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CN102933038A - 用于将结构精确施加到基板上的方法和设备 - Google Patents

用于将结构精确施加到基板上的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于将结构精确施加到基板上的方法和设备。一种提供基板的方法，包括：提供基板；提供加工头；扫描步骤，其中由加工头的至少一个扫描装置检测已经施加到基板上的结构；喷墨打印步骤，其中用加工头的喷墨打印装置向基板上局部施加漆以形成漆结构，其中用扫描步骤获得的信息还用于在需要的位置沉积漆结构；照射步骤，其中通过使用扫描步骤获得的信息，照射装置局部照射施加的漆结构；紧接在喷墨打印步骤之前，用第一扫描装置进行第一扫描步骤。还涉及实施该方法的设备，包括：基板载体；加工头，相对于基板(S)可移动；控制装置，构造成控制：扫描步骤；喷墨打印步骤；照射步骤；紧接在喷墨打印步骤之前，进行第一扫描步骤。

Description

用于将结构精确施加到基板上的方法和设备
本申请是申请日2005年4月22日、标题为“用于将结构精确施加到基板上的方法和设备”申请号200580012506.3的分案申请。
技术领域
本发明涉及在用于将结构精确施加到基板上的方法和设备。
背景技术
迄今为止，经常使用掩模来局部遮蔽用于形成结构的漆，使其免于照射。使用这些掩模是费力且昂贵的。况且，对于每一个新的结构，都需要制造出新的掩模。将结构施加于基板的另一问题是其中要使用大量的漆和溶剂。人们必须面对的另一问题是提供具有精确轮廓的结构。在各层中的结构的相对位置也是将结构精确施加于基板的重要问题。
该方法的应用可以是，例如，生产电子元件的方法，如OLED、太阳能电池、显示器上的TFT结构等等。对于这些元件来说，在连续施加的很多层的材料中，其中的结构相对于彼此能够非常准确地定位是非常重要的。这里，至少2微米，优选1微米的所谓覆盖精度是理想的。
发明内容
本发明就是涉及给基板施加漆结构的方法，该方法至少解决上述多种问题。
为此目的，本发明提供一种方法，其中，在扫描步骤中，通过加工头的至少一个扫描装置检测已经施加于基板的结构，而该加工头至少设有至少一个照射装置，该照射装置在照射步骤中利用在扫描步骤中获得的信息而局部照射该施加的漆结构。
使用加工头的扫描装置，可以非常准确地检测该已经施加的结构的位置，以致可以非常精确地局部照射该施加的漆结构。优选地，该加工头在扫描装置和照射装置之间形成直接的机械连接，这对精确定位非常有利。
在本文中，“照射”一词应该广义地理解。“照射”不仅可以理解为用可见光处理，还可以指采用紫外辐射、红外辐射、离子束和电子束。照射导致漆的结构的变化，例如漆发生交联或者从漆中除去溶剂。“漆”一词也应广义理解，其可能是光刻胶、UV-固化漆、PPV和用于生产OLED目的的PDOT等等。
通过借助照射装置进行的照射步骤，可以得到具有精细、清晰边界的结构。局部照射步骤不应理解为利用掩模的照射步骤，而是借助窄射束或者各自可单独控制的窄射束阵列局部照射该漆的步骤。借助此窄射束或者可单独控制的窄射束阵列——其可以是例如激光束、红外光束、可见光束、UV光束、离子束或电子束——可以在漆上照样子写下需要的结构。照射可以发生在那些需要除去漆的区域，或者相反，发生在那些需要保留漆的区域，这取决于所用的漆。
根据本发明的一个方面，利用扫描步骤得到的信息还用于在需要的位置沉积漆结构。这样，该新的漆结构可以相对于已有的结构准确地定位。
根据本发明的另一个精心设计，加工头还可以设置有喷墨打印装置，以便在喷墨打印步骤中用加工头的喷墨打印装置将完整的漆层或者漆结构施加到基板上。优选地，在喷墨打印步骤中，漆是被局部施加，以形成漆结构。
