TWI680345B - 主動對準的精細金屬罩幕 - Google Patents

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TWI680345B
TWI680345B TW103114533A TW103114533A TWI680345B TW I680345 B TWI680345 B TW I680345B TW 103114533 A TW103114533 A TW 103114533A TW 103114533 A TW103114533 A TW 103114533A TW I680345 B TWI680345 B TW I680345B
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John M. White
羅伯 立瑟
Robert Visser
戴德 海斯
Dieter Haas
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Tommaso Vercesi
安德瑞斯 羅普
Andreas Lopp
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Abstract

本說明書所揭露的實施例大致上是有關於一種精細金屬罩幕的對準。此精細金屬罩幕係通過複數個微致動器和框架連接。微致動器可以作用在精細金屬罩幕上，用以拉伸精細金屬罩幕、重新定位精細金屬罩幕或進行上述動作之組合。藉由此一方式，可以維持精細金屬罩幕相對於基材的位置與尺寸。

Description

主動對準的精細金屬罩幕
本說明書所揭露的實施例大致上是有關於一種罩幕的對準。更具體的說，本發明所揭露的實施例大致上是有關於一種適用於光電元件(opto-electronic devices)的主動罩幕對準(active mask alignment)。
基於以下多種原因，讓使用有機材料作成的光電元件逐漸變得搶手。許多用來製作這些元件的材料相對不昂貴，因此有機光電元件具有超越無機元件之成本優勢的潛能。此外，有機材料的本質，例如可撓性，有利於特定的應用，例如在軟性基材(flexible substrate)上進行沉積或成形。有機光電元件的例子包括有機發光元件(organic light emitting devices,OLEDs)、有機光電晶體(organic phototransistors)、有機光伏電池(organic photovoltaic cells)以及有機光檢測器(organic photodetectors)。
對有機發光元件而言，有機材料被認為具有優於傳統材料的性能優勢。例如，由有機發光層(organic emissive layer) 所發出之光線的波長一般可以藉由適當的摻質輕易地加以調整。有機發光元件係利用當施加電壓通過元件時會發射光線的薄層有機膜來製備。有機發光元件逐漸變成受矚目的技術，適用於例如平板顯示器(flat panel displays)、照明(illumination)和背光照明(backlighting)的應用。
在蒸發沉積(evaporative deposition)有機發光元件材料的製程之前或之中，製程之間的些微差異以及製程之中的溫度變化，會導致精細金屬罩幕對準失誤(misaligned)或者和先前已經存在於基材上的任何圖案失去對準。至今這些製程中細微的溫度差異和的改變，已經限制了遮蔽式罩幕(shadow masks)在相對較小的基材且相對較大的定義特徵上進行蒸鍍圖案化(evaporation patterning)的使用。
一個用來對罩幕和基材進行非常準確的對準、在製程中盡可能的維持低且恆定的沉積溫度，並且使用低熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion,CTE)之罩幕材料的解決方案已經被提出來。這個沉積技術已經被使用多年，且已經到達它的極限。
另一個解決方案是小型光罩掃瞄(Small Mask Scanning,SMS)。小型光罩掃瞄包含使用小於整體基材或顯示器的罩幕，並且相對於基材進行掃描，藉以使用該罩幕來沉積紅(R)、綠(G)和藍(B)色材料的條帶。這個技術有許多問題，由於沉積製程中必須在罩幕和基材之間保留空隙(clearance)，而這可能 導致紅、綠和藍發光材料之間產生交叉污染。再者，小型光罩掃瞄可能因為想要在掃描過程中盡可能保持運轉的空隙越小越好，以防止前述的交叉污染所產生的刮痕而造成缺陷。
因此，在光電元件的製作中，對改良的罩幕和遮罩技術有持續的需求。
本說明書所述的實施例一般是有關於光電元件的主動對準。
在一實施例之中，元件可以包括置於製程腔室中的框架、具有連接板和圖案的精細金屬罩幕以及連接精細金屬罩幕和框架的複數個致動器(actuators)。其中，致動器作用在精細金屬罩幕上，用以拉伸精細金屬罩幕、重新定位精細金屬罩幕或進行上述動作之組合。
在另一實施例之中，罩幕元件包括具有圖案和圍繞圖案之連接板的精細金屬罩幕以及複數個(microactuators)耦接(coupled to)至精細金屬罩幕的微致動器。
在另一實施例之中，罩幕元件包括框架，其包括複數個框架開口形成於框架的至少一個側邊上；精細金屬罩幕以及複數個致動器，耦接至框架和精細金屬罩幕。精細金屬罩幕包括至少一個圖案、形成於此圖案的至少一個側邊上的連接板以及一個或多個穿透精細金屬罩幕的罩幕開口。
在另一實施例之中，罩幕調整方法可以包括：將基 材定位於具有精細金屬罩幕配置於其中的製程腔室中。使用一個或多個對準標記(alignment marks)來確認精細金屬罩幕之至少一部分相對於基材的對準；以及回應於此確認步驟而改變精細金屬罩幕之至少一部分的對準。其中該精細金屬罩幕包括一個圖案以及一個或多個對準標記。
100‧‧‧製程腔室
102‧‧‧基材
103‧‧‧基材表面
104‧‧‧陰極
106‧‧‧精細金屬罩幕層
108‧‧‧氣源
110‧‧‧沉積氣體
112‧‧‧框架
114‧‧‧微致動器
116‧‧‧罩幕開口
118‧‧‧框架開口
120‧‧‧圖案定義特徵
122‧‧‧對準標記
130‧‧‧罩幕組件
200‧‧‧罩幕組件
