製造薄膜電子器件以及電路的設備和方法

2023-06-14 16:11:06 2

專利名稱：製造薄膜電子器件以及電路的設備和方法
技術領域：
本發明與電子器件和/或電路的形成有關。更具體地講，本發明與 通過通過孔眼掩模沉積材料進行電子器件的製造有關。
背景技術：
可通過從沉積源朝基底噴射材料在基底上形成材料圖案。通過使 掩模位於沉積源和基底之間，從而使材料以特定的圖案在基底上沉積。 掩模包括限定圖案的孔眼，並且只有通過孔眼的沉積材料到達基底， 從而使材料沉積為圖案。
可使電子器件在基底上形成為層狀結構。可通過多個沉積步驟使 材料圖案成層沉積，以形成層狀電子器件。可通過導電軌跡的沉積使 器件連接成電路。
材料通過掩模沉積在基底材料巻筒上的常規的圖案化沉積方法通 過分步重複方式完成。基底向前移動預定的量並停止，從而掩模相對 於基底處於固定且已知的位置。接著，沉積源通過掩模噴射材料以形 成圖案。接著，基底再次移動預定的量並停止，並且沉積再次進行。 重複該步驟以在基底材料巻筒上形成多種實例的給定的材料圖案。可 使基底上的材料的每一種圖案暴露於另一個下遊掩模和沉積源，以形 成圖案化材料的附加層。
這種分步重複步驟雖然在精確地製備具有相對細小特徵尺寸的圖 案的多個實例時有效，但其具有相對低效的缺點。移動基底以及使掩 模和基底精確地對準所花費的時間並未用於沉積材料，所述時間相對 於沉積層所用的總時間而言是相當長的時間。因此，這種分步重複步驟可能無法實現理想的生產率。

發明內容
本發明的一個實施例涉及在柔性、伸長的基底上形成具有多個重 疊層的一個或多個電子器件的方法。該方法包括移動柔性基底使其通 過一個或多個沉積工位。在每一個沉積工位處，使伸長的孔眼掩模相 對於旋轉筒移動，該孔眼掩模具有以圖案形式布置的孔眼。在旋轉筒 的圓周的一部分上使孔眼掩模和基底對準並且接近。通過孔眼掩模的 孔眼沉積層狀電子器件的層。保持層狀電子器件中的至少兩層之間的 對準。層狀電子器件中至少一層包含電子或光學活性材料。
本發明的另一個實施例涉及用於在柔性、伸長的基底上形成具有 多個重疊層的一個或多個電子器件的設備。該設備包括一個或多個沉 積工位。每一個沉積工位包括伸長的孔眼掩模，該孔眼掩模具有以 圖案形式布置的孔眼；旋轉筒；以及相對於旋轉筒布置的沉積源。沉
積源被構造用於通過孔眼掩模的孔眼朝基底噴射材料，以形成層狀電 子器件的層。傳送系統被構造用於移動基底使其通過一個或多個沉積 工位。在每一個沉積工位處，在筒的圓周的一部分上使基底接近該沉 積工位的孔眼掩模。對準系統被構造用於保持層狀電子器件中至少兩 層之間的對準。層狀電子器件中至少一層包含電子或光學活性材料。
本發明的以上發明內容並非意圖描述本發明的每一個實施例或本 發明的每種實施方式。通過參照結合附圖的以下具體實施方式
和權利 要求書，本發明的優點和成效與對本發明的更完整的理解一起將變得 顯而易見並得到理解。


圖1為示出了根據本發明的實施例的製造層狀電子器件的方法的
示意圖2示出了可用於實施根據本發明的實施例的製造方法的、具有多個沉積工位1至N的沉積系統；
圖3A — 3D為可根據本發明的實施例製造的薄膜電晶體(TFT)的剖
視圖4示出了可根據本發明的實施例製造的光電池的剖視圖5示出了可根據本發明的實施例製造的肖特基二極體；
圖6A — 6D示出了可使用根據本發明的實施例的製造方法形成的、
整合有機活性層的LED器件(OLED)的多種構造；
圖6E示出了可使用根據本發明的實施例的製造方法形成的、共用
基底上的像素TFT和有機發光二極體(OLED)的構造；
圖7示出了提供沉積方法第一階段的設備的實施例，該階段採用
了內部筒沉積方式，未採用預先圖案化的基準元件，並且採用了滾筒
式掩模；
圖8示出了提供沉積方法第一階段的設備的實施例，該階段採用 了內部筒沉積方式，未採用預先圖案化的基準元件，並且採用了連續 環式掩模；
圖9示出了提供沉積方法第一階段的設備的實施例，該階段採用 了外部筒沉積方式，未採用預先圖案化的基準元件，並且採用了滾筒 式掩模；
圖IO示出了提供沉積方法第一階段的設備的實施例，該階段採用 了內部筒沉積方式，採用了預先圖案化的基準元件，並且採用了滾筒 式掩模；
圖11示出了提供沉積方法第一階段的設備的實施例，該階段採用 了外部筒沉積方式，未採用預先圖案化的基準元件，而是在外部筒沉 積之前進行基準圖案化，並且採用了滾筒式掩模；
圖12示出了提供沉積方法第二階段的設備的實施例，該階段採用 了內部沉積方式，並且採用了滾筒式掩模；
圖13示出了用於控制各種實施例縱向幅材位置的示例性迴轉電機 和速度/位置控制系統的示意圖。
圖14示出了用於控制各種實施例側向幅材位置的示例性導向電機 控制系統的示意圖；圖15示出了用於保持各種實施例的兩個幅材正確對準的幅材基準 對準控制系統的示意圖16示出了提供沉積方法第二階段的設備的實施例的基準對準傳 感器的示例性控制系統接口；
圖17示出了圖16的示例性控制系統接口所採用的控制迴路；
圖18示出了掩模和/或基底上所採用的基準元件的示例性圖案， 該基準元件用於感測每個幅材的相對側向和縱向位置；
圖19A示出了用於感測側向和縱向幅材位置的示例性感測系統的 視圖；以及
圖19B-19D示出了根據本發明的實施例的各種類型傳感器的圖像 視圖內的準標的例子。
雖然本發明可具有多種修改形式和替代形式，其具體特點已在圖 中以實例的方式示出，並將詳盡描述。然而，應當理解，其目的不在 於將本發明局限於所述具體實施例。相反，其目的在於涵蓋由所附權 利要求書限定的本發明範圍內的所有修改形式、等同形式和替代形式。
具體實施例方式
在以下示例性實施例的描述中，參考了組成本文一部分的附圖， 其中以舉例說明的方式示出可用來實施本發明的各種實施例。應當理
解，在不脫離本發明範圍的前提下，可以利用這些實施例，並可以對 其進行結構上的修改。
本發明的實施例涉及在柔性基底上製造層狀電子器件的方法和系 統。柔性基底上薄層的使用允許對層狀電子器件進行滾筒式製造。本 文所述的實施例有利地提供了高速製造小特徵的層狀電子器件的方 法，所述層狀電子器件包括薄膜電晶體、二極體、發光二極體、和/或 其它電子器件。所述沉積技術可用於在柔性幅材基底上形成層狀電子 器件，其中可實現的特徵尺寸可為大約若干微米，最低為約2微米。
層狀電子器件中至少兩層以正確對準的方式保持在最小特徵維度的1/2的公差內。例如，特徵尺寸可為小於約100微米，並且對準公差可為 小於約50微米。
圖1為示出了根據本發明的實施例的製造層狀電子器件的方法的 示意圖。該製造方法涉及移動柔性基底使其通過一個或多個沉積工位， 以形成具有多個重疊層的一個或多個電子器件(IIO)。電子器件層中的 至少一層為電子或光學活性材料。在一個或多個沉積工位中的每一個
沉積工位處，使具有孔眼的孔眼掩模在旋轉筒上移動(120)。在旋轉筒 的圓周的一部分上使柔性基底和孔眼掩模接近(130)。材料從沉積源朝 基底噴射，並且通過孔眼掩模的孔眼沉積，以形成電子器件的層(140)。 沉積期間，保持電子器件的至少兩層之間的對準(150)。
採用該方法形成的一個或多個層狀電子器件包含電子或光學活性 材料，例如可在一個或多個沉積工位處沉積的有機或無機半導體。在 其它沉積工位處，可以沉積向電子或光學活性材料提供電接觸的材料。 在另外的沉積工位處，可沉積形成附加電子器件層的材料，例如電介 質材料、空穴或電子傳遞材料、摻雜質的緩衝材料、或器件之間的連 接。
電子器件在層與此前沉積的層充分對準時對準，從而獲得功能正 常的電子器件。不同的層可以容許不同的未對準程度。 一般來講，對 準精度越高，可以製成的特徵尺寸就越小。採用本發明方法和系統可 實現的特徵尺寸可為大約若干微米。電子器件層之間的對準(公差) 可保持為最小特徵尺寸的1/2。
本發明的方法可通過具有一個或多個沉積工位的沉積系統來實 施。例如，在一種構造中，沉積系統(例如圖2所示的沉積系統)可 沉積多個器件層，保持這些層中的至少兩層之間的對準。在另一種構 造中，沉積系統可僅包括沉積單個電子器件層的一個沉積工位，並且 保持該單個層與一個或多個此前沉積的層之間的對準。例如，電子器件中的一個或多個第一層可為在此前通過另一種方法(例如光刻法或 噴墨印刷法)形成或沉積的層。具有一個用於實施根據本發明的方法 的沉積工位的沉積系統可以沉積後續的層，保持該後續的層與此前沉 積的層中至少 一 層之間的對準。
圖2示出了具有可用於實施本文所述製造方法的多個沉積工位1
