(57)【要約】  基板に材料の高解像度パターンを形成することができる直接堆積システムが開示されている。蒸発源からの気化原子は、シャドーマスクの貫通孔のパターンを通過して、基板に所望のパターンで堆積する。シャドーマスクは、シャドーマスクと基板を１０ミクロン以下であり得る距離で分離できるように、マスクチャックに保持されている。その結果、シャドーマスクを通過する気化原子は、その開口部を通過した後に横方向の長さ（すなわち、フェザリング）がほとんど又は全くなく、この材料は、シャドーマスクの開口パターンと非常に高い忠実度を有するパターンで基板に堆積する。
2019516866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャドーマスクの貫通孔の配列を介して基板の第１の領域に材料のパターンを堆積させるためのシステムであって、前記基板が、前記第１の領域を含む第１の主面及び第２の主面を含み、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、
前記システムが、
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、
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合わせシステムと、
を備える、システム。
【請求項２】
前記第１のチャック、第２のチャック及び位置合わせシステムが共同で、前記基板とシャドーマスクとの位置合わせを、それらの間の間隔が約２５ミクロン以下である状態で可能にする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１のチャック、第２のチャック及び位置合わせシステムが共同で、前記基板とシャドーマスクとの位置合わせを、それらの間の間隔が約２０ミクロン以下である状態で可能にする、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１のチャック、第２のチャック及び位置合わせシステムが共同で、前記基板とシャドーマスクとの位置合わせを、それらの間の間隔が約１０ミクロン以下である状態で可能にする、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１のチャック、第２のチャック及び位置合わせシステムが共同で、前記基板とシャドーマスクとの位置合わせを、それらの間の間隔が０ミクロンよりも大きい状態で可能にする、請求項２から４の何れか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１のチャック、第２のチャック及び位置合わせシステムが共同で、前記基板とシャドーマスクとの位置合わせを、それらの間の間隔が約２ミクロンから約５ミクロンの範囲内である状態で可能にする、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２の引力が静電力である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２の引力が、真空発生力及び磁力からなる群から選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第２のチャックが、前記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ように寸法決めされて配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記フレームが、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る装着面を画定する断面を有し、前記シャドーマスクが前記第２のチャックに保持されたとき、前記装着面が前記第３の主面に接触し、前記装着面及び第１の縁部が、第１の平面内の一点で交わり、前記装着面及び前記第２の縁部が、第２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２の平面より前記基板に近い、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記装着面が非線形である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
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さらに含み、前記支持格子が、前記シャドーマスク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、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１の引力及び前記第２の引力の各々が静電力である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
シャドーマスクの貫通孔の配列を介して基板の第１の領域に材料のパターンを堆積させるためのシステムであって、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、
前記システムが、
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る第２のチャックと、
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２の領域を画定し、
前記第２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２５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、システム。
【請求項１５】
前記第１のチャック及び前記第２のチャックが、厚さが２０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、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１のチャック及び前記第２のチャックが、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、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第１のチャック及び第２のチャックが、厚さが０ミクロンより大きく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、請求項１４から１６の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１のチャック及び第２のチャックが、厚さが０ミクロンより大きく、１０ミクロン以下であ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、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第２のチャックが、前記第３の主面のみに第１の引力を与えるように動作可能である、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１の引力が静電力である、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第１の引力が、真空発生力及び磁力からなる群から選択される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１のチャックが、前記第１の主面にのみ第２の引力を与えるように動作可能である、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
前記第１の引力及び第２の引力の各々が静電力である、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第２のシャドーマスクが前記第２のチャックに保持されているとき、前記第２のチャックが、前記シャドーマスク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、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２５】
