CN102421933A

CN102421933A - 薄膜沉积装置及其系统

Info

Publication number: CN102421933A
Application number: CN2010800203379A
Authority: CN
Inventors: 裵勍彬; 尹亨硕; 姜敞晧
Original assignee: SNU Precision Co Ltd
Current assignee: SNU Precision Co Ltd
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2010-05-06
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2030-05-06
Also published as: JP5506917B2; JP2012526199A; WO2010128811A3; TW201107507A; TWI386500B; CN102421933B; KR101119853B1; WO2010128811A2; KR20100120941A

Abstract

本发明揭示一种薄膜沉积装置，包含：传送室，用以传送基板；以及第一制程室及第二制程室，分别连接至所述传送室的两侧，所述第一制程室与所述第二制程室分别均包含：第一基板固定器及第二基板固定器，被配置成相互间隔开；以及喷射单元，设置于所述第一基板固定器与所述第二基板固定器之间，用以依序供应沉积原料至所述第一基板固定器与所述第二基板固定器。本发明同时揭示一种包含所述装置的薄膜沉积系统。本发明的装置具有多个用以执行相同制程的制程室，所述多个制程室分别连接至每一传送室的两侧，故可同时对多个基板执行薄膜制程，借此改良处理速度。

Description

薄膜沉积装置及其系统

技术领域

本发明涉及一种用于沉积薄膜的装置，更具体而言，涉及一种用于形成薄膜于基板上的薄膜沉积装置、以及一种使多个薄膜沉积装置以直列(in-line)型式相连的薄膜沉积系统。

背景技术

不同于液晶显示器(liquid crystal display；LCD)，有机发光二极管(organiclight emitting diode；OLED)为自发光装置，无需使用背光单元(backlight unit)，故可降低功率消耗。此外，OLED具有宽的视角(viewing angle)及快速响应时间，因此采用OLED的显示设备一般而言能够达成一高质量影像而不存在视角窄及留有残影(afterimage)的缺陷。

OLED系借由沉积例如有机薄膜及金属薄膜等多个薄膜而制成。通常，使用群簇式系统(cluster system)来沉积薄膜，在群簇式系统中，围绕一圆形传送室连接多个用于执行序列单元制程的单元室。根据群簇式系统，是在玻璃基板水平放置的同时，利用上述每一室执行基板传送及装置处理。群簇式系统的一优点为能够快速地连续执行序列制程。尤其是，还有一优点在于可方便地执行沉积掩模的更换，而沉积掩模的更换为OLED制造中一非常重要的过程。

近来，一种采用三色独立像素系统的OLED备受瞩目，在此种OLED中，利用精细金属掩模(fine metal mask；FMM)依序形成蓝色(B)发光层、绿色(G)发光层及红色(R)发光层于一大面积基板上。已知三色独立像素系统能够提高颜色纯度及光学效率并增强价格竞争力。

然而，在三色独立像素系统中，B、G及R发光层是在独立的制程室中依序形成，此需要一将用于执行每一单元制程的制程室彼此串行连接的直列式系统。因此，需要将公知的群簇式系统变为直列式系统。然而，相较于群簇式系统，因需要大量交叠的仪器而使得直列式系统生产线的建造成本高昂。此外，因处理速度低，直列式系统的生产率亦不及群簇式系统。

此外，由于公知群簇式系统是在基板水平放置的同时执行薄膜制程(有机薄膜成型制程)，故其可造成基板倾斜、弯曲及歪斜并在装置制造过程中造成困难。由于用于大面积基板的沉积掩模重量超过数百千克，故基板可能会由于倾斜、弯曲及歪斜问题而破碎。

发明内容

本发明提供一种薄膜沉积装置及其薄膜沉积系统，其能够借由同时处理多个基板并使每一过程的等待时间(例如，基板的加载及固定以及沉积掩模的放置及对准)最小化而达成高生产率。