在这种方式中，借助先进的打印技术来实现漆的沉积。因为使用的是喷墨打印，而不是用漆完全地覆盖基板，该漆是以节约得多的方式使用。这是因为漆只需要施加在希望形成结构的地方。顺便说明，本发明并不排除下面的可能性：利用喷墨打印装置往整个基板施加漆层，而不是漆结构。
另外，在这种方式中，加工头被同时设置有喷墨打印装置和照射装置。在这种情况下，在加工头相对于基板的一次移动中即可同时实现漆的施加以及该刚施加的漆的照射。而且，在这种方式中，照射装置的位置是直接机械连接在加工头的位置。因此，在施加了漆之后，可以非常准确地确定接着在什么地方用照射装置照射。加工头与照射装置的位置的直接连接实际上排除了照射装置在基板上错误的地方进行照射操作的可能性。使用该局部照射步骤，用喷墨技术施加的漆的相对不精确的轮廓可以避免，以便得到精细、清晰边界的照射结构。
根据本发明的另一精心设计，紧接在喷墨打印步骤之前可以进行一扫描步骤，为此在加工头上设置第一扫描装置，从加工头相对于基板移动的相对方向看，其处于喷墨打印装置的上游一侧。有了该扫描步骤，可以知道已经施加的结构处于基板的何种位置，以便紧接在扫描步骤之后——在打印步骤中——新的结构可以相对于这些已经存在于基板上的结构精确地定位。
然而，更加有利的是立即检查该刚刚施加并经照射的结构，例如用以确定漆是否以正确的方式在各处施加。为此目的，根据本发明的另一精心设计，紧接在喷墨打印步骤之后可以进行一扫描步骤，为此在加工头上设置第二扫描装置，从加工头相对于基板移动的相对方向看，其处于喷墨打印装置的下游一侧。
这里，利用第二扫描装置获得的信息，可以确定打印是否已经在应该打印的地方发生，如果不是这样，在第二次打印步骤中仍可以在需要的位置打印。为此目的，加工头可以在基板的同一区域来回移动。如果第二扫描装置检测到某些区域未被施加以漆，在向回移动时仍可以在那些区域沉积漆并加以照射。
根据本发明的另一方面，紧接在照射步骤之前可以进行一扫描步骤，为此在加工头上设置了第一扫描装置，并且从加工头相对于基板移动的相对方向看，其处于照射装置的上游一侧。
在这种方式中，在加工头相对于基板的一次移动中，可以确定在什么地方需要对施加的漆进行局部照射，而该漆的照射可以在加工头的同一次移动中进行。然后，依据本发明更加有利的是，紧接在照射步骤之后进行一扫描步骤，为此在加工头上设置了第二扫描装置，并且，从加工头相对于基板移动的相对方向看，其处于照射装置的下游一侧。因此，利用第二扫描装置获得的信息，可以确定照射是否已经在应该进行的地方发生，如果不是这样，在第二次照射步骤中仍可以在需要的位置对漆加以照射。同样在这种情况下，为此目的，扫描头可以在基板的同一区域来回移动。如果第二扫描装置检测到在某些区域漆未被照射，在向回移动时仍可以在那些区域对漆加以照射。检测所需照射可以例如根据漆在照射的作用下发生的预期变化而进行。该变化可以是例如漆的颜色、结构和/或形状的变化。
在第二次扫描步骤中，对于漆是否已经在需要的位置被照射的检测，当然可以与针对是否已经在需要位置沉积了漆的检测相结合，至少是同时检测在第二次扫描步骤之前是否进行了漆的沉积步骤。以这种方式，优选在加工头的来回移动中漆可以相对快速和准确地被沉积并被照射。
此外，用第二扫描装置获得的信息可以反馈给用于控制加工头位置的测量系统。当在下一层的新结构被相当程度地从之前施加的结构上去除时，向测量系统的这种反馈是很重要的，因为在加工头于基板上方移动的过程中，对先前施加的结构没有直接的参照信息。
根据本发明的另一个具体实施方式，可以为了在涂覆或者待涂覆于基板的材料层中产生一个结构的目的而施加漆结构。
这些方法本身是已知的，例如可以包括将部分覆盖以漆结构的材料层蚀刻掉。其中一种可能是例如US3,832,176(一种填入工艺)和US4,674,174(一种剥离(lift-off)工艺)中披露的往漆结构和/或在漆结构之间施加材料层。
