一种曝光显影装置及方法与流程

本发明涉及光刻技术领域，具体涉及一种曝光显影装置及方法。

背景技术：

现代光刻设备以光学光刻为基础，它利用光学系统把掩模版上的图形精确地投影曝光到涂过光刻胶的衬底(如：硅片、蓝宝石)上。

pss(patternedsapphiresubstrate，蓝宝石图形化衬底)已成为led芯片提升光效的基本途径之一，目前主流pss衬底的图形宽度为2微米，间隔1微米，刻蚀深度1.5-1.8微米。图形化衬底基本制备工序为：基片平整度检测、清洗基片、涂胶、掩模步进曝光、icp(inductivelycoupledplasma，感应耦合等离子体)刻蚀、微图形结构一致性光学检测。

如图1所示为pss曝光后的示意图，图2为刻蚀后的示意图。其中，步进曝光一般采用2.5um厚胶光刻工艺，形成2um：1um的蜂窝图形，且对光刻胶厚度、步进曝光机的光刻分辨率、调焦、曝光稳定性和图形拼接有着极其严格的要求。许多led芯片厂家通常采用nikon二手步进曝光机，焦深小，良率低。因此，采用目前的步进曝光设备加工pss一致性和可靠性达不到低成本要求。

现有技术中提出了一种基于机器学习的自适应曝光方法，主要用于前道高端光刻机，其检测需用专门的检测设备，且需要复杂的模型计算与计算机网络配置，成本较高。难以满足pss曝光低成本的要求。

技术实现要素：

本发明提供了一种曝光显影装置及方法，以解决现有技术中存在的良率低和成本高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种曝光显影装置，包括曝光系统、显影系统、视觉对准系统以及位于所述曝光系统、显影系统之间的工件传输系统，所述曝光系统设于系统框架上，包括沿光路依次设置的照明单元、掩模台、投影单元和工件台。

进一步的，所述曝光系统还包括与所述工件台连接的工件台控制系统。

进一步的，所述曝光系统还包括与所述工件台对应的垂向测量系统，测量基底表面面型，并将其转换为工件台控制参数发送给所述工件台控制系统。

进一步的，所述曝光系统还包括环境系统，控制投影曝光区域的环境压力、温度和污染物。

进一步的，所述曝光系统还包括设于所述系统框架底部的框架减振系统。

进一步的，所述工件传输系统包括旋转机械手和设于所述旋转机械手上的取片工位、交接片工位和显影工位。

进一步的，所述视觉对准系统包括图像采集单元、图像处理单元和自动调焦单元。

进一步的，所述显影系统包括与所述工件传输系统对应的显影取片手和与所述显影取片手对应的显影单元。

进一步的，所述工件传输系统和显影系统之间设有片盒旋转台。

进一步的，还包括与所述曝光系统、显影系统、视觉对准系统和工件传输系统连接的控制系统。

本发明还提供一种曝光显影方法，包括以下步骤：

s1：工件传输系统将基底送入曝光系统进行局部曝光；

s2：曝光后的基底由所述工件传输系统送入显影系统进行局部显影；

s3：显影后的基底通过所述工件传输系统送入视觉对准系统，该视觉对准系统对所述基底进行拍摄，根据拍摄到的图像计算后续曝光需调整的参数；

s4：将计算得到的调整参数输入控制系统，所述控制系统设置好需调整的参数，为下一次曝光做好准备；

s5：重复上述步骤s1-s4，对所述基底进行下一次曝光，直至设置的参数满足生产要求，将最终曝光后的基底通过工件传输系统输出。

进一步的，所述步骤s3中，所述视觉对准系统中的图像处理单元根据拍摄图像的清晰度、密集圆柱的顶部/底部cd来判断垂向控制参数；根据拼接的像素偏差，来判断水平向的拼接参数和非正交参数。

