一种晶圆激光修调设备的电动功率调节机构的制作方法

本发明涉及半导体激光加工设备，尤其涉及一种晶圆激光修调设备的电动功率调节机构。

背景技术：

1、在晶圆激光修调设备领域中，激光功率的精准调控是保障系统运行稳定性与作业精度的核心环节之一。传统的激光功率调节方案，多采用衰减片叠加、机械光阑调节或普通波片配合偏振元件的方式实现。然而，衰减片叠加调控存在功率调节档位离散、无法实现连续无级调控的缺陷。机械光阑调节虽能改变通光孔径以调控功率，但会破坏激光光束的高斯分布特性，导致光束质量下降，难以满足高精度光学应用场景的需求。

2、例如，公开号为cn207801140u的中国专利公开了一种电动调节的固体激光器，包括产生激光的激光腔体组件、由全反镜半反镜和扩束镜组成的激光输出组件；全反镜、激光腔体组件、半反镜和扩束镜按顺序设置在激光器底座上；全反镜和半反镜均通过调节架设置在激光器底座上，调节架包括：外框，其固定在激光器底座上；内框，其可上下移动的设置在外框内；镜框，其可左右移动的设置在内框中，镜框的中部设置有通孔；外框与内框之间设置有第一电磁铁推拉装置推动内框上下移动，同时设置有第一弹簧组支撑内框弹性回复；内框与镜框之间设置有第二电磁铁推拉装置推动镜框左右移动，同时设置有第二弹簧组支撑所述镜框弹性回复，第一和第二弹簧组均包括3根等间距设置的弹簧。但该方案仍然存在手动调节效率低、精度差及缺乏温漂补偿导致的长期稳定性不足的问题。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种晶圆激光修调设备的电动功率调节机构，用以克服现有技术中手动调节效率低、精度差及缺乏温漂补偿导致的长期稳定性不足的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种晶圆激光修调设备的电动功率调节机构，包括：

3、基座；

4、底座，其与所述基座连接；

5、偏振分光片座，其与所述基座连接；

6、偏振分光片，其安装在所述偏振分光片座上；

7、空气隙零级波片；

8、从动中空同步带轮，其中空内部固定所述空气隙零级波片；

9、铜轴瓦，所述从动中空同步带轮两端面固定在所述铜轴瓦上，所述铜轴瓦固定在所述底座上；

10、主动同步带轮；

11、同步带，所述主动同步带轮通过所述同步带与所述从动中空同步带轮连接；

12、传动轴，其与所述主动同步带轮连接；

13、联轴器，其与所述传动轴连接；

14、减速机，其与所述联轴器连接；

15、步进电机，其与所述减速机连接，所述步进电机、所述减速机、所述联轴器、所述传动轴及所述主动同步带轮依次连接组成动力传动链；

16、张紧轮，其安装在所述底座上，对所述同步带起张紧作用；

17、零点光电开关，其安装在所述底座上；

18、散热块，其安装在所述步进电机表面；

19、电动调控模块，其与所述步进电机、所述零点光电开关及激光功率计连接，用于对调控状态数据进行获取，根据调控状态数据对根据基础目标角度进行生成，对所述基础目标角度进行功率偏差校对，对所述功率偏差校对的过程进行温漂补偿，得到目标旋转角度，并根据目标旋转角度对步进电机进行控制。

20、进一步地，所述空气隙零级波片远离所述从动中空同步带轮的一端与所述偏振分光片相对布置，设定激光入射方向依次穿过所述空气隙零级波片与所述偏振分光片以形成光学衰减通路；所述从动中空同步带轮通过精密轴承安装于所述铜轴瓦内，以提供低摩擦旋转支撑；所述铜轴瓦用以建立结构基准；所述步进电机的输出轴与所述减速机的输入端连接，以降低转速并增大扭矩；所述减速机的输出端通过所述联轴器与所述传动轴的一端连接，以补偿安装误差并传递旋转运动；所述传动轴远离所述联轴器的一端与所述主动同步带轮固定连接，以输出驱动力矩；所述主动同步带轮、所述同步带与所述从动中空同步带轮构成减速传动链带动所述空气隙零级波片旋转；感应片固定于所述主动同步带轮上，以提供位置触发标记；所述零点光电开关与感应片感应配合，以检测原点位置并生成基准信号；所述电动调控模块与所述步进电机的驱动器信号连接，以输出脉冲控制信号，所述电动调控模块与所述零点光电开关信号连接，以获取原点基准位置，所述电动调控模块还与激光功率计信号连接，以采集实时功率反馈数据，通过所述动力传动链带动所述空气隙零级波片旋转至目标角度，实现激光功率的电动调节。

