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JP7134095B2 - Precision shadow mask deposition system and method - Google Patents

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JP7134095B2 JP2018561973A JP2018561973A JP7134095B2 JP 7134095 B2 JP7134095 B2 JP 7134095B2 JP 2018561973 A JP2018561973 A JP 2018561973A JP 2018561973 A JP2018561973 A JP 2018561973A JP 7134095 B2 JP7134095 B2 JP 7134095B2
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Description

(関連出願)
本件は、2016年5月24日に出願された米国仮特許出願第62/340,793号(代理人整理番号:6494-208PR1)に優先権を主張し、それは、参照により本明細書に組み込まれる。それはまた、2017年5月17日に出願された米国仮特許出願第15/597,635号(代理人整理番号:6494-208US1)、及び、2017年5月23日に出願された米国仮特許出願第15/602,939号(代理人整理番号:6494-209US1)に優先権を主張し、それらは共に、参照により本明細書に組み込まれる。
(Related application)
This application claims priority to U.S. Provisional Patent Application No. 62/340,793 (Attorney Docket Number: 6494-208PR1) filed May 24, 2016, which is incorporated herein by reference. be It is also U.S. Provisional Patent Application No. 15/597,635 filed May 17, 2017 (Attorney Docket Number: 6494-208US1) and U.S. Provisional Patent Application No. 15/597,635 filed May 23, 2017 Priority is claimed to Application No. 15/602,939 (Attorney Docket No. 6494-209US1), both of which are incorporated herein by reference.

本発明は、一般的には薄膜堆積に関し、より詳細には蒸着ベースの薄膜堆積に関する。 This invention relates generally to thin film deposition, and more particularly to evaporation-based thin film deposition.

シャドーマスクベースの堆積は、堆積プロセス自体の間に層の所望のパターンが画定されるように、材料の層が基板の表面上に堆積されるプロセスである。これは、「直接パターニング」とも呼ばれる成膜技術である。 Shadow mask-based deposition is a process in which a layer of material is deposited onto the surface of a substrate such that a desired pattern of the layer is defined during the deposition process itself. This is a deposition technique also called "direct patterning".

典型的なシャドーマスク堆積プロセスでは、所望の材料は、シャドーマスクがそれらの間に配置された状態で、基板から離れたところにある供給源で気化される。材料の気化原子が基板に向かって移動すると、それらは、基板表面の直前に位置する、シャドーマスクの一組の貫通孔を通過する。貫通孔(すなわち、開口部)は、基板上の材料に適したパターンで配置される。その結果、シャドーマスクは、貫通孔を通過する気化原子以外の全ての気化原子の通過を阻止し、貫通孔を通過する原子は、所望のパターンで基板表面に堆積する。シャドーマスクベースの堆積は、アートワークの開発に使用される衣料品やステンシル製品にパターン(例えば、背番号など)を形成するために使用されるシルクスクリーン技術に似ている。 In a typical shadow mask deposition process, the desired material is vaporized from a source remote from the substrate with the shadow mask positioned therebetween. As the vaporized atoms of the material travel toward the substrate, they pass through a set of through-holes in the shadow mask located just in front of the substrate surface. The through-holes (ie, openings) are arranged in a pattern suitable for the material on the substrate. As a result, the shadow mask blocks the passage of all vaporized atoms except those that pass through the through-holes, and the atoms that pass through the through-holes are deposited on the substrate surface in the desired pattern. Shadow mask-based deposition is similar to the silkscreen technique used to form patterns (eg, jersey numbers, etc.) on clothing and stenciled products used in artwork development.

シャドーマスクベースの堆積は、部分的には、材料層を堆積した後に材料層をパターニングする必要性を回避するという事実により、基板上に材料のパターンを堆積するために長年にわたって集積回路(IC)産業で使用されてきた。その結果、それを使用すると、堆積した材料をパターニングするために過酷な化学物質(例えば、酸ベースのエッチング剤、腐食性のフォトリソグラフィ現像化学物質など)に晒す必要がなくなる。さらに、シャドーマスクベースの堆積では、基板の取り扱いや処理が少なくて済むため、基板が破損するリスクが減少し、製造歩留まりが向上する。さらに、有機材料のような多くの材料は、それらを損傷することなしにフォトリソグラフィ化学薬品に晒されることができず、それは、シャドーマスクによってそのような材料を堆積することを必要とする。 Shadow mask-based deposition has long been used in integrated circuits (ICs) to deposit patterns of material on a substrate, in part due to the fact that it avoids the need to pattern a layer of material after it has been deposited. has been used in industry. As a result, its use eliminates the need to expose the deposited material to harsh chemicals (eg, acid-based etchants, corrosive photolithography development chemicals, etc.) to pattern the material. In addition, shadow mask-based deposition requires less substrate handling and processing, thereby reducing the risk of substrate damage and increasing manufacturing yields. Additionally, many materials, such as organic materials, cannot be exposed to photolithography chemicals without damaging them, which requires depositing such materials through a shadow mask.

残念なことに、従来のシャドーマスク堆積によって得られる特徴分解能は、シャドーマスクを通過した後に堆積した材料が横方向に広がる傾向があるために減少し、それは、「フェザリング」と呼ばれる。フェザリングは、基板とシャドーマスクとの間隔が大きくなるにつれて大きくなる。フェザリングを軽減するために、基板及びシャドーマスクを保持するチャックの完全性を損なうことなく、この間隔をできるだけ小さくする。さらに、堆積領域全体にわたるこの分離の不均一性は、フェザリング量の変動を引き起こす。このような不均一性は、例えば、基板とシャドーマスクとの間の平行性の欠如、基板及びシャドーマスクの一方又は両方の湾曲又は垂れ下がり等から生じ得る。 Unfortunately, the feature resolution obtained by conventional shadow mask deposition is reduced due to the tendency of deposited material to spread laterally after passing through the shadow mask, referred to as "feathering." Feathering increases as the distance between the substrate and the shadow mask increases. To mitigate feathering, this spacing is made as small as possible without compromising the integrity of the chuck holding the substrate and shadow mask. Furthermore, this non-uniformity of separation across the deposition area causes variations in the amount of feathering. Such non-uniformity can result, for example, from lack of parallelism between the substrate and the shadow mask, bowing or sagging of one or both of the substrate and shadow mask, and the like.

残念ながら、かなりの量のフェザリングが発生しないようにシャドーマスク及び基板を十分に近づけて配置することは困難である。さらに、シャドーマスクは、気化原子が貫通孔パターンに通過するのを妨げないように、その周辺部でのみ支持されなければならない。その結果、シャドーマスクの中心が重力によって垂れ下がる可能性があり、それが、さらにフェザリングの問題を悪化させる。 Unfortunately, it is difficult to place the shadow mask and substrate close enough so that a significant amount of feathering does not occur. Furthermore, the shadow mask must be supported only at its perimeter so as not to impede the passage of vaporized atoms into the through-hole pattern. As a result, the center of the shadow mask can sag under gravity, which further exacerbates the feathering problem.

したがって、実際には、従来技術のシャドーマスクベースの堆積技術によって形成された重要な表面形状は、フェザリングに対応するために、通常、比較的広い面積の解放空間によって分離され、得られるデバイス密度が制限される。例えば、アクティブマトリクス有機発光ダイオード(AMOLED)ディスプレイの各画素は、通常、それぞれ異なる色の光を発する有機発光材料の複数の領域を含む。フェザリングの問題のために、従来技術のAMOLEDディスプレイは、典型的には、約600ピクセル/インチ(ppi)以下に制限されており、これは、目に近い拡張現実及び仮想現実用途などの多くの用途にとって不十分である。さらに、画素内及び画素間に大きな隙間が必要なため、画素フィルファクタが低下し、ディスプレイの輝度が低下する。結果として、有機層を通る電流密度は、ディスプレイの寿命に悪影響を及ぼす可能性がある所望の輝度を提供するために増加されなければならない。 In practice, therefore, the critical features formed by prior art shadow mask-based deposition techniques are typically separated by relatively large areas of open space to accommodate feathering, resulting in device densities of is restricted. For example, each pixel in an active matrix organic light emitting diode (AMOLED) display typically includes multiple regions of organic light emitting material, each emitting a different color of light. Due to feathering issues, prior art AMOLED displays are typically limited to about 600 pixels per inch (ppi) or less, which is a limitation for many applications such as near-eye augmented reality and virtual reality applications. is insufficient for the use of In addition, the large gaps within and between pixels are required, which reduces the pixel fill factor and reduces the brightness of the display. As a result, the current density through the organic layers must be increased to provide the desired brightness, which can adversely affect the lifetime of the display.

別の方法は、ディスプレイ自体の活性領域と同じ大きさの開口を有するシャドーマスクを使用して、ディスプレイ全体にわたってモノクロの白色発光有機層を堆積し、次いで、OLEDの上に赤、緑及び青のカラーフィルタをパターニング又は堆積することである。これらのカラーフィルタは、(カラーフィルタに応じて)スペクトルの赤、緑又は青の部分を除いて、放出された白色光をすべて吸収し、フルカラー画像を作成することができる。しかし、これらのカラーフィルタは、放出された光の最大80%を吸収するため、ディスプレイの輝度を著しく低下させ、ここでも望ましい駆動電流よりも高い動作電流で動作させる必要がある。 Another method deposits a monochrome white light emitting organic layer over the entire display using a shadow mask with openings as large as the active area of the display itself, then red, green and blue over the OLEDs. patterning or depositing color filters. These color filters are capable of absorbing all emitted white light except the red, green or blue portion of the spectrum (depending on the color filter) and creating a full color image. However, these color filters absorb up to 80% of the emitted light, significantly reducing the brightness of the display and again requiring operation at higher than desirable drive currents.

高解像度の直接パターニングを可能にするプロセスの必要性は、従来技術において満たされていないままである。 There remains an unmet need in the prior art for processes that enable high resolution direct patterning.

本発明は、先行技術のいくらかのコスト及び不利益なしに、基板上にパターニングされた材料の層を高解像度で直接堆積することを可能にする。本発明の実施形態は、気化原子の伝播角度を基板の表面に垂直な方向の周りの狭い範囲にフィルタリングする。その結果、シャドーマスクの表面形状の横方向寸法の外側に堆積した材料のフェザリングが軽減される。本発明の実施形態は、有機発光材料などの感光性材料の堆積における使用に特によく適している。実施形態はまた、包装用途、集積回路加工用途などにおける他の薄膜層及び厚膜層の堆積にもよく適している。 The present invention enables high-resolution direct deposition of patterned layers of material onto a substrate without some of the costs and disadvantages of the prior art. Embodiments of the present invention filter the propagation angles of vaporized atoms to a narrow range around the direction normal to the surface of the substrate. As a result, feathering of material deposited outside the lateral dimension of the shadow mask topography is reduced. Embodiments of the invention are particularly well suited for use in the deposition of photosensitive materials such as organic light emitting materials. Embodiments are also well suited for the deposition of other thin and thick layers in packaging applications, integrated circuit processing applications, and the like.

本発明はさらに、わずか数ミクロンだけ接触又は分離することができるシャドーマスクと基板との高精度位置合わせを可能にする。本発明はまた、その周縁部でのみ支持されているシャドーマスクの重力によって生じる垂れ下がりの軽減をもたらす。本発明の実施形態は、高密度画素ディスプレイ(DPD)、高精細ディスプレイなどの、基板上に高密度パターンの材料を必要とする用途に特によく適している。 The present invention also allows for high precision alignment of the shadow mask and substrate, which can be in contact or separated by only a few microns. The present invention also provides a reduction in gravitationally induced sag of a shadow mask that is supported only at its perimeter. Embodiments of the present invention are particularly well suited for applications requiring dense patterns of material on a substrate, such as high density pixel displays (DPDs), high definition displays, and the like.

本発明の例示的な実施形態は、シャドーマスクの開口パターンを通過した後に材料が基板の表面上に堆積するように材料が供給源で気化される直接パターニング堆積システムである。シャドーマスクに到達する前に、気化原子は、コリメータを通過し、コリメータは、基板表面の法線方向に近い伝播角度を有するもの以外のすべての気化原子を妨げる。結果として、開口部とそれらのそれぞれの堆積材料領域との間の横方向のずれは、従来技術と比較して減少する。 An exemplary embodiment of the invention is a direct patterning deposition system in which material is vaporized at a source such that the material is deposited on the surface of the substrate after passing through the pattern of openings in the shadow mask. Before reaching the shadow mask, the vaporized atoms pass through a collimator, which blocks all vaporized atoms except those with propagation angles near the normal to the substrate surface. As a result, the lateral displacement between the openings and their respective deposited material regions is reduced compared to the prior art.

コリメータは、縦横アスペクト比が高い複数のチャネルを含み、チャネルの縦軸は、法線方向と実質的に整列している。その結果、法線に近い方向以外の方向に沿って移動するこれらの気化原子は、チャネルの内壁によって遮蔽される。 The collimator includes a plurality of channels with high aspect ratios, with longitudinal axes of the channels substantially aligned with the normal direction. As a result, those vaporized atoms traveling along directions other than the near-normal direction are shielded by the inner walls of the channel.

いくつかの実施形態では、供給源は、基板表面全体が同時に気化した材料を受け取るように、気化原子の円錐形の蒸気プルームを提供するように寸法決めされて配置されている。これらの実施形態のいくつかにおいて、堆積材料の厚さの均一性が基板表面の二次元領域にわたって改善されるように、供給源は経路に沿って移動される。 In some embodiments, the source is sized and positioned to provide a conical vapor plume of vaporized atoms such that the entire substrate surface receives vaporized material simultaneously. In some of these embodiments, the source is moved along the path so that thickness uniformity of the deposited material is improved over a two-dimensional area of the substrate surface.

いくつかの実施形態では、供給源は、扇形の蒸気プルームを放出する線状供給源であり、線状供給源は、その長手方向軸と整列していない方向に沿って移動する。これらの実施形態のいくつかにおいて、供給源は、供給源の長手方向軸と法線方向の両方に実質的に直交する方向に沿って移動される。これらの実施形態のうちのいくつかにおいて、供給源は、非線形経路に沿って移動する。 In some embodiments, the source is a linear source that emits a fan-shaped vapor plume, the linear source moving along a direction that is not aligned with its longitudinal axis. In some of these embodiments, the source is moved along a direction substantially orthogonal to both the longitudinal axis and the normal direction of the source. In some of these embodiments, the source moves along a non-linear path.

