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　　Photomask

　　Display 產(chǎn)線上使用的Mask 為兩種: Array 段和CF 段(TFT-LCD)用的, 以玻璃為基礎(chǔ)材料的曝光Photomask; 和AMOLED 段以金屬為基本材料的Shadow Mask (Open Mask & FMM)。

　　Photomask 主要用于Array 段曝光顯影用。Photomask 主體結(jié)構(gòu)為透明基材+遮光材料, 主要用于通過(guò)曝光、顯影和刻蝕工藝制作高精度的集成電路用。

　　常見(jiàn)的基板、遮光材料以及材料特性如Table 1 和Table 2 (** 資料來(lái)源較老2008, 僅能作為參考 **)。

Table 1 Photomask 分類(lèi) (10) (** 資料來(lái)源較老2008, 僅能作為參考 **)

Table 2 Photomask 常用透明基板和硬質(zhì)遮光材料 (10) (** 資料來(lái)源較老2008, 僅能作為參考 **)

Table 3 Display 用 PhotoMask 主要參數(shù)(3)

　　在Display 生產(chǎn)中, 主要使用的是石英/蘇打玻璃+鉻膜(Cr + CrO) 的Photomask 形式 (Table 3) (3)。根據(jù)透過(guò)性的不同, Photomask 可以進(jìn)一步被分為Binary Mask 和Half Tone Mask (3)：

　　• Binary Mask: 該類(lèi)型mask 上區(qū)域分為全透光區(qū)域和不透明區(qū)域。

　　• Half-tone Mask: 除去以上兩個(gè)區(qū)域外, 該Mask 上還存在半透明區(qū)域。通過(guò)控制半透明區(qū)域的光透過(guò)量可以控制下方PR 膠刻蝕后的圖案的高度。該Mask 亦被稱(chēng)為Gray-Scale Mask 和3D Mask (or GTM mask (10))。

　　在FPD 產(chǎn)業(yè)中該Mask 基本材料為石英玻璃, 并通過(guò)在玻璃上制作金屬鉻Cr 作為遮光蓋(Cr 可采用Sputtering 方式制作)。

　　在使用時(shí)Cr 面與PR 膠接觸進(jìn)行曝光(Mask 間距約10 μm)。在Display 生產(chǎn)中, 除去CF 板外, Photomask 用來(lái)制作主要用于制作TFT 部分, 如S/D/G柵和絕緣層等。

　　根據(jù)DNP 的資料來(lái)看, 現(xiàn)有Photomask 可以制作分辨率為14 nm 至28 nm 精度的器件(5)。

　　TFT 和CF 的精度不同, 所以對(duì)Photomask 的品質(zhì)規(guī)格要求也有差異(Table 4)(10)。

Table 4 普通TFT Mask 要求品質(zhì)(10) (** 資料來(lái)源較老2008, 僅能作為參考 **)

　　**a: CD 圖形尺寸精度

　　**b: Pattern Centrality Accuracy 圖形居中精度

　　**c: Registration 圖形位置精度

　　**d: Total Pitch TP 圖形總長(zhǎng)精度

　　**e: Overlay 圖形套盒精度

　　Shadow Mask: Open Mask & Fine Metal Mask

　　在制作發(fā)光部件時(shí), 根據(jù)現(xiàn)有OLED 的工藝, 可以分別采用Open Mask 形式和FMM 形式對(duì)器件進(jìn)行制作。

Fig 5 旭暉應(yīng)用材料的Open Mask (9)

Fig 6 旭暉應(yīng)用材料的Fine Metal Mask(9)

　　Open Mask 技術(shù)主要用于AMOLED 的WOLED 生產(chǎn)中。該技術(shù)由LG Display 主要, 并主要用于大尺寸面板的制造和生產(chǎn)中。和FMM 工藝分別對(duì)RGB 進(jìn)行精細(xì)蒸鍍不同, Open Mask 的尺寸較大, 主要用于在WOLED 技術(shù)中HIL 和HTL 等共通層的制作。

　　FMM 全稱(chēng)為Fine Metal Mask(精細(xì)金屬掩模版), 其主材可以主要是金屬或金屬+樹(shù)脂。從FMM 開(kāi)孔形狀來(lái)區(qū)分, 根據(jù)FMM 的開(kāi)孔形狀的不同, FMM 可以再進(jìn)一步細(xì)分為Slot 型和Slit 型(4)。

Fig 7 FMM 細(xì)分

Fig L8 Toppan Slot Type & Slit Type of FMM(4)

　　生產(chǎn)FMM 的方式主要有三種(1): 蝕刻、電鑄(Electroforming Metal)和多重材料(金屬+樹(shù)脂材料)復(fù)合。

　　• 蝕刻法可以考慮為做減法, 主要是通過(guò)蝕刻Invar Sheet 的方式制作。現(xiàn)階段主要的OLED 面板FMM 供應(yīng)商, 如大日本印刷(DaiNippon Printing)、凸版印刷(TOPPAN)和達(dá)運(yùn)等均采用蝕刻技術(shù)。該方法制作出的FMM 在現(xiàn)階段最薄可以做到20 μm 左右并達(dá)到WQHD 級(jí)別分辨率。

　　WQHD 級(jí)別分辨率FMM 在現(xiàn)階段由DNP, 并已出貨給Samsung Display 且通過(guò)了量產(chǎn)的驗(yàn)證。

　　在該方法產(chǎn)出的FMM 也已經(jīng)通過(guò)三星量產(chǎn)的認(rèn)證。在2017 年結(jié)束與Samsung Display 壟斷性合約后(提供10~20 μm 厚的FMM), DNP 已經(jīng)與BOE 達(dá)成協(xié)議, 并會(huì)逐步向BOE 提供WQHD 級(jí)手機(jī)用FMM(約30 μm 厚)(7)。

