高精准度蔽荫掩模沉积系统及其方法与流程

本案主张2016年5月24日申请的序列号为62/340,793的美国临时专利申请案(代理档案号：6494-208pr1)的优先权，所述申请案的全文以引用的方式并入本文中。本案还主张2017年5月17日申请的序列号为15/597,635的美国非临时专利申请案(代理档案号：6494-208us1)及2017年5月23日申请的序列号为15/602,939的美国非临时专利申请案(代理档案号：6494-209us1)的优先权，所述两个申请案的全文以引用的方式并入本文中。

本发明大体上涉及薄膜沉积，且更特定来说，本发明涉及基于蒸镀的薄膜沉积。

背景技术：

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

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

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

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

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

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

替代方法是使用具有与显示器本身的主动区域样大的孔隙的蔽荫掩模来跨整个显示器沉积发射单色白光有机层且接着将红色、绿色及蓝色过滤器图案化或沉积于oled的顶部上。这些彩色过滤器吸收除光谱的红色、绿色或蓝色部分(取决于彩色过滤器)之外的全部发射白光，以允许产生全色图像。然而，这些彩色过滤器吸收高达80％的发射光，此显著减小显示亮度，从而再次需要以高于所要驱动电流操作。

在现有技术中，仍未满足对实现高分辨率直接图案化的过程的需要。

技术实现要素：

本发明在不增加成本且克服现有技术的缺点的情况下实现衬底上的图案化材料层的高分辨率直接沉积。本发明的实施例将汽化原子的传播角过滤为围绕垂直于衬底的表面的方向的窄范围。因此，减轻蔽荫掩模的特征的横向尺寸外的沉积材料的羽化。本发明的实施例特别适合用于沉积例如有机发光材料的敏感材料。实施例还非常适于沉积封装应用、集成电路处理应用及其类似者中的其它薄膜及厚膜层。

本发明进一步实现可接触或仅间隔数微米的蔽荫掩模及衬底的高精准度对准。本发明还减轻仅在其周边处被支撑的蔽荫掩模的重力引致下垂。本发明的实施例尤其非常适于在衬底上需要高密度材料图案的应用，例如密集像素显示器(dpd)、高清晰度显示器及其类似者。

本发明的说明性实施例是一种直接图案化沉积系统，其中材料在源处被汽化，使得其在通过蔽荫掩模的孔隙图案之后沉积于衬底的表面上。所述汽化原子在其到达所述蔽荫掩模之前通过准直器，所述准直器阻挡除具有接近于垂直于所述衬底表面的方向的传播角的汽化原子之外的全部汽化原子。因此，与现有技术相比，孔隙与其相应沉积材料区域之间的横向偏差被减小。

所述准直器包含具有高高宽纵横比的多个通道，其中所述通道的纵轴大体上与垂直方向对准。因此，不沿接近于垂直的方向行进的汽化原子由所述通道的内侧壁阻挡。

在一些实施例中，所述源经设定尺寸及布置以提供汽化原子的锥形蒸汽羽(vaporplume)，使得所述整个衬底表面同时接收汽化材料。在这些实施例中的若干者中，沿路径移动所述源，使得所述衬底表面的二维区域上的沉积材料的厚度的均匀性得以改进。

在一些实施例中，所述源是发射扇形蒸汽羽的线性源，其中所述线性源沿未与其纵轴对准的方向移动。在这些实施例中的若干者中，沿大体上正交于所述源的所述纵轴及所述垂直方向两者的方向移动所述源。在这些实施例中的若干者中，沿非线性路径移动所述源。

在一些实施例中，所述源包含多个个别喷嘴，其中的每一者发射锥形蒸汽羽，使得所述喷嘴共同提供所述衬底表面的区域上的大体上均匀汽化原子流。

在一些实施例中，所述源是二维平面源，其经布置成平行于且面向所述衬底，使得有机材料在被加热时跨所述源的平坦表面均匀地汽化。在一些实施例中，提供所述源与所述蔽荫掩模之间的相对运动以改进所述衬底表面的二维区域上的沉积材料的厚度均匀性。

本发明的另一说明性实施例是一种直接图案化沉积系统，其包括：第一卡盘，其具有用于固持衬底的第一安装表面；及第二卡盘，其具有用于固持包括通孔图案的蔽荫掩模的第二安装表面。所述第二卡盘包含支架，其环绕暴露所述蔽荫掩模中的所述通孔图案的中心开口。因此，在沉积期间，材料的汽化原子可通过所述第二卡盘及所述通孔以按所要图案沉积于所述衬底之前表面的沉积区域上。

所述第一卡盘产生选择性地施加到所述衬底之后表面的第一静电力。所述第一卡盘还经设定尺寸及布置使得其不突出超过所述衬底之前表面。以类似方式，所述第二卡盘产生选择性地施加到所述蔽荫掩模之后表面的第二静电力。所述第二卡盘还经设定尺寸及布置使得其不突出超过所述蔽荫掩模之前表面。当所述蔽荫掩模及所述衬底对准地用于沉积时，所述第一卡盘及所述第二卡盘无任何部分侵入到所述衬底与所述蔽荫掩模之间的三维空间中。因此，所述衬底及所述蔽荫掩模可在沉积期间定位成非常接近或甚至接触，借此减轻羽化。

