一种全自动直写式曝光系统的制作方法

1.本发明涉及直写式曝光技术领域，尤其是涉及一种全自动直写式曝光系统。


背景技术：

2.直写式曝光是利用数字光处理技术在工件表面曝光形成电路图形的一种直接成像技术，相较于掩模式曝光效率显著提高、适应性更强，且成本优势明显，能够满足集成电路、半导体器件以及印刷电路板等多种产品的加工需求。
3.近年来，为了适应电子产品智能化和小型化的发展，电子电路板、半导体晶片的集成度不断提升，在基件上曝光图形不在仅限于进行单面图形曝光，双面图形曝光日益成为基本需求。而当前对基件进行双面处理时，采用的方法主要有两种：其一是如专利cn108931893a公开的利用两台曝光机加翻板机，作业流程为入料
→
第一面曝光
→
翻板
→
第二面曝光
→
出料，整个作业流程设置在同一轴线进行，使得整体长度很大，空间要求很高，并且需要两台曝光机，而曝光机成本高，导致整套设备成本居高不下；其二是如专利cn105278259a、cn108931893a公开的采用左右平行式双平台，一个平台曝光第一面，另一个平台曝光第二面，通过两个多自由度机械手相互交接实现基件的翻面，此方式通常需要曝光镜头装置能够进行移动以完成左右平台上的基件曝光，曝光镜头装置的频繁移动会使光学元件精度明显降低，从而导致光刻图形精度降低。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种全自动直写式曝光系统，以使整个曝光系统结构更紧凑，同时能够降低设备成本，提高生产效率，且光刻精度更高。为此，本发明采用如下的技术方案：一种全自动直写式曝光系统，其包括第一工作台、第二工作台、曝光装置，所述第一工作台和所述第二工作台上均可放置待曝光的基件，所述第一工作台和所述第二工作台分别移动至所述曝光装置处进行所述基件曝光，所述全自动直写式曝光系统还包括抓料装置、翻转装置、移载装置；所述第一工作台和所述第二工作台的初始位置位于所述曝光装置的两侧，当所述第一工作台移动至所述曝光装置处时，所述曝光装置对放置在所述第一工作台上的所述基件进行第一面曝光，当所述第二工作台移动至所述曝光装置处时，所述曝光装置对放置在所述第二工作台上的所述基件进行第二面曝光；所述抓料装置包括邻近所述第一工作台的第一抓料装置和邻近所述第二工作台的第二抓料装置，所述第一抓料装置配置为先抓取待曝光的基件放置于所述第一工作台进行第一面曝光，再将第一面曝光完成的所述基件从第一工作台移走，翻转装置配置为对第一面曝光完成的所述基件进行翻面，移载装置配置为将第一面曝光完成的所述基件从邻近所述第一工作台一侧移动至邻近所述第二工作台一侧，所述第二抓料装置配置为抓取第一面曝光完成的所述基件放置于所述第二工作台上以进行第二面曝光，然后将第二面曝光完成的所述基件从所述第二工作台移走。
5.优选地，所述全自动直写式曝光系统还包括用于提供和/或输送待曝光的所述基件的上料装置，所述第一抓料装置抓取所述上料装置上的待曝光的所述基件并将其放置于所述第一工作台。
6.优选地，所述全自动直写式曝光系统还包括用于存放和/或输送曝光完成的所述基件的下料装置，所述第二抓料装置抓取所述第二工作台上的所述基件转移至所述下料装置。
7.优选地，所述上料装置和所述第一抓料装置并排放置于所述第一工作台一侧，所述下料装置和所述第二抓料装置并排放置于所述第二工作台一侧。
8.优选地，所述上料装置、所述第一工作台、所述第二工作台和所述下料装置在同一轴线上，所述第一抓料装置安装于所述上料装置的上方，所述第二抓料装置安装于所述下料装置的上方。
9.优选地，所述全自动直写式曝光系统还包括视觉定位模块，所述视觉定位模块配置为获取所述基件的位置信息，所述抓料装置能够根据所述位置信息调整位姿以准确抓取所述基件。
10.优选地，所述视觉定位模块包括第一工作台附近的第一视觉定位模块和第二工作台附近的第二视觉定位模块，所述第一视觉定位模块设置于所述上料装置上方/斜上方/下方/斜下方/前方/后方/侧方，所述第二视觉定位模块设置于所述移载装置或所述翻转装置的上方/斜上方/下方/斜下方/前方/后方/侧方。
