CN113791528B - 基于机器人的光刻装置和光刻方法 - Google Patents

Abstract

一种基于机器人的光刻装置和光刻方法，该光刻装置包括机器人、光源和工作台，机器人具有至少两个方向的自由度，且机器人与工作台相对；光源和待曝光工件的其中一者设置于机器人，另一者设置于工作台；机器人用于根据待曝光工件的形状在至少一个方向上运动，以使光源对待曝光工件进行多个区域的曝光。在光刻时，机器人可以带动光源和待曝光工件中的一者相对另一者移动，以使得光源能对待曝光工件的不同区域分别进行曝光，使得具有复杂多变的结构和形状的待曝光工件也可以进行良好的曝光，能实时调整光源和待曝光工件的相对位置，对于复杂结构和外形的工件也能够满足光刻需求。

Description

基于机器人的光刻装置和光刻方法

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，尤其涉及一种基于机器人的光刻装置和光刻方法。

背景技术

目前的光刻设备通常是将光源和待曝光工件固定，难以实时调整两者的相对位置，另外，对于复杂结构和外形的工件而言，难以满足光刻需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于机器人的光刻装置和光刻方法，能实时调整光源和待曝光工件的相对位置，对于复杂结构和外形的工件也能够满足光刻需求。

为实现本发明的目的，本发明提供了如下的技术方案：

第一方面，本发明提供一种基于机器人的光刻装置，包括机器人、光源和工作台，所述机器人具有至少两个方向的自由度，且所述机器人与所述工作台相对；所述光源和待曝光工件的其中一者设置于所述机器人，另一者设置于所述工作台；所述机器人用于根据所述待曝光工件的形状在至少一个方向上运动，以使所述光源对所述待曝光工件进行多个区域的曝光。

一种实施方式中，所述光刻装置还包括工装夹具，所述光源或所述待曝光工件通过所述工装夹具固定在所述机器人上。

一种实施方式中，所述工装夹具还用于安装固定掩膜版，所述光源发射的光线透过所述掩膜版照射在所述待曝光工件上。

一种实施方式中，所述工作台具有至少一个方向的自由度。

一种实施方式中，所述光刻装置还包括外壳，所述外壳包括容纳腔，所述容纳腔内为真空环境，所述机器人、所述光源和所述工作台均容置于所述容纳腔。

第二方面，本发明还提供一种基于机器人的光刻方法，包括：

提供机器人和工作台，所述机器人具有至少两个方向的自由度，且所述机器人与所述工作台相对；

将光源和待曝光工作的其中一者设置于所述机器人，另一者设置于所述工作台；

所述机器人根据所述待曝光工件的形状在至少一个方向上运动，以使所述光源对所述待曝光工件进行多个区域的曝光。

一种实施方式中，还包括：提供工装夹具，将所述光源或所述待曝光工件通过所述工装夹具固定在所述机器人上。

一种实施方式中，还包括：将掩膜版安装固定在所述工装夹具上。

一种实施方式中，所述工作台具有至少一个方向的自由度。

一种实施方式中，还包括：提供外壳，所述外壳包括容纳腔，所述容纳腔内为真空环境；将所述机器人、所述光源和所述工作台均容置于所述容纳腔。

本发明实施例通过设置具有至少两个自由度的机器人，并将光源和待曝光工件中的一者设置于机器人，另一者设置于工作台，在光刻时，机器人可以带动光源和待曝光工件中的一者相对另一者移动，以使得光源能对待曝光工件的不同区域分别进行曝光，使得具有复杂多变的结构和形状的待曝光工件也可以进行良好的曝光，能实时调整光源和待曝光工件的相对位置，对于复杂结构和外形的工件也能够满足光刻需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种实施例的基于机器人的光刻装置的结构示意图。

附图标记说明：

10-外壳，15-透明视窗；20-机器人，25-工装夹具；30-光源，35-光缆；40-工作台，45-支撑凸台；50-待曝光工件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，本发明实施例提供一种基于机器人20的光刻装置，包括机器人20、光源30和工作台40。

机器人20具有至少两个方向的自由度，且机器人20与工作台40相对。光源30和待曝光工件50的其中一者设置于机器人20，另一者设置于工作台40；机器人20用于根据待曝光工件50的形状在至少一个方向上运动，以使光源30对待曝光工件50进行多个区域的曝光。

机器人20为具有X轴、Y轴、Z轴的三个方向自由度中至少两个方向自由度的结构，其中，三个方向可为平移或转动。机器人20的结构可包括如处理器等控制机构、电机等驱动机构、机械臂等执行机构构成，本发明对机器人20的具体结构不做具体限定。控制机构可根据程序控制驱动机构驱动执行机构移动或转动。

