Photomask
Display 產線上使(shi)用的(de)Mask 為(wei)兩種: Array 段(duan)和CF 段(duan)(TFT-LCD)用的(de), 以(yi)(yi)玻璃為(wei)基(ji)礎材(cai)料的(de)曝(pu)光(guang)Photomask; 和AMOLED 段(duan)以(yi)(yi)金屬為(wei)基(ji)本材(cai)料的(de)Shadow Mask (Open Mask & FMM)。
Photomask 主(zhu)要(yao)用(yong)(yong)于Array 段曝光(guang)(guang)顯影(ying)用(yong)(yong)。Photomask 主(zhu)體結構(gou)為透明(ming)基(ji)材(cai)+遮光(guang)(guang)材(cai)料, 主(zhu)要(yao)用(yong)(yong)于通(tong)過(guo)曝光(guang)(guang)、顯影(ying)和刻蝕(shi)工藝制作高精度的集成(cheng)電路用(yong)(yong)。
常見的基板(ban)、遮光材(cai)料(liao)(liao)以及(ji)材(cai)料(liao)(liao)特性如Table 1 和Table 2 (** 資(zi)料(liao)(liao)來源較老2008, 僅(jin)能作為參考 **)。
Table 1 Photomask 分(fen)類 (10) (** 資料來源較老2008, 僅能作(zuo)為參(can)考 **)
Table 2 Photomask 常用透明(ming)基板和硬質(zhi)遮(zhe)光材料 (10) (** 資料來源較老2008, 僅能作為參考 **)
Table 3 Display 用 PhotoMask 主要參(can)數(3)
在Display 生產中(zhong), 主要使用的是(shi)石英/蘇打玻璃+鉻膜(Cr + CrO) 的Photomask 形(xing)式 (Table 3) (3)。根據透過性(xing)的不(bu)同, Photomask 可以(yi)進一(yi)步(bu)被分為Binary Mask 和Half Tone Mask (3)：
• Binary Mask: 該(gai)類型(xing)mask 上區(qu)域分為全透光區(qu)域和不透明區(qu)域。
• Half-tone Mask: 除(chu)去以上兩個區(qu)域外, 該Mask 上還存在(zai)半(ban)透(tou)明區(qu)域。通過控(kong)制(zhi)半(ban)透(tou)明區(qu)域的光透(tou)過量(liang)可(ke)以控(kong)制(zhi)下方PR 膠刻蝕后的圖案的高度。該Mask 亦被稱為Gray-Scale Mask 和3D Mask (or GTM mask (10))。
在(zai)FPD 產業中該(gai)Mask 基(ji)本(ben)材料為石英玻(bo)璃, 并通過在(zai)玻(bo)璃上制作金屬鉻Cr 作為遮光蓋(Cr 可采用(yong)Sputtering 方式制作)。
在使(shi)用時Cr 面與PR 膠接觸進行曝(pu)光(guang)(Mask 間距約10 μm)。在Display 生產中, 除去CF 板外(wai), Photomask 用來制作(zuo)主要用于制作(zuo)TFT 部分(fen), 如S/D/G柵和絕緣層等。
根據(ju)DNP 的資料來看, 現有Photomask 可以制作分(fen)辨率為(wei)14 nm 至28 nm 精度的器件(5)。
TFT 和(he)CF 的(de)精度不同, 所以對Photomask 的(de)品(pin)質規(gui)格(ge)要(yao)求(qiu)也(ye)有差異(yi)(Table 4)(10)。
Table 4 普通TFT Mask 要求品(pin)質(10) (** 資料來源較(jiao)老2008, 僅(jin)能作為參(can)考 **)
**a: CD 圖形尺(chi)寸精度
**b: Pattern Centrality Accuracy 圖形居中精(jing)度
**c: Registration 圖形位置(zhi)精度
**d: Total Pitch TP 圖(tu)形總長精度
**e: Overlay 圖(tu)形套盒(he)精度
Shadow Mask: Open Mask & Fine Metal Mask
在(zai)制作(zuo)發光部件(jian)時, 根據現(xian)有OLED 的工(gong)藝(yi), 可(ke)以分(fen)別采用Open Mask 形式和FMM 形式對器(qi)件(jian)進行制作(zuo)。
Fig 5 旭暉應用(yong)材料的Open Mask (9)
Fig 6 旭(xu)暉(hui)應用材料(liao)的Fine Metal Mask(9)
Open Mask 技(ji)(ji)術主(zhu)要(yao)用(yong)于AMOLED 的WOLED 生產(chan)中(zhong)。該(gai)技(ji)(ji)術由LG Display 主(zhu)要(yao), 并主(zhu)要(yao)用(yong)于大(da)尺寸(cun)面板的制造和生產(chan)中(zhong)。和FMM 工藝分(fen)別對RGB 進行精(jing)細蒸鍍不(bu)同, Open Mask 的尺寸(cun)較大(da), 主(zhu)要(yao)用(yong)于在(zai)WOLED 技(ji)(ji)術中(zhong)HIL 和HTL 等共通(tong)層的制作。