至N的沉積系統200。如前所述，在其它實施例中僅採用了一個沉積 工位。圖2的沉積系統包括傳送系統，該傳送系統被構造用於移動基 底201，使其通過多個沉積工位1至N，並且用於在每一個工位1至N 處相對於旋轉筒211、 221、 231移動孔眼掩模212、 222、 232。該傳送 系統可被構造用於保持孔眼掩模212、 222、 232或基底201的預定伸 長。
在一個實施例中，柔性基底201通過退繞輪205遞送。傳送基底 201通過多個沉積工位1至N，從而在基底201通過沉積工位1至N時 獲得連續的電子器件層。每一個沉積工位包括至少一個旋轉筒211、 221、 231;至少一個孔眼掩模212、 222、 232;以及至少一個沉積源 213、 223、 233。 一些沉積工位(例如工位2)可包括用於通過孔眼掩 模222同時或順序地沉積單獨的器件層的多個沉積源223、 224。
在每一個沉積工位210、 220、 230處，在筒211、 221、 231的表 面圓周上使柔性基底201和孔眼掩模212、 222、 232接近。在使其接 近時，柔性基底201和孔眼掩模212、 222、 232可以接觸或可以不接 觸。
沉積材料從沉積源213、 223、 224、 233朝基底201噴射，並且通 過孔眼掩模212、 222、 232的孔眼沉積以形成連續的電子器件層。
在一些具體實施中，可將孔眼掩模212、 222、 232中的孔眼圖案 形成為使得在本文所述的製造過程中，圖案補償掩模上設置的張力。可以調節未拉緊的孔眼掩模圖案以補償掩模圖案在工作張力下的收縮 和/或變形，以便在系統工作期間獲得所需的掩模圖案。例如，在一些
構造中，掩模212、 222、 232保持在縱向拉緊，並且在側向未拉緊或 未拉緊至相同的程度。在這些構造中，柔性掩模212、 222、 232在縱 向拉伸，導致掩模212、 222、 232中初始形成的孔眼發生變形。例如， 當在縱向拉緊掩模212、 222、 232時，圓形的孔眼可變形成為長軸在 其縱向的橢圓形。為補償因拉緊掩模212、 222、 232而產生的這種變 形，可通過首先將孔眼形成為在側向具有主維度的橢圓形而使孔眼"預 先變形"。後續在縱向對掩模212、 222、 232施加的張力會形成圓形 的孔眼。
對準系統被構造用於使一個或多個孔眼掩模212、 222、 232與基 底201對準並保持層狀電子器件的各層之間的對準。例如，對準系統 可使用孔眼掩模212、 222、 232和/或基底201上的準標來確定孔眼掩 模或基底的位置。也可以使用其它類型的對準技術，例如通過使用基 底和/或孔眼掩模傳送系統的旋轉編碼器和幅材拉緊機構，來確定基底 和/或孔眼掩模的速度和/或位置。在退出最後一個沉積工位後，可將其 上沉積有層狀電子器件的柔性基底201巻繞在巻繞輪295上。
包括薄膜電晶體(TFT)、光電(PV)器件、肖特基二極體、和有機發 光二極體(OLED)在內的各種類型的層狀的電子和/或光電器件以及子 系統均可使用本文所述的方法和系統來製造。也可以形成層疊的層狀 的器件，如在TFT上層疊的OLED。在下文更詳細描述的實例中，層 疊的OLED和TFT形成可使用本文所述的技術製造的顯示器背板。
根據本文所述的多種實施例形成的層狀電子器件包含活性層，例 如電子或光學活性半導體層。活性層通常通過沉積系統沉積，但這並 不是必需的。可通過沉積直接或間接接觸活性層材料的導電材料，形 成與活性層的電阻或整流接觸。 一般來講，可由包括例如銀、金、鋁、 銅、氧化銦錫的材料、和/或其它材料的金屬或導電金屬氧化物材料製成與活性層的接觸。導電材料可包括有機導體，例如聚(3，4-乙烯二氧
噻吩)(PEDOT)。可以使用多種其它適合的導電材料。在形成層狀電子 器件之前、之中或之後，可沉積導電材料的圖案以製作形成在基底上 的兩個或更多個電子器件之間的電路連接。
活性層可包含一種或多種摻雜質的或無摻雜的半導體材料。無機 半導體(例如非晶態或晶體無機半導體)可用於形成電子器件的活性 層。例如，可使用的非限制性示例性材料包括非晶矽、氧化鋅、和其 它II-VI化合物及其合金和混合物、InZnO和InGaZnO。多種在本領域 中已知的其它適合的電子或光學活性無機半導體可用於形成根據本發 明的實施例的層狀電子器件。
有機半導體可用於形成電子器件的活性層。例如，可使用的多種
有機半導體材料包括如以小分子為例的稠合芳族環化合物，例如含並 五苯化合物、含並四苯化合物、含蒽化合物、雙(乙醯基)乙炔化合物、 以及並苯-噻吩化合物。數種聚合物材料也已被考慮在內，例如以聚(3-烷基噻吩)為例的結構規整的聚噻吩以及具有稠合噻吩單元或雙噻吩 單元的聚合物。
共聚材料可用於形成活性層。更具體地講，連接有甲矽烷基乙炔 基基團的並苯-噻吩共聚物可用於電子器件(例如有機薄膜電晶體、發 光二極體、以及光電池)中的一個或多個層。
肖特基二極體的形成涉及對材料進行選擇，以在整流和電阻觸點 與半導體活性層之間實現適當的能帶關係。 一種尤其可用作肖特基二 極管活性層的有機化合物為並五苯(一種^共軛分子)。最近已有描 述採用摻雜質緩衝層(例如，電阻觸點和活性層之間的緩衝層)的肖 特基二極體。在一個具體實施中，如果有機半導體層為p型材料，則 4，4'，4"-三(3-甲基苯基苯基氨基)三苯胺(MTDATA)可用於製備緩衝層。 MTDATA是一種用作有機發光二極體空穴傳送材料的穩定非晶態玻璃。在MTDATA的層中摻入雜質以極大地提高其傳導性。可通過使 MTDATA與氟化形式的四氰二甲基苯醌(F4-TCNQ)受體分子共升華來 在MTDATA中摻入雜質。F4-TCNQ在MTDATA中的3-20%摻雜濃度 為有效，F4-TCNQ在MTDATA中具有約5%至約10%摻雜濃度提供最
佳的效果。
器件可包括空穴或電子傳送層。空穴傳送層有利於將空穴射入器 件並且有利於空穴朝重組區遷移，和/或可充當電子通道的屏蔽。在一 些實例中，並苯-噻吩共聚物可用於空穴傳送層。在其它實例中，空穴 傳送層可包括(例如)二胺衍生物，例如N,N'-雙(3-甲基苯基)-N,N'-雙(苯基)聯苯胺(TPD)、 N,N'-雙(2-萘基)-N,N'-雙(苯基)聯苯胺(P -NPB)、禾卩N，N'-雙(l-萘基)-N，N'-雙(苯基)聯苯胺(NPB);或三芳 香基胺類衍生物，例如4,4'，4"-三(!^^-二苯胺)三苯胺0^^了八)、4，4'，4"-三(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺(MTDATA)、 4，4',4"-三(N-吩 嗪基)三苯胺(TPOTA)、禾B 1,3,5-三(4-二苯氨基苯基)苯(TDAPB)。
電子傳送層有利於將電子射入器件並且有利於電子朝器件的重組 區遷移，和/或可進一步充當空穴通道的屏蔽。在一些實例中，可使用 有機金屬化合物來形成電子傳送層40，這些有機化合物可為(例如) 三(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)和聯苯二 (8-羥基喹啉)鋁(BAlq)。可用於 電子傳送層260的其它電子傳送材料的例子包括1，3-二[5- (4- (l,l-二 甲基乙基)苯基)—1,3,4-氧二氮茂-2-yl]苯;2-(聯苯勿l) -5- (4- (1,1-二甲基乙基)苯基)-1,3，4-氧二氮茂；9，10-二 (2-萘基)蒽(ADN); 2-(4-聯苯)-5- (4-叔丁苯基)-1，3，4-氧二氮茂；或3- (4-聯苯)-4-苯基 -5- (4-叔丁苯基)-1,2,4-三唑(TAZ)。
可用於形成TFT、 PV器件、和OLED的材料和結構在共同擁有的 提交於2006年4月21日的美國專利申請No. 11/379,642以及提交於 2006年4月21日的美國專利申請No. 11/379,662中還有描述，這些專 利以引用的方式併入本文。可用於形成肖特基二極體的材料和結構在共同擁有的美國專利公布20050212072中有所描述，該專利以引用的 方式併入本文。
圖3 — 6所示器件提供了可使用本文所述製造方法形成的器件的實 例。這些實例並非是對可使用這些方法形成的電子器件的詳盡列舉。 通過使用這些實例描述的方法和系統到其它類型的電子器件的外推法 對於本領域內的技術人員而言將是顯而易見的。