いくつかの実施形態では、供給源は、複数の個々のノズルを含み、各ノズルは、基板表面の領域にわたって実質的に均一な気化原子の流れを集合的に提供するようにそれぞれ円錐形の蒸気プルームを放出する。 In some embodiments, the source includes a plurality of individual nozzles, each nozzle having a respective cone-shaped vapor stream to collectively provide a substantially uniform flow of vaporized atoms over an area of the substrate surface. emit a plume.

いくつかの実施形態では、供給源は、加熱されたときに有機材料が供給源の平面全体にわたって均一に気化するように、基板と平行に対向して配置された二次元平面供給源である。いくつかの実施形態では、基板表面の二次元領域にわたる堆積材料の厚さ均一性を改善するために、供給源とシャドーマスクとの間の相対運動が提供される。 In some embodiments, the source is a two-dimensional planar source positioned parallel to and facing the substrate such that when heated, the organic material vaporizes uniformly over the plane of the source. In some embodiments, relative motion between the source and shadow mask is provided to improve thickness uniformity of the deposited material over a two-dimensional area of the substrate surface.

本発明の別の例示的な実施形態は、基板を保持するための第1の装着面を有する第1のチャックと、貫通孔のパターンを含むシャドーマスクを保持するための第2の装着面を有する第2のチャックとを含む直接パターニング堆積システムである。第2のチャックは、シャドーマスクの貫通孔のパターンを露出させる中央開口部を囲むフレームを含む。その結果、堆積中に、材料の気化原子が第2のチャック及び貫通孔を通過して、基板の前面の堆積領域上に所望のパターンで堆積する可能性がある。 Another exemplary embodiment of the invention includes a first chuck having a first mounting surface for holding a substrate and a second mounting surface for holding a shadow mask containing a pattern of through holes. and a second chuck having a direct patterning deposition system. A second chuck includes a frame surrounding a central opening that exposes the pattern of through-holes in the shadow mask. As a result, during deposition, vaporized atoms of the material can pass through the second chuck and through-holes and deposit in a desired pattern on the deposition area on the front side of the substrate.

第1のチャックは、基板の背面に選択的に加えられる第1の静電力を発生させる。第1のチャックはまた、基板の前面から突き出ないように寸法決めされて配置されている。同様に、第2のチャックは、シャドーマスクの背面に選択的に加えられる第2の静電力を生成する。第2のチャックはまた、シャドーマスクの前面から突き出ないように寸法決めされて配置されている。シャドーマスクと基板とが堆積のために整列しているとき、第1及び第2のチャックのどちらの部分も、基板とシャドーマスクとの間の三次元空間に侵入することはない。結果として、基板及びシャドーマスクを堆積中に非常に接近させて、あるいは接触させても配置することができ、それによってフェザリングを軽減することができる。 A first chuck generates a first electrostatic force selectively applied to the back surface of the substrate. The first chuck is also sized and positioned so as not to protrude beyond the front surface of the substrate. Similarly, a second chuck generates a second electrostatic force selectively applied to the backside of the shadow mask. The second chuck is also sized and positioned so as not to protrude beyond the front surface of the shadow mask. When the shadow mask and substrate are aligned for deposition, neither portion of the first and second chucks encroach on the three-dimensional space between the substrate and shadow mask. As a result, the substrate and shadow mask can be placed in very close proximity or even touching during deposition, thereby mitigating feathering.

いくつかの実施形態では、第1の引力及び第2の引力のうちの少なくとも1つは、真空発生力、磁力などの静電気以外の力である。 In some embodiments, at least one of the first attractive force and the second attractive force is a non-electrostatic force such as a vacuum generating force, a magnetic force, or the like.

いくつかの実施形態では、第2の装着面は、シャドーマスクの前面に引張応力を生じさせてその中央領域の重力による垂れ下がりを軽減するように寸法決めされて配置されている。いくつかのそのような実施形態において、第2のチャックのフレームは、その装着面がフレームの内周の上端から離れるように傾斜するように形作られる。その結果、シャドーマスクを第2のチャックに装着すると、シャドーマスクがわずかに曲がり、シャドーマスクの前面に引張応力が発生する。これらの実施形態のいくつかにおいて、装着面は、フレームの内周の上端から下方に湾曲している。 In some embodiments, the second mounting surface is sized and arranged to create a tensile stress in the front surface of the shadow mask to reduce gravity sag in its central region. In some such embodiments, the frame of the second chuck is shaped such that its mounting surface slopes away from the upper edge of the inner circumference of the frame. As a result, when the shadow mask is mounted on the second chuck, the shadow mask bends slightly, creating a tensile stress on the front surface of the shadow mask. In some of these embodiments, the mounting surface curves downward from the top edge of the inner perimeter of the frame.

本発明の一実施形態は、基板の堆積領域の複数の堆積部位に第1の材料を堆積させるためのシステムであって、前記複数の堆積部位が、第1の配置で配置され、前記基板が、前記堆積領域を含む第1の主面及び第2の主面を含み、前記システムが、前記第1の材料の第1の複数の気化原子を供給するための供給源であって、その第1の複数の気化原子の各々が、前記基板によって画定される第1の平面に対して垂直である第1の方向に対する伝搬角度によって特徴付けられる伝搬方向に沿って伝搬し、前記第1の複数の気化原子の伝播角度の範囲が、前記第1の角度範囲に及ぶ、供給源と、前記第1の配置で配置された複数の貫通孔を含むシャドーマスクであって、前記貫通孔を含む第3の主面及び第4の主面を含むシャドーマスクと、前記基板を保持するための第1のチャックであって、前記第1の主面に第1の引力を選択的に与えるように寸法決めされて配置されている第1のチャックと、前記シャドーマスクを保持するための第2のチャックであって、前記材料が前記第2のチャックを介して貫通孔まで通過することを可能にする第1の開口部を囲むフレームを備え、前記第3の主面に第2の引力を選択的に与えるように寸法決めされて配置されている、第2のチャックと、複数のチャネルを含み、前記供給源と前記シャドーマスクとの間にあるコリメータであって、その複数のチャネルの各々が、前記第1の角度範囲より小さい第2の角度範囲内の伝播角度を有する気化原子のみを通過させるように寸法決めされて配置されている、コリメータと、前記シャドーマスクと前記基板とを位置合わせするために、前記第1のチャックと前記第2のチャックとの相対位置を制御するための位置決めシステムと、を備えるシステムである。 One embodiment of the invention is a system for depositing a first material on a plurality of deposition sites in a deposition region of a substrate, the plurality of deposition sites arranged in a first arrangement, the substrate comprising: , a first major surface and a second major surface including the deposition region, wherein the system is a source for supplying a first plurality of vaporized atoms of the first material, the first one plurality of vaporized atoms each propagating along a propagation direction characterized by a propagation angle relative to a first direction perpendicular to a first plane defined by the substrate; a source, wherein a range of propagation angles of vaporized atoms of the vaporized atoms of the source extends over the first angular range; and a plurality of through holes arranged in the first arrangement, the shadow mask comprising the through holes a shadow mask including three major surfaces and a fourth major surface; and a first chuck for holding the substrate, dimensioned to selectively impart a first attractive force to the first major surface. a fixedly positioned first chuck and a second chuck for holding the shadow mask, allowing the material to pass through the second chuck to a through hole. a second chuck comprising a frame surrounding the first opening and dimensioned and arranged to selectively impart a second attractive force to the third major surface; and a plurality of channels; A collimator between the source and the shadow mask, each of a plurality of channels passing only vaporized atoms having propagation angles within a second angular range less than the first angular range. and a positioning system for controlling the relative positions of the first chuck and the second chuck for aligning the shadow mask and the substrate, sized and arranged to and is a system comprising

本発明の別の実施形態は、基板の堆積領域の複数の堆積部位に第1の材料を堆積し、前記複数の堆積部位が、第1の配置で配置され、前記基板が、第1の横方向の長さを有する第1の主面及び第2の主面を含むシステムであって、第1の複数の気化原子を供給する供給源であって、その第1の複数の気化原子の各々が、伝搬角度を画定する伝搬方向に沿って移動し、前記複数の伝搬角度が、第1の角度範囲に及ぶ、供給源と、前記第1の配置で配置された複数の貫通孔を含むシャドーマスクであって、前記シャドーマスクが、前記貫通孔を含む第3の主面及び第4の主面を含み、前記シャドーマスク及び前記複数の堆積部位が共同で、前記第1の角度範囲より小さい許容角度範囲を画定する、シャドーマスクと、前記基板を保持するための第1のチャックと、前記シャドーマスクを保持するための第2のチャックであって、前記材料が前記貫通孔まで前記第2のチャックを通過することを可能にする第1の開口部を囲むフレームを備え、前記シャドーマスクと基板とが位置合わせされるとき、前記シャドーマスクと基板とが共同で第1の領域を画定し、前記第1の領域が、(1)前記第1の横方向の長さ以上の第2の横方向の長さを有し、(2)前記基板と前記シャドーマスクとの間の間隔に等しい厚さを有し、(3)前記第1のチャック及び前記第2のチャックを除外し、前記第1のチャック及び第2のチャックが、その厚さが10ミクロン未満になることを可能にするように寸法決めされて配置されている、第2のチャックと、複数のチャネルを含む前記コリメータであって、その複数のチャネルの各々が、前記許容角度範囲以下であるフィルタリング角度範囲を画定する縦横アスペクト比を有する、コリメータと、を備える、システムである。 Another embodiment of the invention deposits a first material on a plurality of deposition sites in a deposition region of a substrate, said plurality of deposition sites being arranged in a first arrangement, said substrate having a first lateral A system including a first major surface and a second major surface having a directional length, a source supplying a first plurality of vaporized atoms, each of the first plurality of vaporized atoms moves along a propagation direction defining a propagation angle, said plurality of propagation angles spanning a first angular range, said shadow comprising a source and a plurality of through holes arranged in said first arrangement. a mask, wherein the shadow mask includes a third principal surface and a fourth principal surface including the through holes, and the shadow mask and the plurality of deposition sites are jointly smaller than the first angular range; A shadow mask, a first chuck for holding the substrate, and a second chuck for holding the shadow mask, defining an acceptable angular range, wherein the material extends into the second chuck through the through hole. a frame surrounding a first opening to allow passage through the chuck of the shadow mask and the substrate when the shadow mask and substrate are aligned to jointly define a first region; , the first region (1) having a second lateral length greater than or equal to the first lateral length and (2) equal to the spacing between the substrate and the shadow mask. (3) excluding the first chuck and the second chuck, allowing the first chuck and the second chuck to be less than 10 microns thick; and said collimator comprising a plurality of channels, each of said plurality of channels defining a filtering angular range that is less than or equal to said acceptable angular range. A collimator having an aspect ratio.

本発明のさらに別の実施形態は、基板の第1の配置で配置された複数の堆積部位に第1の材料を堆積させるための方法であって、前記基板が、第1の横方向の長さを有する第1の主面及び第2の主面を含み、前記第2の主面が、前記第1の領域を含み、前記方法が、供給源と、前記第1の配置で配置された複数の貫通孔を有する前記シャドーマスクとの間に位置するコリメータで第1の複数の気化原子を受け取る段階であって、前記シャドーマスクが、前記貫通孔を含む第3の主面及び第4の主面を含み、前記第1の複数の気化原子が、第1の範囲の伝播角度によって特徴付けられる、段階と、前記第1の主面に選択的に第1の引力を与える第1のチャックに前記基板を保持する段階と、前記第3の主面に選択的に第2の引力を与える第2のチャックに前記シャドーマスクを保持する段階であって、前記第2のチャックが、前記第2のチャックを介して前記複数の貫通孔まで前記材料の粒子の移動を可能にする、段階と、前記コリメータを介して前記シャドーマスクまで第2の複数の気化原子を選択的に通過させる段階であって、前記第2の複数の気化原子が、前記第1の範囲の伝搬角度より狭い第2の範囲の伝搬角度によって特徴付けられる、段階と、前記第2の主面と前記第4の主面とが10ミクロン以下の距離だけ離れるように、前記基板と前記シャドーマスクとを位置決めする段階と、前記第2の複数の気化原子の少なくとも一部が、前記第2のチャック及び前記複数の貫通孔を通過して前記基板上に堆積することを可能にする段階と、を含む、方法である。 Yet another embodiment of the present invention is a method for depositing a first material on a plurality of deposition sites arranged in a first arrangement on a substrate, the substrate having a first lateral length a first major surface and a second major surface having a height, the second major surface comprising the first region, the method comprising a source and a source arranged in the first arrangement; receiving a first plurality of vaporized atoms with a collimator positioned between the shadow mask having a plurality of through holes, the shadow mask having a third major surface including the through holes and a fourth major surface including the through holes; a first chuck comprising a major surface, wherein said first plurality of vaporized atoms is characterized by a first range of propagation angles; and selectively applying a first attractive force to said first major surface. and holding the shadow mask on a second chuck that selectively exerts a second attractive force on the third major surface, the second chuck comprising the third and selectively passing a second plurality of vaporized atoms through the collimator to the shadow mask. wherein the second plurality of vaporized atoms are characterized by a second range of propagation angles narrower than the first range of propagation angles; positioning the substrate and the shadow mask such that the surfaces are separated by a distance of 10 microns or less; and C. allowing deposition on the substrate through the holes.

