用于有机发光二极管材料图案化气相沉积的荫罩、包括其的荫罩模块及制造荫罩模块的方法

1.本发明一般涉及荫罩，更具体地，涉及可用于有机发光二极管(oled)材料的图案化气相沉积的高分辨率荫罩。由于平衡的薄膜应力，荫罩薄而平。


背景技术：

2.荫罩是半导体器件制造中的重要图案化技术。在该过程中，要被图案化的材料被蒸发或升华成气相，随后通过具有特定孔径图案的荫罩沉积到基板上，所述特定孔径图案允许材料蒸气通过。精细的荫罩在全色oled显示器的制造中尤为重要。oled显示器制造涉及形成图案化的自发光有机薄膜，以产生单独的红色，绿色和蓝色(rgb)颜色。oled于1987年在柯达(kodak)研究实验室首次发明，并在全球范围内引发了广泛的研究工作。经过30多年的发展，oled已发展成为一种实用的显示技术，并已广泛应用于手机，电视和可穿戴设备等消费电子产品中。
3.oled的优质显示质量特别适合虚拟现实(vr)和增强现实(ar)应用。vr和ar需要超高分辨率的近眼显示。为了避免网格效应(screen
‑
door effect)，即人眼可见显示面板上的单个像素，vr/ar设备的显示器的像素密度应为1000ppi(每英寸像素)或更高。相比之下，商用rgb并排oled显示器的像素密度通常为几百ppi。例如，apple iphone xs的oled显示屏像素密度为458ppi，samsung galaxy s9智能手机的oled显示屏像素密度为570ppi。由于荫罩技术的限制，进一步提高rgb并排oled显示器的像素密度以满足vr/ar的要求已被证明是困难的。
4.当前具有并排图案化rgb像素排列的oled显示器主要是通过带有荫罩的真空热蒸发(vte)来生产的。在该过程中，例如用于红色的oled发射器材料通过荫罩沉积在包含薄膜晶体管底板的基板上，以形成红色子像素的阵列，然后用绿色和蓝色发光材料重复沉积过程，即可产生具有所有三个rgb子像素阵列的全色显示器。荫罩的厚度会带来固有的遮蔽效应(shadowing effect)。目前的荫罩技术精细金属荫罩(fmm)的最小厚度超过10μm，在实现高像素密度方面具有显著缺点。利用fmm，难以产生尺寸小于20μm且像素密度大于1000ppi的rgb子像素。
5.作为fmm的替代方案，在美国专利号9,142,779中制造并公开了用于图案化oled显示器的基于氮化硅的荫罩。该荫罩包括一个固体硅框架和一个穿孔的、独立的(free
‑
standing)、厚度为一微米的氮化硅薄膜。与fmm相比，由于荫罩厚度大大减小，该氮化硅荫罩可实现的像素密度大大增加到2000ppi以上，这对于vr/ar应用是足够的。然而，所公开的技术具有严重的局限性。独立的氮化硅膜依靠其固有的拉伸应力来保持其相对于支撑硅框架的平面度。然而，同样的拉伸应力也会产生一个力，将硅框向内拉，从而导致薄膜弯曲。结果，在荫罩和基板之间存在不需要的间隙，导致两个荫罩之间的对准和对准误差，并且在沉积图案中存在显著的偏移和不均匀性。此问题与荫罩的大小成比例。因此，美国专利号9,142,779中描述的技术通常适用于对角线尺寸小于一英寸的氮化硅膜的荫罩。


技术实现要素：

6.一种用于有机发光二极管(oled)材料的图案化气相沉积的荫罩，包括处于拉伸应力下的陶瓷膜，其厚度大约小于5微米。在一个实施例中，陶瓷膜的厚度约为0.2微米至5微米。在另一个实施例中，陶瓷膜的厚度约为0.5微米至2微米。陶瓷膜包括具有多个通孔的中央膜区域，该多个通孔形成孔阵列，汽化沉积材料可以通过该孔阵列。在一个实施例中，每个孔包括至少一个小于约10微米的孔尺寸。在另一个实施例中，陶瓷膜中开孔的总面积为中央膜区域总面积的大约10％至大约50％。外围膜区域围绕中央膜区域。多层外围支撑件附接至外围膜区域的后表面，并在中央膜区域下方具有中空部分。多层外围支撑件具有基底层和处于压缩应力下的中间层，该中间层位于基底层上方并附着至外围膜区域的下表面。选择中间层的压缩应力来平衡陶瓷膜的拉伸应力，使得陶瓷膜保持在平面状态。
7.在另一方面，本发明提供了一种荫罩模块，其中，如上所述的荫罩被插入具有荫罩支撑窗的刚性载体中。每个支撑窗具有开口部分和围绕该开口部分的窗框。窗框的尺寸设置成容纳荫罩，使得中央膜区域位于窗开口部分中，并且具有附接至后表面的多层外围支撑件的外围膜区域与围绕开口部分的窗框接触。
8.在另一方面，本发明提供了一种用于制造荫罩模块的方法。该方法包括提供具有支撑窗的荫罩的刚性载体。每个支撑窗具有开口部分和围绕该开口部分的窗口框架，该窗口框架的尺寸适于容纳荫罩。将荫罩毛坯定位在刚性载体的每个支撑窗中，并且将每个荫罩毛坯粘合到每个窗框。每个荫罩毛坯包括陶瓷膜上层和基底层。
9.在每个陶瓷膜上层蚀刻穿孔的荫罩图案，以定义中央图案膜区域和未图案化的外围膜区域。在中央膜区域下方的区域中去除基底层，从而形成具有未支撑的图案化中央膜区域和支撑的未图案化外围膜区域的荫罩。
10.本发明的优点是，本发明的荫罩显示出改善的平坦度，这对于实现微米级图案化是重要的。
11.本发明的另一个有利特征是，所公开的具有独立膜(本发明中的“独立膜“指无需底部支撑，能够自支撑的或自张紧的膜，即free
‑
standing membrane，例如未支撑的中央图案膜区域)之荫罩可以使用常规的微制造方法缩放到大尺寸，例如对角线为2英寸或更大的矩形。此外，本发明的制造工艺是可靠的，并且即使对于大面积的荫罩的制造，良品率也很高。
12.本发明的另一个优点是由上述方法制造的荫罩模块具有精确对其的多个荫罩，并且能够增强模块中个体荫罩的机械强度和平坦度。
附图说明
13.图1描绘了根据本发明的荫罩的照片，该荫罩具有2英寸对角线的正方形独立式膜面积，5mm的框架宽度和2000ppi的孔密度。
14.图2a
‑
2d示意性地描绘根据实施例的荫罩。图2a是荫罩的俯视图；图2b是沿着图2a的线a
‑
a'的荫罩的横截面；图2c是沿着图2a的线b
‑
b'的荫罩的横截面；图2d是沿着图2a的线c
‑
c'的荫罩的横截面。
15.图3a
‑
3h描绘了图2a
‑
2d的荫罩的制造过程。
16.图4描绘了根据实施例的荫罩的照片，该荫罩包括一个1.5μm sin
x
膜，该薄膜具有
35x35mm2的独立区域，以及以sio
x
为中间层的框架，400μm si作为基板，以及1.5μm sin
x
作为外层。
17.图5描绘了图4的荫罩的sin
x
膜的独立区域中的穿孔的放大照片。
18.图6示出了根据一个实施例的荫罩的照片，该荫罩具有54x54mm2的独立区域，其具有大约3英寸的对角线。
19.图7示意性地描绘了用于使用本发明的荫罩在基板上沉积蒸发材料的蒸发系统的几何形状。