本发明还提供一种薄膜沉积装置及其薄膜沉积系统，其能够借由有效地共享交叠的仪器而降低生产线的建造成本。

本发明亦提供一种薄膜沉积装置及其薄膜沉积系统，其能够借由在薄膜制程中支撑基板垂直站立而避免基板出现倾斜、弯曲及歪斜。

根据一实例性实施例，一种薄膜沉积装置包含：传送室，用以在传送基板；以及第一制程室及第二制程室，分别连接至所述传送室的两侧。所述第一制程室与所述第二制程室分别均包含：第一基板固定器及第二基板固定器，被配置成相互间隔开；以及喷射单元，设置于所述第一基板固定器与所述第二基板固定器之间，用以依序供应沉积材料至所述第一基板固定器与所述第二基板固定器。

所述第一基板固定器与所述第二基板固定器可支撑所述基板垂直站立。

所述传送室可包含基板旋转构件，用以旋转所述基板并使所述基板能够垂直站立或水平平放。

所述喷射单元可在所述第一基板固定器与所述第二基板固定器之间旋转。

所述喷射单元的喷射结构可为点式(point-type)结构、直线式(line-type)结构以及平面式(plane-type)结构之一。

所述每一第一制程室与所述每一第二制程室可包含与其连接的一掩模室(mask chamber)，所述掩模室用以提供沉积掩模至所述第一基板固定器及所述第二基板固定器及/或用以更换沉积掩模。

根据另一实例性实施例，一种薄膜沉积系统包含：多个串行连接的传送室，用以在其中传送基板；以及多个第一制程室及多个第二制程室，分别连接至所述多个传送室至少其中的一的两侧。所述第一制程室与所述第二制程室可分别包含：第一基板固定器与第二基板固定器，被配置成相互间隔开；以及喷射单元，设置于所述第一基板固定器与所述第二基板固定器之间，用以依序供应沉积材料至所述第一基板固定器与所述第二基板固定器。

所述多个传送室可包含：多个分配室，与所述第一制程室及所述第二制程室连接，用以分配基板；以及多个缓冲室，连接于相邻分配室之间，用以临时容纳所述多个基板。

所述薄膜沉积系统可更包含：装载室，连接至所述多个传送室的前端(leading end)并用以自外部装载基板；以及卸载室，连接至所述多个传送室的后端(rear end)并用以卸载基板至外部。

附图说明

结合附图阅读上文说明，可更详细地理解本发明的实例性实施例，附图中：

图1为根据实例性实施例的薄膜沉积系统的平面图；

图2为显示图1所示薄膜沉积系统的某些室的平面图；以及

图3至图8为显示根据所述实例性实施例的薄膜沉积系统的每一单元制程的平面图。

具体实施方式

以下，将参照附图详细说明本发明的具体实施例。然而，本发明亦可实施为不同的形式，而不应被视为仅限于本文所述的实施例。相反，提供这些实施例为了使本发明的披露内容透彻及完整、并向本领域普通技术人员全面传达本发明的范围。

图1为根据一实例性实施例的薄膜沉积装置的平面图，图2为显示图1所示薄膜沉积装置的某些室的平面图。

参见图1及图2，多个传送室400(410及420)串行连接于装载室110与卸载室120的间，装载室110设置于传送室400的前端(leading end)，卸载室120则设置于传送室400的后端(rear end)。传送室400的某些传送室410设置有第一制程室200A及第二制程室200B。因此，整体上构成直列式系统(in-line system)，在串行地执行基板传送与单元制程。二基板(分别为G1与G2、以及G3与G4)可被载送入第一制程室200A及第二制程室200B的内部空间。因此，在对一侧的二基板G1与G2执行单元制程的同时，可对另一侧的另二基板G3与G4执行预处理操作。

