CN108762007A - 一种提高曝光产能直写光刻机构及其曝光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高曝光产能直写光刻机构及其曝光方法，能够在不增加光刻机的成本基础上有效的提升曝光所用的时间，可同时完成多于一片板子，两片板子甚至N片板子同时上下板，对准和曝光完成，有效的缩短了基板的曝光时间，提高了直写曝光机的产能，有效的提高了客户生产的产量，同时也能很好的满足曝光图形的质量。

Description

一种提高曝光产能直写光刻机构及其曝光方法

技术领域：

本发明涉及光刻技术领域，尤其涉及一种提高曝光产能直写光刻机构及其曝光方法。

背景技术：

光刻技术是用于在衬底表面上印刷具有特征的构图。这样的衬底可包括用于制造半导体器件、多种集成电路、平面显示器（例如液晶显示器）、电路板、生物芯片、微机械电子芯片、光电子线路芯片等的基片。直写光刻技术以替代传统的掩膜版或菲林底片等曝光的影像直接转移技术，在半导体及PCB生产领域有着非常重要的作用。曝光产能是客户需求的一项重要指标，那么提高直写曝光机曝光产能则变的至关重要。

目前市场上直写曝光多以单台面曝光机或双台面曝光机进行扫描曝光。单台面曝光产能较慢，每一片板曝光需要完成上板，对准，曝光，下板等工序，整个流程时间较长。双台面曝光的方式虽然节省了上下板时间可并行完成曝光和上下板，但是由于系统结构复杂，增加了制造成本，导致客户购买价格和售后保养价格增加。

发明内容：

针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种提高曝光产能直写光刻机构及其曝光方法。

本发明的一种提高曝光产能直写光刻机构，包括多轴运动平台、基板台面、曝光系统、对位系统、底座和龙门机构，所述底座和龙门机构连接，所述底座上设有多轴运动平台，所述多轴运动平台包括y轴运动组件、x轴运动组件及z轴和θ轴组件，所述y轴运动组件固定在底座上，所述x轴运动组件固定在y轴运动组件上，所述z轴和θ轴组件固定在x轴运动组件上，所述基板台面承载放置2片或2片以上曝光基板且固定在z轴和θ轴组件上，所述曝光系统和对位系统分别固定在龙门机构上。

优选的，所述底座为大理石底座。

优选的，所述曝光系统由曝光镜头组成，所述对位系统由CCD相机、对准镜头和照明光源组成，所述CCD相机和对准镜头通过螺纹接口连接，所述照明光源通过螺钉锁紧到对准镜头上。

优选的，所述基板台面上设置定位器，所述定位器通过螺钉锁紧到基板台面上。

本发明的一种提高曝光产能直写光刻机构的曝光方法，包括以下步骤：

（1）将图形曝光基板移动到对应的位置：x轴运动组件带着曝光基板沿着x方向步进移动，y轴运动组件带着曝光基板y方向扫描运动，z轴组件带着曝光基板实现垂直运动，θ轴组件实现曝光基板台面的旋转，实现快速将图形曝光基板移动到对应的位置；

（2）放置曝光基板并完成快速定位：同时放置2-N片的曝光基板到基板台面上，曝光基板通过基板台面上设置的定位器定位；

（3）完成客户图形曝光：放置完成后，对位系统沿着扫描方向快速抓取曝光基板上的对位点，对位完成后对曝光图形变换处理，曝光系统将变换的图形实时呈现到N片基板的指定位置，完成客户图形曝光。

优选的，所述对位系统通过CCD相机沿着扫描方向分别抓取其覆盖对位点区域，得到所有对位点的stage坐标，并对所有坐标点作归一化处理。

优选的，所述曝光系统根据对位点的stage坐标，对所有的图形进行图形变换，将变换后的图形合并成为一个整图，并将该图形曝光到基板1至基板N上，完成图形的曝光。

本发明有益效果：本发明的一种提高曝光产能直写光刻机构及其曝光方法，可同时完成多于一片板子，两片板子甚至N片板子同时上下板，对准和曝光完成，有效的缩短了基板的曝光时间，提高了直写曝光机的产能，能够在不增加光刻机的成本基础上有效的提升曝光所用的时间，包括上下板时间，对位时间和曝光时间，有效的提高了客户生产的产量，同时也能很好的满足曝光图形的质量。