20.图8描绘了通过具有不同厚度中间层的一系列荫罩沉积的两个图案布局之间的偏移。
21.图9描绘了使用不同厚度的中间层在本发明的沉积基板和荫罩之间的计算出的位移。
22.图10示意性地描绘了具有多个荫罩的荫罩模块的截面图。
23.图11a示意性地描绘了刚性载体上的荫罩的截面图；图11b是刚性载体上的荫罩的俯视图。a和a’之间的虚线表示图11a中横截面的位置。
24.图12a是荫罩模块的俯视图，其中多个荫罩排成一排。图12b是具有矩阵中的多个荫罩的荫罩模块的俯视图。
25.图13描绘了背板基板上的面板布局之间的间隔以及刚性载体上的荫罩中的孔阵列之间的间隔。
26.图14a
‑
d是所公开的制造荫罩模块的方法的工艺流程。
27.图15示意性地描绘了粘合前的多层荫罩毛坯。
28.图16a
‑
b描绘了荫罩模块，其中荫罩和刚性载体具有互锁结构。在图16a中，外围支撑件包括空腔，而刚性载体包括支柱。在图16b中，外围支撑件包括支柱，而刚性载体包括空腔。
29.图17描绘了荫罩模块，其在粘合层中具有几何间隔物。
30.图18a
‑
b描绘了具有刚性载体的荫罩模块。图18a在外围支撑件下方具有凹入区域；如图18b具有带有刚性载体的荫罩模块，该刚性载体在外围支撑件下方具有中空区域。
31.图19a
‑
b是所公开的方法的工艺流程，该方法使用平坦的基准面来在粘合期间平整刚性载体上的荫罩。
32.图20描绘了荫罩模块，其在每个独立式荫罩的边缘下方具有边缘支撑。
33.图21示意性地示出了包括荫罩模块和第二载体的荫罩组件的横截面。
34.图22描绘了具有一个或多个荫罩模块和第二载体的荫罩组件的俯视图。
具体实施方式
35.本发明描述了用于图案化气相沉积薄膜的荫罩，包括荫罩阵列的荫罩模块，以及制造该荫罩和该阵列的方法。在一个实施例中，要图案化的薄膜用于oled器件中。详细请见附图。图2a
‑
2d描绘了根据本发明实施例的荫罩。
36.在一方面，本发明提供了一种荫罩200，其具有陶瓷膜210，中央膜区域211，该中央膜区域211具有形成孔阵列的多个通孔径212，气化沉积材料可以穿过该孔阵列。在一个实施例中，陶瓷膜含有一种杨氏模量大于50gpa的材料。在另一个实施例中，陶瓷膜含有一种
杨氏模量大于100gpa的材料。在再另一个实施例中，陶瓷膜含有一种杨氏模量大于200gpa的材料。在一方面，陶瓷膜可为氮化硅、氧化硅或氮化硅薄层，其具有约小于5微米的厚度且处于拉伸应力下。在一些实施例中，陶瓷膜可以是包含陶瓷组分(例如氮化硅，氧化硅和氮氧化硅)和非陶瓷组分(例如硅，聚合物，金属，碳纳米管和石墨烯)的复合物。该复合材料可以是多层或混合层。需要指出的是本文和权利要求书中使用的术语“陶瓷膜”既包括这些陶瓷膜(例如，氮化硅，氧化硅或氮氧化硅)，也包括包括陶瓷和非陶瓷成分的复合材料。在一些实施例中，陶瓷膜210的厚度选择为大约0.2微米至5微米。在一些实施方案中，陶瓷膜的厚度为约0.5微米至2微米。
37.拉伸应力水平可根据氮化硅的选定成分(非化学计量成分)、可选掺杂剂和掺杂剂浓度以及陶瓷层的制造技术进行选择性调整。在一些实施例中，每个孔径212包括至少一个小于约10微米的孔尺寸，使得可以使用本发明的荫罩产生小的像素尺寸。在一些实施例中，中央膜区域211中的孔径的总面积为中央膜区域的总面积的大约10％至大约50％。
38.围绕中央膜区域211的是不包括通孔径的外围膜区域213。如图2b所示，多层外围支撑件220附接到外围膜区域213的后表面。如图2b和图2c所示，中央膜区域211自支撑，既不受外围支撑件220支撑，在中央膜区域211下方具有中空部分250。多层外围支撑件220至少包括基底层221和处于压缩应力下的中间层222，该中间层位于基底层上方并附接到外围膜区域的下表面。在图2的实施例中，选择中间层的压缩应力来平衡陶瓷膜的拉伸应力，使得陶瓷膜保持在平面状态。如下文将进一步详细讨论的，可以通过选择组成(包括可选的掺杂剂材料)以及用于中间层的沉积/制造技术来调整中间层的压缩应力。在一个实施例中，基底层221可以是硅，并且中间层221可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、氮化铝、非晶硅、多晶硅、镍、铁、镍铁合金或聚合物中的一个或多个。
39.可选地，至少一个下层223位于基底层221的下方。下层223的应力水平也可以选择为平衡其他层的力，包括陶瓷膜210，中间层222和基底层221。因此，可以根据需要来选择下层223以具有压缩应力或拉伸应力。在本发明的一方面，下层223选自氧化硅，氮化硅，氮氧化硅，氧化铝，氮化铝，非晶硅，多晶硅，镍，铁，镍铁合金或聚合物中的一种或多种，并且所选择的成分和制造技术使该层处于拉伸应力状态。根据陶瓷膜和中间层221的总应力水平，可以省略层223。当省略层223时，基底层221是外围支撑220的最低层。
40.为了保持高度的平整度，所以膜210维持在拉伸应力下。然而，膜210的拉伸应力也会产生使整个轴向弯曲的力，从而导致荫罩中产生不期望的曲率。在一个实施例中，为了平衡由膜210的拉伸应力产生的力，膜210在基底层221的同一侧上的中间层222处于压缩应力下，和基底层221的相对侧的下层223承受拉伸应力。中间层222和下层223都将产生力，以平衡由膜210的拉应力产生的力。这种方式，改善了荫罩的对准度，并且可以保持膜片210的具有穿孔孔径的中央膜区域211与要被气相沉积材料图案化的基板更紧密地接触。
41.本荫罩的各组分的组成和尺寸描述如下：膜210：膜210处于拉伸应力下，并且包括氮化硅，氧原子比例小于30％的氧氮化硅，和氧化铝中的至少一种。在一个实施例中，膜210是氮化硅。膜210的厚度小于5μm。在一优选实施例中，膜210的厚度小于5μm，但大于0.2μm。在一更优选实施例中，膜210的厚度小于2μm，但大于0.5μm。膜210覆盖外围支撑件220的顶部。在一个实施例中，膜210覆盖外围支撑件220的顶表面的一部分。在另一个实施例中，膜210覆盖外围支撑件220的整个顶表面。在又一个实施例中，膜210覆盖外围支撑件220的整
个顶表面和所有侧表面。
