CN110872685B - 沉积掩膜及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种沉积掩膜及其制造方法。本发明的一实施例公开了一种沉积掩膜制造方法，包括如下步骤：在基底层的一整面形成金属镀覆层；进行热处理以使所述金属镀覆层的晶粒变大；以及在所述金属镀覆层上照射激光,从而打通贯穿至所述基底层的图案孔。

Description

沉积掩膜及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于沉积作业的沉积掩膜及其制造方法。

背景技术

一般，有机发光显示装置利用从阳极和阴极注入的空穴和电子在发光层中复合而发光的原理可以呈现颜色，其中，由在作为阳极的像素电极和作为阴极的对向电极之间插入有发光层的叠层型结构构成像素。

各个所述像素可以成为例如红色像素、绿色像素以及蓝色像素中的任意一个的子像素(sub pixel)，并且可以通过这3种颜色的子像素的颜色组合显示出期望的颜色。即，各个子像素都具有在两个电极之间夹设有发出红色、绿色以及蓝色中的任意一种颜色的光的发光层的结构，并且通过这3种颜色的光的恰当的组合显示出一个单位像素的颜色。

并且，如上所述的有机发光显示装置的电极和发光层等可以通过沉积来形成。即，将具有与期望形成的薄膜层的图案相同的图案孔的掩膜排列在基板上，并通过该掩膜的图案孔而将薄膜的原材料沉积到基板，从而形成具有期望图案的薄膜。

所述掩膜与支撑其端部的框架一起大多以掩膜框架组件的形态被使用，所述图案孔可以通过将激光照射到掩膜主体而打孔的激光加工来形成。

发明内容

但是，用所述激光打通图案孔时，频繁发生在相应的图案孔周围形成凸起导致图案孔不能具有正确形状的问题，因此需要能够抑制这种问题的方案。通常，掩膜使用经轧制加工的坚硬的金属材料，这种凸起被认为在对上述坚硬的金属材料用激光开始进行打孔的初始阶段形成。但是，如果因此使用过软的材料制备则容易产生由于自重引起的下垂变形，还会出现由于热而容易发生扭曲变形的其他的问题。

因此，本发明的实施例提供一种改善成能够在利用激光加工图案孔时减小由于产生凸起导致产生未加工孔的危险，还能够使由于自重或者热导致的变形也不易发生的沉积掩膜及其制造方法。

本发明的实施例提供一种沉积掩膜，其中，配备有包括基底层和覆盖所述基底层的一整面的金属镀覆层的掩膜主体，所述掩膜主体包括：图案部，形成有贯穿所述金属镀覆层及所述基底层的多个图案孔；所述图案部外侧的支撑部。

所述基底层中，所述图案部的厚度可以比所述支撑部的厚度薄。

所述图案部的厚度在将所述基底层和所述金属镀覆层相加时可以为10～15μm的范围。

所述支撑部的厚度在将所述基底层和所述金属镀覆层相加时为20～50μm的范围。

所述基底层和金属镀覆层均可以包含因瓦合金(INVAR)材料。

所述金属镀覆层可以包括电镀(electro plating)层。

所述基底层和所述金属镀覆层的热膨胀系数可以具有相互重叠的范围。

所述基底层和所述金属镀覆层的晶粒大小可以均为1～10μm的范围。

所述支撑部可以焊接在框架。

并且，本发明的实施例提供一种沉积掩膜的制造方法，包括如下步骤：在基底层的一整面形成金属镀覆层；进行热处理以使所述金属镀覆层的晶粒变大；以及向所述金属镀覆层上照射激光，从而打通贯穿至所述基底层的图案孔。

除上述以外的其他方面、特征、优点可以从以下的附图、权利要求书以及具体实施方式变得明确。

附图说明

图1是示出使用根据本发明的实施例制造的沉积掩膜的沉积过程的图。

图2是包括有图1的沉积掩膜的掩膜框架组件的分解立体图。

图3是沿图2的Ⅲ-Ⅲ线截取的剖面图。

图4a至图4f是将根据本发明的实施例的沉积掩膜的制造过程依次示出的剖面图。(图4c是图4b的平面图)

图5是示出根据本发明的实施例的沉积掩膜制造过程的顺序图。

图6是示出图1中示出的对象基板的详细结构的剖面图。

图7是示出根据本发明的另一实施例的沉积掩膜制造过程的顺序图。

图8是示出根据本发明的又一实施例的沉积掩膜制造过程的顺序图。

具体实施方式

本发明可以进行多种变换，且可以具有多个实施例，在附图中示出特定实施例，并在具体实施方式中进行详细说明。参考与附图一同详细地记载的实施例则能够明确本发明的效果与特征以及达成所述效果与特征的方法。然而，本发明并不限于以下公开的实施例，可以以各种形态实现。