従来技術による直接パターニング堆積システムの顕著な特徴部の断面の概略図である。1 is a schematic cross-sectional view of salient features of a direct patterning deposition system according to the prior art; FIG. 本発明の例示的な実施形態による、高精度直接パターニング堆積システムの顕著な特徴部の断面の概略図を示す。FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of salient features of a precision direct patterning deposition system, according to an exemplary embodiment of the invention. 例示的な実施形態による、基板上に直接パターニングされた材料の層を堆積するための方法の操作を示す。4 illustrates operation of a method for depositing a patterned layer of material directly onto a substrate, according to an exemplary embodiment; 例示的な実施形態によるマスクチャックの上面図の概略図を示す。FIG. 4 shows a schematic diagram of a top view of a mask chuck according to an exemplary embodiment; 例示的な実施形態によるマスクチャックの断面図の概略図を示す。FIG. 4 shows a schematic diagram of a cross-sectional view of a mask chuck in accordance with an exemplary embodiment; マスクチャック206に装着されたシャドーマスク106の断面図を示す。A cross-sectional view of the shadow mask 106 mounted on the mask chuck 206 is shown. 本発明の第1の代替的な実施形態によるマスクチャック206の一部の断面図の概略図を示す。FIG. 4 shows a schematic representation of a cross-sectional view of a portion of mask chuck 206 according to a first alternative embodiment of the present invention. 本発明の第2の代替的な実施形態によるマスクチャック206の一部の断面図の概略図を示す。FIG. 4B shows a schematic diagram of a cross-sectional view of a portion of mask chuck 206 according to a second alternative embodiment of the present invention. 本発明の第3の代替的な実施形態によるマスクチャックの上面図の概略図を示す。Fig. 3 shows a schematic diagram of a top view of a mask chuck according to a third alternative embodiment of the present invention; 本発明の第3の代替的な実施形態によるマスクチャックの断面図の概略図を示す。Figure 3 shows a schematic representation of a cross-sectional view of a mask chuck according to a third alternative embodiment of the present invention; 例示的な実施形態によるマスクチャックの断面図の概略図を示す。FIG. 4 shows a schematic diagram of a cross-sectional view of a mask chuck in accordance with an exemplary embodiment; 基板102を保持している間の基板チャック204の断面図の概略図を示す。FIG. 4 shows a schematic illustration of a cross-sectional view of substrate chuck 204 while holding substrate 102 . 材料116の堆積に対して位置合わせされた基板102及びシャドーマスク106を有するシステム100の一部の断面図の概略図を示す。FIG. 4 shows a schematic representation of a cross-sectional view of a portion of system 100 with substrate 102 and shadow mask 106 aligned for deposition of material 116 . 基板102の画素領域及びシャドーマスク106の対応する開口部120の拡大図の概略図を示す。FIG. 2 shows a schematic diagram of a magnified view of the pixel area of the substrate 102 and the corresponding opening 120 of the shadow mask 106. FIG. 例示的な実施形態によるコリメータの断面図の概略図を示す。FIG. 4 shows a schematic diagram of a cross-sectional view of a collimator according to an exemplary embodiment; コリメータ208の領域の上面図の概略図を示す。FIG. 4 shows a schematic diagram of a top view of the area of the collimator 208. FIG. コリメータ208の領域の断面図の概略図を示す。FIG. 4 shows a schematic diagram of a cross-sectional view of the area of the collimator 208. FIG.

図1は、従来技術による直接パターニング堆積システムの顕著な特徴部の断面の概略図を示す。システム100は、基板の前に配置されたシャドーマスクを通して材料を蒸発させることによって基板上に材料の所望のパターンを堆積させる従来の蒸着システムである。システム100は、低圧真空チャンバ(図示せず)内に配置された供給源104及びシャドーマスク106を含む。 FIG. 1 shows a cross-sectional schematic of salient features of a direct patterning deposition system according to the prior art. System 100 is a conventional deposition system that deposits a desired pattern of material on a substrate by evaporating the material through a shadow mask placed in front of the substrate. System 100 includes source 104 and shadow mask 106 positioned within a low pressure vacuum chamber (not shown).

基板102は、アクティブマトリクス有機発光ダイオード(AMOLED)ディスプレイの形成に適したガラス基板である。基板102は、平面108及び法線軸110を画定する表面114を含む。法線軸110は、平面108と直交する。表面114は、緑色光を放出する材料を受容するための複数の堆積部位G、青色光を放出する材料を受容するための複数の堆積部位B、及び、赤色光を放出する材料を受容するための複数の堆積部位Rを含む。堆積部位は、各画素領域が各色の発光材料のための1つの堆積部位を含むように、複数の画素領域112に配置される。 Substrate 102 is a glass substrate suitable for forming an active matrix organic light emitting diode (AMOLED) display. Substrate 102 includes a surface 114 that defines a plane 108 and a normal axis 110 . Normal axis 110 is orthogonal to plane 108 . Surface 114 has a plurality of deposition sites G for receiving green light-emitting materials, a plurality of deposition sites B for receiving blue light-emitting materials, and a plurality of red light-emitting materials. includes a plurality of deposition sites R of The deposition sites are arranged in a plurality of pixel areas 112 such that each pixel area contains one deposition site for each color of light-emitting material.

供給源104は、材料116を気化させるための坩堝であり、これは、所望の波長の光を放射する有機材料である。図示の例では、材料116は、赤色光を放射する有機発光材料である。図示の例では、供給源104は、基板102に対して中心にある単室坩堝である。しかしながら、いくつかの実施形態では、供給源104は、一次元及び/又は二次元の配置で配置された複数のチャンバを備える。材料116が真空チャンバ110の低圧雰囲気内で溶融又は昇華すると、材料116の気化原子122が供給源から放出され、実質的に弾道的に基板102に向かって伝播する。供給源104から放出された気化原子は、集合的に蒸気プルーム124を画定する。 Source 104 is a crucible for vaporizing material 116, which is an organic material that emits light of the desired wavelength. In the illustrated example, material 116 is an organic light emitting material that emits red light. In the illustrated example, source 104 is a single-chamber crucible centered with respect to substrate 102 . However, in some embodiments, source 104 comprises multiple chambers arranged in a one-dimensional and/or two-dimensional arrangement. As material 116 melts or sublimates within the low pressure atmosphere of vacuum chamber 110 , vaporized atoms 122 of material 116 are emitted from the source and propagate toward substrate 102 substantially ballistically. Vaporized atoms emitted from source 104 collectively define vapor plume 124 .

シャドーマスク106は、開口部120を含む構造材料のプレートである。シャドーマスクは、ほぼ平らで、平面118を画定する。シャドーマスクは、それがその開口部を通過するものを除く全ての気化原子の通過を妨げるように、供給源104と基板102との間に配置される。シャドーマスク及び基板は、分離距離s(典型的には数十又は数百ミクロン)によって分離され、平面108及び118は、実質的に平行であり、開口部120は、堆積部位Rと整列している。 Shadow mask 106 is a plate of structural material that includes openings 120 . The shadow mask is generally flat and defines plane 118 . A shadow mask is placed between the source 104 and the substrate 102 such that it blocks the passage of all vaporized atoms except those through its openings. The shadow mask and substrate are separated by a separation distance s (typically tens or hundreds of microns), planes 108 and 118 are substantially parallel, and opening 120 is aligned with deposition site R. there is

理想的には、赤色発光材料116を堆積するとき、気化原子は、堆積部位Rにのみ入射する。残念なことに、蒸気プルーム124は、多くの異なる伝播方向126に沿って移動する気化原子を含み、それらの多くは、法線軸110の方向と整列していない。結果として、開口部120を通過する気化原子の大部分は、大きな横方向成分を有する伝播方向に沿って移動している。各気化原子が表面114に入射する点は、その伝播角度及び基板とシャドーマスクとの間の空間的関係、具体的には間隔s及び開口部120と堆積部位Rとの位置関係によって幾何学的に決定される。添付の特許請求の範囲を含む本明細書の目的のために、用語「伝播角度」は、基板102の平面108に垂直な方向(すなわち、法線方向128であり、これは、法線軸110と一致する)に関して気化原子の伝播方向によって形成される角度として定義される。例えば、気化原子122は、伝播方向126に沿って移動し、法線方向128に対して伝播角度θpを生成する。 Ideally, when depositing the red emitting material 116, the vaporized atoms are only incident on the deposition sites R. Unfortunately, the vapor plume 124 contains vaporized atoms traveling along many different propagation directions 126 , many of which are not aligned with the direction of the normal axis 110 . As a result, most of the vaporized atoms passing through opening 120 are traveling along the propagation direction with a large lateral component. The point at which each vaporized atom impinges on surface 114 is geometrically defined by its propagation angle and the spatial relationship between the substrate and the shadow mask, specifically the spacing s and the positional relationship between opening 120 and deposition site R. is determined by For the purposes of this specification, including the appended claims, the term "propagation angle" is the direction perpendicular to the plane 108 of the substrate 102 (i.e., the normal direction 128, which is the normal axis 110 and is defined as the angle formed by the direction of propagation of vaporized atoms with respect to For example, vaporized atoms 122 move along propagation direction 126 and produce a propagation angle θp with respect to normal direction 128 .

蒸気プルーム124の気化原子の伝播角度は、-θmから+θmの比較的広い角度範囲に及び、これは、従来技術の直接堆積システムにとって重大な不都合を引き起こす。特に、それは、開口部120の周囲の外側の前面114上に材料118の堆積をもたらし、これは、典型的には「フェザリング」と呼ばれる。さらに、開口部でのフェザリングの量は、基板102の中心からのその開口部の距離とともに増加する。 The propagation angles of the vaporized atoms of the vapor plume 124 span a relatively wide angular range from -θm to +θm, which poses a significant disadvantage for prior art direct deposition systems. In particular, it causes deposition of material 118 on the outer front surface 114 around the opening 120, which is typically referred to as "feathering." Furthermore, the amount of feathering at an opening increases with the distance of that opening from the center of substrate 102 .

蒸気プルーム124の中心の付近に配置された開口部の場合、シャドーマスク106に到達する気化原子122は、比較的小さい角度範囲内の伝播角度を有する。言い換えれば、それらは、法線軸110とわずかにずれた方向に沿って移動している。その結果、これらの開口部を通過する気化原子は、シャドーマスクを通過した後に最小の横方向ドリフト(フェザリング)のみを示す。したがって、この領域では、堆積材料116の横方向の長さは、通常、開口部120の縁部とほぼ一直線に並ぶ(すなわち、それは、主に目標堆積部位Rに堆積する)。 For an aperture located near the center of vapor plume 124, vaporized atoms 122 reaching shadow mask 106 have propagation angles within a relatively small range of angles. In other words, they are moving along directions that are slightly offset from the normal axis 110 . As a result, vaporized atoms passing through these openings exhibit only minimal lateral drift (feathering) after passing through the shadow mask. Thus, in this region, the lateral length of deposition material 116 is typically substantially aligned with the edge of opening 120 (ie, it deposits primarily at target deposition site R).

しかしながら、蒸気プルーム124の中心からさらに離れた開口部については、シャドーマスク106に到達する気化原子は、比較的広い角度範囲に広がり、|θm|に近い伝播角度を含む。その結果、これらの領域では、シャドーマスクを通過した後に気化原子が移動する横方向の距離が長くなり、堆積した材料が開口部の横方向の長さを遥かに超えてフェザリングすることになる。これにより、開口部開口の縁部と材料116が堆積する領域の周囲との間に横方向のオフセットΔfが生じる。したがって、堆積した材料は、ターゲット堆積領域の範囲を超えて広がる。場合によっては、そのようなフェザリングは、異なる発光材料を意図した隣接する堆積部位(すなわち、堆積部位、B及び/又はG)上への材料の堆積をもたらし、それによって混色を引き起こす可能性がある。 However, for openings further away from the center of the vapor plume 124, the vaporized atoms reaching the shadow mask 106 are spread over a relatively wide range of angles, including propagation angles close to |θm|. As a result, in these regions, vaporized atoms travel a greater lateral distance after passing through the shadow mask, causing the deposited material to feather far beyond the lateral extent of the opening. . This creates a lateral offset Δf between the edge of the aperture opening and the perimeter of the area where material 116 is deposited. Thus, the deposited material extends beyond the target deposition area. In some cases, such feathering can result in deposition of material onto adjacent deposition sites intended for different emissive materials (i.e., deposition sites, B and/or G), thereby causing color mixing. be.

面108及び118の平行度からのずれ(すなわち、マスクと基板との間の相対的なピッチ及び/又は偏揺れ)、シャドーマスク及び/又は基板の非平坦度、及びシャドーマスクと基板との間の並進及び/又は回転のずれなど、シャドーマスクと基板との間のあらゆる追加の不整合によってフェザリングが悪化することに留意されたい。さらに、多くの従来技術の堆積システム(例えば、複数の材料を堆積するためのシステムなど)では、供給源104は、基板から中心を外れて配置され、それは、さらに大きなフェザリング問題をもたらす。 deviations from parallelism of surfaces 108 and 118 (i.e., relative pitch and/or yaw between mask and substrate), shadow mask and/or substrate unflatness, and between shadow mask and substrate; Note that any additional misalignment between the shadow mask and the substrate, such as translational and/or rotational misalignment, will exacerbate feathering. Moreover, in many prior art deposition systems (eg, systems for depositing multiple materials, etc.), the source 104 is positioned off-center from the substrate, which creates even greater feathering problems.