11.优选地，所述第一工作台和所述第二工作台的尺寸相同，所述曝光装置包括多个曝光镜头，多个曝光镜头均分为两排，两排曝光镜头沿横向对齐排列，两排曝光镜头之间的距离等于所述第一工作台的横向长度的一半。
12.优选地，所述翻转装置包括交接机械手、旋转驱动件和升降驱动件，所述交接机械手安装于所述旋转驱动件，所述旋转驱动件安装于所述升降驱动件，所述旋转驱动件能够带动所述交接机械手进行旋转，所述升降驱动件能够带动所述旋转驱动件和交接机械手进行上升和下降动作。
13.优选地，所述移载装置包括承托吸附组件和水平驱动件，所述承托吸附组件通过真空吸附固定所述基件，所述水平驱动件能够带动所述承托吸附组件从邻近所述第一工作台一侧移动至邻近所述第二工作台一侧。
14.优选地，所述翻转装置设置于邻近所述第一工作台一侧，第一抓料装置将第一面曝光完成的所述基件从所述第一工作台转移至所述交接机械手，所述交接机械手在所述旋转驱动件和所述升降驱动件的驱动下将所述基件翻面后放置于所述承托吸附组件，所述承托吸附组件将所述基件转移至邻近所述第二工作台一侧，所述第二抓料装置从所述承托吸附组件抓取所述基件并将其放置于所述第二工作台上。
15.优选地，所述翻转装置设置于邻近所述第二工作台一侧，第一抓料装置将第一面曝光完成的所述基件从第一工作台转移至所述承托吸附组件，所述承托吸附组件将所述基件转移至邻近所述第二工作台一侧，所述交接机械手抓取所述承托吸附组件上的所述基件后将所述基件翻面，所述第二抓料装置从所述交接机械手上抓取所述基件并将其放置于所述第二工作台上。
16.优选地，所述抓料装置和/或所述交接机械手包括至少两列吸嘴组和安装座，所述
至少两列吸嘴组中包括可动吸嘴组，所述可动吸嘴组能够沿安装座进行移动。
17.优选地，所述至少两列吸嘴组上设有可伸缩旋转的辅助卡爪，当所述抓料装置和/或所述交接机械手抓取所述基件后，若所述基件未被吸附的一面朝下，则所述辅助卡爪伸出并夹紧所述基件。
18.优选地，所述全自动直写式曝光系统还包括冷却装置，所述冷却装置包括多个监控模块，所述多个监控模块集中分布于所述第一抓料装置下方/侧下方。
19.与现有技术相比，本发明采用对称式的双工作台对基件两个表面分别进行曝光，通过通过抓料装置、翻转装置、移载装置的配合完成基件的翻面和转移，移载装置的配置使得基件从第一工作台到第二工作台的移动行程不受限制，基件的移动速度也能够根据加工效率与运转节奏进行协调，提高整体的协作效率，增加的视觉定位模块能够让抓料装置抓取基件更加准确，提高基件的位置精度，从而保证光刻精度。
附图说明
20.图1为示例性曝光系统内部俯视图。
21.图2为示例性曝光系统整体正视图。
22.图3为示例性翻转装置示意图。
23.图4为示例性辅助卡爪动作状态简化图。
24.图5为示例性基件交接翻转过程简化图。
25.图6为示例性两种曝光装置扫描方式对比图。
26.图7为示例性冷却装置局部示意图。
具体实施方式
27.为使本发明的技术方案更加清楚明了，下面将结合附图来描述本发明的实施例。应当理解的是，对实施方式的具体说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不是用于穷举本发明的所有可行方式，更不是用于限制本发明的具体实施范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
28.需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述或简化描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造、安装及操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
