卷到卷數字光刻法的製作方法

2023-04-28 16:40:41 1

專利名稱：卷到卷數字光刻法的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及光刻法，尤其涉及在柔性基材上製造多層電路的光刻法的應用。本發明還涉及相關的製品、系統和方法。
背景技術：
以在柔性基材上形成多層或多級電路走線為特徵的柔性電路，已經為人所知。例如，參考美國專利申請公開US 2008/0205010 (Haase)。柔性電路是通過如下方法形成的 在柔性基材上一層一層地建立一系列導電層、半導體層的和絕緣層，並用常規的光刻技術根據需要將它們各自圖案化來實現所需的多層電路設計。光刻技術總體上包括在待圖案化的層上塗布一層光致抗蝕劑，結合光掩膜使用紫外線(UV)光源將光致抗蝕劑層圖案化， 使用適當的刻蝕劑清除基礎層的曝光部分(即，沒有任何光致抗蝕劑在其上的那些部分)。 光刻技術還包括剝離技術，該剝離技術總體上包括在基材上塗布一層光致抗蝕劑，結合光掩膜使用紫外線(UV)光源將光致抗蝕劑層圖案化，在基材上和圖案化的光致抗蝕劑上沉積電路材料層，並清除殘餘的光致抗蝕劑，從而將光致抗蝕劑上的沉積層部分清除掉。對於具有多層或多級的電路而言，使用一套不同的光掩膜，並且在每個光掩膜上設置基準標記， 因此在試圖確保正確的配準形成電路的各個層時，每個掩模能夠與之前的光掩膜形成的圖案對準。現有的卷到卷光刻系統通常使用紫外光源和玻璃或聚合物光掩膜，以在光致抗蝕劑上形成圖案。在一些情況中，系統使用逐幀步進重複型工藝規程。例如，參照美國專利5，198，857 (Goto)。在其他情況下，系統可以使用連續工藝例如，參照美國專利 2008/0011225 (McClure 等人)。

發明內容
人們認識到，由於連續地存在小的層到層對準誤差現有的卷到卷光刻系統在製造柔性多層電路的能力上受到限制，其原因在於製造過程中作為基礎的聚合物基材或幅材的物理形變。這種限制對可用於柔性多層電路的一些特徵的最小尺寸有直接影響例如，在聚合物基材上加工薄膜集成電路過程中，有許多現象可能造成基材的形變。這些現象可包括 在由製造商提供的幅材中的定向或應變偏置； 水或其它溶劑的吸收或解吸，特別是當一個或多個圖案化層靠在幅材的表面導致間隙上不一致時； 由於卷材張力產生彈性和非彈性應變；和 受熱和熱膨脹，尤其是當一個或多個限制電路圖案的圖案化層造成的不一致或不可恢復的形變。當甚至在相對小片的聚合物基材上執行傳統的光刻時，這些或其它的形變會在僅 125mm寬的電路上造成超過20μπι的不可避免的對準誤差。使用常規的光刻在12"( 300mm)寬的幅材上加工卷到卷的兩層電路的典型配準設計規則是100 μ m。對於某些簡單的薄膜集成電路的布局能夠設計成這種方式來起作用，儘管存在因這些形變導致的失準。 參照美國專利申請公開US 2008/0205010 (Haase等人)「允許鬆弛的對準公差的有源矩陣背板」。然而，這些技術對於更複雜或更高性能的電路或許並不可行。本發明所公開的技術考慮到顯著增強使用卷到卷方法製造的薄膜柔性電路中的功能性和性能。例如，示例性柔性電路裝置包括具有集成的行和列驅動器的高清晰度有源矩陣顯示背板、用於有源矩陣OLED顯示器的像素驅動器以及功能強大的射頻識別(RFID)因此，本文描述一種製造柔性電路膜的方法以及其他方面。本方法包括提供一種柔性基材，諸如聚合物膜的幅材，所述基材上具有多個對準標記和感光材料。對準標記可以是，諸如來自之前沉積並圖案化的電路層的接觸墊、端點或電路走線拐角、過孔等等，或者它們可以是獨立的基準標記，這些標誌僅僅提供用於對準目的，並不形成任何電路部分。本方法還包括將所述基材圍繞非彈性輸送器通過，使得所述基材和所述輸送器至少從第一輸送位置一起移動到第二輸送位置；例如，輸送器可以是或包括鋼轉輪或鋼帶，或任何合適的非彈性轉輪和帶。本方法包括當所述基材的第一部分在所述第一位置時，測量在所述基材的第一部分上的第一組所述對準標記的位置，當所述基材的第一部分移動到所述第二位置時，按圖案曝光在所述基材的第一部分上的感光材料。按圖案曝光基於對位置的測量。本方法還可包括提供所述第一組對準標記的基準位置，並將所述測量位置與所述基準位置比較以確定所述基材的所述第一部分的形變。所述按圖案曝光可將經形變修正 (distortion-corrected)圖案施加到所述基材的所述第一部分上的所述感光材料上。本發明還公開了一種卷到卷光刻系統，其包括非彈性輸送器和幅材調節裝置，該幅材操縱裝置配置成將柔性基材圍繞所述輸送器而通過，使得所述基材和所述輸送器至少從第一輸送位置一起移動到第二輸送位置所述系統還可以包括配置成在所述基材上在所述第一輸送位置測量第一組對準標記的圖像採集裝置，以及配置成將所述柔性基材在所述第二輸送位置按圖案曝光感光材料的曝光裝置。所述系統還可以包括圖像處理器，其配置成接受上述第一組對準標記的測量位置，並且將所述測量位置與所述第一組對準標記的基準位置進行比較；所述圖像處理器可以例如基於測量位置和基準位置的比較來計算基材的形變。優選地，所述曝光裝置配置成基於上述測量位置和所述基準位置之間的比較按圖案曝光所述感光材料。例如，曝光裝置可以配置成使用基於計算的基材形變的形變修正圖案來按圖案曝光。本文還討論了相關方法、系統和製品。本專利申請的這些方面和其他方面通過下文的具體描述將顯而易見。然而，在任何情況下都不應將上述發明內容理解為是對要求保護的主題的限制，該主題僅受所附權利要求書的限定，並且在審查期間可以進行修改。