前記第２のチャックが、前記第４の主面に引張応力を誘起することによって前記重力によって生じ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、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記第２のチャックが、前記シャドーマスクの湾曲を生じさせるように寸法決めされて配置されている、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第２のチャックが、前記第１の開口部内に位置する支持格子を含み、前記支持格子が、前記シャドーマスクを物理的に支持するように寸法決めされて配置されている、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２８】
シャドーマスクの貫通孔の配列を介して基板の第１の領域に材料のパターン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、
前記方法が、
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の主面に集約的に第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貫通孔まで前記材料を含む粒子の移動を可能にする、段階と、
前記第２の主面及び前記第４の主面が２５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合わせする段階と、
前記材料を含む粒子の流れを前記第２のチャック及び前記とシャドーマスクに通す段階と、
を含む、方法。
【請求項２９】
前記第２の主面及び前記第４の主面が２０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２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第２の主面及び前記第４の主面が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２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記第２の主面及び前記第４の主面が０ミクロンよりも大きい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２８から３０の何れか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記第２の主面及び前記第４の主面が、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２８に記載の方法。
【請求項３３】
前記第２の主面及び前記第４の主面が、約２ミクロンから約５ミクロンの範囲内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２８に記載の方法。
【請求項３４】
静電力として前記第２の引力を発生させることをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３５】
静電力として前記第１の引力を発生させることをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
真空発生力及び磁力からなる群から選択される力として前記第２の引力を発生させることをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３７】
前記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ことをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３８】
前記重力によって生じる垂れ下がりが、前記第４の主面内に引張歪みを誘導することによって軽減される、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記引張歪みが、前記シャドーマスクの湾曲を生じさせることによって前記第４の主面に生じる、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記貫通孔を含む前記シャドーマスクの領域に前記シャドーマスクを機械的に支持することによって、前記重力によって生じる垂れ下がりが軽減される、請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
前記第２のチャックを提供する段階をさらに含み、
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貫通孔まで前記材料を含む粒子の移動を可能にする第１の開口部を囲むフレームと、
前記第１の開口部に位置する支持格子であって、前記シャドーマスクを物理的に支持するように寸法決めされて配置されている支持格子と、
を含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記材料を含む気化原子を供給するための供給源であって、前記気化原子が前記第２の主面に対して第１の角度範囲内の方向に沿って伝搬するように前記気化原子を供給する供給源と、
前記第１の角度範囲よりも小さい第２の角度範囲内の方向に沿って移動する気化原子を選択的に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、
をさらに含み、
前記コリメータが前記供給源と前記シャドーマスクとの間にあるように、前記コリメータ、供給源及びシャドーマスクが配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記位置合わせシステムが、前記基板への前記材料のパターンの堆積中に前記コリメータと前記基板との間に相対運動を生じさせるように動作可能である、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
前記材料を含む気化原子を供給するための供給源であって、前記気化原子が前記第２の主面に対して第１の角度範囲内の方向に沿って伝搬するように前記気化原子を供給する供給源と、
前記第１の角度範囲よりも小さい第２の角度範囲内の方向に沿って移動する気化原子を選択的に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、
をさらに含み、
前記コリメータが前記供給源と前記シャドーマスクとの間にあるように、前記コリメータ、光源及びシャドーマスクが配置される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項４５】
前記位置合わせシステムが、前記基板への前記材料のパターンの堆積中に前記コリメータと前記基板との間に相対運動を生じさせるように動作する、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４６】
前記材料を含む第１の複数の気化原子を提供する段階であって、前記第１の複数の気化原子が、前記第２の主面に対して第１の角度範囲内の方向に沿って前記シャドーマスクに向かって伝播するようになる段階と、
第２の複数の気化原子が前記シャドーマスクに選択的に到達することができるようにする段階であって、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２の主面に対して第２の角度範囲内の方向に沿って伝搬する、段階と、
をさらに含み、
前記第２の角度範囲が、前記第１の角度範囲よりも小さい、請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（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。