这里，材料层可以例如是诸如钼、铬等的金属，可以是半导体、诸如SiOx、SiNx的介电层、或ITO。然而，采用多种不同的物质也是可以的。
根据本发明的方法的步骤是制造电子器件如TFT结构、OLED、太阳能电池等的方法的一部分。
漆结构可以由光刻胶结构或者由在照射作用的影响下快速固化的漆(例如UV-固化漆)形成。漆的结构还可以通过用照射(例如用红外光)从漆中除去溶剂而改变。
优选地，在这些连续结构的施加中，覆盖(overlay)的精度达到至少0.7微米，更具体地，达到至少0.4微米。
为此目的，在扫描步骤中的测量可以基于例如干涉测量、三角测量或者图像识别。
使用可单独控制的激光器、LED或者可以快速开关或者调节的类似装置的阵列，可以进行非常精确的局部照射，借此可以照射到相应的漆。
本发明进一步涉及用于实施权利要求1-18中任一项所述方法的设备，其中根据本发明的设备配置有可以相对于基板载体相对移动的加工头，其中所述加工头包括至少一个扫描装置和至少一个照射装置。
使用该加工头，例如可以在之前施加的漆中立即写上需要的结构。为了使得具有照射装置的加工头相对于已经施加的结构精确定位，加工头包括至少一个扫描装置。使用该至少一个扫描装置，可以检测已经施加的结构，以便通过照射装置可以进行精确的漆照射。
照射装置需要产生至少一个，但优选可单独控制的窄射束阵列，诸如激光束、红外光束、可见光束、UV光束、电子束或离子束，以便非常精确地在漆中定位和形成非常精细的结构。
根据本发明的另一精心设计，加工头还设置有喷墨打印装置。运用此喷墨打印装置，不是形成完整的漆层，而是形成漆结构，这导致了所使用漆的节约。
这里，更加优选的是，加工头配置有两个照射装置，从基板相对于加工头移动的相对方向看，第一照射装置设置在喷墨打印装置的上游，第二照射装置设置在喷墨打印装置的下游。有了这样的加工头，在两个方向的移动中，漆被施加并且之后立即被照射。
另外，该加工头优选配置有两个扫描装置，从基板相对于加工头移动的相对方向看，第一扫描装置设置在喷墨打印装置的上游，第二扫描装置设置在喷墨打印装置的下游。有了这样的加工头，在施加漆之前和紧接在施加之后均可在加工头相对于基板移动期间进行扫描。在扫描期间完成的测量结果可以用于在加工头向回移动时，借助加工头调节漆的分配。此外，该测量结果可以用于借助照射装置来定位在漆中的结构。
根据本发明的一个方面，为此目的，加工头配置有两个扫描装置，同时从基板相对于加工头移动的相对方向看，第一扫描装置设置在至少一个照射装置的上游，第二扫描装置设置在该至少一个照射装置的下游。
因此，在被照射漆之前和紧接于照射之后均可在加工头相对于基板移动期间进行扫描。在这种情况下，在扫描期间完成的测量结果可以用于在加工头向回移动时，借助加工头调节漆的照射。以这种方式，可以确定照射是否已经在应该照射的地方发生，如果不是这样，在第二次照射步骤中，漆仍可以在需要的位置被照射。
而且，因为加工头配置有两个扫描装置，漆可以在加工头的两个方向移动中被准确照射。
为了尽可能小地使基板处于震动以及类似的引起不精确的状态，至少在本方法的实施喷墨打印步骤和照射步骤期间，优选设置加工头使得它相对于固定的外界是可移动的，同时基板载体是静止的。
很显然，该设备设置有控制装置，其设置用来处理由至少一个扫描装置得到的信息，该控制装置还被设置用来控制加工头的移动，并控制至少一个照射装置。此外，该控制装置还被设置用来控制喷墨打印装置的各个不同的喷孔。
扫描装置被设置用来进行例如干涉测量、三角测量或者图像识别。这种测量提供了很高的精度。
用于产生至少一个窄射束的至少一个照射装置可以包括可单独控制的激光器、LED或者可快速开关或调节的类似发光装置的阵列，借助该照射装置，可以局部照射相应的漆。
附图说明
结合下面的附图，根据示例性实施例对本发明进行更详细地解释，其中：