圖1為包括柔性基材的柔性多層電路材料卷的透視圖；圖加為柔性多層電路的局部俯視圖，展示兩個電路層的特徵之間所需的對準；圖2b為類似於圖加的柔性多層電路的局部俯視圖，但是其中的電路層之一和基材已經形變，並且另一電路層的特徵表示為未作任何形變矯正；圖2c為類似於圖2b的柔性多層電路的局部俯視圖，但是其中另一電路層的特徵被示為具有形變矯正，以便於和形變的第一電路層對準；圖2d為類似於圖2c的柔性多層電路的局部俯視圖，但是其中第一電路層和基材以不同方式形變；圖3a為在柔性基材不存在未對準和不存在形變的情況中，表示各種對準掩模的多個測量位置(各以「X」表示)和基準位置(各以圓點表示)的柔性多層電路的局部俯視圖；圖北為類似於圖3a的柔性多層電路的局部俯視圖，但是此例中柔性基材存在未對準而並無形變；圖3c為類似於圖3a的柔性多層電路的局部俯視圖，但是此例中柔性基材存在形變；圖如為卷到卷光刻系統的局部示意性透視圖，圖4b為這種系統的示意側視圖，其中單個滾筒起非彈性輸送器的作用；圖5為替代形式的卷到卷光刻系統的局部示意性側視圖，其中非彈性帶起非彈性輸送器的作用；圖6為適用於與圖如-b或5的系統一起使用的曝光裝置的示意性側視圖；圖7為適用於與圖如-b或5的系統一起使用的替代形式的曝光裝置的示意性側視圖；以及圖8為卷到卷光刻系統及其功能部件的示意圖。在這些附圖中，相同的附圖標號指示類似的元件。
具體實施例方式圖1的透視示意圖中示出了一卷柔性多層電路膜110，該卷電路膜被部分地展開並分布在第一卷112和第二卷114之間。膜110具有柔性基材和形成在柔性基材上的多個圖案化的電路層。電路層能夠形成從卷112上的膜110的一端延伸到卷114上的膜110的相對端的單層電路設計。更一般的做法是，電路層形成多個分立多層電路，該多個分立多層電路位於膜110的不同範圍或區域116。在某些情況中，某些或所有的這些分立電路能夠隨後被互相分開，通過諸如將成卷的膜切成相應的分離的片或件的轉換操作。區域116中的分立電路都可以具有名義上旨在用於相同的最終用途的相同的電路布局，或只有某些能夠具有相同的電路布局，或它們能夠都具有不同的電路布局。在圖中，區域116a、116b具有相同的尺寸和形狀並能夠包含名義上相同的電路設計。區域116c、116d同樣具有相同的尺寸和形狀(不同於區域116a、116b的形狀和尺寸)並也能夠包含名義上相同的電路設計。 無論膜110的任何兩個區域是否具有名義上相同的電路設計，在形成各種多層電路的過程中，膜110通常包括物理形變(至少達到某些程度)的區域。通過比較名義上相同但位於卷的不同部分的兩個分立電路，最容易進行檢測；相應的電路特徵之間的小差異通常歸因於膜形變。然而，即使膜110上沒有兩個分立電路是名義上相同的，通常仍然能夠檢測到膜形變。例如，電路特徵偏離直線度、方形度或圓度的小偏差能夠表徵膜形變。圖加-d為表示柔性多層電路的局部俯視圖，其表明基材膜形變現象以及能夠處理並校正這種形變的本文所公開的技術的方式。在圖加中，柔性電路膜的部分210a包括第一電路層的四個電路特徵21h、214a、 216a和218a，它們例如可以是導電通路。部分210a還包括第二電路層的其它電路特徵 220a、222a，它們可以是其它導電通路。第一電路層的特徵212a、214a、216a和218a在柔性基材的第一加工步驟或工序中形成，第二電路層的特徵220a、22h在不同於特徵212a、 2Ha、216a和218a的時間(之後)的第二加工工序中形成。例如，如果柔性基材為成卷的形式，整卷膜可以從它的一端加工到另一端，以便在基材的各個分離區域形成第一電路層。 這樣加工過的基材然後可被重新卷繞，並再次進行端到端的加工，此時在各個分離區域形成第二電路層。當然，第三、第四和附加的電路層也可在進一步的加工工序中形成。注意， 第一和第二加工工序各自可以包括分開的步驟，例如，在基材上塗布導電材料，使用諸如正或負光致抗蝕劑的感光材料塗布在該導電材料上，通過選擇性曝光於UV或其它合適的光源以將光致抗蝕劑圖案化並使光致抗蝕劑材料顯影，以物理地進入塗層材料或基材(基於光致抗蝕劑的屬性)，使用刻蝕溶液或其它刻蝕劑圖案化導電材料層，並清除(剝離)殘留的光致抗蝕劑。第一和第二加工工序中的一者或兩者還可包括剝離技術，在這種情況中，電路層材料沉積在基材上和圖案化的光致抗蝕劑上，隨後通過剝離光致抗蝕劑而將該層圖案化，從而剝離在光致抗蝕劑上的該層的一部分。