（5）聚焦在CCD（10)的靶面位置；在被测物镜（7）景深范围内通过调节平面反射镜（8）相对于被测物镜（7）在光轴上的不同位置，寻找被测物镜（7）的焦点位置，并对景深范围内不同位置的埃里斑图像进行采样，并进行能量分布及圆整度分析。
2.非可见光波段埃里斑能量分布及圆整度检测方法，其特征是：光源（1）发出的非可见光波段准直光束，经扩束镜（11）扩束后以平行光出射，进入分光棱镜（5），通过被测物镜（7）聚焦在平面反射镜（8）的表面上，光线经反射，沿原光路返回，再经分光棱镜（5）进入管镜系统（6）后聚焦在CCD（10)的靶面位置；扩束镜（11）的放大率要使得出射光束的直径大于被测物镜（7）的最大通光孔径；平面反射镜（8）相对于被测物镜（7）在光轴上的位置可以调节；在被测物镜（7）景深范围内通过调节平面反射镜（8）相对于被测物镜（7）在光轴上的不同位置，寻找被测物镜（7）的焦点位置，并对景深范围内不同位置的埃里斑图像进行采样，并进行能量分布及圆整度分析。
3.如权利要求1或2所述的非可见光波段埃里斑能量分布及圆整度检测方法，其特征是：光源（1）为准直非可见光波段激光器。
4.如权利要求1或2所述的非可见光波段埃里斑能量分布及圆整度检测方法，其特征是：它还包括用于检测平面反射镜（8）相对于被测物镜（7）移动距离的高度计（9）。
5.如权利要求1或2所述的非可见光波段埃里斑能量分布及圆整度检测方法，其特征是：管镜系统（6）焦距=200mm。
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