CN107414306B - 一种金属掩膜制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及掩膜板制造领域，尤其涉及一种金属掩膜制备方法，通过激光加工图形方式取代传统的黄光与蚀刻工艺，即以皮秒级激光加工开口区，通过单面加工方式来避免传统双面加工生产方式所产生的累计误差，进而使得加工精度远远高于传统生产流程中采用曝光/显影/蚀刻的累计精度；并可通过调整激光入射角来满足金属掩膜所需的蒸镀角度需求；同时还避免了高额设备投资与厂区建设费用。

Description

一种金属掩膜制备方法

技术领域

本发明涉及掩膜板制造领域，尤其涉及一种金属掩膜制备方法。

背景技术

有机发光二极管显示器以其轻薄、主动发光、快响应速度、广视角、色彩丰富及高亮度、低功耗、耐高低温等众多优点而被业界公认为是继液晶显示器之后的新一代显示技术，可以广泛用于智能手机、平板电脑、电视等终端产品。现有成熟的有机发光二极管显示器制备技术是采用金属掩模板蒸镀有机发光材料来制备彩色化像素图案。

现有工艺生产金属掩膜板(蚀刻型金属掩膜)时，对同一块金属卷材进行AB两面的黄光工艺以将图形刻至金属卷材上形成金属掩膜。这种金属掩膜的制备方式受限于蚀刻工艺能力，于高分辨率(超高清以上)的产品生产时，具有结构强度以及开口变异性与位置精度过大造成生产良品率过低的问题，且需要投资黄光工艺与蚀刻工艺的相关设备，生产成本过大。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明使用激光开口方式取代黄光与蚀刻工艺，以皮秒级激光加工开口区，可避免热影响区域，激光入射角可控制金属掩膜所需的蒸镀角度需求。