(還應注意，在這方面描述詞「第一」和「第二」僅僅是為了方便，而不應當解釋為在「第一」加工工序之前沒有在基材上執行其它加工工序，也不是在第一和第二加工工序之間在基材上沒有執行其它加工工序。)在柔性膜的部分210a準備形成第二電路層的特徵220a、222a時，該膜可能相比於它的在形成特徵212a、 2Ha、216a和218a時的物理布局在部分210a的附近已有物理形變。然而，圖加中沒有發生這樣的形變。確切地說，此圖旨在表示在第二電路層準備在感光材料中圖案化時，電路特徵21h、214a、216a和218a基本上與它們在之前的加工工序中初始形成的取向相同。電路特徵220a、22^i這樣相對於特徵2Ua、214a、216a和218a 來形成，使得特徵220a的末端搭接特徵21 的末端同時避開特徵21加，另一個特徵220a 的末端搭接特徵216a的末端同時避開特徵218a，如圖所示。特徵220a與特徵21 和216a 的這種搭接可以(例如)形成從特徵21 到特徵216a的導電通路。類似地，電路特徵22 這樣相對於特徵2Ua、214a、216a和218a形成，以在特徵21 和218a之間形成導電通路。在圖2b中，描繪了同一柔性膜的部分210b，部分210b類似於部分210a，不同的是在形成特徵21h、214a、216a和218a之後部分210b經歷了「枕形」形變。結果得到的形變特徵212a,214a,216a和218a在它們形成時原本是直的，如特徵212a,214a,216a和218a 所示。然而，由於任何或所有的以上提及的形變導致的現象，當準備形成第二電路層的特徵 220b、222b (分別對應於特徵220a、222a)時它們已經捲曲，如圖2b所示。特徵220b、222b分別與特徵220122 完全相同，即，它們沒有包括調準或矯正以計入特徵212b、214b、216b、 218b中的形變。由於沒有這種調準或矯正，特徵220b會錯誤地接觸形變的特徵212b和 218b。解決圖2b中表示的問題的一種方法是簡單地增加最小特徵尺寸(例如導電通路線寬和線寬之間的間距)，直到最小特徵尺寸和與形變相關聯的特徵尺寸一樣大或比該特徵尺寸更大。儘管這種方法能夠避免不適當的電路接觸，但是這種方法不是理想的，因為這涉及到更大的特徵尺寸和更低的電路密度。
解決圖2b中的問題的另一種方法(將在以下進行更完整的描述)是識別並測量特徵212b、214b、216b、218b的形變，然後調準第二電路層的電路特徵的幾何形狀以顧及這種形變。因此當經矯正或調準的第二電路層的特徵形成在之前製作的第一電路層的形變的特徵上時，該第二電路層的特徵將再次和(現在形變了的)第一電路層的適當部分對準。後一種方法示於圖2c中。在此圖中，電路元件212c、2Hc、216c、218c與電路元件2Ub、214b、 216b、218b相同，具有相同的枕形形變。在此情況中，然而，測量了形變，並且用該形變來確定形變修正電路特徵220c。形變修正是相對於初始或「基準」電路設計(參見圖2a)的尺寸變換，不只是簡單的電路設計的整體平移或旋轉。在此例中，特徵220c的長度縮短，而特徵222c的幾何形狀基本上沒有偏離特徵22加。當第二電路層按此方式形成時，對於正確的電路設計而言，特徵220c的末端再次與電路特徵2Hc和216c的末端搭接而不觸及電路特徵212c或218c。注意圖2c的方法考慮到製作這樣的柔性電路卷，其最小特徵尺寸和/ 或層到層對準誤差或配準誤差可小於與該形變相關聯的特有的平面內尺寸。圖2d表示與圖加-c的柔性膜相同的部分210d，但是其中部分2IOd已經經過「桶形」和「剪切」形變，而不是圖2b和2c的枕形形變。在圖2c中，第一電路層的特徵212d、 214d、216d、218d的這種形變被再次測量，並用來確定形變修正電路特徵220d和222d。當使用這些形變修正電路特徵形成第二電路層時，第二電路層使用特徵220d正確地連接形變電路特徵214d和216d，並使用特徵222d正確地連接形變電路特徵212d和218d。在此例中，與基準特徵220a比較時形變修正電路特徵220d被加長並傾斜，並且在與基準特徵220a 比較時形變修正特徵222d只是被傾斜。在圖2c中，圖2d的方法考慮到用於這樣的製作柔性電路，其層到層對準誤差可小於與該形變相關聯的特有的平面內尺寸。本文傳授的形變修正實現的降低的配準誤差，使得在用這些技術和系統製作的柔性電路中更小的器件設計成為可能。在一些實施例中，柔性電路包括薄膜電晶體。這些形變修正技術便於減少源極/漏極和柵極之間的搭接，從而減少相關聯的寄生電容並改善性能。這類薄膜電晶體可(例如)包括如下半導體ZnO ；諸如fe^nZnO之類的ZnO合金；非晶矽；或諸如並五苯之類的有機半導體。在一些實施例中，這類薄膜電晶體可包括通過將由可陽極化材料形成的柵電極陽極化而形成的柵極絕緣體，這些可陽極化材料例如有Al、W、 Ti,Mo等等。現在轉到圖3a_c，其中柔性多層電路的局部俯視圖示出了各種對準標記的多個測量位置(各以「X」表示)和基準位置(各以圓點表示)。