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TWI449800B - A method and apparatus for depositing a lateral pattern film by using a mask fixed magnetically on a substrate base - Google Patents

A method and apparatus for depositing a lateral pattern film by using a mask fixed magnetically on a substrate base Download PDF

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TWI449800B
TWI449800B TW098131744A TW98131744A TWI449800B TW I449800 B TWI449800 B TW I449800B TW 098131744 A TW098131744 A TW 098131744A TW 98131744 A TW98131744 A TW 98131744A TW I449800 B TWI449800 B TW I449800B
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TW
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magnetic
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substrate holder
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TW098131744A
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TW201024431A (en
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馬庫斯 葛斯多夫
華特 法蘭肯
阿諾 歐佛曼斯
Original Assignee
愛思強公司
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Publication date
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Description

使用以磁性固定在基板座上的遮罩以沉積側向圖案薄膜之方法及裝置
本發明係有關一種使用平貼在欲塗佈基板表面上的遮罩而在基板座之基板上沉積側向圖案薄膜之方法。
本發明尚有關一種使用平貼在欲塗佈基板表面上的遮罩而在基板座之基板上沉積側向圖案薄膜之裝置。
本發明並有關一種用於該裝置或進行該方法之基板座及遮罩。
在基板上沉積出側向圖案薄膜之塗佈製程中，氣態或氣溶膠形態的薄膜組成成份，經由進氣結構而被輸入反應室中。反應室可在水平方向上。反應室頂部可由一個進氣結構所構成。該進氣結構可具有蓮蓬頭狀的反應氣體或氣溶膠流出孔。塗佈製程可在真空、低壓或大氣壓力之下進行。為了在基板上沉積出側向圖案薄膜，可使用遮罩。該遮罩與基板塗佈表面係直接接觸。
本發明之目的在於提供一種方法，使得遮罩儘可能無縫隙地貼覆在基板表面上。
本目的由本發明方法達成，其基板座具有第一磁性區，遮罩配合於第一磁性區位置而具有第二磁性區；而第一磁性區在以基板上方之遮罩進行基板塗佈之前，被移至一個主動位置，在該位置時，第二磁性區被吸附在基板表面上；而在放置或取下遮罩時，被移至一個非主動位置，在該位置時，作用於第二磁性區的吸力減弱。本目的並由本發明裝置達成，其基板座具有第一磁性區，以吸附使遮罩位置配合於第一磁性區的第二磁性區；第一磁性區在以基板上方之遮罩進行基板塗佈之前，被移至一個主動位置，在該位置時，第二磁性區被吸附在基板表面上；而在放置或取下遮罩時，被移至一個非主動位置，在該位置時，作用於第二磁性區的吸力減弱。
申請專利範圍各附屬項為本發明之有利的其他設計，其可歸屬獨立項，但亦可為獨立。