29.如图1-3示出，本发明提出的全自动直写式曝光系统包括上料装置1、第一工作台2、第一对位装置3、曝光装置4、第二对位装置5、第二工作台6、下料装置7以及整机外壳8。第一工作台2和第二工作台6的初始位置位于曝光装置4的两侧，第一对位装置3位于第一工作台2的初始位置和曝光装置4之间，第二对位装置5位于第二工作台6的初始位置和曝光装置4之间。进一步的，第一工作台2和第二工作台6为气浮平台，共用一组气浮导轨，第一工作台
2和第二工作台6分别沿着气浮导轨从曝光装置4的两侧依次移动至曝光装置4下方进行直写曝光，然后返回初始位置。具体地，上料装置1和下料装置7均包括传送组件9，上料装置1邻近第一工作台2，用于提供和/或输送待曝光基件，待曝光基件包括相对的待曝光的第一面和第二面，下料装置7邻近第二工作台6，用于存放和/或输送第一面和第二面均已完成曝光的基件，基件首先从上料装置1转移至第一工作台2，通过第一工作台2移动至第一对位装置3下方进行对位，再移动至曝光装置4的下方以进行第一面的直写曝光，在第一面曝光完成后基件被转移至第二工作台6，通过第二工作台6移动至第二对位装置5下方进行对位，然后移动至曝光装置4的下方以进行第二面的直写曝光，在第二面曝光完成后，第二工作台回到初始位置，基件被转移至下料装置7。
30.为了实现基件双面的高效自动化曝光，全自动直写式曝光系统还包括抓料装置10、翻转装置11和移载装置12，抓料装置10包括邻近第一工作台的第一抓料装置101和邻近第二工作台的第二抓料装置102。第一抓料装置101用于抓取位于上料装置1上的待曝光基件并将其第一面朝上放置于第一工作台2上以进行基件的第一面曝光。当基件的第一面曝光完成后，第一抓料装置101将第一面曝光完成的基件从第一工作台2移走。翻转装置11用于对第一面曝光完成的基件进行翻面。移载装置12用于将基件从从邻近所述第一工作台一侧移动至邻近所述第二工作台一侧。第二抓料装置102用于抓取第一面曝光完成的基件并将其第二面朝上放置于第二工作台6上以进行基件的第二面曝光。当基件的第二面曝光完成后，第二抓料装置102将第二面曝光完成的基件从第二工作台6转移至下料装置7。具体地，第一抓料装置101包括可进行多维度移动的第一机械臂1011和第一抓取机械手1012，第一抓取机械手1012安装于第一机械臂1011的末端，第一机械臂1011能够带动第一抓取机械手1012在一定范围内平移和/或旋转。如图3示出，翻转装置11包括交接机械手111、旋转驱动件112和升降驱动件113，交接机械手111安装于旋转驱动件112，旋转驱动件112安装于升降驱动件113，旋转驱动件112能够带动交接机械手111进行旋转，升降驱动件113能够带动旋转驱动件112和交接机械手111进行上升和下降动作。移载装置12包括承托吸附组件（图中被交接机械手遮挡未显示出）和水平驱动件121，承托吸附组件通过真空吸附固定基件，水平驱动件121能够带动承托吸附组件从邻近第一工作台一侧移动至邻近第二工作台一侧。优选地，水平驱动组件121包括直线电机和导轨，承托吸附组件安装于导轨上，通过直线电机带动承托吸附组件快速移动，移动速度便于根据加工效率与运转节奏进行协调,同时适用于从第一工作台到第二工作台转移基件时行程较大的应用场景。此外，以承托吸附组件吸附基件进行整体转移的方式，相比于传统的传送辊/传送轮方式，能够有效避免硬脆薄片式基件在快速转移过程中产生破损。第二抓料装置102包括可进行多维度移动的第二机械臂1021和第二抓取机械手1022，第二抓取机械手1022安装于第二机械臂1021的末端，第二机械臂1021能够带动第二抓取机械手1022在一定范围内平移和/或旋转。进一步地，根据翻转装置11安放位置的不同，基件的交接转移过程也不同。其具体配置有如下两种形式：其一，翻转装置11设置于邻近第一工作台2一侧，即如图1和2示出的形式，基件的交接转移过程如下：第一抓取机械手1012首先从上料装置1处抓取待曝光的基件将其转移至第一工作台2上进行第一面曝光，基件第一面曝光完成后，第一抓取机械手1012抓取第一工作台2上第一面曝光完成的基件移动至交接机械手111处进行交接，随后第一抓取机械手1012再次移动至上料装置1处抓取待曝光的基件。图5简化示出了第一抓取机械手1012与交