對準標記能夠是第一電路層的一部分，該電路層在之前的加工步驟中作了加工，以形成與基準位置(點)精確配準的對準標記，但是有時在初始形成之後，柔性基材會成為未對準或有形變。為了便於描述，基準位置的圖案表示為在正交的平面方向中具有恆定間距的規則網格，但是這不應當被視為限制。 對準標記的任何合適的圖案都可用來檢測和測量基材形變，不管這些對準標記規則或不規則、重複或不重複。在圖3a中，測量位置(「X」)均與各自的基準位置(圓點)配準。因此，對準標記的測量位置相對於基準位置既無失準也無形變。在圖北中，如圖所示，測量位置(「X」) 與基準位置(圓點)因簡單的轉角θ關係而未對準。這種未對準不能視為此處使用的術語「形變」。在這方面，一組有關的對準標記的簡單平移或旋轉(僅此而已)不被視為「形變」。整個幅材縱向和/或橫向的比例因子(諸如可能由於在這些面內方向上均勻的薄膜收縮或膨脹引起的)可被認為是線性形變，但是區別於例如圖2b_d表示的非線性形變。在圖3c中，測量位置偏離基準位置成弓形圖案。這些偏離既不是對準標記圖案的簡單平移， 也不是對準標記圖案的簡單旋轉。因此，圖3c的弓形圖案是柔性基材在加工過程中可能經歷的非線性形變，並且這種形變在形成另一個電路層之前可能被傳遞到電路層之一。這種形變能夠通過將測量位置與基準位置進行系統地比較來量化和表徵，並且如此表徵的形變能夠隨後被用於校準隨後的電路層的形狀以確保正確的層對層配準，如圖2c和2d所示。「枕形」偏差(圖2b,2c)、「桶形」偏差(圖2d)和其它彎曲偏差(圖3c)是一類形變的實例，這類形變需要超過4個基準或對準標記來檢測，這種形變在本文中指非線性形變。非線性形變包括那些不能以簡單的直線延伸或收縮來描述的形變。優選地，所公開的光刻系統能夠檢測並矯正各類形變，包括非線性形變。圖如表示能夠實施以上所述的形變矯正的卷到卷光刻系統400的局部透視圖，圖 4b為這種系統的示意性側視圖。在此系統中，單個轉輪410優選地基本上由諸如不鏽鋼之類的非彈性材料構成並且具有相對較大的半徑，單個轉輪410起到多層電路形成在其上的柔性基材或幅材412的非彈性輸送器的作用。「非彈性」輸送器在此上下文中指這樣的輸送器，在正常的操作條件下該輸送器不會明顯延伸或者以其他方式形變到幹涉本文所討論的所需的微觀電路特徵的正確形成的程度。基材412繞轉輪410轉過，且轉輪410旋轉使得基材412和轉輪410從基材412和轉輪410之間在點409處的第一個接觸點一起移動到基材和轉輪之間在點411處的最後一個接觸點，如圖所示。在圖中，第一個和最後一個接觸點環繞轉輪的一半圓周，但是可以使用更大或更小的圓周部分。系統還包括在圖4b中示意性示出的圖像採集裝置414，但是在圖如中示出了多個單獨的照相裝置41 ，在圖4b中也示意性示出了曝光裝置416，但是圖如中示出了具有多個單獨曝光裝置416a的更多細節。圖像採集裝置414設於第一輸送位置420，第一輸送位置420可以是空間上的固定點或固定區域。曝光裝置416設於第二輸送位置422，第二輸送位置422可以是空間上的另一個固定點或固定區域。注意位置420、422設於第一個和最後一個接觸點409、411之間(根據基材或幅材的配置關係)，因此幅材412和轉輪410 也能夠從第一輸送位置420 —起移動到第二輸送位置422。位置420和422優選地與第一個和最後一個接觸點足夠遠，使得基材在位置420或422不會相對於輸送器打滑。計算機系統430與圖像採集裝置414和曝光裝置416這兩者通信，該計算機系統430至少包括進行箭頭432表示的數字圖像信息的接收和箭頭434表示的曝光信息的傳送。儘管圖如或4b中沒有示出，系統400還優選地包括用於連續退繞基材412的退繞站；用於連續卷繞經加工的基材的卷繞站；以及幅材操縱和幅材導向裝置，該裝置需用來維持良好的幅材控制以及在整個系統中定位。用於進一步加工按圖案曝光的幅材的輔助系統可包括一個或更多個沉積站，其用於在基材上沉積諸如導體、半導體和絕緣體的電路材料；一個塗布站，用於將一種或多種如正性或負性光致抗蝕劑的感光材料塗布到基材上； 光致抗蝕劑清除站，用於清除光致抗蝕劑的曝光部分或未曝光部分；以及刻蝕站，用於去除電路材料層的曝光部分，該電路材料層上布置有圖案化的感光材料。在簡要概述中，卷到卷光刻系統400使用數字圖像採集和數字曝光諸如光致抗蝕劑的感光材料，以使卷到卷系統中的光刻能與幅材上已存在的圖案精確對準。系統能夠獲取幅材上已存在的圖案(例如，之前通過光刻法在幅材上形成的圖案化層)的數字圖像，並且能夠數字地修正待曝光的圖案(例如，使用計算機系統430)來補償在已存在的圖案中檢測到的任何形變。形變修正圖案的數字表示能夠由計算機系統430計算，並以微小的延遲與曝光裝置416通信，使得當形變被測量的幅材的一部分經過第二輸送位置422時以適當修改(形變修正)的圖案曝光。也就是，使得被曝光的圖案包括在第一曝光位置420測到的形變，使得形變修正圖案與已有的(並且形變的)的圖案精確對準，從而允許製作(例如) 具有非常小的層對層配準誤差的薄膜集成電路，從而在卷到卷系統中比其他可能的方式允許更小的器件設計和更高的性能。