在一些实施例中，所述第一吸力及所述第二吸力中的到少一者是例如真空产生力、磁力等等的非静电力。

在一些实施例中，所述第二安装表面经设定尺寸及布置以在所述蔽荫掩模之前表面中产生拉伸应力，其减轻所述蔽荫掩模的中心区域的重力引致下垂。在一些此类实施例中，所述第二卡盘的所述支架经塑形使得其安装表面远离所述支架的内周边的顶部边缘倾斜。因此，当所述蔽荫掩模安装于所述第二卡盘中时，所述蔽荫掩模变成略微拱起，此引致所述蔽荫掩模之前表面中的拉伸应力。在一些这些实施例中，所述安装表面从所述支架的所述内周边的所述顶部边缘向下弯曲。

本发明的实施例是一种用于将第一材料沉积于衬底的沉积区域中的多个沉积位点上的系统，所述多个沉积位点布置成第一布置，其中所述衬底包含第一主表面及包括所述沉积区域的第二主表面，所述系统包括：源，其用于提供所述第一材料的第一多个汽化原子，所述第一多个汽化原子中的每一者沿传播方向传播，所述传播方向以相对于垂直于由所述衬底界定的第一平面的第一方向的传播角为特征，其中所述第一多个汽化原子的传播角的范围跨越第一角范围；蔽荫掩模，其包括布置成所述第一布置的多个通孔，其中所述蔽荫掩模包含第三主表面及包括所述通孔的第四主表面；第一卡盘，其用于固持所述衬底，所述第一卡盘经设定尺寸及布置以将第一吸力选择性地施予所述第一主表面；第二卡盘，其用于固持所述蔽荫掩模，所述第二卡盘包括支架，所述支架环绕使所述材料能够通过所述第二卡盘而到所述通孔的第一开口，所述第二卡盘经设定尺寸及布置以将第二吸力选择性地施予所述第三主表面；准直器，其包括多个通道，所述准直器介于所述源与所述蔽荫掩模之间，其中所述多个通道中的每一者经设定尺寸及布置以仅使具有小于所述第一角范围的第二角范围内的传播角的汽化原子通过；及定位系统，其用于控制所述第一卡盘及所述第二卡盘的相对位置以使所述蔽荫掩模及所述衬底对准。

本发明的另一实施例是一种用于将第一材料沉积于衬底的沉积区域中的多个沉积位点上的系统，所述多个沉积位点布置成第一布置，其中所述衬底包含第一主表面及具有第一横向范围的第二主表面，所述系统包括：源，其可操作以提供多个汽化原子，所述多个汽化原子中的每一者沿界定传播角的传播方向行进，其中所述多个传播角跨越第一角范围；蔽荫掩模，其包括布置成所述第一布置的多个通孔，其中所述蔽荫掩模包含第三主表面及包括所述通孔的第四主表面，其中所述蔽荫掩模及所述多个沉积位点共同界定小于所述第一角范围的可接受角范围；第一卡盘，其用于固持所述衬底；第二卡盘，其用于固持所述蔽荫掩模，所述第二卡盘包括支架，所述支架环绕使所述材料能够通过所述第二卡盘而到所述通孔的第一开口；其中当所述蔽荫掩模及所述衬底对准时，所述蔽荫掩模及所述衬底共同界定第二区域，所述第二区域(1)具有等于或大于所述第一横向范围的第二横向范围，(2)具有等于所述衬底与所述蔽荫掩模之间的间距的厚度，且(3)不包括所述第一卡盘及所述第二卡盘；其中所述第一卡盘及所述第二卡盘经设定尺寸及布置以使所述厚度能够小于10微米；及准直器，其定位于所述源与所述蔽荫掩模之间，所述准直器包括多个通道，所述多个通道中的每一者具有界定小于或等于所述可接受角范围的过滤角范围的高宽纵横比。

本发明的又一实施例是一种用于将第一材料沉积于在衬底上布置成第一布置的多个沉积位点上的方法，其中所述衬底包含第一主表面及具有第一横向范围的第二主表面，所述第二主表面包括第一区域，其中所述方法包括：在准直器处接收第一多个汽化原子，所述准直器定位于源与具有布置成所述第一布置的多个通孔的蔽荫掩模之间，其中所述蔽荫掩模包含第三主表面及包括所述通孔的第四主表面，其中所述第一多个汽化原子以第一传播角范围为特征；将所述衬底固持于第一卡盘中，所述第一卡盘将第一吸力选择性地施予所述第一主表面；将所述蔽荫掩模固持于第二卡盘中，所述第二卡盘将第二吸力选择性地施予所述第三主表面，其中所述第二卡盘使包括所述材料的粒子能够通过所述第二卡盘而到所述通孔；使第二多个汽化原子选择性地通过所述准直器而到所述蔽荫掩模，其中所述第二多个汽化原子以窄于所述第一传播角范围的第二传播角范围为特征；及定位所述衬底及所述蔽荫掩模，使得所述第二主表面及所述第四主表面间隔小于或等于10微米的距离；及使所述第二多个汽化原子中的到少若干者能够通过所述第二卡盘及所述多个通孔而沉积于所述衬底上。