採用本文所述方法和系統製造的電子器件具有多個重疊的層，並 且電子器件層中的至少一個為電子或光學活性層。電子器件的其它層 可包括(例如)導電層、電阻層、介質層、粘合促進層、防擴散層、 空穴傳送層、電子傳送層、和/或本領域中已知的、用於製造層狀電子 器件的其它類型的層。可在沉積階段之間應用多種表面處理技術，例 如等離子或電暈處理。
在電子器件的製造期間，保持電子器件層中至少兩層之間的對準。 器件的一些層之間的對準可以不是必需的。例如，電子器件的一些層 可為無需對準的非圖案化層。
並非電子器件的所有的層都需要使用本文所述的方法來沉積。例 如，電子器件的一些層可通過其它方法形成在基底上。在一個實例中， 通過另一種方法(例如光刻法或噴墨印刷法)沉積第一層。在形成第 一層後，可將基底傳送至根據本發明的實施例構造的沉積系統。在該 沉積系統處，按照本文所述的方法沉積電子器件的一個或多個附加層， 其中沉積系統保持此前沉積的第一層與一個或多個附加層之間的對 準。
形成電子器件的方法可為基本上連續的或可為不連續的。例如， 在一種場景中，電子器件以基本上連續的方式形成在基底上，開始時 輸入基底巻筒，該巻筒前進通過一系列沉積工位，結束時獲得包括其上沉積有層狀電子器件的基底的輸出巻筒。
沉積一個或多個層之後，可將基底巻筒從沉積系統中移除。基底 巻筒可包括能夠用於附加處理的子組件巻筒物件。該附加處理可包括 根據本發明的方法或通過其它類型的沉積系統沉積的附加的器件或電 路層。
可採用以本發明的實施例為例的加工方法製造的電子器件包括多 種類型的電晶體、二極體、光電器件、發光器件、電容器、層疊的電 子器件、和/或其它器件。可在基底上沉積的兩個或多個電子器件之間 進行連接以形成電路。
圖3A—3D為可使用圖2的沉積系統製造的薄膜電晶體(TFT)的剖 視圖。本文所述的TFT示出電晶體實施例，其中層中的一個或多個使 用採用孔眼掩模的製造方法進行沉積。通常，TFT基於諸如非晶矽或 硒化鎘之類的無機半導體。近來，有機半導體材料已用於形成TFT。 本文所述的製造方法尤其有利於形成通常不宜使用蝕刻法或光刻法的 整合有機材料的電子器件和電路。
圖3A示出了底部柵極、底部觸點TFT的剖視圖。形成柵極觸點 311的導電材料的圖案在第一沉積工位處沉積在基底310上。在一個實 施例中，柵極材料為金，其厚度為約60nm。可通過真空蒸鍍、濺射、 或其它方法來沉積金屬層。
電介質材料312在第二沉積工位處的柵極金屬311上圖案化。在 一個具體實施中，電介質材料312包含氧化鋁並以150nm的厚度沉積。 在其它實施例中，電介質可包含二氧化矽、矽和鋁的氧化物與氮化物 的混合物、類金剛石玻璃、和/或其它氧化物或電介質。可採用真空蒸 鍍法、濺射法、等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)或採用其它方法 來沉積介質層。在第三沉積工位處，導電材料(例如金)的圖案沉積在介質層312
上，從而形成源極和漏極觸點313、 314。半導體材料315在第四沉積 工位處沉積在源極和漏極觸點313、 314上。該半導體可包含(例如) 通過蒸鍍在真空中沉積的氧化鋅或並五苯層。可任選地，在第五沉積 工位處，將密封劑316沉積在TFT的半導體層315上。
圖3B示出了可採用根據本發明的實施例步驟的方法製造的頂部 柵極、頂部觸點TFT的剖視圖。半導體材料321在第一沉積工位處的 基底320上圖案化。漏極和源極觸點322、 323由在第二沉積工位處沉 積在半導體層321上方的導電材料的圖案形成。在第三沉積工位處， 電介質材料324沉積在源極和漏極觸點322、 323上。柵極觸點325由 在第四沉積工位處沉積的導電材料的圖案形成。可任選地，在第五沉 積工位處，將密封劑326沉積在TFT的柵極觸點325上。
圖3C提供了可根據本發明的實施例製造的底部柵極、頂部觸點 TFT的剖視圖。在第一沉積工位處沉積的導電材料的圖案形成基底330 上的柵極觸點331。電介質材料332在第二沉積工位處的柵極觸點331 上圖案化。在第三沉積工位處，半導體材料333的圖案在電介質332 上圖案化。在第四沉積工位處，導電材料的圖案沉積在半導體層333 上，從而形成源極和漏極觸點334、 335。可任選地，在第五沉積工位 處，將密封劑336沉積在TFT的源極和漏極觸點334、 335上。
圖3D示出了可採用本文所述方法製造的頂部柵極、底部觸點TFT 的剖視圖。在基底340上形成漏極和源極觸點341、 342的導電材料的 圖案在第一沉積工位處沉積。半導體材料343在第二沉積工位處的源 極和漏極觸點341、 342上圖案化。在第三沉積工位處，電介質材料344 的圖案沉積在半導體層343上。在第四沉積工位處以某種圖案沉積的 導電材料形成了柵極觸點345。可任選地，在第五沉積工位處，將密封 劑層346沉積在TFT的柵極345上。在一些實施例中，本文所述的製造方法可用於製備發光二極體
(LED)或光電(PV)電池。在多個具體實施中，LED或PV電池的活性材 料可為有機或無機半導體。PV電池和LED具有通用元件，例如陽極、 陰極、以及布置在陽極和陰極之間的活性有機或無機材料。在PV電池 中，使活性層暴露於光將引起電流在陽極和陰極電極之間流動。通過 光學活性材料中的電子和空穴的重組，電流在LED電極之間流動產生 光。
圖4示出了可採用本文所述沉積方法製造的PV電池的剖視圖。 陽極觸點411在第一沉積工位處的基底410上圖案化。活性層412 (如 有機或無機半導體層)在第二沉積工位處沉積在陽極觸點411上。在 第三沉積工位處，添加陰極觸點413。可任選地，在第四沉積工位處將 密封劑層414沉積在陰極413上。對於本領域內的技術人員將顯而易 見的是，可以顛倒陽極和陰極層的沉積順序，以使得陰極在第一沉積 工位處沉積而陽極在第三沉積工位處沉積。
可根據本文所述的方法來製造肖特基二極體。肖特基二極體由整 流金屬-半導體結形成。通常，肖特基二極體包括置於兩種金屬之間的 半導體。 一種金屬形成與半導體的整流觸點，而另一種金屬形成與半 導體的電阻觸點。在某些應用中，可以採用有機半導體。在有機半導 體和電阻觸點之間的摻雜質的緩衝層有利地提高了器件擊穿電壓的量 級。
圖5示出了可通過根據本發明的實施例的方法製造的肖特基二極 管。電阻觸點511在第一沉積工位處的基底510上圖案化。在第二沉 積工位處，摻雜質的緩衝層512沉積在電阻觸點材料511上。有機或 無機半導體513在第三沉積工位處沉積在摻雜質的緩衝層512上。在 第四沉積工位處，添加整流觸點514。可任選地，可在第五沉積工位處 將密封劑層(未示出)沉積在整流觸點514上。圖6A—6D示出了可使用本文所述的製造方法形成的、整合有機 活性層的LED器件(OLED)的多種構造。用於形成OLED的光學活性光 發射器材料可包括(例如)包含小分子或聚合物材料的有機材料。
圖6A示出了可採用本文所述沉積方法製造的OLED的剖視圖。 陽極觸點611在第一沉積工位處的基底610上圖案化。活性層612 (如 有機光發射器)在第二沉積工位處沉積在陽極觸點611上。在第三沉 積工位處，添加陰極觸點613。可任選地，在第四沉積工位處將密封劑 層614沉積在陰極613上。對於本領域內的技術人員將顯而易見的是， 可以顛倒陽極和陰極層的沉積順序，以使得陰極在第一沉積工位處沉 積而陽極在第三沉積工位處沉積。
除光發射器材料之外，OLED可以採用空穴和/或電子傳送層。空 穴傳送層有利於將空穴從陽極射入器件並且有利於空穴朝光發射器內 的重組區遷移。電子傳送層有利於將電子從陰極射入器件並且有利於 電子朝重組區遷移。
圖6B示出了可根據本文所述方法製造的OLED。圖6B的OLED 包括電子傳送層。陽極觸點621在第一沉積工位處的基底620上圖案 化。活性光發射器材料622在第二沉積工位處沉積在陽極觸點621上。 在第三沉積工位處，電子傳送材料623沉積在光發射器622上。在第 四沉積工位處，添加陰極觸點624。可任選地，在第五沉積工位處將密 封劑層625沉積在陰極623上。
在圖6C的剖視圖中示出了整合空穴傳送層的OLED。 OLED的制 造涉及在第一沉積工位處將陽極觸點631沉積在基底630上。在第二 沉積工位處，空穴傳送材料632沉積在陽極631上。活性光發射器材 料633在第三沉積工位處沉積在空穴傳送材料632上。在第四沉積工 位處，添加陰極觸點634。可任選地，在第五沉積工位處將密封劑層635沉積在陰極634上。