【０００２】
本発明は、一般的には薄膜堆積に関し、より詳細には薄膜堆積装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
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。
【０００４】
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、シャドーマスクが供給源と基板と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、基板の表面に接触するか、その直前に配置され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、貫通孔を通過する気化原子は、目的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：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法に似ている。
【０００５】
シャドーマスクベースの堆積は、部分的には、材料層が堆積され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厳しい化学薬品（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薬品など）に晒す必要がなくなる。さらに、シャドーマスクを使用した堆積では、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く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。
【０００６】
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材料が横方向に広がる傾向があるために低下し、これは「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。その結果、この間隔は通常、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、できるだけ小さく保たれる。さらに、堆積領域全体にわたるこの間隔の不均一性は、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または両方の湾曲または垂れ下がり等から生じ得る。
【０００７】
残念ながら、かなりの量のフェザリングが発生するのを防ぐのに十分近くにシャドーマスク及び基板を保持するのは困難である。さらに、シャドーマスクは、気化原子が貫通孔パターンを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。
【０００８】
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生成された重要な特徴は、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、それによって、得られるデバイス密度が制限される。例えば、アクティブマトリッ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、目に近い拡張現実およ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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、従来技術のいくらかのコスト及び不利益なしに、基板にパターン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。本発明は、わずか数ミクロンだけ離れているシャドーマスクと基板との高精度な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る垂れ下がりの軽減を提供する。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。
【００１１】
本発明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、を備える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に所望のパターンで堆積することが可能である。
【００１２】
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のチャックも、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のチャックも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。シャドーマスク及び基板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。
【００１３】
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。
【００１４】
いくつかの実施形態では、第２の装着面は、その中央領域の重力による垂れ下がりを軽減するシャドーマスクの前面に引張応力を生じさせ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て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のチャックに取り付けると、シャドーマスクが僅かに曲がり、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。
【００１５】
本発明の一実施形態は、シャドーマスクの貫通孔の配列を介して基板の第１の領域に材料のパターンを堆積させるためのシステムであって、基板が、第１の領域を含む第１の主面及び第２の主面を含み、シャドーマスクが、貫通孔を含む第３の主面及び第４の主面を含み、このシステムが、基板を保持するための第１のチャックであって、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、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、材料が貫通孔まで第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、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、シャドーマスクと基板とを位置合わせするために、第１のチャックと第２のチャックとの相対位置を制御するための位置合わせシステムと、を備える、システムである。
【００１６】
本発明の別の実施形態は、シャドーマスクの貫通孔の配列を介して基板の第１の領域に材料のパターンを堆積させるためのシステムであって、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、第２の主面が、第１の領域を含み、シャドーマスクが、貫通孔を含む第３の主面及び第４の主面を含み、このシステムが、基板を保持するための第１のチャックと、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、材料が貫通孔まで前記第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る第２のチャックと、を備え、シャドーマスクと基板とが位置合わせされるとき、シャドーマスクと基板とが共同で第２の領域を画定し、第２の領域が、（１）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）基板とシャドーマスクとの間の間隔に等しい厚さを有し、（３）第１のチャック及び第２のチャックを除外し、第１のチャック及び第２のチャックが、その厚さが０ミクロンより大きく、２５ミクロン以下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、システムである。