附图说明

图1描绘根据现有技术的直接图案化沉积系统的主要特征的横截面的示意图。

图2描绘根据本发明的说明性实施例的高精准度直接图案化沉积系统的主要特征的横截面的示意图。

图3描绘根据说明性实施例的用于将直接图案化材料层沉积于衬底上的方法的操作。

图4a到b分别描绘根据说明性实施例的掩模卡盘的俯视图及横截面图的示意图。

图5描绘安装于掩模卡盘206中的蔽荫掩模106的横截面图。

图6a描绘根据本发明的第一替代实施例的掩模卡盘206的部分的横截面图的示意图。

图6b描绘根据本发明的第二替代实施例的掩模卡盘206的部分的横截面图的示意图。

图7a到b分别描绘根据本发明的第三替代实施例的掩模卡盘的俯视图及横截面图的示意图。

图8a描绘根据说明性实施例的掩模卡盘的横截面图的示意图。

图8b描绘衬底卡盘204在固持衬底102时的横截面图的示意图。

图9描绘系统100的部分的横截面图的示意图，其中衬底102及蔽荫掩模106对准地用于材料116的沉积。

图10描绘衬底102的像素区域及蔽荫掩模106的其对应孔隙120的放大图的示意图。

图11a描绘根据说明性实施例的准直器的横截面图的示意图。

图11b到c分别描绘准直器208的区域的俯视图及截面图的示意图。

具体实施方式

图1描绘根据现有技术的直接图案化沉积系统的主要特征的横截面的示意图。系统100是常规蒸镀系统，其通过蒸镀材料通过定位于衬底前方的蔽荫掩模来将所要材料图案沉积于衬底上。系统100包含布置于低压真空室(图中未展示)内的源104及蔽荫掩模106。

衬底102是适于形成主动矩阵有机发光二极管(amoled)显示器的玻璃衬底。衬底102包含界定平面108及垂直轴110的表面114。垂直轴110正交于平面108。表面114包含用于接收发射绿光的材料的多个沉积位点g、用于接收发射蓝光的材料的多个沉积位点b及用于接收发射红光的材料的多个沉积位点r。沉积位点布置于多个像素区域112中，使得每一像素区域包含用于各色彩的发光材料的一个沉积位点。

源104是用于使材料116汽化的坩埚，材料116是发射所要波长的光的有机材料。在所描绘的实例中，材料116是发射红光的有机发光材料。在所描绘的实例中，源104是相对于衬底102居中的单室坩埚；然而，在一些实施例中，源104包含布置成一维及/或二维布置的多个室。当材料116在真空室110的低压气氛内熔化或升华时，材料116的汽化原子122从源射出且以大体上弹道方式朝向衬底102传播。由源104射出的汽化原子共同界定蒸汽羽124。

蔽荫掩模106是包含孔隙120的结构材料板。蔽荫掩模大体上是平坦的且界定平面118。蔽荫掩模定位于源104与衬底102之间，使得其阻挡除通过其孔隙的汽化原子之外的全部汽化原子通过。蔽荫掩模与衬底间隔间距s(通常为数十或数百微米)，平面108及118大体上平行，且孔隙120与沉积位点r对准。

理想地，当沉积发红光材料116时，汽化原子仅入射于沉积位点r上。不幸地，蒸汽羽124包含沿许多不同传播方向126行进的汽化原子，许多传播方向不与垂直轴110的方向对准。因此，通过孔隙120的大部分汽化原子沿具有可观横向分量的传播方向行进。每一汽化原子在表面114上的入射点在几何学上取决于其传播角及衬底与蔽荫掩模之间的空间关系，具体来说，间距s及孔隙120与沉积位点r的对准。为了本说明书(其包含所附权利要求书)，将术语“传播角”界定为由汽化原子相对于垂直于衬底102的平面108的方向(即，垂直方向128，其与垂直轴110对准)的传播方向形成的角度。例如，汽化原子122沿传播方向126行进，传播方向126相对于垂直方向128形成传播角θp。

蒸汽羽124的汽化原子的传播角跨越-θm到+θm的相对较大角范围，此导致现有技术直接沉积系统的显著缺点。特定来说，其导致材料118沉积于孔隙120的周边外的表面114上，此通常称为“羽化”。此外，孔隙处的羽化量会随所述孔隙与衬底102的中心的距离而增加。

对于定位于蒸汽羽124的中心附近的孔隙，到达蔽荫掩模106的汽化原子122具有相对较小角范围内的传播角。换句话说，其沿仅略微偏离垂直轴110的方向行进。因此，通过这些孔隙的汽化原子在通过蔽荫掩模之后仅展现最小横向漂移(即，羽化)。因此，在此区域中，沉积材料116的横向范围通常几乎与孔隙120的边缘对准(即，其主要沉积于目标沉积位点r上)。

然而，对于更远离蒸汽羽124的中心的孔隙，到达蔽荫掩模106的汽化原子跨越相对较大角范围且包含较接近于|θm|的传播角。因此，在这些区域中，汽化原子在通过蔽荫掩模之后行进的横向距离较大，从而导致完全超出孔隙的横向范围的沉积材料羽化。此导致孔隙开口的边缘与其中沉积材料116的区域的周边之间的横向偏移δf。因此，沉积材料扩展超出目标沉积位点的区域。在一些情况中，此羽化可导致材料沉积于希望用于不同发光材料的相邻沉积位点(即，沉积位点b及/或g)上，借此导致色彩混合。

