OLED的正交光刻技術(shù)

SAMadu0skmu7h7 2023-05-15 發(fā)布于四川

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在了解采用光刻來實現(xiàn)OLED像素圖形化的技術(shù)的過程中，知道了這種被稱為“正交光刻”（Orthogonal photolithography）的技術(shù)。

今天簡單地聊一聊這個技術(shù)在OLED中的應(yīng)用。

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1. 正交光刻的概念

先說一下“正交光刻”的概念，這里采用康乃爾大學(xué)的Lee等研究人員在2009年發(fā)表的一篇文章中的說法：當(dāng)溶劑不溶解預(yù)先沉積的有機材料層或不對其造成損傷時，這個溶劑就是該有機材料層的正交溶劑。

極性材料和非極性溶劑之間，或者非極性材料與極性溶劑之間，就構(gòu)成了正交性。

然而，這種策略提供的自由度有限，因為目前的光刻工藝中同時需要這兩種類型的溶劑。

當(dāng)存在OLED的有機材料時，這些材料不會同時與OLED的有機材料“正交”。換而言之，光刻工藝所用到的材料中，至少有一種（或一類）會對OLED材料造成破壞，因此無法避免OLED器件失效。

要在OLED器件制造過程中采用光刻技術(shù)，就需要在極性材料和非極性材料這兩個維度之外，找到第三個維度的材料體系。在這個材料體系中，無論是光刻膠、顯影液、剝離液等等，都不會與OLED材料發(fā)生作用。

可見，我們大致可以將OLED的“正交光刻”定義為：采用了與OLED材料正交的光刻材料體系的光刻制程。

文章中的圖片如下所示，這里引入的第三個維度的材料體系是：氫氟醚（HFE）或超臨界二氧化碳(scCO2）。

正交溶劑體系

在文獻中可以了解到，這里的HFE和scCO2實際是指溶劑，正交光刻過程中，實際的光刻膠還是含氟聚合物。

2. 正交光刻材料體系

目前了解到的“正交光刻”中，光刻膠采用的是高氟化聚合物，按照工藝中的溶液體系來講，有兩種可查的類型：一種是超臨界二氧化碳(scCO2），另外一種是氫氟醚（HFE）。下面簡單說明一下這兩種材料，更深的內(nèi)容我也沒有去查，感興趣的可以自行查閱相關(guān)文獻。

2.1 scCO2材料

scCO2是一種存在于臨界溫度和壓力(Tc=31.1℃和Pc=7.38MPa)以上的二氧化碳超臨界流體，超臨界流體的概念如下圖所示。

超臨界流體

這種流體有幾個獨特的優(yōu)點：不可燃性、無毒性、低成本、低表面張力和高擴散率。最重要的是，scCO2對氟化材料有很強的溶解能力，但卻不與大多數(shù)非氟化聚合物相互作用。因此人們選擇scCO2作為OLED光刻技術(shù)中的正交溶劑。

2.2 氫氟醚（HFE）溶液

一般來講，高氟化物液體也不與非氟材料發(fā)生反應(yīng)，因此也可以作為OLED光刻技術(shù)中的正交溶液。在眾多的高氟化物溶液中，氫氟醚吸引了大家特別的關(guān)注。如上一篇文章中提到過的Orthgonal Inc，就采用了這種溶劑。根據(jù)他們的說法，這種溶劑具有如下的特點：

氟溶劑和含氟聚合物對有機電子材料（包括OLED）無反應(yīng)且不損傷
氟溶劑不與極性或非極性材料混合
具有低全球變暖潛能值且不消耗臭氧層

3. 正交光刻流程

下面以Orthgonal Inc公司網(wǎng)站上的流程圖，簡單說一下他們的“正交光刻”技術(shù)流程

背板：目前量產(chǎn)中OLED的驅(qū)動背板和“正交光刻”技術(shù)是兼容的，不需要進行修改。

像素定義層（PDL）圖形制作：采用之前的常規(guī)材料作為PDL，用于隔離不同的子像素。

犧牲層制作：采用高氟化材料作為犧牲層，犧牲層除了可以起到平坦化的作用外，還可以在剝離過程中起到“干凈”剝離的作用。

光刻膠涂布：光刻膠層是正交的氟化光刻膠聚合物，它是一種負膠，在i-Line波長（365nm）下敏感

曝光：使用標(biāo)準曝光機，先將第一種色彩的像素區(qū)曝光

光刻膠顯影：使用對OLED無破壞的氟化顯影劑，使像素區(qū)的光刻膠開孔。

犧牲層顯影：采用另外一種單獨的氟化顯影劑，將向素區(qū)的犧牲層開孔，并形成倒角。

OLED疊層沉積：在蒸鍍機中蒸鍍OLED，這種情況不需要FMM。

剝離：犧牲層溶解在氟化溶劑中，位于其頂部的光刻膠也可以剝離，而不會留下particle

重復(fù)前面的步驟，就可以得到其余兩種顏色

最后沉積共通層和陰極金屬，完成OLED器件的制造，并進行封裝

4. 討論

可以看到采用Orthogonal inc所展示的這種“正交光刻”技術(shù)路線，光刻膠和犧牲層配合使用，通過曝光顯影等工序變成蒸鍍過程中的Mask，這樣就可以實現(xiàn)OLED的圖形化。

與前面談到的IMEC和Fujifilm合作采用的方式不同的是，Orthogonal Inc的路線不需要采用干刻工序，這似乎可以算一個優(yōu)點。

“正交光刻”在有機電子器件制作中，看起來還是具有相當(dāng)大的誘惑力，因此學(xué)術(shù)界相關(guān)的研究其實不少。在OLED制造中采用這種技術(shù)，目前還是需要關(guān)注這個過程中，相關(guān)材料對OLED器件的影響到底有多大，如果后面有機會推向量產(chǎn)，是否需要對涉及到的設(shè)備進行大的改動等等。本文僅僅粗略地談到這個技術(shù)，相關(guān)材料、工藝和設(shè)備的細節(jié)還需要更多的信息，感興趣的不妨去了解一下。

參考文獻：