21、进一步地，所述铜轴瓦采用黄铜材料，其线膨胀系数为。

22、进一步地，所述张紧轮对所述同步带施加的张紧力f满足，20n≤f≤30n，所述散热块的热阻值rth满足，rth≤2.5k/w。

23、进一步地，所述电动调控模块包括：

24、数据获取单元，用以对调控状态数据进行获取；

25、基础方案生成单元，用以根据所述调控状态数据中的目标激光功率值与入射激光功率值对基础目标角度进行生成；

26、第一校对单元，用以根据所述调控状态数据中的实时输出功率值对所述基础目标角度进行功率偏差校对，得到校对后旋转角度；

27、第二优化单元，用以根据所述调控状态数据中的绕组温度值对所述功率偏差校对的过程进行温漂补偿，得到目标旋转角度；

28、零点校准单元，用以根据所述零点光电开关的触发信号与感应片的相对位置对原点基准位置进行标定，得到基准原点位置；

29、执行驱动单元，用以将所述目标旋转角度与所述基准原点位置转换为脉冲控制信号，并根据所述脉冲控制信号对所述步进电机进行控制，通过所述动力传动链带动所述空气隙零级波片旋转。

30、进一步地，所述基础方案生成单元根据所述调控状态数据中的目标激光功率值与入射激光功率值对基础目标角度进行生成，包括：

31、根据所述目标激光功率值pt与入射激光功率值pi计算目标透过率，设定，并根据目标透过率tt和马吕斯定律对理论旋转角度θt进行计算，设定，根据所述减速机的减速比rg与所述步进电机的步距角θs对传动系数k进行计算，设定k=θs/rg，还根据传动系数k和理论旋转角度θt对基础目标角度θb进行计算，设定θb=θt/k。

32、进一步地，所述第一校对单元根据所述调控状态数据中的实时输出功率值对所述基础目标角度进行功率偏差校对，得到校对后旋转角度，包括：

33、根据所述实时输出功率值pr与所述目标激光功率值pt的功率偏差值δp进行计算，设定δp=pr-pt，将所述功率偏差值δp与第一预设容差值rc1和第二预设容差值rc2进行比对，根据比对结果对功率偏差程度的达标情况进行判断，并根据判断结果对所述基础目标角度进行功率偏差校对，其中：

34、当rc1≤δp≤rc2时，所述第一校对单元判定所述功率偏差程度的达标情况为达标，不对所述基础目标角度进行功率偏差校对；

35、当δp＜rc1时，所述第一校对单元判定所述功率偏差程度的达标情况为不达标，对所述基础目标角度进行功率偏差校对：根据功率-角度敏感度系数s计算角度修正量δθ，设定δθ=δp/s，并根据角度修正量δθ对校对后旋转角度θc进行计算，设定θc=θb-δθ；

36、当δp＞rc2时，所述第一校对单元判定所述功率偏差程度的达标情况为不达标，对所述基础目标角度进行功率偏差校对：根据功率-角度敏感度系数s计算角度修正量δθ，设定δθ=δp/s，并根据角度修正量δθ对校对后旋转角度θc进行计算，设定θc=θb-δθ。

37、进一步地，所述第二优化单元根据所述调控状态数据中的绕组温度值对所述功率偏差校对的过程进行温漂补偿，得到目标旋转角度，包括：

38、根据所述绕组温度值tr和基准温度tb对温度偏差值δt进行计算，δt=tr-tb，将所述温度偏差值δt与预设温漂值δtth进行比对，根据比对结果对温漂影响程度的显著情况进行判断，并根据判断结果对所述功率偏差校对过程进行温漂补偿，其中：

39、当δt≤δtth时，所述第二优化单元判定所述温漂影响程度的显著情况为不显著，不对所述功率偏差校对的过程进行温漂补偿；

40、当δt＞δtth时，所述第二优化单元判定所述温漂影响程度的显著情况为显著，对所述功率偏差校对过程进行温漂补偿：根据线膨胀系数α计算热膨胀补偿量δθth，设定δθth=α×l×δt×wm，其中l为所述传动轴的有效长度，wm为机械传动误差放大系数，并根据热膨胀补偿量δθth对校对后旋转角度θc进行温漂补偿，得到目标旋转角度θm，设定θm=θc+δθth。

41、进一步地，所述零点校准单元控制所述步进电机以寻原点转速vh旋转，当所述感应片触发所述零点光电开关产生下降沿信号时，记录当前位置为临时原点，控制所述步进电机反向旋转脱开距离d，再次控制所述步进电机正向旋转以低速寻原转速vl逼近所述零点光电开关，当所述零点光电开关再次被触发时，将当前机械位置标定为基准原点位置p0。

42、进一步地，所述执行驱动单元以所述基准原点位置p0为绝对脉冲坐标系原点，根据所述目标旋转角度θm及所述步进电机的细分数n、步距角θs计算目标脉冲位置pm，设定pm=θm×n/θs，并根据所述目标脉冲位置pm与所述绝对脉冲坐标系原点p0的坐标差值计算从原点出发的脉冲数np，设定np=pm-p0，并根据脉冲数生成脉冲控制信号，控制步进驱动器按所述脉冲数np驱动所述步进电机从所述绝对脉冲坐标系原点p0出发旋转至所述目标脉冲位置pm，通过所述减速机、所述联轴器、所述传动轴、所述主动同步带轮、所述同步带带动所述从动中空同步带轮旋转，进而带动所述空气隙零级波片旋转至目标角度。