装载室110在大气压力下接收已经历预定的先前制程的基板G1、G2、G3及G4，并载送基板G1、G2、G3及G4至处于真空状态的传送室400中。卸载室120自传送室400接收已经历一序列单元制程的基板G1、G2、G3及G4，并将基板G1、G2、G3及G4载送出至大气压力状态以供进行后续制程。因此，装载室110及卸载室120用以在大气状态与真空状态之间切换。尽管图未示出，然装载室110及卸载室120可连接至基板传送单元(例如机械手臂)及基板装载单元(例如基板盒)。

更具体而言，传送室400包含分配室410及缓冲室420，分配室410与第一制程室200A及第二制程室200B相连以分配基板G1、G2、G3及G4，缓冲室420设置于相应的二分配室410之间以临时容纳基板G1、G2、G3及G4。此处，缓冲室420分别提供基板G1、G2、G3及G4临时停留的空间。所述每一分配室410包含基板旋转构件(图未示出)，用以旋转基板并使基板能够垂直站立或水平平放。自前一室中以水平位置传送的基板G1、G2、G3及G4被基板旋转构件旋转至垂直站立，并被载送至第一制程室200A及第二制程室200B中。自第一制程室200A及第二制程室200B以垂直位置载送出的基板G1、G2、G3及G4则被旋转至水平放置，然后被传送至下一室。因此，基板G1、G2、G3及G4在薄膜制程期间系垂直放置以避免倾斜、弯曲或歪斜，而在其传送期间则系水平放置以防止破碎。然而，基板G1、G2、G3及G4亦可在垂直位置传送。在此种情形中，可自分配室410中省却基板旋转构件。

所述每一分配室410可在其两侧上连接第一制程室200A及第二制程室200B。此外，用于供应沉积掩模M1及M3的第一掩模室311及第二掩模室312与用于供应沉积掩模M2及M4的第一掩模室321及第二掩模室322分别连接至第一制程室200A及第二制程室200B。第一掩模室311、321及第二掩模室312、322储存用于薄膜制程的沉积掩模或供更换的沉积掩模。因每一对第一及第二掩模室311与312、以及321与322可共享，故第一制程室200A及第二制程室200B可仅包含一单个掩模室。

一个分配室410的第一制程室200A及第二制程室200B执行同一单元制程。与对应分配室410相连的第一制程室211、221、231、241、251及261以及第二制程室212、222、232、242、252及262用以对基板执行一系列装置制程。举例而言，根据本发明，制程室200A及200B用以以一方式制造有机发光二极管(organic light emitting diode；OLED)，此方式使电洞注入层(hole injectionlayer；HIL)、电洞传输层(hole transport layer；HTL)、发光材料层(emittingmaterial layer；EML)、电子传输层(electron transport layer；ETL)、电子注入层(electron injection layer；EIL)及阴极依序沉积于在外侧偏振的基板G上。为此，第一制程室211及第二制程室212连接至第一分配室以形成HIL，第一制程室221及第二制程室222则连接至第二分配室以形成HTL。接下来，第一制程室231及第二制程室232连接至第三分配室，以形成EML。第一制程室241及第二制程室242连接至第四分配室，以形成ETL。第一制程室251及第二制程室252连接至第五分配室，以形成EIL。第一制程室261及第二制程室262连接至第六分配室，以形成阴极。用于形成EML的第一室231及第二室232可分别包含多个室231a、231b及231c、以及232a、232b及232c。用于形成阴极的第一室261及第二室262可分别包含多个用以形成多层式阴极的室261a、261b及261c、以及262a、262b及262c。

所述每一制程室200A及200B具有矩形盒形状，且包含用于处理基板G1、G2、G3及G4的预定反应空间。制程室200A与200B的反应空间分别包含第一基板固定器520及第二基板固定器530与第一基板固定器620及第二基板固定器630，每一对基板固定器皆成一间隔设置，以支撑基板G1、G2、G3及G4处于垂直位置。另外，喷射单元540及640安装于第一基板固定器520与第二基板固定器530的间以及第一基板固定器620与第二基板固定器630的间。制程室200A及200B亦分别包含第一闸511及第二闸512与第一闸611及第二闸612，此等闸系成间隔配置并连接至分配室410以容许基板G的进出。此处，第一闸511、611及第二闸512、612可为狭口阀(slit valve)。