本发明提供了一种曝光显影装置及方法，该装置包括曝光系统、显影系统、视觉对准系统以及位于所述曝光系统、显影系统之间的工件传输系统，所述曝光系统设于系统框架上，包括沿光路依次设置的照明单元、掩模台、投影单元和工件台。本发明同时集成了曝光系统和显影系统，可一次性从曝光到显影，显影结果检验后可直接送出进行刻蚀，大幅减少人力操作和人工成本；通过视觉对准系统可自动完成所有pss调试，包括确认焦面、调整拼接参数和调整非正交，无需人工干预，采用自适应的检测调整技术，使得机台的抗干扰能力大幅加强，pss良率大幅提高。

附图说明

图1是现有技术中pss曝光后的示意图；

图2是现有技术中pss刻蚀后的示意图；

图3是本发明曝光显影装置的结构示意图；

图4是本发明工件传输系统的结构示意图；

图5是本发明拼接参数示意图；

如图6a-6d所示为四种垂向参数示意图；

图7是本发明显影取片手的工作示意图。

图中所示：1、曝光系统；11、照明单元；12、掩模台；13、投影单元；14、工件台；15、工件台控制系统；16、垂向测量系统；2、显影系统；21、显影取片手；3、视觉对准系统；4、工件传输系统；41、旋转机械手；42、取片工位；43、交接片工位；44、显影工位；5、系统框架；6、旋转台；7、显影片盒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

如图3所示，本发明提供了一种曝光显影装置，包括曝光系统1、显影系统2、视觉对准系统3以及位于所述曝光系统1、显影系统2、视觉对准系统3之间的工件传输系统4，所述曝光系统1设于系统框架上，包括沿光路依次设置的照明单元11、掩模台12、投影单元13和工件台14。具体的，工件传输系统4将涂好胶的基底送入曝光系统1进行局部曝光，曝光后的基底通过工件传输系统4送入显影系统2进行局部显影，显影后的基底通过工件传输系统4送入视觉对准系统3，该视觉对准系统3对所述基底进行拍摄，根据拍摄到的图像计算调整参数，并进行自动调焦，将计算得到的调整参数输入控制系统，对该基底进行下一次曝光流程，直至曝光参数满足生产要求。本实施例中基底是指硅片或pss。

其中，照明单元11包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其他类型光学元件，或所有这些元件的组合，以引导、成形、或控制辐射束。一般来说，至少包含聚光单元、匀光单元、中继单元等。

掩模台12上设有掩模，掩模是一种“图案形成装置”，表示能够用于将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束、以便在基底的目标部分上形成图案的任何装置。特殊的，对于pss掩模，应设计成具备拼接的形式，如四边形、六边形、三角形等。

投影单元13包括折射型光学系统、反射型光学系统、和反射折射型光学系统、磁性型光学系统、电磁型光学系统和静电型光学系统，或所有这些系统的组合。

工件台14，用于携带基底并运动到指定的位置，具备水平向运动、垂向运动的功能。

优选的，所述曝光系统1还包括与所述工件台14连接的工件台控制系统15，控制工件台14进行水平向和垂向运动。

优选的，所述曝光系统1还包括与所述工件台14对应的垂向测量系统16，测量基底表面面型，并将其转换为工件台14的控制参数发送给所述工件台控制系统15。此处的垂向测量系统不限定于光电式、气压式及其他各种方式的测量方法，测量硅片或pss表面形貌的特征，在后续曝光中，针对硅片或pss的表面特征，控制工件台14的垂向执行结构，将曝光场置于最佳焦面下进行曝光。

优选的，所述曝光系统1还包括环境系统，用于控制投影曝光区域的环境压力、温度和污染物。

优选的，所述曝光系统1还包括设于所述系统框架底部的框架减振系统，用于衰减所述曝光系统1产生的振动。

如图4所示，所述工件传输系统4包括旋转机械手41和设于所述旋转机械手41上的取片工位42、交接片工位43和显影工位44，本实施例中，取片工位42、交接片工位43和显影工位44沿旋转机械手41的外周均匀分布，在旋转机械手41的带动下旋转至对应位置进行取放片，其中取片工位42用于将片盒中的硅片传递至工件台14进行曝光或将曝光后的硅片传递至片盒，所述显影工位44用于将曝光后的硅片送入显影系统2进行显影。