42.膜210中的孔径212：膜210包含孔径212。在一个实施例中，孔径212在膜210的中央膜区域211中，从而允许材料蒸气通过。在另一个实施例中，孔径212可以在膜210的支撑区域213和中央膜区域211中。在支撑区域213中的孔径212可以进一步减小由膜210施加在荫罩上的力。膜210中的孔径212可以是任何形状。在一实施例中，孔径212是圆形或椭圆形的。在另一个实施例中，孔径212是矩形或圆角矩形。在又一个实施例中，孔径212是多边形的。孔径阵列可以采用任何特定的图案。在一个实施例中，孔径212以矩形网点布置。在另一个实施例中，孔径212以正方形网点布置。在又一个实施例中，孔径212以六边形网点布置。膜210的中央膜区域211中的一个或多个孔径212具有至少一个小于10μm的尺寸。在一实施例中，膜210的中央膜区域211中的一个或多个孔径212的每个尺寸小于10μm。在另一实施例中，膜210的中央膜区域211中的一个或多个孔径212具有小于5μm的至少一个尺寸。在又一实施例中，膜210的中央膜区域211中的一个或多个孔径212的每个尺寸小于5μm。这些孔径212占独立膜总面积的一定百分比。在一个实施例中，该百分比大于10％。在另一个实施方案中，该百分比为总面积的10％至50％。
43.外围支撑件220的基底层221：所公开的荫罩中的基底层221包括硅，多晶硅，石英和玻璃中的至少一种。在一实施例中，基底层221为硅。基底层221可以采用任何形状。在一实施例中，基底层221采用半导体制造中使用的标准硅晶片的形状。荫罩的中空区域250限定了膜210的中央膜区域211的边界并且可以采取任何形状。在一个实施例中，中空区域250是矩形的。在另一个实施例中，中空区域250是正方形的。中空区域的尺寸决定了每次使用本发明的荫罩可图案化的区域的尺寸。在一个实施例中，中空区域250具有至少一个大于1英寸的尺寸。在另一实施例中，中空区域250具有至少一个大于2英寸的尺寸。在又一实施例中，中空区域250具有至少一个大于5英寸的尺寸。
44.外围支撑件220的中间层222：中间层222位于膜210的支撑外围区域213和基底层221的固体区域之间，并且处于压缩应力下，以产生抵消膜210的拉伸应力以使整个荫罩保持在平坦状态的力。在膜210和基底层221之间可以有一个以上的中间层222。中间层222包括至少一种氧化硅、氧原子比例大于30％的氧氮化硅、不同元素的氧化物、非晶硅、多晶硅、镍、铁或镍铁合金等金属和聚对二甲苯、聚酰亚胺或聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)等聚合物。在一个实施例中，中间层222包括氧化硅。中间层222的厚度确定了一种抵消由膜210的拉伸应力引起的力。该力随着中间层222的厚度的增加而增加。该力随着中间层222的厚度增加而增加。在一个实施例中，中间层222的厚度小于5μm。在另一个实施例中，中间层222的厚度小于2μm。在又一个实施例中，中间层222的厚度小于1μm。在又一个实施例中，中间层222的厚度小于0.5μm。可选的成分变化(例如，非化学计量的成分，制造技术(例如，溅射或等离子辅助化学气相沉积(pecvd)等高能沉积过程期间的基板偏压)。值得注意的是，当在说明书和权利要求书中叙述组合物时，应理解，即使未明确叙述，这些标称组合物也包括非化学计量的组合物和掺杂的组合物。
45.外围支撑件220的下层223：下层223相对于膜210位于基底层221的相反侧。在一个实施例中，下层223处于拉伸应力下，以使荫罩产生一侧弯曲的力朝向外层223，从而使荫罩的整体结构保持在平面平坦的状态。可以有一个以上的下层223。下层223包括至少一种氮化硅、氧原子比例小于30％的氮氧化硅、不同元素的氧化物(例如氧化铝)、金属(例如镍、铁
或镍铁合金)和聚合物(例如聚对二甲苯、聚酰亚胺或pmma)。在一个实施例中，下层223是氮化硅。下层223的厚度和组成确定产生一抵消由膜210的拉伸应力引起的力。该力随着下层223的厚度增加而增加。在一个实施例中，下层223的厚度小于5μm。在另一个实施例中，下层223的厚度小于2μm。在又一实施例中，下层223的厚度小于1μm。在又一实施例中，下层223的厚度小于0.5μm。可选择性地调谐下层223之应力之其它因素系任选掺杂剂、任选组成变化(例如，非化学计量组成)、制造技术(例如，高能沉积过程期间之基板偏置，像是溅射或等离子辅助化学气相沉积等)。值得注意的是，当在说明书和权利要求书中记载组合物时，即使没有明确叙述，这些标称组合物也包括化学计量偏离的组合物，还包括掺杂的组合物。
46.在另一方面，本发明提供一种制造所公开的荫罩的方法。该方法的一般制造工艺流程如图3a
‑
3h所示。并在以下步骤中描述。值得注意的是，以下步骤仅用于说明，并且在一些方面，可以用不同的顺序执行或者可以同时执行多个步骤。
47.制造从清洁、原始的基板301开始，作为基底层(图3a)，例如双面抛光硅片。原始中间层302沉积在基板/基底层301的顶部上(图3b)。在一个实施例中，中间层302包括氧化硅并且通过热氧化工艺沉积。在另一实施例中，中间层302是氧化硅并且通过等离子辅助化学气相沉积(pecvd)。然后将原始膜层303沉积在中间层302上(图3c)。在一个实施例中，膜303包括氮化硅并且通过化学气相沉积(cvd)来沉积。在另一个实施例中，膜303包括低应力氮化硅并且通过低压化学气相沉积(lpcvd)来沉积。可以根据膜层中所需的应力水平来选择其他技术，例如等离子辅助化学气相沉积，其可以通过沉积技术和成分选择进行调整。原始下层304进一步沉积在基板/基底层301，相对于膜层303的相对侧(图3d)。在一个实施例中，下层304与膜层303同时形成，并且具有与膜层303相同的材料组成。在一个实施例中，下层304与膜层303同时形成，并且具有与膜层303相同的材料组成。在另一实施例中，下层304在膜层303沉积之后形成，并且具有与膜层303不同的材料组成。在又一另实施例中，下层304在膜层303沉积之前形成，并且具有与膜层303不同的材料组成。
48.然后，通过光刻和蚀刻在原始膜层303上对孔径212进行图案化和穿孔，以产生穿孔膜210(图3e)。在一实施例中，孔径212通过具有多个反应离子刻蚀和钝化循环的反应离子蚀刻(rie)或深反应离子蚀刻(drie)来造成穿孔。在另一实施例中，通过湿蚀刻产生孔径212。在孔径穿孔步骤之后，蚀刻掉原始下层304的特定区域，以在外围支撑220的固体区域上产生下层223(图3f)。可以通过反应离子蚀刻，深反应离子蚀刻，或湿蚀刻方法来蚀刻下层304。然后使用剩余的下层223作为硬蚀刻掩模来蚀刻基板/基座301，在外围支撑件中形成221(图3g)。在该步骤中，中間层302充当穿孔膜210的保护层，以防止背面刻蚀。基板301可藉由氢氧化钾(koh)蚀刻、四甲基氢氧化铵(tmah)蚀刻或深反应离子蚀刻。最后，去除中央膜区域211下方的中间层302(图3h)，从而在被支撑的膜213下方形成中间层222，并使中央膜区域211独立。可以通过缓冲氧化物蚀刻(boe)或反应离子蚀刻来去除中央膜区域211下方的中间层302。