当業者は、堆積中にシャドーマスク106を基板102と接触するように配置することがフェザリングの問題を軽減するか、又は完全に排除することさえあることを認識するであろう。残念ながら、これは、望ましくないか、いくつかの理由で不可能な場合が多くある。第一に、従来技術の基板及びシャドーマスクチャックは、通常、それぞれ基板及びシャドーマスクの上方に突出する特徴部を含む。結果として、これらの特徴部は、基板及びシャドーマスクをどれだけ近くに配置できるかを制限する遮蔽要素として機能する。第二に、シャドーマスクと接触すると、基板表面の既存の構造に損傷を与える可能性がある。第三に、シャドーマスクの損傷は、基板との接触によって発生する可能性がある。第四に、基板との接触から除去する際にシャドーマスク表面に残渣が残る可能性がある。シャドーマスクの頻繁な洗浄が必要になるため、処理時間及び全体的なコストが増加し、同時に洗浄作業中にマスクが損傷する可能性がある。その結果、従来技術のシャドーマスク堆積は、フェザリングが重大な悪影響を及ぼす非接触構成に実質的に限定されてきた。第五に、従来のシャドーマスクは、通常金属製であるため、必然的にかなり厚くなる。基板と接触して配置されると、厚いシャドーマスクは、各開口部領域内に陰影を生じさせ、その結果、堆積された特徴部の縁が薄くなる。従来技術で一般的に使用されているようなより厚いシャドーマスクの場合、開口部の壁及びサブ画素の縁部がより薄くなるために、より多くの材料が失われる。 Those skilled in the art will recognize that placing the shadow mask 106 in contact with the substrate 102 during deposition may reduce or even completely eliminate the feathering problem. Unfortunately, this is often undesirable or impossible for several reasons. First, prior art substrate and shadow mask chucks typically include features that protrude above the substrate and shadow mask, respectively. As a result, these features act as shielding elements that limit how close the substrate and shadow mask can be placed. Second, contact with the shadow mask can damage existing structures on the substrate surface. Third, shadow mask damage can occur from contact with the substrate. Fourth, residue can remain on the shadow mask surface upon removal from contact with the substrate. Frequent cleaning of the shadow mask is required, increasing processing time and overall cost, while potentially damaging the mask during cleaning operations. As a result, prior art shadow mask deposition has been substantially limited to non-contact configurations where feathering has significant adverse effects. Fifth, conventional shadow masks are typically made of metal and are therefore necessarily quite thick. When placed in contact with the substrate, the thick shadow mask causes shadowing within each opening area, resulting in thin edges of the deposited features. With thicker shadow masks, such as those commonly used in the prior art, more material is lost due to thinner aperture walls and sub-pixel edges.

しかしながら、本発明は、先行技術のいくつかの不利益なしに直接堆積を可能にする。本発明の第1の態様は、基板の表面に対してほぼ垂直な方向に沿って伝搬する気化原子のみをシャドーマスクに到達させることによってフェザリングを大幅に低減し、それによって、シャドーマスクの開口パターンに対してより高い解像度及び忠実性を有する堆積材料のパターンを可能にすることである。 However, the present invention allows direct deposition without some of the disadvantages of the prior art. A first aspect of the present invention significantly reduces feathering by allowing only vaporized atoms propagating along directions substantially perpendicular to the surface of the substrate to reach the shadow mask, thereby reducing the openings in the shadow mask. To allow patterns of deposited material with higher resolution and fidelity to the pattern.

本発明の他の態様は、シャドーマスクに窒化ケイ素のような非金属材料を使用すると、それを極めて薄く(≦1ミクロン)することができ、それによって、従来技術のシャドーマスクの陰影が著しく少なくなることである。 Another aspect of the present invention is that the use of non-metallic materials such as silicon nitride for the shadow mask allows it to be extremely thin (≤1 micron), thereby significantly reducing the shading of prior art shadow masks. It is to become.

本発明のさらに別の態様は、シャドーマスクの重力によって生じる垂れ下がりを、シャドーマスクに対する重力の影響に対抗するように寸法決めされて配置されたシャドーマスクチャックを使用することによって低減又は排除できることである。 Yet another aspect of the present invention is that gravity-induced sag of the shadow mask can be reduced or eliminated by using a shadow mask chuck that is sized and positioned to counteract the effects of gravity on the shadow mask. .

本発明の別の態様は、基板及びシャドーマスクの上面より上に突出する構造を持たない基板及びシャドーマスクチャックが、基板とシャドーマスクとの間の極めて小さな分離、さらには接触さえも可能にし、それによって、フェザリングを軽減することである。基板/シャドーマスクの接触はまた、堆積中のそれらの安定性を増加させ、無駄を減らすことによって材料利用を改善し、より速い堆積及びより高いスループットを可能にし、より低い温度での堆積を可能にする。 Another aspect of the present invention is a substrate and shadow mask chuck having no structures protruding above the top surface of the substrate and shadow mask, allowing very small separation, even contact, between the substrate and the shadow mask, This is to reduce feathering. The substrate/shadow mask contact also increases their stability during deposition, improves material utilization by reducing waste, allows faster deposition and higher throughput, and allows deposition at lower temperatures. to

図2は、本発明の例示的な実施形態による、高精度直接パターニング堆積システムの顕著な特徴部の断面の概略図を示す。システム200は、真空チャンバ202、基板チャック204、供給源104、シャドーマスク106、マスクチャック206、コリメータ208及び位置決めシステム212を含む。システム200は、フォトリソグラフィ及びエッチングなどの後続の減法パターニング作業を必要とせずに、基板表面上に所望の材料パターンを蒸着させるように動作する。 FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of salient features of a precision direct patterning deposition system, according to an exemplary embodiment of the invention. System 200 includes vacuum chamber 202 , substrate chuck 204 , source 104 , shadow mask 106 , mask chuck 206 , collimator 208 and positioning system 212 . System 200 operates to deposit a desired material pattern on a substrate surface without requiring subsequent subtractive patterning operations such as photolithography and etching.

システム200は、本明細書では、AMOLEDディスプレイの製造の一部としてのガラス基板上への発光材料のパターンの堆積に関して説明される。しかしながら、本明細書を読んだ後、本発明は、半導体基板(例えば、シリコン、シリコンカーバイド、ゲルマニウムなど)、セラミック基板、金属基板、プラスチック基板などの多様な基板のいずれかの上における、実質的に任意の薄膜及び厚膜材料(有機又は無機)の直接パターニングされた層の形成に向けられ得ることは当業者にとって明らかであろう。さらに、例示的な実施形態は熱蒸着システムであるが、当業者は、本明細書を読んだ後、本発明が電子ビーム蒸着、スパッタリング及びスパッタリングなどの実質的にあらゆる材料堆積プロセスに向けられ得ることを認識する。さらにまた、図示の例は、単一基板平面処理での使用に適した堆積システムであるが、本発明は、クラスタツール処理、トラック処理、ロールツーロール処理、リールツーリール処理などの他の製造方法での使用にも適している。結果として、本発明は、限定はしないが、パッケージング用途、IC製造、MEMS製造、ナノテクノロジーデバイス製造、ボールグリッドアレイ(BGA)製造などを含む無数の用途での使用に適している。 System 200 is described herein with respect to depositing a pattern of light-emitting material onto a glass substrate as part of manufacturing an AMOLED display. However, after reading this specification, the present invention will provide a substantial It will be apparent to those skilled in the art that the method can be directed to forming directly patterned layers of any thin and thick film material (organic or inorganic). Further, although the exemplary embodiment is a thermal evaporation system, one of ordinary skill in the art, after reading this specification, will recognize that the present invention can be directed to virtually any material deposition process, such as electron beam evaporation, sputtering and sputtering. Recognize that. Furthermore, although the illustrated example is a deposition system suitable for use in single substrate planar processing, the invention is applicable to other manufacturing processes such as cluster tool processing, track processing, roll-to-roll processing, reel-to-reel processing, and the like. Also suitable for use in methods. As a result, the present invention is suitable for use in myriad applications including, but not limited to, packaging applications, IC manufacturing, MEMS manufacturing, nanotechnology device manufacturing, ball grid array (BGA) manufacturing, and the like.

図示の例では、シャドーマスク106は、操作基板224と膜226とを含む高精度シャドーマスクであり、膜226は、操作基板に形成された中央開口部の上に懸架されている。膜226は、貫通孔パターン228を含む。シャドーマスク106は、2つの主面、すなわち前面230と背面232とを含む。前面230は、膜226の上面であり(すなわち、操作基板224に対して遠位の膜面)、これは、平面118を画定する。背面232は、操作基板224の表面である(すなわち、膜226に対して遠位の基板表面)。シャドーマスク106は、高精度の膜ベースのシャドーマスクであるが、本発明によるマスクチャックは、事実上あらゆるタイプのシャドーマスクを保持するために使用できることに留意されたい。好ましくは、膜226は、窒化ケイ素を含む。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく他の材料を使用することができる。好ましくは、膜226は、1ミクロン以下の厚さを有する。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、他の厚さを膜に使用することができる。 In the illustrated example, shadow mask 106 is a precision shadow mask that includes a handle substrate 224 and membrane 226, with membrane 226 suspended over a central opening formed in the handle substrate. Membrane 226 includes a through-hole pattern 228 . Shadow mask 106 includes two major surfaces, front surface 230 and back surface 232 . Front surface 230 is the top surface of membrane 226 (ie, the membrane surface distal to steering substrate 224 ), which defines plane 118 . Back surface 232 is the surface of steering substrate 224 (ie, the substrate surface distal to membrane 226). Note that the shadow mask 106 is a high precision film-based shadow mask, but the mask chuck according to the invention can be used to hold virtually any type of shadow mask. Preferably, membrane 226 comprises silicon nitride. However, other materials can be used without departing from the scope of the invention. Preferably, membrane 226 has a thickness of 1 micron or less. However, other thicknesses can be used for the membrane without departing from the scope of the invention.

上述のように、1ミクロン以下の厚さを有するシャドーマスク膜を使用することにより、従来技術のシャドーマスクと比較して直接堆積中の陰影効果を減少させることができる。 As noted above, the use of shadow mask films having a thickness of 1 micron or less can reduce shadowing effects during direct deposition compared to prior art shadow masks.

真空チャンバ202は、材料116の蒸着に必要な低圧環境を収容するための従来の圧力容器である。図示の例では、真空チャンバ110は、独立型ユニットである。しかしながら、それは、本発明の範囲から逸脱することなく、複数の蒸着チャンバが直線状に配置されているクラスタ堆積システム又はトラック堆積システムの一部として実現することもできる。いくつかの実施形態では、真空チャンバ110は、例えば異なる色(例えば、赤、緑及び青)で発光する複数の発光サブ画素など、基板102上に異なる材料の異なるパターンの形成を可能にするいくつかの蒸発源/シャドーマスクの組合せを含む。 Vacuum chamber 202 is a conventional pressure vessel for containing the low pressure environment required for deposition of material 116 . In the illustrated example, vacuum chamber 110 is a stand-alone unit. However, it can also be implemented as part of a cluster deposition system or track deposition system in which a plurality of deposition chambers are arranged in a line without departing from the scope of the invention. In some embodiments, the vacuum chamber 110 has several layers that enable the formation of different patterns of different materials on the substrate 102, such as multiple emissive sub-pixels that emit light in different colors (e.g., red, green, and blue). Including some vapor source/shadow mask combinations.

コントローラ240は、とりわけ制御信号236及び238を基板チャック204及びマスクチャック206にそれぞれ提供する従来の機器コントローラである。 Controller 240 is a conventional instrument controller that, among other things, provides control signals 236 and 238 to substrate chuck 204 and mask chuck 206, respectively.

図3は、例示的な実施形態による、基板上に直接パターニングされた材料の層を堆積するための方法の動作を示す。方法300は、引き続き図2を参照しながら、同様に図4A及び図4B、図5、図6A及び図6B、図7A及び図7B、図8A及び図8B、図9、図10並びに図11Aから図11Cを参照して本明細書で説明される。方法300は、コリメータ208がコリメータチャック210に装着される操作301から始まる。 FIG. 3 illustrates method operations for depositing a patterned layer of material directly onto a substrate, according to an exemplary embodiment. 4A-4B, 5, 6A-6B, 7A-7B, 8A-8B, 9, 10 and 11A, with continued reference to FIG. Described herein with reference to FIG. 11C. Method 300 begins at operation 301 where collimator 208 is mounted on collimator chuck 210 .

コリメータ208は、以下により詳細に説明されるように、また図11Aから図11Cに関して説明されるように、薄い壁によって分離された複数のチャネルを含む機械的に頑丈なプレートである。コリメータ208は、平面108にほぼ垂直な方向に沿って伝播する(すなわち、非常に小さい伝播角度を有する)気化原子を選択的に通過させる空間フィルタとして機能するように寸法決めされて配置されている。したがって、コリメータ202は、基板102の全体にわたるフェザリングを軽減する。 Collimator 208 is a mechanically robust plate containing multiple channels separated by thin walls, as described in more detail below and with respect to FIGS. 11A-11C. Collimator 208 is sized and positioned to act as a spatial filter to selectively pass vaporized atoms propagating along directions substantially perpendicular to plane 108 (i.e., having very small propagation angles). . Collimator 202 thus reduces feathering across substrate 102 .

コリメータチャック210は、シャドーマスク106に対してコリメータを保持し位置決めするための環状クランプ機構である。 Collimator chuck 210 is an annular clamping mechanism for holding and positioning the collimator relative to shadow mask 106 .

操作302では、シャドーマスク106がマスクチャック206に装着される。 In operation 302 , shadow mask 106 is loaded onto mask chuck 206 .

マスクチャック206は、その背面のみに与えられる吸引力を介してシャドーマスク106を保持するための固定具である。図示の例では、マスクチャック206は、静電力を用いてシャドーマスク106を保持する。いくつかの実施形態では、マスクチャック206は、真空発生力、磁力などのような種々の吸引力を用いてシャドーマスクを保持する。他の実施形態では、マスクチャック206は、機械的クランプである。 Mask chuck 206 is a fixture for holding shadow mask 106 via suction applied only to its back surface. In the illustrated example, mask chuck 206 holds shadow mask 106 using electrostatic forces. In some embodiments, the mask chuck 206 holds the shadow mask using various attractive forces such as vacuum forces, magnetic forces, and the like. In other embodiments, mask chuck 206 is a mechanical clamp.

図4A及び図4Bはそれぞれ、例示的な実施形態によるマスクチャックの上面図及び断面図の概略図を示す。図4Bで示される断面は、図4Aで示される線a-aから見た図である。マスクチャック206は、フレーム402、電極404-1及び404-2並びにパッド406を含む。 4A and 4B show schematic diagrams of top and cross-sectional views, respectively, of a mask chuck according to an exemplary embodiment. The cross-section shown in FIG. 4B is taken from line aa shown in FIG. 4A. Mask chuck 206 includes frame 402 , electrodes 404 - 1 and 404 - 2 and pads 406 .

