CN115113491A - 无掩模版光刻设备和无掩模版光刻的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种无掩模版光刻设备和无掩模版光刻的方法，无掩模版光刻设备包括自动化传输线、旋转加工平台、图像定位系统、数据处理系统和曝光系统，其中，自动化传输线，用于输入和输出所需要加工的电池片；旋转加工平台，用于将所述电池片传输至不同的加工工位；图像定位系统，用于将所述电池片的位置、尺寸和图形信息进行成像处理；数据处理系统，用于根据电池片成像信息调整曝光参数并编辑曝光图形；曝光系统，用于根据所述曝光参数和所述曝光图形对所述电池片进行曝光。本发明的设备和方法，无需采用掩模版来实现对太阳能电池片的曝光，可节约材料成本、储存成本以及生产更换物料时间，提高产品生产良率和效率。

Description

无掩模版光刻设备和无掩模版光刻的方法
技术领域
本发明涉及光刻技术领域，尤其是涉及一种无掩膜版光刻设备和无掩模版光刻的方法。
背景技术
太阳能电池的掩膜图形化方案大都采用光刻、显影工艺来完成，而光刻工艺一般是采用掩膜版以及相应的光刻设备进行曝光，其掩膜可以是光致抗蚀材料。其一般的加工过程：首先将光致抗蚀材料涂覆于太阳能电池表面，将需要制作的图形刻画在掩膜版上，经过曝光机曝光以及显影清洗后，在太阳能电池表面形成所需图形。
以上的光刻工艺需要使用掩膜版来制作所需要的图形，这种技术方案在实际应用中存在以下问题：
(1)需要特定的掩膜版，是工艺耗材；
(2)掩膜版需要真空吸附，影响加工耗时；
(3)切换图形需要更替掩膜版，不够便捷；
(4)加工过程针对基板的位置需要机械调整对位，速度慢且易发生图形偏移；
(5)掩膜版由于外部因素影响(如环境温度)易产生形变，影响图形精度和准确性；
(6)在使用过程中掩膜版表面容易被沾污(如环境中颗粒物)，影响曝光效果和生产良率；
(7)使用中需要定期人工维护，影响设备正常运行时间。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种无掩模版光刻设备，该设备无需采用掩模版来实现对太阳能电池片的曝光，可节约材料成本、储存成本以及生产更换物料时间，提高产品良率和效率。
本发明的另一个目的在于提出一种无掩模版光刻的方法。
为了达到上述目的，本发明第一方面实施例的无掩模版光刻设备，包括：自动化传输线，用于输入和输出所需要加工的电池片；旋转加工平台，用于将所述电池片传输至不同的加工工位；图像定位系统，用于将所述电池片的位置、尺寸进行成像处理；数据处理系统，用于根据电池片成像信息编辑曝光图形并调整曝光参数；曝光系统，用于根据所述曝光参数和所述曝光图形对所述电池片进行曝光。
根据本发明实施例的无掩模版光刻设备，基于图像定位系统、曝光系统和数据处理系统，采用直写曝光技术进行太阳能电池片表面的掩膜光刻，采用图像定位系统实时采集每一片电池片坐标位置、尺寸信息进行图形转换，因此不会因片与片之前的变形差异而无法曝光。该方案省略了制作和使用掩膜版的工序，可节约材料成本、储存成本以及生产更换物料时间，提高生产利用率和生产良率，可以在光伏太阳能电池技术中存在广泛的应用。
在一些实施例中，所述自动化传输线包括上料传输线、运输机构和下料传输线，所述运输机构用于驱动所述上料传输线输入所述需曝光的电池片，以及驱动所述下料传输线输出曝光后的电池片。
在一些实施例中，所述上料传输线和所述下料传输线都设置有纠偏装置，所述纠偏装置用于校正电池片的运动偏移。
在一些实施例中，所述运输机构包括带有真空吸盘的旋转臂和可旋转的运动轴，所述旋转臂用于将上料传输线上的未加工的电池片运输到所述旋转加工平台上，同时将所述旋转加工平台上加工后的电池片运输到所述下料传输线上。
在一些实施例中，所述旋转加工平台包括加工平台、旋转台和驱动器，驱动器用于驱动所述旋转台进行旋转，所诉旋转台包含四个加工工位，四个加工工位包括上下料工位、拍照定位工位、曝光工位、移动工位。
在一些实施例中，所述旋转加工平台对应每个工位设置有真空吸附系统和背景光源。
在一些实施例中，所述图像定位系统包括用于识别所述电池片的尺寸和位置的识别装置和采集所述电池片图形的图像采集装置，所述识别装置和所述图像采集装置与所述数据处理系统连接。