49.图1示出了本发明的荫罩样品，该荫罩2英寸对角线的正方形独立膜面积，5mm的框架宽度和每英寸2000个孔径的孔径密度，而该孔径密度通过上述关于图3a
‑
3h的方法制成。
50.所制备的荫罩可按制造原样在原始基板上使用，或进一步裁切成具有所需的外围支撑宽度和外围支撑形状。当用于产生材料的图案化布局时，所发明的荫罩可以直接或间接地连接至机械对准机构。所发明的荫罩还可以通过机械或物理地将多个荫罩附着到夹具
或模块(例如金属载体)上，形成整体的荫罩组件，以在更大面积的基板上进行材料的图案化。后文将进一步详细描述荫罩组件。在荫罩图案化过程中，可以从膜的任一侧将要进行图案化的基板放置在所发明的荫罩附近或与之接触。
51.在一方面，所发明的荫罩可用于对从单个源蒸发或从多个源共蒸发的材料进行图案化。特别地，改进的荫罩的平坦度可以减小荫罩和要图案化的基板之间的间距，并且实现高质量的微米级材料图案化，并且显著降低阴影效果。这在图案化oled材料中具有特别重要的意义，因为减少的遮蔽效应将导致像素密度增加和/或更大的像素孔径比。在一个实施例中，所发明的荫罩用于对在oled装置中使用的材料进行图案化。在另一个实施例中，所发明的荫罩用于对在oled器件的发光层中使用的材料进行图案化。
52.在一方面，本发明提供一种用于在薄膜的气相沉积期间产生图案化布局的荫罩及其制造方法。本文描述了所发明的荫罩的结构，其部件及其组合以及制造方法。在各种实施例中，荫罩包括本文所述的一个或多个组件，并且产生荫罩的方法包括本文所述的一个或多个过程。
53.以下实施例用于说明本发明，并无意以任何方式进行限制。
54.实施例1
55.在该实施例中，描述了根据所公开方法中所公开结构之荫罩的制造过程。
56.将厚度为400μm的4英寸双面抛光的硅晶片用作起始基板以制造荫罩。依次用去离子水和120℃硫酸溶液(硫酸h2so4/过氧化氢h2o2＝10/1)清洗后，将晶片浸入室温下的氢氟酸(hf)溶液中1分钟以去除自然氧化物。然后将晶片转移到炉中，使晶片的两侧在1000℃的温度下生长的氧化硅(siox)。通过氧化物蚀刻剂去除晶片一侧上的氧化硅。晶片上仍带有氧化硅的另一面被定义为正面，而没有氧化硅的一面被定义为背面。接着，利用低压化学气相沉积(lpcvd)炉中在晶片的两侧上沉积1.5μm的氮化硅(sin
x
)。然后，将光刻胶旋涂在正面上，并且通过接触光刻法将限定膜中孔径的图案从光罩转移到光刻胶层上。随后利用反应离子蚀刻以图案化的光刻胶作为蚀刻掩模对氮化硅层中的孔径进行穿孔。去除正面的光刻胶后，在晶片的背面涂上光刻胶，然后使用与正面相同的光刻和干法蚀刻工艺，将定义膜独立区域的图案转移到背面氮化硅层。然后，将晶片用120℃硫酸溶液清洗，接着将其浸入25％氢氧化四甲基铵(tmah)溶液中，以背面的氮化硅作为蚀刻掩模，蚀刻穿过整个硅。在膜的独立区域下方的硅(si)被完全蚀刻掉之后，将晶片从氢氧化四甲基铵浴中取出并浸入氧化物蚀刻剂中以去除独立区域内氮化硅膜下方的氧化硅，以完成制造。在图4中显示，最终的荫罩包括一个具有35x35mm2独立区域的1.5μm氮化硅膜和一个外围支撑件，该中间支撑物的中间层为的氧化硅，基板为400μm的硅，下层为1.5μm的氮化硅。在图5中显示，氮化硅膜独立区域中的穿孔孔径是直径为9μm的圆形，并以12.7μm的间距排列成矩形网点，从而形成一陣列，其可以图案化2000每英寸像素(ppi))像素阵列。
57.实施例2
58.以与实施例1相同的方式生产荫罩，不同的是氧化硅层的厚度为而不是
59.实施例3
60.以与实施例1相同的方式生产荫罩，不同之处在于氧化硅层的厚度为而不
是
61.实施例4
62.以与实施例1相同的方式生产荫罩，不同之处在于氧化硅层的厚度为而不是
63.实施例5
64.以与实施例1相同的方式制备荫罩，不同之处在于膜的独立区域的尺寸为54x54mm2而不是35x35mm2。图6显示了54x54mm2荫罩的照片，其对角线约为3英寸。
65.比较实施例1
66.以与实施例1类似的方式生产荫罩，只是没有沉积氧化硅中间层。
67.如表1所示，实施例1
‑
4的制造成品率明显高于比较实施例1的制造成品率。表明了所发明之结构和方法的坚固性。氧化硅层的一部分在框架中形成中间层，在硅通过蚀刻步骤的后期，作为独立区域内膜的临时保护层，从而降低了膜破裂的机会，因此增加了成品率。
68.表1
[0069][0070]
为了展示多层外围支撑结构在改善荫罩平坦度方面的功效，测量了独立式膜与直接置于荫罩上沉积基板的位移。如图7所示，两种oled材料通过同一荫罩从两个相互分离的蒸发源共沉积到基板上。由于位移的结果，在基板上产生了两个偏移的图案化布局。可以使用以下公式从偏移量估算位移：
[0071][0072]
其中d
s1
,d
a1
,t,h,l
a1
和l
b1
分别是来自同一孔径的两个沉积像素a1和b1之间的中心间隔、孔径1的直径、荫罩的厚度、荫罩的底面和有机源的顶面之间的垂直距离，孔径1中心与光源a中心或光源b中心之间的横向距离。
[0073]
如图8所示，随着氧化层的厚度从增加到两个图案布局之间的偏移逐渐减小。根据偏移量和沉积几何形状计算沉积基板和荫罩之间的相应位移，并在图9中将其绘制为氧化硅中间层厚度的函数。厚的氧化层具有足够的压缩力，可以显著地将位移减小到1微米左右，从而可以确保微米级的图案化。这些结果表明，本发明的多层结构能够显著地提高荫罩平坦度。
[0074]
上述有利特征是由本发明的以下方面得出:1)所述荫罩外围支架的多层结构能够产生一个力以抵消由膜的拉伸应力引起的力，并改善荫罩的平整度；2)通过调节多层外围支撑件的组成，可以将独立膜的尺寸放大到较大的尺寸，例如超过2英寸，而不会影响其平整度；3)膜的临时保护层可确保高产量。
[0075]
在另一方面，本发明提供了一种生产荫罩模块的方法，该荫罩模块包括荫罩，刚性载体以及在荫罩和刚性载体之间的粘合层。刚性载体和粘合层增强了荫罩的机械强度并保持了荫罩的平坦度。通过在单个刚性载体上使用多个荫罩，可以将荫罩模块扩展到为具有
多个oled面板的大面积母玻璃基板进行图案化。
[0076]
如图10所示，描绘了具有多个荫罩110的荫罩模块100的横截面。多个荫罩110通过粘合层120粘合到刚性载体130。荫罩110可以与图2a
‑
d的荫罩基本相似，但要对制造技术进行修改，这将在下面详细讨论。在120中有多个中空区域，每个荫罩110下有一个中空区域。通过将多个荫罩110粘合在单个刚性载体130上，荫罩模块可以在单个母玻璃底板基板上同时图案化多个有oled显示面板。各个荫罩上的孔径图案应根据背板基板上的面板布局彼此准确对齐。