所述每一第一基板固定器520、620及第二基板固定器530、630包含：支撑件521，适可支撑基板G1、G2、G3及G4的后侧；夹具522，安装至支撑件521上，用以固定基板G1、G2、G3及G4；以及温度控制器523，适可控制基板温度。温度控制器523安装于支撑件521的内侧或下部，并控制基板温度至恰当温度以处理支撑于支撑件521上的基板G1、G2、G3及G4。温度控制器523可为一组合，所述组合包含一用以冷却基板G1、G2、G3及G4的冷却构件与一用以加热基板G1、G2、G3及G4的加热构件至少其中之一。根据本实施例，一冷却路径形成于支撑件521中，以使基板维持处于制程温度。由此，使基板与沉积于基板G1、G2、G3及G4的上表面的材料间的反应性得到提高。

夹具522固定基板G1、G2、G3及G4的边缘，俾使支撑于支撑件521中的基板G1、G2、G3及G4不会在处理期间移动。由于沉积掩模M1、M2、M3及M4设置于基板G1、G2、G3及G4上以控制欲形成于基板G1、G2、G3及G4上的薄膜图案，故较佳使夹具522能够将基板G1、G2、G3及G4与沉积掩模M1、M2、M3及M4皆固定于支撑件521上。

设置于每一对第一及第二基板固定器520与530、以及620与630间的喷射单元540及640喷射一汽化原料至第一基板固定器520及620或第二基板固定器530及630。尽管图未示出，然喷射单元540及640分别包含适可储存原料的坩埚、适可汽化该原料的加热部件及适可喷射汽化原料的喷射部件。所述喷射部件具有点式(point-type)喷射结构、直线式(line-type)喷射结构及平面式(plane-type)喷射结构其中之任一者。举例而言，可使用由多个沿直线排列的点单元源(point cell source)构成的直线式单元源作为喷射单元540及640。直线式单元源540及640借由往复式驱动构件(图未示出)沿横向往复运动，借此均匀地喷射原料至基板G1、G2、G3及G4的整个表面。

根据本实施例，喷射单元540及640可以第一基板固定器520及620为中心旋转约180°，以朝第二基板固定器530及630喷射原料。喷射单元540及640亦可沿相反方向旋转约180°，以朝第一基板固定器520及620喷射原料。因此，可利用一单个喷射单元依序处理设置于一个室200A或200B的两侧上的所述多个基板G1、G2、G3及G4。

以下，将参照图1简要地阐释利用具上述结构的薄膜沉积系统进行的薄膜制程。

首先，将在前一制程中被偏振的基板G载送入处于大气压力下的装载室110中，并使装载室110的内部处于真空状态。将处于真空下的基板G依序传送至与装载室110串行连接的所述多个传送室410及420。载送基板G至与分配室410相连的所述多个传送室的某些(即每一制程室211、221、231、241、251及261、以及212、222、232、242、252及262)，以经历每一单元制程。具体而言，在真空下依序载送基板G至HIL形成室211及212中、HTL形成室221及222中、以及EML形成室231及232中。相应地，依序形成HIL、HTL及EML于基板G的两个极上。接下来，依序载送基板G至ETL形成室241及242中、EIL形成室251及252中、以及阴极形成室261及262中。相应地，依序形成ETL、EIL及多层式阴极于基板G的EML上，由此制成OLED。在装置制程的后，将基板G传送至卸载室120并在大气压力下载送至外部。