フレーム402は、電気的に絶縁性の材料の構造的に剛性のある円形リングである。フレーム402は、貫通孔パターン228全体を露出させるのに十分な大きさの開口部408を囲む。いくつかの実施形態では、フレーム402は、正方形、長方形、不規則形状など、円形以外の形状を有する。いくつかの実施形態において、フレーム402は、電気絶縁体で被覆されている導電性材料を含む。 Frame 402 is a structurally rigid circular ring of electrically insulating material. Frame 402 surrounds an opening 408 large enough to expose the entire through-hole pattern 228 . In some embodiments, frame 402 has a shape other than circular, such as square, rectangular, or irregular. In some embodiments, frame 402 comprises a conductive material coated with an electrical insulator.

電極404-1及び404-2は、フレーム402の表面に形成された導電要素である。電極404-1及び404-2は、コントローラ240と電気的に結合されている。 Electrodes 404 - 1 and 404 - 2 are conductive elements formed on the surface of frame 402 . Electrodes 404 - 1 and 404 - 2 are electrically coupled to controller 240 .

パッド406は、電極404-1及び404-2上に配置された電気絶縁材料の構造的に剛性のプレートである。パッド406の各々は、マスクチャックに装着されたときにシャドーマスク106が保持される装着面410を含む。 Pad 406 is a structurally rigid plate of electrically insulating material disposed over electrodes 404-1 and 404-2. Each of pads 406 includes a mounting surface 410 on which shadow mask 106 is held when mounted on a mask chuck.

図5は、マスクチャック206に装着されたシャドーマスク106の断面図を示す。 FIG. 5 shows a cross-sectional view of shadow mask 106 mounted on mask chuck 206 .

シャドーマスク106は、装着面410と背面232との間に加えられる静電力によってマスクチャック206に保持される。静電力は、制御信号238によって生成される電極401-1と404-2との間の電位に応じて発生する。背面232が装着面410と接触すると、図示のように、共鳴電荷領域が操作基板224内に発生する。結果として、静電力は、背面232と装着面410との間に選択的に与えられる。 Shadow mask 106 is held on mask chuck 206 by electrostatic forces applied between mounting surface 410 and back surface 232 . An electrostatic force is generated in response to the potential between electrodes 401-1 and 404-2 generated by control signal 238. FIG. When the back surface 232 contacts the mounting surface 410, a resonant charge region is generated within the operating substrate 224, as shown. As a result, an electrostatic force is selectively applied between back surface 232 and mounting surface 410 .

通常、シャドーマスク106は、その周囲でのみ支持される。その結果、従来技術のシャドーマスクは、重力下で垂れ下がる傾向がある。いくつかの実施形態では、本発明によるマスクチャックは、シャドーマスクが装着されたときにシャドーマスクの重力によって生じる垂れ下がりを軽減又は排除する1つ又は複数の特徴を含む。上記に詳細に説明したように、シャドーマスクは、それ自体の質量及び重力の影響のために中心で数ミクロン垂れ下がることがある。この重力によって生じる垂れさがりは、フェザリングを悪化させるいくつかの重要な問題を引き起こす。第一に、それは、シャドーマスクと、通常シャドーマスクを中心とした堆積領域の中央部にある基板との間隔を広げる。上述のように、フェザリングは、基板/シャドーマスクの分離距離と共に増加する。第二に、それは、基板とシャドーマスクとの間の不均一な分離をもたらし、それは、基板表面を横切って生じるフェザリングの程度における変動を生じさせる。不均一性のため、独創的なマスク配置でフェザリングを補正することは、不可能ではないにしても困難である。 Shadow mask 106 is typically supported only at its perimeter. As a result, prior art shadow masks tend to sag under gravity. In some embodiments, mask chucks according to the present invention include one or more features that reduce or eliminate gravity-induced sagging of the shadow mask when the shadow mask is mounted. As detailed above, the shadow mask may sag several microns in the center due to its own mass and gravitational effects. This gravity-induced sag creates several important problems that exacerbate feathering. First, it increases the distance between the shadow mask and the substrate, usually in the middle of the deposition area centered on the shadow mask. As mentioned above, feathering increases with the substrate/shadow mask separation distance. Second, it results in a non-uniform separation between the substrate and the shadow mask, which causes variations in the degree of feathering that occur across the substrate surface. Non-uniformity makes it difficult, if not impossible, to correct for feathering with creative mask placement.

本発明のさらに別の態様は、マスクチャックがシャドーマスクの重力によって生じる垂れ下がりを軽減する特徴を含むことができることである。 Yet another aspect of the present invention is that the mask chuck can include features that reduce gravity-induced sag of the shadow mask.

いくつかの実施形態では、マスクチャック206は、シャドーマスクを上方にバイアスさせて重力によるシャドーマスクの垂れ下がりを打ち消すような僅かな湾曲(例えば、上向きの傾斜)を含む。いくつかの実施形態では、微細支持構造がマスクチャック206の開口部を横切って延びてマスクを支持し、重力による垂れ下がりを減少させることができる。これらの特徴は、以下で、図6A及び図6B並びに図7A及び図7Bに関してより詳細に説明される。 In some embodiments, the mask chuck 206 includes a slight curvature (eg, an upward slope) that biases the shadow mask upward to counteract shadow mask sag due to gravity. In some embodiments, a microsupport structure can extend across the opening of the mask chuck 206 to support the mask and reduce sagging due to gravity. These features are described in more detail below with respect to Figures 6A and 6B and Figures 7A and 7B.

本発明の第1の代替的な実施形態によるマスクチャックの一部の断面図の概略図を示す。図6Aに示される断面は、図4Aに示される線a-aから見た図である。マスクチャック600は、フレーム402、電極404-1及び404-2並びにパッド702を含む。 Figure 2 shows a schematic representation of a cross-sectional view of part of a mask chuck according to a first alternative embodiment of the present invention; The cross-section shown in FIG. 6A is taken from line aa shown in FIG. 4A. Mask chuck 600 includes frame 402 , electrodes 404 - 1 and 404 - 2 and pads 702 .

パッド602は、上述のパッド406に類似している。しかしながら、各パッド602は、それがマスクチャックに装着されたときにシャドーマスクに引張歪みを誘起又は増大させるように設計された装着面を有する。パッド602は、装着面604を有し、この装着面604は、内縁部606(すなわち、開口部408に近い側の縁部)から外縁部608まで下方に直線的に先細りになっている。言い換えれば、装着面604は、図示のように、点614から点616(すなわち、それが、平面610で内縁部606と交わるところから平面612で外縁部608と交わるところ)まで、負のz方向で先細りになっている。したがって、内縁部606が平面610に対して垂直である実施形態では、内縁部606と装着面604とが、鋭角であるように内角θを生成する。 Pad 602 is similar to pad 406 described above. However, each pad 602 has a mounting surface designed to induce or increase tensile strain on the shadow mask when it is mounted on the mask chuck. The pad 602 has a mounting surface 604 that tapers linearly downward from an inner edge 606 (ie, the edge closer to the opening 408 ) to an outer edge 608 . In other words, mounting surface 604 extends in the negative z-direction from point 614 to point 616 (ie, where it intersects inner edge 606 at plane 610 to where it intersects outer edge 608 at plane 612), as shown. tapering off at Thus, in embodiments where inner edge 606 is perpendicular to plane 610, inner edge 606 and mounting surface 604 create an interior angle θ such that it is an acute angle.

シャドーマスク106がマスクチャック600内に保持されると、背面232が装着面604に引き寄せられ、それによって、シャドーマスクの前面230の横方向の張力を増大させるシャドーマスクの湾曲を生じさせる。その結果、膜がより強く引っ張られ、重力によって生じる垂れ下がりが減少又は解消される。 When the shadow mask 106 is held in the mask chuck 600, the back surface 232 is drawn toward the mounting surface 604, thereby causing shadow mask curvature that increases the lateral tension of the front surface 230 of the shadow mask. As a result, the membrane is pulled tighter and gravity-induced sag is reduced or eliminated.

図6Bは、本発明の第2の代替的な実施形態によるマスクチャックの一部の断面図の概略図を示す。図6Bに示される断面は、図4Aに示される線a-aから見た図である。マスクチャック618は、フレーム402、電極404-1及び404-2並びにパッド720を含む。 FIG. 6B shows a schematic diagram of a cross-sectional view of a portion of a mask chuck according to a second alternative embodiment of the invention. The cross-section shown in FIG. 6B is taken from line aa shown in FIG. 4A. Mask chuck 618 includes frame 402 , electrodes 404 - 1 and 404 - 2 and pads 720 .

パッド620は、上述のパッド406に類似している。しかしながら、パッド602と同様に、各パッド620は、シャドーマスクがマスクチャックに装着されたときにシャドーマスクに引張歪みを生じさせるか又は増加させるように設計された装着面を有する。パッド620は、装着面622を有し、装着面622は、内縁部606から外縁部608まで下方に(すなわち、図示のように負のz方向に)湾曲する。言い換えれば、装着面622は、図示のように、点614から点616まで負のz方向に先細りになっている。 Pad 620 is similar to pad 406 described above. However, like pads 602, each pad 620 has a mounting surface designed to create or increase tensile strain on the shadow mask when it is mounted on the mask chuck. Pad 620 has a mounting surface 622 that curves downward (ie, in the negative z-direction as shown) from inner edge 606 to outer edge 608 . In other words, mounting surface 622 tapers in the negative z direction from point 614 to point 616 as shown.

シャドーマスク106がマスクチャック618に保持されると、背面232が装着面622に引き寄せられ、それによって、シャドーマスクの前面230の横方向の張力を増加させるシャドーマスク内の湾曲が引き起こされる。その結果、膜がより強く引っ張られ、重力によって生じる垂れ下がりが減少又は解消される。いくつかの実施形態では、前面230に生じる追加の張力の量は、電極404-1及び404-2に印加される電圧差の大きさを制御することによって制御することができる。 When the shadow mask 106 is held in the mask chuck 618, the back surface 232 is drawn toward the mounting surface 622, thereby causing a curvature within the shadow mask that increases the lateral tension of the front surface 230 of the shadow mask. As a result, the membrane is pulled tighter and gravity-induced sag is reduced or eliminated. In some embodiments, the amount of additional tension created in front surface 230 can be controlled by controlling the magnitude of the voltage difference applied to electrodes 404-1 and 404-2.

本明細書を読んだ後、当業者には明らかなように、マスクが、図1に示されるその配向と比較して逆さまに装着された堆積システムでは、装着面604及び622の傾斜(又は湾曲)の方向が逆になる。さらに、そのような構成では、通常、基板チャック204は、基板102が開口部408内に存在し、10ミクロン以下の基板/シャドーマスク分離を可能にするように設計されることが必要であろう。 After reading this specification, it will be apparent to those skilled in the art that in a deposition system in which the mask is mounted upside down compared to its orientation shown in FIG. ) is reversed. Further, in such a configuration, substrate chuck 204 would typically need to be designed so that substrate 102 resides within opening 408 and allow a substrate/shadow mask separation of 10 microns or less. .

図7A及び図7Bはそれぞれ、本発明の第3の代替的な実施形態によるマスクチャックの上面図及び断面図の概略図を示す。マスクチャック700は、マスクチャック206と支持格子702を含む。 7A and 7B show schematic top and cross-sectional views, respectively, of a mask chuck according to a third alternative embodiment of the present invention. Mask chuck 700 includes mask chuck 206 and support grid 702 .

支持格子702は、プレート704及び支持リブ706を備える。 Support grid 702 includes plates 704 and support ribs 706 .

プレート704は、支持リブ706が延びる剛性プレートである。いくつかの実施形態において、プレート704及び支持リブ706は、構造材料の中実体から機械加工される。プレート704及び支持リブ706での使用に適した材料には、これらに限定されないが、金属、プラスチック、セラミック、複合材料、ガラスなどが含まれる。プレート704は、シャドーマスク106がマスクチャック700に装着されたときに膜226を機械的に支持するように、開口部408内に支持格子702を配置するようにフレーム402に装着されるように設計されている。 Plate 704 is a rigid plate from which support ribs 706 extend. In some embodiments, plate 704 and support ribs 706 are machined from a solid body of structural material. Materials suitable for use in plate 704 and support ribs 706 include, but are not limited to, metals, plastics, ceramics, composites, glass, and the like. Plate 704 is designed to be attached to frame 402 to position support grid 702 within opening 408 to mechanically support membrane 226 when shadow mask 106 is attached to mask chuck 700 . It is

支持リブ706は、貫通孔配置228の貫通孔の間にある領域においてシャドーマスク106を支持するように配置されている。通常、シャドーマスクの貫通孔は、基板上の異なるダイ領域に対応するクラスタに配置される。これらのダイ領域は通常、ダイシングソーによる除去を目的とした「レーン」によって分離されているので、支持リブ706は、これらのレーンの配置と一致するように配置されることが好ましい。しかしながら、支持格子702には支持リブの任意の適切な配置を使用できることに留意されたい。 The support ribs 706 are arranged to support the shadow mask 106 in areas between the through-holes of the through-hole arrangement 228 . Typically, the shadow mask through-holes are arranged in clusters corresponding to different die regions on the substrate. Since these die areas are typically separated by "lanes" intended for removal by a dicing saw, the support ribs 706 are preferably arranged to match the arrangement of these lanes. However, it should be noted that any suitable arrangement of support ribs can be used for support grid 702 .

支持格子702は、それらの上面708が同一平面上にあり、平面710を画定するように形成される。平面710は、操作基板224の厚さに等しい距離で装着面410の上にある。結果として、操作基板224が装着面410と接触すると、支持リブ706は、膜226と接触する。 The support grids 702 are formed such that their upper surfaces 708 are coplanar and define a plane 710 . Plane 710 lies above mounting surface 410 at a distance equal to the thickness of control board 224 . As a result, when the operating substrate 224 contacts the mounting surface 410 , the support ribs 706 contact the membrane 226 .

いくつかの実施形態において、シャドーマスク106は、膜226が装着面410と接触するように、マスクチャック700内で上下逆さまに保持される。そのような実施形態では、支持格子702は、平面710が装着面410と同一平面上にあるように開口部408内に嵌合するように設計されている。結果として、膜226は、それが開口部408を横切って完全に水平になるように支持格子702によって支持される。 In some embodiments, shadow mask 106 is held upside down in mask chuck 700 such that membrane 226 is in contact with mounting surface 410 . In such embodiments, support grid 702 is designed to fit within opening 408 such that flat surface 710 is coplanar with mounting surface 410 . As a result, membrane 226 is supported by support grid 702 so that it is perfectly horizontal across opening 408 .

