CN105659402A - 使用编码孔径的反射式阴影掩模对准 - Google Patents

Abstract

在阴影掩模-衬底对准的方法中，将光源、分束器、包括第一格栅的第一衬底、包括第二格栅的第二衬底以及光接收器相对于彼此进行定位，以限定包括由光源输出的被分束器第一次反射的光的光路。被第一次反射的光分别通过第一格栅或第二格栅并且被第二格栅或第一格栅至少部分地第二次反射返回通过第一格栅或第二格栅。第二次反射的光至少部分地通过分束器以被光接收器接收。第一衬底、第二衬底或这两者的定向得到调整以定位第一格栅、第二格栅或者这两者，直到光接收器接收到预定量为止。

Description

使用编码孔径的反射式阴影掩模对准

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年8月22日提交的美国申请No.13/973,328的优先权，该美国申请No.13/973,328为2012年10月31日提交的美国申请No.13/695,488的部分继续申请，该美国申请No.13/695,488为2011年5月23日提交的国际申请No.PCT/US2011/037501的美国国家阶段申请，该国际申请No.PCT/US2011/037501要求2010年6月4日提交的美国临时申请No.61/351,470的优先权。这些文件中每一个文件的公开内容均通过引用方式全部并入本文。

技术领域

本发明涉及与气相沉积系统中在衬底上沉积材料相关的阴影掩模与衬底的精确对准。

背景技术

汽相沉积系统中阴影掩模与衬底的精确对准是在衬底上精确沉积一种或多种材料的关键。遗憾的是，大多数气相沉积系统包括发生一个或多个气相沉积事件的封闭式真空沉积容器，并且难以手动地将阴影掩模与衬底进行高精确度的对准。此外，当在衬底上汽相沉积材料时，特别是当使用多种不同阴影掩模对衬底进行多次汽相沉积时，现有的用于将阴影掩模与衬底对准的自动和半自动的系统不具备所需的对准精度来提供所期望的精确度。

因此，有必要提供一种阴影掩模与衬底对准的方法和系统，使得可以利用一个或多个阴影掩模以高精度及可重复方式将一种或多种材料汽相沉积在衬底上。

发明内容

本文公开了一种阴影掩模-衬底对准的方法，包括：(a)将准直光源、分束器、包括第一格栅的衬底、包括第二格栅的阴影掩模以及光接收器相对于彼此进行定位，以限定包括由所述准直光源输出的被所述分束器至少部分地反射的准直光的光路，所述至少部分地反射的准直光通过所述第一格栅或所述第二格栅中的一者并且被所述第一格栅或所述第二格栅中的另一者至少部分地反射而返回通过所述第一格栅或所述第二格栅中的所述一者，并且被反射而返回通过所述第一格栅或所述第二格栅中的所述一者的至少部分地反射的光至少部分地通过所述分束器以被所述光接收器接收；以及(b)使所述衬底、所述阴影掩模或这两者的定向得到调整以定位所述第一格栅、所述第二格栅或者所述第一格栅和所述第二格栅这两者，直到所述光接收器接收到预定量为止。

各个格栅可以包括多个间隔直条。间隙可以将各对间隔直条间隔开。各个直条和各个间隙可以具有相同的宽度。

各个格栅可以包括多个间隔直条和将各对间隔直条间隔开的间隙。步骤(b)可以包括使所述衬底、所述阴影掩模或者这两者的定向得到调整，以将所述第一格栅的直条的长轴定位成平行于所述第二格栅的直条的长轴且将所述第一格栅的直条和所述第二格栅的直条定位成分别与所述第二格栅的间隙和所述第一格栅的间隙部分地重叠。

所述第一格栅的直条和所述第二格栅的直条可以分别与所述第二格栅的间隙和所述第一格栅的间隙部分地重叠50％。

所述准直光源可以包括：LED；以及准直透镜，其能用于将所述LED输出的光准直。

所述光接收器可以包括：PIN二极管；以及聚焦透镜，其能用于将从所述分束器接收到的光聚焦到所述PIN二极管上。

各个直条的纵轴线可以相对于对应的衬底或阴影掩模的中央轴线径向地延伸±15度。

本文还公开了一种阴影掩模-衬底对准的方法，包括：(a)提供具有呈一图案的多个第一格栅的第一衬底，其中，各个第一格栅包括多个间隔直条和位于各对间隔直条之间的间隙；(b)提供具有呈与所述多个第一格栅相同的图案的多组间隔反射表面的第二衬底，其中，各组所述间隔反射表面包括一对间隔反射表面；(c)限定多个光路，其中，各个光路包括：光源和光接收器，它们位于所述光路的相反两端；以及分束器，其在所述光路中位于所述光源与所述光接收器之间；(d)在各个光路中将一个第一格栅定位成与一组间隔反射表面粗略对准；以及(e)在各个光路上的光被反射通过所述分束器，在所述光路中被至少一个所述间隔反射表面反射并且在所述光路中二次通过所述第一格栅中的至少一个间隙之后，所述光被所述光路的所述光接收器接收，此时将所述第一衬底、所述第二衬底或这两者精细定位。

