TWI910465B

TWI910465B - 用於ｏｌｅｄ沉積之直接圖案化沉積光罩及藍寶石基板製作程序

Info

Publication number: TWI910465B
Application number: TW112133757A
Authority: TW
Inventors: 阿曼庫瑪Ｐ高斯; 林浩; 費德瑞奇維詹; 伊葉思Ｉ海魯林; 趙方超; 凱瑞泰斯; 提摩西康西丁; 勞利史西克萊斯
Original assignee: 美商伊麥傑公司
Priority date: 2022-09-06
Filing date: 2023-09-06
Publication date: 2026-01-01

Abstract

本發明提供一種用於OLED沉積之直接圖案化沉積光罩，其中該光罩包含：一藍寶石基板；及一個氮化矽(SiN)膜片。藍寶石基板厚度可介於0.7mm與2mm之間。該藍寶石基板可具有在200mm直徑至300mm直徑之範圍中之一直徑。該基板之翹曲度較佳地小於10um。

Description

用於OLED沉積之直接圖案化沉積光罩及藍寶石基板製作程序

本申請案針對於直接圖案化沉積(dPd)。更特定而言，本發明針對於顯示器中之dPd技術。

遮蔭光罩基底之沉積係一程序，藉由該程序將一材料層沉積至一基板之表面上使得該層之所要圖案在沉積程序本身期間被界定。此沉積技藝有時被稱作「直接圖案化」。

在一典型遮蔭光罩沉積程序中，所要材料在位於距基板一定距離處之一源處汽化，其中一遮蔭光罩定位於該基板與該源之間。隨著材料之汽化原子朝向基板行進，該等汽化原子穿過恰好定位於基板表面前面的遮蔭光罩中之一組穿孔。穿孔(亦即，孔口)配置成基板上之材料之所要圖案。因此，遮蔭光罩阻擋除穿過穿孔之汽化原子外之所有汽化原子通過，穿過穿孔之汽化原子以所要圖案之形式沉積在基板表面上。遮蔭光罩基底之沉積類似於用於在衣物上形成圖案(例如，均勻的數字等)之絲網技藝或用於開發藝術品之模板印刷。

遮蔭光罩基底之沉積多年來在積體電路(IC)產業中用於在基板上沉積材料之圖案，此部分歸因於其避免了在一材料層已沉積之後需要對其進行圖案化的事實。因此，使用遮蔭光罩基底之沉積消除了將已沉積材料暴露於刺激性化學品(例如，基於酸之蝕刻劑、苛性光微影術開發化學品等)以對其進行圖案化之需要。另外，遮蔭光罩基底之沉積較少需要對基板進行搬運及處理，藉此降低基板斷裂之風險並提高製作良率。此外，諸如有機材料等諸多材料不能在遭遇光微影化學品時不受損壞，此使藉由遮蔭光罩來沉積此等材料成為一必要。

一高品質dPd光罩係用於dPd製造、特別係用於OLED微顯示器之一關鍵固定物。

藉由使用利用模版微影術對OLED之直接圖案化，可製作高效、高解析度OLED微顯示器。用於OLED之色彩發射器沉積使用可具有奈米尺度特徵之一遮蔭光罩。遮蔭光罩具有匹配微顯示器之底層電晶體之精確度及準確度且以較高解析度建立色彩發射器。

如圖1中可見，如所知，一平整基板(諸如一矽晶圓)用於構建一遮蔭光罩。使用化學汽相沉積(CVD)在基板之兩側上沉積一薄膜(諸如氮化矽)。此氮化矽層可充當一側上之一蝕刻屏障以及另一側上之一懸空式膜片。亦已使用氧化矽、氧化鋁或其他薄膜材料替代氮化矽。薄膜之一側經蝕刻以將基板暴露以進行一後續穿基板蝕刻程序。舉例而言，氮化矽可使用光微影術來被圖案化且經乾式蝕刻來移除氮化矽。薄膜之另一側使用微影術來被圖案化且經蝕刻來建立所要遮蔭光罩圖案。再次，此另一側可使用光微影術與乾式蝕刻。當然，可使用其他圖案化方法。美國專利第9,385,323號(Chan等人)詳細闡述了此先前技術程序。

穿基板蝕刻使薄膜自由懸垂，此使得膜能夠用作一遮蔭光罩。可使用例如氫氧化鉀來蝕刻基板。

可透過遮蔭光罩執行圖案化蒸發。將一微顯示器基板放置成接近或接觸遮蔭光罩。可將該設置引入至一沉積系統中來使材料蒸發。在蒸發之後，在基板上將存在一經圖案化材料。此在圖2中圖解說明。

