CN219342198U - 一种激光退火设备自动检焦装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种激光退火设备自动检焦装置，包括一种激光退火设备自动检焦装置，包括激光系统、衬底、与所述激光系统配合用于放置所述衬底的片台、用于检测所述激光系统的光斑的形貌仪、测距感应器、图像采集及控制系统；所述激光系统与所述片台之间的距离可调节，所述激光系统与所述形貌仪之间的距离可调节，所述测距感应器用于测量激光系统的激光镜头到所述形貌仪、所述片台或所述衬底的距离；所述激光系统、测距感应器、形貌仪、片台均与图像采集及控制系统信号连接。基于本实用新型的技术方案，通过采集激光光路照射到形貌仪的光斑，通过在高度调整及测距感应器的反馈调节确定最小光斑位置并保存为样本光斑，实现焦距的自动检测；通过与样本光斑的对比，实现工艺的稳定性监控，并针对不同片厚产品实现自动调节焦点。

Description

一种激光退火设备自动检焦装置

技术领域

本实用新型涉及激光退火设备技术领域，特别地涉及一种激光退火设备自动检焦装置。

背景技术

激光退火设备在初始设定需要人工进行光学系统最佳焦距确认，传统方式主要是使用人眼观察激光扫描后的现象或测量电阻值确定最佳焦距，这个过程成本高、耗时长且精度差。

由于目前产品厚度的多样性需求及相同厚度产品的片间差异，目前主要通过设定片厚参数，导致激光退火设备不能满足生产过程最佳焦距的自动调节。

现有技术公开了一种人工光学寻焦技术方案，首先使用相同的扫描条件手动设定不同高度范围内的位置内进行扫描痕迹观察对比，观察选取明显扫描痕迹，缩小高度位置设定范围，再进行小范围细化确认痕迹最明显的高度位置以确定焦距；这种确定焦距的方式存在如下缺陷：

1)过程耗时长、常用硅片进行扫描成本高，扫描痕迹对比存在人为判定偏差；

2)对光斑的监控只涉及光斑(焦点)大小，工艺监控不能精确反映光斑(焦点)的细微变化。

如何解决上述技术问题成了本领域技术人员的努力方向。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：为了解决现有人工光学寻焦技术方案中，存在耗时过长、成本高、人为判定偏差及不能精确反应焦点细微变化的技术问题，本实用新型提出了一种激光退火设备自动检焦装置。

为了实现上述目的，提出了如下技术方案：

一种激光退火设备自动检焦装置，包括激光系统、衬底、与所述激光系统配合且用于放置所述衬底的片台、用于检测所述激光系统的光斑的形貌仪、测距感应器、图像采集及控制系统；

所述激光系统与所述片台之间的距离可调节，所述激光系统与所述形貌仪之间的距离可调节，所述测距感应器用于测量激光系统的激光镜头到所述形貌仪、所述片台或所述衬底的距离；

所述激光系统、测距感应器、形貌仪、片台均与图像采集及控制系统信号连接。

其中，形貌仪用于采集激光系统的激光镜头照射到形貌仪的接收器上的激光光斑；测距感应器用于探测激光系统的激光镜头到形貌仪或片台的距离；片台用于承载固定工艺片(衬底)。图像采集处理系统通过采集保存形貌仪的光斑，分析处理计算光斑的大小及亮度，并发送指令，来调节激光系统与片台之间距离。

在一个实施方式中，所述形貌仪设置在激光系统下方且与激光系统发射的激光配合。

在一个实施方式中，所述形貌仪设置在所述激光系统下方且与所述激光系统发射的激光配合。

在一个实施方式中，所述激光系统的激光光路垂直照射到所述形貌仪上。

在一个实施方式中，所述激光系统位于片台上方，所述形貌仪固定在所述片台上，所述激光系统上设置有调节所述激光系统高度的位移调节机构，所述片台为高度固定且水平方向能够移动的运动平台，所述位移调节机构与所述图像采集及控制系统信号连接。