202‧‧‧精細金屬罩幕
204‧‧‧框架
206‧‧‧圖案
208‧‧‧溝道
210‧‧‧對準標記
212‧‧‧連接板
214‧‧‧罩幕開口
216‧‧‧框架開口
218‧‧‧微致動器
300‧‧‧罩幕組件
302‧‧‧精細金屬罩幕
304‧‧‧框架
306‧‧‧圖案
308‧‧‧溝道
310‧‧‧對準標記
312‧‧‧連接板
314‧‧‧罩幕開口
316‧‧‧凹口
320‧‧‧框架半島
322‧‧‧中央微致動器
324‧‧‧狹縫
400‧‧‧罩幕組件幕
402‧‧‧精細金屬罩
404‧‧‧框架
406‧‧‧圖案
408‧‧‧溝道
410‧‧‧對準標記
412‧‧‧連接板
414‧‧‧罩幕開口
416‧‧‧凹口
418‧‧‧微致動器
420‧‧‧半島
500‧‧‧罩幕組件
502‧‧‧精細金屬罩幕
504‧‧‧框架
505‧‧‧框架側壁
506‧‧‧圖案
508‧‧‧溝道
510‧‧‧對準標記
512‧‧‧連接板
514‧‧‧罩幕開口
516‧‧‧凹口
518‧‧‧微致動器
520‧‧‧半島
522‧‧‧內角部
600‧‧‧罩幕組件
602‧‧‧精細金屬罩幕
604‧‧‧框架
606‧‧‧圖案
608‧‧‧溝道
610‧‧‧對準標記
612‧‧‧連接板
614‧‧‧罩幕開口
616‧‧‧框架開口
618‧‧‧微致動器
620‧‧‧長孔結構
700‧‧‧罩幕組件
702‧‧‧精細金屬罩幕
704‧‧‧框架
706‧‧‧圖案
708‧‧‧溝道
710‧‧‧對準標記
712‧‧‧連接板
714‧‧‧罩幕開口
716‧‧‧框架開口
718‧‧‧微致動器
720‧‧‧長孔結構
800‧‧‧罩幕組件
802‧‧‧精細金屬罩幕
804‧‧‧框架
806‧‧‧微致動器
808‧‧‧框架連接器
810‧‧‧罩幕連接器
812‧‧‧溝道
813a‧‧‧擋片
813b‧‧‧擋片
814‧‧‧對準標記
816‧‧‧長孔結構
818‧‧‧圖案
820‧‧‧第一邊界
822‧‧‧第二邊界
824‧‧‧第三邊界
826‧‧‧第四邊界
828‧‧‧條帶
900‧‧‧罩幕組件
902‧‧‧精細金屬罩幕
904‧‧‧框架
906‧‧‧圖案
908‧‧‧溝道
912‧‧‧連接板
914‧‧‧罩幕開口
916‧‧‧框架開口
918‧‧‧微致動器
920‧‧‧長孔編
922‧‧‧連接臂
924‧‧‧運動控制結構
925‧‧‧活動狹縫
926‧‧‧凹口
927‧‧‧插入孔
928‧‧‧微調致動器
929‧‧‧磁石
930‧‧‧偵測器
1000‧‧‧方法
1002‧‧‧將基材定位於具有精細金屬罩幕配置於其中的製程腔室裏，精細金屬罩幕包含圖案以及一或多個對準標記
1004‧‧‧使用一或多個對準標記來確認精細金屬罩幕之至少一部分相對於基材的對準
1006‧‧‧回應於此確認步驟而改變精細金屬罩幕之至少一部分的對準
為讓本發明之上述的特徵能更明顯易懂，特舉數個簡述如下的實施例，並配合以下所附圖式，來加以詳細描述。而必須注意的是，該些圖式只係該些實施例之例示，並非用以限定本發明的範圍，其他均等的實施例仍包含於本發明的專利保護範圍中。
第1A圖和第1B圖係根據一實施例所繪示，含有精細金屬罩之製程腔室的部分示意圖；第2圖至第7圖係根據一個或多個實施例所繪示之罩幕組件(mask assembly)的上視圖；第8圖係根據一實施例所繪示的動態條帶精細金屬罩幕；第9圖係根據另一或多個實施例所繪示的動態精細金屬罩幕；以及第10圖係根據一實施例所繪示的一種對準精細金屬罩幕之方法的方塊圖。
為了便於理解，各圖式中，相同的元件將盡可能地以相同的元件符號加以表示。且值得注意的是，在一實施例中已揭露的元件，可不經引述，而以最佳的方式，被應用於其他實施例之中。
本文所揭露的實施例是有關於一種主動對準的精細金屬罩幕。精細金屬罩幕是有關於可以使用於將材料沉積至基材上時的罩幕。精細金屬罩幕可以用來形成具有小於整個基材主動(發光)區之圖案解析度(pattern resolution)的特徵(features)。典型地，精細金屬罩幕具有要被設置於基材上之次像素(sub-pixels)(通常為一個顏色的次像素)之一部份的尺寸等級(order)。因此，精細金屬罩幕典型上是用於有機元件發光層的沉積。其中，顯示器的不同顏色係分別通過精細金屬罩幕各自被沉積，並被設計成只允許沉積出現在此一顯示器的主動有機發光元件的一部分上(例如，通過某一精細金屬罩幕，只有紅色發光層可以被沉積；通過另一個精細金屬罩幕，只有綠色發光層可以被沉積，等等)。
在這些沉積製程中，基材和精細金屬罩幕都會被加熱。因此，基材和精細金屬罩幕都會有某些程度的膨脹。當基材和精細金屬罩幕膨脹時，精細金屬罩幕相對於基材的對準可能會有所偏移(offset)。藉由使用微致動器來連接定位剛性框架(rigid frame)的精細金屬罩幕，在製程中精細金屬罩幕可依照基材預期 或是實際的膨脹程度主動對準。此主動對準可以藉由數學模式(例如使用已知的膨脹率)來決定，或者對準的變動幅度可以藉由經驗來決定。以下所揭露的實施例可以配合下述圖式作更清楚的描述。
第1A圖和第1B圖係根據一實施例所繪示含有精細金屬罩106之製程腔室100的部分示意圖。製程腔室100可以是一種適用於所述實施例的標準製程腔室。在一實施例中，製程腔室100，可以是取自於應用材料股份有限公司(Applied Materials,Inc.,Santa Clara,California.)的子公司，美國AKT股份有限公司(AKT America,Inc.)，所提供的製程腔室。可理解的是，此處所探討的實施例仍可在其他製程腔室，包含由其他製造商所出售的製程腔室中實施。
基材102可以被置入製程腔室100中，並與靜電吸盤(electrostatic chuck)(未繪示)連接。基材102可以是適於有機發光元件沉積的基材。在一實施例中，基材102實質上是由玻璃所構成。基材可以具有寬的尺寸範圍(例如長、寬、型狀、厚度等)。 在一實施例中，基材大約1公尺長1公尺寬。在本實施例之中，基材102與形成於其下方表面103的陰極104一起被繪示出來。 陰極104可以包括氧化銦錫(indium tin oxide,ITO)。在其他實施例之中，陰極104是不連續的，而且與有機發光元件層(未繪示)的形成一起形成於基材上。