【００１７】
本発明のさらに別の実施形態は、シャドーマスクの貫通孔の配列を介して基板の第１の領域に材料のパターンを堆積させるための方法であって、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、第２の主面が、第１の領域を含み、シャドーマスクが、貫通孔を含む第３の主面及び第４の主面を含み、この方法が、第１の主面に選択的に第１の引力を与える第１のチャックに基板を保持する段階と、第３の主面に集約的に第２の引力を与える第２のチャックにシャドーマスクを保持する段階であって、第２のチャックが、第２のチャックを介して貫通孔まで材料を含む粒子の移動を可能にする、段階と、第２の主面及び第４の主面が、０ミクロンより大きく、２５ミクロン以下の距離だけ離れるように、基板とシャドーマスクとを位置合わせする段階と、を含む、方法。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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の概略図を示す。
【図２】本発明の例示的な実施形態による、基板にパターニングされた材料層を形成するための操作方法を示す。
【図３Ａ】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。
【図３Ｂ】基板１１４を保持している間の基板チャック１０２の断面図の概略図を示す。
【図４Ａ】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。
【図４Ｂ】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。
【図５】マスクチャック１０４に取り付けられたシャドーマスク１２２の断面図を示す。
【図６】材料１１８の堆積に対して位置合わせされた基板１１４及びシャドーマスク１２２を有するシステム１００の一部の断面図の概略図を示す。
【図７Ａ】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７Ｂ】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８Ａ】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。
【図８Ｂ】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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１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の概略図を示す。システム１００は、基板チャック１０２、マスクチャック１０４、供給源１０６、位置合わせシステム１０８、真空チャンバ１１０及びコントローラ１１２を含む。システム１００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、所望のパターンの材料を基板表面上に蒸着させるように動作する。
【００２０】
システム１００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への発光有機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、本発明が、半導体基板（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幅広い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る。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に、本発明が電子ビーム蒸着、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であろう。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、集積回路製造、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。
【００２１】
基板チャック１０２は、その背面のみに作用する引力を介して基板１１４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１０２は、基板を保持するために静電力を発生する。しかしながら、いくつかの実施形態では、基板チャック１０２は、真空発生力、磁力などのような種々の引力を介して基板を保持する。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１０２については、図３Ａから図３Ｂに関して以下でより詳細に説明する。
【００２２】
図示の例では、基板１１４は、アクティブマトリッ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１１４は、背面１１６及び前面１１８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１１８は、平面１２０を画定する。
【００２３】
マスクチャック１０４は、シャドーマスク１２２を背面のみに作用する引力で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１０４は、静電力を用いてシャドーマスク１２２を保持する。いくつかの実施形態では、マスクチャック１０４は、真空発生力、磁力などのような種々の引力を用いてシャドーマスクを保持する。マスクチャック１０４は、図４Ａから図４Ｂに関して以下により詳細に説明される。
【００２４】
図示の例では、シャドーマスク１２２は、ハンドル基板１２４と、ハンドル基板に形成された中央開口部の上に懸架された膜１２６とを含む高精度シャドーマスクである。膜１２６は、貫通孔パターン１２８を含む。シャドーマスク１２２は、前面１３０及び背面１３２の２つの主面を含む。前面１３０は、膜１２６の上面（すなわち、ハンドル基板１２４から遠位の膜面）であり、これは、平面１３４を画定する。背面１３２は、ハンドル基板１２４の表面である（すなわち、膜１２６に対して遠位の基板表面）。シャドーマスク１２２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。
【００２５】
供給源１０６は、所望の波長の光を放射する有機材料である材料１１８を気化させるための坩堝である。図示の例では、供給源１０６は、基板１１４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１０６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含む。材料１１８がチャンバ１１０の低圧雰囲気内で溶融又は昇華すると、材料１１８の気化原子が供給源から放出され、実質的に弾道的に基板１１４に向かって伝播する。
【００２６】
位置合わせシステム１０８は、基板１１４とシャドーマスク１２２との間の相対位置を制御するための高精度位置合わせシステムである。図示の例では、位置合わせシステム１０８は、基板チャック１０２及びマスクチャック１０４のそれぞれの位置を６つの次元で独立して制御することができる。必要に応じて、基板／シャドーマスクの組合せに対して供給源を移動させて基板全体にわたる堆積均一性を向上させることができるように、供給源１０６の位置を制御することもできる。
【００２７】
真空チャンバ１１０は、材料１１８の蒸発に必要な低圧雰囲気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、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１１４上に種々の材料の種々の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。
【００２８】
