TW201347267A - 金屬掩膜版的混合製作方法 - Google Patents

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Abstract

一種金屬掩膜版的混合製作方法，步驟包括：透過電鑄鎳合金製作一定厚度的基板，基板上具有開口(通孔)；透過蝕刻技術在掩模基板的一面蝕刻一定深度凹槽，使蝕刻一面的開口尺寸大於未蝕刻面開口尺寸，且孔壁呈圓角，形成錐度。應用電鑄加蝕刻的混合製作方法得到的金屬掩膜版，具有成本低，開孔品質優，開孔精度高等優點，並有效減少了範本或樣板的厚度，提高了掩膜版蒸鍍過程中的蒸鍍成膜率。

Description

金屬掩膜版的混合製作方法
本發明涉及材料製備及加工領域，本發明是有關於一種蒸鍍用掩膜版的製作方法，更詳而言之，係關於一種OLED蒸鍍用高精度掩膜版的製作方法。
當今，隨著多媒體技術的發展和資訊爆炸時代的來臨，對平板顯示器性能的要求越來越高。近年來新出現了三種顯示技術：等離子顯示器、場發射顯示器和有機電致發光顯示器（簡稱OLED），均在一定程度上彌補了陰極射線管和液晶顯示器的不足。其中，有機電致發光顯示器具有自主發光、低電壓直流驅動、全固化、視角寬、顏色豐富等一系列的優點，與液晶顯示器相比，有機電致發光顯示器不需要背光源，視角大，功率低，其回應速度可達到液晶顯示器的1000倍，其製造成本卻低於同等解析度的液晶顯示器。因此，有機電致發光顯示器具有廣闊的應用前景，被看作極賦競爭力的未來平板顯示技術之一。
頂部發光有機顯示器（OLED）因其具有全固態、主動發光、高對比、超薄、低功耗、無視角限制、回應速度快、抗震、工作範圍寬、易於實現柔性顯示和3D顯示等諸多優點，逐漸成為未來20年成長最快的新型顯示技術。
常規的頂部發光OLED結構與其他OLED結構一樣，由陽極（第一電極）、陰極（第二電極）以及介於陽極和陰極之間的有機發光層構成。OLED的發光機理和過程是從陰、陽兩極分別注入電子和空穴，被注入的電子和空穴在有機層內傳輸，並在發光層內複合，從而激發發光層分子產生單態激子，單態激子輻射衰減而發光。目前，現有的底部發光OLED器件的陽極大多以氧化銦-錫（ITO）作為原材料，用射頻濺鍍法鍍膜以形成電極，薄膜為單層膜結構。頂部發光OLED器件則在透明陽極ITO上再鍍一層反射層。但一般而言，利用射頻濺鍍法製造ITO陽極，易受製程控制因素不良的影響而導致其表面不平整，進而導致其表面產生尖端物質或突起物。另外，高溫煆燒及再結晶的過程亦會提供空穴直接射向陰極的機會，從而使漏電流增加，影響OLED的發光效率。另外，用ITO製作的電極電阻較大，易增加產熱和功耗。
有鑑於此，本發明之目的在於提出一種金屬掩膜版的混合製作方法，用以有效解決習知採用的化學蝕刻的方法製備得到的掩膜版存在難脫模、精度差等問題。
為達到上述目的及其他目的，本發明提供一種金屬掩膜版的混合製作方法，係包括以下步驟：電鑄之步驟，提供一芯模，對所述芯模預處理後予以單面貼膜，對所述芯模的貼膜面進行曝光及顯影作業，然後電沉積所述芯模，再經後處理後獲得具有芯模面和基板面的電鑄板；以及蝕刻之步驟：對所述電鑄板的芯模面和基板面分別予以貼膜，對貼膜的芯模面和基板面進行曝光作業，然後對曝光後的基板面進行顯影和蝕刻作業，再依序經水洗、褪膜、和後處理的工序後將所述芯模面剝離掉以獲得掩膜版。