本發明方法或進行該方法之裝置，使基板座具有第一磁性區，遮罩具有第二磁性區。尤其是，設有多個第一磁性區、及位置配合於第一磁性區的第二磁性區。第一磁性區在以基板上方之遮罩進行基板塗佈之前，被移至一個主動位置。在該主動位置時，遮罩之第二磁性區被吸附在基板表面上。第一磁性區在放置或取下遮罩時，被移至一個非主動位置。在該非主動位置時，作用於第二磁性區的吸力減弱。基板座較佳具有第一磁鐵區，其被容置在基板座的凹部中。此凹部可由基板座之基板承載面上的溝槽所構成。該溝槽中可容置可動永久磁性元件。第一或第二磁性區可由磁性，尤其是，永久磁性元件所構成，而另一磁性區則可由鐵磁元件構成。本發明之設計，使遮罩的磁性區因永久磁鐵的吸力而達到機械接觸。遮罩與基板之直接接觸，使得陰影作用被最小化至零微米。故，本發明裝置可使主動塗佈面與被動塗佈面分離。承載基板的基板座較佳由散熱體所構成。但，亦可由可加熱的基板座構成。故，使主動塗佈面與被動塗佈面分離時，可對基板及基板主動塗佈面進行調溫。本發明一較佳實施例中，第一磁鐵區可垂直於基板承載面移動，而可在主動位置與非主動位置之間來回移動。基板座之永久磁性元件構成為柵格圖案，而被容置在基板座表面相交的溝槽中。遮罩之第二磁性區同樣構成為柵格圖案，而遮罩格條在空間上配合於基板座永久磁性元件之格條。故，被動塗佈表面被一個封閉的遮罩元件所覆蓋，其在塗佈製程中，以較低的塗佈速率一起被塗佈，而不被控溫。構成遮罩之第二磁性區的格條係由鐵磁材料，尤其是，殷鋼(invar)所構成。基板座之磁性格條為多件式，並彼此分離。在一較佳實施例中，該格條由一個基本上為單件式的柵格載體及複數個被載體支撐的磁條所構成。磁條與載體呈鬆散連接，並構成約為0.1mm的垂直移動縫隙，故，每一可動磁條具有此縫隙大小的提升路徑或高度調整。因此，可補償製造公差。磁條本身同樣為兩件式。其係由永久磁條所構成，而該永久磁條連接一個金屬下襯條。永久磁條可被黏在該下襯條上。磁條與載體之間的連接係利用螺絲，尤其是，沉頭螺絲，其沉頭被容置在永久磁條之直徑較大的凹槽中。螺絲之螺桿則穿過下襯條之穿孔，而鎖入載體之螺孔中。構成載體的柵格外框可被升降系統提整高度，其調整準確度為10μm。該升降系統包括至少一個升降裝置，其係設在與基板座承載面相對的面上，亦即，基板座背側。框形載體具有複數根頂桿，其穿過基板座。升降裝置在基板座背側作用於該頂桿。該升降裝置可以是短衝程氣壓缸。每一頂桿可各設有一個升降裝置。該氣壓缸經由控制台而連接一塊底板。後者則承載著設作為散熱體的基板座。短衝程氣壓缸具有氣動接頭，其對周遭環境，亦即，反應室及該處之真空密封。將磁條固定於載體的螺絲，具有間隔螺絲之功能。其鎖入的深度定義了磁條與載體的距離範圍。該範圍為0.1mm至0.3mm。並可在氣壓缸處設置間隔螺絲，以調整頂升路徑。升降裝置提升頂桿及載體。總衝程約為2至8mm。在非主動位置時，載體位在基板座承載面凹部的底部上。此時，磁條位在承載面下方約2至8mm處，尤其是3mm。氣壓缸此時在一個終點位置。在此位置時，可將玻璃、紙或、另一適當材料製成的基板放到鋁製成的基板座上。接著，可使遮罩與基板表面接觸。其可利用遮罩的下降或基板座的提升而達成。可設置一個對準裝置，使遮罩對基板定位，使得，遮罩之由殷鋼製成的格條覆蓋住基板座之永久磁鐵格條。由於，將遮罩放置或取離基板表面時，磁條與基板座承載面保持一段距離，故，磁條之永久磁鐵對遮罩格條的磁吸力被最小化。利用液壓升降裝置，可將載體提升至終點位置。在該終點位置時，各磁條對齊於基板座承載面。但，磁條表面亦可略微高於或低於基板座承載面。磁條雖與載體呈鬆散連接，但，磁條因對遮罩格條具磁吸力，而可壓緊基板下側。故，相較於非主動位置，在磁條與遮罩鐵磁格條之間產生最大磁力。後者被磁條的磁力吸向基板表面。基板座之邊緣一共有四個，尤其是，成對的縫隙監控感測器，以監控遮罩格條與基板表面之間的縫隙。
構成基板座的散熱體較佳具有兩個散熱循環，水或另一適當的散熱媒質迂迴式流經散熱體之散熱通道。散熱循環彼此重疊，使得，一個散熱循環之流入口與另一散熱循環之流出口相鄰。如此，最小化散熱路徑之散熱功率損失。並可使兩散熱通道多次相交。故，散熱通道位在相對於承載面的不同平面上。此種散熱循環可最小化整個散熱體表面的溫差。可使整個散熱體表面達到低於1℃的溫度均勻度。遮罩鐵磁格條之鋁製遮罩外框，可具有一個獨立於散熱體的自有散熱循環。各散熱循環可彼此並聯或串聯。遮罩散熱較佳獨立於基板座之散熱。