コントローラ１１２は、とりわけ制御信号１３６及び１３８を基板チャック１０２及びマスクチャック１０４にそれぞれ提供する従来の機器コントローラである。
【００２９】
図２は、本発明の例示的な実施形態による、基板にパターニングされた材料の層を形成するための操作方法を示す図である。方法２００は、操作２０１から始まり、ここで基板１１４は、基板チャック１０２に装着される。
【００３０】
図３Ａは、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。マスクチャック１０２は、プラテン３０２と電極３０４−１及び３０４−２とを含む。
【００３１】
プラテン３０２は、基板３０６及び誘電体層３０８を含む構造的に硬質のプラットフォームである。基板３０６及び誘電体層３０８のそれぞれは、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み、電極３０４−１及び３０４−２を互いに、及び、それが基板チャックに取り付けられるときに基板１１４から電気的に絶縁する。
【００３２】
電極３０４−１及び３０４−２は、基板３０６の表面上に形成され、それらをプラテン３０２内に埋め込むために誘電体層３０８によってオーバーコートされた導電性要素である。電極３０４−１及び３０４−２は、コントローラ１１２と電気的に結合されている。電極３０４−１及び３０４−２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、マスクチャック１０２は、インターデジタルな櫛形フィンガー、同心円状リング、不規則な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。
【００３３】
誘電体層３０８は、装着面３１０を生じさせるために電極３０４−１及び３０４−２の上に配置されたガラスの構造的に硬い層である。
【００３４】
図３Ｂは、基板１１４を保持している間の基板チャック１０２の断面図の概略図を示す。
【００３５】
基板１１２を基板チャック１０２に保持するために、制御信号１３６は、電極３０４−１と３０４−２との間に電位差を生成する。背面１１６が装着面３１０（すなわち、誘電体層３０８の上面）と接触すると、図示のように、共鳴電荷領域が基板１１４内に発生する。その結果、静電力が背面１１６に選択的に与えられ、それによってそれを装着面３１０に引き付ける。
【００３６】
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の実施形態を特定、作成及び使用する方法は当業者には明らかであろう。
【００３７】
操作２０２において、シャドーマスク１２２は、マスクチャック１０４に装着される。
【００３８】
図４Ａから図４Ｂは、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に示される断面図は、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１０４は、フレーム４０２、電極４０４−１及び４０４−２、並びにパッド４０６を含む。
【００３９】
フレーム４０２は、電気絶縁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１２８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、電気絶縁材料で被覆されている導電性材料を含む。
【００４０】
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性要素である。電極４０４−１及び４０４−２は、コントローラ１１２と電気的に結合されている。
【００４１】
パッド４０６は、電極４０４−１及び４０４−２上に配置された電気的絶縁材料の構造的に剛性のプレートである。パッド４０６のそれぞれは、マスクチャックに装着されたときにシャドーマスク１２２が保持される装着面４１０を含む。
【００４２】
図５は、マスクチャック１０４に装着されたシャドーマスク１２２の断面図を示す。
【００４３】
シャドーマスク１２２は、装着面４１０と背面１３２との間に加えられる静電力によってマスクチャック１０４内に保持される。静電力は、制御信号１３８によって生成される電極４０４−１と電極４０４−２の間の電位に応じて発生する。背面１３２が装着面４１０と接触すると、図示のように、共鳴電荷領域がハンドル基板１２４内に発生する。結果として、静電力は、背面１３２と装着面４１０との間に選択的に付与される。
【００４４】
工程２０３において、位置合わせシステム１０８は、基板チャック１０２の位置を制御することによって基板１１４とシャドーマスク１２２とを位置合わせする。いくつかの実施形態において、位置合わせシステムは、マスクチャック１０４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。
【００４５】
いくつかの実施形態において、基板チャック１０２もマスクチャック１０４もそのそれぞれの装着面を越えて突出する如何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。
【００４６】
図６は、材料１１８の堆積に対して位置合わせされた基板１１４及びシャドーマスク１２２を有するシステム１００の一部の断面図の概略図を示す。
【００４７】
基板及びシャドーマスクが位置合わせされると、それらは、それらの間の領域６０２を共同で画定する。領域６０２は、横方向の長さＬ１を有し、これは、前面１１８のそれと等しい。領域６０２はまた、平面１２０と１３４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。
【００４８】
基板チャック１０２のどの部分も平面１２０を越えて領域６０２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１１４とシャドーマスク１２２との間の間隔ｓ１は、極めて小さくなり得る（≦２５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。２５ミクロン以下の基板／シャドーマスク分離で直接パターニングを実行する能力は、フェザリングを大幅に減少させるか、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を超えて本発明の実施形態に特に利点を与える。いくつかの実施形態では、基板／シャドーマスク間隔は、２０ミクロン以下に制御可能に保持される。さらに他の実施形態では、基板／シャドーマスク間隔は、１０ミクロン以下に制御可能に保持される。
【００４９】
操作２０４において、供給源１０６を加熱して材料１１８を気化させ、基板１１４の前面１１８上に材料のパターン層を形成する。
【００５０】
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。参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年５月１７日に出願された米国仮特許出願第１５／５９７，６４５号（代理人整理番号：６４９４−２０８ＵＳ１）で詳細に検討されているように、シャドーマスクは、それ自体の質量及び重力の影響により中心で数ミクロンだけ垂れることがある。この重力による垂れ下がりは、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１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ことである。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２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発生するフェザリングの程度における変動を生じさせる。不均一性のために、独創的なマスクレイアウトを用いて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。
【００５１】