在本發明之一實施例中，上述之電鑄之步驟具體可包括：a、將所述芯模予以除油、酸洗、噴砂，以去除表面的油漬雜質，並將表面打磨光滑；b、於所述芯模的一表面進行貼膜；c、使圖形開口區域曝光，以便將未曝光區域幹膜通過顯影去除，留下曝光的部分以作後續電鑄步驟的保護膜；d、將曝光上述步驟c中未曝光部分進行顯影，留下曝光的部分以作後續電鑄步驟的保護膜；e、將所述芯模浸入一預備之電鑄槽中，將預備之電鑄材料沉積到無幹膜區域，獲得具有基板面的芯模；以及f、將具有基板面的芯模除油、酸洗、風乾，以獲得具有芯模面和基板面的電鑄板。
在本發明之一實施例中，上述之步驟e中可使用的芯模為不銹鋼201、202、301、304、420J1、或420J2中的任意一種，在電鑄過程中，芯模可作為陰極基板；陽極可採用陽極鎳塊、或陽極鎳板中的任意一種。
在本發明之一實施例中，上述之電鑄板厚度可介於10～50μm之間，預備之電鑄材料可為磁性鎳或鎳合金材料。具體地，所述鎳合金材料可為鎳鐵合金、鎳鈷合金、及鎳鐵鈷合金中的一種。
在本發明之一實施例中，上述之步驟e中電鑄形成開口的豎直剖面呈錐形。所述電鑄形成開口的尺寸可介於0.01～0.1mm之間。優選地，所述電鑄形成開口的尺寸可介於0.01～0.05mm之間。
在本發明之一實施例中，上述之蝕刻之步驟具體包括：a、對所述電鑄板的芯模面和基板面分別予以貼膜；b、將所述電鑄板基板面開口區域以外的區域及芯模面進行雙面曝光，以便將未曝光區域之幹膜通過顯影去除，留下曝光的部分以作後續蝕刻步驟的保護膜；c、將所述電鑄板之基板面未曝光的部分顯影，留下曝光的部分以作後續蝕刻步驟的保護膜；d、通過預備之蝕刻液對電鑄板之基板面暴露的表面進行腐蝕；e、將上述顯影程序中未清除的曝光幹膜通過預備之褪膜液的浸泡刷洗褪除；f、將所述電鑄板除油、酸洗、風乾；以及g、將所述芯模面剝離掉以獲得掩膜版。
在本發明之一實施例中，上述之步驟d中蝕刻深度可為電鑄板厚度尺寸的50%～100%。優選地，所述步驟d中蝕刻深度可為電鑄板厚度尺寸的100%。
在本發明之一實施例中，上述之步驟d中蝕刻的凹槽邊緣與蒸鍍面開口邊緣重合。所述步驟d中蝕刻的凹槽豎直(垂向)剖面呈碗型。所述步驟d中蝕刻的凹槽的剖面角度可介於30o～50o之間。
在本發明之一實施例中，上述之金屬掩膜版的混合製作方法還包括：檢測之步驟，將剝離下的掩膜版進行品質檢測；組裝之步驟，將檢測合格的掩膜版通過焊接、黏合、螺鎖中的任意一種方式固定在一掩膜版框架上，形成掩模組件；成品檢測之步驟，將組裝好的掩模元件進行品質檢測；以及包裝之步驟，將檢測合格的掩膜版元件包裝外殼，以完成成品以供出貨。
基於上述，本發明提供之金屬掩膜版的混合製作方法，先電鑄再蝕刻的混合方法製得的開口，孔壁光滑，尺寸精度高，電鑄製得的蒸鍍面開口尺寸精度達到±1μm，位置精度達到±5μm，蝕刻製得的凹槽形成碗狀孔壁，與電鑄製得的開口結合，製得滿足蒸鍍要求的開口，碗狀孔壁具有的大錐度，避免了蒸鍍過程中孔壁對蒸鍍材料的遮擋，提高了蒸鍍成膜率，而光滑的電鑄孔壁較蝕刻孔壁更易脫模，不會對已蒸鍍上的材料造成影響。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。本發明亦可藉由其它不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
須知，本說明書所附圖式中所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技術之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如“上”、“下”、“一”及“底部”等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施之範疇。