　　• 電鑄(Electroforming Metal)可以視為做加法。通過(guò)該方法制作出的FMM 厚度很薄。采用該方法的廠家主要有日本Athene 與Hitachi Maxell。這兩家公司已經(jīng)將板厚控制到約5 μm, 并正在研發(fā)WQHD 分辨率級(jí)別的FMM 產(chǎn)品(1)。

　　• 多重材料復(fù)合法主要采用樹(shù)脂和金屬材料混合以制作FMM 以應(yīng)對(duì)熱膨脹, V-Technology 目前具有做到厚度為5μm, 且成膜精度位置為2 μm FMM 的能力(向1 μm 發(fā)展)(1)。

　　雖然Hitachi Maxell 與V-Technology 分別采用電鑄和多重材料復(fù)合方式對(duì)QHD 分辨率以上的FMM 有進(jìn)行研究, 但是其產(chǎn)品還未進(jìn)入量產(chǎn)和廠商驗(yàn)證階段。

　　Display 生產(chǎn)中主要采用的FMM 生產(chǎn)技術(shù)還是以蝕刻為主。該技術(shù)主要由Samsung Display 主導(dǎo)并用于中小尺寸的AMOLED 制造中。

　　FMM 產(chǎn)業(yè)鏈主要由:

　　• 原材料供應(yīng)商。

　　• FMM 加工商。

　　• 最終用戶(hù)。

　　三者組成。

Table 5 FMM Value Chain(2)

　　其中FMM 原材料由Hitachi Metals 提供, 其后材料會(huì)送到FMM 制作商處制作FMM Mask, 并待制作完成后送交到終端客戶(hù)手上。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　截至到2017 年中旬為止, Hitachi Metals 是為數(shù)不多能提供厚度在20 μm 以下、高分辨率(WQHD)且不會(huì)受到重力影響的FMM 原材料的廠商(1)。

　　采用蝕刻法制作FMM 板材時(shí), 其基材為FMM Sheet 合金, 該合金材質(zhì)一般為因瓦合金或超級(jí)因瓦合金:

　　• 因瓦合金簡(jiǎn)稱(chēng)為INVAR。一般FMM 用的INVAR 為是鎳Ni 含量為35.4%左右的鐵合金(INVAR 36), 且在-20℃~20℃下熱膨脹系

　　數(shù)平均值為1.6 × 10-6/℃。 (Table 6)。

　　• 如果需要制造高精度的FMM, 則需要更高級(jí)的INVAR 合金(Super INVAR alloy)。現(xiàn)在市面上唯一能提供滿(mǎn)足FMM 使用需求的Super INVAR alloy 合金的廠商是Hitachi Metal (Table 7) 。

　　Hitachi Metals 提供的超因瓦合金板(Super Invar Alloy)產(chǎn)品編號(hào)為MA-SINVER(6)。

　　該合金成分比例約鐵50~70%, 鎳29~40%, 鈷15%以下。與其他材料相比, Hitachi Metals 提供的超因瓦合金板的熱膨脹系數(shù)趨近于0, 且能夠耐受蒸鍍制程的高溫而不變形。

　　在AMOLED 生產(chǎn)中, Samsung Display 與Hitachi Metal 有深度的合作且有可能就Super INVAR alloy 簽有排他性協(xié)議。

Table 6 Hitachi Metal MA-INV 36 基本參數(shù)(6)

Table 7 Hitachi Metal MA-S-INVER 超因瓦合金板基本參數(shù)(6)

Table 8 Toppan 的FMM 主要參數(shù)(4)

　　FMM 掩模版為顯示屏生產(chǎn)必不可少的一個(gè)材料。在AMOLED 的生產(chǎn)中, FMM 主要運(yùn)用于AMOLED 段RGB 材料的蒸鍍所用。

　　產(chǎn)線上使用FMM 蒸鍍AMOLED 時(shí), 除去在較高溫度下(80℃左右)金屬形變和金屬熱膨脹的不利影響外, 隨著FMM 尺寸的變大, FMM 中部亦容易產(chǎn)生形變, 導(dǎo)致蒸鍍材料的錯(cuò)位, 并最終產(chǎn)生EML 層錯(cuò)位混色和金屬過(guò)孔無(wú)法覆蓋等現(xiàn)象。

　　因?yàn)樵诂F(xiàn)階段FMM 很難兼顧大面積、第重量、低熱膨脹系數(shù)的要求(Table 8)。

　　同時(shí)FMM 亦為生產(chǎn)耗材。因?yàn)檎翦儾牧蠒?huì)在FMM 上沉積, 所以FMM 從理論上而言是一種昂貴的易耗品。在產(chǎn)線上生產(chǎn)時(shí), FMM在進(jìn)行數(shù)次蒸鍍后都需要進(jìn)行清洗,

　　而同一個(gè)工藝段往往需要多塊FMM 作為備用且相互輪流進(jìn)行蒸鍍以保證生產(chǎn)的效率。

　　References

　　1. 日本OLED 金屬遮罩“競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)”: DNP 蝕刻遭遇電鑄技術(shù)挑戰(zhàn), OLEDindustry, April 4th,

　　2. 陳光榮, AMOLED 關(guān)鍵技術(shù)與FPD 產(chǎn)業(yè)重大變革, 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, 旭暉應(yīng)用材料,

　　10. 瞿立成, 光掩模技術(shù)基礎(chǔ)。