進行本方法時，基板被基板裝卸系統送入反應室中。散熱體下降至一個裝載位置。基板被放置於穿過散熱體之穿孔的銷桿上，並位在基板座與一個遮罩之間，而該遮罩之格條係由殷鋼、遮罩之外框係由鋁製成。遮罩外框被一個特殊的遮罩支架所支撐。在反應室例如以機器手臂放入基板後，由散熱體構成的基板座被提升至一個在基板下方的上位置，而使基板離開銷桿。基板座被繼續向上移動，直到基板表面抵靠遮罩承載面。基板上側與遮罩下側之間的縫隙，可被縫隙監控感測器所設定。首先，只有引力作用於殷鋼遮罩，因在裝卸位置時，磁條位在一個下降位置。在該位置時，剩餘縫隙可達100μm，但通常為更小。利用短衝程氣壓缸可提升頂桿，而使載體朝向承載面上升約上述3mm的距離。故，磁條接近基板下側。因而達到與遮罩之殷鋼格條之最小距離，故，可對殷鋼遮罩產生足夠的磁吸力。該吸力足以使殷鋼遮罩與基板之間的剩餘縫隙減少至零μm。塗佈製程後，短衝程氣壓缸回到終點位置，故，作用於殷鋼格條之磁吸力被最小化。
上述裝置可使基板塗佈有機材料。例如使用有機氣相沉積(OVPD)製造有機發光二極體(OLED)、太陽能電池(SOLAR)或顯示器、燈。該裝置亦適用於聚合物氣相沉積製程技術。塗佈材料可為對二甲苯。此外，可使用鹵化取代物於介電及封裝用途。塗佈對二甲苯(聚對二甲苯C)時，殷鋼遮罩與基板面相接觸。
本發明尚有關一種遮罩之進一步設計。該種遮罩之鏤空部，亦即，遮罩格條之間的空間，具有特殊的邊緣輪廓。該邊緣輪廓使得塗佈終止於遮罩鏤空部，而儘量不流入塗佈外框及塗佈格條下方。格條與基板接觸之承載面與格條側邊構成銳角。
磁條及相應的殷鋼格條與控溫的基板座皆無導熱接觸。磁條及相應的遮罩殷鋼格條與基板熱耦合，因其與基板為面接觸。塗佈聚對二甲苯C時，成長速率受表面溫度影響。被遮罩遮蔽的被動基板表面之成長速率，低於基板主動表面。如此，在殷鋼遮罩上沉積出的薄膜很薄，而可防止聚對二甲苯C薄膜由基板成長到殷鋼遮罩上。故，提升遮罩時，不會撕斷或破壞基板表面的塗層。基板相對於格條之間空間的主動區被散熱而塗佈，故在被動面上沒有成長。本裝置可使用各種不同的遮罩設計。其可為圓形、矩形、方形或多邊形。其內部以相應方式構成格條空間。柵體格條可具有不同寬度及不同側向圖案。
在本發明進一步設計中，基板藉由磁條而被壓向基板座承載面。其可利用將磁條固定於載體的間隔螺絲而精確校準。如此，可改良散熱接觸，確保較佳的排熱。此外，可增設一個靜電夾頭系統，以將基板壓向基板座。
以下將依據附圖詳細說明本發明之實施例。
圖14顯示之升降裝置設在一反應器中。該反應器尤其是由高級鋼製成的容器所構成，其連接一氣體輸入管。此氣體輸入管尤其是連接至一個蓮蓬頭狀的進氣機構，而該進氣機構係位在基板座1上方。可為氣態或氣溶膠的反應成分與載氣一起被輸入反應室中。其先質可為單體或二聚體。反應器尚具有一個排氣機構，未被使用的反應氣體及載氣係經由該排氣機構被排出。為達到真空或低壓，設有一個調節真空泵。反應器並具有一個未示出的裝載開口，遮罩3或基板2可經由該裝載開口而被置入反應室中。在本實施例中，基板座1由鋁製的散熱體所構成，並放置在升降裝置24上。該升降裝置24可垂直移動基板座1。在裝載位置時，基板座1位在一個未示出的下降位置。被標示為25的銷桿穿過基板座1之未示出的穿孔，而在基板座1下降時，支撐圖14所示基板座1上方的基板2。基板2可在被銷桿25支撐的位置被取下，而被更換。遮罩3位在基板垂直方向的上方且被一遮罩架保持在該位置上。遮罩3平行於基板2。在圖14所示位置，升降裝置24舉起基板座1及基板座1之承載面1’上的基板2，直到基板表面2’抵靠遮罩3之下側表面。
圖15顯示基板座1之內部結構。此處設有兩個迂迴式的散熱循環14、15。第一散熱循環14之流入口14’與第二散熱循環15之流出口15"相鄰。第二散熱循環15之流入口15’與第一散熱循環14之流出口14"相鄰。兩散熱循環14、15各位在一個平行於基板承載面1’的平面上。散熱循環14、15之迂迴通道彼此多次相交。
圖1至3顯示遮罩3與基板座1上側結構之圖。
遮罩3具一個外框26，其可設有未示出的散熱通道。矩形的外框總共有12根框條，其材料一致地由殷鋼、鐵磁材料製成，而構成一個柵體。在本實施例中，柵體為矩形。但柵體亦可為另外的形狀。例如，可為圓形、橢圓形或多邊形。