在一些實施例中，卷到卷光刻系統400還可包括自動聚焦系統(未示出)以矯正基材412的厚度變化或輸送器的高度改變(例如，轉輪的圓形偏差)。自動聚焦系統可確定基材表面在第一輸送位置或第一輸送位置附近橫跨幅材的一個或多個點的高度，並且光刻系統能夠隨後使用該高度信息來修正圖像採集裝置和/或曝光裝置的焦距。在其它實施例中，卷到卷光刻系統400還可具有光學系統，該光學系統具有充分的焦深以顧及大範圍的基材厚度和輸送器的圓度偏差。圖案對準系統能夠在已存在的圖案中使用任何多個特徵(在此處指對準標記)以確定待曝光的圖案如何形變。這些特徵的位置由處理圖像採集裝置414產生的圖像信息的數字成像系統來確定。然後所需的待曝光的圖案的形變可從所測得的已存在特徵偏離它們的期望位置或基準位置的位移來計算。例如，參照圖加-b和3a_c以及相關的討論。線性、 片段線性或非線性(例如，二維三次樣條)補插能夠用於計算這些特徵周圍的形變。意義顯著的是，數字圖像採集和數字曝光這兩者均優選地在幅材與如合適的轉輪或傳送帶之類的同一非彈性輸送器接觸(但在不同位置)時進行，從而基本上避免由於幅材在圖像採集和曝光步驟之間的伸長而引起的任何誤差。換句話說，幅材優選地在第一和第二輸送器位置420、422與同一非彈性輸送器接觸，並且還優選地至少在這兩個位置之間連續接觸該輸送器，使得幅材在位置420的任何給定部分觀測到的任何形變(這些形變成為其後在幅材的相同部分曝光的形變修正圖案的基礎)基本上與移動到位置422的幅材的那部分沒有改變，然後形變修正圖案在位置422被曝光。在這方面，幅材速度優選地與非彈性輸送器(諸如轉輪410的外表面)的速度匹配，以避免幅材和輸送器之間的打滑。光刻系統400優選地以連續模式運行，這意味著幅材在圖像採集和圖像曝光工序中連續運動，儘管也可採用其它運行模式。此外，幅材在這些工序期間還優選地以恆定速度移動。以連續模式運行的優點在於，可簡化幅材運動的控制並提供更高產出量的可能性。 為了幫助實現此目的，曝光裝置416可以設計成包括滾動能力，使得大致位於位置422的待曝光特徵朝幅材的下遊方向(例如從大致位於位置422的曝光區域的幅材上遊邊界或邊緣到相對的該曝光區域的幅材下遊邊界或邊緣)以與幅材相同的速度滾動，以跟蹤幅材的移動。此外，在曝光裝置416中使用的雷射或其他光源的脈衝也能夠幫助最小化任何由於幅材移動引起的模糊。系統410還可包括用於調節和預對準幅材的機構。在一些實施例中，由第一級加工形成的圖案留下對準標記，後續級能夠對準該標誌。在一些實施例中，對準標記由諸如 (例如)印刷、壓花或雷射雕刻之類的技術形成。此外，幅材上可形成專用於操縱幅材的其它標記。這些可(例如)採取幅材邊緣附近的直線、正弦線或其它標誌的形式。參考PCT 專利公開WO 2008/088650 (Carlson等人)「幅材縱向位置傳感器」，該專利以引用方式併入
10本文中。此外，特徵可以形成在幅材上，諸如沿著幅材的指示絕對位置的條形碼或其它標記和/或序號。這些標誌能夠任選地由圖像採集裝置414或其它成像系統讀取。以下將進一步討論圖像採集裝置414和曝光裝置416的一些細節，但是首先來關注替代形式的卷到卷光刻系統500，如圖5所示。圖5的系統500在大部分或所有顯著的方面能夠和圖4的系統400 —樣起作用， 因此，圖5的某些部件或元件具有和圖4相同的附圖標記以表示它們相同或類似於圖4的相應部件。和系統400 —樣，卷到卷光刻系統500能夠實施以上所述的非線性形變矯正。 然而，不是使用單個轉輪作為基材或幅材412的非彈性輸送器，系統500使用諸如鋼帶等的非彈性帶510環繞如圖示的多個鼓輪或轉輪520、522、524、526、528、530和532。任選地備用轉輪524、526、5觀可以布置成使得它們各自確定無疑地與帶接觸；它們可以相對於轉輪 520,522 一定程度地提高以提供足夠的張力並且使帶510形成一定程度的彎曲，這又有助於維持幅材412和帶510之間張緊的摩擦連接。帶510和轉輪410在這一點上是相似的 這兩種輸送器都能夠與連續移動幅材相容地連續地循環運動。幅材412環繞帶510而通過， 且帶510 「旋轉」(沿著它的閉環路徑前行)而使得幅材412和帶510從幅材412和帶510 之間的第一個接觸點一起移動到該基材和帶之間的最後一個接觸點，如圖所示。第一個和最後一個接觸點可以按照需要而環繞帶長的大部分或小部分。數字圖像採集(參見圖像採集裝置414)和數字曝光(參見曝光裝置416)這兩者優選地在幅材與帶510接觸(但是在該帶510上的不同位置)時進行，從而基本上避免由於幅材在圖像採集和曝光步驟之間的伸長而引起的任何誤差。換句話說，幅材優選地在執行圖像採集和數字曝光的位置與非彈性帶510接觸，並且還優選地至少在這些位置之間連續接觸帶，使得幅材在圖像採集的位置的任何給定部分觀測到的任何形變(這些形變成為其後在幅材的相同部分曝光的形變修正圖案的基礎)基本上與移動到隨後曝光形變矯正圖案的位置的幅材的那部分沒有改變。