应变测量与应力优化的方法、装置、反馈系统与记录介质与流程

本公开涉及一种柔性基板的应变测量与应力优化的方法、装置、反馈系统与一种计算机可读记录介质。

背景技术：

在沉积有机薄膜工艺中，柔性基板例如是塑胶或是极薄的玻璃，是常被采用的。目前遭遇的问题是，在基板上沉积薄膜容易造成薄膜应力，而导致基板翘曲(warpage)的现象。基板翘曲会使得在沉积有机薄膜工艺的生产线传输方面，例如以卷对卷(roll-to-roll)工艺，产生极大的问题。

目前现有的应力测量方式是应用于硬性的基板，例如硅晶圆。将薄膜沉积在硅晶圆上，利用薄膜应力测量仪器，通过斯托尼等式(stoneyequation)的转换，得到薄膜应力值。但是这种测量方式无法测量滚轮式工艺所沉积的薄膜。

如何在生产线上测量柔性基板上的薄膜应力，进一步优化薄膜生长的厚度以降低应力，并即时回馈给薄膜沉积的机台，调整工艺参数，使得后续工艺顺利进行，实为未来发展亟欲寻求突破的议题之一。

技术实现要素：

本发明涉及一种用于柔性基板的应变测量与应力优化方法，可以即时优化薄膜生长的厚度，以减少基板的翘曲，并即时调整薄膜工艺参数，减少卷对卷生产线的传输问题与工艺问题，使得生产线工艺得以顺利进行。

根据本发明的一实施例，提出一种柔性基板的应变测量与应力优化方法，该方法包括应变测量方法与应力优化方法。该应变测量方法包括以下步骤：取得柔性基板在成膜前的多个点的成膜前振幅；取得该柔性基板对应该成膜前的该多个点的成膜后振幅；根据该柔性基板的该多个点的成膜前振幅、该多个点的成膜后振幅与该柔性基板上的成膜厚度，计算该柔性基板的该多个点的成膜后应变值；根据该柔性基板的该多个点的应变值，转换为该柔性基板的该多个点的应力值。该应力优化方法包括以下步骤：分别取得多个第一柔性基板的各第一柔性基板上所形成的单层薄膜上的多个点的振幅，并通过应变测量方法转换这些多个点的振幅为该各第一柔性基板上的单层薄膜上的对应这些多个点的应变值；取得第二柔性基板上所堆迭成的多层薄膜上的多个点的振幅，并通过应变测量方法转换这些多个点的振幅为第二柔性基板上所堆迭成的这些多层薄膜上的这些多个点的应变值，其中第二柔性基板上所堆迭成的这些多层薄膜分别相同于这些第一柔性基板上所分别形成的多个单层薄膜，且第二柔性基板上所堆迭成的多层薄膜上的多个点对应于该各第一柔性基板上所形成的单层薄膜上的这些多个点；根据该各第一柔性基板上所形成的单层薄膜上的这些多个点的应变值与该第二柔性基板上所堆迭成的这些多层薄膜的多个点的应变值，针对各对应点求解联立方程式，得到各对应点的各单层薄膜的材料系数；通过各单层薄膜的材料系数，在应变值设为零的条件下，固定这些第一柔性基板上所形成的这些单层薄膜的一部分的厚度，比对成膜厚度与成膜后振幅的对应数值数据库，计算出各对应点所欲优化的该各第一柔性基板上所形成的这些单层薄膜的另一部分的厚度。

根据本发明的另一实施例，提出一种柔性基板的应变测量与应力优化装置包括处理器与存储器，处理器电性连接存储器，存储器中存储有多个指令。当处理器执行这些指令时，柔性基板的应变测量与应力优化装置用以执行如前段所述的柔性基板的应变测量与应力优化方法。

根据本发明的又一实施例，提出一种柔性基板的应变测量与应力优化反馈系统，包括如前段所述的柔性基板的应变测量与应力优化装置、阻障层涂布装置以及有机发光二极管生产装置。阻障层涂布装置耦接于柔性基板的应变测量与应力优化装置，其中阻障层涂布工艺完成即为成膜后状态；有机发光二极管生产装置耦接于柔性基板的应变测量与应力优化装置，其中当柔性基板的应变测量与应力优化装置取得柔性基板成膜后的多个点的平均应力值小于预设阈值的绝对值时，输出应力均匀信号到有机发光二极管生产装置，进行有机发光二极管生产工艺；当柔性基板成膜后的多个点的平均应力值大于预设阈值的绝对值时，输出应力不均匀信号反馈到阻障层涂布装置，进行阻障层的厚度调整。