光源30为目前任意可进行曝光的光，例如准分子激光、紫外光等。光源30具体可包括激光发生器和镜头，激光发生器用于发出光线，镜头内可具有多个透镜，镜头用于对光线进行准直等操作，使得光线能够用于曝光。在一些情形下，也可通过光缆35将光线导入光源30，即激光发生器发出的光线通过光缆35传输到用于曝光的光源30处。光源30设置于机器人20，具体可为光源30固定在机器人20的如机械臂等执行机构上，通过机械臂的移动带动光源30的移动。

工作台40作为结构支撑基础，可将机器人20安装在工作台40上，工作台40可包括支撑凸台45，支撑凸台45可相对工作台40的主体活动，光源30或待曝光工件50可设置在该支撑凸台45上。

待曝光工件50可为任意需要进行光刻的工件，包括但不限于金属、半导体、硅晶圆、玻璃、蓝宝石等。具体而言，光刻工艺为在待曝光工件50表面涂布光刻胶，然后对该光刻胶进行曝光，根据光刻胶的性质不同，可分为正性光刻胶和负性光刻胶，正性光刻胶被曝光部分在后续显影工艺中会被显影液去除，未被曝光部分被保留，而负性光刻胶则反过来，负性光刻胶被曝光部分被保留，而未被曝光部分在后续显影工艺中会被显影液去除。待曝光工件50的结构和形状可以具有变化，具体而言，其结构可以是复杂多变的，而非如常规的平板状，可具有凹凸不平的结构，其形状也可以是复杂多变的，可为多个平面的组合，如多个互相呈夹角的平面的组合，也可为自由曲面等形状。

本发明实施例通过设置具有至少两个自由度的机器人20，并将光源30和待曝光工件50中的一者设置于机器人20，另一者设置于工作台40，在光刻时，机器人20可以带动光源30和待曝光工件50中的一者相对另一者移动，以使得光源30能对待曝光工件50的不同区域分别进行曝光，使得具有复杂多变的结构和形状的待曝光工件50也可以进行良好的曝光，能实时调整光源30和待曝光工件50的相对位置，对于复杂结构和外形的工件也能够满足光刻需求。

一种实施例中，光刻装置还包括工装夹具25，光源30或待曝光工件50通过工装夹具25固定在机器人20上。具体的，工装夹具25可为包括螺接固定结构、孔轴固定结构、卡接固定结构等任意可行的结构，本发明对工装夹具25的具体结构不做限制。工装夹具25一方面固定在机器人20的机械臂等执行机构上，另一方面，又用于固定光源30或待曝光工件50，从而实现光源30与机器人20的安装固定。通过工装夹具25将光源30或待曝光工件50固定至机器人20，能方便的实现光源30或待曝光工件50的安装固定。

可选的，工作台40上亦可设置有对应的工装夹具(图中未示出)，在机器人20上通过工装夹具25固定光源30或待曝光工件50时，两者中的另一者也可通过工装夹具安装固定到工作台40上，两种工装夹具可相同也可不同。

一种实施例中，工装夹具25还用于安装固定掩膜版，光源30发射的光线透过掩膜版照射在待曝光工件50上。具体的，在光源30照射待曝光工件50上的光刻胶时，是通过掩膜版对光源30的光线进行不同区域的透光和不透光，从而实现光刻胶具有曝光区域和未曝光区域，以便后续进行显影、蚀刻等工艺，实现对待曝光工件50的表面结构和形状的制作。当光源30固定在机器人20上的工装夹具25上时，待曝光工件50设置在工作台40上，掩膜版也固定在工装夹具25上，使得掩膜版和光源30具有良好的对应关系，以便于在待曝光工件50上进行曝光并得到所需的图形。当待曝光工件50固定在机器人20上的工装夹具25上时，光源30设置在工作台40上，掩膜版设置在工装夹具25上，能使得掩膜版与待曝光工件50具有良好的对应关系，也可便于在待曝光工件50上进行曝光并得到所需的图形。

一种实施例中，工作台40具有至少一个方向的自由度。光源30或待曝光工件50设置在工作台40上，具体可设置在支撑凸台45上，工作台40具有X轴、Y轴和Z轴的至少一个方向的自由度，可为工作台40整体具有至少一个方向的自由度，也可为支撑凸台45具有至少一个方向的自由度。

可选的，当机器人20具有X轴、Y轴、Z轴中的两个方向的自由度时，工作台40可具有第三个方向的自由度，例如，机器人20具有X轴和Y轴方向的自由度时，工作台40可具有Z轴方向的自由度，如此，通过机器人20和工作台40的相互移动的配合，可实现三维空间上的任意位置的移动，从而可实现光源30和待曝光工件50在三维空间上的相对位置调整，从而可满足任意结构和形状的待曝光工件50的曝光。

可选的，当机器人20具有X轴、Y轴、Z轴的平移和转动的所有自由度时，工作台40的自由度可不做限制，如此，可根据需要灵活的调整机器人20和工作台40的自由度，以便加快对待曝光工件50的曝光速度。