应注意，蔽荫掩模与衬底之间的任何额外不对准会加剧羽化，例如偏离平面108及118的平行度(即，掩模与衬底之间的相对间距及/或偏转)、蔽荫掩模及/或衬底的不平坦度及蔽荫掩模与衬底之间的平移及/或旋转不对准。此外，在许多现有技术沉积系统(例如用于沉积一种以上材料的系统等等)中，源104相对于衬底偏心定位，此导致甚至更大羽化问题。

所属领域的技术人员应认识到，使蔽荫掩模106在沉积期间与衬底102接触将减轻或甚至完全消除羽化问题。不幸地，由于种种原因，此在多数情况中是不可取或不可能的。第一，现有技术的衬底及蔽荫掩模卡盘通常分别包含突出超过衬底及蔽荫掩模的特征。因此，这些特征成为限制衬底及蔽荫掩模的紧密定位程度的阻挡元件。第二，与蔽荫掩模接触会引起衬底的表面上的既有结构机构受损。第三，蔽荫掩模受损可由与衬底接触所致。第四，一旦解除与衬底接触，则残余物会留在蔽荫掩模表面上。接着，需要频繁清洁蔽荫掩模，此增加过程时间及总成本，同时还可能使掩模在清洁操作期间受损。因此，现有技术的蔽荫掩模沉积大体上已受限于其中羽化具有显著负面影响的非接触配置。第五，常规蔽荫掩模通常是由金属制成且因此必然相当厚。厚蔽荫掩模在与衬底接触时导致各孔隙区域内的蔽荫，此导致沉积特征的边缘变薄。对于较厚蔽荫掩模(例如通常用于现有技术中的蔽荫掩模)，更多材料因孔隙的壁而被损耗且子像素的边缘变薄。

然而，本发明在克服现有技术的一些缺点的情况下实现直接沉积。本发明的第一方面是：可通过仅允许沿几乎垂直于衬底的表面的方向传播的汽化原子到达蔽荫掩模来显著减少羽化，借此使沉积材料的图案能够具有相对于蔽荫掩模的孔隙图案的较高分辨率及保真度。

本发明的另一方面是：将例如氮化硅的非金属材料用于蔽荫掩模以使其能够为极薄的(≤1微米)，借此导致比现有技术的蔽荫掩模显著减少的蔽荫。

本发明的又一方面是：可通过使用经设定尺寸及布置以抵消蔽荫掩模的重力作用的蔽荫掩模卡盘来减小或消除蔽荫掩模的重力引致下垂。

本发明的另一方面是：衬底及蔽荫掩模卡盘不具有突出超过衬底及蔽荫掩模的顶面的结构实现衬底与蔽荫掩模之间的极小间距或甚至接触，借此减轻羽化。衬底/蔽荫掩模接触还可增加其在沉积期间的稳定性，通过减少浪费来提高材料利用率，实现较快沉积及较高通量，且实现较低温沉积。

图2描绘根据本发明的说明性实施例的高精准度直接图案化沉积系统的主要特征的横截面的示意图。系统200包含真空室202、衬底卡盘204、源104、蔽荫掩模106、掩模卡盘206、准直器208及定位系统212。系统200可操作以将所要材料图案蒸镀到衬底表面上且无需例如光刻及蚀刻之后续消减图案化操作。

本文相关于将发光材料图案沉积于玻璃衬底上(其作为制造amoled显示器的部分)来描述系统200。然而，所属领域的技术人员应在阅读本说明书之后清楚，本发明可针对在任何各种衬底(例如半导体衬底(例如硅、碳化硅、锗等等)、陶瓷衬底、金属衬底、塑料衬底及其类似者)上形成实际上任何薄膜及厚膜材料(有机或无机)的直接图案化层。此外，尽管说明性实施例是热蒸镀系统，但所属领域的技术人员应在阅读本说明书之后认识到，本发明可针对实际上任何材料沉积过程，例如电子束蒸镀、溅镀及其类似者。此外，尽管所描绘的实例是适合用于单衬底平面处理的沉积系统，但本发明还适合用于其它制造方法，例如丛集工具处理、追踪处理、滚动条式处理、卷带式处理等等。因此，本发明适合用于各种应用，其包含(但不限于)封装应用、ic制造、mems制造、纳米技术装置制造、球栅阵列(bga)制造及其类似者。

在所描绘的实例中，蔽荫掩模106是包括处置衬底224及膜226的高精准度蔽荫掩模，其悬置于形成于处置衬底中的中心开口上。膜226包含通孔图案228。蔽荫掩模106包含两个主表面：前表面230及后表面232。前表面230是膜226的顶面(即，远离处置衬底224的膜表面)，其界定平面118。后表面232是处置衬底224的表面(即，远离膜226的衬底表面)。应注意，尽管蔽荫掩模106是基于膜的高精准度蔽荫掩模，但可使用根据本发明的掩模卡盘来固持实际上任何类型的蔽荫掩模。优选地，膜226包括氮化硅；然而，可在不背离本发明的范围的情况下使用其它材料。优选地，膜226具有小于或等于一微米的厚度；然而，可不背离本发明的范围的情况下使用其它厚度的膜。