如图7所示，所述显影系统2包括与所述工件传输系统4对应的显影取片手21和与所述显影取片手21对应的显影单元(图中未标出)，优选的，所述工件传输系统4和显影系统2之间设有旋转台6，旋转台6上放置显影片盒7，在显影系统2和工件传输系统4进行传输交互时，片盒旋转台6带动显影片盒进7行旋转，当显影片盒7朝向工件传输系统4时，旋转机械手41上的显影工位44进行取放片动作；当显影片盒7朝向显影系统2时，显影取片手21进行取放片操作。

优选的，所述视觉对准系统3包括图像采集单元、图像处理单元和自动调焦单元，图像采集单元为ccd相机，对硅片进行拍摄，图像处理单元根据拍摄到的图像计算调整参数，根据拍摄图像的清晰度、密集圆柱的顶部/底部cd来判断垂向控制参数；根据拼接的像素偏差，来判断水平向的拼接参数和非正交参数，自动调焦单元进行自动调焦，如图5所示为拼接参数示意图，包括x向、y向和rz向；如图6a-6d所示为垂向参数示意图，分别为左上角暗影、左下角暗影、右上角暗影和右下角暗影。

优选的，所述曝光显影装置还包括与所述曝光系统1、显影系统2、视觉对准系统3和工件传输系统4连接的控制系统，控制所述曝光系统1、显影系统2、视觉对准系统3和工件传输系统4进行协调工作，实现硅片的一体化曝光、显影和自动对准调焦功能。

本发明提供的曝光显影方法，包括以下步骤：

s1：工件传输系统4将涂好胶的基底送入曝光系统1进行局部曝光；具体的，工件传输系统4中的取片工位42将片盒中的硅片传递至工件台14上进行局部曝光。

s2：曝光后的基底通过工件传输系统4送入显影系统2进行局部显影；具体的，曝光后的基底依次通过工件传输系统4中的显影工位42、旋转台6上的显影片盒7、显影系统2中的显影取片手21传递至显影单元进行局部显影。

s3：工件传输系统4将显影后的基底送入视觉对准系统3，该视觉对准系统3对所述基底进行拍摄，根据拍摄到的图像计算后续曝光需调整的参数；具体的，显影后的基底依次经过显影取片手21、旋转台6上的显影片盒7、工件传输系统4中交接片工位43传递至视觉对准系统3，视觉对准系统3中图像采集单元对硅片进行拍摄，图像处理单元根据拍摄到的图像计算后续曝光需调整的参数，根据拍摄图像的清晰度、密集圆柱的顶部/底部cd来判断垂向控制参数；根据拼接的像素偏差，来判断水平向的拼接参数和非正交参数，自动调焦单元进行自动调焦。

s4：将计算得到的调整参数输入控制系统，所述控制系统设置好需调整的参数，为下一次曝光做好准备；

s5：重复上述步骤s1-s4，根据计算得到的调整参数对该基底进行下一次曝光，直至设置的参数满足生产要求，将最终曝光后的基底通过工件传输系统4输出，具体的，通过工件传输系统4中的取片工位42输出至片盒。

综上所述，本发明提供了一种曝光显影装置及方法，该装置包括曝光系统1、显影系统2、视觉对准系统3以及位于所述曝光系统1、显影系统2、视觉对准系统3之间的工件传输系统4，所述曝光系统1设于系统框架5上，包括沿光路依次设置的照明单元11、掩模台12、投影单元13和工件台14。本发明同时集成了曝光系统1和显影系统2，可一次性从曝光到显影，显影结果检验后可直接送出进行后期刻蚀，大幅减少人力操作和人工成本；通过视觉对准系统3可自动完成所有pss调试，包括确认焦面、调整拼接参数和调整非正交，无需人工干预，采用自适应的检测调整技术，使得机台的抗干扰能力大幅加强，pss良率大幅提高。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。