一种实施例中，光刻装置还包括外壳10，外壳10包括容纳腔，容纳腔内为真空环境，机器人20、光源30和工作台40均容置于容纳腔。在真空环境中进行曝光操作，能减小环境干扰，提高待曝光工件50的曝光质量。

其他实施例中，容纳腔内也可不设为真空环境。

其他实施例中，也可不设外壳10。

一种实施例中，外壳10上可设透明视窗15，可透过透明视窗15查看容纳腔内的机器人20和工作台40的状况，便于随时监控生产情况。

基于相同的发明构思，请参考图1，本发明实施例还提供一种基于机器人20的光刻方法，该光刻方法采用前述的光刻装置进行。该光刻方法包括：

提供机器人20和工作台40，机器人20具有至少两个方向的自由度，且机器人20与工作台40相对；

将光源30和待曝光工作的其中一者设置于机器人20，另一者设置于工作台40；

机器人20根据待曝光工件50的形状在至少一个方向上运动，以使光源30对待曝光工件50进行多个区域的曝光。

本实施例中的机器人20、工作台40、光源30、待曝光工件50等结构的具体设置可参考前述说明即可，此处不再赘述。

本发明实施例通过设置具有至少两个自由度的机器人20，并将光源30和待曝光工件50中的一者设置于机器人20，另一者设置于工作台40，在光刻时，机器人20可以带动光源30和待曝光工件50中的一者相对另一者移动，以使得光源30能对待曝光工件50的不同区域分别进行曝光，使得具有复杂多变的结构和形状的待曝光工件50也可以进行良好的曝光，能实时调整光源30和待曝光工件50的相对位置，对于复杂结构和外形的工件也能够满足光刻需求。

一种实施例中，该光刻方法还包括：提供工装夹具25，将光源30或待曝光工件50通过工装夹具25固定在机器人20上。

一种实施例中，该光刻方法还包括：将掩膜版安装固定在工装夹具25上。

一种实施例中，工作台40具有至少一个方向的自由度。

一种实施例中，该光刻方法还包括：提供外壳10，外壳10包括容纳腔，容纳腔内为真空环境；将机器人20、光源30和工作台40均容置于容纳腔。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种基于机器人的光刻装置，其特征在于，包括机器人、光源和工作台，所述机器人具有至少两个方向的自由度，且所述机器人与所述工作台相对；所述光源和待曝光工件的其中一者设置于所述机器人，另一者设置于所述工作台；所述机器人用于根据所述待曝光工件的形状在至少一个方向上运动，以使所述光源对所述待曝光工件进行多个区域的曝光；所述光刻装置还包括工装夹具，所述光源或所述待曝光工件通过所述工装夹具固定在所述机器人上；所述工装夹具还用于安装固定掩膜版，所述光源发射的光线透过所述掩膜版照射在所述待曝光工件上；

所述掩膜版与所述光源均通过所述工装夹具固定在所述机器人上，且所述待曝光工件设置在所述工作台上时，所述掩膜版与所述光源具有对应关系；

所述掩膜版和所述待曝光工件均通过所述工装夹具固定在所述机器人上，且所述光源设置在所述工作台上时，所述掩膜版与所述待曝光工件具有对应关系。

2.如权利要求1所述的光刻装置，其特征在于，所述工作台具有至少一个方向的自由度。

3.如权利要求1所述的光刻装置，其特征在于，所述光刻装置还包括外壳，所述外壳包括容纳腔，所述容纳腔内为真空环境，所述机器人、所述光源和所述工作台均容置于所述容纳腔。

4.一种基于机器人的光刻方法，其特征在于，包括：

提供机器人和工作台，所述机器人具有至少两个方向的自由度，且所述机器人与所述工作台相对；

将光源和待曝光工件的其中一者设置于所述机器人，另一者设置于所述工作台；

所述机器人根据所述待曝光工件的形状在至少一个方向上运动，以使所述光源对所述待曝光工件进行多个区域的曝光；

所述光刻方法还包括：

提供工装夹具，将所述光源或所述待曝光工件通过所述工装夹具固定在所述机器人上；

将掩膜版安装固定在所述工装夹具上；

其中，所述掩膜版与所述光源均通过所述工装夹具固定在所述机器人上，且所述待曝光工件设置在所述工作台上时，所述掩膜版与所述光源具有对应关系；

所述掩膜版和所述待曝光工件均通过所述工装夹具固定在所述机器人上，且所述光源设置在所述工作台上时，所述掩膜版与所述待曝光工件具有对应关系。

5.如权利要求4所述的光刻方法，其特征在于，所述工作台具有至少一个方向的自由度。

6.如权利要求4所述的光刻方法，其特征在于，还包括：

提供外壳，所述外壳包括容纳腔，所述容纳腔内为真空环境；

将所述机器人、所述光源和所述工作台均容置于所述容纳腔。