[发明专利]蔽荫掩模沉积系统及其方法

说明书

本发明揭示一种能够在衬底上形成高分辨率材料图案的直接沉积系统。来自蒸镀源的汽化原子通过蔽荫掩模中的通孔图案以按所要图案沉积于所述衬底上。所述蔽荫掩模固持于掩模卡盘中，所述掩模卡盘使所述蔽荫掩模及所述衬底能够间隔可小于10微米的距离。因此，通过所述蔽荫掩模的所述汽化原子在通过其孔隙之后很少或不展现横向散布(即，羽化)，且所述材料以相对于所述蔽荫掩模的所述孔隙图案具有非常高保真度的图案沉积于所述衬底上。

相关案的声明

本案主张2016年5月24日申请的序列号为62/340,793号美国临时专利申请案(代理档案号：6494-208PR1)的优先权，所述申请案以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及薄膜沉积，且更特定来说，本发明涉及薄膜沉积设备。

背景技术

基于蔽荫掩模的沉积是将材料层沉积到衬底的表面上使得所述层的所要图案在沉积过程本身期间被界定的过程。此沉积技术有时指称“直接图案化”。

在典型蔽荫掩模沉积过程中，在与衬底相距距离的源处使所要材料汽化，其中蔽荫掩模定位于源与衬底之间。当材料的汽化原子朝向衬底行进时，其通过蔽荫掩模中的一组通孔，蔽荫掩模定位成与衬底表面接触或定位于衬底表面的正前方。通孔(即，孔隙)使材料在衬底上布置成所要图案。因此，蔽荫掩模阻挡除通过通孔的汽化原子之外的全部汽化原子通过，通过通孔的汽化原子以所要图案沉积于衬底表面上。基于蔽荫掩模的沉积类似于用于在用于发展艺术品的服装或模版物品上形成图案(例如球衣号码等等)的丝网技术。

多年来，基于蔽荫掩模的沉积已在集成电路(IC)工业中用于将材料图案沉积于衬底上，这部分归因于其避免需要在沉积材料层之后图案化所述材料层的事实。因此，其使用无需将沉积材料暴露于有害化学物质(例如酸性蚀刻剂、苛性光刻显影化学物质等等)来将其图案化。另外，基于蔽荫掩模的沉积需要较少处置及处理衬底，借此减少衬底损坏的风险且提高制造良率。此外，例如有机材料的许多材料不能在不使其受损的情况下经受光刻化学物质，这使通过蔽荫掩模来沉积此类材料成为必然。

不幸地，可通过常规蔽荫掩模沉积来获得的特征分辨率因沉积材料趋向于在通过蔽荫掩模之后横向散布(指称“羽化(feathering)”)的事实而减小。羽化随衬底与蔽荫掩模之间之间距的量值而增加。因此，通常在不损及固持衬底及蔽荫掩模的卡盘的完整性的情况下使此间距保持尽可能小。此外，跨沉积区域的此间距中的任何非均匀性将导致羽化量的变化。此非均匀性可由(例如)衬底与蔽荫掩模之间不平行、衬底及蔽荫掩模中的一或两者拱起或下垂及其类似者引起。

不幸地，可能难以使蔽荫掩模及衬底保持足够接近以避免导致大量羽化。此外，必须仅在蔽荫掩模的周边处支撑蔽荫掩模以避免阻挡汽化原子通过通孔图案。因此，蔽荫掩模的中心会因重力而下垂，这进一步加剧羽化问题。

因此，实际上，由现有技术的基于蔽荫掩模的沉积技术形成的关键特征通常由相对较大敞开空间区域分离以适应羽化，这限制可获得的装置密度。例如，主动矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示器的每一像素通常包含各自发射不同色彩光的若干有机发光材料区域。由于羽化问题，现有技术的AMOLED显示器通常已受限于每英寸约600个像素(ppi)或更小，这对例如近眼扩增实境及虚拟现实应用的许多应用来说是不足的。另外，像素内及像素之间需要大间隙导致像素填充因子减小，这减小显示亮度。因此，必须增大通过有机层的电流密度来提供所要亮度，这会负面影响显示器寿命。

在现有技术中，仍未满足对实现高分辨率直接图案化的过程的需要。

发明内容

本发明能够在不增加成本且克服现有技术的缺点的情况下将图案化材料层高分辨率地直接沉积于衬底上。本发明能够高精准度地对准间隔仅数微米的蔽荫掩模及衬底。本发明还减轻仅在其周边处被支撑的蔽荫掩模的重力引致下垂。本发明的实施例尤其非常适于在衬底上需要高密度材料图案的应用，例如密集像素显示器(DPD)、高清晰度显示器及其类似者。