根据本发明的再一实施例，提出一种计算机可读记录介质，当计算机载入程序并执行后，完成如前所述的柔性基板的应变测量与应力优化方法。

为让本发明的上述特征能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的柔性基板的应变测量与应力优化的装置的示意图。

图2为根据本发明一实施例的柔性基板的应变测量与应力优化的方法的流程图。

图3为根据本发明一实施例的柔性基板的应力优化的方法的说明示意图。

图4为根据本发明另一实施例的柔性基板的应力优化的方法的说明示意图。

图5为根据本发明一实施例的柔性基板的应变测量与应力优化的反馈系统的示意图。

【符号说明】

100：柔性基板的应变测量与应力优化装置

110：处理器

120：存储器

130：自动对焦光学显微镜

311、321、331：薄膜

500：柔性基板的应变测量与应力优化反馈系统

510：阻障层涂布装置

520：有机发光二极管生产装置

a、a1、a2：振幅

h：成膜厚度

sx1：第一柔性基板

sx2：第二柔性基板

ε0、εc、εcx、εcy：应变值

x1、x2、x3、y1、y2、y3、z1、z2、z3：应变值

ρ1、ρ2、ρ3：材料系数

s110、s120、s130、s140、s210、s220、s230、s240：流程步骤

具体实施方式

图1为根据本发明一实施例的柔性基板的应变测量与应力优化的装置的示意图。柔性基板的应变测量与应力优化装置100包括处理器110与存储器120，该处理器110电性连接该存储器120，存储器120中存储有多个指令，当处理器110执行这些指令时，柔性基板的应变测量与应力优化装置100用以执行柔性基板的应变测量与应力优化的方法。处理器110例如是芯片、电路、电路板或存储数组程序代码的记录介质。

在一实施例中，柔性基板的应变测量与应力优化装置100还包括自动对焦光学显微镜130，该自动对焦光学显微镜130电性连接处理器110与存储器120。请同时参照图2。图2为根据本发明一实施例的柔性基板的应变测量与应力优化的方法的流程图。在一实施例中，执行图2所示的柔性基板的应变测量与应力优化方法可用程序的方式，此程序例如可为一种内储程序，存储于计算机可读记录介质，例如硬盘、光盘、随身碟、存储器等。在计算机执行该程序时，可执行如图2所示的方法。以下更搭配图1说明执行此方法的各步骤。柔性基板的应变测量与应力优化的方法分别包括应变测量方法与应力优化方法，其中，应变测量方法的步骤包括步骤s110、步骤s120、步骤s130、以及步骤s140；应力优化方法包括步骤s210、步骤s220、步骤s230、以及步骤s240。

在步骤s110中，取得柔性基板的多个点的成膜前振幅；例如，在一实施例中，可通过自动对焦光学显微镜130测量柔性基板在成膜前的多个点成膜前焦距，处理器110将柔性基板在该成膜前的该多个点成膜前焦距转换为柔性基板的多个点的成膜前振幅。此时可以进行柔性基板的成膜前振幅的俯视图的绘制。接着，在柔性基板上进行薄膜成长工艺，例如，在一实施例中，可在成长阻水/氧的氮化硅(sinx)薄膜后，进行步骤s120。在步骤s120中，取得柔性基板的多个点的成膜后振幅；例如，在一实施例中，可通过自动对焦光学显微镜130测量柔性基板对应成膜前的多个点的成膜后焦距，处理器110将柔性基板的多个点的成膜后焦距转换为柔性基板的多个点的成膜后振幅。此时可以进行柔性基板的成膜后振幅之俯视图的绘制，即可得到柔性基板的应变的空间分布图。

依据论文:electronicskin:architectureandcomponents所公开的基板的应变应力公式(1)：

其中a为振幅，h为成膜厚度，ε0为成膜前应变值，εc为成膜后应变值。若基板尚未成长薄膜时，可得到公式(2)：

其中a1为成膜前振幅。在基板成长薄膜后，由公式(1)可简化并推导得公式(3)：

其中a2为成膜后振幅。在一实施例中，公式(3)可存储于存储器中，处理器110通过该存储器中的公式(3)，可将柔性基板的多个点的成膜前振幅a1与成膜后振幅a2转换为柔性基板的多个点的成膜后应变值εc。亦即藉由计算公式(3)的结果，可以得到柔性基板的多个点的成膜后应变值εc。此时可以进行柔性基板的应变分布之俯视图的绘制。在一实施例中，可以对基板进行多点采样，取得成膜前振幅a1与成膜后应变值εc，并藉由公式(3)建立成膜厚度h与成膜后振幅a2对应数值数据库以供后续进行优化。