圖6D示出了可通過本文所述方法製造的、採用空穴和電子傳送層 的OLED。可用於形成空穴和電子傳送層的材料在上文已有所描述。陽 極觸點641在第一沉積工位處的基底640上圖案化。在第二沉積工位 處，空穴傳送材料642沉積在陽極641上。活性光發射器材料643在 第三沉積工位處沉積在空穴傳送材料642上。在第四沉積工位處，電 子傳送材料644沉積在光發射器643上。在第五沉積工位處，添加陰 極觸點645。可任選地，在第六沉積工位處將密封劑層646沉積在陰極 645上。
層狀電子器件的製造可涉及層疊的電子器件的形成。例如，可將 諸如OLED之類的發光器件層疊在TFT上，或反之亦然。在一種構造 中，用於OLED沉積的輸入幅材包含基底，該基底具有此前沉積的薄 膜電晶體和基準。
層疊電子器件尤其可用的一個實例為在顯示器背板的製造中。圖 6E的實例示出了共用基底662上像素TFT和OLED的沉積。在該實例 中，OLED為頂部發光型(即遠離而不是通過基底發光)。諸如鈦和金 之類的材料構成的柵極664在基底662上直接圖案化，然後諸如Si02 或A1203之類的柵極電介質666在柵極664上圖案化，以使柵極664與 半導體通道668完全隔離。半導體通道668為在柵極電介質666上圖 案化的ZnO層。
諸如鋁之類的材料構成的漏極652在通道668的一側圖案化，同 時可以由與漏極652相同的材料構成的單獨的源極650在通道668的 另一側圖案化。源極650延伸到基底662上，並且被布置在基底662 和OLED層疊件656之間。諸如感光環氧樹脂或其它材料(例如Si02) 之類的材料構成的密封劑層654在包括源/漏極650、 652和通道668的 TFT的層上圖案化，同時在圖案化OLED層疊件656的源極650區域的上方留下空隙。應該指出的是，術語"源極"和"漏極"的使用在
一定程度上是隨意的，因為應當理解，接觸OLED層疊件656的電極 可為源極，也可為漏極，這取決於所選擇的電路設計。
OLED層疊件656由有機材料的層疊件構成。例如，OLED層疊 件可包括摻有3。/o氟化四氰二甲基苯醌(TCNQ)的4，4'，4"-三(N- (3-甲 基苯基)-N-苯基氨基)三苯胺(MTDATA)層、然後是N,N'-雙(萘-l-yl) -N,N'-雙(苯基)聯苯胺(NPB)層、摻有10- (2-苯並噻唑基)-1,1,7,7-四甲基-2,3,6,7-四羥基-1H，5H,11H苯並吡喃並(6,7,8-ij)喹嗪-11-酮 (0545丁)的三-(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)層、Alq3層、氟化鋰層、鋁層、 以及最後的銀層。
為完整地形成用於使電流流過OLED層疊件656的通道，將頂部 電極655在OLED層疊件656頂部上圖案化。該頂部電極655由諸如 氧化銦錫(ITO)或薄金屬層之類的透明材料構成，以使得光可以射穿電 極655。
在開始沉積電子器件的層之前，可將準標的圖案在基底上沉積。 然後基準可用於後續階段，使基底與後續階段的掩模正確對準，從而 實現接近於微米的對準公差。使其上形成了電子器件的至少一層的基 底與用於沉積後續層的沉積工位的孔眼掩模對準是必要的，以在電子 器件的層與層之間形成充分的對準。
在一些實施例中，可以通過使用如圖7所示的孔眼掩模和旋轉筒 的方法，在第一沉積工位處將基準在基底上沉積。圖7示出了根據一 個實施例的沉積工位設備的一個示例性實施例。在該沉積工位處，通 過包含為基準提供圖案的孔眼的掩模701沉積材料，以此來塗布基準。 除基準以外，也可以沉積一個或多個電子器件的第一層，其中該第一 層的材料與沉積基準所用材料相同。基底700的加工從基底退繞巻軸702的巻筒上開始，該基底退繞 巻軸起到將基底700傳送至此第一沉積階段設備的其餘部分的遞送輥 的作用。基底700被精密驅動輥708在張力測力傳感器706上方從巻 軸702拉動通過浮動輥704。基底700被拉動通過旋轉筒724圓周的一 部分，並且到達基底700的另一個接收輥710上。基底700退出接收 輥710，並且被拉入後續的沉積工位或重新巻繞在基底重巻巻軸上。
浮動輥704和張力測力傳感器706用於在給定基底700速度的情 況下，在朝筒724遞送的方向上實現基底700預定且受控的伸長或拉 伸。基底700的速度由精密驅動輥708的速度決定，該精密驅動輥與 自身具有精密驅動機構的筒724的速度緊密同步。選擇何種速度是設 計中的考慮事項，取決於是否能達到預定的伸長和正確的沉積厚度。
如本領域中已知的那樣，當通過浮動輥704的致動器對基底700 施加張力時，浮動輥704利用可提供反饋的旋轉傳感器來控制退繞巻 軸702的速度。張力測力傳感器706提供力的讀數，該讀數可用於修 正由浮動輥704的致動器施加的力。控制系統根據張力測力傳感器706 的讀數和筒724的速度來執行邏輯操作，從而根據需要對驅動輥708 的速度進行輕微的改變，以控制基底700的伸長。
掩模701的操作在掩模退繞巻軸712的巻筒上開始，該掩模退繞 巻軸起到將掩模701傳送至此第一沉積階段設備的其餘部分的遞送輥 的作用。掩模701被精密驅動輥718在張力測力傳感器716上方從巻 軸712拉動通過浮動輥714。掩模701在旋轉筒724圓周的一部分上被 拉緊，基底也被拉到此處，從而使掩模701非常接近或接觸基底700， 並且掩模被進一步拉動到掩模701的接收輥720。掩模701退出接收輥 720並且重新巻繞在掩模重巻巻軸722上。
與基底700 —樣，浮動輥714和張力測力傳感器716用於在給定 掩模701速度的情況下，在朝筒724遞送的方向上實現掩模701預定且受控的伸長或拉伸。掩模701的速度進一步由精密驅動輥718的速 度決定，而且該精密驅動輥與筒724的速度緊密同步。如上文相對於 基底700的描述，選擇何種速度是設計中的考慮事項，取決於是否能 達到預定的伸長和正確的沉積厚度。
與浮動輥704 —樣，當通過浮動輥714的致動器對掩模701施加 張力時，浮動輥714利用旋轉傳感器為掩模退繞巻軸712提供反饋。 張力測力傳感器716提供力的讀數，該讀數可用於修正由浮動輥714 的致動器施加的力。控制系統根據張力測力傳感器716的讀數和筒724 的速度來執行邏輯操作，從而根據需要對驅動輥718的速度進行輕微 的改變，以控制掩模701的伸長。
該具體實施例包括位於筒724內部的沉積源726。因此，必須使掩 模701直接接觸筒724，同時使基底700非常接近或直接接觸掩模701， 並且掩模701使基底與筒724分開。筒724具有較大的孔眼730，該孔 眼730設計在巻筒內以適於材料朝掩模流動而基本不受限制，並且圍 繞筒的圓周間隔排列，以允許從沉積源726噴射出的沉積材料728通 過筒724到達掩模701。接著，掩模中的孔眼允許沉積材料728到達基 底700，從而在基底700上形成圖案。
沉積源726可為多種類型中的一種，取決於所需的沉積類型和沉 積材料類型。例如，沉積源726可為濺射陰極或磁控管濺射陰極，用 於沉積此前描述的金屬或導電金屬氧化物材料、電介質材料、有機或 無機半導體材料、空穴或電子傳送材料和/或摻雜質的緩衝層材料。又 如，沉積源726可為蒸鍍源，用於沉積上述列出的材料或其它材料。
筒724、沉積源726、掩模701、以及基底700的構造可使得掩模 701和基底700傳送到筒的底部，同時沉積源726向下噴射沉積材料。 然而，應當理解，作為另外一種選擇，掩模701和基底700可被布置 為通過筒724的頂部，同時沉積源726向上噴射沉積材料。這種替代形式尤其適合於使用蒸鍍源的情況。
基底700和掩模701也可以為多種材料類型中的一種。實例包括
聚合材料，例如聚酯(聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二甲酸乙二 醇酯(PEN))、聚醯亞胺、聚碳酸酯、或聚苯乙烯、金屬箔材料(例如 不鏽鋼或其它鋼)、鋁、銅、或紙張或機織物或非織造織物材料，上 述所有材料具有或不具有帶塗層的表面。然而，使用具有高彈性的材 料(例如聚合物材料)用於基底和掩模涉及本文所述的精確的伸長控 制和精確對準，從而可以使特徵尺寸非常小。聚合物型掩模中的孔眼 的最小維度可為大約若干微米。例如，孔眼的最小維度可為小於約100 微米或小至約2微米。在基底上沉積的對應部件也可以具有大約若干 微米的最小維度，如小於約100微米或小至約2微米，特徵尺寸的對 準公差為特徵尺寸的1/2，如小於約50微米或小至約1微米。因此，可 以達到非常高的電子器件密度或其它電路的密度，以獲得高解析度、 小佔有面積的層狀的器件部件，同時器件的層之間保持精確對準。應 當理解，如果電子器件或電路部件的縱橫比較大，則可能必須通過使 幅材通過兩個或更多個連續的沉積工位，利用平版印刷陰影掩模進行 兩次或更多次的連續沉積來沉積軌跡，因為在影響聚合物型掩模中的 孔眼的尺寸穩定性之前，掩模孔眼的縱橫比受限於開口的長度。與本 實施例有關的製造聚合物型孔眼掩模的其它細節在美國專利No. 6,897,164 (Baude等人)中有進一步的描述，該專利以引用的方式併入 本文。