氣源108被定位在基材102和陰極104下方。一般 來說氣源108可以是一種氣源舟(source boat)或其他容器或可以製造沉積氣體110的儲存器(receptacle)。沉積氣體110可以配置來在陰極104上方沉積更多層，例如發光層、電洞傳輸層(hole transport layer)、顏色改變層(color change layer)或更多層(未繪示)，以因應有機發元件結構的形成需要與要求。在一實施例中，氣源108製造沉積氣體110以在陰極104上形成白色發光層(未繪示)，並在白色發光層上形成顏色改變層。在另一實施例中，氣源108製造沉積氣體110以在陰極104上形成有色的發光層(未繪示)。可以在陰極104上形成一或更多額外的層，例如電子傳輸層(electron transport layer)(未繪示)。
被定位在基材102和氣源108之間的是精細金屬罩幕層106。可理解的是，精細金屬罩幕層106並未依比例繪示，且與其相對應的結構相比，可能大於或小於圖式所繪示的長度、寬度或厚度。精細金屬罩幕層106至少有一部分可以由一種或多種磁性或非磁性金屬所構成。適用於精細金屬罩幕層106的材料或組成物包括，但不限於，殷鋼(INVAR,64FeNi)，鈦合金(ASTM Grade 5 titanium,Ti-6Al-4V)、鈦(titanium)、鋁(aluminum)、鉬(molybdenum)、銅(copper)、440不鏽鋼(440 stainless steel)、哈氏合金(HASTELLOY® alloy C-276)、鎳(nickel)、鉻-鉬鋼(chrome-molybdenum steel)、304不鏽鋼(304 stainless steel)、其他含鐵複合物(iron containing compositions)或上述之組合。
精細金屬罩幕層106可以具有容許覆蓋基材之至少 一部分的尺寸或形狀。在一實施例中，精細金屬罩幕層106的長度從2公尺至3公尺；高度從1.5公尺到2公尺。精細金屬罩幕層106的厚度可以小於200微米(μm)，例如100微米。在一實施例中，精細金屬罩幕層可以小於100微米。精細金屬罩幕層106可以被定位於框架112上。另外，可以使用一個或多個微致動器114將精細金屬罩幕層106連接至框架112上。框架112可以由與精細金屬罩幕層106相似的材料所構成。框架112可以具有剛性，以容許微致動器114在精細金屬罩幕層106上作動，而不會讓精細金屬罩幕層106型變(deformation)或只產生有限度的形變。在一實施例中，框架112是由殷鋼所構成。雖然圖式中只能看到兩個微致動器114。可以使用一個或更多個微致動器114來將精細金屬罩幕層106定位於框架112之中。
精細金屬罩幕層106被置放於框架112之中。如前所述，框架112比精細金屬罩幕層106硬，足以提供精細金屬罩幕層106支撐力(resistance)。每一個微致動器114，如第1B圖所繪示有16個微致動器114，可以連接至一個罩幕開口116和一個框架開口118以形成一個罩幕組件(mask assembly)130。微致動器114雖被稱為致動器，但可以是任何一種元件，用來施加某一數量之力(force)，可用來對準或拉伸精細金屬罩幕層106。另外，微致動器114的數量並不限定，可基於使用者的需要，而使用更多或更少的微致動器114。
此外，精細金屬罩幕層106也可以直接附著(attached to)至框架112，而不在一個或多個點上使用一個微致動器114。 在前述的實施之中，微致動器114係繪示成與精細金屬罩幕層106和框架112連接，使得有兩個微致動器114形成在精細金屬罩幕層106和/或框架112的平分線(bisection line)所定義的兩邊，且彼此面對面。在本實施例之中，微致動器114可以不規則(non-uniform fashion)、雙邊對稱(bilateral fashion)的方式加以定位。在一個連接相同大小(equivalent)之框架112的長方形精細金屬罩幕層106中，藉由焊接或半永久附著製程(semi-permanent attachment process)，精細金屬罩幕層106的一個側邊可以被附著至框架112上；其他三個側邊可以使用複數個微致動器114來加以附著。每一側邊所使用的微致動器114的數量和位置，可以與其他側邊的數量、位置或二者之組合彼此不對稱。雖然本例所描述的精細金屬罩幕層106僅有一個側邊被半永久地附著。但只要有微致動器被包含(incorporated into)於精細金屬罩幕層106和框架112之間的至少一部分的連結中，就可以有一側邊或多個側邊或一部分的側邊被以相似的方式附著。
罩幕開口116和框架開口118被以孔洞(hole)的方式分別繪示於精細金屬罩幕層106和框架112之中。但可以使用其他連接方式，例如鉤(hook)或閂(bolt)，來附著微致動器114，或將微致動器114焊接至框架112、精細金屬罩幕層106或二者上。另外，罩幕開口116和框架開口118，在本實施例中，被繪示成與金屬罩幕的溝道(street)對齊。但並未僅限定為這樣的設計，適 用於罩幕開口116和框架開口118，可容許應力均一或定向傳輸至精細金屬罩幕層106的其他位置，這都是可以預想得到的。
在操作上，微致動器114可以提供張力(tensioning)，藉此可以給予精細金屬罩幕層106和圖案定義特徵(pattern-defining features)12o相對於基材102最終所需的尺寸以及位置。之後，將具有精細金屬罩幕層106和框架112的罩幕組件13o置入製程腔室10o中。在適當定位之後，將製程腔室100排空(pumped down)。其中，將溫度固定以準備接收基材102。之後，可以將基材102攜入製程腔室10o，將位於精細金屬罩幕層106上的對準標記122對準位於基材102上的對應特徵(features)。最後開始進行沉積。在沉積製程中，精細金屬罩幕層106和/或基材102的溫度變化可以通過以電腦控制的演算法(computer-controlled algorithm)控制微致動器114來進行補償。微致動器114可以被建構成連續地、以特定頻率的方式或偶發地(sporadically)根據對準標記122所得到的對準數據來對準精細金屬罩幕。因此，微致動器114可以維持精細金屬罩幕層106適當所需的對準和尺寸，以對應位於基材102上的特徵。
