CN1617296A - 用于修正卷到卷工艺中薄片变形的方法和系统 - Google Patents

用于修正卷到卷工艺中薄片变形的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明包括一种用于修正卷到卷工艺中薄片变形的方法和系统。本发明包括能动态调节卷到卷工艺中薄片[210]平面度的可控机械元件[230]。通过在卷到卷工艺中调节薄片[210]，极大地增加了连续构图步骤中层对层的对准精度，由此使得能够生产具有低叠加电容和更高分辨率的电子结构。本发明的第一方面是用于修正卷到卷工艺中薄片变形的方法。该方法包括启动与柔性薄片衬底[210]相关的卷到卷工艺，探测卷到卷工艺中柔性薄片衬底[210]中的变形，并根据探测到的变形动态对准柔性薄片衬底[210]。

Description

用于修正卷到卷工艺中薄片变形的方法和系统
技术领域
本发明一般涉及到半导体加工工艺，而且更具体地涉及到用于修正卷到卷工艺中薄片变形的方法和系统。
背景技术
在半导体加工业中，目前一个强大的趋势是减小现有结构的尺寸并制造更小的结构。该工艺一般称为微制造。微制造产生相当大影响的一个领域是微电子领域。特别是微电子结构的尺寸减小一般使结构更便宜、性能更高、减少能耗，并且对于给定的尺寸包含更多的元件。虽然微制造已在电子工业中广泛应用，但是它也已经应用到其它应用领域如生物技术、光学、机械系统、传感器件和反应堆。
典型地，电子设备的制造要求几个图案形成步骤，这些步骤通常必须彼此对准，其精确程度接近或甚至超过最小特征尺寸。现在，用光刻技术在平的、不易弯曲的、不变形的衬底，如晶体Si或玻璃上制造电子器件。但是，生产这类器件的更便宜的方法基于压印微影技术。
通常利用压印微影技术，利用具有要制造的结构特征的原版与要被构图的衬底材料之间的接触，而对衬底材料上的薄膜进行高分辨率构图。被构图的薄膜可以是电介质、半导体、金属或有机物，并且可以作为薄膜或独立的层来构图。压印微影技术在卷到卷处理中特别有用，因为它具有较高的生产量并且可以处理较宽的衬底。在随后的讨论中这种卷到卷的衬底将称为薄片(web)。
在传统的光致技术中，使用光学对准标记保证连续构图步骤之间的对准。虽然在卷到卷工艺中可以使用光学对准标记，但是由于几种原因它并不实用。首先，它增加了额外的复杂性，因为基本的压印微影技术工艺不是光学的。其次，在卷到卷环境下，缺乏平面度的衬底由于场深度限制和其它光学象差导致难于保证光学对准所要求的精度。最后，在卷到卷处理中使用的柔性衬底可能由于温度、湿度或机械应力而发生尺寸变化。一个已构图的层相对于下一层的这些变形和/或膨胀使得不可能在大面积上精确对准。
因此，所需要的是一种用于修正在卷到卷工艺中的薄片变形的方法和系统。该方法和系统应该简单、便宜并且能够容易地应用于现有技术。本发明针对这些需求而产生。
发明内容
本发明包括一种用于修正卷到卷工艺中薄片变形的方法和系统。本发明包括能够在卷到卷工艺中动态调节薄片的平面度和尺寸的可控机械元件。通过在卷到卷工艺种调节薄片的尺寸，连续构图步骤中层与层的对准精度大大增加，由此能够生产具有较低叠加电容和较高分辨率的复杂的电子结构。
本发明的第一方面是用于修正卷到卷工艺中薄片变形的方法。该方法包括启动涉及一柔性薄片衬底的卷到卷工艺、探测卷到卷工艺中柔性薄片衬底的变形，并根据探测到的变形动态地对准柔性薄片衬底。
本发明的第二方面是一种卷到卷处理系统。该处理系统包括一薄片卷动机构、和薄片卷动机构相耦合的柔性薄片衬底、多个配置用于动态探测柔性薄片衬底中变形的传感器、至少一个和柔性薄片衬底耦合的可控机械元件，以及与该多个传感器和该至少一个可控机械元件耦合的计算机系统，其中计算机系统包括用于探测柔性薄片衬底中的变形并根据探测到的变形动态对准柔性薄片衬底的逻辑电路。