在一个实施方式中，所述激光系统位于所述片台上方，所述形貌仪与所述片台分开独立设置，所述片台为高度固定且水平方向能够移动的运动平台，所述形貌仪为高度与片台高度相同且水平方向可移动，所述激光系统上设置有调节所述激光系统高度的位移调节机构，所述位移调节机构与所述图像采集及控制系统信号连接。

在一个实施方式中，所述激光系统位于所述片台上方，且所述激光系统固定设置，所述片台为高度不固定且水平方向能够移动的运动平台，所述形貌仪固定在所述片台上，所述片台上设置有调节所述片台高度的位移调节机构，所述位移调节机构与所述图像采集及控制系统信号连接。

在一个实施方式中，所述激光系统位于所述片台上方，且所述激光系统固定设置，所述片台为高度不固定且水平方向能够移动的运动平台，所述形貌仪与所述片台分开独立设置，所述形貌仪高度不固定且水平方向能够移动，所述片台和所述形貌仪下方均设置有调节高度的位移调节机构，所述位移调节机构与所述图像采集及控制系统信号连接。

在一个实施方式中，所述激光系统位于所述片台上方，所述形貌仪固定在所述片台上，所述片台为高度不固定且水平方向能够移动的运动平台，所述激光系统和所述片台上均设置有高度可调节的位移调节机构，所述位移调节机构与图像采集及控制系统信号连接。

在一个实施方式中，所述位移调节机构为与图像采集及控制系统信号连接的升降气缸、电动油缸升降器、剪叉升降机、滚珠丝杆螺旋升降机、伺服电机升降机构及步进电机升降机构中的一种。

在一个实施方式中，所述测距感应器固定设置在激光系统一侧。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本实用新型的目的。

本实用新型提供的一种激光退火设备自动检焦装置，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：

1、本实用新型的一种激光退火设备自动检焦装置，本系统通过采集激光光路照射到形貌仪光斑，通过在高度调整及感应系统的反馈调节确定最小光斑位置并保存为样本光斑，实现焦距的自动检测；

2、通过设计光斑(在设计激光退火工艺时，设计的照到衬底的光斑形状即为设计光斑)与样本光斑的对比，如果两个光斑的形貌存在较大差异，则激光系统出现异常，则发出警报，本装置不能正常使用；如果两个光斑的形貌基本一致时，本装置可以正常自动检测焦距，并能够自动根据衬底的厚度确定不同衬底的激光焦点位置，实现工艺的稳定性监控，并且减少人工判断带来误差。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其中：

图1是本实用新型位移调节机构位于激光系统上的结构示意图；

图2是本实用新型移调节机构位于片台下方的结构示意图；

图3是本实用新型片台下方和激光系统上均设置有移调节机构的结构示意图。

附图标记：

10、激光系统；20、测距感应器；30、形貌仪；40、片台；50、衬底；60、图像采集及控制系统；70、位移调节机构。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1-3所示，本实用新型的实施例提供了一种激光退火设备自动检焦装置，包括激光系统10、衬底50、与激光系统10配合且用于放置衬底50的片台40、用于检测激光系统10的光斑的形貌仪30、测距感应器20、图像采集及控制系统60；

激光系统10与片台40之间的距离可调节，激光系统10与形貌仪30之间的距离可调节，测距感应器20用于测量激光系统10的激光镜头到形貌仪30、片台40或衬底50的距离；

激光系统10、测距感应器20、形貌仪30、片台40均与图像采集及控制系统60信号连接。

其中，形貌仪30用于采集激光系统10的激光镜头照射到形貌仪30的接收器上的激光光斑；测距感应器20用于探测激光系统10的激光镜头到形貌仪30或片台40的距离；片台40用于承载固定工艺片。图像采集处理系统通过采集保存形貌仪30的光斑，分析处理计算光斑的大小及亮度，并发送指令，来调节激光系统与片台之间距离。