在步骤s140中，处理器110将柔性基板的多个点的成膜后应变值，通过存储器中的柔性基板在成膜后的膜的杨氏系数，例如氮化硅(sinx)薄膜的杨氏系数，转换为柔性基板的多个点的成膜后应力值。

图3为根据本发明一实施例的柔性基板的应力优化的方法的说明示意图。请同时参照图2与图3。如前所述，应力优化方法包括步骤s210、步骤s220、步骤s230、以及步骤s240。在步骤s210中，分别取得多个第一柔性基板的各第一柔性基板上所形成的单层薄膜上的多个点的振幅，并通过前述的应变测量方法将这些多个点的振幅转换为该各第一柔性基板上的单层薄膜上的对应该多个点的应变值。以图3的实施例举例说明。在此实施例中，以在柔性基板上成长两层薄膜为例。首先，在第一柔性基板sx1上成长薄膜311，再取另一第一柔性基板sx1成长薄膜321，同样地通过自动对焦光学显微镜130的焦距测量后转换为第一柔性基板sx1的这些多个点的振幅，可分别取得第一柔性基板sx1的多个点的振幅，再通过前述的应变测量方法将这些多个点的振幅转换为第一柔性基板sx1上的单层薄膜上的对应这些多个点的应变值。在一实施例中，举例而言，薄膜311的应变值为x，薄膜321的应变值为y。

在步骤s220中，取得第二柔性基板sx2上所堆迭成的多层薄膜上的多个点的振幅，并通过前述的应变测量方法转换为第二柔性基板sx2上所堆迭成的这些多层薄膜上的这些多个点的应变值，其中第二柔性基板sx2上所堆迭成的这些多层薄膜分别相同于这些第一柔性基板sx1上分别所形成的多个单层薄膜，且第二柔性基板sx2上所堆迭成的这些多层薄膜上的这些多个点对应于各第一柔性基板sx1上所形成的单层薄膜上的这些多个点。请参照图3。在第二柔性基板sx2上依序成长薄膜311与薄膜321，同样地通过自动对焦光学显微镜130的焦距测量后转换为这些多层薄膜(薄膜311与薄膜321)上的多个点的振幅，可取得第二柔性基板sx2上所堆迭成的这些多层薄膜(薄膜311与薄膜321)上的多个点的振幅，通过前述的应变测量方法将这些多个点的振幅转换为第二柔性基板sx2上所堆迭成的多层薄膜上的多个点的应变值。在一实施例中，举例而言，薄膜311与薄膜321上所堆迭成的薄膜的应变值为ε。其中，第二柔性基板sx2上所堆迭成的多层薄膜上的多个点对应于各第一柔性基板sx1上所形成的单层薄膜上的多个点。也就是在单层薄膜与堆迭薄膜的测量采样的点位是固定对应同一采样点，且采样的个数也是相同的。在一实施例中，第一柔性基板sx1与第二柔性基板sx2的尺寸例如是边长2厘米的正方形。测量采样的点数例如是400点，亦即每1公厘间距测量1点。第一柔性基板与第二柔性基板的厚度例如为50～200微米，单层薄膜厚度例如约为500纳米～1微米。

在步骤s230中，根据各第一柔性基板sx1上所形成的单层薄膜上的这些多个点的应变值与第二柔性基板sx2上所堆迭成的这些多层薄膜的这些多个点应变值，针对各对应点求解联立方程式，得到该各对应点的各单层薄膜的材料系数。请参照图3，在一实施例中，举例而言，分别测量第一柔性基板sx1上所形成的薄膜311与薄膜321的两个采样点，可以得到薄膜311的应变值为x1与x2，薄膜321的应变值为y1与y2。以及测量第二柔性基板sx2上薄膜311与薄膜321上所堆迭成的薄膜的两个采样点，可以得到薄膜311与薄膜321上所堆迭成的薄膜的应变值为ε1与ε2。由以上各已知数值，可以求解以下联立方程式(4)，可以得到ρ1与ρ2分别为单层薄膜的材料系数。此实施例中，ρ1与ρ2分别为薄膜311与薄膜321的材料系数。取得材料系数可以修正理论与实际的误差。

联立方程式(4)

x1×ρ1+y1×ρ2＝ε1

x2×ρ1+y2×ρ2＝ε2(4)