在一些实施例中，所述曝光系统包括移动平台、平台驱动装置、光源和光学系统，其中，所述光源以及光学系统固定在所述移动平台上，所述移动平台带动所述光学系统对电池片进行曝光。
在一些实施例中，所述光学系统包括照明系统、数字微镜器件DMD(DigitalMicromirror Device，数字微反射镜)和光学成像系统。
在一些实施例中，所述设备还包括环控系统，所述环控系统包括空气高效过滤系统和温控系统。
为了达到上述目的，本发明第二方面实施例的无掩模版光刻的方法，用于所述的无掩模版光刻设备，所述方法包括：将涂覆有感光材料的电池片放置在自动化传输线上，运输机构将待曝光的电池片转移至旋转加工平台，使得所述电池片按照预设的相对位置平铺在所述旋转加工平台上；将所述电池片旋转至拍照定位工位，图像定位系统对所述电池片进行成像处理，并将电池片成像数据传输至数据处理系统；所述数据处理系统依据电池片成像信息编辑曝光图形并调整曝光参数；将所述电池片旋转至曝光工位，曝光系统依据编辑后的曝光图形进行投影曝光。将所述电池片旋转至上下料工位，运输机构将曝光后的电池片转移至自动化传输线，自动化传输线输出曝光处理后的电池片。
根据本发明实施例的无掩模版光刻的方法，采用直写曝光技术进行太阳能电池片表面的掩膜光刻，采用图像定位系统实时采集每一片电池片坐标位置、尺寸和图形等数据进行图形转换，因此不会因片与片之前的变形差异而无法曝光。该方案省略了制作和使用掩膜版的工序，可节约材料成本、储存成本以及生产更换物料时间，提高生产利用率和生产良率，可以在光伏太阳能电池技术中存在广泛的应用。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的无掩膜版光刻设备的俯视图；
图2为根据本发明一个实施例的无掩膜版光刻设备的侧视图。
图3为根据本发明一个实施例的无掩模版光刻的方法的流程图。
附图标记：
1000、无掩模版光刻设备；
100、自动化传输线；101、上料自动化传输线；102、下料自动化传输线；103、运输机构；10、纠偏装置；20、大理石平台；200、旋转加工平台；201、上下料工位；202、拍照定位工位；203、曝光工位；204、移动工位；300、图像定位系统；400、曝光系统；401、移动平台；403、光源。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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例，都属于本申请保护的范围。
下面参照附图1和2描述根据本发明实施例的无掩模版光刻设备。图1为根据本发明一个实施例的无掩膜版光刻设备的俯视图；图2为根据本发明一个实施例的无掩膜版光刻设备的侧视图。
如图1所示，无掩模版光刻设备1000包括自动化传输线100、旋转加工平台200、图像定位系统300、曝光系统400和数据处理系统(图中未标示出)。
其中，自动化传输线100用于输入和输出所需要加工的电池片；旋转加工平台200用于将电池片传输至不同的加工工位；图像定位系统300用于将电池片的位置、尺寸和图形信息进行成像；数据处理系统用于根据电池片成像信息调整曝光参数并编辑曝光图形；曝光系统400用于根据曝光参数和曝光图形对电池片进行曝光。
具体地，自动化传输线100将所需要加工的电池片输入至旋转加工平台200，旋转加工平台200将电池片传输至对应图像定位系统300的工作，以使得图像定位系统300对电池片进行拍照成像，识别电池片的尺寸和位置，可以实时采集每一片电池片坐标位置，可实现图形涨缩功能——计算每片电池片的转动量、放大倍数、正交性等数据进行图形转换，因此不会因片与片之前的变形差异而无法曝光。图像定位系统300将成像信息发送给数据处理系统，数据处理系统根据成像信息调整曝光参数并编辑曝光图形，旋转加工平台200将电池片移动至对应曝光系统400的工位，曝光系统400根据曝光参数和曝光图形进行图形曝光，将所需曝光图形投影到太阳能电池片上，即通过直写式曝光技术进行太阳能电池片表面的掩膜光刻，自动化传输线100将光刻后的电池片输出，完成光刻工艺。