在另一些實施例之中，微致動器114可提供局部化的張力至基材102上目前的沉積區域。由於在掃描之中，蒸鍍噴頭/噴嘴(evaporation head/nozzles)(氣源108)在多點氣源陣列(multi-point-source array)或線性氣源結構(line-source configuration)中的位置為已知，可以調整精細金屬罩幕層106的 微致動器114，使精細金屬罩幕層106至少在基材102受影響的區域上適當的對準。在本實施例中，一般相信只需要即時且局部地在噴頭的位置維持對準。精細金屬罩幕層106之對準的更局部性控制，可以減輕維持罩幕至基材之對準的挑戰。
在不希望受到理論所束縛的前提下，一般相信藉由降低精細金屬罩幕層106施加在框架112上的恆定的力(constant force)，可以使框架112的重量小於標準框架。標準的精細金屬罩幕層係藉由將一片低熱膨脹係數片狀金屬進行拉伸，並在拉伸的狀態下將其附著於重框架所形成。一般需要以重框架來維持精細金屬罩幕的高拉伸張力，且可能重達約數千磅之等級。因此，重框架不易移動和清潔。而在本說明書揭露的實施例中，預先拉伸被最小化，且配合未對準(misalignment)或熱膨脹來拉伸罩幕。因此，通過本說明書揭露的實施例，框架所需的強度和框架所需的重量可以降低。
微致動器114被形容為可以雙向移動(bi-directional movement)，但微致動器114用在本說明書所揭露的實施例之中，可以是單向的。其中，微致動器114提供推力或拉力，藉以適當的調整精細金屬罩幕層106的張力。當使用只有拉力的微致動器114時，可以根據在製程中精細金屬罩幕層106的膨脹程度來繃緊(tension)精細金屬罩幕層106。當使用只有推力的微致動器114時，可以藉由適當地將達到合適張力所需的應力加以定向，例如藉由預拉伸精細金屬罩幕層106或藉由對微致動器114的應力重 新定向，使用微致動器114來控制精細金屬罩幕層106。在對應力重新定向的例子中，微致動器114推擠與精細金屬罩幕層106連接的元件，藉此使推力變成拉力。在一實施例之中，微致動器114依靠著具有中心樞接點(未繪示)的懸臂(未繪示)張開。纜線連接於精細金屬罩幕層106和懸臂相對於微致動器114的相反一側。微致動器114的推力通過懸臂傳送，同時懸臂樞接在樞接點上，拉動纜線並繃緊精細金屬罩幕層106。用來重新定向微致動器114之應力的不同實施例是可以被預想到的。在預拉伸的例子中，假如我們假設X是精細金屬罩幕層106的合適定位所需的張力，精細金屬罩幕層的張力需被預先拉伸至X+Y。其中，Y是額外的張力，其超過來自於精細金屬罩幕中溫度變化造成的預期鬆弛(expected relaxation)。Y也可以被定義為由精細金屬罩幕層中的溫度變化和微致動器114的推進運動所提供之鬆弛的總和。當基材被冷卻，Y就完全由微致動器114來提供。當基材被加熱，微致動器114緩慢減少用來補償因溫度上升所造成之鬆弛的應力。
第2圖至第7圖係根據一個或多個實施例所繪示的罩幕組件上視圖。雖然每一個實施例都以不同的對稱構件來做大致上一致的描述，但必須理解的是，這些構件的數量與位置，在不脫離本說明書所描述的精神範圍內，可以被移動、調整或重新定向。另外，這些實施例可以因為實際需要或需求而加以合併。
第2圖係根據一實施例所繪示之罩幕組件的上視 圖。罩幕組件200包括精細金屬罩幕202連接至框架204。精細金屬罩幕202具有圖案206，而此處所繪示者是形成在精細金屬罩幕202的中央。複數條溝道208形成在圖案206之中並圍繞圖案206。這些複數條溝道208具有一個或多個對準標記210形成在其中。圍繞在圖案206和溝道208的可以是具有複數個罩幕開口214的連接板212。精細金屬罩幕202的連接板212可以包含多種形狀和尺寸，以容許精細金屬罩幕202在框架204中移動。 上述之精細金屬罩幕202的所有構件，可以是相同的成分。例如，精細金屬罩幕202是由單片的片狀金屬所切割而成。在另一實施例之中，精細金屬罩幕202的一個或多個構件或單一構件的部分可以分別由不同的材料所構成。
形成在框架204上的是複數個框架開口216。框架204可以使用複數個微致動器218與精細金屬罩幕202連接。此處所繪示的框架204和精細金屬罩幕202，係使用位於每一個罩幕開口214中的兩個微致動器218來相互聯接。微致動器218係個別地連接至框架204，因此容許在一個角度施加應力。在本例中，這個角度從罩幕開口214起算，大約為45度和大約為315度。此處所繪示的微致動器218與精細金屬罩幕202和框架204共平面。然而，微致動器可以定位在任何位置和方向，包括位於三維描述的不同平面，以容許對精細金屬罩幕202的調整。
在不希望受到理論所束縛的前提下，一般相信在一個角度施加應力，可容許精細金屬罩幕202的同步重新定位和拉 伸。在膨脹過程中，例如發生在沉積製程中，精細金屬罩幕202可能在位置和尺寸上相對於基材102生變化。因此，容許位置和尺寸的同步調節，可使通過精細金屬罩幕202所進行的後續沉積製程得到較好的控制。
第3圖係根據另一實施例所繪示之罩幕組件的上視圖。罩幕組件300包括精細金屬罩幕302連接至框架304。如對照第2圖所作的描述，精細金屬罩幕302具有包含複數條溝道308的圖案306。這些複數條溝道308具有一個或多個對準標記310形成在其中。圍繞圖案306和溝道308的可以是具有複數個罩幕開口314的連接板312。精細金屬罩幕302的連接板312可以包含複數個凹口(notches)316，形成在每一個罩幕開口314和圖案306之間。精細金屬罩幕302可以更包括一條或多條狹縫(slits)324形成在連接板312中。
與框架304連接的是複數個微致動器318。框架304可以使用複數個微致動器318與精細金屬罩幕302連接。此處所繪示的框架304和精細金屬罩幕302，係使用位於每一個罩幕開口314中的其中一個微致動器318來彼此連接。微致動器318係個別地連接至框架304，因此容許以線性的方式(liner fashion)施加應力。框架304具有框架半島320形成於其上。框架半島320可以形成在框架304之一側邊大約中心的位置。框架半島320可以位於連接板312的開口中。框架半島320可以容許框架304與中央微致動器322連接。中央微致動器322可以連接至精細金屬 罩幕302的兩個點。因此，中央微致動器322可以由兩個方向施加應力至精細金屬罩幕302。