操作303において、基板102は、基板チャック204に装着される。 In operation 303 the substrate 102 is mounted on the substrate chuck 204 .

基板チャック204は、その背面にのみに与えられる引力を用いて基板102を保持するためのプラテンである。図示の例では、基板チャック204は、基板を保持するために静電力を発生させる。しかしながら、いくつかの実施形態では、基板チャック204は、真空発生力、磁力などのような種々の引力を用いて基板を保持する。添付の特許請求の範囲を含む本明細書の目的のために、用語「磁力」は、永久磁石及び/又は電磁石の使用から生じるあらゆる力を含む。基板チャック204については、以下で図8A及び図8Bに関してより詳細に説明する。 Substrate chuck 204 is a platen for holding substrate 102 using an attractive force applied only to its back surface. In the illustrated example, substrate chuck 204 generates an electrostatic force to hold the substrate. However, in some embodiments, the substrate chuck 204 holds the substrate using various attractive forces such as vacuum forces, magnetic forces, and the like. For the purposes of this specification, including the appended claims, the term "magnetic force" includes any force resulting from the use of permanent magnets and/or electromagnets. Substrate chuck 204 is described in more detail below with respect to FIGS. 8A and 8B.

いくつかの実施形態では、基板チャック204は、基板の反対側への材料の堆積との干渉を軽減するために、前面のみから基板102に接触するように寸法決めされて配置されている。いくつかの実施形態では、基板チャック204は、基板の両側から、真空、機械的クランプなどの種々の手段を用いて基板を固定する。いくつかの実施形態において、基板チャック204は、基板102とシャドーマスク106との間の間隔及び平行度を制御する位置決めシステム212と共に動作するインサイチュギャップセンサを含む。 In some embodiments, substrate chuck 204 is sized and positioned to contact substrate 102 only from the front surface to reduce interference with material deposition on the opposite side of the substrate. In some embodiments, the substrate chuck 204 secures the substrate using various means such as vacuum, mechanical clamping, etc. from both sides of the substrate. In some embodiments, substrate chuck 204 includes an in-situ gap sensor that works with positioning system 212 to control the spacing and parallelism between substrate 102 and shadow mask 106 .

図示の例では、基板102は、アクティブマトリクス有機発光ダイオード(AMOLED)ディスプレイに使用するのに適したガラス基板である。基板102は、背面115と前面114の2つの主面を含み、その上に表示要素が画定される。前面114が平面108を画定する。 In the illustrated example, substrate 102 is a glass substrate suitable for use in active matrix organic light emitting diode (AMOLED) displays. The substrate 102 includes two major surfaces, a back surface 115 and a front surface 114, on which display elements are defined. Front surface 114 defines plane 108 .

図8Aは、例示的な実施形態による基板チャックの断面図の概略図を示す。基板チャック204は、プラテン802と電極804-1及び804-2を備える。 FIG. 8A shows a schematic diagram of a cross-sectional view of a substrate chuck in accordance with an exemplary embodiment. Substrate chuck 204 includes platen 802 and electrodes 804-1 and 804-2.

プラテン820は、基板806及び誘電体層808を含む構造的に剛性のあるプラットフォームである。基板806及び誘電体層808の各々は、基板が基板チャックに装着されると、電極804-1及び804-2を互いに、及び基板102から電気的に絶縁する、ガラス、セラミック、陽極酸化アルミニウム、複合材料、ベークライトなどの電気絶縁材料を含む。 Platen 820 is a structurally rigid platform that includes substrate 806 and dielectric layer 808 . Substrate 806 and dielectric layer 808 are each made of glass, ceramic, anodized aluminum, or the like, which electrically insulates electrodes 804-1 and 804-2 from each other and from substrate 102 when the substrate is mounted on a substrate chuck. Composites, including electrical insulating materials such as bakelite.

電極804-1及び804-2は、基板806の表面に形成され、それらをプラテン802内に埋め込むために誘電体層808によってオーバーコートされた導電性要素である。電極804-1及び804-2は、コントローラ240と電気的に結合されている。電極804-1及び804-2は、単純なプレートとして描かれていることに留意されたい。しかしながら、実際には、基板チャック204は、インターデジタルな櫛形フィンガー、同心円状リング、不規則形状などのような任意の形状の電極を有することができる。 Electrodes 804-1 and 804-2 are conductive elements formed on the surface of substrate 806 and overcoated by dielectric layer 808 to embed them within platen 802. FIG. Electrodes 804 - 1 and 804 - 2 are electrically coupled to controller 240 . Note that electrodes 804-1 and 804-2 are drawn as simple plates. However, in practice, the substrate chuck 204 can have electrodes of any shape, such as interdigitated comb fingers, concentric rings, irregular shapes, and the like.

誘電体層808は、装着面810を生じさせるために電極804-1及び804-2を覆って配置された構造的に硬質のガラス層である。 Dielectric layer 808 is a structurally rigid glass layer disposed over electrodes 804 - 1 and 804 - 2 to create mounting surface 810 .

図8Bは、基板102を保持している間の基板チャック204の断面図の概略図を示す。 FIG. 8B shows a schematic diagram of a cross-sectional view of substrate chuck 204 while holding substrate 102 .

基板102を基板チャック204に保持するために、制御信号236は、電極804-1と804-2との間に電位を発生させる。背面115が装着面810(すなわち、誘電体層808の上面)と接触すると、図示のように、共鳴電荷領域が基板102内に発生する。その結果、静電力が背面115に選択的に付えられ、それによって、それを装着面610に引き付ける。 To hold substrate 102 to substrate chuck 204, control signal 236 develops a potential between electrodes 804-1 and 804-2. When back surface 115 contacts mounting surface 810 (ie, the top surface of dielectric layer 808), a resonant charge region is generated in substrate 102, as shown. As a result, an electrostatic force is selectively applied to back surface 115 , thereby attracting it to mounting surface 610 .

例示的な実施形態は、静電力を用いて基板114を保持する基板チャックを含むが、本明細書を読んだ後、真空発生力、磁力などの静電力以外の引力を用いて基板が基板チャックに保持される代替的な実施形態を特定、作成及び使用する方法は当業者には明らかであろう。 Exemplary embodiments include a substrate chuck that uses electrostatic forces to hold the substrate 114, but after reading this specification it will be appreciated that the substrate may be chucked using attractive forces other than electrostatic forces, such as vacuum forces, magnetic forces, or the like. It will be clear to those skilled in the art how to identify, make and use the alternative embodiments held in .

操作304において、基板102、供給源104、シャドーマスク106及びコリメータ208の相対位置は、位置決めシステム212によって制御される。 In operation 304 , the relative positions of substrate 102 , source 104 , shadow mask 106 and collimator 208 are controlled by positioning system 212 .

位置決めシステム212は、基板チャック204の位置を制御することによって基板102とシャドーマスク106とを位置合わせする。いくつかの実施形態では、位置決めシステムは、マスクチャック206の位置を制御することによって基板とシャドーマスクとを位置合わせする。いくつかの実施形態では、両方のチャックの位置は、基板とシャドーマスクとを整列させるように制御される。操作304及び測位システム212は、以下により詳細に、図1、図2、図9、図10及び図11Aから図11Cに関して説明される。 Positioning system 212 aligns substrate 102 and shadow mask 106 by controlling the position of substrate chuck 204 . In some embodiments, the positioning system aligns the substrate and shadow mask by controlling the position of mask chuck 206 . In some embodiments, the positions of both chucks are controlled to align the substrate and shadow mask. Operation 304 and positioning system 212 are described in more detail below with respect to FIGS. 1, 2, 9, 10 and 11A-11C.

位置決めシステムは、3つの6軸マニピュレータと、基板102とシャドーマスク106との間の位置合わせを制御するための光学位置合わせシステムを備えている。6軸マニピュレータの各々は、基板チャック204、マスクチャック206及びコリメータチャック210の各々と動作可能に接続されて、x軸、y軸及びz軸の各々に沿ったその位置及びその周りの回転を制御する。いくつかの実施形態では、マスクチャック206及びコリメータチャック210の少なくとも一方の位置は、6軸ポジショナーによって制御されない。いくつかの実施形態では、位置決めシステム212はまた、基板102とシャドーマスク106との相対回転位置合わせを制御するための回転ステージを含む。 The positioning system includes three 6-axis manipulators and an optical alignment system for controlling alignment between substrate 102 and shadow mask 106 . Each of the six-axis manipulators is operatively connected to each of substrate chuck 204, mask chuck 206 and collimator chuck 210 to control its position along each of the x-, y- and z-axes and rotation thereabout. do. In some embodiments, the position of at least one of mask chuck 206 and collimator chuck 210 is not controlled by a 6-axis positioner. In some embodiments, positioning system 212 also includes a rotation stage for controlling relative rotational alignment between substrate 102 and shadow mask 106 .

操作304において、堆積領域216の堆積部位Rが開口部120と位置合わせされ、平面108及び118が平行であり、基板とシャドーマスクとの間の間隔sがゼロに近く(すなわち、接触している)、可能であれば数ミクロン以内(例えば、1から5ミクロン)になるように、位置決めシステム212は、基板およびシャドーマスクを配置する。いくつかの実施形態では、sは、他の適切な分離距離である。明確にするために、間隔sは、典型的なものよりも大きく描かれていることに注意すべきである。 In operation 304, deposition site R of deposition region 216 is aligned with opening 120, planes 108 and 118 are parallel, and spacing s between the substrate and the shadow mask is near zero (i.e., touching). ), preferably within a few microns (eg, 1 to 5 microns), the positioning system 212 positions the substrate and shadow mask. In some embodiments, s is another suitable separation distance. Note that the spacing s is drawn larger than typical for clarity.

いくつかの実施形態において、基板チャック204もマスクチャック206もそのそれぞれの装着面を越えて突出するいかなる構造要素も含まないことが本発明の一態様である。その結果、基板及びシャドーマスクは、堆積時のフェザリングを軽減するためにそれらの間をほとんど又は全く分離することなく整列させることができる。当業者は、従来の直接堆積システムでは、基板とシャドーマスクとの間の間隔が少なくとも数十ミクロン、さらには数百ミクロンでなければならないことを理解するであろう。 It is an aspect of the present invention that, in some embodiments, neither substrate chuck 204 nor mask chuck 206 include any structural elements that protrude beyond their respective mounting surfaces. As a result, the substrate and shadow mask can be aligned with little or no separation between them to mitigate feathering during deposition. Those skilled in the art will appreciate that in conventional direct deposition systems, the spacing between the substrate and the shadow mask must be at least tens and even hundreds of microns.

図9は、材料116の堆積に対して位置合わせされた基板102及びシャドーマスク106を有するシステム100の一部の断面図の概略図を示す。 FIG. 9 shows a schematic diagram of a cross-sectional view of a portion of system 100 with substrate 102 and shadow mask 106 aligned for deposition of material 116 .

基板とシャドーマスクとが位置合わせされると、それらは共同で、それらの間の領域902を画定する。領域902は、横方向の長さL1を有し、これは、前面114の長さと等しい。領域902はまた、平面108と118との間の間隔s1(すなわち、基板とシャドーマスクとの間の間隔)に等しい厚さを有する。 When the substrate and shadow mask are aligned, they jointly define a region 902 therebetween. Region 902 has a lateral length L1, which is equal to the length of front surface 114 . Region 902 also has a thickness equal to the spacing s1 between planes 108 and 118 (ie, the spacing between the substrate and the shadow mask).

基板チャック204のどの部分も平面108を越えて領域902内に延びていないので、基板とシャドーマスクとの間に障害物はない。その結果、基板102とシャドーマスク106との間の間隔s1は、極めて小さくなり得る(≦10ミクロン)。実際、必要に応じて、基板及びシャドーマスクを互いに接触させることができる。10ミクロン以下の基板/シャドーマスク間隔で直接パターニングを行うことができることは、本発明の実施形態においてそれがフェザリングを著しく減少させるか、さらには無くすことさえも可能にするので、従来技術の直接パターニング堆積システムよりも特に有利である。いくつかの実施形態では、フェザリングを完全に排除するために、基板とシャドーマスクとの間に間隔がない、又は隙間がゼロである。 Since no portion of substrate chuck 204 extends beyond plane 108 into region 902, there is no obstruction between the substrate and the shadow mask. As a result, the spacing s1 between the substrate 102 and the shadow mask 106 can be extremely small (≤10 microns). In fact, the substrate and shadow mask can be brought into contact with each other, if desired. The ability to perform direct patterning at substrate/shadow mask spacings of 10 microns or less is a direct advantage of the prior art, as it enables feathering to be significantly reduced or even eliminated in embodiments of the present invention. It is particularly advantageous over patterned deposition systems. In some embodiments, there is no or zero gap between the substrate and the shadow mask to completely eliminate feathering.

操作305において、供給源104は、蒸気プルーム124を生成する。上で説明したように、図1に関して、蒸気プルーム124の気化原子の伝播角θpは、-θmから+θmの比較的広い角度範囲に及ぶ。従来技術では、この大きな角度範囲は、フェザリングを悪化させ、それは、基板102とシャドーマスク106との間の横方向及び回転方向の位置合わせ、それらの間の間隔s、及び、シャドーマスクに入射した気化原子の伝播角度の範囲の関数である。 At operation 305 , source 104 produces vapor plume 124 . As explained above, with respect to FIG. 1, the propagation angle θp of the vaporized atoms of vapor plume 124 spans a relatively wide angular range from −θm to +θm. In the prior art, this large angular range exacerbates feathering, which affects the lateral and rotational alignment between the substrate 102 and the shadow mask 106, the spacing s between them, and the incidence on the shadow mask. is a function of the range of propagation angles of vaporized atoms.