圖8示出了類似於圖7的實施例，不同的是掩模不是滾筒式構造， 而是連續環式構造。在這裡，基底800從巻軸802退繞，通過浮動輥 804，經過測力傳感器806上方，並且由驅動輥808拉動。基底800通 過筒824圓周的一部分，並且被拉動經過接收輥810，然後進入下一沉 積階段或重新巻繞在重巻巻軸上。從而，基底800的伸長和速度如圖7 中那樣受控。另外，沉積源826噴射材料828，材料828通過筒824的 孔眼840到達掩模801，然後通過掩模801中的孔眼到達基底800，如圖7中所發生的那樣。
然而，掩模801為從張力測力傳感器834通過的連續環，該張力 測力傳感器為幅材導向裝置832的輥，並且當掩模經過傳感器838時， 會被驅動輥818拉動。掩模801通過筒824圓周的一部分，並且在接 收輥820上方被拉出。然後掩模801到達另一個接收輥822，該接收輥 822為張緊輪823的輥，其將掩模801傳送至後續的接收輥830，然後 接收輥830將掩模801傳送回幅材導向裝置832的輥836。在這種構造 中，通過基於張力測力傳感器834的讀數調整由張緊輪823的致動器 施加的力，以及驅動輥818的速度，使得掩模801的伸長和速度持續 受控，並且掩模801的側向對準也由幅材導向裝置832控制，其中這 類幅材導向裝置在下文中將結合圖IO進行更為詳細的描述。然而，為 了重複使用，掩模801持續成環。最終，由於掩模上積聚了沉積材料 828，因此必須對掩模801進行更換或清潔。
雖然除持續成環的掩模801以外，圖8示出的構造類似於圖7，但 應當理解，如圖8所示的持續成環的掩模801同樣適用於下述圖9一12 中的其它構造。
圖9示出了類似於圖7的實施例，不同的是沉積源926位於筒924 之外。在這裡，基底900從巻軸902退繞，通過浮動輥904並且通過 測力傳感器卯6，然後由驅動輥卯8拉動。基底900通過筒924圓周的 一部分，並且被進一步導向至接收輥910上，然後進入下一沉積階段 或重新巻繞在重巻巻軸上。因此，基底900的伸長和速度如圖7中那 樣受控。另外，如圖7中所發生的那樣，掩模901從巻軸912退繞， 通過浮動輥914並且通過測力傳感器916，然後由驅動輥918拉動。掩 模901通過筒924圓周的一部分，並且被進一步導向至接收輥920上， 然後重新巻繞在重巻巻軸922上。因此，掩模901的伸長和速度也如 圖7中那樣受控。然而，沉積源926位於筒924的外部，使得沉積材料928無需在 到達掩模901和基底900之前通過筒924。因此，筒924無需包括孔眼。 此外，基底卯0直接接觸筒924，而掩模901非常接近或直接接觸基底 900，同時基底卯0被布置在掩模901和筒924之間。
雖然除位於筒924外部的沉積源926以外，圖9示出的構造類似 於圖7，但應當理解，如圖9所示的將沉積源926定位在外部的方式同 樣適用於其它構造，包括圖8和圖10—12中的那些構造。
圖IO示出了類似於圖7的實施例，不同的是基底1000上已經沉 積了或以其它方式形成了電子器件的至少一層。可以使用任何方法來 製備這種此前形成的層。由於至少一層已經形成，因此必須保持此前 形成的層和所沉積層之間的對準。如將在下文更詳細描述的那樣，隨 後形成的層的沉積期間，對準孔眼掩模1001與基底1000，以實現層與 層之間的對準。
在圖IO的實施例中，基底1000從巻軸1002退繞，通過浮動輥1004 並且通過測力傳感器1006，然後由驅動輥1008拉動。基底1000通過 筒1024圓周的一部分，並且被進一步導向至接收輥1010，然後進入下 一沉積階段或重新巻繞在重巻巻軸上。因此，基底1000的伸長和速度 如圖7中那樣受控。另外，如圖7中所發生的那樣，掩模1001從巻軸 1012退繞，通過浮動輥1014並且通過測力傳感器1016，然後由驅動 輥1018拉動。掩模1001通過筒1024圓周的一部分，並且被進一步導 向至接收輥1020上，然後重新巻繞在重巻巻軸1022上。因此，掩模 401的伸長和速度也如圖7中那樣受控。
然而，對伸長和速度還有附加控制，該附加控制基於對基底1000 和掩模1001的基準進行的感測，以使基底1000和掩模1001在朝筒1024 遞送的方向上保持正確的對準。傳感器1038感測基底1000上的基準， 而傳感器1048感測掩模1001上的基準。可以分別通過驅動輥1008和1018來調整基底1000和掩模1001之間的相對速度，以對領先或落後 於掩模1001的基底1000進行補償。
此外，在用於基底1000的測力傳感器1006和驅動輥1008之間， 精確幅材導向裝置1030基於傳感器1038控制基底的橫向(側向)位 置接收基底1000，該傳感器1038感測基準以確定橫向位置。移動的幅 材具有在輥上橫向移動的趨勢，但是在大多數情況下，筒1024處的橫 向位置必須至少保持在最小特徵維度的1/2的精確公差內，因此幅材導 向裝置1030會調整基底1000的橫向位置。幅材導向裝置1030包括第 一輥1032、框架1034、以及第二輥1036。如圖所示，框架1034可繞 第一輥1032邊緣處的樞轉點樞轉進入和離開紙面，以對基底1000進 行導向並且改變其在驅動輥1008上的橫向位置，並由此改變其在筒 1024上的橫向位置。有關適用於此目的的精確幅材導向裝置的更多細 節可見於美國專利申請公開No. 2005/0109811 (Swanson等人)，該專 利以引用的方式併入本文。
同樣，對於掩模1001而言，在測力傳感器1016和驅動輥1018之 間，精確幅材導向裝置1040接收掩模1001並且基於傳感器1048控制 掩模1001的橫向位置，該傳感器1048通過感測基準來確定橫向位置。 筒1024處掩模1001的橫向位置也必須在精確公差內，因此幅材導向 裝置1040會調整掩模1001的橫向位置。幅材導向裝置1040包括第一 輥1042、框架1044、以及第二輥1046。如圖所示，框架1044可繞第 一輥1042邊緣處的樞轉點樞轉進入和離開紙面，以對掩模1001進行 導向並且改變其在驅動輥1018上的橫向位置，並由此改變其在筒1024 上的橫向位置。
橫向位置控制系統可以與伸長控制系統結合使用或可以獨立於伸 長控制系統使用。同樣，伸長控制系統可以與橫向位置控制系統結合 使用或可以獨立於橫向位置控制系統使用。與圖7中所示一樣，筒1024內的沉積源1026噴射沉積材料1028， 沉積材料1028通過筒1024的孔眼1050到達位於筒1024圓周的一部 分上方的掩模1001和基底1000。雖然圖10以這種被用作初始沉積階 段的構造與圖7相關，但應當理解，圖10的構造在以下情況中也可以 被用作後續階段基底1000不是直接從之前的沉積階段進入，而是已 在之前的階段被重新巻繞，然後從退繞巻軸1002引入該後續階段。
圖11示出了類似於圖9的實施例，不同的是基底1100設有使用 基準沉積步驟1140的基準。基準沉積步驟1140在基底1100開始與筒 1124的周邊接觸、但掩模1101尚未到達筒位置處時的某一點將基準塗 覆到基底1100上。由於基準在筒1124處早已就位，因此可以保持基 底1100和掩模1101之間的精確對準，並且可在此階段期間沉積電子 器件層，而無需同步沉積相同材料的基準。
在一些構造中，從巻軸1102遞送的基底1100可具有沉積在其上 的至少一層此前形成的電子器件層。由步驟1140沉積的基準可用於使 孔眼掩模1101和基底1100對準，以實現至少一層此前形成的電子器 件層與通過圖11的沉積工位所沉積的電子器件層之間的對準。
基準沉積步驟1140中，基準如何在基底上形成的實例包括濺射法、 氣相沉積法、雷射燒蝕或雷射打標法、化學銑切法、化學蝕刻法、模 壓法、刮擦法、以及列印法。