如上文所论述，与现有技术的蔽荫掩模相比，通过采用具有一微米或更小厚度的蔽荫掩模膜可减少直接沉积期间的蔽荫效应。

真空室202是用于容纳使材料116汽化所需的低压环境的常规压力容器。在所描绘的实例中，真空室110是独立单元；然而，还可在不背离本发明的范围的情况下使其成为其中将多个蒸镀室布置成线性链的丛集沉积系统或追踪沉积系统的部分。在一些实施例中，真空室110包含能够在衬底102上形成不同材料的不同图案(例如(例如)发射不同色彩(例如红色、绿色及蓝色)的光的多个发光子像素)的若干蒸镀源/蔽荫掩模组合。

控制器240是尤其将控制信号236及238分别提供到衬底卡盘204及掩模卡盘206的常规仪器控制器。

图3描绘根据说明性实施例的用于将直接图案化材料层沉积于衬底上的方法的操作。本文继续参考图2且参考图4a到b、5、6a到b、7a到b、8a到b、9、10及11a到c来描述方法300。方法300开始于操作301，其中将准直器208安装于准直器卡盘210中。

准直器208是包括由薄壁分离的多个通道的机械坚固板，如下文将相对于图11a到c来更详细描述。准直器208经设定尺寸及布置以用作空间过滤器，其选择性地使沿几乎垂直于平面108的方向传播的汽化原子(即，具有非常小传播角的汽化原子)通过。因此，准直器202减轻跨整个衬底102的羽化。

准直器卡盘210是用于相对于蔽荫掩模106固持及定位准直器的环形夹紧机构。

在操作302中，将蔽荫掩模106安装于掩模卡盘206中。

掩模卡盘206是经由仅施予其后表面的吸力来固持蔽荫掩模106的夹具。在所描绘的实例中，掩模卡盘206使用静电力来固持蔽荫掩模106。在一些实施例中，掩模卡盘206经由例如真空产生力、磁力等等的不同吸力来固持蔽荫掩模。在其它实施例中，掩模卡盘206是机械夹。

图4a到b分别描绘根据说明性实施例的掩模卡盘的俯视图及横截面图的示意图。图4b中所描绘的横截面是穿过图4a中所展示的线a-a截取的。掩模卡盘206包含支架402、电极404-1及404-2及垫406。

支架402是电绝缘材料的结构刚性圆环。支架402环绕开口408，开口408足够大以暴露整个通孔图案228。在一些实施例中，支架402具有例如正方形、矩形、不规则形等等的非圆形形状。在一些实施例中，支架402包括涂覆有电绝缘体的导电材料。

电极404-1及404-2是形成于支架402的表面上的导电元件。电极404-1及404-2与控制器240电耦合。

垫406是安置于电极404-1及404-2上的电绝缘材料的结构刚性板。垫406中的每一者包含安装表面410，当将蔽荫掩模106安装于掩模卡盘中时，蔽荫掩模106紧贴安装表面410。

图5描绘安装于掩模卡盘206中的蔽荫掩模106的横截面图。

通过施予安装表面410与后表面232之间的静电力来将蔽荫掩模106固持于掩模卡盘206中。静电力响应于电极404-1与404-2之间的电压电势而产生，所述电压电势由控制信号238产生。当使后表面232与安装表面410接触时，交感电荷区域在处置衬底224内发展，如图中所展示。因此，将静电力选择性地施予后表面232与安装表面410之间。

通常，仅围绕蔽荫掩模106的周边支撑蔽荫掩模106。因此，现有技术中的蔽荫掩模趋向于于在重力作用下下垂。在一些实施例中，根据本发明的掩模卡盘包含一或多个特征，其减轻或消除安装蔽荫掩模时的所述蔽荫掩模的重力引致下垂。如上文所详细论述，蔽荫掩模可归因于其自身质量及重力作用而中心下垂数微米。此重力引致下垂导致加剧羽化的若干重大问题。首先，其增大沉积区域的中心中的蔽荫掩模与衬底之间的间距，沉积区域通常居中定位于蔽荫掩模上。如上文所论述，羽化随衬底/蔽荫掩模间距而增加。其次，其导致衬底与蔽荫掩模之间的非均匀间距，此导致跨衬底表面发生的羽化度的变化。即使非均匀性并非无法经由创新掩模布局来补偿羽化，但会是非常困难的。

本发明的又一方面是：掩模卡盘可包含减轻蔽荫掩模的重力引致下垂的特征。

在一些实施例中，掩模卡盘206包含使蔽荫掩模向上偏置以抵消归因于重力的蔽荫掩模下垂的微小曲率(例如向上斜度)。在一些实施例中，精细支撑结构可跨掩模卡盘206中的开口延伸以支撑掩模且减小重力下垂。下文将相对于图6a到b及图7a到b来更详细描述这些特征。

图6a到b描绘根据本发明的第一替代实施例的掩模卡盘的部分的横截面图的示意图。图6a中所描绘的横截面是穿过图4a中所展示的线a-a截取的。掩模卡盘600包含支架402、电极404-1及404-2及垫702。

垫602类似于上文所描述的垫406；然而，每一垫602具有经设计以引致或增加蔽荫掩模安装于掩模卡盘中时的蔽荫掩模中的拉伸应变的安装表面。垫602具有从内边缘606(即，接近开口408的边缘)到外边缘608向下线性锥形化的安装表面604。换句话说，安装表面604在负z方向上从点614到点616(即，从在平面610处与内边缘606的交会点到在平面612处与外边缘608的交会点)锥形化，如图中所展示。因此，在其中内边缘606垂直于平面610的实施例中，内边缘606及安装表面604形成内角θ，使得其是锐角。