根据本发明实施例的无掩模版光刻的设备1000，通过图像定位系统300、曝光系统400和数据处理系统，采用直写曝光技术进行太阳能电池片表面的掩膜光刻，采用图像定位系统300实时采集每一片电池片坐标位置、尺寸和图形等数据进行图形转换，因此不会因片与片之间的变形差异而无法曝光。该方案省略了制作和使用掩膜版的工序，可节约材料成本、储存成本以及生产更换物料时间，提高生产利用率和生产良率，可以在光伏太阳能电池技术中存在广泛的应用。
如图1所示，自动化传输线100包括上料传输线101、运输机构103和下料传输线102，运输机构103用于驱动上料传输线101输入所需加工的电池片，以及驱动下料传输线102输出曝光后的电池片。其中，在一些实施例中，运输机构103可以包括卷纸机构、传送带机构、搬运装置中的一种或多种。
进一步地，在一些实施例中，上料传输线101和下料传输线102都设置有纠偏装置10，纠偏装置10用于调整电池片运动时的偏移，防止运输过程走偏。
在一些实施例中，运输机构103包括带有真空吸盘的旋转臂和可旋转的运动轴，旋转臂通过运动轴由驱动装置驱动，用于将上料传输线101上的未加工的电池片运输到旋转加工平台200上，同时将旋转加工平台上加工后的电池片运输到下料传输线102上。其中，设置真空吸盘可以固定电池片以避免掉落。
在一些实施例中，旋转加工平台200包括加工平台20、旋转台和驱动器，驱动器用于驱动旋转台上的电池片移动至上下料工位202、拍照定位工位203、曝光工位203和移动工位204中的不同工位。例如，上料时将电池片移动到上下料工位202，定位拍照时移动至对应图像定位系统300的拍照定位工位203，曝光时移动至对应曝光系统400的曝光工位，下料时再移动到上下料工位202，移动工位204可以为曝光完成后下料之前的移动到的工位或者其它需要的工位。
进一步地，旋转加工平台200对应每个工位设置有真空吸附系统和背景光源。
在一些实施例中，图像定位系统300包括用于识别电池片的尺寸和位置的识别装置和采集电池片图形的图像采集装置，识别装置和图像采集装置与数据处理系统连接，以对加工电池片的信息进行数据处理。其中，识别装置可以采用重量感应器或者电池片尺寸范围的触发开关的触发状态来确定电池片的尺寸和位置。图像采集装置采集电池片图像信息，并通过图像识别可以具有图形涨缩功能，例如计算每片电池片的转动量、放大倍数、正交性等数据进行图形转换，因此不会因片与片之间的变形差异而影响曝光效果。
在一些实施例中，曝光系统400包括移动平台401、平台驱动装置、光源403和光学系统402，其中，平台驱动装置可以为直线电机，光源403固定在加工平台20上，光源403可以包括激光器、LED中的一种或多种，光学系统402固定在移动平台401上，移动平台401位于曝光工位203上方，移动平台401用于带动光学系统402对曝光工位203上的电池片进行曝光。
在一些实施例中，光学系统402包括照明系统、数字微镜器件和光学成像系统，电池片传输至曝光工位，数字微镜器件依据编辑后的曝光图形进行调整并投影，通过光学成像系统曝光成像。
在一些实施例中，设备1000还包括环控系统，环控系统包括空气高效过滤系统和温控系统。例如，空气高效过滤系统可以使得设备洁净度保持在一万级，温控系统可使机台工作温度维持在25±2℃范围内。
基于上面实施例的无掩模版光刻设备，下面参照附图描述本发明第二方面实施例的无掩模版光刻的方法。
图3为根据本发明的一个实施例的无掩模版光刻的方法的流程图，如图3所示，包括：
S1，将待加工的电池片传输至旋转加工平台，使得电池片按照预设的相对位置平铺在旋转加工平台上。
例如，上料自动化传输线传送电池片至夹片位，然后对电池片的位置进行修正，使得电池片处于预设的位置；带真空吸盘的旋转臂将电池片转移至旋转加工平台上。
S2、将电池片传输至拍照定位工位，图像定位系统对电池片的尺寸、位置和图形信息进行成像，并将电池片成像数据传输至数据处理系统。
S3，数据处理系统依据电池片成像信息调整曝光参数和编辑曝光图形，以保证曝光图形的准确性。
S4，将电池片传输至曝光工位，曝光系统对曝光工位处旋转平台上的电池片进行曝光。例如，曝光系统的数字微镜器件依据编辑后的曝光图形进行调整并投影，并通过光学系统曝光成像，曝光系统完成曝光。