在圖11的實施例中，基底IIOO從巻軸1102退繞，通過浮動輥1104 並且通過測力傳感器1106，然後由驅動輥1108拉動。基底1100通過 包括基準步驟1140目標部分的筒1124圓周的一部分，被進一步導向 至接收輥1110上，然後進入下一沉積階段或重新巻繞在重巻巻軸上。 因此，基底1100的伸長和速度如圖9中那樣受控。另外，如圖9中所 發生的那樣，掩模1101從巻軸1112退繞，通過浮動輥1114並且通過 測力傳感器1116，然後由驅動輥1118拉動。掩模1101通過筒1124圓周的一部分，並且被進一步導向至接收輥1120上，然後重新巻繞在重
巻巻軸1122上。因此，掩模1101的伸長和速度也如圖9中那樣受控。
然而，對伸長和速度還有附加控制，該附加控制基於使用傳感器
1138對掩模1101的基準進行的感測，基準圖案化步驟1140中，使掩 模1101在朝筒1124遞送的方向上保持正確對準。可以通過驅動輥1118 來調整掩模1101的相對速度，以對領先或落後於基準圖案化步驟1140 的掩模1101進行補償。
此外，在測力傳感器1116和驅動輥1118之間，精確幅材導向裝 置1130基於傳感器1138將掩模1101的橫向位置控制在精確的公差內， 該傳感器1138通過感測掩模1101上的基準來確定橫向位置。幅材導 向裝置1130包括第一輥1132、框架1134、以及第二輥1136。如圖所 示，框架1134可繞第一輥1132邊緣處的樞轉點樞轉進入和離開紙面， 以對掩模1101進行導向並且改變其在驅動輥1118上的橫向位置，並 由此改變其在筒1124上的橫向位置。
與圖9中所示一樣，位於筒1124外部的沉積源1126噴射沉積材 料1128，以到達位於筒1124圓周的一部分上方的掩模1101和基底 1100。
圖12示出了類似於圖10的實施例，不同的是基底1200直接從之 前的沉積工位遞送，而不是從退繞巻軸遞送。與圖10中所示一樣，由 於基準已經就位，因此可以保持基底1200和掩模1201之間的對準， 從而電子器件層以與至少一層此前沉積的電子器件層對準的方式進行 沉積。
在圖12的實施例中，在張力測力傳感器1202處直接從前一個階 段接收基底1200，並且由驅動輥1208拉動基底。基底1200通過筒1224 圓周的一部分，並且被進一步導向至接收輥1210上，然後進入下一沉積階段或重新巻繞在重巻巻軸上。該階段的基底1200不經過浮動輥，
因此控制基底1200的伸長和速度的方法是在測力傳感器1202處對 基底1200的張力進行感測，和對驅動輥1208和筒1224的速度進行微 小改變。可通過調整驅動輥1208和筒1224之間的相對速度來對基底 1200的伸長進行進一步的微調。另外，如圖10中所發生的那樣，掩模 1201從巻軸1212退繞，通過浮動輥1214並且通過測力傳感器1216， 然後由驅動輥1218拉動。掩模1201通過筒1224圓周的一部分，並且 被進一步導向至接收輥1220，然後重新巻繞在重巻巻軸1222上。因此， 掩模1201的伸長和速度也如圖10中那樣受控。
對伸長和速度還有附加控制，該附加控制基於對基底1200和掩模 1201的基準進行的檢測，使基底1200和掩模1201在朝筒1224遞送的 方向上保持正確的對準。傳感器1238感測基底1200上的基準，而傳 感器1248感測掩模1201上的基準。可以分別通過驅動輥1208和1218 來調整基底1200和掩模1201之間的相對速度，以對領先或落後於掩 模1201的基底1200進行補償。
此外，對於基底1200，在測力傳感器1202和驅動輥1208之間， 精確幅材導向裝置1230接收基底1200並根據傳感器1238來控制基底 的橫向位置，該傳感器感測基準以確定橫向位置。幅材導向裝置1230 包括第一輥1232、框架1234和第二輥1236。框架1234可以如圖所示 在第一輥1232邊緣的樞轉點處樞轉進入和離開紙面，以導向基底1200 並改變其在驅動輥1208上的橫向位置，以及由此改變其在筒1224上 的橫向位置。
相似地，對於掩模1201，在測力傳感器1216和驅動輥1218之間， 精確幅材導向裝置1240接收掩模1201並根據傳感器1248來控制掩模 1201的橫向位置，該傳感器感測基準以確定橫向位置。幅材導向裝置 1240包括第一輥1242、框架1244和第二輥1246。框架1244可以如圖 所示在第一輥1242邊緣的樞轉點處樞轉進入和離開紙面，以導向掩模1201並改變其在驅動輥1218上的橫向位置，以及由此改變其在筒1224
上的橫向位置。
如圖IO所示，筒1224內的沉積源1226噴出沉積材料1228，沉積 材料通過筒1224的孔眼1250以到達筒1224圓周的一部分上的掩模 1201和基底1200。
圖13示出一種示例性的旋轉電機位置和速度控制系統1300，其中 系統1300中的一個可以用於控制向每一個驅動輥和筒施加的位置、速 度和扭矩。控制系統1300接收位置命令1301作為輸入，並且該命令 源自軌跡發生器，這對於運動控制領域的技術人員來說可以理解。該 命令被提供給位置前饋操作1302，該位置前饋操作隨後將位置前饋信 號輸出到前饋增益控制操作1312。
位置命令1301還與另一個信號疊加，該信號基於提供給低通濾波 器操作1304的負載位置反饋信號1303。負載位置反饋信號1303以直 接安裝在驅動輥或筒上的高精度旋轉傳感器為基礎進行接收。低通濾 波器操作1304向觀測器1306提供輸出，該觀測器使用其它內部信號 來生成施加到反饋濾波操作1308的輸出，從而得到與位置命令1301 負疊加的信號。該信號隨後饋送到位置控制器1310，該位置控制器輸 出與另外兩個信號疊加的信號。
前饋增益控制操作1312的前饋增益信號輸出與位置控制器1310 的輸出信號以及電機位置前饋反饋信號進行疊加，該反饋信號由位置 前饋衍生操作1314輸出並且通過低通濾波器1315，並且該反饋信號基 於接收的電機位置反饋信號1305。該信號1305從安裝在驅動驅動輥或 筒的電機電樞上的高精度旋轉傳感器接收。隨後將疊加的輸出提供給 低通濾波器1320，該低通濾波器的輸出隨後被提供給速度控制器1322。
隨後，前饋增益操作1312的前饋增益信號輸出被提供給速度前饋操作1316，該速度前饋操作將其輸出提供給前饋增益操作1318以生成 第二前饋增益信號。第二前饋增益信號被提供給電流前饋操作1324， 該電流前饋操作向前饋增益操作1326提供輸出。另外，第二前饋增益 信號與速度控制器1322的輸出疊加，並形成源於軌跡發生器的幅材命 令的速度前饋信號1307。軌跡發生器生成每一個輥的控制系統的位置 參考，包括以正確單位計量的位置和速度。速度前饋信號1307與速度 控制器1322的輸出疊加的結果通過陷波濾波器和其它濾波器1328，並 與作為前饋增益操作1326輸出的前饋增益信號和實際的電機電流測量 結果1309進行疊加，以向電流控制器1330提供輸入。然後，電流控 制器1330向驅動驅動輥或筒的電機輸出電流。
圖14示出了示例性的導向電機位置和速度控制系統1400，其中系 統1400中的一個可以用於控制基底的側向位置，而系統1400中的另 一個可以用於控制掩模的側向位置。控制系統1400接收位置命令1401 作為輸入，並且該命令源自檢測表徵幅材側向位置的基準的感測系統。 該命令被提供給位置前饋操作1402，該位置前饋操作隨後將位置前饋 信號輸出到前饋增益控制操作1410。
位置命令1401也與另一個信號疊加，該信號基於提供給低通濾波 器操作1404的負載位置反饋信號1403。負載位置反饋信號1403以i 接安裝在幅材導向框架上的高精度線性傳感器為基礎進行接收。前饋 操作1404向觀測器1406提供輸出，該觀測器使用其它內部信號生成 施加到反饋濾波操作1408的輸出，從而提供與位置命令1401負疊加 的信號。該信號隨後被饋送到位置控制器1412，該位置控制器輸出與 下述另外兩個信號疊加的信號。
前饋增益控制操作1410的前饋增益信號輸出與位置控制器輸出信 號1412以及電機位置前饋反饋信號進行疊加，該反饋信號由位置前饋 衍生操作1409輸出並且通過低通濾波器1411，並且該反饋信號基於接 收的電機位置反饋信號1405。該信號1405以直接安裝在移動幅材導向框架的電機電樞上的高精度旋轉傳感器為基礎進行接收。然後將疊加 的輸出提供給低通濾波器1418，該低通濾波器的輸出隨後被提供給速
度控制器1420。