しかしながら、本発明では、基板表面に到達する気化原子の伝播角度の範囲は、供給源104からシャドーマスク106へのそれらの経路に空間フィルタ(すなわち、コリメータ208)を配置することによって減少する。したがって、システム200にコリメータ208を含めることにより、直接堆積中のフェザリングが大幅に減少する。 However, in the present invention, the range of propagation angles of vaporized atoms reaching the substrate surface is reduced by placing a spatial filter (ie, collimator 208 ) in their path from source 104 to shadow mask 106 . Thus, including collimator 208 in system 200 significantly reduces feathering during direct deposition.

図10は、基板102の画素領域112及びシャドーマスク106の対応する開口部120の拡大図の概略図を示す。図に示すように、開口部120と堆積部位Rへの材料の堆積との間の完全な忠実度のために、シャドーマスク106を通過した気化原子の伝播角度は、-θaから+θaの許容範囲内でなければならない。添付の特許請求の範囲を含む本明細書の目的のために、用語「許容角度範囲」は、シャドーマスクが通過することが望まれる伝播角度の範囲として定義され、これは、-θaから+θaの角度範囲に及ぶ。通常、許容角度範囲は、開口部120を通過した後に材料116が堆積部位Rにのみ堆積することを可能にする角度の範囲である。いくつかの実施形態では、許容角度範囲は、最も近い堆積部位間の間隔の半分未満であるフェザリングを可能にするために堆積部位の周りの小さな保護帯を含む。この範囲外の伝播角度を有するシャドーマスクに入射する気化原子は、堆積部位Rの横方向の長さを超えて表面114上に堆積する。 FIG. 10 shows a schematic diagram of a magnified view of the pixel area 112 of the substrate 102 and the corresponding opening 120 of the shadow mask 106 . As shown, for perfect fidelity between opening 120 and deposition of material at deposition site R, the propagation angle of vaporized atoms through shadow mask 106 has a tolerance range of -θa to +θa. must be within For the purposes of this specification, including the appended claims, the term "acceptable angular range" is defined as the range of propagation angles through which the shadow mask is desired to pass, which is from -θa to +θa. spans a range of angles. Generally, the allowable range of angles is the range of angles that allows material 116 to deposit only at deposition sites R after passing through opening 120 . In some embodiments, the acceptable angular range includes a small guard band around the deposition sites to allow feathering that is less than half the spacing between the nearest deposition sites. Vaporized atoms incident on the shadow mask with propagation angles outside this range are deposited on surface 114 beyond the lateral extent of deposition site R. FIG.

操作306において、蒸気プルーム124は、コリメータ208によってフィルタリングされて蒸気柱214を生じさせる。 At operation 306 , vapor plume 124 is filtered by collimator 208 to produce vapor column 214 .

図11Aは、例示的な実施形態によるコリメータの断面図の概略図を示す。コリメータ208は、本体1102を含み、本体1102は、複数のチャネル1104を形成するようにパターニングされており、各チャネルは、本体1102の厚さに亘って延びている。 FIG. 11A shows a schematic diagram of a cross-sectional view of a collimator in accordance with an exemplary embodiment; Collimator 208 includes a body 1102 patterned to form a plurality of channels 1104 , each extending through the thickness of body 1102 .

本体1102は、平面加工に適したガラス板である。図示の例では、本体1102は、約25ミリメートル(mm)の厚さを有する。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の実用的な厚さを使用することができる。いくつかの実施形態では、本体1102は、著しい変形なしに熱及び/又は電子ビーム蒸着に関連する温度に耐えるのに適した種々の構造的に剛性の材料を含む。本体1102での使用に適した材料は、これらに限定されないが、半導体(例えば、シリコン、シリコンカーバイドなど)、セラミック(例えば、アルミナなど)、複合材料(例えば、炭素繊維など)、ガラス繊維、プリント回路基板、金属、ポリマー(例:ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)など)などを含む。 The main body 1102 is a glass plate suitable for planar processing. In the illustrated example, body 1102 has a thickness of approximately 25 millimeters (mm). However, any practical thickness can be used without departing from the scope of the invention. In some embodiments, body 1102 comprises various structurally rigid materials suitable to withstand the heat and/or temperatures associated with electron beam deposition without significant deformation. Materials suitable for use in body 1102 include, but are not limited to, semiconductors (eg, silicon, silicon carbide, etc.), ceramics (eg, alumina, etc.), composite materials (eg, carbon fiber, etc.), glass fibers, printed materials, and the like. Including circuit boards, metals, polymers (eg, polyetheretherketone (PEEK), etc.), and the like.

チャネル1104は、金属成形、穿孔、電子放電加工、深堀り反応性イオンエッチング(DRIE)などの従来の加工作業を使用して本体1102に形成された貫通孔である。図示の例では、チャネル1104は、直径約3mmの円形断面を有する。したがって、チャネル1104の縦横アスペクト比は、約8:1である。縦横アスペクト比は、少なくとも3:1であることが好ましい。さらに、縦横アスペクト比が100:1を超えると、コリメータを通過する気化原子の流れが望ましくないレベルまで減少し始める。しかしながら、100:1を超える高さ縦横アスペクト比は、本発明の範囲内である。いくつかの実施形態において、チャネル1104は、円形以外の断面形状(例えば、正方形、長方形、六角形、八角形、不規則など)を有する。 Channels 1104 are through holes formed in body 1102 using conventional machining operations such as metal forming, drilling, electron discharge machining, deep reactive ion etching (DRIE), and the like. In the illustrated example, channel 1104 has a circular cross-section with a diameter of approximately 3 mm. Therefore, the aspect ratio of channel 1104 is approximately 8:1. Preferably, the aspect ratio is at least 3:1. Furthermore, when the aspect ratio exceeds 100:1, the flow of vaporized atoms through the collimator begins to decrease to undesirable levels. However, height aspect ratios greater than 100:1 are within the scope of the present invention. In some embodiments, channel 1104 has a non-circular cross-sectional shape (eg, square, rectangular, hexagonal, octagonal, irregular, etc.).

チャネル1104の形成は、チャネル間に存在する複数の壁1106を生じさせる。好ましくは、高い処理能力を可能にするために、本体1102の構造的完全性を犠牲にすることなく、壁1106は、可能な限り薄い。図示の例では、壁506は、約500ミクロンの平均厚さを有する。しかしながら、壁1106には任意の実用的な厚さを使用できる。 The formation of channels 1104 results in multiple walls 1106 existing between the channels. Preferably, wall 1106 is as thin as possible without sacrificing the structural integrity of body 1102 to allow for high throughput. In the illustrated example, wall 506 has an average thickness of approximately 500 microns. However, any practical thickness can be used for wall 1106 .

図11B及び図11Cは、それぞれコリメータ208の領域の上面図及び断面図の概略図を示す。チャネル1106は、列が周期的であり、隣接する列がそれらの隣の列から半周期ずれているハニカム配置で配置されている。いくつかの実施形態では、チャネルは、二次元周期的、六方最密充填、ランダムなど、種々の配置で配置される。 11B and 11C show schematic diagrams of top and cross-sectional views, respectively, of the collimator 208 region. Channels 1106 are arranged in a honeycomb arrangement in which the rows are periodic and adjacent rows are offset by half a period from their neighbors. In some embodiments, channels are arranged in various arrangements, such as two-dimensional periodic, hexagonal close-packed, and random.

図11Cに示されるように、チャネル1104のアスペクト比は、フィルタリング角度範囲を定義する。添付の特許請求の範囲を含む本明細書の目的のために、用語「フィルタリング角度範囲」は、コリメータ208を通過するであろう伝播角度の範囲として定義され、それは-θcから+θcの角度範囲に及ぶ。その結果、|θc|よりも大きい伝播角度を有する気化原子は、コリメータで遮られる。 As shown in FIG. 11C, the aspect ratio of channel 1104 defines the filtering angular range. For the purposes of this specification, including the appended claims, the term "filtering angular range" is defined as the range of propagation angles that will pass through the collimator 208, which ranges from -θc to +θc. reach. As a result, vaporized atoms with propagation angles larger than |θc| will be intercepted by the collimator.

当業者は、本体1102、チャネル1104及び壁1106について上で提供された寸法が単なる例示であり、本発明の範囲から逸脱することなく他の寸法が使用され得ることを認識するであろう。 Those skilled in the art will recognize that the dimensions provided above for body 1102, channel 1104 and wall 1106 are merely exemplary and other dimensions may be used without departing from the scope of the invention.

操作307において、開口部120は、堆積領域216の堆積部位Rに堆積するように、蒸気柱214の気化原子を通過させる。 At operation 307 , opening 120 allows the vaporized atoms of vapor column 214 to pass through to deposit on deposition site R of deposition region 216 .

任意の操作308において、位置決めシステム212は、コリメータ208に運動を与えて、蒸気柱214の横方向の長さにわたる気化原子密度の均一性を改善し、それによって、基板102上の堆積部位にわたる堆積均一性を改善する。いくつかの実施形態では、位置決めシステム212は、コリメータ208に振動運動を与えるように動作する。 In optional operation 308 , positioning system 212 imparts motion to collimator 208 to improve uniformity of vaporized atom density across the lateral length of vapor column 214 , thereby increasing deposition over the deposition site on substrate 102 . Improve uniformity. In some embodiments, positioning system 212 operates to impart an oscillatory motion to collimator 208 .

例示的な実施形態では、その坩堝の開口面積が基板102の面積よりもかなり小さいので、供給源104は、実質的に材料116の点供給源であることに留意されたい。 Note that source 104 is effectively a point source of material 116 because, in the exemplary embodiment, the open area of its crucible is much smaller than the area of substrate 102 .

任意の操作309において、位置決めシステム212は、堆積の均一性を向上させるために、基板に対してx-y平面内で供給源102を移動させる。 In optional operation 309, positioning system 212 moves source 102 in the xy plane relative to the substrate to improve deposition uniformity.

いくつかの実施形態では、供給源104は、気化原子の扇形の蒸気プルームを放出する複数のノズルを含む線形蒸着源である。いくつかの実施形態では、位置決めシステム212は、基板102上に堆積された材料の均一性を向上させるために、x-y平面内でその長手方向軸と整列していない方向に沿って線形供給源を移動させる。いくつかの実施形態では、この経路は、ノズルの線形配置と法線軸110の両方に実質的に直交する線である。いくつかの実施形態では、線形供給源は、x-y平面内の非線形経路に沿って移動する。 In some embodiments, source 104 is a linear deposition source that includes multiple nozzles that emit a fan-shaped vapor plume of vaporized atoms. In some embodiments, the positioning system 212 provides linear feed along directions that are not aligned with its longitudinal axis in the xy plane to improve the uniformity of the material deposited on the substrate 102. move the source. In some embodiments, this path is a line substantially orthogonal to both the linear arrangement of nozzles and the normal axis 110 . In some embodiments, a linear source moves along a non-linear path in the xy plane.

いくつかの実施形態では、供給源104は、二次元配置のノズルを含み、二次元配置のノズルの各々は、複数のノズルが共同で基板表面の領域にわたって実質的に均一な気化原子の流れをもたらすように円錐形の蒸気プルームをそれぞれ放出する。いくつかの実施形態では、位置決めシステム212は、堆積の均一性を促進するために二次元配置のノズルを移動させる。いくつかの実施形態では、堆積の均一性を促進するために、二次元配置のノズルが面内で回転される。 In some embodiments, the source 104 includes a two-dimensional arrangement of nozzles, each nozzle having a plurality of nozzles collectively providing a substantially uniform stream of vaporized atoms over an area of the substrate surface. Each emits a cone-shaped vapor plume to effect. In some embodiments, positioning system 212 moves nozzles in a two-dimensional arrangement to promote uniformity of deposition. In some embodiments, the two-dimensional arrangement of nozzles is rotated in-plane to promote uniformity of deposition.

いくつかの実施形態では、供給源104は、その上面にわたって分布している材料の層116を含む二次元平面供給源である。供給源は、この上面が基板102と平行で対面するように配置されている。加熱すると、材料116は、平面全体で均一に気化する。本発明の実施形態で使用するのに適した例示的な平面蒸着源は、Tungらによる「新規な平面蒸着技術を使用することによるOLED製造」(Int. J. of Photoenergy, Vol. 2014(18), pp. 1-8 (2014))に開示され、これは、参照により本明細書に組み込まれる。 In some embodiments, the source 104 is a two-dimensional planar source that includes a layer of material 116 distributed over its upper surface. The source is positioned so that its upper surface is parallel to and faces the substrate 102 . Upon heating, material 116 vaporizes uniformly across the plane. Exemplary planar deposition sources suitable for use in embodiments of the present invention are described in Tung et al., "OLED Fabrication by Using Novel Planar Deposition Techniques," Int. J. of Photoenergy, Vol. ), pp. 1-8 (2014)), which is incorporated herein by reference.

いくつかの実施形態では、材料116が表面114の二次元領域にわたって堆積する均一性を向上させるために、位置決めシステム212は、基板/マスクの組合せ及び供給源の少なくとも1つを動かすことによって、供給源104と基板102及びシャドーマスク106の組合せとの間に相対移動を与える。 In some embodiments, to improve the uniformity with which material 116 is deposited over a two-dimensional area of surface 114, positioning system 212 provides a supply by moving at least one of a substrate/mask combination and a supply source. Relative motion is provided between the source 104 and the substrate 102 and shadow mask 106 combination.

本明細書は、本発明によるいくつかの実施形態を教示しているだけであり、本明細書を読んだ後に当業者によって本発明の多くの変形例が容易に考案され得ること、及び本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定されることが理解されるべきである。 This specification merely teaches some embodiments in accordance with the invention, and many variations of the invention can be readily devised by those skilled in the art after reading this specification, and that the invention It should be understood that the scope of is determined by the following claims.