从下面结合附图以及举例说明本发明的原理的详细描述中本发明的其它方面和优点将更加清楚。
附图说明
此处参考的附图构成本发明的一部分。附图中所示的特征只是本发明的一些实施例的示意性说明，并不是本发明的所有实施例，除非另有明确说明，否则不应该蕴涵与此相反的含义。
图1A是根据本发明的一个实施例的方法的高级流程图。
图1B是根据本发明的一个实施例的可用于探测柔性薄片衬底变形的各步骤的更详细流程图。
图2A是根据本发明的实施例的系统的示意图。
图2B表示根据本发明的一个实施例的用于确定所需要的变形修正量的可能的实施例。
图3是可结合本发明的实施例利用的计算机系统的框图。
图4是根据本发明的实施例的方法的更详细的流程图。
图5是可结合本发明的实施例利用的可操纵的圆盘结构的示意图。
图6是可结合本发明的实施例利用的球形钳结构的示意图。
图7是可结合本发明的实施例利用的机械横滚筒(cross-roller)的结构示意图。
具体实施方式
本发明涉及到一种用于修正卷到卷工艺中薄片变形的方法和系统。下列描述是为了使本领域普通技术人员能够制造和使用本发明，并且下列描述提供在专利申请书及其要求的文本中。对此处描述的实施例和基本原理及特征的各种修改对本领域技术人员是显而易见的。因而，本发明不限于所示的实施例，而是应该被给予和所描述的原理和特征相一致的最宽的范围。
如所表示的为了说明的目的，本发明是用于修正卷到卷工艺中薄片变形的方法和系统。本发明包括能够在卷到卷工艺中动态调节薄片平面度的可控机械元件。通过在卷到卷工艺中对薄片进行调节，极大地增加了连续构图步骤中层对层的对准精度，由此使得能够生产具有低叠加电容和高分辨率的电子结构。
图1A是用于修正薄片变形的示例性方法的高级流程图。第一步110包括启动涉及柔性薄片衬底的卷到卷工艺。第二步120包括探测卷到卷工艺中柔性薄片衬底的变形。最后一步130包括根据探测到的变形动态对准柔性薄片衬底。由于对准工艺影响薄片变形状态，对准工艺的效果影响步骤120所探测到的薄片变形。因此，薄片变形状态通过闭合式反馈系统修正。
在一个实施例中，步骤120涉及到在柔性薄片衬底上光学标记的实现以探测变形。然后将薄片的所探测到的变形状态与所希望的变形状态进行比较。根据这种比较产生一个误差信号。从这个误差信号以及致动器对薄片变形状态的影响的有关知识，可产生一个变形状态修正信号，并利用此信号动态对准柔性薄片衬底。
图1B是根据本发明的一个实施例的能用于探测柔性薄片衬底上变形的步骤的更详细的流程图。第一步121包括利用柔性薄片衬底上的光学标记探测变形。第二步122包括将探测到的变形和所希望的变形进行比较。下一步123涉及到根据比较产生一个误差信号。最后一步124包括产生一个用于动态对准柔性薄片衬底的修正信号。
本发明的上述实施例可以通过，例如，操作计算机系统执行一系列机器可读指令来完成。特别地，变形探测所提供的变形量的转换、变形与所希望状态的比较、产生适当的误差信号以修正误差，以及将变形修正信号转换成对变形调节合适的信号都可在所述计算机系统中完成。指令可驻留在各种类型的计算机可读介质中。关于这一点，本发明的另一方面涉及到一个编程的产品，它包括计算机可读介质，该介质明确包含一个由数字数据处理器机器可执行的机器可读指令程序，用以完成根据本发明实施例的方法。