本发明解决上述技术问题的主要技术方案为：

提供一种金属掩膜制备方法，其特征在于，包括：

提供一具有操作面的金属基材；

于所述金属基材的操作面上定义出定位标记；

基于所述定位标记，采用激光对所述金属基材进行图形加工工艺，以制备所述金属掩膜。

优选的，上述的金属掩膜制备方法中，采用激光对所述金属基材进行图形加工工艺的步骤包括：

以所述定位标记为参照坐标，将所述金属基材上待加工的需求图形的开口坐标存入激光加工设备中；

计算所述金属基材经所述激光加工后产生的变形量，将所述变形量补偿给所述需求图形的开口坐标，以在所述激光加工设备中生成实际加工点；

所述激光加工设备采用激光照射所述操作面上所述实际加工点所对应位置，以在所述金属基材上形成通孔图形；

其中，所述通孔图形的开口位置与所述需求图形的开口坐标相吻合。

优选的，上述的金属掩膜制备方法中，所述变形量为所述金属基材经所述激光加工后产生的内缩值。

优选的，上述的金属掩膜制备方法中，利用感光耦合元件于所述金属基材的操作面上定义出定位标记。

优选的，上述的金属掩膜制备方法中，所述激光的脉冲宽度为皮秒级。

优选的，上述的金属掩膜制备方法中，所述金属基材为一金属薄片。

优选的，上述的金属掩膜制备方法还包括：

定义出所述定位标记之前，提供一基板；

对所述金属基材进行第一前处理操作后，将所述金属基材固定于所述基板上并切除所述金属基材超出所述基板的多余部分；

继续于所述金属基材的操作面上定义出定位标记，以继续制备所述金属掩膜，并对所述金属掩膜进行第一后处理操作。

优选的，上述的金属掩膜制备方法中，采用涂料或焊接方式将所述金属基材固定于所述基板上。

优选的，上述的金属掩膜制备方法中，所述第一前处理操作包括湿式清洗，所述第一后处理操作包括超声波清洗。

优选的，上述的金属掩膜制备方法中，所述金属基材为一金属卷材。

优选的，上述的金属掩膜制备方法还包括：

定义出所述定位标记之前，对所述金属卷材进行第二前处理操作，并将所述金属卷材放置于真空吸附平台以拉直所述金属卷材；

继续于所述金属卷材上进行所述图形加工工艺后，对所述金属卷材进行第二后处理操作；

对经所述图形加工工艺的金属卷材部分进行切割工艺；以及

提供一基板，将切割下的所述金属卷材部分固定于所述基板上。

优选的，上述的金属掩膜制备方法中，采用激光消融点连点的方式进行所述切割工艺。

优选的，上述的金属掩膜制备方法中，所述第二前处理操作包括湿式清洗，所述第二后处理操作包括超声波清洗。

优选的，上述的金属掩膜制备方法中，采用涂料或焊接方式将切割下的所述金属卷材部分固定于所述基板上。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：本发明使用激光加工图形方式取代黄光与蚀刻工艺，以皮秒级激光加工开口区，通过单面加工方式避免旧生产方式的双面加工的累计误差，且精度高于旧生产流程曝光/显影/蚀刻的累计精度；通过调整激光入射角来满足金属掩膜所需的蒸镀角度需求；同时避免高额设备投资与厂区建设费用。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明的方法流程图；

图2～图6为本发明实施例一中各步骤结构图；

图7～图8为本发明实施例二中各步骤结构图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。当然除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

为解决传统金属掩膜的制作工艺中因结构强度以及开口变异性与位置精度过大造成生产良品率过低，且需要投资黄光工艺与蚀刻工艺的相关设备导致生产成本过大的问题，本发明公开一种新型的金属掩膜制备方法，如图1所示，包括：提供一具有操作面的金属基材；于所述金属基材的操作面上定义出定位标记；基于所述定位标记，采用激光对所述金属基材进行图形加工工艺，以制备所述金属掩膜。

下面结合两个具体的实施例以及附图详细阐述本发明的金属掩膜制备方法。

实施例一：

首先，提供一金属薄片(本实施例中所述的金属薄片属于金属基材的一种，该金属薄片为一平板形状的金属基材)，该金属薄片具有一操作面以及相对于该操作面的背面(此处所述操作面以及背面仅为区分金属薄片的两个相对的面，不应理解为对本发明的限制)。因需要在操作面上进行加工以生成掩膜图形，因此先对金属薄片进行前处理，采用湿式清洗机喷洒液碱(氢氧化钠)与硫酸，去除金属薄片表面油污与微尘，避免于后续激光工艺时造成开口变形与表面脏污。同时提供一基板，并参照金属薄片的清洗方式对该基板进行前处理。

其次，将金属薄片的背面固定于基板上，可采用涂料(例如胶水)粘贴或焊接进行固定，固定之后切除金属薄片多余的边料形成如图2所示的结构。图2中标识1代表金属薄片，标识2代表基板。

再次，采用感光耦合元件(Charge Coupled Device，简称CCD)在金属薄片1的操作面上定义出定位标记。具体的，参照图3，根据需要在金属薄片1上加工出的掩模图形，利用激光加工设备的CCD元件读取金属薄片1上的若干个定位标记10作为参照点；这些定位标记10就作为后续加工掩模图形时的参照点；并且在金属掩膜制成后投入真空蒸镀工艺时，这些定位标记10可切换为蒸镀机使用的对位标志。同时，这些定位标记10也与激光加工设备的自身坐标系吻合，以这些定位标记10为参照，可以在金属薄片1的操作面上界定出需要加工的掩膜图形的开口位置。

其中，图3中带有十字的圆圈代表定位标记10，为方便展示，图3中画出两个定位标记10位于金属薄片1的左上角和右下角，以框定需要加工的掩膜图形的区域位置。在实际工艺中可以根据需求灵活改变定位标记的位置。