以下，将参照附图详细说明本发明的实施例，参照附图进行说明时，相同或者相应的构成要素赋予了相同的附图标记并省略了对其重复说明。

在以下实施例中，单数的表达除非在文中明确示出区别，否则还包含复数的表达。

在以下实施例中，包含或者具有等词表示记载于说明书上的特征、或者构成要素的存在，并不是要事先排除一个以上的其他特征或者构成要素的附加可能性。

为了便于说明，附图中的构成要素的大小可以被夸大或者缩小。例如，为了便于说明，附图中示出的各个构成的大小及厚度以任意的大小及厚度进行了示出，因此本发明并不一定限于附图中示出的内容。

当某实施例可以被实现为不同时，特定的工序可以与所说明的顺序不一样地被执行。例如，连续说明的两道工序可以实质上同时被执行，也可以以与所说明的顺序相反的顺序进行。

图1是概略地示出使用了根据本发明的实施例的沉积掩膜120的薄膜沉积装置的结构的图。

如图所示，所述薄膜沉积装置配备有用于在对象基板300上形成期望的图案的沉积掩膜120和在腔室400内向所述对象基板300喷出沉积气体的沉积源200等。

因此，如果沉积源200在腔室400内喷出沉积气体，则该沉积气体通过沉积掩膜120的图案孔121a(参照图2)而粘附在对象基板300上，从而形成预定图案的薄膜。

在此，所述沉积掩膜120如图2所示以包括框架130和长边棒110的掩膜框架组件100的形态使用，所述框架130支撑该沉积掩膜120的两端，所述长边棒110与沉积掩膜120交叉地支撑于所述框架130。

即，所述掩膜框架组件100配备有框架130和两端部固定于框架130的多个长边棒110以及与该长边棒110垂直交叉并且两端部固定于框架130的多个沉积掩膜120。

框架130是用于形成掩膜框架组件100的外廓架构的构成，具有在中央形成有开口部132的四边形形状。长边棒110的两端部通过焊接而固定于该框架130的彼此相向的一对边，沉积掩膜120的两端部通过焊接而固定于与焊接所述长边棒110的边垂直的一对边。

所述沉积掩膜120是长条状的部件，在位于所述开口部132内的图案部121形成有多个图案孔121a，其两端部如上所述地焊接于框架130。参照符号122是支撑部，在将沉积掩膜120焊接到框架130时，抓住该支撑部122并沿长度方向拉伸的状态下进行焊接，并在焊接后将向框架130外突出的部分通过剪切而去除。虽然也可以用一个大的部件制造该沉积掩膜120，但这样的话有可能加重由于自重引起的下垂现象，因此如图所示地拆分成多个条状进行制造。所述沉积掩膜120的材质可以使用铁-镍合金的因瓦合金(INVAR)等，其详细结构将在下方叙述。

所述图案孔121a是在进行沉积工序时沉积蒸汽通过的孔，通过该图案孔121a的沉积蒸汽粘附在所述对象基板300(参照图1)而形成薄膜层。

在此，所述图案部121并没有按预定规格的单元格(cell)单位划分，而是长长地连接成一个，在此，将所述图案部121按单元格单位划分的就是长边棒110。即，如图所示，沉积掩膜120和长边棒110垂直地交叉并相互紧贴地设置于框架130，据此长边棒110横跨各个沉积掩膜120的图案部121并将其划分为单元格单位。也就是说，长边棒110起到了划出单位单元格之间的边界线的作用。

另外，如图3所示，所述沉积掩膜120构成为2层结构。即，主体构成为在通过轧制等锻造工艺制造的基底层120a上覆盖有通过电镀(electro plating)工艺形成的金属镀覆层120b的2层结构，金属镀覆层120b将包括图案部121和支撑部122在内的基底层120a的一整面全都覆盖。并且，图案部121的图案孔121a贯通所述金属镀覆层120b和基底层120a而形成。