该计算机可读介质可以包含，例如，包含在系统中的RAM。或者，指令可以包含在另一个计算机可读介质中并可直接或间接被计算机系统存取。无论包含在计算机系统内与否，指令可以存储在各种机器可读存储介质上，如直接存取存储器(DASD)(例如，传统的“硬盘驱动器”或RAID阵列)、磁数据存储软盘、磁带、电子非易失存储器、光学存储器件(例如，CD ROM、WORM、DVD)，或其它合适的包括传输介质的计算机可读介质，如数字、模拟或无线通信链路。在本发明的一个图解实施例中，机器可读指令可以包括按照C、C++或类似的语言代码的行，这些语言代码是这类型应用领域的编程技术人员常用的。
图2A是用于修正薄片变形的系统200的高级示意图。系统200包括薄片滚筒205、柔性衬底或薄片210、薄片定位传感器220和可控机械元件230。柔性薄片衬底是聚合物材料，如聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚醚砜，聚碳酸脂，多芳基化合物以及聚萘二甲酸乙二醇酯，或无机材料如非常薄的玻璃或两层或多层这种材料的叠层。虽然公开了这些材料，但是本领域的普通技术人员很容易认识到可以使用能够实现的各种不同的材料。
图2B示出用于确定变形修正的一个实施例。图2B表示出了薄片240。项目250代表薄片240上光学点的实际位置，而项目260代表所希望的光学点位置。因此，项目270代表将光学标记的实际位置250移动到所希望的位置260的位移。因此，如果对薄片240强加这样的位移，则薄片240的其余特征部分应该也基本对准。
返回来参考图2A，薄片位置传感器220和可控机械元件230电连接到计算机系统225。作为这样的计算机系统的一个实例，请参考图3。在图3中，主要给出计算机系统的框图，一般用参考数字225表示。计算机225可以是各种不同类型中的任何一种，如笔记本计算机、台式计算机、工业用个人计算机、嵌入式计算机等。在图解实施例中，处理器312控制计算机系统225的功能。在该实施例中，如实线所示的数据在处理器312和系统225的各元件之间传送。此外，利用模块化热单元314去除处理器312产生的热。计算机225也包括为计算机系统225的各元件供电的电源316，如虚线所示。另外，电源316可包含电池。
根据计算机225所需要的功能，计算机系统225可以包含各种其它元件。在图解实施例中，用户接口318连接到处理器312。用户接口318的实例包括键盘、鼠标、和/或声音识别系统。此外，输出装置320连接到处理器312为用户提供视觉信息。输出装置320的实例包括计算机马达、电视屏幕、打印机等。在本实施例中，通信端口322连接到处理器312以使计算机系统225和外部设备或系统如打印机、另一计算机、或网络进行通信。
处理器312利用软件程序控制计算机225的操作。电子存储器连接到处理器312以存储和方便程序的执行。在图解实施例中，处理器312连接到易失存储器324和非易失存储器326。各种存储器类型诸如DRAM、SDRAM、SRAM等可用作易失存储器324。非易失存储器326可以包括硬盘驱动器、光学存储器或另一种类型的磁盘或磁带驱动存储器。非易失存储器326可以包括和易失存储器324结合使用的只读存储器(ROM)，如EPROM。
系统225也可以结合分布式计算环境使用，在此环境中任务由通过通信网络链接的远程处理设备完成。在分布式计算环境中，程序模块可以位于本地或远程存储器设备中。可以以单机方式本地执行程序模块，或以客户/服务器方式远程执行程序模块。这样的分布式计算环境的实例包括办公室的局域网、企业内的计算机网络和因特网。另外，网络可以通过无线方式或各种通信方式中的任何一种通信，但是都在本发明的宗旨和范围之内。