进一步的，以定位标记10为参照坐标，将金属薄片1上待加工的需求图形的开口坐标存入激光加工设备中；同时激光加工设备计算金属薄片1经激光加工后产生的变形量，把这个变形量补偿给需求图形的开口坐标，以生成实际加工点。具体如图4所示，感光耦合元件(CCD)读取金属薄片1的操作面上的需求图形的开口坐标11(图中的实心圆均代表开口坐标11；同时为展示方便，避免过多的坐标点引起混乱，后文中的附图中不再标识出定位标记10)，并将这些开口坐标11存入激光加工设备中。接着，感光耦合元件(CCD)在操作面上读取补偿变形量后的实际加工点12的坐标存入激光加工设备中。参照图4，实际加工点12(图4中的空心圆均代表实际加工点12)对应到金属薄片1的操作面上，位于开口坐标11所对应位置的外侧。因为实际工艺中，在金属薄片上加工完掩膜图形后，会因金属薄片结构变弱而发生图形内缩效应，造成内缩后的图形开口位置与原本设计不相符的情形。参照图5，原本开口坐标11形成的掩模图形(图5中实线框所示)由于内缩效应，变成了虚线框所示的图形。因此为避免加工后的图型偏移，需要在开口坐标11的设计值上加上预补偿的系数，形成如图所示的实际加工点12。参照图6，由实际加工点12形成的虚线框表示实际加工后形成的图形，在经过内缩效应后，内缩值与预补偿值抵消，可使掩膜图形开口位置精确到设计时需要的位置上，即可与开口坐标11的位置相吻合。

进一步的，利用激光加工设备的激光机照射实际加工点12所对应的金属薄片1的操作面上的位置，以于金属薄片1上形成预定的掩膜图形，该掩膜图形的开口位置与开口坐标11的位置吻合。这些开口坐标11也可与蒸镀机对位标志共同使用，因此加工后的实际加工点12(也即内缩后开口坐标11所在位置)的形状可依照蒸镀机需求决定，例如可加工为圆形、方形、十字形或其他任意蒸镀机所需求的样式。同样实际加工点12的数量也可灵活调整，例如可加工为4点、6点等等，均依蒸镀设备需求不同而定。

作为一个优选的实施例，此处根据实际工艺需求，可采用皮秒级激光照射实际加工点12，例如激光的脉冲宽度为100皮秒，200皮秒，500皮秒等；并通过调整激光的入射角度(可垂直或不垂直于金属薄片1的操作面)与焦点位置参数，可使激光照射后的掩膜图形的开口位置以及开口形状更加符合工艺需求。

最后，对形成有掩膜图形的金属薄片1进行后处理，以完成金属掩膜的制作，并进行金属掩膜的成品出货检查。后处理操作使用环己酮与氢氟醚两种药液配合超声波，在避免氧化的前提下去除因加工产生的微尘。

实施例二：

本实施例中的金属基材不同于实施例一中的金属薄片，而采用金属卷材，该金属卷材同样具有一操作面和相对于该操作面的背面，其具体加工方式如下：

首先，对金属卷材进行前处理后，参照图7，利用激光加工设备的真空吸附平台将金属卷材3真空吸附住，以将金属卷材3拉平，避免对金属卷材3加工时产生偏移，真空吸附的位置如图7中箭头所示。施加的吸附力根据金属卷材3的厚度而定，以保证能将金属卷材3拉平同时不造成损坏。并测量吸附后的平整度是否达到加工需求，若未达到加工需求则放开真空，并调整施加张力的参数，直到符合需求达到平整效果为止。

接着，利用CCD***侦测金属卷材3的边缘，并定位出需要加工的掩膜图形的基准点位置，同时在该基准点外侧根据金属卷材3加工后的变形量定位出实际加工点位置。另外，在真空固定金属卷材3的状态下，利用CCD***定义出金属卷材3上的切割线位置(该切割线内包含有后续要制备的掩模图形，如图8虚线框所示为切割线位置，实心圆11为开口坐标位置。因为金属卷材一般较大，需要将未形成有掩模图形的原料切割下来以备后续使用)，利用激光消融点连点的方式，形成切割线。切割线的加工深度与后续针对实际加工点的加工深度不同，实际加工点经激光照射后形成通孔图形，而切割线不需加工穿透，一般依据不同需求以激光消融加工金属卷材3厚度的20％～50％，这样形成的切割线深度有利于后续掩膜图形完成时顺利将带有掩膜图形的金属掩膜成品与金属卷材原材料分离。

