创视智能光谱共焦位移传感器在硅光芯片自动耦合测试设备中的应用

在硅光芯片制造过程中，晶圆完成流片后，需要逐颗切割并进行光学性能测试。其中，光纤与芯片光栅耦合器之间的精准对准，是决定测试效率与结果稳定性的关键环节。

长期以来，行业大量依赖人工完成光耦合测试，这种方式不仅耗时，而且高度依赖人员经验。因此，越来越多设备厂商开始引入硅光芯片自动耦合测试设备，通过视觉定位、多轴运动平台与高精度测距技术，实现硅光芯片的自动耦合与测试。

硅光芯片耦合窗口极小，尤其在光栅耦合场景中，光纤与光栅入口之间通常只有数微米级容差，Z方向高度偏差稍大，便可能导致光信号完全无法进入波导。

主流自动耦合设备通常会采用“视觉粗定位 + 精确测高 + 主动寻光”的组合路径。

在耦合开始前，设备中的X轴、Y轴相机与高倍率Z轴相机会先对光纤与硅光芯片的位置进行初步识别与粗定位，而后通过精确测距组件实时获取光纤端面高度、光栅区域表面高度、芯片位置变化和Z方向间距信息，从而建立可靠的初始耦合高度基准。

对于自动耦合设备而言，耦合辅助测高不仅影响单颗芯片测试时间，更直接影响耦合成功率、测试一致性、自动化节拍和设备整体产能。

因此，高精度、稳定的在线测高能力，逐渐成为硅光自动耦合设备中的核心组成部分。

硅光自动耦合设备需要面对的挑战包括：镜面高反射硅表面、微米级光栅结构、微小器件区域、高倍率精密运动平台。

传统激光测距方式容易受到表面反射、结构尺寸与测量角度影响，稳定性不足。

相比之下，光谱共焦位移传感器凭借其非接触、高精度、高稳定性的特点，更适用于自动耦合场景中的辅助测高需求。

其核心原理是：白色点光源经过同轴色散光学系统后，不同波长聚焦于不同高度位置，仅有处于被测位置的特定波长光能够返回光谱仪。系统通过解析返回波长，即可实现高精度距离测量。

由于采用同轴光路设计，光谱共焦对镜面、高反射目标具有良好适应性，同时能够稳定测量微小结构区域，非常适合硅光芯片与光栅区域的精密定位。

针对硅光芯片自动耦合设备中的耦合辅助测高需求，创视智能 TS-C 系列光谱共焦位移传感器可提供高精度、高稳定性的实时距离检测能力。

3.1  3nm重复精度

耦合测试对Z轴间隙控制精度的行业基准约为±0.5微米。3 nm的重复精度量级较工艺要求高出两个数量级，保障微米级定位目标的稳定达成。

3.2  最高32kHz采样频率与动态响应能力

自动耦合过程中，Z轴伺服驱动的闭环更新率通常要求在数kHz级别。最高32 kHz的采样频率，可实现微秒级响应的实时距离调节。当设备完成单芯片耦合并切换至下一测试点时，高速测距能力可直接压缩Z轴的快速趋近时间。

3.3  ±60°最大测量角度

对于光纤夹持引入的小角度偏差，±60°的角度容差彻底消除了因测量角度限制而导致的信号跌落风险，为自动化设备的机械装配与系统标定提供了充足的工程容忍空间。

3.4  宽量程与参考距离选项

创视智能TS-C系列有多款不同测量范围和参考距离的探头，可适配不同自动耦合设备在空间布局、运动机构及工艺窗口上的差异化需求。设备集成方可根据平台行程空间与测量节点位置选择最适探头，无需使用垫块或机械转接件，显著简化了传感器安装的工程复杂度。

3.5  探头纯光学无源设计

探头内部不含电气元件，通过光纤与控制器连接，具备天然的电磁抗干扰能力，适用于耦合设备中可能存在大功率驱动或高频探针的混合电气环境。

3.6  小口径探头支持紧凑布局

最小探头口径Φ3.8mm，适合在光纤夹具周边有限空间内并排布置，为多通道并行测高或冗余测量提供布局可行性。

将光谱共焦位移传感器集成至自动耦合设备的Z轴闭环控制系统中，设备能够获得：

更快的耦合节拍：高速实时测距缩减了开环趋近的时间成本；

更高的耦合良率：精确的间隙控制确保了每次耦合均在最优区间内执行；

更低的碰撞风险：距离信息参与伺服保护，有效防止光纤与芯片意外接触；

更广泛的材料兼容性：无需为不同芯片表面更换或调整测头。

苏州创视智能技术有限公司专注光电测量传感器的自主研发，产品线除光谱共焦位移传感器外，还包括激光三角位移传感器、分光干涉测厚传感器等。在半导体行业，上述产品可应用于晶圆检测、涂胶显影、先进光刻、晶圆键合、晶圆减薄&CMP等精密测量场景：

自动对焦：在晶圆检测或光刻设备中，为物镜提供纳米级离焦量反馈。

超薄晶圆减薄工艺中的测厚：实时监测晶圆减薄后的剩余厚度，控制磨削精度。

晶圆键合层测厚：测量键合界面中间层（氧化物、粘合剂等）的均匀性与厚度。

TSV硅通孔测深：对硅通孔的刻蚀深度进行非接触式测量，确保工艺一致性。

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