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　　Photomask

　　Display 產線上使用的Mask 為兩種: Array 段和CF 段(TFT-LCD)用的, 以玻璃為基礎材料的曝光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 主體結構為透明基材+遮光材料, 主要用于通過曝光、顯影和刻蝕工藝制作高精度的集成電路用。

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

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

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

Table 3 Display 用 PhotoMask 主要參數(3)

　　在Display 生產中, 主要使用的是石英/蘇打玻璃+鉻膜(Cr + CrO) 的Photomask 形式 (Table 3) (3)。根據透過性的不同, Photomask 可以進一步被分為Binary Mask 和Half Tone Mask (3)：

　　• Binary Mask: 該類型mask 上區域分為全透光區域和不透明區域。

　　• Half-tone Mask: 除去以上兩個區域外, 該Mask 上還存在半透明區域。通過控制半透明區域的光透過量可以控制下方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FPD 產業中該Mask 基本材料為石英玻璃, 并通過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Cr 面與PR 膠接觸進行曝光(Mask 間距約10 μm)。在Display 生產中, 除去CF 板外, Photomask 用來制作主要用于制作TFT 部分, 如S/D/G柵和絕緣層等。

　　根據DNP 的資料來看, 現有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Photomask 的品質規格要求也有差異(Table 4)(10)。

Table 4 普通TFT Mask 要求品質(10) (** 資料來源較老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 圖形總長精度

　　**e: Overlay 圖形套盒精度

　　Shadow Mask: Open Mask & Fine Metal Mask

　　在制作發光部件時, 根據現有OLED 的工藝, 可以分別采用Open Mask 形式和FMM 形式對器件進行制作。

Fig 5 旭暉應用材料的Open Mask (9)

Fig 6 旭暉應用材料的Fine Metal Mask(9)

　　Open Mask 技術主要用于AMOLED 的WOLED 生產中。該技術由LG Display 主要, 并主要用于大尺寸面板的制造和生產中。和FMM 工藝分別對RGB 進行精細蒸鍍不同, Open Mask 的尺寸較大, 主要用于在WOLED 技術中HIL 和HTL 等共通層的制作。

　　FMM 全稱為Fine Metal Mask(精細金屬掩模版), 其主材可以主要是金屬或金屬+樹脂。從FMM 開孔形狀來區分, 根據FMM 的開孔形狀的不同, FMM 可以再進一步細分為Slot 型和Slit 型(4)。

Fig 7 FMM 細分

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

　　生產FMM 的方式主要有三種(1): 蝕刻、電鑄(Electroforming Metal)和多重材料(金屬+樹脂材料)復合。

　　• 蝕刻法可以考慮為做減法, 主要是通過蝕刻Invar Sheet 的方式制作。現階段主要的OLED 面板FMM 供應商, 如大日本印刷(DaiNippon Printing)、凸版印刷(TOPPAN)和達運等均采用蝕刻技術。該方法制作出的FMM 在現階段最薄可以做到20 μm 左右并達到WQHD 級別分辨率。

　　WQHD 級別分辨率FMM 在現階段由DNP, 并已出貨給Samsung Display 且通過了量產的驗證。

　　在該方法產出的FMM 也已經通過三星量產的認證。在2017 年結束與Samsung Display 壟斷性合約后(提供10~20 μm 厚的FMM), DNP 已經與BOE 達成協議, 并會逐步向BOE 提供WQHD 級手機用FMM(約30 μm 厚)(7)。

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

　　• 多重材料復合法主要采用樹脂和金屬材料混合以制作FMM 以應對熱膨脹, 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 發展)(1)。

　　雖然Hitachi Maxell 與V-Technology 分別采用電鑄和多重材料復合方式對QHD 分辨率以上的FMM 有進行研究, 但是其產品還未進入量產和廠商驗證階段。

　　Display 生產中主要采用的FMM 生產技術還是以蝕刻為主。該技術主要由Samsung Display 主導并用于中小尺寸的AMOLED 制造中。

　　FMM 產業鏈主要由:

　　• 原材料供應商。

　　• FMM 加工商。

　　• 最終用戶。

　　三者組成。

Table 5 FMM Value Chain(2)

　　其中FMM 原材料由Hitachi Metals 提供, 其后材料會送到FMM 制作商處制作FMM Mask, 并待制作完成后送交到終端客戶手上。#p#分頁標題#e#

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

　　采用蝕刻法制作FMM 板材時, 其基材為FMM Sheet 合金, 該合金材質一般為因瓦合金或超級因瓦合金:

　　• 因瓦合金簡稱為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, 則需要更高級的INVAR 合金(Super INVAR alloy)。現在市面上唯一能提供滿足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)產品編號為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趨近于0, 且能夠耐受蒸鍍制程的高溫而不變形。

　　在AMOLED 生產中, Samsung Display 與Hitachi Metal 有深度的合作且有可能就Super INVAR alloy 簽有排他性協議。

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

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

Table 8 Toppan 的FMM 主要參數(4)

　　FMM 掩模版為顯示屏生產必不可少的一個材料。在AMOLED 的生產中, FMM 主要運用于AMOLED 段RGB 材料的蒸鍍所用。

　　產線上使用FMM 蒸鍍AMOLED 時, 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 中部亦容易產生形變, 導致蒸鍍材料的錯位, 并最終產生EML 層錯位混色和金屬過孔無法覆蓋等現象。

　　因為在現階段FMM 很難兼顧大面積、第重量、低熱膨脹系數的要求(Table 8)。

　　同時FMM 亦為生產耗材。因為蒸鍍材料會在FMM 上沉積, 所以FMM 從理論上而言是一種昂貴的易耗品。在產線上生產時, FMM在進行數次蒸鍍后都需要進行清洗,

　　而同一個工藝段往往需要多塊FMM 作為備用且相互輪流進行蒸鍍以保證生產的效率。

　　References

　　1. 日本OLED 金屬遮罩“競爭戰”: DNP 蝕刻遭遇電鑄技術挑戰, OLEDindustry, April 4th,

　　2. 陳光榮, AMOLED 關鍵技術與FPD 產業重大變革, 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, 旭暉應用材料,

　　10. 瞿立成, 光掩模技術基礎。