如上所述，将沉积掩膜120设计为基底层120a和金属镀覆层120b的2层结构的理由是，可以同时确保借助激光顺利地打通图案孔120a的加工性和用于使因自重或者热引起的变形不易发生的刚性。即，通过轧制来制造的基底层120a主要确保基本的刚性，电镀形成的金属镀覆层120b主要确保针对激光的加工性，据此使得两种特性得以兼备。也就是说，用激光形成图案孔121a时，将激光照射至加工性较好的金属镀覆层120b以使打孔得以顺利地进行的同时，还使其维持适当的刚性，解除了对于变形的忧虑。

而且，图案部121的厚度D2形成为薄于支撑部122的厚度D1，这样使两侧间形成阶梯差是为了在形成图案孔121a时减少粉尘的产生。即，如果图案部121的厚度较厚，则打通图案孔121a时飞散的粉尘的量也将按厚度的量增加，从而粉尘有可能阻碍激光照射到准确的位置，因此通过相对减小图案部121的厚度来减少粉尘的产生。

并且，虽然所述基底层120a和金属镀覆层120b在刚性和加工性上有差异，但在晶粒大小和热膨胀系数等物性方面则具有几乎相似的水准。这通过电镀后借助高温热处理而使金属镀覆层120b的晶粒生长来实现。

这种阶梯差的形成以及包括了电镀和热处理的沉积掩膜120的详细制造过程将在下方叙述，在此之前参照图6简略介绍一下可以用该沉积掩膜120沉积的对象基板300的例子。

所述沉积掩膜120可以使用于沉积各种薄膜的沉积，例如，可以使用于形成有机发光显示装置的发光层图案。

图6是可以利用本发明的沉积掩膜120沉积薄膜的对象基板300的例子，是示出所述有机发光显示装置的结构的图。

参照图6，在基底板320上形成有缓冲层330，薄膜晶体管TFT配备于该缓冲层330的上部。

薄膜晶体管TFT具有活性层331和形成为覆盖该活性层331的栅极绝缘膜332和栅极绝缘膜332上部的栅电极333。

层间绝缘膜334形成为覆盖栅电极333，层间绝缘膜334的上部形成有源电极335a以及漏电极335b。

源电极335a以及漏电极335b借助形成于栅极绝缘膜332以及层间绝缘膜334的接触孔而分别与活性层331的源极区域以及漏极区域接触。

并且，在所述漏电极335b连接有有机发光元件OLED的像素电极321。像素电极321形成于平坦化膜337上部，并在该像素电极321上形成有划分子像素区域的像素定义膜338(Pixel defining layer)。参照符号339表示用于在沉积时维持与掩膜框架组件100之间的间距以防止由于掩膜框架组件100接触引起的对象基板300侧部件的损伤的分隔件，分隔件339可以形成为像素定义膜338的一部分突出的形态。并且，在该像素定义膜338的开口部形成有机发光元件OLED的发光层326，并在这些构成的上部沉积对向电极327。即，由像素定义膜338围绕的开口部成为如红色像素(R)、绿色像素(G)以及蓝色像素(B)等一个子像素的区域，在其内部形成有相应颜色的发光层326。

因此，例如如果以使图案孔121与该发光层326相对应的方式准备沉积掩膜120，则可以通过图1中说明的沉积过程形成期望的图案的发光层326。并且，所述单位单元格可以与一个有机发光显示装置的显示区域相对应。

现在，参照图4a至图4d对可以制备这种有机发光显示装置的所述沉积掩膜120的形成过程进行说明。

首先，如图4a所示，准备通过轧制来制备的坚硬的基底层120a并放置在作业台10上。基底层120a的材质是Fe-Ni合金的INVAR材质，热膨胀系数为-3.0～-0.1ppm/℃左右，晶粒大小为1～10μm左右。

接下来，如图4b以及图4c，进行湿法蚀刻(wet etching)制造成使图案部121比支撑部122更薄。将该过程称为阶梯差形成步骤。该步骤是如前所述为了在形成图案孔121a时减少粉尘产生量而执行的工序。

然后，如图4d所述，形成覆盖形成有阶梯差的基底层120a的一整面的金属镀覆层120b。该金属镀覆层120b也是INVAR材质，并通过电镀形成。即，在电解液中，在阳极设置INVAR材料，并在阴极以使所述一面暴露的方式设置基底层120a后通电时，INVAR材料将粘附在该基底层120a的一面的同时，形成覆盖图案部121和支撑部122的金属镀覆层120b。金属镀覆层120b形成为大约5～10μm的厚度，这样形成2层后支撑部122的厚度D1形成为20～50μm左右，图案部121的厚度D2形成为10-15μm左右。并且，此时形成的金属镀覆层120b的晶粒大小为数十nm水平，热膨胀系数则在5.0～7.0ppm/℃水平，成为对热非常敏感的状态。因此，如果直接使用这种由基底层120a和金属镀覆层120b形成的2层结构的掩膜主体，则虽然针对激光照射的加工性较好，但是非常容易因热而引起变形，因此在用于组装的焊接作业或者实际沉积作业中容易发生严重的变形。