进一步的，利用激光对实际加工点位置进行照射以在金属卷材3上形成掩膜图形。并针对金属卷材3的掩模图形进行后处理。

之后，对金属卷材3进行尺寸切割，留下带有掩模图形的金属卷材。

最后，将带有掩模图形的金属卷材固定于一基板上形成金属掩膜成品，并进行相应的余料切除和成品检验。

需要注意的是，本实施例中与实施例一相同的步骤代表相同的处理，且本实施例中与实施例一相同的术语代表相同的操作，因此不再赘述。

综上所述，本发明使用激光加工图形方式取代黄光与蚀刻工艺，以皮秒级激光加工开口区，通过单面加工方式避免旧生产方式的双面加工的累计误差，且精度高于旧生产流程曝光/显影/蚀刻的累计精度；并通过调整激光入射角来满足金属掩膜所需的蒸镀角度需求；同时避免高额设备投资与厂区建设费用。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (13)

1.一种金属掩膜制备方法，其特征在于，包括：

提供一具有操作面的金属基材；

于所述金属基材的操作面上定义出定位标记；

基于所述定位标记，采用激光对所述金属基材进行图形加工工艺，以制备所述金属掩膜；

采用激光对所述金属基材进行图形加工工艺的步骤包括：

以所述定位标记为参照坐标，将所述金属基材上待加工的需求图形的开口坐标存入激光加工设备中；

计算所述金属基材经所述激光加工后产生的变形量，将所述变形量补偿给所述需求图形的开口坐标，以在所述激光加工设备中生成实际加工点；

所述激光加工设备采用激光照射所述操作面上所述实际加工点所对应位置，以在所述金属基材上形成通孔图形；

其中，所述通孔图形的开口位置与所述需求图形的开口坐标相吻合。

2.如权利要求1所述的金属掩膜制备方法，其特征在于，所述变形量为所述金属基材经所述激光加工后产生的内缩值。

3.如权利要求1所述的金属掩膜制备方法，其特征在于，利用感光耦合元件于所述金属基材的操作面上定义出定位标记。

4.如权利要求1所述的金属掩膜制备方法，其特征在于，所述激光的脉冲宽度为皮秒级。

5.如权利要求1所述的金属掩膜制备方法，其特征在于，所述金属基材为一金属薄片。

6.如权利要求5所述的金属掩膜制备方法，其特征在于，所述金属掩膜制备方法还包括：

定义出所述定位标记之前，提供一基板；

对所述金属基材进行第一前处理操作后，将所述金属基材固定于所述基板上并切除所述金属基材超出所述基板的多余部分；

继续于所述金属基材的操作面上定义出定位标记，以继续制备所述金属掩膜，并对所述金属掩膜进行第一后处理操作。

7.如权利要求6所述的金属掩膜制备方法，其特征在于，采用涂料或焊接方式将所述金属基材固定于所述基板上。

8.如权利要求6所述的金属掩膜制备方法，其特征在于，所述第一前处理操作包括湿式清洗，所述第一后处理操作包括超声波清洗。

9.如权利要求1所述的金属掩膜制备方法，其特征在于，所述金属基材为一金属卷材。

10.如权利要求9所述的金属掩膜制备方法，其特征在于，所述金属掩膜制备方法还包括：

定义出所述定位标记之前，对所述金属卷材进行第二前处理操作，并将所述金属卷材放置于真空吸附平台以拉直所述金属卷材；

继续于所述金属卷材上进行所述图形加工工艺后，对所述金属卷材进行第二后处理操作；

对经所述图形加工工艺的金属卷材部分进行切割工艺；以及

提供一基板，将切割下的所述金属卷材部分固定于所述基板上。

11.如权利要求10所述的金属掩膜制备方法，其特征在于，采用激光消融点连点的方式进行所述切割工艺。

12.如权利要求10所述的金属掩膜制备方法，其特征在于，所述第二前处理操作包括湿式清洗，所述第二后处理操作包括超声波清洗。

13.如权利要求10所述的金属掩膜制备方法，其特征在于，采用涂料或焊接方式将切割下的所述金属卷材部分固定于所述基板上。