图1是带有两个照射装置和两个扫描装置的复合式喷墨打印头的简要透视图。
图2-14的每一个附图示出经历各方法步骤的基板的截面图(左边部分)和相应透视图(右边部分)；最后
图15简要示出在施加于基板的材料层中施加以结构所经历的各工艺步骤。
具体实施方式
图1示出了基板S和包括棒形喷嘴阵列的喷墨打印头1。在喷墨打印头1的两侧，棒形照射装置2、3和棒形扫描装置4、5与喷墨打印头1固定连接。每个棒形照射装置2、3包括LED、激光器等的阵列，其能单独针对强度进行调节，例如，它们可以单独地打开或关闭。每个棒形扫描装置4、5包括传感器阵列。该加工头整体以轴承安装在导轨6、7上，并且设有驱动8，借助驱动8的帮助，该加工头可以在基板S上方移动。当加工头在基板S上方移动时，利用扫描杆4、5可以检测已经施加于基板S的结构，并且根据结构，利用喷墨打印头1，可将漆在需要的时候喷在基板上，这样，漆的位置就会根据之前施加的结构的位置而得以调节。此外，在同一移动中，该漆可以直接使用照射杆2、3加以照射，同时还可以利用被扫描杆4、5检测的已经施加的结构的位置。为此照射杆2、3和扫描杆4、5是设置于喷墨打印头1的两侧，扫描、打印和照射步骤在向前和向后移动的过程中均可进行。另外，由于双扫描杆4、5的缘故，可以直接测量打印的和被照射的结构，并且可选地，根据该测量结果，可以进行二次打印、照射和二次扫描步骤，以矫正在第一次打印和照射步骤中施加的可能不完整的结构。
图2-14示出了根据本发明的方法被分开的工艺的实施例。该示出的工艺是一个专门的例子，特别适于生产例如基板上的TFT结构。用于施加漆结构的方法还可以用在不同的工艺中，例如，在US3,832,176和US4,674,174中描述的工艺。此外，该方法还可以用于在基板上准确涂覆PDOT和PPV或者类似的有机漆，用于生产OLED或生产电子元件，如太阳能电池。
图2示出了基板S。图3示出在基板S的整个表面沉积了材料层9(步骤(a))后的同一块基板。图4示出了经历过本方法的喷墨打印步骤(步骤(b))之后的基板S。经过一些全面测量，利用喷墨打印，期望的结构以漆10的形式施加在基板S上，该漆10例如光刻胶或在电磁辐射(UV，可见光，红外)、电子束(E束)或离子束的影响下改变其结构的其它漆。除了漆的局部施加，也可以使用漆的全表面打印。图5示出了进行过照射步骤(步骤(c))的基板S。已经利用照射而施加的结构11的清晰边界11a清晰可见。图6示出了进行过显影步骤(步骤(d))之后的基板S，即，在该漆已经被显影后，照射过的漆得以保留，而未被照射的漆部分被去除，或者相反。图6清楚地示出，要在其上设置以结构的材料层9仍然全部存在。然后，进行光刻步骤(步骤(e))，图7示出其结果。可以清楚地看到，除了漆结构11仍然存在的结构区域之外，材料层9现在已基本上被除去。然后，利用灰化步骤，该固化的漆11被除去(步骤(f))。图8示出了其结果。还可以使用溶剂来进行仍然存在的固化的漆的去除。
在图8-14中，再次重复各个步骤(a)-(f)，以便在另一材料层12中施加一结构，其中，该另一材料层已经被沉积在前述材料层9和基板S之上。不言而喻，该方法可以进一步重复很多次，用以在连续的材料层中施加多层不同的结构。
最后，图15图示出多个方块，每一方块代表一个加工环节，其中示出了在每一加工环节进行不同的步骤。
在方块a1中，实施将材料9沉积在基板S上；
在方块a2中，清洗该沉积的材料(这一步骤并不是对所有材料都必需)；
在方块bc中，进行打印、照射和扫描步骤；
在方块d中，漆被显影，借此，被照射的漆结构得以保留，而未被照射的漆部分被去除，或者相反；
在方块d2中，保留下来的漆结构被烘烤以进一步固化；
在方块e中，多余的材料被蚀刻掉。只有在仍然存在的漆结构下面，该材料在蚀刻处理中才得到保留，这是事先设计的；