[0077]
如图11a
‑
11b所示，描绘了荫罩模块的每个荫罩110的横截面和顶视图。图11b中a和a'之间的虚线表示横截面的位置。每个荫罩110包括外围支撑件112和氮化硅膜111，该氮化硅膜111具有位于外围支撑件112上方的支撑区域111c和在外围支撑件112内部具有多个穿孔111b的独立区域111a。外围支撑件112可沿着独立式中央膜区域111a的边界具有渐缩的边缘。荫罩110下方的刚性载体130具有荫罩支撑区域，该荫罩支撑区域包括在独立膜111a下方的中空区域。中空区域130的边缘逐渐变窄，以增加荫罩110的间隙，并避免在薄膜沉积过程中阻塞蒸汽。刚性载体窗框部分130凹陷以容纳荫罩110。在一个实施例中，荫罩110的最顶面应高于刚性载体130的最顶面，以确保荫罩110可以保持在接近沉积基板的位置。粘合层120可以覆盖外围支撑件112的底表面的全部或仅一部分。粘合层120还可以是外围支撑件112和刚性载体130之间的不连续层。粘合层120和刚性载体130一起提供机械支撑以及加强易碎荫罩110，特别是其外围支撑件112。并且通过粘合到外围支撑件112有效地保持多个110的平整度。
[0078]
如图12a所示，在一个实施例中，多个荫罩110被布置在一个方向上的刚性载体130上的单行中。在另一实施例中，如图12b所示，多个荫罩110以矩阵形式布置在沿垂直方向和水平方向都延伸的载体130上。可以扩展荫罩模块上的荫罩的数量和模块的外部尺寸，以满足对大型背板基板(例如g6.5玻璃基板)进行图案化的要求。
[0079]
尽管理论上可以通过将带有预制穿孔孔径的图2a
‑
d荫罩通过粘合层粘合到刚性载体上来创建荫罩模块。但这种方法需要对每个单独的荫罩进行精确粘合，以实现单个膜上的孔径图案相对于背板基板上的面板布局的对齐。例如，如图13所示，当母玻璃背板基板10上的面板布局在相邻像素阵列11之间具有相等间距d时，相邻荫罩的孔径图案之间的间距也应等于d。由于在对孔径进行图案化和穿孔之后，孔径图案在每个荫罩上的位置是固定的，因此在整个粘合过程中需要精确地控制每个荫罩的相对位置。
[0080]
由于荫罩可以容纳超过2000ppi(每英寸像素)的像素密度，因此将荫罩粘合到刚性载体上需要约1微米或更小的横向对准精度。在这样的精确度下，多个多英寸荫罩与以英尺为单位的刚性载体进行机械对准，对粘合设备和工艺的设计构成了一个严峻的挑战。进一步使问题复杂化的是，粘合层施加过程中的变化以及粘合层固化过程中的热膨胀失调可能会导致在粘合过程中，荫罩在刚性载体上的侧向移位发生，并且很有可能是不均匀的。因此，这种位移将导致背板基板上的材料图案未对准。
[0081]
为了解决这个问题，本发明使用一种方法来制造具有精确对准的荫罩的荫罩模块，而无需高精度的粘接。在本发明的方法中，将没有穿孔孔径的单个荫罩毛坯粘合到刚性载体上，接着于粘合之后，在荫罩的中央膜区域中形成孔径。所公开的方法的优点在于以下事实：在单个载体上不同荫罩的各个孔径图案在相同的光刻工艺中被图案化和打开，因此
必然彼此对准。也就是说，荫罩模块中每个孔径阵列之间横向对准的精度是通过光刻而不是粘接来确定的。
[0082]
该方法的制造工艺流程在以下步骤中描述并在图14中表示。在图14a中，刚性载体130设置有具有多个中空区域的多个框架。还提供了多个荫罩模块毛坯100。每个荫罩毛坯包括制造无图案或无孔径荫罩所需的所有层。例如，陶瓷膜101和基底层102可以是没有任何图案或无孔径的氮化硅膜和硅基底层。
[0083]
荫罩毛坯100通过施加粘合剂或通过直接粘合工艺而粘附到刚性载体上。在图14b中，将粘合层120施加到刚性载体130或层102的底面。粘合层120的施加可以通过注射器涂布、丝网印刷、喷墨打印、喷涂或蒸发来完成。可以通过粘合层120将荫罩毛坯100粘附到刚性载体130上，其中每个荫罩毛坯100都位于刚性载体130的中空框架区域上，随后固化粘合层120。固化可通过加热、紫外线照射或两者同时进行。可以在固化期间将压力施加到荫罩毛坯100，刚性载体130或两者上，以确保荫罩毛坯100保持平坦并与刚性载体130紧密接触。当刚性载体130是玻璃时，可以使用阳极键合来形成粘合层120。在阳极键合过程中，热，压力和电压被施加到荫罩毛坯102和刚性载体130上。
[0084]
如图14c所示，在刚性载体130上的所有陶瓷膜101中执行图案化和开孔以形成具有指定图案的孔径111b。陶瓷膜101的穿孔产生具有孔径111b的外围膜区域111。在相同的光刻工艺中定义所有陶瓷膜的孔径图案。该过程可以遵循标准的微制造工艺，该工艺包括涂覆，曝光和显影限定孔径的光刻胶层，蚀刻步骤以打开孔径以及去除光刻胶层的步骤。在所有陶瓷膜101上限定孔径111b的光刻胶层通过接触对准器一次通过光罩曝光，或者通过步进器或线扫描仪逐步曝光。执行相同的蚀刻工艺在所有陶瓷膜101上，以形成孔径111b的穿孔。
[0085]
如图14d所示，通过蚀刻穿过层102，以在所有基底/支撑体中打开一个中空区域，其中层102的剩余部分形成具有中空区域的外围支撑件112，并且使中空区域上方具有孔径111b的陶瓷膜中央区域变为独立的。
[0086]
值得注意的是，尽管荫罩毛坯的基底102被示为单层，但是102也可以是多层结构。利用氢氧化钾(koh)蚀刻，氢氧化四甲基铵(tmah)蚀刻或反应离子蚀刻(rie)来蚀刻基底层102。在多层实施例中，基底层102可以包括氮化硅层，硅层和氧化硅层。在该实施例中，通过rie蚀刻氮化硅层，通过koh或tmah蚀刻硅层，并且通过缓冲氧化物蚀刻氧化硅层。
[0087]
可以增加额外的后处理步骤，以进一步增强荫罩模块的结构完整性。在一个实施例中，边缘支撑元件140沿着独立膜的后侧边缘沉积。在另一个实施例中，荫罩模块被附接到第二载体400以形成荫罩组件。
[0088]
该方法降低了在制造具有对准荫罩的荫罩模块期间之对准难度。所公开方法之粘合过程发生在每个荫罩上同时形成穿孔孔径之前。在粘合期间发生的任何位移都不会影响各个荫罩的孔径图案对于彼此的相对位置。由于穿孔孔阵列的位置是由光刻步骤而不是粘合步骤来定义的，因此在粘合过程中只需要荫罩毛坯与载体的粗略对准即可。
[0089]
所公开的方法增加了荫罩模块的可扩展性。在所公开的方法中利用在平板显示器行业中用于制造背板基板的光刻工艺，以在荫罩模块上形成穿孔的孔阵。从而有效地制造出最大尺寸为gen10的大型荫罩模块。与背板共用相同的光刻工艺也意味着用这种方法制作的荫罩模块具有与背板基板相同的分辨率和公差，这将提高沉积有机材料于荫罩过程