请参照图4，图4为根据本发明另一实施例，说明柔性基板的应力优化的方法的示意图。请同时参照图2与图4。在一实施例中，若当第一柔性基板sx1所欲成长的薄膜为三层，则须分别测量各单层薄膜在第一柔性基板sx1上的应变值，以及第二柔性基板sx2上所堆迭成的三层薄膜的多个点应变值，此时需测量三个采样点，由以上各已知数值，可以求解联立方程式(5)，得到各对应点的三层薄膜的材料系数。举例而言，分别测量第一柔性基板上形成的薄膜311、薄膜321与薄膜331的三个采样点，可以得到薄膜311的应变值为x1、x2与x3，薄膜321的应变值为y1、y2与y3，以及薄膜331的应变值为z1、z2与z3。接着，测量第二柔性基板上薄膜311、薄膜321与薄膜331共同所堆迭成的薄膜的三个采样点，可以得到薄膜311、薄膜321与薄膜331所堆迭成的薄膜的应变值为ε1、ε2与ε3。由以上可以求解以下联立方程式(5)，可以得到ρ1、ρ2与ρ3分别为单层薄膜的材料系数。此实施例中，ρ1为薄膜311的材料系数、ρ2为薄膜321的材料系数，ρ3为薄膜331的材料系数。

联立方程式(5)

以上两实施例分别以在柔性基板上成长两层与三层薄膜为例，但本发明不以此为限。若欲在柔性基板上成长多层薄膜，则可参照以上方式求得各层薄膜的材料系数，此处不再赘言。

在步骤s240中，通过各单层薄膜的材料系数，在应变值设为零的条件下，固定这些第一柔性基板sx1上所形成的这些单层薄膜的一部分的厚度，比对成膜厚度与成膜后振幅的对应数值数据库，计算出各对应点所欲优化的该第一柔性基板sx1上所形成的这些单层薄膜的另一部分的厚度。请同步参照图3。承以上步骤s230的两层薄膜实施例，当取得薄膜311的材料系数ρ1与薄膜321的材料系数ρ2后，可以进行薄膜311与薄膜321的厚度优化。在一实施例中，首先，可在第一柔性基板sx1上成长已知厚度的薄膜311，例如为成长具有阻水/氧功能的氮化硅薄膜100纳米，此步骤即为固定第一柔性基板sx1上所形成之单层薄膜的厚度。藉由公式(3)，其中氮化硅薄膜的成膜厚度h为100纳米，氮化硅薄膜的成膜后振幅a2经测量可得，柔性基板的成膜前振幅a1为已知，可求得氮化硅薄膜的成膜后应变值εcx。

根据步骤s230取得的氮化硅薄膜的材料系数ρ1、欲成长的第二层薄膜例如氧化硅薄膜的材料系数ρ2，利用联立方程式(4)的第一条式子，将氮化硅与氧化硅共同所堆迭成的薄膜应变值ε1设为零，氮化硅薄膜的应变值为x1、氮化硅薄膜的材料系数ρ1(氮化硅薄膜的成膜后应变值εcx即为ρ1x1)与氧化硅薄膜的材料系数ρ2均为已知值代入方程式，即可得到欲优化的薄膜321的应变值为y1(氧化硅薄膜的成膜后应变值εcy即是ρ2y1)。此时，同样的藉由公式(3)，柔性基板的成膜前振幅a1则为氮化硅的振幅，经测量已知，氧化硅成膜后应变值εcy可以视为ρ2y1同样也已知，将以上已知代入公式(3)，通过比对先前建立的对应数值数据库，找出符合公式(3)的氧化硅薄膜的成膜厚度h与氧化硅薄膜的成膜后振幅a2的对应数值。该对应数值数据库的准确度，会因为原来选择的范围，及采样周间的大小而有所影响。例如数据库建立的范围为0.1微米～100微米，采样周间为每100纳米取一点的值，在数据库中找出符合或是最接近公式(3)的成膜厚度h与成膜后振福a2的对应。藉由以上流程，通过调制成膜厚度h即可优化柔性基板成膜后的应力分布。

欲成长整面基板的薄膜可计算多个采样的点数。采样的点数越密，可以得到较佳的优化结果。因为薄膜的材料系数可能随着厚度而有细微变化，故当进行优化时要以对应所欲成长的薄膜厚度的材料系数代入方程式会较准确。

若欲在柔性基板上成长大于两层薄膜时，承以上步骤s230的三层薄膜实施例为例，当取得薄膜311的材料系数ρ1、薄膜321的材料系数ρ2与薄膜331的材料系数ρ3后，可以进行薄膜311、薄膜321与薄膜331的厚度优化。首先，可在第一基板上成长已知厚度的薄膜311与薄膜321，例如为成长具有阻水/氧功能的氮化硅薄膜100纳米以及氧化硅薄膜100纳米，且根据步骤s230取得的薄膜311的材料系数ρ1、薄膜321的材料系数ρ2与薄膜331的材料系数ρ3，用联立方程式(5)的第一条式子，将ε1设为零，薄膜311的应变值为x1、薄膜311的材料系数ρ1、薄膜321的材料系数ρ2、薄膜331的材料系数ρ3均为已知值代入方程式，即可得到欲优化的薄膜331的应变值为y1。若欲成长整面基板的薄膜，可计算多个采样的点数。采样的点数越密，可以得到较佳的优化结果。