第4圖係根據另一實施例所繪示之罩幕組件400的上視圖。罩幕組件400包括精細金屬罩幕402和框架404。如前所述，精細金屬罩幕402具有圖案406、一條或多條溝道408以及複數個形成在其中的對準標記410。在本實施例中，連接板412形成在圖案406週圍，且具有複數個半島420形成於其中。每一個半島420具有至少一個凹口416形成於其中。半島420和凹口416之每一者，據信可在一個或多個操作中提供較佳的應力分佈和橫向移動。半島420更具有至少一個罩幕開口414形成於其中。
框架404連接至複數個微致動器418。這些微致動器418可藉由半永久方法，例如藉由焊接，來連接。每一個微致動器418連接至形成於精細金屬罩幕402上之半島420中的罩幕開口414。因此，當需要或想要時，他們可以拉伸並移動精細金屬罩幕402。
第5圖係根據另一實施例所繪示之罩幕組件500的上視圖。罩幕組件500包括精細金屬罩幕502和框架504。如前所述，精細金屬罩幕502具有圖案506、一條或多條溝道508以及複數個形成在其中的對準標記510。如對照第4圖所作的描述，連接板512形成在圖案506週圍，且具有一個或多個半島520形成於其上。每一個半島520具有至少一個凹口516形成於其中。在本實施例中，一個或多個罩幕開口514形成在連接板512中的 半島520週圍。
框架504可以具有複數個側壁505和複數個內角部(internal corner)522，共同形成圍繞精細金屬罩幕502的週邊。此處所繪示的框架504具有四個側壁505和四個形成在側壁505交叉處(intersection)的內角部522。框架504還具有複數個微致動器518，同時連接在框架504的側壁505和內角部522上。這些複數個微致動器518連接到至少一個罩幕開口514。此處所繪示的每一個微致動器518可以連接在其中一個罩幕開口514與框架504的其中一個側壁505之間。在內角部522上，有兩個微致動器518可以連接毎一個罩幕開口514。雖然此處繪示連接至罩幕開口514的兩個微致動器518之間係形成一個90度夾角，但也有可能形成其他角度。
微致動器518經由形成在溝道508任一邊的罩幕開口514連接至精細金屬罩幕502。本實施例的橫向方位(Lateral directionality)可在內角部522上進行控制。微致動器518可以形成在內角部522上。因此，精細金屬罩幕502可以在任何方向上被操作。此處所繪示的內角部522形成於框架504上，有兩個微致動器518連接至此內角部522上，以及兩個微致動器518連接至框架504上。這四個微致動器518，二個一組共二組，在其中一個罩幕開口514上，垂直地連接至精細金屬罩幕502。藉由調控施加在位於內角部522上之一個或更多個微致動器518的應力，可以在任何方向拉伸並移動精細金屬罩幕502。
第6圖係根據另一實施例所繪示之罩幕組件600的上視圖。罩幕組件600包括精細金屬罩幕602和框架604。如前所述，精細金屬罩幕602具有圖案606、一條或多條溝道608、複數個罩幕開口614以及複數個形成於其中的對準標記610。在本實施例之中，罩幕開口614形成在溝道608上。形成在精細金屬罩幕602中，位於圖案606和一個或多個連接板612之間的，是一個或多個長孔結構(slot formations)620。長孔結構620容許位於一個或多個連接板612和圖案606之間的剛性連接(rigid connections)，同時容許在圖案606和長孔結構620之間，且垂直長孔結構620的運動自由度(freedom of motion)。另外，長孔結構620容許微致動器618的兩正交組(two othogonal sets)在兩個方向來繃緊/拉伸精細金屬罩幕602。儘管事實上個別的微致動器618和精細金屬罩幕602之間的機械連接不能有效地伸長，且數量有限，例如少於約10，但使用長孔結構620，微致動器618的兩正交組可以繃緊/拉伸精細金屬罩幕602。在上述實施例中，雖然微致動器618跨越了其所拉引的精細金屬罩幕602之邊緣的主要部分，但微致動器結合長孔結構620可以有效的繃緊或拉伸精細金屬罩幕602。
形成在框架604之中的是複數個框架開口616。微致動器618可以通過複數個框架開口616連接至框架604，並且通過複數個罩幕開口614連接至精細金屬罩幕602。因此，框架604可以使用複數個微致動器618與精細金屬罩幕602(至少一部 分)連接。此處繪示的框架604和精細金屬罩幕602係使用位於每一個罩幕開口614上及位於每一個框架開口616上的單一個微致動器618來連接。雖然每一個連接只繪示單一個微致動器618，但所使用的微致動器618其數量和位置並沒有限制。
第7圖係根據另一實施例所繪示之罩幕組件700的上視圖。罩幕組件700包括精細金屬罩幕702和框架704。如前所述，精細金屬罩幕702具有圖案706、一條或多條溝道708、複數個對準標記710、連接板712以及複數個形成在其中的罩幕開口714。複數個罩幕開口714形成在精細金屬罩幕702的連接板712之中。框架704可以包括複數個框架開口716。如前所述，框架開口716可以與一個或多個微致動器718連接，進而將框架704連接至精細金屬罩幕702。
在本實施例中，罩幕開口714形成在溝道708週圍，因此為每一條溝708產生兩個罩幕開口714。另外，在本實施例中，溝道708由圖案706延伸至連接板712。此一方式據信可容許長孔結構720基於微致動器718的定位而獨立控制。其中，微致動器718可容許精細金屬罩幕702得到更佳的橫向控制和更精準的張力。長孔結構720可提供與參照第6圖所描述之孔結構620實質相似的好處。