中，荫罩模块和背板基板的对准精度。
[0090]
所公开方法生产出的荫罩模块具有比单个荫罩有更高的机械强度。刚性载体和粘合层一起为荫罩模块上的各个荫罩提供机械支撑，从而使荫罩在工艺中易于使用和固定。改善的机械强度可以延长荫罩的使用寿命，并减少荫罩的破损，从而降低oled显示器的制造成本。
[0091]
与没有刚性载体的荫罩相比，该方法还产生了在刚性载体上具有改善的平整度的荫罩。保持独立氮化硅膜平坦度所必需的之拉伸应力会在各个荫罩的外围支撑件中引起不希望的弯曲。因此，在氮化硅膜变得独立之前的荫罩毛坯具有比有独立膜的荫罩更小的曲率在膜变得独立之前，将荫罩毛坯粘合到刚性载体上之后，荫罩的位置和形状通过粘合层固定在刚性载体上。尽管进行了光刻和蚀刻步骤以形成穿孔和独立膜，但荫罩不会改变形状或平坦度，因为它已粘合到刚性载体上。
[0092]
下面描述所公开的方法的细节以及与所公开的方法相关联的荫罩模块的主要部件的规格，例如它们的组成和尺寸。将讨论与荫罩模块的有用性相关的问题，例如各个荫罩的平整度，刚性载体上荫罩的水平度和对齐状况，制造成品率以及各个荫罩和模块的坚固性。为了简单化，荫罩模块的图形仅在载体上显示了一个荫罩。
[0093]
预粘接：提供了刚性载体130和多个荫罩毛坯100，所述多个荫罩毛坯100在外围支撑件中没有中空区域并且在氮化硅膜中没有穿孔孔径。刚性载体130不仅向荫罩110提供机械支撑，而且还提供用于通过粘合层120保持平坦的平台110。刚性载体130在每个外围支撑件112下方具有实心区域/框架，并且在每个独立膜111a下方具有空心区域。中空区域的边缘可以是锥形的，以增加在薄膜沉积期间蒸汽进入的空间。在112之下的区域130可以凹陷，但是130的最顶面保持低于110的最顶面。刚性载体的厚度可以从500微米到几十毫米不等，这取决于荫罩模块的总体尺寸。
[0094]
刚性载体130应具有高的热稳定性和耐化学性，以承受热清洗或化学清洗过程，并具有类似于荫罩110和粘合层120的线性热膨胀系数(cte)，以减少荫罩模块在任何热过程中的变形。在一个实施例中，130的热膨胀系数小于20ppm/k，其中ppm表示10
‑6。在另一个实施例中，刚性载体130的热膨胀系数小于10ppm/k。在又一个实施例中，刚性载体130具有小于5ppm/k的热膨胀系数。刚性载体130可以包括玻璃，石英，蓝宝石，硅，氮化硅，金属或陶瓷。在一个实施例中，刚性载体130是玻璃。在另一个实施例中，刚性载体130是包含铁，镍，或两者的金属。实际上，荫罩模块可以通过真空或电磁力固定。优选地，刚性载体130是铁磁性的，并且包括铁，镍，铁和镍的合金或马氏体钢。在一个实施例中，刚性载体130是64％镍和36％镍的合金。
[0095]
如图15所示，荫罩毛坯100可以可选地包括氮化硅膜101和支撑件102。其中，毛坯可以只有两层，而支撑物是硅。如图15所示，毛坯可以是多层的。毛坯100应尽可能平整。氮化硅膜101的拉伸应力将导致在102中弯曲的趋势。为了平衡该拉伸应力，支撑件102可以具有多层结构，该多层结构包括主体硅层102b、介于101和102b之间的中间层102a以及一个下层实施例，在102b之下的刚性102c，其中102a处于压缩应力之下，并且102c处于拉伸应力之下，如图15所示。在一个实施例中，102a可以包括氧化硅，并且102c可以包括氮化硅。在另一个实施例中，不存在102a，并且102c是厚度与101相同的氮化硅层。此外，可以包括材料层中的成分变化以及可选的掺杂剂和处理。以微调应力，來确保适当地平衡应力，以确保最佳的
荫罩平坦度。
[0096]
膜101的厚度在500nm至2微米之间变化。层102和102b的厚度在100微米至800微米之间变化。层102a的厚度在10nm至1微米之间变化。层102c的厚度在500nm至2微米之间变化。层101、102a和102c在通过公知方法粘合之前被沉积。层101可以通过低压化学气相沉积(lpcvd)沉积。当层102c是氮化硅时，它也可以通过与层101相同的低压化学气相沉积工艺沉积。当层102a是氧化硅时，它可以通过热氧化形成。
[0097]
粘合：
[0098]
在粘合过程中，粘合层120将荫罩毛坯100附着到刚性载体130上。粘合层120需要提供高粘合强度以在100和130之间形成稳定的粘合，高热稳定性和耐化学性以承受热或化学清洗过程，以及类似于100和130的热膨胀系数，以减少最终荫罩模块中的最终独立氮化硅膜111a的变形。在一个实施例中，粘合层120具有小于20ppm/k的热膨胀系数。在另一个实施例中，粘合层120具有小于10ppm/k的热膨胀系数。粘合层120的尺寸，例如其厚度和覆盖面积，也有助于粘合层120的绝对热膨胀。在一个实施例中，粘合层120的厚度小于50微米。在另一个实施例中，粘合层120是在支撑件102和刚性载体130之间的不连续层。
[0099]
粘合层120可以包括聚合物，玻璃粉，硅酸盐水泥，金属共晶或金属焊料。在一个实施例中，粘合层120包括聚酰亚胺。在另一个实施例中，粘合层120包括玻璃料。粘合层120可以通过紫外光，热或其两者来固化，以在毛坯100和刚性载体130之间形成稳定的粘合。在固化期间，可对毛坯100和刚性载体130施加压力。优选地，粘合层120在低于500℃下固化。
[0100]
当载体130是玻璃时，粘合层120可以是玻璃和硅的熔融层，并且102和130通过阳极键合而结合。在阳极键合过程中，除了加热和加压外，还要在100和130之间施加电场。粘合层120可以经历脱粘过程，在脱粘过程中其粘合力被减弱或消失，以便可以从刚性载体130移除粘合毛坯100或荫罩110。当荫罩在制造或使用中破损并且需要更换时，具有脱胶能力是非常有用的。此功能对于提高荫罩模块的成品率并延长其使用寿命特别有用。120的脱胶可能在以下一种或多种情况下发生：高于500℃，在溶剂存在下，氧化剂存在下或在蚀刻剂存在下。在一个实施例中，在富氧环境中通过激光将有缺陷的荫罩加热到500℃以上，以软化或切除粘合层120。
[0101]
粘合期间的荫罩对齐
[0102]
在粘合过程中，仅需要将单个荫罩毛坯100与刚性载体130粗略地对准。以方便确定后面的步骤中独立的氮化硅膜及其上的穿孔孔径阵列的位置。为了促进荫罩坯料100和刚性载体130的机械对准，支撑件102的底表面和面对支撑件102的刚性载体130的顶表面可以具有互锁的表面结构。使每个毛坯100与刚性载体130的每个框架部分机械对准并互锁。
[0103]