關於dPd技術存在兩個主要挑戰。第一，dPd光罩必須製造得儘可能平整。按慣例，一矽(Si)晶圓已用作框架材料。參見圖3。沉積一SiN(氮化矽)膜，然後製作一高解析度圖案。參見圖4，其繪示用於一dPd程序之一典型1μm SiN光罩。然而，由於Si晶圓之有限剛性(最多35μm翹曲度，因在積體電路(IC)產業中0.7mm Si係典型的)，在dPd光罩製作之後剩餘一明顯翹曲度及彎曲度。因此，Si基底之dPd光罩翹曲度可高達30μm至40μm(參見圖5，其繪示跨越一8英吋晶圓量測之dPd光罩翹曲度之一實例，其中一SiN膜片位於一Si框架之頂部上)。下文表1展示跨越一8英吋晶圓之dPd光罩翹曲度之一實例，其中一個氮化矽膜片在圖5之點1至點4處位於一Si框架之頂部上：

此高光罩翹曲度可在有機沉積期間在光罩與晶圓之間產生大的間隙且在橫向沉積中導致不想要的羽化。所沉積材料傾向在穿過遮蔭光罩之後橫向擴展(被稱作「羽化」)。羽化隨基板與遮蔭光罩之間的分隔量值而增加。為減輕羽化，在不損害固持基板及遮蔭光罩之卡盤的完整性之情況下使此分隔保持儘可能小。更進一步，此分隔跨越沉積區域之任何不均勻性將引起羽化量上之變化。此不均勻性可起因於例如基板與遮蔭光罩之間的平行度之一缺失、基板及遮蔭光罩中之一者或兩者之彎曲或下垂及諸如此類。此外，一遮蔭光罩必須僅在其周界處被支撐以避免阻擋去往穿孔圖案之汽化原子通過。因此，遮蔭光罩之中央可由於重力下垂，此進一步加劇了羽化問題。參見圖6，其繪示針對兩個沉積角度隨晶圓至光罩間隙自1微米至10微米變化所計算的羽化距離之一實例。

一第二挑戰係關於基板之可製造性。為了將SiN膜片及剛性基板兩者整合在一起以製成一dPd光罩，應針對基板蝕刻、化學相容性等設計一適合程序。應考量基板性質及程序整合。

本發明針對於一種用於OLED沉積之直接圖案化沉積光罩，其中該光罩包含一藍寶石基板及一個氮化矽(SiN)膜片。藍寶石基板厚度可係例如介於0.7mm與2mm之間。藍寶石基板(晶圓)直徑可係例如200mm直徑或300mm直徑。一藍寶石晶圓圖案化程序較佳地與SiN膜片程序相容。該基板之翹曲度可被限制成例如小於10um。該光罩改良了OLED像素沉積羽化及OLED效能。

本發明亦提供一種用於蝕刻一藍寶石基板之程序，該程序包含以下步驟中之至少兩者：機械鑽鑿；濕式蝕刻；乾式蝕刻；及雷射誘導蝕刻加濕式蝕刻。

圖1係用於一先前技術氮化矽膜片之主要製作步驟之一實例，該等主要製作步驟包含(1)矽晶圓；(2)氮化矽沉積；(3)後側微影術；(4)前側微影術；及(5)自後側穿晶圓蝕刻。

圖2係圖解說明透過一遮蔭光罩之沉積之一簡化視圖。

圖3係用於一dPd程序之一典型先前技術1μm SiN光罩之一俯視平面圖。

圖4係圖解說明一SiN光罩橫截面之一先前技術實例之一簡化視圖。

圖5係跨越一8英吋晶圓量測之dPd質量翹曲度之一實例之一簡化視圖，其中一SiN膜片位於一Si框架之頂部上，如在表1(上文)中所展示。

圖6係針對兩個沉積角度隨一晶圓至光罩間隙自1μm至10μm變化所計算的羽化距離之一實例之一圖示繪示。

圖7係用於氮化矽膜片之主要製造步驟之一簡化視圖，該等主要製造步驟包含(1)藍寶石晶圓；(2)氮化矽沉積；(3)後側微影術；(4)前側微影術；及(5)自後側穿藍寶石晶圓濕式蝕刻。

圖8繪示用於製成一藍寶石基底之SiN光罩的一程序之一實例之簡化步驟。

相關申請案之交叉參考

本申請案主張2022年9月6日提出申請之標題為剛性藍寶石基底之直接圖案化沉積光罩(Rigid Sapphire Based Direct Patterning Deposition Mask)之尚在申請中之美國臨時專利申請案第63/403,964號之優先權。

本發明針對於用於OLED沉積之一直接圖案化沉積光罩。該光罩包含一藍寶石基板及一個氮化矽(SiN)膜片。為了降低光罩翹曲度，本發明針對於將藍寶石作為用於SiN沉積及圖案化之基底材料。參見圖7，其繪示用於將一藍寶石晶圓製造成一dPd光罩基底材料之一方法。已在LED產業中廣泛使用具有極佳剛性之藍寶石晶圓。藍寶石晶圓具有大致係Si晶圓兩倍高之一楊氏模數(如下文表2中所展示，表2展示藍寶石性質及矽性質與氮化矽、金剛石及不變鋼的比較)。