基板座1同樣由多件式鋁體所構成，並包含上述之散熱通道14、15。朝向基板2的基板座1之承載面1’設有凹部，其由彼此相交的凹部6所構成。相交的凹部6在位置上配合於遮罩3之格條5。
凹部6內設有磁條10，其被柵格載體11所承載。磁條10為分開的條形物體，其利用一或兩個螺絲21，未鎖緊而可移動地與載體11相連接。各磁條10可在垂直方向上相對於載體11略微移動。
載體11可由鋁製成，並容置在溝槽6中。螺絲22使載體11與複數根頂桿9相連接。頂桿9端部設有螺孔，螺絲22則鎖入其中。頂桿9下端伸出於基板座1之下側1"，而可被以示意方式顯示的升降裝置7移動。升降裝置7可為氣動式。
各磁條10為兩件式其包括薄的永久磁條12，其下方連接由金屬板構成的下襯條。其連接可利用黏合劑。永久磁條12具有一個螺絲頭容置孔18，以容置調整及固定螺絲21之沉降頭。螺絲21之螺桿穿過下襯條13之一個直徑較小的穿孔19。下襯條13被螺絲21之螺絲頭所固定。螺絲21只鬆散地旋入載體11之螺孔20中，故，下襯條13下側與載體11上側之間留有一條縫隙23。因此，產生一條使磁條10相對於載體11垂直移動的十分之幾毫米的縫隙。
在非主動狀態時，尤其是如圖10所示，載體11接近溝槽6底部。其係利用上述之升降裝置7。在該位置時，磁條10表面與基板座1之基板承載面1’間有一段約為3mm之距離。如圖9及10進一步所示，基板2位在凹部6上方，鐵磁材料製成的遮罩3之格條5則位在基板2上方。格條5之下側5’與基板表面2’間可具有一段示出的距離。
升降裝置7將載體11提升至一個終點位置時，尤其是如圖12及13所示，磁條10與基板2之下側2"接觸。如圖13所示，螺絲21之頭部位在下襯條13之穿孔19中，並縮入一段距離。永久磁條12之吸力使磁條10附著在基板之下側2"，並將格條5之承載面5’吸向基板2之上側2’。
螺絲21為一調整螺絲，其可調整縫隙23之最大縫隙寬度。縫隙可被最小化，使得，在主動位置時，吸力經由螺絲21頭部而向下作用於磁條10。此處，可利用磁條10吸住基板，亦即，使基板下側2"被吸附於基板座1之承載面1’。如此而最佳化熱交換。
但，亦可以利用ESC(靜電夾頭系統)而增加靜電力。
圖9、10、12及13顯示鐵磁的遮罩格條5之剖面圖。格條5之下側5’與側邊5"構成銳角。在一個未示出的實施例中，可不使用液體散熱，而使用帕耳帖元件(Peltier element)散熱。
所有揭示特徵本身皆具有發明性質。本發明揭示之特徵完全包含於本案之申請專利範圍中。
1．．．基板座
1’．．．(基板)承載面
1"．．．背面；下側
2．．．基板
2’．．．(基板)表面；上側
2"．．．(基板)背面；下側
3．．．遮罩
4．．．(第一)磁性區；磁條；(永久)磁性元件
5．．．(第二)磁性區；格條；鐵磁元件
5’．．．(格條)承載面；下側
5"．．．側邊
6．．．凹部；溝槽
7．．．升降裝置
8．．．穿孔
9．．．頂桿
10．．．磁條
11．．．載體
12．．．永久磁條
13．．．下襯條
14．．．(第一)散熱循環；散熱通道；散熱系統
14’．．．流入口
14"．．．流出口
15．．．(第二)散熱循環；散熱通道；散熱系統
15’．．．流入口
15"．．．流出口
16．．．縫隙監控感測器
18．．．(螺絲頭)容置孔
19．．．穿孔
20．．．螺孔
21．．．螺絲
22．．．螺絲
23．．．縫隙
24．．．升降裝置
25．．．銷桿
26．．．外框
圖1係基板座、基板及遮罩之分解圖。
圖2係圖1之基板座、基板及遮罩之組合圖。
圖3係圖2之俯視圖。
圖4係基板座磁鐵格條結構分解圖。
圖5係磁鐵格條之俯視圖。
圖6係圖3線VI-VI之剖面圖。
圖7係圖3線VII-VII之剖面圖。
圖8係圖3線VIII-VIII之剖面圖。
圖9係圖6放大區IX-IX之圖，其在非主動位置。
圖10係圖7放大區X-X之圖，其在非主動位置。
圖11係圖8放大區XI-XI之圖，其在非主動位置。
圖12係如圖9之圖，其在主動位置。
圖13係如圖10之圖，其在主動位置。
圖14係基板座與所屬升降裝置24之示意圖。
圖15係基板座內部結構平行於承載面的平面之示意圖。
1．．．基板座
1’．．．(基板)承載面
1"．．．背面；下側