当将蔽荫掩模106固持于掩模卡盘600中时，将后表面232吸引到安装表面604，借此引致蔽荫掩模弯曲，其增大蔽荫掩模之前表面230中的横向导引张力。因此，膜被拉得更紧且重力引致下垂被减小或消除。

图6b描绘根据本发明的第二替代实施例的掩模卡盘的部分的横截面图的示意图。图6b中所描绘的横截面是穿过图4a中所展示的线a-a截取的。掩模卡盘618包含支架402、电极404-1及404-2及垫720。

垫620类似于上文所描述的垫406；然而，如同垫602，每一垫620具有经设计以引致或增加蔽荫掩模安装于掩模卡盘中时的蔽荫掩模中的拉伸应变的安装表面。垫620具有从内边缘606到外边缘608向下(即，在负z方向上，如图中所展示)弯曲的安装表面622。换句话说，安装表面622在负z方向上从点614到点616锥形化，如图中所展示。

当将蔽荫掩模106固持于掩模卡盘618中时，将后表面232吸引到安装表面622，借此引致蔽荫掩模弯曲，其增大蔽荫掩模之前表面230中的横向导引张力。因此，膜被拉得更紧且重力引致下垂被减小或消除。在一些实施例中，可通过控制施加到电极404-1及404-2的电压差的量值来控制前表面230中所引致的额外张力量。

所属领域的技术人员应在阅读本说明书之后清楚，对于其中颠倒安装掩模(与图1中所描绘的其定向相比)的沉积系统，安装表面604及622倾斜(或弯曲)的方向将被反向。此外，在此配置中，通常需要使衬底卡盘204经设计以使衬底102能够驻留于开口408内以使衬底/蔽荫掩模间距小于或等于10微米。

图7a到b分别描绘根据本发明的第三替代实施例的掩模卡盘的俯视图及横截面图的示意图。掩模卡盘700包含掩模卡盘206及支撑栅格702。

支撑栅格702包含板704及支撑肋706。

板704是支撑肋706从其延伸的刚性板。在一些实施例中，板704及支撑肋706是由固体结构材料加工而成。适合用于板704及支撑肋706中的材料包含(但不限于)金属、塑料、陶瓷、复合材料、玻璃及其类似者。板704经设计以安装到支架402以将支撑栅格702定位于开口408内，使得其在蔽荫掩模106安装于掩模卡盘700中时机械地支撑膜226。

支撑肋706经布置以在位于通孔布置228的通孔之间的区域中支撑蔽荫掩模106。通常，蔽荫掩模的通孔布置成对应于衬底上的不同裸片区域的丛集。由于这些裸片区域通常由希望通过切割锯来移除的“线道”分离，所以支撑肋706经优选地布置以匹配这些线道的布置。然而，应注意，支撑肋的任何适合布置可用于支撑栅格702中。

支撑栅格702经形成使得其顶面708是共面的且界定平面710。平面710位于安装表面410上方的等于支架224的厚度的距离处。因此，当支架224与安装表面410接触时，支撑肋706与膜226接触。

在一些实施例中，将蔽荫掩模106颠倒地固持于掩模卡盘700中，使得膜226与安装表面410接触。在此类实施例中，支撑栅格702经设计以装配于开口408内，使得平面710与安装表面410共面。因此，膜226由支撑栅格702支撑，使得其在整个开口408中始终完全水平。

在操作303中，将衬底102安装于衬底卡盘204中。

衬底卡盘204是用于经由仅施加到其后表面的吸力来固持衬底102的压盘。在所描绘的实例中，衬底卡盘204产生静电力以固持衬底，然而，在一些实施例中，衬底卡盘204经由例如真空产生力、磁力等等的不同吸力来固持衬底。为了本说明书(其包含所附权利要求书)，术语“磁力”包含由使用永久磁体及/或电磁体引起的任何力。下文将相对于图8a到b来更详细描述衬底卡盘204。

在一些实施例中，衬底卡盘204经设定尺寸及布置以仅从前表面接触衬底102以减轻对将材料沉积于衬底的另一侧上的干扰。在一些实施例中，衬底卡盘204从衬底的两侧经由例如真空机械夹的不同构件来固定衬底，等等。在一些实施例中，衬底卡盘204包含原位间隙传感器，其与定位系统212一起操作以控制衬底102与蔽荫掩模106之间的间距及平行度。

在所描绘的实例中，衬底102是适合用于主动矩阵有机发光二极管(amoled)显示器中的玻璃衬底。衬底102包含其上界定显示元件的两个主表面：后表面115及前表面114。前表面114界定平面108。

图8a描绘根据说明性实施例的衬底卡盘的横截面图的示意图。衬底卡盘204包含压盘802及电极804-1及804-2。

压盘802是包括衬底806及电介质层808的结构刚性平台。衬底806及电介质层808中的每一者包含例如玻璃、陶瓷、阳极氧化铝、复合材料、电木及其类似者的电绝缘材料以使电极804-1及804-2彼此电隔离且在将衬底安装于衬底卡盘中时使电极804-1及804-2与衬底102电隔离。