接机械手111进行基件交接以及基件翻面的过程，第一抓取机械手1012将基件对准交接机械手111，交接机械手111抓取基件，第一抓取机械手1012释放基件后返回，交接机械手111旋转。具体的，交接机械手111交接抓取到基件后，旋转驱动件112使交接机械手111旋转180
°
对基件进行翻面，升降驱动件113使交接机械手111下降至贴近移载装置12从而将基件放置于承托吸附组件，随后升降驱动件113和旋转驱动件112进行反向运转使交接机械手111回归等待交接的位置。同时，水平驱动件121带动承托吸附组件上的基件快速移动至第二工作台一侧。然后，第二抓取机械手1022移动至承托吸附组件处抓取基件后将其转移至第二工作台6上进行第二面曝光，承托吸附组件再次返回邻近第一工作台一侧。基件第二面曝光完成后，第二抓取机械手1022抓取第二工作台6上的基件并将其转移至下料装置7上，随后第二抓取机械手1022再次移动至移载装置处抓取基件。
31.其二，翻转装置设置于邻近第二工作台一侧，未以图示出。基件的交接转移过程如下：第一抓取机械手1012首先从上料装置1处抓取待曝光的基件将其转移至第一工作台2上进行第一面曝光，基件第一面曝光完成后，第一抓取机械手1012抓取第一工作台2上第一面曝光完成的基件将其放置于承托吸附组件上，随后第一抓取机械手1012再次移动至上料装置1处抓取基件。水平驱动件121带动承托吸附组件上的基件快速移动至第二工作台一侧。然后，交接机械手111抓取承托吸附组件上的基件，旋转驱动件112使交接机械手111旋转180
°
对基件进行翻面，升降驱动件113使交接机械手111上升至特定位置与第二抓取机械手1022进行基件交接，第二抓取机械手1022抓取基件后将其放置到第二工作台6上进行第二面的曝光。同时交接机械手111回归至初始位置准备再次抓取承托吸附组件上的基件。基件第二面曝光完成后，第二抓取机械手1022抓取第二工作台6上的基件并将其转移至下料装置7上，随后第二抓取机械手1022再次移动至交接机械手111处等待交接抓取基件。
32.在一个优选地实施方式中，本发明所采用的机械手（即第一抓取机械手1012、交接机械手111、第二抓取机械手1022）采用真空吸附的方式“抓取”基件。参考图3，每个机械手包括至少两列吸嘴组13和安装座14，至少两列吸嘴组中包括可动吸嘴组131，可动吸嘴组能够沿安装座14进行移动，以改变整个机械手的抓取面积，图中即显示出从131-1位置移动至131-2位置。容易理解地，当吸嘴组吸附基件时，基件未被吸附的一面可能朝上或者朝下。例如，第一抓取机械手1012抓取基件的转移过程，基件未被吸附的一面长时间朝下，亦或交接机械手111在从第一抓取机械手1012上接到基件时，基件未被吸附的一面先朝上，在交接机械手111对基件进行翻面过程中，基件未被吸附的一面会从朝上转为朝下。当基件未被吸附一面朝下时，为了避免吸嘴组可能出现不灵敏等意外情况导致吸附失效，每个机械手上还设置有辅助卡爪15，辅助卡爪15可控的进行伸缩旋转。辅助卡爪15伸出时能够辅助吸嘴组对基件进行稳定地抓取,即使吸附失效也能够保证基件不会脱落，避免基件破损报废。如图4中a示出，基件未被吸附的一面朝下，辅助卡爪15伸出夹紧基件，图4中b示出基件未被吸附的一面朝上时，辅助卡爪处于收回状态。当然，为保险起见，只要吸附基件，辅助卡爪15就保持伸出夹紧状态。应当理解的是，本实施方式所指的朝上可以是水平朝上也可以是倾斜朝上，朝下可以是水平朝下也可以是倾斜朝下。
33.在一个实施方式中，上料装置和第一抓料装置并排放置于第一工作台一侧，下料装置和第二抓料装置并排放置于第二工作台一侧。
34.在一个实施方式中，上料装置、第一工作台、第二工作台和下料装置在同一轴线
上，第一抓料装置安装于上料装置的上方，第二抓料装置安装于下料装置的上方。