具体来说，工作时，激光系统10的激光光路照射在形貌仪30上，形貌仪30可以固定设置在片台40上，也可以与片台40独立设置；当形貌仪30可以固定设置在片台40上，通过调整激光系统10与片台40之间距离测试不同光路距离下激光光斑的图像；图像采集及控制系统通过测距感应器20的反馈，确定最小光斑位置(激光焦点位置)并保存为样本光斑，实现焦距的自动检测。

当焦点位置的光斑形貌(样本光斑的光斑形貌)与激光光路设计的形貌(在设计激光退火工艺时，设计的照到衬底的光斑形状即为激光光路设计的形貌，简称设计光斑的形貌)存在较大差异时，图像采集及控制系统60发出警报，需要对该装置进行检查；当焦点位置的光斑形貌(样本光斑)与激光光路设计的形貌(设计光斑)基本一致，测距感应器20以确定的焦点位置，量测激光系统10与形貌仪30之间的距离并传输至图像采集及控制系统60，该距离就是激光束光的焦距，即实现该设备的自动检焦。

衬底50放入片台40后，测距感应器20在片台40上方以上述确定的焦距，量测衬底50与激光系统10的距离，图像采集及控制系统60控制激光系统与衬底50之间的距离，使得衬底50表面的光斑为最小光斑(激光焦点)；图像采集及控制系统60会自动根据衬底50的厚度确定不同衬底50的激光焦点，减少人工判断带来误差。

在一个实施方式中，形貌仪30设置在激光系统10下方且与激光系统10发射的激光配合。

在一个实施方式中，形貌仪30设置在激光系统10下方且与激光系统10发射的激光配合。

在一个实施方式中，激光系统10的激光光路垂直照射到形貌仪30上。

如图1所示，在一个实施方式中，激光系统10位于片台40上方，形貌仪30固定在片台40上，片台40为高度固定且水平方向能够移动的运动平台，激光系统10上设置有调节激光系统10高度的位移调节机构70，位移调节机构70与图像采集及控制系统60信号连接。

具体来说，片台(也叫运动台)在平面方向移动来完成工作。在本实施例中，激光系统没有XY方向的位移，只有Z方向(高度方向)的位移，检测光斑时形貌仪在激光下方位置确保激光垂直入射，片台可以做XY方向的移动，然后水平移动片台，使片台在激光下方进行后续工作。

在一个实施方式中，激光系统10位于片台40上方，形貌仪30与片台40分开独立设置，片台40为高度固定且水平方向能够移动的运动平台，形貌仪30高度与片台高度相同且水平方向可移动，使得形貌仪30水平移动的机构为常规的水平移动机构，如移动气缸、电动推杆等，激光系统10上设置有调节激光系统10高度的位移调节机构70，位移调节机构70与图像采集及控制系统60信号连接

具体来说，激光系统没有XY方向的位移，只有Z方向(高度方向)的位移，检测光斑时形貌仪在激光下方位置确保激光垂直入射，片台可以做XY方向的移动，由于形貌仪与片台分开独立设置，检测完光斑之后把形貌仪移走，然后水平移动片台，使片台在激光下方进行后续工作。

如图2所示，在一个实施方式中，激光系统10位于片台40上方，且激光系统10固定设置，片台40为高度不固定且水平方向能够移动的运动平台，形貌仪30固定在片台40上，片台40下方设置有调节片台40高度的位移调节机构70，位移调节机构70与图像采集及控制系统60信号连接。

在一个实施方式中，激光系统10位于片台40上方，且激光系统10固定设置，片台40为高度不固定且水平方向能够移动的运动平台，形貌仪30与片台40分开独立设置，形貌仪30高度不固定且水平方向能够移动，片台40和形貌仪30下方均设置有调节高度的位移调节机构70，位移调节机构70与图像采集及控制系统60信号连接。