就這一點而言，幅材速度優選地與帶510的前進速度匹配，以避免幅材和帶之間的打滑。在系統500中，圖像採集裝置414設於第一輸送位置M0，第一輸送位置540可以是空間上的固定點或固定區域。曝光裝置416設於第二輸送位置M2，第二輸送位置542可以是空間上的另一個固定點或固定區域。位置540、542設於第一個和最後一個接觸點509、 511之間(根據基材或幅材的配置關係)，因此幅材412和帶510還能夠一起從第一輸送位置540移動到第二輸送位置M2。現在回到圖像採集裝置414和曝光裝置416的討論。圖像採集系統可以包括僅僅一個高分辨攝像裝置，或者該系統可以包括如圖如所示的高分辨攝像裝置41 的陣列。在任一種情況下，攝像裝置優選地以高速在具有特定寬度(幅材橫向尺寸)和長度(幅材縱向尺寸)的限定的成像區域上生成幅材的高解析度數字圖像和對準標記。在某些情況中，成像區域的寬度可以近似等於幅材412的寬度，成像區域的長度可以是幅材在成像位置的彎曲與圖像採集系統的焦深組合的函數，如以下進一步討論。如果使用單獨攝像裝置41 的陣列，攝像機可以布置成如圖如所示的交錯排列， 以使與每個攝像裝置41 相關聯的單個成像子區域能夠布置成搭接的類似拼布的布置， 以形成較大的成像區域。當採集對準標記的多個連續圖像時，成像子區域還可以稍微旋轉， 使得子區域中的像素行相對於幅材下遊方向稍微傾斜以提高攝像機的有效解析度。
圖像採集系統還優選地包括一個或多個光源，以確保用於攝像裝置的合適的照明水平。然而，當為圖像採集系統提供充分的光照水平時，來自這種光源的這種照明不應有效地曝光或以其他方式幹涉柔性基材上的感光材料。例如，可以使用黃光或紅光來為攝像裝置提供照明，同時避免光致抗蝕劑被不可取地曝光。照明光源還可以是頻閃或以其他方式脈衝發光，這在高幅材速度是特別有利於避免圖像模糊並確保清晰地成像幅材上的對準標記。曝光裝置可以(類似於圖像採集系統)包括僅僅一個曝光裝置，或者該曝光裝置可以包括如圖如所示的單個曝光裝置416a的陣列。在任一種情況下，攝像裝置優選地在具有指定寬度(幅材橫向尺寸)和長度(幅材縱向尺寸)的限定的曝光區域上實現感光材料的高解析度曝光。曝光區域的寬度可以約等於幅材412的寬度，成像區域的長度可以是幅材在曝光位置的彎曲與曝光裝置的焦深組合的函數，如以下進一步討論。如果使用單獨曝光裝置416a的陣列，曝光裝置可以布置成如圖如所示的交錯排列，以使與每個曝光裝置 416a相關聯的單個曝光子區域能夠布置成搭接的類似拼布的布置，以形成較大的曝光區域。曝光子區域還可以稍微旋轉，使得子區域中的像素行相對於幅材下遊方向稍微傾斜以提高攝像機的有效解析度。曝光裝置當然包括用來曝光感光材料的一個或多個光源。通常，這種光源發射相對短波長的光，諸如近紫外線光，但是可以使用適於曝光要用於幅材的一種或多種特定感光材料的任何波長。曝光裝置優選地為電子可尋址，使得待曝光的高解析度的圖案可被快速地投射到幅材上的感光材料上，作為對計算機系統430或類似設備生成的形變修正圖案信號的響應。曝光裝置可以包括各種已知的用於按圖案曝光光致抗蝕劑材料的電子可尋址機制。一種機制採用小的曝光輻射聚焦射束，在曝光區域上沿垂直方向快速掃描射束，同時適當地電子調製射束以掃出所需的圖案。另一種機制採用大面積的曝光輻射射束，該射束由數字微鏡器件(DMD)或其它電子可尋址的空間光調製器件來空間調製。圖6和7示意描述了利用DMD的且適合用於已公開的光刻系統的曝光裝置。在圖 6中，曝光裝置600包括一個或多個雷射束，諸如UV雷射二極體610，合適的射束成形光學部件612和DMD614。DMD614選擇性地以高解析度數字格式將來自雷射二極體的光反射到移動的柔性基材622上的感光塗層620上。裝置600可以是和當前用於製造剛性印刷電路板的雷射直接成像(LDI)類似的設計。在圖7中，曝光裝置700包括諸如紫外發光二極體710 或甚至水銀弧光燈(未示出)的非雷射光源。使用被稱為積分隧道712的短導波管均勻化這種光源發出的光，射束成形光學部件714將均勻化的光傳遞到DMD716，並且從該DMD716 到達在曝光子區域722中柔性基材720上的感光材料上。在一些情況中，積分隧道712可以被代之以射束勻化器設計，例如如美國專利申請公開US2007/0153397 (Destain)「具有射束均化器的投影系統」中所述。在又一個替代設計中，曝光裝置可以包括一個或多個可獨立尋址紫外二極體的一維或二維陣列。合適的光學系統可以將一個或多個二極體陣列在設於幅材上的感光材料上成像以實現按圖案曝光。如上所述，成像區域的長度(幅材縱向尺寸)可以是圖像採集系統的焦深與幅材在成像位置的彎曲的組合的函數，曝光區域的長度可以類似地是曝光裝置的焦深與幅材在曝光位置的彎曲的組合的函數。