以上两实施例分别以在柔性基板上成长两层与三层薄膜为例，但本发明不以此为限。若欲在柔性基板上成长多层薄膜，则可参照以上方式，固定这些柔性基板上所形成的这些单层薄膜的一部分(例如为阻水/氧薄膜的最顶层之外的其他所有层)的厚度，比对成膜厚度与成膜后振幅的对应数值数据库，计算出各对应点所欲优化的柔性基板上所形成的这些单层薄膜的另一部分(例如为阻水/氧薄膜的最顶层)的厚度，此处不再赘言。

在一实施例中，例如沉积有机薄膜工艺，薄膜311、薄膜321与薄膜311可以选择水气穿透率(watervaportransmissionrate，wvtr)及氧气穿透率(oxygentransmissionrate，otr)较低的来保护后续成长的有机薄膜。例如为掺杂碳氢原子的氮化硅薄膜(sinx：ch)或是掺杂碳氢原子的氧化硅薄膜(siox：ch)。

当薄膜的厚度变化时，可以分别取得在不同厚度下的材料系数。例如薄膜311的厚度分别为100纳米与200纳米，可以分别在薄膜311的厚度为100纳米时取得400个采样点的材料系数，以及在薄膜311的厚度为200纳米时取得对应100纳米的400个采样点的材料系数。比较薄膜311在不同厚度下相对应点的材料系数的变化，若差异很大，则可以增加采样点数以达到较佳的优化结果。

请参照图5。图5为根据本发明一实施例的柔性基板的应变测量与应力优化的反馈系统的示意图。请同时参照图1与图5。本发明公开一种用于柔性基板的应变测量与应力优化反馈系统500，包括图1的柔性基板的应变测量与应力优化的装置100、阻障层涂布装置510以及有机发光二极管生产装置520。柔性基板的应变测量与应力优化装置100包括处理器110、存储器120与自动对焦光学显微镜130。阻障层涂布装置510耦接于柔性基板的应变测量与应力优化装置100，其中，完成阻障层涂布工艺后，柔性基板即为成膜后状态。有机发光二极管生产装置520耦接于应变测量与应力优化装置100。当应变测量与应力优化装置100取得柔性基板成膜后的多个点的平均应力值小于预设阈值的绝对值时，输出应力均匀信号送到有机发光二极管生产装置520，进行有机发光二极管生产工艺。举例而言，应力值依方向分类，可分为正应力与负应力，当柔性基板往上弯设定为正应力，当柔性基板往下弯则为负应力。此时，取预设阈值的绝对值，是考虑形变量，不论方向性。当柔性基板成膜后的多个点的平均应力值大于该预设阈值的绝对值时，输出应力不均匀信号反馈到阻障层涂布装置，以进行阻障层的厚度调整，也就是进行阻障层涂布工艺的参数调整。

在一实施例中，例如在有机发光二极管的量产工艺中，先在柔性基板上进行阻障层(例如阻水/氧层)涂布。完成阻障层涂布工艺后，柔性基板即为成膜后状态。当柔性基板的应变测量与应力优化装置100取得柔性基板成膜后的多个点的平均应力值小于预设阈值的绝对值，预设阈值的绝对值例如为阻障层的平均应力值的10％，则输出应力均匀的信号到有机发光二极管生产装置520，以进行有机发光二极管生产工艺。当柔性基板成膜后的多个点的平均应力值大于该预设阈值的绝对值，预设阈值的绝对值例如为阻障层的平均应力值的10％，则输出结果反馈到阻障层涂布装置510，进行调整阻障层涂布工艺的参数，以调整阻障层厚度。阻障层涂布工艺的参数例如为工艺温度或阻障层涂布的厚度等等。

本发明实施例公开的柔性基板的应变测量与应力优化方法在生产线上即时测量柔性基板上的薄膜应力，并即时反馈测量结果给薄膜沉积的机台，可以随时监控薄膜工艺，以进一步优化薄膜生长的厚度，以降低因沉积薄膜造成的应力分布不均匀的问题，减少基板的翘曲，并即时调整薄膜工艺的参数，减少卷对卷生产线的传输问题与工艺问题，使得生产线工艺得以顺利进行。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。