本發明實施例提供了一種金屬掩膜版的混合製作方法，採用先電鑄再蝕刻的混合方法製作出開口帶有錐度的掩膜版，所述混合製作方法，係包括以下步驟：
電鑄之步驟，提供一芯模，對所述芯模預處理後予以單面貼膜，對所述芯模的貼膜面進行曝光及顯影作業，然後電沉積所述芯模，再經褪膜及後處理後獲得具有芯模面和基板面的電鑄板。
於本實施例中，電鑄之步驟係將例如為不銹鋼304材質的芯模進行除油、酸洗和噴砂的前期處理，除去其表面的污垢及雜質，增加其表面粗糙度。在芯模上單面貼感光膜或塗覆感光膠，通過掃描曝光將所要形成開口繪圖區域的感光膜或感光膠曝光，作為電鑄保護膜，未曝光的感光膜或感光膠在後續顯影程序中通過堿液洗去，將芯模暴露並形成後續電鑄所要沉積金屬材料區域。將顯影後的芯模放入電鑄槽中，調整電鑄參數，將電鑄金屬材料沉積到無幹膜區域。所述電鑄之步驟具體包括：
a、芯模前處理的程序，將所述芯模予以除油、酸洗、噴砂，以去除表面的油漬雜質，並將表面打磨光滑；更為詳細地，所述前處理程序之參數：除油時間係為1min，酸洗時間係為1min，噴砂時間係為1min噴砂壓力係為2.0kg/cm2。
b、單面貼膜的程序，於所述芯模的一表面進行貼膜；更為詳細地，所述貼膜程序之參數：溫度係為110℃，速度係為1.4m/min，壓力係為0.6MPa。
c、單面曝光的程序，使圖形開口區域曝光，以便將未曝光區域幹膜通過顯影去除，留下曝光的部分以作後續電鑄步驟的保護膜；更為詳細地，所述曝光程序之參數如下：能量係為300mj，功率係為8w。
d、單面顯影的程序，將曝光上述步驟c中未曝光部分進行顯影，留下曝光的部分以作後續電鑄步驟的保護膜；更為詳細地，所述單面顯影程序的參數：0.7%Na2CO3溶液，活化參數：活化時間係為8min，活化溫度係為25℃，活化液濃度為係為1mol/L。
e、電鑄（電沉積）的程序，將所述芯模浸入一預備之電鑄槽中，將預備之電鑄材料沉積到無幹膜區域，獲得具有基板面的芯模；更為詳細地，所述電鑄工藝參數：pH值係為3.4，溫度係為35℃，電流密度係為1.4A/dm2。電鑄液的組成：硫酸鎳係為240g/L，氯化鎳係為35g/L，硫酸亞鐵係為40g/L。電鑄液的添加劑的組成：穩定劑係為2ml/L，潤濕劑係為3ml/L，走位劑係為3ml/L。
上述電鑄參數製得厚度為50μm的電鑄基板，且具有開口圖案，開口孔壁光滑，尺寸精度高，電鑄製得的蒸鍍面開口尺寸精度達到±1μm，位置精度達到±5μm。光滑的電鑄孔壁較蝕刻孔壁更易脫模，不會對已蒸鍍上的材料造成影響。
請參閱第1圖，顯示為本發明電鑄程序製作的開口剖面圖：其中，電鑄厚度為t'z、l'1為ITO面開口尺寸，1為蒸鍍面，2為ITO面（電鑄時與芯模緊貼）。由於電鑄為加成技術，且為電沉積，開口為金屬離子附著於感光膜或感光膠克隆形成，故開口壁表面光滑，且開口尺寸精度高，l'1好控制，t'z也可根據需要任意加減，與蝕刻技術會受因瓦片材型號的限制不同。
在本發明之具體操作實施中，上述之步驟e中使用的芯模（即陰極基板）還可以為不銹鋼201、202、301、420J1、或420J2中的任意一種；陽極可採用陽極鎳塊或陽極鎳板中的任意一種。
在本發明之具體操作實施中，上述之電鑄板厚度為10～50μm，預備之電鑄材料為磁性鎳或鎳合金材料。具體地，所述鎳合金材料為鎳鐵合金、鎳鈷合金、及鎳鐵鈷合金中的一種。