回过来参考图2A，光学标记215放置在柔性薄片衬底210上，并被用来确定卷到卷工艺中的薄片变形和扭曲。标记215可以是简单的跟踪标记或是复杂的图案如回纹状图案。薄片位置传感器220跟踪柔性衬底210上的光学标记215并根据探测到的光学标记215的位置发送电子信号给计算机系统225。
在图2A的实施例中，传感器220包括多对光学照明源/探测器组合。从薄片反射的光根据回纹状图形的存在而被调制并被光学探测器转换成电信号。根据电子调制的频率，薄片的位置和速度可以被确定，并且通过跟踪薄片的横向位置的两个传感器之间的相位差确定相对于传感器的标记。通过大量传感器对220和薄片标记跟踪，可以确定在多个位置的薄片的状态和位置。根据这些信息，可以确定薄片与所需要的压缩状态相比的相对伸长或压缩量。
计算机系统225中的计算机软件接收电子信号并确定柔性薄片衬底215的变形和扭曲。随后，计算机系统225发送重新对准信号给可控机械元件230，可控机械元件230根据探测到的柔性薄片衬底210的变形和扭曲在该点重新对准柔性薄片衬底210。
图4是根据本发明的一个实施例的方法的更详细的流程图。第一步410包括利用传感器探测柔性薄片衬底上的光学标记的位置。第二步420包括根据光学标记探测到的位置使传感器发送电信号给计算机系统。第三步430包括根据光学标记探测到的位置使计算机系统确定柔性薄片衬底的变形和扭曲。
第四步440包括根据所确定的柔性薄片衬底的变形和扭曲，使计算机系统发送重新对准信号给连接到柔性薄片衬底的可控机械元件。最后一步450包括根据所确定的柔性薄片衬底的变形和扭曲，使可控机械元件重新对准柔性薄片衬底。
通过薄片的机械响应，薄片变形的改变被变形状态探测器感知而完成处理过程。通过适当确定误差和发送的对准信号之间的关系，处理过程在一定误差限内使薄片对准到所需要的变形状态范围。
再参考图2A，可控机械元件230被配置成通过施加应力和压力到柔性薄片衬底上由此使柔性薄片衬底210改变位置而重新对准柔性薄片衬底210。这使柔性薄片衬底210中由温度、湿度、机械应力等引起的误差偏差、变形和扭曲被最小化。
在本发明的一个实施例中，可控机械元件是可操纵盘。图5是可操纵盘结构500的示意图。结构500示出多个与柔性薄片衬底520接触的可操纵盘510。可操纵盘510的角度和速度被马达控制，马达可改变盘的方向和加速度。改变角度使各种侧力传递到薄片。这些侧力反过来可用于改变薄片520的变形状态。马达可用计算机系统530控制。
计算机系统530发送重新校准信号给可操纵盘510，由此使可操纵盘510施加补偿应力到柔性薄片衬底520上以解决任何探测到的变形和扭曲。需要特别关注的本发明的另一个方面是只有薄片移动时改变转向角—否则会导致非平面变形。因此，可能需要复杂计算以获得使变形误差最小化的最佳操作规程。
在另一个实施例中，可控机械元件是称为球形钳的沿赤道方向驱动的球。球形钳的应用避免了前面实施例的一些更复杂的计算。图6是球形钳结构600的示意图，它能结合本发明的实施例使用。结构600表示与柔性薄片衬底620接触的球形钳610。球形钳610包括马达驱动的赤道驱动器611，612，它使球形钳610在所希望的运动方向旋转而将任意点位移告知柔性薄片衬底620。结构600也表示出了一种加载弹簧的反向滚筒630。
加载弹簧的反向滚筒630提供一个垂直力给球形钳610，并被设计成能够防止球形钳610滑动且增加施加到薄片的力。球形钳610电连接到计算机系统640。因此，计算机系统640发送重新对准信号给球形钳610，由此使球形钳610和加载弹簧的反向滚筒630施加补偿应力到柔性薄片衬底620上来解决任何探测到的变形和扭曲。