FMM 全(quan)稱為Fine Metal Mask(精細(xi)金屬掩模版), 其主(zhu)材可以主(zhu)要是金屬或金屬+樹脂。從FMM 開(kai)孔形(xing)狀(zhuang)來區分, 根(gen)據FMM 的開(kai)孔形(xing)狀(zhuang)的不同(tong), FMM 可以再進一步細(xi)分為Slot 型和Slit 型(4)。
Fig 7 FMM 細分
Fig L8 Toppan Slot Type & Slit Type of FMM(4)
生產FMM 的方(fang)式主要有三種(zhong)(1): 蝕刻、電鑄(Electroforming Metal)和(he)多重材料(liao)(金屬+樹(shu)脂(zhi)材料(liao))復合。
• 蝕(shi)刻(ke)法可(ke)以考慮為做減法, 主(zhu)(zhu)要是(shi)通過蝕(shi)刻(ke)Invar Sheet 的(de)方式制(zhi)作(zuo)。現階(jie)段(duan)主(zhu)(zhu)要的(de)OLED 面(mian)板(ban)FMM 供應商, 如大日本印(yin)刷(shua)(DaiNippon Printing)、凸版印(yin)刷(shua)(TOPPAN)和達運等均采用蝕(shi)刻(ke)技術。該方法制(zhi)作(zuo)出(chu)的(de)FMM 在現階(jie)段(duan)最薄可(ke)以做到20 μm 左右并達到WQHD 級(ji)別分辨(bian)率。
WQHD 級別分辨(bian)率(lv)FMM 在現階段由DNP, 并已出貨給Samsung Display 且通(tong)過了量(liang)產的驗證。
在該方法產(chan)出的(de)FMM 也(ye)已經(jing)(jing)通(tong)過三星量產(chan)的(de)認證(zheng)。在2017 年結(jie)束與(yu)Samsung Display 壟(long)斷(duan)性合約后(提供(gong)10~20 μm 厚的(de)FMM), DNP 已經(jing)(jing)與(yu)BOE 達成(cheng)協議, 并會(hui)逐步向(xiang)BOE 提供(gong)WQHD 級(ji)手(shou)機(ji)用FMM(約30 μm 厚)(7)。
• 電鑄(Electroforming Metal)可(ke)以視為做加法。通過該方法制作出的(de)FMM 厚度很薄。采用該方法的(de)廠家主要有日本(ben)Athene 與Hitachi Maxell。這兩家公司已(yi)經將板厚控制到約5 μm, 并正在研發(fa)WQHD 分辨率(lv)級別的(de)FMM 產品(pin)(1)。
• 多(duo)重(zhong)材(cai)料復合法主(zhu)要采用樹脂和金屬(shu)材(cai)料混合以制(zhi)作FMM 以應對熱膨脹, V-Technology 目前(qian)具有(you)做到厚度為5μm, 且(qie)成膜精度位置為2 μm FMM 的能(neng)力(向1 μm 發展)(1)。
雖(sui)然Hitachi Maxell 與V-Technology 分別采用電(dian)鑄(zhu)和(he)多重材(cai)料復合方(fang)式對(dui)QHD 分辨率以上(shang)的FMM 有(you)進行(xing)研究, 但是其產(chan)(chan)品(pin)還未進入量產(chan)(chan)和(he)廠商(shang)驗證(zheng)階段。
Display 生產中(zhong)主要(yao)采用(yong)的(de)FMM 生產技(ji)術(shu)還是(shi)以(yi)蝕刻(ke)為主。該(gai)技(ji)術(shu)主要(yao)由(you)Samsung Display 主導并用(yong)于中(zhong)小尺(chi)寸(cun)的(de)AMOLED 制造中(zhong)。
FMM 產業鏈主(zhu)要由(you):
• 原材料供應(ying)商。
• FMM 加工商。
• 最(zui)終(zhong)用戶。
三者組成。
Table 5 FMM Value Chain(2)
其中FMM 原材料由Hitachi Metals 提供, 其后(hou)(hou)材料會送到(dao)FMM 制(zhi)作商處制(zhi)作FMM Mask, 并待制(zhi)作完成后(hou)(hou)送交到(dao)終端客戶手上。#p#分頁標(biao)題#e#
截至(zhi)到(dao)(dao)2017 年中旬為止, Hitachi Metals 是為數不多(duo)能(neng)提(ti)供厚度在20 μm 以下、高分辨率(lv)(WQHD)且不會受到(dao)(dao)重力影響的(de)FMM 原材料(liao)的(de)廠(chang)商(1)。