2．．．基板
4．．．(第一)磁性區；磁條；(永久)磁性元件
5．．．(第二)磁性區；格條；鐵磁元件
5’．．．(格條)承載面；下側
5"．．．側邊
6．．．凹部；溝槽
7．．．升降裝置
9．．．頂桿
11．．．載體
12．．．永久磁條
13．．．下襯條
22．．．螺絲

Claims (13)

  1. 一種使用平貼在欲塗佈基板表面(2’)上的遮罩(3)而在基板座(1)之基板(2)上沉積側向圖案薄膜之裝置，其基板座(1)具有第一磁性區(4)，以吸附使遮罩(3)位置配合於第一磁性區(4)的第二磁性區(5)；第一磁性區(4)在以基板(2)上方之遮罩(3)進行基板(2)塗佈之前，被移至一個主動位置，在該位置時，第二磁性區(5)被吸附在基板表面(2’)上；而在放置或取下遮罩(3)時，被移至一個非主動位置，在該位置時，作用於第二磁性區(5)的吸力減弱；其特徵為：第一磁性區(4)由容置在基板座(1)之基板承載面(1’)凹部(6)中的永久磁性元件所構成，其位置與第二磁性區(5)相對。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，第一或第二磁性區(4、5)由磁性，尤其是，永久磁性元件所構成，而另一磁性區(5、4)則由鐵磁元件構成。
  3. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中，由(永久)磁性元件構成的第一磁性區(4)可垂直於基板承載面(1’)移動，而可在主動位置與非主動位置之間來回移動。
  4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，基板承載面(1’)凹部(6)係由相交的溝槽所構成，其容置有構成柵體格條的(永久)磁性元件(4)，其與使遮罩同樣構成柵體格條的鐵磁元件(5)磁性互相作用。
  5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，基板座(1)之(永 久)磁性元件(4)為磁條(10)，其可被升降裝置(7)在凹部(6)內部由一個使磁條(4)對齊於基板承載面(1’)的主動位置移至一個使磁條(4)位在凹部(6)內一下降位置的非主動位置。
  6. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中，升降裝置(7)設在基板座(1)之基板承載面(1’)背面(1")，並以穿過基板座(1)之穿孔(8)的頂桿(9)而作用於(永久)磁性元件(4)。
  7. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中，磁條(10)與載體(11)相連接，並與之構成為一條可相對於水平基板承載面垂直移動的縫隙。
  8. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中，磁條(10)係由永久磁條(12)所構成，而其係與下襯條(13)相連接，尤其是黏合。
  9. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，設有縫隙監控感測器(16)，以監控遮罩(3)之格條(5)之承載面(5’)與基板表面(2’)間的縫隙。
  10. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，基板座(1)為散熱體，具有迂迴式的散熱通道(14、15)，而在兩個分開且平行於基板承載面的平面上，設有兩個分開的散熱系統(14、15)，散熱媒質係以相反方向流經該等散熱系統。
  11. 一種用於申請專利範圍第1項之裝置的基板座，其特徵為：基板承載面(1’)設有凹部(6)，其內容置有永久磁性元件，而該永久磁性元件可在基板承載面(1’)之法線方向上 移動。
  12. 一種用於申請專利範圍第1項之裝置或基板座的遮罩(3)，其特徵為：遮罩為柵格形，其格條(5)由磁性材料所構成。
  13. 如申請專利範圍第12項之遮罩(3)，其中，與基板(2)接觸的格條(5)之承載面(5’)與格條(5)之側邊(5")構成銳角。
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