如图16a所示，毛坯支撑件102的底表面上有空腔103，而刚性载体130在其面向毛坯支撑件102的表面上有相应的支柱133。毛坯100通过粘合层120粘合到刚性载体130上时，支柱133安装到空腔103中，从而将毛坯100锁定在横向的位置。粘合层120可以填充在103和133之间的缝隙中。103和133之间的互锁公差可以在几十微米到几百微米之间变化。同样，如图16b所示，在毛坯支撑件102的底面上可以有支柱104，在刚性载体130之面向毛坯支撑件102的表面上可以有相应的空腔134。可以使用其他形式，例如三角形的柱子和空腔，以及半球形的凸起和凹口的互锁结构。坯件100和刚性载体130可具有光学对准标记或基准标记，以进一步辅助机械对准。互锁结构还增加了粘合层与荫罩和刚性载体的接触面积，从而
使两个元件之间的结合更牢固。
[0104]
粘合中的荫罩调平
[0105]
在刚性载体上调平荫罩对整个模块的实用性也很重要。将载体上各个荫罩的顶面调整到具有微米级偏差的同一平面，以便在荫罩制造期间各个荫罩与背板基板之间的间距尽可能相等。
[0106]
需要精确控制每个荫罩在刚性载体上的垂直位置，以实现横跨所有荫罩的独立式氮化硅膜的精确调平。控制荫罩的垂直位置的因素包括荫罩的厚度和平坦度，粘合层的厚度以及刚性载体面对荫罩前表面的平坦度。
[0107]
荫罩的厚度由硅基板和在其上产生的膜层先确定，所有这些都可以通过半导体制造中的标准实践以纳米精度进行控制。粘接前的荫罩毛坯平整度由毛坯支撑部分的组成来控制。
[0108]
由于粘合剂应用过程中的变化，压力不均匀或固化不均匀，使同一载体上的荫罩之间，粘合层的厚度可能会有所不同。如图17所示，为了调节粘合层的厚度，粘合层120可以包括几何间隔物121，例如玻璃，金属或聚合物的微珠，以在粘合过程之后控制120的最终厚度。间隔物121部分地覆盖刚性载体130的前表面，刚性载体130以单层方式面对毛坯支撑件102。间隔物的直径决定了粘合层120的最终厚度。标准偏差小于一微米直径的间隔物可於市面上购买到。这些间隔物可以在施加粘合层之前预先混合在粘合剂中或沉积在载体上。这些间隔物在粘合层中的浓度需保持较低以避免聚集。当通过阳极键合或共晶键合形成粘合层时，会要求粘合界面是被清洁且保持无颗粒，并且熔融粘合层的最终厚度通常是均匀的。因此，在这种情况下不使用间隔物。
[0109]
为了进一步调节粘合层120的厚度，刚性载体130可以具有凹陷或掏空的区域。如图18所示，凹陷区域131和中空区域132在荫罩毛坯100和刚性载体130之间提供了额外的空间，用于填充来自粘合层120的多余材料，并有助于保持粘合层120的均匀厚度。凹陷区域131和132可以是沟槽，波纹，空腔或通过孔径。粘合层120可以填充凹陷区域131和132中的部分或全部空间。当在升高的温度下(即在固化或热清洁期间)，对荫罩模块进行处理时，凹陷区域131和132可为粘合层120的任何热膨胀提供冗余。凹陷区域131和132也可以在脱粘过程中用作服务端口或通道。如，它们可以允许溶剂或蚀刻剂到达粘合层120，或者允许机械工具进入粘合层120和毛坯100或荫罩110。
[0110]
刚性载体前表面的平整度由载体材料和形成表面的方法决定。当刚性载体由玻璃制成时，其表面可以通过浮动，熔融成型，湿法刻蚀等方法來成形。可以将其制成光学平坦的图形，其平坦度偏差可降至纳米级。当刚性载体由金属制成时，通常通过机械加工、机械抛光和电化学抛光来建立其前表面。虽然这些方法可以产生非常光滑的表面，但很难产生具有微米偏差的平整表面。为了保证金属载体上荫罩的平整度，在粘合过程中引入了一个高度平整的基准面来建立一个平整的平面。如图19所示，首先，将各个荫罩毛坯100粗略地对准，并通过粘合层120将其初步固定到刚性载体130上。在固化粘合层120之前，将荫罩模块压在大的平坦物体20上，例如一块浮法玻璃，并使氮化硅膜101面对物体20。接着固化粘合层120，同时在整个固化过程中向刚性载体130和平坦物体20施加压力。其中，平坦物体20是透明的。在固化过程中，可以通过观察物体20另一侧的光干涉图样来监视荫罩100的水平度，该光干涉图样指示坯料100和物体20之间的间距，在固化过程中，可以通过观察物体20
另一侧的光干涉图样来监视荫罩100的水平度，该光干涉图样指示毛坯100和物体20之间的间距，并且可以相应地调节施加在刚性载体130上的压力。
[0111]
通过采用本节中描述的措施，可以确保刚性载体上的荫罩保持水平。
[0112]
孔径的图案和穿孔
[0113]
各个荫罩上的孔径111b通过光刻被图案化和造成穿孔。该过程可以遵循普通的微制造工艺，该工艺包括涂覆，曝光和显影定义孔径111b的光刻胶层，对孔径111b穿孔的蚀刻步骤以及去除光刻胶层的最后步骤。可以通过旋涂，喷涂或狭缝式涂布来沉积光刻胶层。整个光刻胶层随后由接触对准器通过光罩一次曝光或由步进器，或线扫描仪逐步曝光以形成蚀刻掩模。蚀刻掩模定义了氮化硅膜101上孔径111b的位置。膜101通过干蚀刻方法蚀刻，例如反应离子蚀刻(rie)和深反应离子蚀刻(drie)，或通过湿蚀刻方法形成孔径111b。所有膜101上的孔径111b的穿孔是在相同的蚀刻过程中完成的。在蚀刻之后，利用光刻胶剥离槽或等离子灰化室中去除光刻胶层。
[0114]
蚀刻荫罩毛坯支撑物
[0115]
蚀刻荫罩支撑部分102以形成具有中空区域的外围支撑件112，从而使具有穿孔孔径的氮化硅膜变成独立的。可以通过koh(氢氧化钾)蚀刻，tmah(氢氧化四甲基铵)蚀刻或drie来蚀刻支撑部分102。通过光刻来定义独立膜中心区域111a的边界。在一个实施例中，图案化的光刻胶层可以用作支撑部分102的蚀刻掩模。在另一个实施例中，支撑部分102具有氧化硅的中间层102a，硅层102b，和氮化硅的外层102c。其中102c可以被图案化以形成用于102b的硬蚀刻掩模。并且102a可以在蚀刻支撑层102b的期间，作为膜中心区域111a的蚀刻停止层和保护层，之后通过缓冲氧化物蚀刻(boe)或反应离子蚀刻(rie)来去除。可以在刚性载体上沉积诸如光刻胶和氮化硅的附加保护层，以避免其受支撑部分102的蚀刻。
[0116]
在支撑件102的完全蚀刻之后，中央膜区域111a变為独立区域，并且形成了荫罩模块。
[0117]
后处理荫罩模块
[0118]
在形成荫罩模块之后，荫罩110中的外围支撑件112由刚性载体130和粘合层120来加强。然而，独立区域的氮化硅膜中央区域111a仍然是脆弱的。独立的中心区域111a是只有米级薄度且为易碎的，在处理过程中受到外力作用时会破裂，或者在加热过程中因热膨胀而产生内应力。当中心区域111a被外力或内力从其原始平面移动时，中心区域111a沿其边缘特别脆弱。为了直接增强中央区域111a，可选地沿着中央区域111a与外围支撑件112之间的边界沉积边缘支撑元件140，如图fig.20所示，在中心区域111a的下方形成环状结构。