在此外的另一个实施例中，可控机械元件包括成对的机械滚筒(驱动滚筒和反向滚筒)，它们的旋转轴相对于其它滚筒对可以改变。图7是机械横向滚筒结构700的示意图，它可结合本发明的实施例使用。结构700表示驱动柔性薄片衬底730的机械横向滚筒710、720。710滚筒对的旋转轴可相对于720滚筒对的旋转轴改变。机械横向滚筒710、720可以根据滚筒对710相对于720滚筒对的角度、位置和相对速度使柔性薄片衬底730横向位移和拉紧。控制机械横向滚筒710、720的速度、位置和角度的马达电连接到计算机系统740。因此，计算机系统740发送重新对准信号给机械横向滚筒710、720，由此使机械横向滚筒710、720施加补偿应力到柔性薄片衬底730上以解决任何探测到的变形和扭曲。
已经揭示了用于修正卷到卷工艺中的薄片变形的方法和系统的不同实施例。这些实施例包括能够动态调节卷到卷工艺中的薄片平面度的可控机械元件。在卷到卷工艺中通过调节薄片，连续构图步骤中的层对层的对准精度极大增加，由此使得能够生产具有低叠加电容和更高分辨率电子结构。
虽然已经根据所示的实施例描述了本发明，但是本领域的普通技术人员很容易明白可以对实施例作改变，而这些改变应该属于本发明的宗旨和范围之内。因此，本领域的普通技术人员可以作许多修改而不背离本发明的宗旨和范围。

Claims (10)

1.用于修正卷到卷工艺中薄片变形的方法，包括：
启动涉及柔性薄片衬底[210]的卷到卷工艺；
探测卷到卷工艺过程中柔性薄片衬底[210]中的变形；以及
根据探测到的变形动态对准柔性薄片衬底[210]。
2.权利要求1的方法，其中探测柔性薄片衬底[210]中变形包括：
利用柔性薄片衬底[210]上的光学标记[215]探测变形；
将探测到的变形和所希望的变形进行比较；
根据该比较产生误差信号；以及
产生用于动态对准柔性薄片衬底[210]的修正信号。
3.权利要求1的方法，其中动态对准柔性薄片衬底[210]包括：
根据探测到的变形，利用可控机械元件[230]对准柔性薄片衬底。
4.权利要求3的方法，其中可控机械元件[230]包括可操纵盘[510]
5.权利要求3的方法，其中可控机械元件[230]包括球形钳[610]。
6.权利要求5的方法，其中每个球形钳[610]包括加载弹簧的反向滚筒[630]
7.一种卷到卷处理系统，包括：
薄片卷动机构[205]；
耦合到薄片卷动机构[205]的柔性薄片衬底[210]；
多个配置用于动态探测柔性薄片衬底[210]中变形的传感器[220]；
耦合到柔性薄片衬底[210]的至少一个可控机械元件[230]；以及
耦合到该多个传感器[220]和该至少一个可控机械元件[230]的计算机系统[225]，其中该计算机系统[225]包括逻辑电路，用于
探测柔性薄片衬底[210]中的变形；以及
根据探测到的变形动态对准柔性薄片衬底[210]。
8.权利要求7的系统，其中用于探测柔性薄片衬底[210]中的变形的逻辑电路包括用于以下功能的逻辑电路：
利用柔性薄片衬底[210]上的光学标记[215]探测变形；
将探测到的变形和所希望的变形进行比较；
根据该比较产生误差信号；以及
产生用于动态对准柔性薄片衬底[210]的修正信号。
9.权利要求7的系统，其中用于动态对准柔性薄片衬底[210]的逻辑电路包含用于以下功能的逻辑电路：
根据探测到的变形，利用该至少一个可控机械元件[230]对准柔性薄片衬底[210]。
10.权利要求9的系统，其中，该至少一个可控机械元件[230]包括球形钳[610]。
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