100 システム
102 基板
104 供給源
106 シャドーマスク
108 平面
110 法線軸
112 画素領域
114 表面
115 背面
116 材料
118 平面
120 開口部
122 気化原子
124 蒸気プルーム
126 伝播方向
128 法線方向
200 システム
202 真空チャンバ
204 基板チャック
206 マスクチャック
208 コリメータ
210 コリメータチャック
212 位置決めシステム
214 蒸気柱
216 堆積領域
224 操作基板
226 膜
228 貫通孔パターン
230 前面
232 背面
236 制御信号
238 制御信号
240 コントローラ
402 フレーム
404-1 電極
404-2 電極
406 パッド
408 開口部
410 装着面
600 マスクチャック
602 パッド
604 装着面
606 内縁部
608 外縁部
610 平面
612 平面
614 点
616 点
618 マスクチャック
620 パッド
622 装着面
700 マスクチャック
702 支持格子
704 プレート
706 支持リブ
708 上面
710 平面
802 プラテン
804-1 電極
804-2 電極
806 基板
808 誘電体層
810 装着面
902 領域
1102 本体
1104 チャネル
1106 壁
100 system 102 substrate 104 source 106 shadow mask 108 plane 110 normal axis 112 pixel area 114 surface 115 back 116 material 118 plane 120 aperture 122 vaporized atoms 124 vapor plume 126 direction of propagation 128 normal 200 system 202 vacuum chamber 204 206 mask chuck 208 collimator 210 collimator chuck 212 positioning system 214 vapor column 216 deposition region 224 operating substrate 226 membrane 228 through-hole pattern 230 front surface 232 rear surface 236 control signal 238 control signal 240 controller 402 frame 404-1 electrode 404-2 electrode 406 pad 408 opening 410 mounting surface 600 mask chuck 602 pad 604 mounting surface 606 inner edge 608 outer edge 610 plane 612 plane 614 points 616 points 618 mask chuck 620 pad 622 mounting surface 700 mask chuck 702 support grid 704 plate 706 support rib 7108 upper surface Plane 802 Platen 804-1 Electrode 804-2 Electrode 806 Substrate 808 Dielectric Layer 810 Mounting Surface 902 Region 1102 Body 1104 Channel 1106 Wall

Claims (11)

基板の堆積領域の複数の堆積部位に第1の材料を堆積させるためのシステムであって、前記複数の堆積部位が、第1の配置で配置され、前記基板が、第1の主面及び前記堆積領域を含む第2の主面を含み、
前記システムが、
前記第1の材料の第1の複数の気化原子を供給するための供給源であって、その第1の複数の気化原子の各々が、前記基板によって画定される第1の平面に対して垂直である第1の方向に対する伝搬角度によって特徴付けられる伝搬方向に沿って伝搬し、前記第1の複数の気化原子の伝播角度の範囲が、第1の角度範囲に及ぶ、供給源と、
前記第1の配置で配置された複数の貫通孔を含むシャドーマスクであって、前記シャドーマスクが、
(i)第1の厚さ、中央開口部及び第3の主面を有する操作基板、及び、
(ii)前記中央開口部上に懸架される膜であって、前記貫通孔を含む第4の主面を含む膜、
を含む、シャドーマスクと、
前記基板を保持するための第1のチャックであって、前記第1の主面に第1の引力を選択的に与えるように寸法決めされて配置されている第1のチャックと、
前記シャドーマスクを保持するための第2のチャックであって、前記材料が前記第2のチャックを介して前記貫通孔まで通過することを可能にする第1の開口部を囲むフレームを備え、前記シャドーマスクが前記第2のチャック内に保持されると、前記フレームが、第2の平面を画定し、前記第1の開口部を囲み、前記第3の主面と接触する装着面を含み、前記第2のチャックが、前記第1の開口部内に支持格子を含み、前記支持格子が複数の支持リブを備え、前記複数の支持リブの各々が、前記第1の厚さに等しい距離だけ前記第2の平面から離れる第3の平面にある上面を有し、前記シャドーマスクが前記第2のチャックに装着されると、前記支持リブが、前記中央開口部を通って延び、前記膜を機械的に支持する、第2のチャックと、
複数のチャネルを含み、前記供給源と前記シャドーマスクとの間にあるコリメータであって、その複数のチャネルの各々が、前記第1の角度範囲より小さい第2の角度範囲内の伝播角度を有する気化原子のみを通過させるように寸法決めされて配置されている、コリメータと、
前記シャドーマスクと前記基板とを位置合わせするために、前記第1のチャックと前記第2のチャックとの相対位置を制御するための位置決めシステムと、
を備えるシステム。
A system for depositing a first material on a plurality of deposition sites in a deposition region of a substrate, the plurality of deposition sites arranged in a first arrangement, the substrate having a first major surface and the including a second major surface including a deposition region;
said system
a source for supplying a first plurality of vaporized atoms of said first material, each of said first plurality of vaporized atoms being perpendicular to a first plane defined by said substrate; a source propagating along a propagation direction characterized by a propagation angle with respect to a first direction of , wherein the range of propagation angles of the first plurality of vaporized atoms spans a first angular range;
A shadow mask including a plurality of through holes arranged in the first arrangement, the shadow mask comprising:
(i) a control substrate having a first thickness, a central opening and a third major surface; and
(ii) a membrane suspended over said central opening, said membrane comprising a fourth major surface comprising said through hole;
a shadow mask comprising
a first chuck for holding the substrate, the first chuck being sized and arranged to selectively impart a first attractive force to the first major surface;
a second chuck for holding the shadow mask, comprising a frame surrounding a first opening that allows the material to pass through the second chuck to the through-hole; when the shadow mask is held in the second chuck, the frame defines a second plane, surrounds the first opening, and includes a mounting surface in contact with the third major surface; The second chuck includes a support grid within the first opening, the support grid comprising a plurality of support ribs, each of the plurality of support ribs extending a distance equal to the first thickness. It has an upper surface lying in a third plane away from the second plane, and when the shadow mask is mounted on the second chuck, the support ribs extend through the central opening to mechanically move the membrane. a second chuck that positively supports the
A collimator between said source and said shadow mask comprising a plurality of channels, each of said plurality of channels having a propagation angle within a second angular range less than said first angular range. a collimator sized and positioned to pass only vaporized atoms;
a positioning system for controlling the relative positions of the first and second chucks to align the shadow mask and the substrate;
A system with
前記フレームが円形である、請求項1に記載のシステム。 3. The system of claim 1, wherein said frame is circular. 前記複数の堆積部位と前記複数の貫通孔とが共同で許容角度範囲を画定し、前記第2の角度範囲が、前記許容角度範囲以下である、請求項1に記載のシステム。 2. The system of claim 1, wherein the plurality of deposition sites and the plurality of through holes collectively define an acceptable angular range, and wherein the second angular range is less than or equal to the acceptable angular range. 前記複数のチャネルの各々が、8:1以上の縦横アスペクト比によって特徴づけられる、請求項1に記載のシステム。 2. The system of claim 1, wherein each of said plurality of channels is characterized by an aspect ratio of 8:1 or greater. 前記位置決めシステムが、前記基板と前記コリメータとの間に相対運動を与えるように動作可能である、請求項1に記載のシステム。 2. The system of claim 1, wherein said positioning system is operable to impart relative motion between said substrate and said collimator. 前記第1のチャック、第2のチャック及び位置決めシステムが共同で、前記基板とシャドーマスクとの間の間隔が0ミクロンより大きく10ミクロン以下であるように前記基板とシャドーマスクとの位置合わせを可能にする、請求項1に記載のシステム。 The first chuck, the second chuck and the positioning system jointly align the substrate and the shadow mask such that the distance between the substrate and the shadow mask is greater than 0 microns and less than or equal to 10 microns. 2. The system of claim 1, which enables 前記装着面が、前記第1の開口部に近接する第1の縁部と前記第1の開口部の遠位側にある第2の縁部との間に延び、前記装着面と前記第1の縁部とが前記第2の平面内の一点で交わり、前記装着面と前記第2の縁部とが第4の平面内の一点で交わり、前記シャドーマスクと基板とが位置合わせされたとき、前記第2の平面が、前記第4の平面よりも基板に近い、請求項1に記載のシステム。 The mounting surface extends between a first edge proximate the first opening and a second edge distal to the first opening, wherein the mounting surface and the first intersects at a point in the second plane, the mounting surface and the second edge intersect at a point in the fourth plane, and the shadow mask and the substrate are aligned , wherein the second plane is closer to the substrate than the fourth plane. 基板の第1の配置で配置された複数の堆積部位に第1の材料を堆積させるための方法であって、前記基板が、第1の横方向の長さを有する第1の主面及び第2の主面を含み、前記第2の主面が、前記堆積部位を含み、
前記方法が、
複数の貫通孔を含むシャドーマスクを提供する段階であって、前記シャドーマスクが、
(i)第1の厚さ、中央開口部及び第3の主面を有する操作基板、及び、
(ii)前記中央開口部上に懸架される膜であって、前記複数の貫通孔を含む第4の主面を有する膜、
を含む、シャドーマスクを提供する段階と、
前記第1の主面に選択的に第1の引力を与える第1のチャックに前記基板を保持する段階と、
前記第3の主面に選択的に第2の引力を与える第2のチャックに前記シャドーマスクを保持する段階であって、前記第2のチャックが、前記第2のチャックを介して前記複数の貫通孔まで前記材料の気化原子の移動を可能にする第1の開口部を有するフレームを含み、前記シャドーマスクが前記第2のチャック内に保持されると、前記フレームが、前記第1の開口部を囲み、第1の平面を画定し、前記第3の主面と接触する装着面を有し、前記第2のチャックが、前記第1の開口部内に支持格子を含み、前記支持格子が複数の支持リブを備え、前記複数の支持リブの各々が、前記第1の厚さに等しい距離だけ前記第1の平面から離れる第2の平面にある上面を有し、前記シャドーマスクが前記第2のチャックに装着されると、前記支持リブが、前記中央開口部を通って延び、前記膜を機械的に支持する、段階と、
前記第2の主面と前記第4の主面とが10ミクロン以下の距離だけ離れるように、前記基板と前記シャドーマスクとを位置決めする段階と、
供給源と前記シャドーマスクとの間に位置するコリメータで第1の複数の気化原子を受け取る段階であって、前記第1の複数の気化原子が、第1の範囲の伝播角度によって特徴付けられる、段階と、
前記コリメータを介して前記シャドーマスクまで第2の複数の気化原子を選択的に通過させる段階であって、前記第1の複数の気化原子が、前記第2の複数の気化原子を含み、前記第2の複数の気化原子が、前記第1の範囲の伝搬角度より狭い第2の範囲の伝搬角度によって特徴付けられる、段階と、
前記第2の複数の気化原子の少なくとも一部が、前記第2のチャック及び前記複数の貫通孔を通過して前記基板上に堆積することを可能にする段階と、
を含む、方法。
A method for depositing a first material on a plurality of deposition sites arranged in a first arrangement of a substrate, the substrate having a first major surface having a first lateral length and a first major surface having a first lateral length. comprising two major surfaces, the second major surface comprising the deposition sites;
said method comprising:
providing a shadow mask including a plurality of through holes, the shadow mask comprising:
(i) a control substrate having a first thickness, a central opening and a third major surface; and
(ii) a membrane suspended over the central opening, the membrane having a fourth major surface including the plurality of through holes;
providing a shadow mask, comprising
holding the substrate on a first chuck that selectively exerts a first attractive force on the first major surface;
holding the shadow mask to a second chuck that selectively exerts a second attractive force on the third major surface, the second chuck moving the plurality of the a frame having a first opening to allow movement of vaporized atoms of the material to the through-holes, the frame opening into the first opening when the shadow mask is held in the second chuck; having a mounting surface surrounding a portion and defining a first plane and in contact with the third major surface, the second chuck including a support grid within the first opening, the support grid comprising: a plurality of support ribs, each of said plurality of support ribs having an upper surface lying in a second plane separated from said first plane by a distance equal to said first thickness; 2, said support ribs extend through said central opening and mechanically support said membrane;
positioning the substrate and the shadow mask such that the second major surface and the fourth major surface are separated by a distance of 10 microns or less;
receiving a first plurality of vaporized atoms at a collimator located between a source and the shadow mask, the first plurality of vaporized atoms characterized by a first range of propagation angles; stages and
selectively passing a second plurality of vaporized atoms through the collimator to the shadow mask, wherein the first plurality of vaporized atoms comprises the second plurality of vaporized atoms; a plurality of vaporized atoms of 2 characterized by a second range of propagation angles narrower than the first range of propagation angles;
allowing at least a portion of the second plurality of vaporized atoms to pass through the second chuck and the plurality of through holes and deposit onto the substrate;
A method, including
前記コリメータを複数のチャネルを含むように提供する段階をさらに含み、その複数のチャネルの各々が、前記第2の範囲の伝播角度を決定する縦横アスペクト比を有し、前記縦横アスペクト比が、許容可能な角度範囲に基づくものであり、前記許容可能な角度範囲が、前記基板と前記シャドーマスクとによって画定される、請求項8に記載の方法。 further comprising providing the collimator to include a plurality of channels, each of the plurality of channels having an aspect ratio that determines the second range of propagation angles, the aspect ratio being an acceptable 9. The method of claim 8, based on a range of possible angles, said acceptable range of angles being defined by said substrate and said shadow mask. 前記第2の主面と前記第4の主面とが0ミクロンより大きく10ミクロン以下の距離だけ離れるように、前記基板とシャドーマスクとが位置合わせされる、請求項8に記載の方法。 9. The method of claim 8, wherein the substrate and shadow mask are aligned such that the second major surface and the fourth major surface are separated by a distance greater than 0 microns and less than or equal to 10 microns. 前記装着面が、前記第1の開口部に近接する第1の縁部と前記第1の開口部の遠位側にある第2の縁部との間に延び、前記装着面と前記第1の縁部とが前記第1の平面内の一点で交わり、前記装着面と前記第2の縁部とが第3の平面内の一点で交わり、前記シャドーマスクと基板とが位置合わせされたとき、前記第1の平面が、前記第3の平面よりも前記基板に近くなるように、前記第2のチャックを提供する段階をさらに含む、請求項8に記載の方法。 The mounting surface extends between a first edge proximate the first opening and a second edge distal to the first opening, wherein the mounting surface and the first intersects at a point in the first plane, the mounting surface and the second edge intersect at a point in the third plane, and the shadow mask and the substrate are aligned 9. The method of claim 8, further comprising providing the second chuck such that the first plane is closer to the substrate than the third plane.
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