第8圖係根據另一實施例所繪示的動態條帶罩幕元件800。動態條帶罩幕元件800包括連接至精細金屬罩幕802的框架804。精細金屬罩幕802可以具有連接板805，形成在精細 金屬罩幕802的邊緣，例如形成在圖案818的一個或多個邊界(borders)上。連接板805可以具有一個或多個罩幕開口810形成於其上。連接板805可以形成在精細金屬罩幕802的單一側邊或單一部分。此處所繪示的連接板805形成在精細金屬罩幕802的第一邊界820和第二邊界822上。在第三邊界824和第四邊界826上，罩幕開口810形成在精細金屬罩幕802的一條或多條溝道812之中。形成在連接板805和圖案818之間的可以是長孔結構816。 如此處所繪示，長孔結構816可以從精細金屬罩幕802的一個或多個部分中被省略不用，例如當不採用連接板805時。
連接精細金屬罩幕802和框架804的是一個或多個微致動器806。微致動器806可以一端連接至罩幕連接器810，另一端通過一個或多個框架連接器808連接至框架804。如此處所繪示，第三邊界824和第四邊界826在每一邊界上與兩個微致動器806連接。這些微致動器806可以幫助調整精細金屬罩幕802的對準。第一邊界820和第二邊界822通過形成在連接板805中的罩幕連接器810連接至框架804的框架連接器808。此處繪示，在第一邊界820和第二邊界822的每一者上，有六個微致動器806連接精細金屬罩幕802。因此，位於第一邊界820和第二邊界822上的微致動器806可以調整精細金屬罩幕802的位置和拉伸精細金屬罩幕802。操作上，可以使用一個或多個對準標記814來決定精細金屬罩幕802的位置和方向。在沉積之前，微致動器806可以基於已被偵測到的對準標記814使用已決定之精細金屬罩幕 802的位置，在必要時調整精細金屬罩幕802的位置，並拉伸精細金屬罩幕802。
精細金屬罩幕802可以包含一或多條條帶828。條帶828是精細金屬罩幕802的可獨立運動部分，此處繪示成三條長方型條帶828。若從框架804開始描述，如第8圖所繪示的定位，精細金屬罩幕802的條帶828可以按照經線方向(longitudinally)或緯線方向(latitudinally)來加以定位。因此可以在相對應的方向進行調整和拉伸。此處所繪示的條帶828是按照經線方向來加以定位。另外，條帶828可以彼此獨立地被調整、拉伸或重新定向。因此，每一個條帶828之下的沉積外觀(deposition profile)可以被彼此獨立地加以改正。在一例子中，條帶828基於沉積噴頭(deposition head)的位置，只對準目前沉積區域的上方。 此處所繪示的條帶828僅係用來例示可能的實施例，並非用來限制本發明。在另一些實例中，條帶828可以有不同的形狀及尺寸，或者以它們可以被朝任何方向拉伸的方式定位。
條帶828之間的缺口(gaps)可以被擋片(blocking pieces)813a和813b覆蓋。擋片813a和813b可由和精細金屬罩幕802相同的材料所構成。擋片813a和813b具有容許擋片防止氣源108通過條帶828之間的缺口沉積在基材102上的尺寸。同時不會干擾其他的沉積，或因為接觸而損傷基材102。雖然此處繪示兩個擋片813a和813b，但隨著條帶828數目的增加或減少，或使用者的需求，可以有更多或更少的擋片。
第9圖係根據另一實施例所繪示的罩幕組件900。 罩幕組件900包括精細金屬罩幕902和框架904。如前所述，精細金屬罩幕902具有圖案906、一條或多條溝道908以及複數個形成在其中的罩幕開口914。形成在精細金屬罩幕902中，位於圖案906和一個或多個連接板912之間的，是一個或多個長孔結構920。長孔結構920可達成與第6圖所描述之長孔結構620實質相似的功能。複數個微致動器918可通過連接板905和精細金屬罩幕902連接。
精細金屬罩幕902更包括複數個連接臂922。每一個連接臂922形成在相鄰的連接板912之間。連接臂922可以大致呈如圖所示的L型，或包含其他形狀。藉此連接臂922至少和相鄰的兩個連接板912接觸。在一實施例中，連接板912和連接臂922包含單一的材料片(unitary piece of material)。連接臂922具有至少一個運動控制結構(movement control formation)924。運動控制結構924減少連接板912在兩個方向的活動。其中，這兩個方向係跟隨微致動器918施加應力的方向。
運動控制結構924包含複數個活動狹縫925。活動狹縫925是相鄰兩個側壁之間的間隔，可以創造出空間讓固定不動的連接臂922活動。當精細金屬罩幕902只能移動由活動狹縫925之寬度所創造出來的距離時，活動狹縫925控制了移動的方向和活動的距離。另外，活動狹縫925在連接臂922中所創造出空間，以容許連接臂922的每一側邊在兩個方向運動，而無需斷 開(without disconnecting)。凹口926防止在無預期(undesired)方向的應力將連接臂922相鄰的部份分離。插入孔927可以接受插入物(未繪示)，例如螺絲、釘子或其他物件。當這些物件被置入插入孔927時，將可防止進行運動控制結構924所允許的運動。
據信微致動器918可同步地提供應力至精細金屬罩幕902，這改變了應力的方向，並且可能在精細金屬罩幕902上造成剪切效應(shearing effect)或其他損傷。藉由使用運動控制結構924在兩個方向限制微致動器918所造成的運動，可防止累積的剪切效應或其他與張力相關的損傷。
形成在框架904之中的是複數個框架開口916。微致動器918可以通過複數個框架開口916連接至框架904，並且通過複數個罩幕開口914連接至精細金屬罩幕902。因此，框架904可以使用複數個微致動器918與精細金屬罩幕902(至少一部分)連接。此處繪示的框架904和精細金屬罩幕902係使用位於每一個罩幕開口914上及位於每一個框架開口916上的單一個微致動器918來連接。雖然每一個連接只繪示單一個微致動器918，但所使用的微致動器918的數量和位置並沒有限制。
與框架904連接的是複數個微調致動器(fine adjustment actuators)928。微調致動器928各具有複數個磁石929，可以連接至基材支架(未繪示)。這些複數個磁石929可以是能附著鐵磁性物質的任何形式磁石。微調致動器928接著使用偵測器930來控制框架904和精細金屬罩幕902從基材支架起算的 距離。