具體地說，如果有關區域(是或不是曝光區域的成像區域)的長度表示為「L」，並且如果焦深或景深在此情況中可以表示為「h」，則幅材在相關位置(成像位置或曝光位置，視適用而定)的彎曲的最小半徑能夠表示為「r」，並和「h」以及 「L」的關係滿足以下方程r = L2/8h對於給定焦深圖像採集系統或對於給定景深的曝光裝置，這種關係可以用於計算諸如圖4的系統的最小轉輪半徑，或諸如圖5的系統的最小曲率半徑(在成像位置或曝光位置，視適用而定)。在一些情況中，柔性基材或幅材特意設計成視覺透明或至少部分地透光。在這些情況下，非彈性輸送器的光學特徵可能對圖像採集系統和/或曝光裝置的最優性能是重要的。具體地講，可能有利的是處理非彈性輸送器的外表面以定製表面反射率。就通常利用紫外光的曝光裝置而言，傳播通過透光基材的來自非彈性輸送器的傾斜角表面的反射可能不可取地將原本並不希望曝光的部分感光材料曝光。因此，可能有利的是確保非彈性輸送器在紫外波長上具有低表面反射率。就利用黃光或紅光的圖像採集系統而言，通過透光基材傳播的來自非彈性輸送器的強烈的表面反射可能與來自對準標記的反射相對抗，以致造成對準標記的劣質圖像對比度。然而，根據是否是使用亮景照明或暗景照明，在其它情況下對準標記可以具有低反射率(暗)，在此情況中可能有利的是非彈性輸送器提供用於最佳對比度的高反射/散射背景。在轉輪用作非彈性輸送器的實施例中，一種用於定製表面反射性能的方法是提供一種合適的彩色轉輪蓋，諸如Fluoron Inc. (Elkton, Maryland)售出的轉輪蓋。在其它情況下可以接受轉輪或帶的拋光金屬表面，或者這種表面可以被陽極化或以其他方式處理以改變其反射率。無論使用哪種方法，定製的表面優選地保留良好的機械特徵，例如光滑度和摩擦，並優選地保持穩定而不在高溫和在其它適用加工條件下老化。圖8示出了卷到卷數字光刻系統800的方框圖，表示根據一個可能的組織方案的所選部件、系統和子系統。箭頭810表示數據流。虛線表示控制和狀態信號。系統800包括數字光刻系統控制器820，該控制器提供高級系統控制和其它子系統的同步，包括啟動、 停止和速度命令，以及提供原始圖像數據822(包括電路布局)到圖像處理器824。幅材操縱子系統830包括主非彈性轉輪832或帶，柔性幅材834在圖像採集對準標記期間被卷繞並按圖案曝光。還示出了附加轉輪836、838，它們可以在處理的不同階段被用於卷繞幅材、 退繞幅材或用於二者。主轉輪832的直徑足夠大，幅材處於曝光引擎的焦深中，並且數字攝像機在它們各自的工作區域或視場上。主轉輪832或帶優選地包括驅動馬達(未示出)和高精度位置編碼器(未示出)。來自編碼器的數據由圖像分析儀840用於確定對準標記的精確位置。編碼器數據還能夠用於使曝光引擎842與幅材位置同步。幅材操縱子系統830負責定位幅材834，使得設於該幅材上的對準標記在數字攝像機844的視場內，並負責觸發頻閃光(未示出)和攝像機。數字攝像機844提供幅材圖像，該圖像提供到圖像分析儀840，這繼而又識別並定位先前形成在幅材上的對準標記。圖像處理器擬4負責將原始圖像數據822(即，待圖案化的電路層的未形變的布局即「基準圖案」)轉化為單色位圖，並基於圖像分析儀840記錄的對準標記的位置將該位圖形變並定位以與先前形成的層對準。還設有曝光引擎控制器850以接受來自圖像處理器擬4的形變修正圖像，並控制數字曝光引擎842以投射適當的形變修正圖像在幅材上。
在一些實施例中，圖像分析儀、圖像處理器或其它計算機子系統可以包括多個微處理器和用於並行處理的架構。例如，一個不同的微處理器或微處理器組可以專用於分析來自每個數字攝像機844的圖像。又如，一個不同的微處理器或微處理器組可以專用於生成形變的部分以及提供到每個曝光引擎控制器850的對準圖像。除非另外指示，否則本說明書和權利要求書中用來表示數量、特性量度等的所有數值應當理解為由術語「約」來修飾。因此，除非有相反的指示，否則說明書和權利要求書中列出的數值參數均為近似值，並且根據本領域內的技術人員利用本專利申請的教導內容獲得的所需特性而改變。每個數值參數並不旨在限制等同原則在權利要求書保護範圍上的應用，至少應該根據所報告數值的有效數位和通過慣常的四捨五入法來解釋每一個數值參數。雖然限定本發明大致範圍的數值範圍和參數是近似值，但就本文所述具體實例中的任何數值而言，都是按儘量合理的精確程度給出。然而，任何數值可以很好地包含與測試或測量限制相關聯的誤差。在不脫離本發明的範圍和精神的前提下對本發明進行的各種修改和更改，對本領域內的技術人員來說將顯而易見，並且應當理解，本發明不限於本文示出的示例性實施例。 本文提及的所有美國專利、專利申請公布、及其他專利和非專利文獻在它們與上述公開一致的程度上以引用方式併入。
權利要求
1.一種製造柔性電路膜的方法，包括提供柔性基材，所述柔性基材上具有多個對準標記和感光材料； 將所述基材繞過非彈性輸送器，使得所述基材和所述輸送器至少從第一輸送位置一起移動到第二輸送位置；當所述基材的第一部分在所述第一輸送位置時，測量在所述基材的第一部分上的第一組對準標記的位置；當所述基材的第一部分移動到所述第二輸送位置時，按圖案曝光在所述基材的第一部分上的感光材料，所述按圖案曝光基於對所述位置的測量。