43、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，所述基座用于为所述底座及所述偏振分光片座提供结构支撑与安装基准，确保光学元件与传动部件的空间位置稳定性；所述底座用于承载所述铜轴瓦、所述张紧轮及所述零点光电开关，为所述动力传动链提供刚性安装平台；所述偏振分光片座用于为所述偏振分光片提供精密定位安装面，确保所述偏振分光片的光轴与所述空气隙零级波片的光轴垂直对准；所述偏振分光片用于将经过所述空气隙零级波片调制后的激光束按偏振态进行分光，实现激光功率的衰减输出；所述空气隙零级波片用于通过旋转改变出射激光的偏振方向，配合所述偏振分光片实现激光功率的连续无级调节，并保持光束的高斯分布特性；所述从动中空同步带轮用于通过中空结构承载并固定所述空气隙零级波片，在所述同步带驱动下带动所述空气隙零级波片精确旋转，实现角度调节功能；所述铜轴瓦用于通过精密轴承为所述从动中空同步带轮提供低摩擦旋转支撑，限制径向跳动，确保所述空气隙零级波片的旋转同心度误差小于5μm；所述主动同步带轮用于接收所述传动轴传递的扭矩，通过所述同步带将旋转运动传递至所述从动中空同步带轮，实现减速增扭传动；所述同步带用于在所述主动同步带轮与所述从动中空同步带轮之间传递旋转运动，通过弹性变形吸收振动，保证传动同步性；所述传动轴用于在所述联轴器与所述主动同步带轮之间传递扭矩，承载旋转载荷；所述联轴器用于补偿所述减速机输出轴与所述传动轴之间的安装同轴度误差，传递扭矩并保护减速机轴承；所述减速机用于降低所述步进电机的输出转速，增大输出扭矩，提高角度控制分辨率；所述步进电机用于根据所述脉冲控制信号提供精确的步进角度输出，驱动所述动力传动链带动所述空气隙零级波片旋转至目标角度；所述张紧轮用于对所述同步带施加恒定张紧力，消除带侧间隙，防止所述同步带与带轮之间产生相对滑移；所述零点光电开关用于检测感应片的位置信号，产生原点触发信号，为所述空气隙零级波片提供角度参考零点；所述散热块用于通过热传导降低所述步进电机的绕组温度，抑制温升引起的热膨胀误差，确保角度控制精度；通过所述电动调控模块对所述步进电机进行闭环控制，带动所述空气隙零级波片旋转，实现激光功率的高精度、自动化调控，解决现有技术中手动调节效率低、精度差及缺乏温漂补偿导致的长期稳定性不足的问题；

44、尤其，所述电动调控模块通过数据获取单元对目标激光功率值、入射激光功率值、实时输出功率值及绕组温度值进行实时自动化获取，替代人工读数与记录，消除人为操作延迟与误读，提升功率调控的实时性与自动化程度，解决手动调节效率低的技术问题；所述电动调控模块还通过基础方案生成单元根据马吕斯定律建立理论衰减模型，将目标功率值直接映射为波片理论旋转角度，实现功率－角度的量化自动换算，杜绝人工估算与查表计算的随意性，为后续闭环校正提供精确基准，解决手动调节精度差的技术问题；所述电动调控模块还通过第一校对单元根据实时输出功率反馈值对理论旋转角度进行动态偏差校正，构建功率闭环控制回路，实时消除光学元件安装误差、光源波动及机械传动间隙导致的功率偏差，确保实际输出功率与目标值一致，解决手动调节无法实时反馈修正导致的精度差问题；所述电动调控模块还通过第二优化单元根据绕组温度值对温漂引起的机械热膨胀进行量化补偿，自适应修正因温度变化导致的传动轴与铜轴瓦热膨胀差异，抑制长期运行中的角度漂移，提升机构在变温环境下的长期稳定性，解决缺乏温漂补偿导致的长期稳定性不足问题；所述电动调控模块还通过零点校准单元对原点基准位置进行自动标定，消除步进电机失步及机械回程间隙的累积误差，确保每次上电或复位后的角度参考基准唯一且可重复，为长期运行的角度精度提供可靠的零点基准，解决手动调节难以保证重复定位精度的问题；所述电动调控模块还通过执行驱动单元将优化后的目标旋转角度转换为高精度脉冲控制信号，驱动步进电机带动空气隙零级波片精确旋转，实现激光功率的连续无级电动调节，避免人工手动旋转波片的低效率与操作误差，提升功率调节的分辨率与响应速度，解决手动调节效率低、精度差的技术问题。