第10圖係根據一實施例所繪示的一種調整精細金屬罩幕之方法1000的方塊圖。先前所述的主動對準精細金屬罩幕可以被置入製程腔室，並與基材連接。基於溫度、沉積噴頭的位置和其他因素，至少有一部分的精細金屬罩幕可以被對準或拉伸。當精細金屬罩幕被適當地對準或拉伸，精細金屬罩幕可以被定位來與要進行沉積的基材連接。
方法1000包含將基材定位於具有精細金屬罩幕配置於其中的製程腔室裏。精細金屬罩幕包含圖案以及一個或多個對準標記，如步驟1002所示。基材可以是如參考第1A圖和第1B圖所描述的基材。具有圖案及對準標記的精細金屬罩幕，可以是如參考第1B圖至第9圖所描述的精細金屬罩幕，其包含所述的特點或特徵的組合。
此方法1000更包括使用一個或多個對準標記來確認精細金屬罩幕之至少一部分相對於基材的對準，如步驟1004所示。對準標記可以被定位在精細金屬罩幕表面的不同位置上，例如在溝道中和在連接板中，如第1B圖至第9圖所繪示。之後，使用光學系統確認對準標記相較於製程腔室中某一個設定點(set point)(例如基材)的位置。然後，從對準標記已確認的位置推算(extrapolate)出精細金屬罩幕相對於基材的位置。
此方法1000更包括回應於此確認步驟而改變精細金屬罩幕之至少一部分的對準，如步驟1006所示。使用精細金 屬罩幕已確認的位置來拉伸或調整精細金屬罩幕，藉以使目前正用來進行沉積的精細金屬罩幕之至少一部分對準基材。在一實施例中，整個精細金屬罩幕被定位來對準基材。在另一實施例中，精細金屬罩幕的特定條帶被對準，而沒對準罩幕的其他構件。
當精細金屬罩幕被對準時，精細金屬罩幕可以被定位來連接基材，藉此沉積噴頭可以通過罩幕對基材進行沉積。此時，精細金屬罩幕可以被重新對準以進行沉積的下一個部份，直到沉積製程完成為止。
改變精細金屬罩幕的對準，如前所述，並不需要對整個精細金屬罩幕進行調整。在一實施例中，整個精細金屬罩幕係基於對準標記的已確認位置進行對準，使圖案的所有部份在基材相對部份的上方被正確地定位並調整。之後，氣源可以通過精細金屬罩幕的每個部份，以預定的順序(可以是依次地)進行沉積。
在另一實施例中，精細金屬罩幕的對準是在特定區域中進行調整，此特定區域例如在第1B圖至第9圖的圖案中九個方格中的其中一個方格。適當地調整第一方格或部份的圖案，藉以使氣源通過第一方格或部份的圖案在基材上進行沉積，不需要考慮其他區域。第一方格或部份可以由圖案的任何一個位置中挑選出來。調整第一方格或部份可能需要任何數量的微致動器施加應力至精細金屬罩幕，其中一些微致動器施加比其他微致動器更大的應力。例如，在單一微致動器、一些微致動器或所有微致動器的移動。當在第一方格或部份上的沉積完成時，氣源會掃描 至精細金屬罩幕的第二方格或部份，同時在第二方格或部份上對精細金屬罩幕進行調整。第二方格或部份可以位於圖案的任何一個部份，且相較於第一方格或部份可以是非線性的。適當地調整圖案的第二方格或部份，藉以使氣源通過第二方格或部份在基材上進行沉積，不需要考慮其他區域。
在另一些實施例之中，精細金屬罩幕的對準，是在特定的條帶上進行對準，而不對準其他條帶。第8圖所繪示的條帶，可以被分別的對準，因此精細金屬罩幕相對應的部份可以對準基材。一旦對準，在移動至條帶的下一部分或精細金屬罩幕之下一條帶之前，氣源可以通過精細金屬罩幕的對準條帶或一部份進行沉積。在本例中，條帶可以被單獨對準，以容許精細金屬罩幕的其他部分應力降低，同時在基材上達到高解析度沉積。
以下表列的參數是有關於一種或多種可以被使用於所述之實施例中的材料。以下所述的參數適用於一個或多個前述設計的精細金屬罩幕，其長度為2.5公尺、寬度為2.5公尺、厚度為100微米，且每個截面的截面積為200平方毫米(mm2)。
第一個例子是殷鋼，膨脹係數為1.3微米/公尺0C(μm/m0C)，屈服強度(yield strength)為70ksi，楊氏模數(Young’s modulus)為21500ksi。溫度上升50℃熱膨脹為162.5微米。用來更正膨脹所需的變形(strain)和應力(stree)為0.0065%和1.398ksi。因此在使用16個微致動器的實施例中，每一個微致動器提供27.1磅(lbs)的力(force)是必須的。
第二個例子是Ti-6Al-4V鈦合金，膨脹係數為8.6微米/公尺0C，屈服強度為128ksi，楊氏模數為16510ksi。溫度上升50℃熱膨脹為1075微米。用來更正膨脹所需的變形和應力為0.043%和7.099ksi。因此在使用16個微致動器的實施例中，每一個微致動器提供137.5磅的力是必須的。
第三個例子是鈦，膨脹係數為8.9微米/公尺0C，屈服強度為20.3ksi，楊氏模數為16800ksi。溫度上升50℃，熱膨脹為1112.5微米。用來更正膨脹所需的變形和應力為0.0445%和7.476ksi。因此在使用16個微致動器的實施例中，每一個微致動器提供144.8磅的力是必須的。
第四個例子是鋁5xxx-0，膨脹係數為23微米/公尺0C，屈服強度為22ksi，楊氏模數為10000ksi。溫度上升50℃，熱膨脹為2875微米。用來更正膨脹所需的變形和應力為0.115%和11.500ksi。因此在使用16個微致動器的實施例中，每一個微致動器提供222.8磅的力是必須的。
第五個例子是鉬，膨脹係數為5.35微米/公尺0C，屈服強度為60.2ksi，楊氏模數為47900ksi。溫度上升50℃，熱膨脹為668.75微米。用來更正膨脹所需的變形和應力為0.0268%和12.813ksi。因此在使用16個微致動器的實施例中，每一個微致動器提供248.3磅的力是必須的。
第六個例子是銅，膨脹係數為16.4微米/公尺0C，屈服強度為4.3ksi，楊氏模數為16000ksi。溫度上升50℃，熱膨 脹為2050微米。用來更正膨脹所需的變形和應力為0.082%和13.120ksi。因此在使用16個微致動器的實施例中，每一個微致動器提供254.2磅的力是必須的。
第七個例子是440不鏽鋼，膨脹係數為10.2微米/公尺0C，屈服強度為168ksi，楊氏模數為29000ksi。溫度上升50℃熱膨脹為1275微米。用來更正膨脹所需的變形和應力為0.051%和14.790ksi。因此在使用16個微致動器的實施例中，每一個微致動器提供286.6磅的力是必須的。