前饋增益控制操作1410的前饋增益信號輸出隨後被提供給速度前 饋操作1414，該速度前饋操作向前饋增益操作1416提供輸出，以生成 第二前饋增益信號。第二前饋增益信號被提供給為前饋增益操作1424 提供輸出的電流前饋操作1422。另外，第二前饋增益信號與速度控制 器1420的輸出進行疊加。結果通過陷波濾波器和其它濾波器1426，並 與前饋增益操作1424的輸出和實際電機電流測量結果1407疊加，以 向電流控制器1428提供輸入。電流控制器1428隨後向移動幅材導向 框架的電機輸出電流。
圖15示出了示例性的幅材基準對準控制系統1500，該系統在沉積 過程的各階段保持掩模的基準和基底的基準之間正確的對準，其中兩 個幅材上早已存在光標，例如圖12所示。控制系統1500接收幅材位 置命令1501作為輸入，並且該命令源於軌跡發生器。該命令被提供給 位置前饋操作1502，該位置前饋操作隨後將位置前饋信號輸出給前饋 增益控制操作1508。
位置命令1501也與基於幅材位置反饋信號1503的另一個信號疊 加。幅材位置反饋信號1503基於縱向幅材位置進行接收。該信號可以 表示基底或掩模位置、或它們之間的差值。幅材位置反饋信號1503被 提供給觀測器1504，該觀測器增強由傳感器生成的位置信號，並且其 輸出被施加到反饋濾波操作1505，以提供與位置命令1501疊加的信號。 來自該疊加的信號隨後被饋送到位置控制器1510，該位置控制器輸出 與以下段落將描述的另外兩個信號疊加的信號。
前饋增益控制操作1508的前饋增益信號輸出與位置控制器1510 的信號輸出以及來自軌跡發生器的幅材前饋開放迴路位置補償信號1512進行疊加。疊加的輸出為隨後提供給圖13所示幅材位置控制器的
導向位置命令。電機位置和速度可得自電機1516,並且對應的反饋信 號1518被提供給電機位置和速度控制器1514。電機位置和速度控制器 1514包括具有線速度控制的傳感器位置偏移補償。
圖16示出了示例性實施例的一部分，其中在掩模和基底之間保持 基準對準，以獲得所需的若干微米的特徵尺寸以及Y2特徵尺寸的對準公 差。基底1600經過傳送輥1602，然後通過具有安裝到框架1644的輥 1642和1646的幅材導向裝置1640。然後，基底經過檢測縱向和/或側 向幅材位置的傳感器1648。驅動輥1618在基底1600行進到筒1624圓 周的一部分上時對該基底的伸長和速度進行最終校正，然後出口輥 1620將基底1600導向到下一個目的地上。
掩模1601進入具有安裝到框架1634的輥1632和1636的幅材導 向裝置1630。掩模1601通過檢測縱向和/或側向幅材位置的傳感器 1638，並且驅動輥1608在掩模1601行進到筒1624圓周的一部分上時 對該掩模的伸長和速度進行最終校正，同時出口輥1610將掩模1601 從筒1624導出。
在操作期間，基底傳感器1648和掩模傳感器1638將幅材位置反 饋信號輸出到應變控制器1652。應變控制器隨後向虛擬張力觀測器 1654生成輸出信號。虛擬張力觀測器是一種控制系統技術，其中基於 其它變量的已知值估算一個變量的值。觀測器通過減少變量的測量滯 後、提高其準確度、或提供難以或不可能直接測量的變量的值來提高 控制系統性能。虛擬張力觀測器1654隨後根據提供給應變控制器1652 的位置反饋以及基底和掩模的材料參數計算幅材的張力，並且對上遊 控制器生成正確的張力設定值，以及生成可以添加到任一驅動輥的附 加校正位置命令偏移。虛擬張力觀測器能夠實時估算變化的參數。本 實施例的虛擬張力觀測器的其它詳細信息可見於共同擁有的美國專利 申請公開2005/0137738 Al，該專利申請以引用的方式併入本文。虛擬張力觀測器1654隨後向驅動輥1608的電機提供驅動信號。
圖17示出了應變控制器1652結合虛擬張力觀測器1654所用的控 制迴路。從位置操作1702處的傳感器輸出讀取基底的位置，同時從位 置操作1712處的傳感器輸出讀取掩模的位置。在計算操作1704中計 算針對基底的未應變長度，同時在計算操作1714中計算針對掩模的未 應變長度。在計算操作1706中計算針對基底的時間，同時在計算操作 1716中計算針對掩模的時間。根據針對的時間，在計算操作1708中計 算新的e J直，其中該值表示幅材的理想應變。根據新的e p在計算操 作1710中計算所需的Tsp，其中該值表示達到應變程度所需的張力。
圖18示出可以位於基底和掩模上的基準標記的實例，基準用於控 制側向和縱向位置並在兩個幅材之間保持正確的對準。如上所述，這 些基準標記可以預先圖案化或可以在沉積過程階段添加到幅材。
如該實例所示，側向或橫維基準可以與擬布置在幅材1800上的沉 積圖案具有固定距離的線1806。幅材1800的邊緣1801可以不按照與 橫維基準線1806或在幅材1800上沉積或形成的任何部件具有精確關 系的方式進行布置。通過在側向感測行1806的位置，可以確定幅材1800 是否位於正確的位置或是否有必要調整幅材導向裝置，以在側向重新 對準幅材。
同樣如該實例所示，縱向準標包括一個或多個連續準標，例如圖 18所示的正弦標記1804和餘弦標記1805。基本上連續的周期性準標 (例如圖18所示的正弦或餘弦標記1804、 1805)包含可以用於確定幅 材的大體和精確位置的信息。可以通過周期性準標的周期性重現特徵 確定大體位置。就正弦或餘弦準標1804、 1805而言，用於確定幅材大 體縱向位置的周期性重現特徵可以包括(例如)峰或零點交叉。
在一個實施例中，對每一個周期中正弦或餘弦標記1804、 1805的零點交叉進行計數以確定大體位置。例如，通過計算對應正弦和餘弦
標記1804、 1805的傳感器信號的arctan2函數，可以確定每一個周期 的精確位置。計算arctan2函數可得到直接與幅材1800在周期內的精 確位置相關的角度和象限信息。
圖19A為根據本發明的實施例的幅材位置檢測器的框圖，該幅材 位置檢測器被構造用於確定幅材的縱向和側向位置。在該實施例中， 單一傳感器1912用於同時感測縱向和側向準標1904-1906。在其它配 置中，第一傳感器可以用於感測側向基準，第二傳感器用於感測縱向 準標。
如圖19A所示，幅材1902包括具有正弦和餘弦標記1904、 1905 的縱向準標。準標不需要為正弦曲線標記，並且可以是提供實現電子 裝置層之間所需對準的足夠信息的任何基本上連續或分段連續的標 記。
幅材1902還包括具有水平標記1906的側向準標。幅材1902通過 輥1908、 1910之間時，傳感器1912同時感測縱向準標1904、 1905和 側向準標1906。傳感器1912可以為攝像頭或其它類型的光傳感器、電 磁傳感器、密度傳感器、接觸傳感器或任何能夠感測準標的其它類型 的傳感器。在圖19A所示的實施例中，傳感器具有電荷耦合器件(CCD) 攝像頭。
攝像頭1912的輸出被導向至圖像數據採集電路1914，該圖像數據 採集電路採集和數位化來自攝像頭1912的準標1904-1906的圖像。來 自圖像數據採集電路1914的準標的數字圖像被導向至數字圖像處理系 統1916。數字圖像處理系統1916分析圖像以生成與所感測準標對應的 信號。數字圖形處理系統1916生成的信號可以輸出到縱向位置檢測器 1918並且可選地輸出到側向位置檢測器1920。來自側向幅材位置檢測 器1920的信息可由縱向幅材位置檢測器1918用於提高縱向幅材位置的內推。由縱向幅材位置檢測器1918和側向幅材位置檢測器1920確 定的縱向和側向位置，可以分別輸出到被構造用於控制幅材的縱向和 側向位置的移動控制系統。
圖19B-19D示出了多種類型傳感器的像域的實例。圖19B示出了 區域傳感器的像域1970內的準標1904、 1905、 1906。區域傳感器輸出 值的XnXY。數組，這些值表示每一個像素位置的光強。區域傳感器提 供大量的數據用於信號處理。大數據集允許比較當前視圖和上一視圖， 提供更完善的數據濾波，從而在(例如)位置準確度方面帶來潛在優 點。與一些其它類型的傳感器相比，區域傳感器提供的位置更新速率 較慢，因為其處理相對較大的數據集需要更多時間。
圖19C示出了行掃描傳感器的像域1980內的準標1904、 1905、 1906。行掃描傳感器輸出像素強度的lXYn矢量。與區域傳感器相比， 行掃描傳感器可快速提供位置更新，但需要位置歷史所需的數據存儲 器。