在方块f中，然后，利用例如灰化步骤或使用溶剂，将保留下来的固化漆结构去除。
很显然，本发明不限于这里所秒述的示例性实施例。
每一次对附图的描述都提及喷墨打印头，因为在该示例性实施例中，该头设有喷墨打印装置1。从权利要求已经看出，该头上的一个主要装置是至少一个照射装置，而另一主要装置是扫描装置；这就是为何在权利要求中使用术语“加工头”。因此，本发明还包括其中该头未设有喷墨打印装置而只有至少一个照射装置以及至少一个扫描装置的实施例。在后一种情况中，头可以是指例如照射头。
另外，例如，可以在上述加工步骤之间加入一些加工步骤。此处，可能的是例如清洗步骤，以除去在灰化步骤之后产生的废料。此外，除了水平取向，基板的方向还可以是例如竖直的。另一方面，不移动喷墨打印头，移动基板，而喷墨打印头可以是静止的。如上所述，该方法还可以用在完全不同的工艺中，即，其中那些由于电磁辐射(UV，可见光，红外)、电子束(E束)或离子束的照射而局部发生结构变化的漆的准确施加起着作用的工艺。
为了校准该装置，可以利用置于装置中的校准网格(calibrationgrid)来代替基板。
此外，可以先将漆以不同方式设置在基板上，例如以旋涂方式、喷涂方式或浸渍方式。

Claims (19)

1.一种方法，包括：
·提供基板(S)，所述基板具有已经施加到所述基板上的结构；
·提供加工头，所述加工头相对于所述基板(S)可移动配置，并且具有：
○喷墨打印装置(1)；
○包括第一扫描装置的至少一个扫描装置(4，5)，从所述加工头相对于所述基板移动的相对方向看，所述第一扫描装置设置在所述喷墨打印装置(1)的上游一侧，
○至少一个照射装置(2、3)，构造成局部照射该施加的漆结构；
·扫描步骤，其中由所述加工头的所述至少一个扫描装置(4，5)检测已经施加到所述基板上的结构；
·喷墨打印步骤，其中用所述加工头的所述喷墨打印装置向所述基板上局部施加漆(10)以形成漆结构，其中用所述扫描步骤获得的信息还用于在需要的位置沉积所述漆结构；
·照射步骤，其中通过使用所述扫描步骤获得的信息，所述照射装置(2、3)局部照射施加的所述漆结构；
·紧接在所述喷墨打印步骤之前，用所述第一扫描装置(4，5)进行第一所述扫描步骤。
2.根据权利要求1的方法，包括：
·给所述加工头提供第二扫描装置(5，4)，从所述加工头相对于所述基板移动的相对方向看，所述第二扫描装置处于所述喷墨打印装置的下游一侧；
·紧接在所述喷墨打印步骤之后，用所述第二扫描装置(5，4)进行第二所述扫描步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，利用所述第二扫描装置(5，4)获得的信息，确定打印是否已经在应该打印的地方发生，其中，如果不是这样，在第二次打印步骤中，所述漆仍打印在需要的位置。
4.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中紧接在所述照射步骤之前，进行所述第一扫描步骤，为此在所述加工头上设置了所述第一扫描装置，并且从所述加工头相对于所述基板(S)移动的相对方向看，所述第一扫描装置处于所述照射装置(2、3)的上游一侧。
5.根据权利要求2和4所述的方法，其中紧接在所述照射步骤之后，进行所述第二扫描步骤，为此在所述加工头上设置了所述第二扫描装置(5，4)，并且从所述加工头相对于所述基板(S)移动的相对方向看，所述第二扫描装置处于所述照射装置(3，2)的下游一侧。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，利用所述第二扫描装置(5，4)获得的信息，确定照射是否已经在应该发生的地方发生，其中，如果不是这样，在第二次照射步骤中，仍在需要的位置照射所述漆。
7.根据至少权利要求2所述的方法，其中，用所述第二扫描装置(5，4)获得的信息也被反馈给用以控制所述加工头的位置的测量系统。