第八個例子是哈氏合金，膨脹係數為11.2微米/公尺0C，屈服強度為29.7ksi，楊氏模數為29700ksi。溫度上升50℃，熱膨脹為1400微米。用來更正膨脹所需的變形和應力為0.056%和16.632ksi。因此在使用16個微致動器的實施例中，每一個微致動器提供322.2磅的力是必須的。
第九個例子是鎳，膨脹係數為13微米/公尺0C，屈服強度為15ksi，楊氏模數為29300ksi。溫度上升50，熱膨脹為1625微米。用來更正膨脹所需的變形和應力為0.065%和19.045ksi。因此在使用16個微致動器的實施例中，每一個微致動器提供347.3磅的力是必須的。
第十個例子是鉻-鉬鋼，膨脹係數為12.1微米/公尺0C，屈服強度為150ksi，楊氏模數為30000ksi。溫度上升50℃，熱膨脹為1512.5微米。用來更正膨脹所需的變形和應力為0.0605%和18.150ksi。因此在使用16個微致動器的實施例中，每 一個微致動器提供351.7磅的力是必須的。
第十一個例子是440不鏽鋼，膨脹係數為17.3微米/公尺0C，屈服強度為31.2ksi，楊氏模數為28500ksi。溫度上升50℃，熱膨脹為2162.5微米。用來更正膨脹所需的變形和應力為0.0865%和24.653ksi。因此在使用16個微致動器的實施例中，每一個微致動器提供477.6磅的力是必須的。
本說明書所揭露的實施例是有關於精細金屬罩幕的主動對準。當精細金屬罩幕和基材被加熱時，它們的膨脹與各自的熱膨脹係數有關。由於各種材料之間的熱膨脹係數不同，精細金屬罩幕和基材之間的對準會隨著時間而偏移。藉由通過微致動器將精細金屬罩幕連接至剛性框架，可將精細金屬罩幕根據基材進行定位和塑形。主動定位的精細金屬罩幕可以產生更精確定位的產品。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (18)

  1. 一種罩幕元件，包括：一框架；一精細金屬罩幕，包括一圖案和圍繞該圖案的一連接板，且該精細金屬罩幕被置放於該框架之中；以及複數個微致動器(microactuators)耦接(coupled to)至該精細金屬罩幕，並將該精細金屬罩幕連接至該框架，用來拉伸該精細金屬罩幕。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之元件，其中該些微致動器耦接至該連接板。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之元件，其中該精細金屬罩幕具有複數個罩幕開口。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之元件，其中兩個或更多該些微致動器在一單一的罩幕開口上耦接至該精細金屬罩幕。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之元件，更包括一長孔結構(slot formations)，其包括複數個平行長孔，形成在該連接板和該圖案之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之元件，其中該精細金屬罩幕包括複數個條帶。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之元件，更包括一長孔結構，其包括複數個平行長孔，形成在該連接板和該圖案之間。
  8. 一種罩幕元件，包括：一框架，包括複數個框架開口，形成於該框架的至少一側邊上；一精細金屬罩幕，包括：至少一圖案；一連接板，形成於該圖案的至少一側邊上；及一或多個罩幕開口，穿透該精細金屬罩幕；以及複數個致動器(actuators)耦接至：該框架；及該精細金屬罩幕，且將該精細金屬罩幕連接至該框架，用來拉伸該精細金屬罩幕。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之元件，其中該些致動器與該精細金屬罩幕和該框架共平面(coplanar)。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之元件，其中複數個半島(peninsula)形成於該連接板之中。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之元件，其中每一該些半島更包括一凹口(notches)形成於其中。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之元件，其中該精細金屬罩幕和該框架係使用兩個或更多該些致動器彼此連接，該些致動器係在一單一的罩幕開口上與該精細金屬罩幕連接。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之元件，更包括一長孔結構，形成在該圖案和該連接板之間。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之元件，更包括一框架半島，形成在該框架中，並且向該精細金屬罩幕延伸。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之元件，其中該連接板被形塑成可容納該框架半島。
  16. 如申請專利範圍第8項所述之元件，其中該框架更包括一內角部(internal corner)。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之元件，其中該複數個致動器中至少一者同時耦接至該內角部和該精細金屬罩幕。
  18. 一種罩幕調整方法，包括：在具有一精細金屬罩幕配置於其中的一製程腔室中定位一基材，其中該精細金屬罩幕被置放於一框架之中，且該精細金屬罩幕包括；一圖案；一或多個對準標記；及一或多個微致動器，將該精細金屬罩幕連接至該框架，用來拉伸該精細金屬罩幕；使用該一或多個對準標記來確認該精細金屬罩幕之至少一部分相對於該基材的一對準；以及啟動該一或多個微致動器之至少一者，以回應於該確認步驟而改變該精細金屬罩幕之至少一部分的該對準。
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