在圖19D中，漸進式掃描傳感器的像域1990內示出準標1904、 1905、 l卯6。 一般來講，區域掃描傳感器允許用戶選擇要掃描的行數， 如X。 = 4或其它數值。漸進式掃描傳感器採集比行掃描更多的數據用 於信號處理，但提供的位置更新較慢。
可以通過對正弦和餘弦標記1904、 1905進行縮放來實現最大的分 辨率。例如，可以採用儘可能大的標記振幅，以在傳感器的像域1970、 1980、 1990內使標記1904、 1905最大化，同時保留一定的邊界以應對 側向位置錯誤。可以根據期望的操作速度選擇縱向標度。使正弦和餘 弦標記1904、 1905具有較高(較高的頻率和較小的峰間距離)的節距， 可以提供較陡的斜率和較高的縱向解析度。過高的節距可降低信噪比 並加大所需的採樣率。最小採樣率需要樣品之間具有不超過K周期的間 隔。然而，當所使用的採樣率為使用的最低採樣率的至少3至4倍時，操作增強。可達到的採樣率隨所用的傳感器類型而異，但攝像頭傳感
器的採樣率可超過lkHz。
可以通過多種信號處理技術補償準標的缺陷。例如，可以對所生 成的響應標記的傳感器信號進行平移、濾波和/或角度調整，以提高信 噪比。在一些實施例中，可以通過線性或非線性濾波改善傳感器信號。 例如，如果已知或已估算出當前的幅材速度，可以設定下一次估算的 位置更新的界定。可以將這些界定以外的任何值假定為噪聲。具體地 講，使用遞歸濾波，例如通過使用卡爾曼濾波器，可以改進估算的幅 材位置。卡爾曼濾波器使用兩個或更多個信息源，並將其組合以根據 信號統計數據的知識形成最佳的估算值。統計數據可以實時生成，或 用於靜止過程，可以離線生成以降低計算負荷。使用幅材上縱向設置 的基本上連續的準標確定縱向幅材位置的方法和系統，在與本專利申 請同時提交的共同擁有的美國專利申請(代理人檔案號
No.62616US002)中有更詳細的詳述，該專利申請以引用的方式併入本 文。
在另一方面，提供了一種使用上述裝置沉積形成分層電子器件的 材料的方法。該方法涉及從基底傳送輥傳送基底，同時在第一基底接 收輥上接收基底，其中基底在基底傳送輥和第一基底接收輥之間時在 第-一筒的圓周的一部分的附近通過。該方法還涉及在傳送和接收基底 時，將第一掩模從第一掩模傳送輥傳送，同時在第一掩模接收輥上接 收第一掩模，其中第一掩模在第一掩模傳送輥和第一掩模接收輥之間 時在第一筒的圓周的一部分的附近通過，並且其中第一掩模有形成第 一圖案的多個孔眼，並且這些孔眼中至少一部分的最小維度為約2微 米。另外，該方法涉及在傳送和接收基底和第一掩模時，將第一沉積 材料從第一沉積源導向到與第一筒的圓周的一部分鄰近的第一掩模的 一部分，使得一個或多個電子器件的層在基底上沉積。
該方法還可涉及從第一基底接收輥傳送基底，同時在第二基底接收輥上接收基底，其中基底在第一基底接收輥和第二基底接收輥之間 時在第二筒的圓周的一部分的附近通過。該方法還涉及從第二掩模傳 送輥傳送第二掩模，同時在第二掩模接收輥接收第二掩模，其中第二 掩模在第二掩模傳送輥和第二掩模接收輥之間時在第二筒的圓周的一 部分的附近通過，並且其中第二掩模具有形成第二圖案的多個孔眼。 另外，該方法涉及在傳送和接收基底和第二掩模時，將沉積材料從第 二沉積源導向到與第二筒的圓周的一部分鄰近的第二掩模的一部分， 使得一個或多個電子器件的第二層以與第一層對準的方式沉積，對準 公差為約l微米。
給出本發明不同實施例的上述具體實施方式
是出於舉例說明和描 述目的。並非意圖詳盡列舉本發明或將本發明局限於所公開的精確形 式。可以按照上述教導內容進行多個修改和變型。所預期的是，本發 明的範圍不受該具體實施方式
的限定，相反，其受所附權利要求書的限定。
權利要求
1.一種在柔性、伸長的基底上形成具有多個重疊層的一個或多個電子器件的方法，包括移動所述柔性基底通過一個或多個沉積工位，在每一個沉積工位處相對於旋轉筒移動伸長的孔眼掩模，所述孔眼掩模具有以圖案形式布置的孔眼；對準所述孔眼掩模和所述基底；在所述旋轉筒的圓周的一部分上使所述孔眼掩模和所述基底接近；通過所述孔眼掩模的所述孔眼沉積層狀電子器件的層；以及保持所述層狀電子器件中的至少兩層之間的對準，所述層狀電子器件的至少一層包含電子或光學活性材料。
2. 根據權利要求l所述的方法，其中所述電子或光學活性材料包 括光電材料、發光材料、無機半導體材料或有機半導體材料。
3. 根據權利要求l所述的方法，其中所述層狀電子器件中的至少 一層包括為電子或光學活性材料層提供電觸點的導電材料。
4. 根據權利要求l所述的方法，其中所述層狀電子器件中的至少 一層包括電子傳送材料或空穴傳送材料。
5. 根據權利要求l所述的方法，其中對準所述孔眼掩模和所述基 底包括對準所述筒上的所述孔眼掩模的縱向位置和橫向位置中的一者 或兩者；以及對準至少一個沉積工位的所述筒上的所述基底的縱向位置和橫 向位置中的一者或兩者。
6. 根據權利要求1所述的方法，還包括保持所述孔眼掩模的預定 伸長和所述基底的預定伸長中的一者或兩者。
7. 根據權利要求l所述的方法，其中對準所述孔眼掩模和所述基底包括感測至少一個沉積工位的所述孔眼掩模上的基準和在所述至少 一個沉積工位處的所述基底上的基準中的一者或兩者；以及 根據所述基準對準所述孔眼掩模和所述基底。
8. 根據權利要求l所述的方法，其中對準所述孔眼掩模和所述基 底包括感測設置在所述孔眼掩模和所述基底中的一者或兩者上的一個 或多個基本上連續的基準；以及根據所述基本上連續的基準確定所述孔眼掩模和所述基底中的 一者或兩者的縱向位置。
9. 一種在柔性、伸長的基底上形成具有多個重疊層的一個或多個 電子器件的裝置，包括一個或多個沉積工位，每一個沉積工位包括伸長的孔眼掩模，所述伸長的孔眼掩模具有以圖案形式布置的孔眼；旋轉筒；以及沉積源，所述沉積源被構造用於通過所述孔眼掩模的所述孔眼向所述基底噴射材料，以形成層狀電子器件的層；傳送系統，所述傳送系統被構造用於移動所述基底通過所述一個 或多個沉積工位，在每一個沉積工位處，所述基底接近所述筒的圓周 的一部分上的所述沉積工位的所述孔眼掩模；以及對準系統，所述對準系統被構造用於保持所述層狀電子器件中的 至少兩層之間的對準，所述層狀電子器件中的至少一層包含電子或光學活性材料。
10. 根據權利要求9所述的裝置，其中所述層狀電子器件包括光 電器件、發光器件、二極體和電晶體中的一個或多個。
11. 根據權利要求9所述的裝置，其中所述孔眼掩模中的孔眼的圖案在所述裝置的操作期間補償所述孔眼掩模的畸變。
12. 根據權利要求9所述的裝置，其中所述一個或多個沉積工位 中的至少一個沉積工位被構造用於沉積包含所述電子或光學活性材料 的所述層。
13. 根據權利要求9所述的裝置，其中所述活性材料包括光電材 料、發光材料、有機半導體材料或無機半導體材料。
14. 根據權利要求9所述的裝置，其中至少一個孔眼掩模為聚合 物型孔眼掩模。
15. 根據權利要求9所述的裝置，其中所述基底為聚合物基底。
16. 根據權利要求9所述的裝置，其中至少一個孔眼掩模包括小 於約100微米的孔眼。
17. 根據權利要求9所述的裝置，其中在所述電子器件的所述至 少兩層之間保持小於約50微米的對準。
18. 根據權利要求9所述的裝置，其中所述對準系統被構造用於 感測縱向布置在所述孔眼掩模和所述基底中的至少一者上的基本上連 續的準標，並進一被構造用於使用所述準標在所述層狀電子器件的所 述至少兩層之間保持對準。
19. 根據權利要求18所述的裝置，其中所述準標包括正弦曲線準標。
20. 根據權利要求9所述的裝置，其中所述傳送系統被構造用於 保持所述沉積工位的所述孔眼掩模的預定伸長並保持所述基底的預定 伸長。
全文摘要
本文描述了在柔性、伸長的基底上形成層狀電子器件的方法和系統。所述層狀電子器件包括至少一個電子或光學活性層。在移動所述柔性基底通過一個或多個沉積工位的過程中沉積所述電子器件的一個或多個層。在每一個沉積工位處，使所述基底和孔眼掩模對準，所述孔眼掩模具有以圖案形式布置的孔眼。在旋轉筒的圓周的一部分上使所述孔眼掩模和所述基底接近。通過使材料通過所述孔眼掩模的所述孔眼進行沉積，形成所述層狀電子器件的層。在每一個沉積工位處，保持所述層狀電子器件的至少兩層之間的對準。
文檔編號H01L51/00GK101578718SQ200880002062
公開日2009年11月11日 申請日期2008年1月3日 優先權日2007年1月11日
發明者丹尼爾·H·卡爾森, 唐納德·J·穆克盧爾, 傑弗裡·H·託其, 約翰·T·斯特蘭德, 羅納德·P·斯萬松, 詹姆斯·N·多布斯 申請人:3M創新有限公司