电极804-1及804-2是导电元件，其形成于衬底806的表面上且由电介质层808覆盖以将其嵌入压盘802内。电极804-1及804-2与控制器240电耦合。应注意，尽管电极804-1及804-2经描绘为简单板，但衬底卡盘204实际上可具有以任何方式塑形的电极，例如指叉式梳指、同心环、不规则形状等等。

电介质层808是安置于电极804-1及804-2上以产生安装表面810的结构刚性玻璃层。

图8b描绘衬底卡盘204在固持衬底102时的横截面图的示意图。

为将衬底102固持于衬底卡盘204中，控制信号236在电极804-1与804-2之间产生电压电势。当使后表面115与安装表面810(即，电介质层808的顶面)接触时，交感电荷区域在衬底102内发展，如图中所展示。因此，将静电力选择性地施予后表面115，借此将后表面115吸引到安装表面610。

尽管说明性实施例包含经由静电力来固持衬底102的衬底卡盘，但所属领域的技术人员应在阅读本说明书之后清楚如何指定、制造及使用替代实施例，其中经由例如真空产生力、磁力及其类似者的非静电力的吸力来将衬底固持于衬底卡盘中。

在操作304中，由定位系统212控制衬底102、源104、蔽荫掩模106及准直器208的相对位置。

定位系统212通过控制衬底卡盘204的位置来使衬底102及蔽荫掩模106对准。在一些实施例中，定位系统通过控制掩模卡盘206的位置来使衬底及蔽荫掩模对准。在一些实施例中，控制两个卡盘的位置来使衬底及蔽荫掩模对准。下文将相对于图1、2、9、10及11a到c来更详细描述操作304及定位系统212。

定位系统包含三个六轴操纵器及用于控制衬底102与蔽荫掩模106之间的对准的光学对准系统。六轴操纵器中的每一者与衬底卡盘204、掩模卡盘206及准直器卡盘210中的每一者可操作地连接以控制其沿x轴、y轴及z轴中的每一者的位置及围绕x轴、y轴及z轴中的每一者的旋转。在一些实施例中，掩模卡盘206及准直器卡盘210中的到少一者的位置不是由六轴定位器控制。在一些实施例中，定位系统212还包含用于控制衬底102及蔽荫掩模106的相对旋转对准的旋转台。

在操作304中，定位系统212定位衬底及蔽荫掩模，使得沉积区域216中的沉积位点r与孔隙120对准，平面108及118平行，且衬底与蔽荫掩模之间的间距s尽可能地接近于零(即，接触)，优选地，在数微米(例如1到5微米)内。在一些实施例中，s是另一合适间距。应注意，为清楚起见，间距s特地被放大描绘。

本发明的方面是：在一些实施例中，衬底卡盘204及掩模卡盘206两者不包含突出超过其相应安装表面的任何结构元件。因此，衬底及蔽荫掩模可彼此间距很小或彼此无间距地对准以减轻沉积期间的羽化。所属领域的技术人员应认识到，在常规直接沉积系统中，衬底与蔽荫掩模之间的间距必须为到少数十或甚至数百微米。

图9描绘系统100的部分的横截面图的示意图，其中衬底102及蔽荫掩模106对准地用于材料116的沉积。

当衬底及蔽荫掩模对准时，其共同界定其之间的区域902。区域902具有等于前表面114的横向范围的横向范围l1。区域902还具有等于平面108与118之间的间距s1(即，衬底与蔽荫掩模之间的间距)的厚度。

因为衬底卡盘204无任何部分延伸超过平面108而进入到区域902中，所以衬底与蔽荫掩模之间无障碍物。因此，衬底102与蔽荫掩模106之间的间距s1可为极小的(≤10微米)。事实上，如果期望，那么可使衬底及蔽荫掩模彼此接触。在衬底/蔽荫掩模间距等于或小于10微米的情况下执行直接图案化的能力使本发明的实施例显著优于现有技术的直接图案化沉积系统，这是因为其能够显著减少或甚至消除羽化。在一些实施例中，衬底与蔽荫掩模之间无间距或间隙为零以完全消除羽化。

在操作305中，源104产生蒸汽羽124。如上文相对于图1所描述，蒸汽羽124的汽化原子的传播角θp跨越-θm到+θm的相对较大角范围。在现有技术中，此大角范围加剧羽化，羽化依据衬底102与蔽荫掩模106之间的横向及旋转对准、衬底102与蔽荫掩模106之间的间距s及入射于蔽荫掩模上的汽化原子的传播角θp的范围而变化。

然而，在本发明中，通过将空间过滤器(即，准直器208)定位于从源104到蔽荫掩模106的汽化原子路径中来减小到达衬底表面的汽化原子的传播角的范围。因此，在系统200中包含准直器208显著减少直接沉积期间的羽化。

图10描绘衬底102的像素区域112及蔽荫掩模106的其对应孔隙120的放大图的示意图。如图中所展示，为了孔隙120与沉积位点r上的材料的沉积之间的高保真度，通过蔽荫掩模106的汽化原子的传播角必须在-θa到+θa的可接受范围内。为了本说明书(其包含所附权利要求书)，将术语“可接受角范围”界定为期望通过蔽荫掩模的传播角的范围，其跨越从-θa到+θa的角范围。通常，可接受角范围是使材料116能够在通过孔隙120之后仅沉积于沉积位点r上的角范围。在一些实施例中，可接受角范围包含围绕沉积位点的小防护带以允许小于最近沉积位点之间的间距的一半的羽化。具有此范围外的传播角的入射于蔽荫掩模上的任何汽化原子将沉积于超出沉积位点r的横向范围的表面114上。