8.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，为了在涂覆于或者待涂覆于所述基板的材料层(9)中产生结构(11)的目的而施加所述漆结构。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述材料层(9)是诸如钼、铬等的金属，诸如SiOx、SiNx或ITO的半导体、介电层。
10.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，在这些连续结构的施加中，覆盖的精度达到至少0.7微米，更具体地，达到至少0.4微米。
11.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，在所述扫描步骤中，进行干涉测量或三角测量或者图像识别。
12.根据至少权利要求1所述的方法，其中，使用可单独控制的激光器、LED或者可以快速开关或者调节的类似照射装置的阵列，进行局部照射，借此可以照射相应的漆。
13.一种用于实施前述任一权利要求所述方法的设备，其中，所述设备包括：
·基板载体；
·加工头，所述加工头相对于基板(S)可移动，所述加工头具有：
○喷墨打印装置(1)；
○包括第一扫描装置的至少一个扫描装置(4，5)，从所述加工头相对于所述基板移动的相对方向看，所述第一扫描装置设置在所述喷墨打印装置(1)的上游一侧，并且所述至少一个扫描装置(4，5)构造成在扫描步骤中检测已经施加到所述基板上的结构；
○至少一个照射装置(2、3)，构造成局部照射施加的漆结构；
·控制装置，构造成控制：
○扫描步骤，其中由所述加工头的所述至少一个扫描装置(4，5)检测已经施加到所述基板上的结构；
○喷墨打印步骤，其中用所述加工头的所述喷墨打印装置向所述基板(S)上局部施加漆以形成漆结构，其中用所述扫描步骤获得的信息还用于在需要的位置沉积所述漆结构(11)；
○照射步骤，其中通过使用所述扫描步骤获得的信息，所述照射装置(2、3)局部照射施加的所述漆结构；
○紧接在所述喷墨打印步骤之前，用所述第一扫描装置(4，5)进行第一所述扫描步骤。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述加工头配置有两个照射装置(2，3)，其中，从所述基板(S)相对于所述加工头移动的相对方向看，第一照射装置(2，3)设置在所述喷墨打印装置的上游，第二照射装置(3，2)设置在所述喷墨打印装置的下游。
15.根据权利要求13-14任一项所述的设备，其中，所述加工头配置有两个扫描装置(4，5)，其中，从所述基板相对于所述加工头移动的相对方向看，第二扫描装置(5，4)设置在所述喷墨打印装置(1)的下游。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，从所述基板(S)相对于所述加工头移动的相对方向看，所述第一扫描装置(4，5)设置在所述至少一个照射装置(2、3)的上游，所述第二扫描装置(5，4)设置在该至少一个照射装置(2、3)的下游。
17.根据权利要求13所述的设备，其中，所述喷墨打印装置(1)包括多个喷孔，所述控制装置被设置用来控制所述喷墨打印装置的喷孔。
18.根据权利要求13-17任一项所述的设备，其中，所述扫描装置(4，5)被设置用来进行干涉测量、三角测量或者图像识别。
19.根据权利要求13-18任一项所述的设备，其中，所述照射装置(2、3)包括可单独控制的激光器、LED或者可以快速地开关或者调节的类似发光装置的阵列，借助其可以局部照射相应的漆。
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