因此，为了防止上述问题，紧接着执行如图4e所示的热处理步骤。热处理以如下方式进行：将形成有所述基底层120a和金属镀覆层120b的沉积掩膜120装入氢气以及氮气气氛的加热炉内并以550℃左右加热1小时。这样的话，虽然所述基底层120a的晶粒并不会产生太大差异，但晶粒在所述金属镀覆层120b上急速生长从而达到与基底层120a几乎相同的水平。即，热处理后基底层120a和金属镀覆层120b的晶粒大小均变成1～10μm左右。如此，晶粒大小变得相似的话，热膨胀系数的范围也会变得相似。基底层120a的热膨胀系数是-3.0～-0.1ppm/℃，在热处理后也几乎没有变化，但金属镀覆层120b在热处理前是5.0～7.0ppm/℃水平，热处理后则下降至-1.0～1.0ppm/℃水平。也就是说，基底层120a和金属镀覆层120b各自的热膨胀系数范围在热处理前是彼此完全不同的范围，但在热处理后变得相似而具有重叠的范围。如此，不仅金属镀覆层120b本身对热的敏感度会变低，而且与基底层120a的差异也有减少，因此在焊接或者沉积时就算被施加较高的热也不会轻易发生变形。

此后，如图4f所示，驱动激光照射器20而在期望的位置朝向金属镀覆层120b照射400～600nm波长范围的激光，从而打通图案孔121a。此时，被激光照射的部位的金属镀覆层120b和基底层120a被一起去除而形成图案孔121a，本来位于该图案孔121a的位置然而随着因激光被去除而飞散的粉尘会被吸入器(未示出)吸入并向外部排放。由于在前面已减小了图案部121的厚度D2，因此粉尘的产生量会相对减少，从而几乎不会发生激光图案化受到粉尘的阻碍的现象。而且，由于是对针对激光的加工性良好的金属镀覆层120b照射激光而开始打通图案孔121a，因此也几乎不会发生围绕图案孔121a的周围形成凸起的现象。即，如果从加工性相对不好的基底层120a照射激光而打通图案孔121a，则会频繁发生在激光照射的表面围绕图案孔121a的周围形成突出状的凸起的现象。这样的话，难以形成精密的图案孔121a。但是，本实施例中由于对针对激光的加工性良好的金属镀覆层120b照射激光而开始打通图案孔121a，因此几乎不会产生容易在激光照射面出现的凸起，据此可以形成精密的图案孔121a。

如果将这样形成的沉积掩膜120如图2所示地焊接固定到框架130，则制造完成掩膜框架组件100。此时支撑部122的基底层120a焊接在框架130，并且由于是为了能够有效抵抗由热和自重引起的变形而已经进行过热处理的状态，因此可以足以抑制在该焊接过程或者在完成组装后用于实际沉积工艺时发生变形的问题。

图5是将以上说明的沉积掩膜120的制造过程整理后示出的顺序图。

如果参照图5重新整理制造过程则如下。首先准备通过轧制来制造的INVAR材质的基底层120a(S1)。

然后，通过湿法蚀刻形成图案部121和支撑部122之间的厚度差异，即，阶梯差(S2)。

接下来，利用电镀而在基底层120a的一面也形成同样的INVAR材质的金属镀覆层120b(S3)。

此后，将形成有基底层120a和金属镀覆层120b的沉积掩膜120放入加热炉进行热处理，以使金属镀覆层120b的晶粒大小和热膨胀系数范围与基底层120a相似(S4)。

然后用激光在图案部121形成图案孔121a(S5)，将形成有图案孔121a的沉积掩膜120焊接至框架130，从而组装掩膜框架组件100(S6)。

因此，如果用这种方式制造沉积掩膜120，则由于用激光通过加工性好的金属镀覆层120b而开始形成图案孔121a，因而可以大幅减少因凸起而产生未加工孔的危险，并且可以适当维持沉积掩膜120的刚性，减少变形的可能性。