如图3所示，在一个实施方式中，激光系统10位于片台40上方，形貌仪30固定在片台40上，片台为高度不固定且水平方向能够移动的运动平台，激光系统10和片台40上均设置有高度可调节的位移调节机构70，位移调节机构70与图像采集及控制系统60信号连接。

在一个实施方式中，位移调节机构70为与图像采集及控制系统60信号连接的升降气缸、电动油缸升降器、剪叉升降机、滚珠丝杆螺旋升降机、伺服电机升降机构及步进电机升降机构中的一种。

在一个实施方式中，测距感应器20固定设置在激光系统10一侧。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本实用新型，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本实用新型的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.一种激光退火设备自动检焦装置，其特征在于，包括激光系统、衬底、与所述激光系统配合且用于放置所述衬底的片台、用于检测所述激光系统的光斑的形貌仪、测距感应器、图像采集及控制系统；

所述激光系统与所述片台之间的距离可调节，所述激光系统与所述形貌仪之间的距离可调节，所述测距感应器用于测量激光系统的激光镜头到所述形貌仪、所述片台或所述衬底的距离；

所述激光系统、测距感应器、形貌仪、片台均与图像采集及控制系统信号连接。

2.根据权利要求1所述的激光退火设备自动检焦装置，其特征在于，所述形貌仪设置在所述激光系统下方且与所述激光系统发射的激光配合。

3.根据权利要求2所述的激光退火设备自动检焦装置，其特征在于，所述激光系统的激光光路垂直照射到所述形貌仪上。

4.根据权利要求1所述的激光退火设备自动检焦装置，其特征在于，所述激光系统位于片台上方，所述形貌仪固定在所述片台上，所述激光系统上设置有调节所述激光系统高度的位移调节机构，所述片台为高度固定且水平方向能够移动的运动平台，所述位移调节机构与所述图像采集及控制系统信号连接。

5.根据权利要求1所述的激光退火设备自动检焦装置，其特征在于，所述激光系统位于所述片台上方，所述形貌仪与所述片台分开独立设置，所述片台为高度固定且水平方向能够移动的运动平台，所述形貌仪为高度与片台高度相同且水平方向可移动，所述激光系统上设置有调节所述激光系统高度的位移调节机构，所述位移调节机构与所述图像采集及控制系统信号连接。

6.根据权利要求1所述的激光退火设备自动检焦装置，其特征在于，所述激光系统位于所述片台上方，且所述激光系统固定设置，所述片台为高度不固定且水平方向能够移动的运动平台，所述形貌仪固定在所述片台上，所述片台上设置有调节所述片台高度的位移调节机构，所述位移调节机构与所述图像采集及控制系统信号连接。

7.根据权利要求1所述的激光退火设备自动检焦装置，其特征在于，所述激光系统位于所述片台上方，且所述激光系统固定设置，所述片台为高度不固定且水平方向能够移动的运动平台，所述形貌仪与所述片台分开独立设置，所述形貌仪高度不固定且水平方向能够移动，所述片台和所述形貌仪下方均设置有调节高度的位移调节机构，所述位移调节机构与所述图像采集及控制系统信号连接。

8.根据权利要求1所述的激光退火设备自动检焦装置，其特征在于，所述激光系统位于所述片台上方，所述形貌仪固定在所述片台上，所述片台为高度不固定且水平方向能够移动的运动平台，所述激光系统和所述片台上均设置有高度可调节的位移调节机构，所述位移调节机构与图像采集及控制系统信号连接。

9.根据权利要求4-8任一权利要求所述的激光退火设备自动检焦装置，其特征在于，所述位移调节机构为与图像采集及控制系统信号连接的升降气缸、电动油缸升降器、剪叉升降机、滚珠丝杆螺旋升降机、伺服电机升降机构及步进电机升降机构中的一种。

10.根据权利要求1-8任一权利所述的激光退火设备自动检焦装置，其特征在于，所述测距感应器固定设置在激光系统一侧。

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