附图说明：

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为提升产能2片曝光基板放置示意图；

图3为提升产能N片曝光基板放置示意图；

图4为逐次放曝光基板4次和4片曝光基板同时放置对比图；

图5为为逐次放曝光基板4次和4片曝光基板同时放置曝光时间对比图；

图6多轴运动平台结构示意图；

图7对位流程和算法说明示意图；

图8曝光流程和算法说明示意图。

图中：1-大理石底座；2-龙门机构；3-曝光系统；4-对位系统；5-x轴运动组件；6-y轴运动组件；7-z轴和θ轴组件；8-基板台面；9-曝光基板；10-定位器；11-对位点。

具体实施方式：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1-8所示，本发明的一种提高曝光产能直写光刻机构及其曝光方法，包括多轴运动平台、基板台面8、曝光系统3、对位系统4、大理石底座1和龙门机构2，所述大理石底座1和龙门机构2连接，所述大理石底座1上设有多轴运动平台，所述多轴运动平台包括y轴运动组件6、x轴运动组件5及z轴和θ轴组件7，所述y轴运动组件6固定在大理石底座1上，所述x轴运动组件5固定在y轴运动组件6上，所述z轴和θ轴组件7固定在x轴运动组件5上，所述基板台面8承载放置2片或2片以上曝光基板8且通过螺钉固定在z轴和θ轴组件7上，所述曝光系统3和对位系统4分别固定在龙门机构2上，所述曝光系统3由曝光镜头组成，所述对位系统4由CCD相机、对准镜头和照明光源组成。

本发明的一种提高曝光产能直写光刻机构的曝光方法，包括以下步骤：

（1）将图形曝光基板9移动到对应的位置：x轴运动组件5带着曝光基板9沿着x方向步进移动，y轴运动组件6带着曝光基板9y方向扫描运动，z轴组件带着曝光基板9实现垂直运动，θ轴组件实现曝光基板9台面的旋转，实现快速将图形曝光基板9移动到对应的位置；

（2）放置曝光基板9并完成快速定位：同时放置2-N片的曝光基板9到基板台面8上，曝光基板9通过基板台面8上设置的定位器10定位；

（3）完成客户图形曝光：放置完成后，对位系统4沿着扫描方向快速抓取曝光基板9上的对位点11，对位完成后对曝光图形变换处理，曝光系统3将变换的图形实时呈现到N片曝光基板9的指定位置，完成客户图形曝光。

具体地，大理石底座1和龙门机构2通过螺钉连接，承载着多轴运动平台和曝光系统3。y轴运动组件6通过螺钉锁紧到大理石底座1上，x轴运动组件5通过螺钉锁紧到y轴运动组件6上，z轴和θ轴组件7通过螺钉锁紧到x轴运动组件5上，构成整个运动系统，其中x轴运动组件5通过其导轨实现带着曝光基板9在x方向步进移动，保证镜头的曝光宽度覆盖到基板的宽度，y轴运动组件6通过其导轨实现带着曝光基板9在y方向扫描运动，实现曝光系统3曝光长度覆盖基板的长度区域，z轴组件通过其导轨实现带着曝光基板9运动到曝光和对位的焦面，θ轴组件通过其导轨实现曝光基板9台面的旋转，实现快速将图形曝光基板9对应的位置。基板台面8承载放置曝光基板9，通过螺钉锁紧到z轴和θ轴组件7上，另外曝光基板9放置到基板台面8上定位靠着基板台面8上的定位标尺，定位标尺通过螺钉锁紧到基板台面8上。曝光系统3由曝光镜头组成，完成曝光基板9在运动过程中，同步的将客户需要的图形实时快速曝光到台面的基板上，曝光系统3通过螺钉锁紧到龙门机构2上，保证曝光系统稳定性。对位系统4，能够快速对基板台面8的多片曝光基板9快速抓取对位点11坐标，完成曝光后图形呈现到曝光基板9指定的位置，其对位系统根据曝光基板9的片数增加所述的对位模块的个数，对位系统3由CCD相机、对准镜头和照明光源组成，CCD相机和对准镜头通过螺纹接口连接，照明光源通过螺钉锁紧到对准镜头上，整个对位系统通过螺钉锁紧到龙门机构2上。

实施例1：如图2所示，可同时放置2片曝光基板9到基板台面8上，实现快速上下板，由于曝光基板9沿着定位器10定位，保证定位精度，放置完成后，对位系统3沿着扫描方向快速抓取曝光基板9上的对位点11，对位完成后对曝光图形变换处理，曝光系统3将变换的图形实时呈现到2片基板的指定位置，完成客户图形曝光。