采用蝕刻法(fa)制作FMM 板材(cai)時(shi), 其基(ji)材(cai)為FMM Sheet 合金, 該(gai)合金材(cai)質一般為因瓦合金或(huo)超(chao)級因瓦合金:
• 因(yin)瓦(wa)合金簡稱為INVAR。一般FMM 用的INVAR 為是鎳(nie)Ni 含量為35.4%左右(you)的鐵合金(INVAR 36), 且在-20℃~20℃下熱膨(peng)脹系
數(shu)平均(jun)值(zhi)為1.6 × 10-6/℃。 (Table 6)。
• 如(ru)果需要(yao)制(zhi)造高精度的FMM, 則需要(yao)更高級的INVAR 合金(jin)(Super INVAR alloy)。現在市面上唯一(yi)能(neng)提(ti)供(gong)滿足(zu)FMM 使用需求的Super INVAR alloy 合金(jin)的廠商是Hitachi Metal (Table 7) 。
Hitachi Metals 提(ti)供(gong)的超(chao)因瓦(wa)合金板(ban)(Super Invar Alloy)產品編號為MA-SINVER(6)。
該合(he)金成分(fen)比例約鐵50~70%, 鎳29~40%, 鈷15%以下。與其他材料相比, Hitachi Metals 提(ti)供的(de)超因瓦合(he)金板(ban)的(de)熱(re)膨脹系數趨近于0, 且能夠耐受(shou)蒸(zheng)鍍制程的(de)高溫而(er)不(bu)變形。
在AMOLED 生產中, Samsung Display 與Hitachi Metal 有深度的合作(zuo)且有可能(neng)就Super INVAR alloy 簽(qian)有排他(ta)性協議。
Table 6 Hitachi Metal MA-INV 36 基本參數(6)
Table 7 Hitachi Metal MA-S-INVER 超(chao)因瓦(wa)合金板(ban)基本參數(6)
Table 8 Toppan 的FMM 主要參數(4)
FMM 掩模(mo)版(ban)為顯(xian)示屏生(sheng)產(chan)必不可少的(de)一個材料。在(zai)AMOLED 的(de)生(sheng)產(chan)中, FMM 主要運用于AMOLED 段(duan)RGB 材料的(de)蒸鍍所用。
產(chan)線上使(shi)用(yong)FMM 蒸(zheng)鍍AMOLED 時, 除(chu)去在較高溫度下(80℃左右)金(jin)屬(shu)形(xing)變和金(jin)屬(shu)熱(re)膨(peng)脹的(de)不(bu)利影響外, 隨著FMM 尺(chi)寸(cun)的(de)變大, FMM 中部(bu)亦(yi)容易產(chan)生形(xing)變, 導致蒸(zheng)鍍材(cai)料(liao)的(de)錯位, 并最終產(chan)生EML 層(ceng)錯位混色和金(jin)屬(shu)過孔無(wu)法覆蓋等現象(xiang)。
因為(wei)在現階段(duan)FMM 很難(nan)兼顧(gu)大(da)面(mian)積、第重(zhong)量、低熱(re)膨脹系數的(de)要求(Table 8)。
同(tong)時(shi)FMM 亦(yi)為生(sheng)產耗(hao)材。因為蒸鍍材料會在FMM 上沉積, 所(suo)以(yi)FMM 從(cong)理論上而言是(shi)一(yi)種昂貴的易耗(hao)品(pin)。在產線上生(sheng)產時(shi), FMM在進行數次蒸鍍后都需(xu)要進行清(qing)洗,
而同(tong)一個(ge)工藝(yi)段往往需要(yao)多塊FMM 作為備用且相互輪流進行蒸鍍以(yi)保(bao)證生產的效率。
References
1. 日本OLED 金屬遮(zhe)罩(zhao)“競(jing)爭(zheng)戰”: DNP 蝕刻(ke)遭(zao)遇電(dian)鑄技術(shu)挑戰, OLEDindustry, April 4th,
2. 陳(chen)光榮, AMOLED 關鍵技術與FPD 產(chan)業重(zhong)大變(bian)革, ITRI,
3. Large-size Photomask for Displays, Toppan,
4. Fine Metal Masks for OLED Displays, Toppan,
5. Photomasks, Dai Nippon Printing,
6. Controlled Expansion Alloys, Hitachi Metals MMC Superalloy, Ltd,
7. Dai Nippon Printing to supply FMM masks to BOE Display, OLED-infor, June 20th,
8. The ELVESS OLED Mass Production System, Equipment for Mass Production, Canon Tokki,
9. OLED Fine Metal Mask & OLED Open Mask, 旭(xu)暉應用(yong)材料,
10. 瞿立成, 光(guang)掩(yan)模(mo)技術基礎。
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