在薄膜沉积制程期间，基板G系以垂直或水平位置进行传送，并于垂直位置经历薄膜制程。当使基板G处于水平位置来执行基板传送时，基板G需在每一传送室410中自水平位置旋转至垂直位置。以下，将参照图3至图8更详细地阐释将基板G自水平位置旋转至垂直位置以执行单元制程的过程。图3至图8为显示根据所述实例性实施例的薄膜沉积系统的每一单元制程的平面图。

首先，如图3及图4所示，将处于水平位置的第一基板G1及第二基板G2载送入分配室410中并旋转至垂直站立。在载送入第一制程室200A及第二制程室200B之后，借由对应的基板固定器520及630固定基板G1及G2。此处，基板G1与G2可同时传送或以预定时差传送。接下来，分别自与第一制程室200A及第二制程室200B相连的掩模室311及322供应沉积掩模M1及M2。沉积掩模M1及M2设置并对准于基板G1及G2的沉积表面的正面。接下来，将喷射单元540及640设定成朝基板G1及G2的沉积表面喷射，如图5所示。汽化的原料被喷射至基板G1及G2的沉积表面，借此对第一基板G1及第二基板G2执行第一薄膜制程。

接下来，如图5及图6所示，在第一薄膜制程期间载送第三基板G3及第四基板G4至分配室410中。将第三基板G3及第四基板G4在分配室410中旋转至垂直站立，然后载送入第一制程室200A及第二制程室200B中，并接着分别固定于对应的基板固定器530及620。分别自与第一制程室200A及第二制程室200B相连的掩模室312及321供应沉积掩模M3及M4。将沉积掩模M3及M4设置并对准于基板G3及G4的沉积表面的正面。因此，较佳在第一薄膜制程期间执行第三基板G3及第四基板G4的加载及固定以及沉积掩模M3及M4的放置及对准。相应地，可缩短等待下一制程(即，一第二薄膜制程)的时间并由此提高生产率。

接下来，如图7所示，在完成第一薄膜制程后，将喷射单元540及640旋转约180°，以朝相反方向喷射。因此，第三基板G3及第四基板G4的沉积表面面朝喷射单元540及640的喷射方向。在此种状态下，汽化的原料经由喷射单元540及640喷射至第三基板G3及第四基板G4的沉积表面。如此，对第三基板G3及第四基板G4执行第二薄膜制程。

接下来，如图7及图8所示，在第二薄膜制程期间，使沉积掩模M1及M2自己完成第一薄膜制程的第一基板G1及第二基板G2分离。将已分离出掩模M1及M2的第一基板G1及第二基板G2载送入分配室410中，旋转至水平位置，并以水平位置依序传送至下一制程室中，以执行一系列装置制程。因此，较佳在第二薄膜制程期间执行第一基板G1及第二基板G2的载出及分离以及沉积掩模M1及M2的分离。相应地，可缩短等待下一第一薄膜制程的时间并由此提高生产率。

使在第一薄膜制程及第二薄膜制程中所用的沉积掩模M1、M2、M3及M4保持于其对应的室中，以供用于后续薄膜制程。当受到污染或损坏时，则将沉积掩模M1、M2、M3及M4分别传送至掩模室311、312、313及314，并载送出至大气中以便进行更换。沉积掩模M1、M2、M3及M4在经清洗或修复后可重新使用。当将用于更换用过的沉积掩模的备用沉积掩模储存于掩模室311、312、313及314中时，可使更换所致的中止时间(suspension time)最小化。

如上所述，根据本实施例的薄膜沉积系统能够提高制程速度，乃因其被配置成将执行同一制程的多个制程室200A及200B串行连接至每一个传送室400的两侧并同时对多个基板G1、G2、G3及G4执行薄膜制程。此外，在制程室200A或200B中，由一单个喷射单元540或640分别喷射原料至多个基板固定器520及530、或620及630。亦即，由单个喷射单元540或640依序对所述多个基板G1、G2、G3及G4执行薄膜制程，借此降低成本并提高生产率。此外，所述多个基板固定器520及530、或620及630系设置于制程室200A或200B中的两侧上。因此，当在一侧上执行制程的同时，可对另一侧执行预处理操作(pre-processing operations)或后处理操作(post-processing)。预处理操作可包含基板的加载及固定以及沉积掩模的放置及对准。后处理操作可包含基板的载出及分离以及沉积掩模的分离。相应地，可缩短总体等待时间，进而大幅提高生产率。