在本發明之具體操作實施中，上述之步驟e中電鑄形成開口的豎直（垂向）剖面呈錐形。所述電鑄形成開口的尺寸為0.01～0.1mm。優選地，所述電鑄形成開口的尺寸為0.01～0.05mm。
f、基板後處理的程序，將具有基板面的芯模除油、酸洗、風乾，以獲得具有芯模面和基板面的電鑄板。
蝕刻之程序，對所述電鑄板的芯模面和基板面分別予以貼膜，對貼膜的芯模面和基板面進行曝光作業，然後對曝光後的基板面進行顯影和蝕刻作業，再依序經水洗、褪膜、和後處理的程序後將所述芯模面剝離掉以獲得掩膜版。
於本實施例中，將上述電鑄步驟中所得基板連同芯模一起，雙面貼感光膜或塗覆感光膠，將芯模一面的感光膜或感光膠完全曝光；基板一面將所要蝕刻的區域保留，其他區域曝光，曝光的感光膜或感光膠在後續的蝕刻程序中作為保護膜，以保護基板及芯模不受到蝕刻液的腐蝕；將未曝光的感光膜或感光膠通過堿液清除，使將要蝕刻的基板表面暴露出來，通過腐蝕性液體進行腐蝕，通過控制蝕刻傳送速度或蝕刻液濃度來實現所要蝕刻的深度。在原有電鑄形成的開口基礎上，蝕刻一定深度的凹槽，凹槽壁呈碗狀。具體包括：
a、雙面貼膜的程序，對所述電鑄板的芯模面和基板面分別予以貼膜。
b、雙面曝光的程序，將所述電鑄板基板面開口區域以外的區域及芯模面進行雙面曝光，以便將未曝光區域之幹膜通過顯影去除，留下曝光的部分以作後續蝕刻步驟的保護膜。
c、單面顯影的程序，將所述電鑄板之基板面未曝光部分顯影，留下曝光的部分以作後續蝕刻步驟的保護膜。
d、單面蝕刻的程序，通過預備之蝕刻液對電鑄板之基板面暴露的表面進行腐蝕；具體地，蝕刻深度為電鑄板厚度的50%～100%。優選地，所述步驟d中蝕刻深度為電鑄板厚度尺寸的100%。蝕刻的凹槽邊緣與蒸鍍面開口邊緣重合。蝕刻的凹槽豎直(垂向)剖面呈碗型。蝕刻的凹槽的剖面角度α為介於30o～50o之間。
所述蝕刻液具體成分如下：三氯化鐵係為200g/L，鹽酸係為2g/L，次氯酸鈉係為0.2g/L。
蝕刻程序的參數：比重係為1.45，pH值係為1.4，溫度係為55℃，壓力係為45kg/cm2。
上述蝕刻參數製得凹槽的深度為40μm，即有效蒸鍍開口厚度為10μm。蝕刻製得的凹槽形成碗狀孔壁，與電鑄製得的開口結合，製得滿足蒸鍍要求的開口，凹槽所形成的碗狀孔壁具有大錐度，避免了蒸鍍過程中孔壁對蒸鍍材料的遮擋，提高了蒸鍍成膜率。
請參閱第2圖，顯示為採用雙面蝕刻技術製作的開口剖面圖，其中，採用雙面蝕刻分別從因瓦片材兩面腐蝕，形成的剖面為葫蘆狀開口，但由於蝕刻為減成方法，且存在側腐蝕作用，使得片材表面的開口尺寸l1大於預定尺寸l2，尺寸精度不好控制，尺寸存在偏差，且蝕刻形成的開口壁粗糙不光滑。t1為ITO面蝕刻深度，t2為蒸鍍面蝕刻深度。
再請參閱第3圖，顯示為本發明在電鑄的基礎上繼續蝕刻製作的開口剖面圖，如圖所示，1為蒸鍍面，2為ITO面，3為蝕刻凹槽，l'1為ITO面開口尺寸，即為有效蒸鍍開口寬度，t'2為蝕刻凹槽的深度，t'1為未蝕刻處理的厚度，t'1+t'2=t'z，α為蝕刻凹槽的剖面角度。t'2=（50%～100%）t'z。
e、水洗及褪膜的程序，將上述顯影工序中未清除的曝光幹膜通過預備之褪膜液的浸泡刷洗褪除。
f、後處理的程序，將所述電鑄板除油、酸洗、風乾；
g、剝離的程序，將所述芯模面剝離掉以獲得掩膜版。如第4圖所示，顯示為本發明之方法製得的為高精度金屬掩膜版的立體圖。其中，1為蒸鍍面，3為蝕刻凹槽，4為高緊密金屬掩膜版。
於本實施例中，在本發明之本發明提供一種高精度金屬掩膜版的製備方法還包括：