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。
【００５２】
図７Ａは、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７Ａ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７００は、フレーム４０２、電極４０４−１及び４０４−２、並びにパッド７０２を含む。
【００５３】
パッド７０２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７０２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７０２は、装着面７０４を有し、これは、内縁７０６（すなわち、開口部４０８に近い方の縁）から外縁７０８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７０４は、図示のように、点７１４から点７１６（すなわち、平面７１０で内縁７０６に交わるところから、平面７１２で内縁７０８と交わるところまで）、負のｚ方向に先細りになっている。したがって、内縁７０６が平面７１０に対して垂直である実施形態では、内縁７０６及び装着面７０４は、それが鋭角であるように内角θをなす。
【００５４】
シャドーマスク１２２がマスクチャック７００内に保持されると、背面１３２が装着面７０４に引き寄せられ、それによってシャドーマスクの前面１３０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、膜は、より強く引っ張られ、重力による垂れ下がりは、減少又は排除される。
【００５５】
図７Ｂ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である。図７Ｂ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７１８は、フレーム４０２、電極４０４−１及び４０４−２、並びにパッド７２０を含む。
【００５６】
パッド７２０は、上述のパッド４０６に類似している。しかしながら、パッド７０２と同様に、各パッド７２０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７２０は、装着面７２２を有し、それは、内縁７０６から外縁７０８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７２２は、図示のように、点７１４から点７１６まで負のｚ方向に先細りになっている。
【００５７】
シャドーマスク１２２がマスクチャック７１８に保持されると、背面１３２が装着面７２２に引き寄せられ、それによってシャドーマスクの前面１３０の横方向の張力を増加させるシャドーマスク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において、前面１３０に誘起され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され得る。
【００５８】
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べて逆さまに取り付けられた堆積システムでは、装着面７０４及び７２２が傾斜（または湾曲）する方向が逆になるであろう。さらに、このような構成では、通常、基板１１４が開口部４０８内に存在し、２５ミクロン以下、好ましくは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基板チャック１０２を設計することが必要であろう。
【００５９】
図８Ａから図８Ｂ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である。マスクチャック８００は、マスクチャック１０４及び支持格子８０２を含む。
【００６０】
支持格子８０２は、プレート８０４及び支持リブ８０６を含む。
【００６１】
プレート８０４は、そこから支持リブ８０６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８０４及び支持リブ８０６は、構造材料の中実体から機械加工される。プレート８０４及び支持リブ８０６に使用するのに適した材料には、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８０４は、開口部４０８内に支持格子８０２を配置するようにフレーム４０２に取り付けるように設計されており、それは、シャドーマスク１２２がマスクチャック８００に装着されたときに、膜１２６を機械的に支持するようになる。
【００６２】
支持リブ８０６は、貫通孔配置１２８の貫通孔の間にある領域においてシャドーマスク１２２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８０６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、支持リブ８０２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。
【００６３】
支持格子８０２は、それらの上面８０８が同一平面上にあり、平面８１０を画定するように形成されている。平面８１０は、フレーム１２４の厚さに等しい距離だけ装着面４１０の上にある。その結果、フレーム１２４が装着面４１０と接触すると、支持リブ８０６は、膜１２６と接触する。
【００６４】
いくつかの実施形態において、シャドーマスク１２２は、膜１２６が装着面４１０と接触するように、マスクチャック８００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８０２は、平面８１０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１２６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８０２によって支持される。
【００６５】
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。
【符号の説明】
【００６６】
１００  システム
１０２  基板チャック
１０４  マスクチャック
１０６  供給源
１０８  位置合わせシステム
１１０  真空チャンバ
１１２  コントローラ
１１４  基板
１１６  背面
１１８  前面
１２０  平面
１２２  シャドーマスク
１２４  ハンドル基板
１２６  膜
１２８  貫通孔パターン
１３０  前面
１３２  背面
１３４  平面
１３６  制御信号
１３８  制御信号
３０２  プラテン
３０４−１  電極
３０４−２  電極
３０６  基板
３０８  誘電体層
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
６０２  領域
７００  マスクチャック
７０２  パッド
７０４  装着面
７０６  内縁
７０８  外縁
７１０  平面
７１２  平面
７１４  点
７１６  点
７１８  マスクチャック
７２０  パッド
７２２  装着面
８００  マスクチャック
８０２  支持格子
８０４  プレート
８０６  支持リブ
８０８  上面
８１０  平面
【図１】
2019516866.tif 000003
【図２】
2019516866.tif 000004
【図３Ａ】
2019516866.tif 000005
【図３Ｂ】
2019516866.tif 000006
【図４Ａ】
2019516866.tif 000007
【図４Ｂ】
2019516866.tif 000008
【図５】
2019516866.tif 000009
【図６】
2019516866.tif 000010
【図７Ａ】
2019516866.tif 000011
【図７Ｂ】
2019516866.tif 000012
【図８Ａ】
2019516866.tif 000013
【図８Ｂ】
2019516866.tif 000014
【国際調査報告】
2019516866.tif 000015