在操作306中，由准直器208过滤蒸汽羽124以产生蒸汽柱214。

图11a描绘根据说明性实施例的准直器的横截面图的示意图。准直器208包含经图案化以形成多个通道1104的主体1102，多个通道1104中的每一者延伸穿过主体1102的厚度。

主体1102是适于平面处理的玻璃板。在所描绘的实例中，主体1102具有约25毫米(mm)的厚度；然而，可在不背离本发明的范围的情况下使用任何实用厚度。在一些实施例中，主体1102包括适于承受与热及/或电子束蒸镀相关联的温度且不会显著变形的不同结构刚性材料。适合用于主体1102中的材料包含(但不限于)半导体(例如硅、碳化硅等等)、陶瓷(例如氧化铝等等)、复合材料(例如碳纤维等等)、玻璃纤维、印刷电路板、金属、聚合物(例如聚醚醚酮(peek)等等)及其类似者。

通道1104是使用常规处理操作(例如金属成形、钻孔、电子放电加工、深反应性离子蚀刻(drie)及其类似者)来形成于主体1102中的通孔。在所描绘的实例中，通道1104具有圆形横截面，其具有约3mm的直径。因此，通道1104具有约8:1的高宽纵横比。优选地，高宽纵横比到少等于3:1。另外，对于超过100:1的高宽纵横比，通过准直器的汽化原子流开始减小到非所要位准；然而，超过100:1的高宽纵横比是在本发明的范围内。在一些实施例中，通道1104具有非圆形横截面形状(例如正方形、矩形、六边形、八边形、不规则形等等)。

通道1104的形成产生驻留于通道之间的多个壁1106。优选地，为实现高通量，壁1106要尽可能地薄且不牺牲主体1102的结构完整性。在所描绘的实例中，壁506具有约500微米的平均厚度；然而，壁1106可使用任何实用厚度。

图11b到c分别描绘准直器208的区域的俯视图及截面图的示意图。通道1106布置成蜂窝状布置，其中列是周期性的且相邻列从其相邻者偏移半个周期。在一些实施例中，通道布置成例如二维周期、六方紧密堆积、随机及其类似者的不同布置。

如图11c中所描绘，通道1104的纵横比界定过滤角范围。为了本说明书(其包含所附权利要求书)，将术语“过滤角范围”界定为将通过准直器208的传播角的范围，其跨越从-θc到+θc的角范围。因此，具有大于|θc|的传播角的汽化原子将被准直器阻挡。

所属领域的技术人员应认识到，上文针对主体1102、通道1104及壁1106所提供的尺寸仅供说明，且可在不背离本发明的范围的情况下使用其它尺寸。

在操作307中，孔隙120使蒸汽柱214的汽化原子通过，使得其沉积于沉积区域216中的沉积位点r上。

在任选操作308中，定位系统212将运动施予准直器208以改进汽化原子密度跨蒸汽柱214的横向范围的均匀性，借此改进跨衬底102上的沉积位点的沉积均匀性。在一些实施例中，定位系统212可操作以将振荡运动施予准直器208。

应注意，在说明性实施例中，源104大体上为材料116的点源，这是因为其坩埚的敞开面积显著小于衬底102的面积。

在任选操作309中，定位系统212在x-y平面中相对于衬底移动源102以改进沉积均匀性。

在一些实施例中，源104是线性蒸镀源，其包括发射汽化原子的扇形蒸汽羽的多个喷嘴。在一些实施例中，定位系统212在x-y平面中沿未与其纵轴对准的方向移动线性源以改进衬底102上的沉积材料的均匀性。在一些实施例中，此路径是大体上正交于喷嘴的线性布置及垂直轴110两者的线路。在一些实施例中，在x-y平面中沿非线性路径移动线性源。

在一些实施例中，源104包含喷嘴的二维布置，每一喷嘴发射锥形蒸汽羽，使得多个喷嘴共同提供衬底表面的区域上的大体上均匀汽化原子流。在一些实施例中，定位系统212移动喷嘴的二维布置以促进沉积均匀性。在一些实施例中，喷嘴的二维布置在平面中旋转以促进沉积均匀性。

在一些实施例中，源104是二维平面源，其包含跨其顶面分布的材料层116。源经布置使得此顶面平行于且面向衬底102。材料116在被加热时跨平面均匀地汽化。童(tung)等人在“通过使用新颖平面蒸发技术的oled制造(oledfabricationbyusinganovelplanarevaporationtechnique)”(int.j.ofphotoenergy，第2014(18)卷，第1页到第8页(2014))(其以引用的方式并入本文中)中揭示适合用于本发明的实施例中的示范性平面蒸镀源。

在一些实施例中，为改进材料116沉积于表面114的二维区域上时的均匀性，定位系统212通过移动衬底/掩模组合及源中的到少一者来施予源104与衬底102及蔽荫掩模106的组合之间的相对运动。

应理解，本发明仅教示根据本发明的一些实施例，且所属领域的技术人员可在阅读本发明之后容易地设想本发明的许多变化，且本发明的范围将由所附权利要求书确定。