另外，图7以及图8是例示出从前述的沉积掩膜120制造方法可以变形的方式的图。

首先，图7是在前述的实施例中省略阶梯差形成步骤(S2)的图。即，阶梯差的形成如前所述，是用于减少用激光打通图案孔121a时产生的粉尘的量的，如果可以充分提高吸入该粉尘并将该粉尘去除的吸入器(未示出)的性能，则也可以省略该阶梯差形成步骤(S2)。这样的话，可以更加简化制造过程，并且图案部121和支撑部122成为相同厚度。

相反，如果想要使图案部121的厚度比前述实施例更薄，则可以如图8所示，附加图案部121的厚度补正步骤(S4-1)。即，在热处理后将图案部121的金属镀覆层120b通过湿法抛光(wet polishing)或者轧制(rolling)而制造得更薄。这可以应用于使金属镀覆层120b的厚度也变得更薄而进一步减少粉尘的发生的情况或者欲要将多个沉积掩膜120之间的厚度偏差更精密地控制到预定规格以内的情况。

并且，前述的实施例中例示出了在分割为多个棒状的沉积掩膜120形成图案孔121a的情况，但在制造用一个部件覆盖框架130的整个开口部132的一体型掩膜时或者没有长边棒110而在沉积掩膜120本身以单元格单位划分有图案孔121a的掩膜时也可以应用。即，只要是直接照射激光而形成图案孔121a的情况，则可以与掩膜框架组件的种类无关地应用本实施例的制造方法，这是显而易见的。

因此，根据以上说明的沉积掩膜和制造方法，由于用激光通过加工性良好的金属镀覆层而开始形成图案孔，因此可以大幅度减小由于凸起产生未加工孔的危险，并且还可以适当维持沉积掩膜的刚性，从而可以消除针对变形的担忧。因此，可以保证产品的品质稳定。

如上所述，已参考附图示出的一实施例对本发明进行了说明，但这仅仅为示例性说明，但凡是本发明的技术领域中具备基本知识的人员，就能够理解可以基于本发明进行多样的变形且可以对实施例进行变形。因此，本发明真正的技术性保护范围应当基于权利要求书的技术思想来确定。

Claims (9)

1.一种沉积掩膜，其中，

配备有包括通过轧制工艺制造的基底层和覆盖所述基底层的一整面的金属镀覆层的掩膜主体，

所述掩膜主体包括：图案部，形成有贯穿所述金属镀覆层及所述基底层的多个图案孔；所述图案部外侧的支撑部，

其中，所述基底层中，所述图案部的厚度比所述支撑部的厚度薄，所述多个图案孔通过向所述基底层和所述金属镀覆层中的所述金属镀覆层照射激光而使所述激光依次打通所述金属镀覆层及所述基底层来形成，

所述基底层的表面和所述金属镀覆层的与所述基底层的表面相面对的表面在所述掩膜主体的整个区域直接接触。

2.如权利要求1所述的沉积掩膜，其中，

所述图案部的厚度在将所述基底层和所述金属镀覆层相加时为10～15μm的范围。

3.如权利要求1所述的沉积掩膜，其中，

所述支撑部的厚度在将所述基底层和所述金属镀覆层相加时为20～50μm的范围。

4.如权利要求1所述的沉积掩膜，其中，

所述基底层和金属镀覆层均包含因瓦合金材料。

5.如权利要求1所述的沉积掩膜，其中，

所述金属镀覆层包括电镀层。

6.如权利要求1所述的沉积掩膜，其中，

所述基底层和所述金属镀覆层的热膨胀系数具有相互重叠的范围。

7.如权利要求1所述的沉积掩膜，其中，

所述基底层和所述金属镀覆层的晶粒大小均为1～10μm的范围。

8.如权利要求1所述的沉积掩膜，其中，

所述支撑部焊接于框架。

9.一种沉积掩膜的制造方法，包括如下步骤：

在通过轧制工艺制造的基底层的一整面形成金属镀覆层；

进行热处理以使所述金属镀覆层的晶粒变大；以及

在所述基底层和所述金属镀覆层中的所述金属镀覆层上向所述基底层和所述金属镀覆层中的所述金属镀覆层照射激光而使所述激光依次打通所述金属镀覆层及所述基底层，从而打通贯穿至所述基底层的图案孔，

其中，在形成所述金属镀覆层之前，包括如下步骤：阶梯差形成步骤，用于形成所述图案孔的图案部形成为比所述图案部外侧的支撑部更薄，

所述基底层的表面和所述金属镀覆层的与所述基底层的表面相面对的表面在包括所述基底层和所述金属镀覆层的掩膜主体的整个区域直接接触。