檢測之步驟，將剝離下的掩膜版進行品質檢測；組裝之步驟，將檢測合格的掩膜版通過焊接、黏合、螺鎖中的任意一種方式固定在一掩膜版框架上，形成掩模組件。
成品檢測之步驟，將組裝好的掩模元件進行品質檢測。
包裝之步驟，將檢測合格的掩膜版元件包裝外殼，而完成可出貨的成品。
綜上所述，本發明提供之金屬掩膜版的混合製作方法，先電鑄再蝕刻的混合方式製得的開口，具有孔壁光滑尺寸精度高的優點，電鑄製得的蒸鍍面開口尺寸精度達到±1μm，位置精度達到±5μm，蝕刻製得的凹槽形成碗狀孔壁，與電鑄製得的開口結合，製得滿足蒸鍍要求的開口，碗狀孔壁具有的大錐度，避免了蒸鍍過程中孔壁對蒸鍍材料的遮擋，提高了蒸鍍成膜率，而光滑的電鑄孔壁較蝕刻孔壁更衣脫模，不會對已蒸鍍上的材料造成影響。所以，本發明有效克服了習知技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
上述實施例係用以例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
t1．．．ITO面蝕刻深度
t2．．．蒸鍍面蝕刻深度
11．．．片材表面的開囗尺寸
1'1．．．ITO面開口尺寸
12．．．片材表面的開口預定尺寸
t'z．．．電鑄厚度
t'1．．．末蝕刻處理的厚度
t'2．．．蝕刻凹槽的深度
1．．．蒸鍍面
2．．．ITO面
3．．．蝕刻凹槽
4．．．高緊密金屬掩膜版
[第1圖]顯示為本發明電鑄程序製作的開口剖面圖；[第2圖]顯示為採用雙面蝕刻程序製作的開口剖面圖；[第3圖]顯示為本發明在電鑄的基礎上繼續蝕刻製作的開口剖面圖；以及[第4圖]顯示為本發明之方法製得的為高精度金屬掩膜版的立體圖。
1'1．．．ITO面開囗尺寸
t'2．．．蝕刻凹槽的深度
1．．．蒸鍍面
2．．．ITO面
3．．．蝕刻凹槽

Claims (15)

  1. 一種金屬掩膜版的混合製作方法，係包括以下步驟：電鑄之步驟，提供一芯模，對所述芯模預處理後予以單面貼膜，對所述芯模的貼膜面進行曝光及顯影作業，然後電沉積所述芯模，再經後處理以獲得具有芯模面和基板面的電鑄板；以及蝕刻之步驟，對所述電鑄板的芯模面和基板面分別予以貼膜，對貼膜的芯模面和基板面進行曝光作業，然後對曝光後的基板面進行顯影和蝕刻作業，再依序經水洗、褪膜、和後處理的程序後將所述芯模面剝離掉以獲得掩膜版。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之金屬掩膜版的混合製作方法，其中，所述電鑄之步驟具體包括：a、將所述芯模予以除油、酸洗、噴砂，以去除表面的油漬雜質，並將表面打磨光滑；b、於所述芯模的一表面進行貼膜；c、使圖形開口區域曝光，以便將未曝光區域幹膜通過顯影去除，留下曝光的部分以作為後續電鑄步驟的保護膜；d、將曝光上述步驟c中未曝光部分進行顯影，留下曝光的部分以作為後續電鑄步驟的保護膜；e、將所述芯模浸入一預備之電鑄槽中，將預備之電鑄材料沉積到無幹膜區域，獲得具有基板面的芯模；以及f、將具有基板面的芯模除油、酸洗、風乾，以獲得具有芯模面和基板面的電鑄板。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之金屬掩膜版的混合製作方法，其中：所述步驟e中使用的芯模為不銹鋼201、202、301、304、420J1、或420J2中的任意一種，在電鑄過程中，該芯模作為陰極基板；陽極採用陽極鎳塊、或陽極鎳板中的任意一種。