[0119]
边缘支撑元件140具有低于薄膜111和外围支撑件112的杨氏模量(young’smodulus)。它缓冲了中心区域111a的任何结构位移，减少了断裂的可能性。即使当膜片111在极端条件下破裂时，边缘支撑件140仍可与膜片111的碎片结合并减少碎屑和颗粒的产生。边缘支撑件140应具有类似于膜111和外围支撑件112的线性热膨胀系数(cte)。在一个实施例中，边缘支撑件140具有小于20ppm/k的cte。在另一个实施方案中，140的cte小于10ppm/k。边缘支撑件140还应该具有高的热稳定性和耐化学性，以在长期使用后，可以承受荫罩模块的热或化学清洁过程。在一个实施例中，边缘支撑件140包括聚酰亚胺，环氧聚合物，硅酸盐水泥或玻璃料。优选地，边缘支撑件140在环境中具有低吸湿性并且在真空下具有低发气性。在一个实施例中，边缘支撑件140包括热固化或紫外光固化的聚酰亚胺。
[0120]
如图21所示，荫罩模块可以进一步附接到第二载体400以形成荫罩组件。荫罩组件包括一个或多个公开的荫罩模块。荫罩模块可逆地附接到第二载体400，并且每个阴荫罩模块的相对位置可以独立且重复地调整。在使用荫罩组件进行图案化之前，根据背板基板上的显示面板布置，将第二载体400上的荫罩模块对准并固定在适当的位置。可以在图案化之后将荫罩模块与第二载体400分离，并进行清洁程序。荫罩模块可在每次图案化之前，在400上与之重新对准。荫罩模块和第二载体400上可以有光学对准标记或基准标记，以辅助荫罩模块在400上的对准和固定。第二载体400可以包括用于产生电磁场的金属线圈或用于在薄膜沉积期间将荫罩模块固定在适当位置的机械设备。在一个实施例中，荫罩模块通过磁力附接到第二载体400。在另一个实施例中，荫罩模块通过机械力附接到第二载体400。
[0121]
荫罩组件可以包括一个或多个具有多个荫罩110的荫罩模块。如图22所示，包括多个荫罩110的一个或多个荫罩模块被附接到第二载体400。
[0122]
在一方面，本发明提供了一种用于在薄膜的气相沉积期间产生图案化布局的、具有对齐孔径阵列的荫罩模块的制造方法以及用于制造该荫罩模块的方法。本文描述了该方法的详细步骤及其生产的荫罩模块的结构。在各种实施例中，所公开的生产荫罩模块的方法包括本文所述的一个或多个过程，并且通过该方法生产的荫罩模块包括本文所述的一个或多个部件。
[0123]
优势
[0124]
所公开的方法的主要优点在于，其产生了具有精确对准的孔阵列的荫罩模块，而无需在粘合过程中将各个荫罩与刚性载体以及彼此精确对准。
[0125]
所公开的方法的另一个优点在于，其产生了大尺寸的荫罩模块，其具有在大面积基板(例如母oled背板基板)上对多个面板进行图案化的能力，以有效地大规模生产oled面板。
[0126]
所公开的方法的另一个优点在于，其生产的荫罩模块具有比单独的荫罩更高的机械强度。提高的机械强度可以延长荫罩的使用寿命，并减少荫罩的破损，从而降低了oled显示器的制造成本。
[0127]
所公开的方法的另一个优点在于，与没有刚性载体制成的单个荫罩相比，其可生产出具有改善平坦度的荫罩模块。改善平坦度的荫罩模块可以减少遮蔽效应并提高图案质量，使有oled显示器中实现更高的像素密度。
[0128]
上述优点来自本发明的以下方面:1)荫罩模块上不同荫罩的孔阵列的对准是通过粘合后的光刻步骤确定的，而不是通过粘合过程确定；2)在粘合过程中不需要精确对准，可以更容易地扩展在荫罩模块中平铺的荫罩数量；3)刚性载体和粘合层为荫罩模块上的荫罩提供机械支撑；4)荫罩毛坯在氮化硅膜独立之前就已粘合在一起，因此其曲率要比具有独立膜的荫罩来得小，在使氮化硅膜独立的整个光刻和蚀刻过程中，粘合层将荫罩毛坯维持在刚性载体上的适当位置，从而保持形成的荫罩的平整度。
[0129]
为了说明和描述的目的，已经提供了本发明的前述描述。并不旨在穷举本发明或将本发明限制为所公开的精确形式。修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。
[0130]
被选择和描述的实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例，以及具有适合于所设想的特定用途的各种修改。
[0131]
如本文所说且没有另外定义之术语“基本上substantially”，“基本上substantial”，“大约approximately”和“大约about”用于描述和说明小量变化。当与事件或情况一起使用时，这些术语可以包括事件或情况准确发生的实例以及事件或情况接近发生的实例。例如，当与数值结合使用时，这些术语可以包含一个小于或等于该数值
±
10％的变化范围，例如小于或等于
±
5％，小于或等于
±
4％，小于或等于
±
3％，小于或等于
±
2％，小于或等于
±
1％，小于或等于
±
0.5％，小于或等于
±
0.1％，和小于或等于
±
0.05％。术语“基本上共平面(substantially coplanar)”可以指的是沿着同一平面位于微米级以内的两个表面，例如沿着同一平面位于40μm以内，30μm以内，20μm以内，10μm以内或1μm以内。
[0132]
如本文所使用的，单数术语“一”和“该”可以包括复数个指示物，除非上下文另外明确指出。在一些实施例的描述中，“在”或“置于”另一组件上提供的组件可以包括前一组件直接在后一组件上(例如，与后一组件物理接触)的情况，以及一个或多个中间组件位于前一组件和后一组件之间的情况。
[0133]
本领域技术人员基于本公开的教导，可以在不背离本发明的精神或范围的情况下实施替代的实施例。本发明的范围改变由以下权利要求所限定，其包含所有实施例及结合以上说明书和附图所进行的各种修改。插图不一定按比例绘制。由于制造工艺和公差，本发明中的艺术表现形式与实际装置之间可能存在区别。可能存在未具体说明的本发明的其他实施例。规范和图纸应被视为说明性的而不是限制性的。可以进行修改以使特定情况、材料、物质组成、方法或过程适应本公开的目的、精神和范围。所有这些修改旨在在所附权利要求的范围内。虽然本文公开的方法已经参考以特定顺序执行的特定操作来描述，但是应当理解，这些操作可以被组合、细分或重新排序以形成等效方法，而不脱离本公开的教导。因此，除非在此特别指出，否则操作的顺序和分组是不受限制。