根据本发明实施例的无掩模版光刻的方法，区别于传统曝光工艺，采用直写曝光技术例如激光直写曝光进行太阳能电池片表面的掩膜光刻。该方案将太阳能电池片光刻图案通过设备数据处理系统进行处理，经数字微镜器件控制将所需曝光图形投影到掩膜上。该直写图像处理技术区别于投影光刻的对准方式，可以采用相机实时采集每一片电池片坐标位置，可实现图形涨缩功能——计算每片电池片的转动量、放大倍数、正交性等数据进行图形转换，因此不会因片与片之间的变形差异而无法曝光。该技术方案省略了制作和使用掩膜版的工序，可节约材料成本、储存成本以及生产更换物料时间，提高生产利用率和生产良率，可以在光伏太阳能电池技术中存在广泛的应用。
需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种无掩模版光刻设备，其特征在于，包括：
自动化传输线，用于输入和输出所需要加工的电池片；
旋转加工平台，用于将所述电池片传输至不同的加工工位；
图像定位系统，用于将所述电池片的位置、尺寸和图形信息进行成像处理；
数据处理系统，用于根据电池片成像信息调整曝光参数并编辑曝光图形；
曝光系统，用于根据所述曝光参数和所述曝光图形对所述电池片进行曝光。
2.根据权利要求1所述的无掩模版光刻设备，其特征在于，所述自动化传输线包括上料传输线、运输机构和下料传输线，所述运输机构用于驱动所述上料传输线输入所述所需加工的电池片，以及驱动所述下料传输线输出曝光后的电池片。
3.根据权利要求2所述的无掩模版光刻设备，其特征在于，所述上料传输线和所述下料传输线都设置有纠偏装置，所述纠偏装置用于校正电池片的运动偏移。
4.根据权利要求2所述的无掩模版光刻设备，其特征在于，所述运输机构包括带有真空吸盘的旋转臂和可旋转的运动轴，所述旋转臂用于将上料传输线上的未加工的电池片运输到加工平台上，同时将加工平台上已加工的电池片运输到下料传输线上。
5.根据权利要求1所述的无掩模版光刻设备，其特征在于，所述旋转加工平台包括旋转台和驱动器，驱动器用于驱动所述旋转台旋转，所述旋转台包含四个加工工位，四个所述加工工位包括上下料工位、拍照定位工位、曝光工位、移动工位。
6.根据权利要求5所述的无掩模版光刻设备，其特征在于，所述旋转加工平台对应每个加工工位都设置有真空吸附系统和背景光源。
7.根据权利要求1所述的无掩模版光刻设备，其特征在于，所述图像定位系统包括用于识别所述电池片的尺寸和位置的识别装置和采集所述电池片图形的图像采集装置，所述识别装置和所述图像采集装置与所述数据处理系统连接。
8.根据权利要求5所述的无掩模版光刻设备，其特征在于，所述曝光系统包括移动平台、平台驱动装置、光源和光学系统，其中，所述光源以及光学系统固定在所述移动平台上，所述移动平台带动所述光学系统对电池片进行曝光。
9.根据权利要求8所述的无掩模版光刻设备，其特征在于，所述光学系统包括照明系统、数字微镜器件DMD和光学成像系统。
10.根据权利要求1-9任一项所述的无掩模版光刻设备，其特征在于，所述设备还包括环控系统，所述环控系统包括空气高效过滤系统和温控系统。
11.一种无掩模版光刻的方法，其特征在于，用于权利要求1-10任一项所述的无掩模版光刻设备，所述方法包括：
将涂覆有感光材料的电池片放置在自动化传输线上，运输机构将待曝光的电池片转移至旋转加工平台，使得所述电池片按照预设的相对位置平铺在所述旋转加工平台上；
将所述电池片旋转至拍照定位工位，图像定位系统对所述电池片进行成像处理，并将电池片成像数据传输至数据处理系统；
所述数据处理系统依据电池片成像信息编辑曝光图形并调整曝光参数；
将所述电池片旋转至曝光工位，曝光系统依据编辑后的曝光图形进行投影曝光。
将所述电池片旋转至上下料工位，运输机构将曝光后的电池片转移至自动化传输线，自动化传输线输出曝光处理后的电池片。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117406559A (zh) * 2023-11-03 2024-01-16 苏州天准科技股份有限公司 一种曝光设备及曝光方法

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