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之金屬掩膜版的混合製作方法，其中：所述電鑄板厚度介於10～50μm之間，預備之電鑄材料為磁性鎳或鎳合金材料。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之金屬掩膜版的混合製作方法，其中：所述鎳合金材料為鎳鐵合金、鎳鈷合金、及鎳鐵鈷合金中的一種。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之金屬掩膜版的混合製作方法，其中：所述步驟e中電鑄形成開口的垂向剖面呈錐形。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之金屬掩膜版的混合製作方法，其中：所述電鑄形成開口的尺寸介於0.01～0.1mm之間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之金屬掩膜版的混合製作方法，其中：所述電鑄形成開口的尺寸介於0.01～0.05mm之間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之金屬掩膜版的混合製作方法，其中，所述蝕刻之步驟具體包括：a、對所述電鑄板的芯模面和基板面分別予以貼膜；b、將所述電鑄板基板面開口區域以外的區域及該芯模面進行雙面曝光，以便將未曝光區域之幹膜通過顯影去除，留下曝光的部分以作後續蝕刻步驟的保護膜；c、將所述電鑄板之基板面未曝光部分顯影，留下曝光的部分以作後續蝕刻步驟的保護膜；d、通過預備之蝕刻液對該電鑄板之基板面暴露的表面進行蝕刻；e、將上述顯影程序中未清除的曝光幹膜通過預備之褪膜液的浸泡刷洗褪除；f、將所述電鑄板除油、酸洗、風乾；以及g、將所述芯模面剝離掉以獲得掩膜版。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之金屬掩膜版的混合製作方法，其中：所述步驟d中蝕刻深度為電鑄板厚度尺寸的50%～100%。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之金屬掩膜版的混合製作方法，其中：所述步驟d中蝕刻深度為電鑄板厚度尺寸的100%。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之金屬掩膜版的混合製作方法，其中：所述步驟d中蝕刻的凹槽邊緣與蒸鍍面開口邊緣重合。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之金屬掩膜版的混合製作方法，其中：所述步驟d中蝕刻的凹槽的垂向剖面呈碗型。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之金屬掩膜版的混合製作方法，其中：所述步驟d中蝕刻的凹槽的剖面角度介於30o～50o之間。
  15. 如申請專利範圍第1、2或9項所述之金屬掩膜版的混合製作方法，還包括：檢測之步驟，將剝離下的掩膜版進行品質檢測；組裝之步驟，將檢測合格的掩膜版通過焊接、黏合、螺鎖中的任意一種方式固定在一掩膜版框架上，形成掩模組件；成品檢測之步驟，將組裝好的掩模元件進行品質檢測；以及包裝之步驟，將檢測合格的掩膜版元件包裝外殼，而完成成品。
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