实施例2：如图3所示，可同时放置N片曝光基板9到承载台面8上，实现快速上下板，由于曝光基板9沿着定位器10定位，保证定位精度，放置完成后，对位系统沿着扫描方向快速抓取曝光基板9上的对位点11，对位完成后对曝光图形变换处理，曝光系统3将变换的图形实时呈现到N片基板的指定位置，完成客户图形曝光。

实施例3：如图4-5所示，逐次放曝光基板4次和4片曝光基板同时放置曝光时间对比表。根据图4中单片曝光基板逐次放置基板4次曝光和四片曝光基板同时放置曝光的模式，列出了具体时间对比表。其中定义上板时间为T1，对位时间为T2，曝光时间为T3，下板时间为T1，根据实际曝光结果4片曝光基板同时放置曝光时间比逐次放置4次曝光基板曝光时间节约了2*（3T1+T2+T3）。

具体地，如图6所示，多轴运动平台除y轴运动组件、x轴运动组件及z轴和θ轴组件外，主要是由直线电机，导轨，激光位置反馈装置等组成，直线电机和导轨通过螺钉锁紧到多轴运动平台的基座上，激光位置反馈装置通过螺钉锁紧到多轴运动平台的动子座上。导轨承载整个多轴运动平台，保证运行的直线度，激光位置反馈装置保证系统运行稳定性和运行的精度。如图7所示，根据放置曝光基板的片数，增加对位系统的CCD相机到ccd_n，对位是沿着图示的对位抓点方向抓取基板的对位点。ccd_1沿着扫描方向抓取ccd_1覆盖对位点区域，ccd_2沿着扫描方向抓取ccd_2覆盖对位点区域，ccd_n沿着扫描方向抓取ccd_n覆盖对位点区域，得到所有对位点的stage坐标，并对所有坐标点作归一化处理。如图8所示，根据上述对位点的stage坐标，对图形1，图形2，….图形n等所有的图形进行图形变换，将变换后的图形合并成为一个整图，曝光系统将该图形曝光到基板1…基板n上，完成图形的曝光。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种提高曝光产能直写光刻机构，其特征在于，包括多轴运动平台、基板台面、曝光系统、对位系统、底座和龙门机构，所述底座和龙门机构连接，所述底座上设有多轴运动平台，所述多轴运动平台包括y轴运动组件、x轴运动组件及z轴和θ轴组件，所述y轴运动组件固定在底座上，所述x轴运动组件固定在y轴运动组件上，所述z轴和θ轴组件固定在x轴运动组件上，所述基板台面承载放置2片或2片以上曝光基板且固定在z轴和θ轴组件上，所述曝光系统和对位系统分别固定在龙门机构上。

2.根据权利要求1所述的一种提高曝光产能直写光刻机构，其特征在于：所述底座为大理石底座。

3.根据权利要求1所述的一种提高曝光产能直写光刻机构，其特征在于：所述曝光系统由曝光镜头组成，所述对位系统由CCD相机、对准镜头和照明光源组成，所述CCD相机和对准镜头通过螺纹接口连接，所述照明光源通过螺钉锁紧到对准镜头上。

4.根据权利要求1所述的一种提高曝光产能直写光刻机构，其特征在于：所述基板台面上设置定位器，所述定位器通过螺钉锁紧到基板台面上。

5.一种提高曝光产能直写光刻机构的曝光方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将图形曝光基板移动到对应的位置：x轴运动组件带着曝光基板沿着x方向步进移动，y轴运动组件带着曝光基板y方向扫描运动，z轴组件带着曝光基板实现垂直运动，θ轴组件实现曝光基板台面的旋转，实现快速将图形曝光基板移动到对应的位置；

（2）放置曝光基板并完成快速定位：同时放置2-N片的曝光基板到基板台面上，曝光基板通过基板台面上设置的定位器定位；

（3）完成客户图形曝光：放置完成后，对位系统沿着扫描方向快速抓取曝光基板上的对位点，对位完成后对曝光图形变换处理，曝光系统将变换的图形实时呈现到N片基板的指定位置，完成客户图形曝光。

6.根据权利要求5所述的一种提高曝光产能直写光刻机构的曝光方法，其特征在于：所述对位系统通过CCD相机沿着扫描方向分别抓取其覆盖对位点区域，得到所有对位点的stage坐标，并对所有坐标点作归一化处理。

7.根据权利要求5所述的一种提高曝光产能直写光刻机构的曝光方法，其特征在于：所述曝光系统根据对位点的stage坐标，对所有的图形进行图形变换，将变换后的图形合并成为一个整图，并将该图形曝光到基板1至基板N上，完成图形的曝光。