基於在表3(下文)中展示之一調查，1.3mm厚的藍寶石翹曲度可被控制成<8μm，表3繪示矽晶圓翹曲度之實例，其係與繪示藍寶石晶圓翹曲度之表4(下文)相比而言。

表4

然而，針對藍寶石，典型乾式蝕刻僅給出一nm(s)/min蝕刻速率。基本上，此意味著需要一2至3周的週期來結束一個晶圓之蝕刻，此係不實用的。替代地，新開發之高溫濕式蝕刻可給出um(s)/min蝕刻速率，此將晶圓之蝕刻時間減少至1天或更少。

過去，針對蝕刻浴已存在一190℃極限。藍寶石蝕刻速率隨溫度幾何性地增加。可期望達成一300度的溫度之一蝕刻浴。

在相對高的溫度(諸如300度)下進行濕式蝕刻期間，將利用SiN遮蔽之晶圓放置於具有蝕刻劑及緩衝劑之一混合物之一高溫處理槽中。在浸沒之前，一電漿增強化學汽相程序將一個二氧化矽光罩添加至藍寶石基板上，且微影術將所需圖案暴露。混合物處於例如260℃至300℃之溫度下。

White Knight的Accubath^TM石英槽及特殊設計之自動化站台使藍寶石濕式蝕刻安全、可靠且適合用於大批量製造。參見https：//wkfluidhandling.com/resources/sapphire-etching/。

高溫濕式蝕刻程序就速度、成本及可擴縮性而言具有超出乾式蝕刻之優點。

在本發明中，藍寶石基板厚度較佳地介於0.7mm與2mm之間。藍寶石基板較佳地具有在200mm直徑至300mm直徑之範圍中之一直徑。基板之翹曲度較佳地<10um。

根據本發明之另一例示性實施例，如所知，選擇性雷射誘導蝕刻(SLE)可在一個兩步驟程序中使用。在一第一步驟中，藉由雷射輻射將藍寶石在內部改質來提高化學可蝕刻性。為防止在脆性材料中形成裂縫，使用短脈衝持續時間(fs-ps)及一小的焦體積(幾μm³)。在雷射改質期間，藍寶石之結晶度降級(例如，自晶體降級至非晶體)。在一第二步驟中，藉由濕式蝕刻將經改質藍寶石移除，諸如利用一種氫氧化鉀(KOH)蝕刻。

在該第一步驟中，將超短脈衝化雷射輻射聚焦至一定體積的基板中。脈衝能量基於一多光子程序僅吸收進焦體積中。該程序在不使基板開裂之情況下使其改質，藉此改變基板之化學性質。以此方式，可對材料進行選擇性化學蝕刻。

另外，相對於藍寶石蝕刻可使用數種蝕刻方法之一組合。舉例而言，機械鑽鑿、雷射處理、KOH蝕刻、高溫濕式蝕刻(上文所闡述)、基於Cl₂之電感耦合電漿(ICP)蝕刻及Cl₂、BCl₃、ICP反應離子蝕刻(RIE)、20C蝕刻。下文表5展示數種藍寶石薄化與蝕刻方法之一比較。

圖8繪示用於製成一藍寶石基底之SiN光罩之一程序之一實例。該程序利用具有SiN膜片之一藍寶石基板來開始。藉由機械鑽鑿、濕式蝕刻、乾式蝕刻、選擇性且雷射誘導蝕刻加濕式蝕刻中之一或多者而將一圖案放置於SiN膜片上。將光阻劑施加至基板，自膜片的與該圖案相對之表面移除藍寶石(機械薄化)(例如，自1.3mm藍寶石移除0.8mm)，然後進行雷射處理加濕式蝕刻以移除藍寶石之一剩餘0.5mm。

應理解，本揭示內容僅教示圖解說明性實施例之一項實例，且熟習此項技術者可在閱讀此揭示內容之後容易構想本發明之諸多變化，並且本發明之範疇由以下申請專利範圍判定。

Claims

一種用於OLED沉積之直接圖案化沉積光罩，該光罩包括：(a)一藍寶石基板，其中藍寶石基板厚度介於0.7mm與2mm之間且其中該藍寶石基板具有在200mm直徑至300mm直徑之範圍中之一直徑，及其中該基板之翹曲度<10um；及(b)氮化矽(SiN)膜片，其中該氮化矽膜片係用於在一OLED微顯示器上形成一圖案。
一種用於製作如請求項1之該直接圖案化沉積光罩之該藍寶石基板之程序，其包括以下步驟中之至少兩者：(a)機械鑽鑿；(b)濕式蝕刻；(c)乾式蝕刻；及(d)雷射誘導蝕刻加濕式蝕刻；其中該程序經組態以控制該基板之該翹曲度低於10um。