2.根據權利要求1所述的方法，還包括 提供用於所述第一組對準標記的基準位置；和將所測量位置與所述基準位置比較以確定所述基材的所述第一部分的形變。
3.根據權利要求1所述的方法，還包括提供與所述第一組對準標記相關聯的基準圖案；和使用所述基準圖案和所確定的形變計算形變修正圖案；其中所述按圖案曝光將所述形變修正圖案施加到所述基材的所述第一部分上的所述感光材料上。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述基材包括聚合物膜。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述提供包括退繞柔性基材卷。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述退繞是隨著所述基材的所述第一部分從所述第一輸送位置移動到所述第二輸送位置而連續進行的。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述基材在測量和按圖案曝光步驟過程中以恆定速度移動。
8.根據權利要求1所述的方法，其中所述輸送器以與所述基材的速度相配合的速度移動，以避免所述基材和所述輸送器之間的打滑。
9.根據權利要求1所述的方法，其中所述輸送器包括輥和帶中至少一種。
10.根據權利要求1所述的方法，其中所述按圖案曝光包括提供曝光光源並使用至少一個光電元件控制光源曝光感光材料的位置。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述光電元件包括電子可尋址空間光調製器。
12.根據權利要求10所述的方法，其中所述光電元件包括電子可尋址電子束掃描裝置。
13.一種卷到卷光刻系統，包括 非彈性輸送器；幅材操縱裝置，配置成將柔性基材繞過所述輸送器，使得所述基材和所述輸送器至少從第一輸送位置一起移動到第二輸送位置；圖像採集裝置，配置成在所述第一輸送位置測量所述基材上的第一組對準標記； 曝光裝置，配置成在所述第二輸送位置按圖案曝光所述柔性基材上的感光材料；和圖像處理器，配置成接收所述第一組對準標記的測量位置，並且將所述測量位置與所述第一組對準標記的基準位置進行比較；其中所述曝光裝置配置成基於所述測量位置和所述基準位置之間的比較按圖案曝光所述感光材料。
14.根據權利要求13所述的系統，其中所述圖像採集裝置配置成在所述基材移動時測量所述第一組對準標記的位置。
15.根據權利要求14所述的系統，其中所述圖像採集裝置包括頻閃光源。
16.根據權利要求13所述的系統，其中所述曝光裝置配置成在所述基材移動時按圖案曝光所述感光材料。
17.根據權利要求13所述的系統，其中所述圖像處理器還配置成基於所述比較計算所述基材的形變，其中所述曝光裝置配置成基於所計算的形變按圖案曝光所述感光材料。
18.根據權利要求13所述的方法，其中所述非彈性輸送器包括輥和帶中的至少一種。
19.根據權利要求13所述的系統，還包括連接到所述圖像採集裝置並連接到所述曝光裝置的編碼器，所述編碼器配置成提供指示所述輸送器的循環位置的編碼器輸出。
20.根據權利要求13所述的系統，其中所述系統配置成使所述圖像採集裝置的運行和所述曝光裝置的運行同步，使得所述曝光裝置曝光所述圖像採集裝置測量的所述基材的一部分。
21.一種柔性電路膜卷，包括 繞成卷的柔性基材；和形成在所述基材上的多個分立多層電路，每個多層電路包括多個電路層； 其中所述基材在至少一個區域呈現物理形變，在該區域上至少布置第一個所述多層電路，所述形變由平面內形變尺寸表徵；並且其中所述電路層在形變所述至少一個區域中呈現比所述形變尺寸小的層對層配準誤差。
22.根據權利要求21所述的卷，其中所述多個分立多層電路包括分別形成在所述基材的不同的第一和第二部分上的第一和第二電路，所述第一和第二電路具有名義上相同的電路布局，並且其中所述第一和第二電路由於所述物理形變而相互之間呈現幾何形狀差異。
23.根據權利要求21所述的卷，其中所述基材包括聚合物膜。
全文摘要
製造柔性電路膜的方法包括提供一種柔性基材，其具有多個對準標記和感光材料。所述基材繞過合適的轉輪、帶或其它非彈性輸送器，使得所述基材和所述輸送器至少從第一位置一起移動到第二位置。當所述基材的第一部分在所述第一位置時，測量在所述基材的第一部分上的第一組所述對準標記的位置；並且測量位置能夠用於計算基材的形變。當所述基材的第一部分移動到所述第二位置時，然後按圖案曝光在所述基材的第一部分上的感光材料。所述按圖案曝光基於第一組對準標記的測量位置，並可包括用形變修正圖案來曝光幅材。還公開了相關的系統和製品。
文檔編號G03F9/00GK102301280SQ200980155696
公開日2011年12月28日 申請日期2009年12月17日 優先權日2008年12月23日
發明者丹尼爾·J·泰斯, 布賴恩·K·納爾遜, 傑弗裡·H·託奇, 麥可·A·哈斯 申請人:3M創新有限公司