35.为了提高抓料装置在抓取基件时的准确性，全自动直写式曝光系统进一步设置有定位装置，在一种示例下，定位装置配置为拍杆定位组件，拍杆组件安装于上料装置，通过多组拍杆对基件进行横向和纵向的机械式定位，第一抓料装置每次以相同的位姿抓取基件。在一种优选示例下，定位装置配置为视觉定位模块，通过视觉定位模块获取基件的位置信息，抓料装置能够根据该位置信息调整位姿以准确抓取基件。较佳地，视觉定位模块包括第一工作台附近的第一视觉定位模块和第二工作台附近的第二视觉定位模块。第一视觉定位模块获取上料装置上的基件的第一位置信息，第一抓料装置根据第一位置信息调整位姿以准确抓取上料装置处基件。第一视觉定位模块可根据需要设置于上料装置上方/斜上方/下方/斜下方/前方/后方/侧方。第二视觉定位模块获取移载装置上的基件的第二位置信息，第二抓料装置根据第二位置信息调整位姿以准确抓取移载装置处基件。第二视觉定位模块可根据需要设置于移载装置上方/斜上方/下方/斜下方/前方/后方/侧方。
36.为了进一步提升曝光系统的曝光效率，曝光装置包括多个曝光镜头，多个曝光镜头均分为两排，两排曝光镜头沿横向对齐排列，每排曝光镜头之间的距离等于第一工作台或第二工作台的横向长度的一半，第一工作台和第二工作台的尺寸相同。具体地，在基件一个面的曝光过程中，每排曝光镜头完成该面上一半面积的图形曝光，两排曝光镜头曝光的两部分图形拼接形成整个图形。容易理解的是，完成一面曝光，第一工作台或第二工作台所需的曝光工位长度为第一工作台或第二工作台横向长度的1.5倍，有效减小了系统的整体尺寸。此外，相较于现有的两排紧密交错的形式，基件一个面的曝光时间也缩短。具体如下：假设第一工作台和第二工作台横向长度l，如图6中a示出，本发明分隔排布的曝光装置完成整个图形曝光需要往返两个回合，总行程即为2l，如图6中b示出，两排紧密交错的曝光装置完成整个图形曝光需要往返一个回合，但需要加入两排镜头之间的错位间距d，总行程为2*(l+d)。在工作台速度相同的情况下，采用本发明提出的分隔排列的形式，能够避免因错位间距的存在导致曝光时间增加，使得曝光效率进一步提升。
37.在一个实施方式中，曝光装置包括多个曝光镜头，全自动直写式曝光系统包括多台从机、多个电控模块。多台从机的数量与多个曝光镜头的数量相同，用于对每个曝光镜头进行光刻图形的控制。多个电控模块用于向曝光装置、第一对位装置、第二对位装置以及第一工作台和第二工作台提供电信号，通常包括多个电源模块、多个变压模块、多个断路器模块、多个滤波模块等电气元件。上述从机与电控模块会占据较大空间，为此，移载装置下方设置有从机柜16和电控柜17，多台从机安放于从机柜16，多个电控模块安放于电控柜17，如图2示出。通过利用移载装置下方的空间使从机与电控模块集成到整机外壳8内，使整个曝光系统结构更加紧凑，相较于现有曝光系统将从机单独放置于整机外壳之外，不需要占用额外的空间，且降低从机的数据至曝光装置的传输距离，而集成的电控柜取代现行的电控模块零散分布的形式，使维护检修更方便。
38.在一个实施方式中，参考图2和图7，全自动直写式曝光系统还包括冷却装置18，冷却装置包括多个监控模块181和相应的延伸至热源的循环冷却回路182（图中仅显示循环冷却回路的首尾端），多个监控模块集181中分布于第一抓料装置下方/侧下方。容易理解的，监控模块与循环冷却回路的连接处最易产生漏水问题，通过将多个监控模块集中设置，取代零散分布于各热源处的形式，实现水电分离，降低冷却水泄露带来的安全风险，同时也使
维护检修更为方便。
39.在一个实施方式中，整机外壳的顶部安装有多个风机过滤单元，将外部空气过滤后输入内部空间，同时内部空气经热风装置排出曝光系统，既保证内部空气的洁净度又能够降低内部环境温度，保证光刻精度不受灰尘和环境温度的影响。
40.最后需要指出，由于文字表达的有限性，上述实施例仅是示例性的，并非穷尽性的，本发明并不限于所披露的各实施方式，在不偏离上述实施例的范围和精神的情况下，对于本领域的技术人员来说还可以作若干改进和修饰，这些改进和修饰在没有做出创造性劳动的前提下也应视为本发明的保护范围。因此本发明的保护范围应以权利要求为准。