根据本实例性实施例，因用于执行同一制程的多个制程室连接至每一传送室的两侧，故可同时对多个基板执行薄膜制程，借此缩短处理时间。

此外，借由单个喷射单元对每一制程室中的所述多个基板依序执行薄膜制程。相应地，可提高生产率并同时降低成本。

因所述多个基板固定器系设置于制程室中的两侧，故当在一侧上执行制程的同时，可在另一侧上执行预处理操作或后处理操作。如此一来，可缩短总体制程等待时间，进而大幅提高生产率。

此外，基板在其传送期间水平平放，而在薄膜制程期间则垂直站立。因此，可在传送期间防止基板破碎，并可在薄膜制程期间防止基板倾斜、弯曲或歪斜，此有利于装置的制造。

尽管上文是参照具体实施例阐述薄膜沉积装置、薄膜沉积系统，然而其并非仅限于此。因此，本领域普通技术人员将容易理解，可在不背离由随附权利要求书所界定的本发明精神及范围的条件下对其作出每一种修饰及改动。

Claims

1.一种薄膜沉积装置，其特征在于，包含：

传送室，用以在其中传送基板；以及

第一制程室及第二制程室，分别连接至所述传送室的两侧，所述第一制程室与所述第二制程室分别包含：

第一基板固定器及第二基板固定器，被配置成相互间隔开；以及

喷射单元，设置于所述第一基板固定器与所述第二基板固定器之间，

用以依序供应沉积材料至所述第一基板固定器与所述第二基板固定器。

2.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述第一基板固定器与所述第二基板固定器用以支撑所述基板垂直站立。

3.根据权利要求2所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述传送室包含基板旋转构件，用以旋转所述基板并使所述基板能够垂直站立或水平平放。

4.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述喷射单元可在所述第一基板固定器与所述第二基板固定器之间旋转。

5.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述喷射单元的喷射结构为点式结构、直线式结构或平面式结构。

6.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述每一第一制程室与所述每一第二制程室包含与其连接的掩模室，所述掩模室用以提供沉积掩模至所述第一基板固定器及所述第二基板固定器及/或用以更换沉积掩模。

7.一种薄膜沉积系统，其特征在于，包含：

多个串行连接的传送室，用以在其中传送基板；以及

多个第一制程室及多个第二制程室，分别连接至所述多个传送室至少其中之一的两侧，所述第一制程室与所述第二制程室分别包含：

第一基板固定器与第二基板固定器，被配置成相互间隔开；以及

8.根据权利要求7所述的薄膜沉积系统，其特征在于，所述多个传送室包含：

多个分配室，与所述第一制程室及所述第二制程室连接，用以分配基板；以及

多个缓冲室，连接于相邻所述多个分配室之间，用以临时容纳所述多个基板。

9.根据权利要求7所述的薄膜沉积系统，其特征在于，更包含：

装载室，连接至所述多个传送室的前端并用以自外部装载基板；以及

卸载室，连接至所述多个传送室的后端并用以卸载基板至外部。

10.根据权利要求7所述的薄膜沉积系统，其特征在于，所述第一基板固定器与所述第二基板固定器用以支撑所述基板垂直站立。

11.根据权利要求7所述的薄膜沉积系统，其特征在于，所述传送室包含基板旋转构件，用以旋转所述基板并使所述基板能够垂直站立或水平平放。

12.根据权利要求7所述的薄膜沉积系统，其特征在于，所述喷射单元可在所述第一基板固定器与所述第二基板固定器之间旋转。