各组间隔反射表面可以由第二格栅组成，所述第二格栅包括多个间隔直条和位于各对间隔直条之间的间隙。所述第二格栅的各个直条可以限定一个反射表面。所述第二格栅的各个间隙可以限定所述第二衬底的具有比各个反射表面的反射率低的反射率的结构。

各个光接收器可以输出信号，所述信号的电平与所述光接收器接收到的光量相关。步骤(e)可以包括将所述第一衬底、所述第二衬底或这两者精细定位，直到由所述光接收器输出的信号电平的组合等于预定值或落在预定值范围内。所述预定值可以为零。

所述第一衬底和所述第二衬底可以均具有矩形形状或正方形形状。所述第一衬底可以具有与各个角相邻的一个第一格栅。所述第二衬底可以具有与各个角相邻的一组间隔反射表面。

本文还公开了一种阴影掩模-衬底对准的方法，包括：(a)提供具有呈一图案的多个第一格栅的衬底；(b)提供具有呈与所述多个第一格栅相同的图案的多个第二格栅的阴影掩模，其中，各个格栅包括多个间隔直条和位于各对间隔直条之间的间隙；(c)限定多个光路，其中，各个光路包括光源、光接收器和分束器；(d)在各个光路中将一个第一格栅定位成与一个第二格栅粗略对准；以及(e)将所述衬底、所述阴影掩模或这两者精细定位，直到在下述事件发生之后所述光路的所述光接收器接收到所述光路上的预定光量为止：由所述光路的所述光源输出的各个光路上的光被所述光路的所述分束器反射，在所述光路中首次通过所述第一格栅和所述第二格栅中的一者的至少一个间隙，在所述光路中被所述第一格栅和所述第二格栅中的另一者的至少一个直条反射，在所述光路中返回而二次通过所述第一格栅和所述第二格栅中的所述一者的所述至少一个间隙，然后通过所述光路的所述分束器以被所述光路的所述光接收器接收。

各个直条和各个间隙可以具有相同的宽度。

步骤(e)可以包括将所述衬底、所述阴影掩模或这两者精细定位，直到所述第一格栅的直条和所述第二格栅的直条分别与所述第二格栅的间隙和所述第一格栅的间隙部分地重叠为止。

所述第一格栅的直条和所述第二格栅的直条可以分别与所述第二格栅的间隙和所述第一格栅的间隙部分地重叠50％。

各个光接收器可以输出信号，所述信号的电平与所述光接收器接收到的光量相关。步骤(e)可以包括将所述衬底、所述阴影掩模或这两者精细定位，直到多个所述光接收器输出的信号电平的组合等于预定值或落在预定值范围内。所述预定值可以为零。

所述衬底和所述阴影掩模可以均具有矩形形状或正方形形状，一个格栅与所述矩形形状或正方形形状的各个角相邻。各个直条的纵轴线可以相对于对应的衬底或阴影掩模的中央轴线径向地延伸±15度。

附图说明

图1A为阴影掩模沉积系统的示意图，该阴影掩模沉积系统用于形成高分辨率OLED有源矩阵底板的像素结构；

图1B为图1A的阴影掩模沉积系统的单个沉积真空容器的放大视图；

图2为第一示例性阴影掩模对准系统的示意图；

图3A和图3B分别为示例性衬底和阴影掩模的俯视图，衬底和阴影掩模均包括许多对准格栅，以便于将阴影掩模相对于衬底进行定向和定位，或者反之亦然；

图4为沿着图2的线IV-IV截取的视图；

图5为沿着图2的线V-V截取的视图；

图6为第二示例性阴影掩模对准系统的示意图；

图7为沿着图6的线VI-VI截取的视图；以及

图8为沿着图6的线VII-VII截取的视图。

具体实施方式

参照图1A和图1B，用于形成电子设备(例如，但不局限于，高分辨率有源矩阵有机发光二极管(OLED)显示器)的阴影掩模沉积系统2包括多个串联排列的沉积真空容器4(例如，沉积真空容器4a至4x)。沉积真空容器4的数量和排列取决于用来形成的任一指定产品所需的沉积事件的数量。

在阴影掩模沉积系统2的一个示例性的非限制性应用中，连续的柔性衬底6利用卷轴间机构(其包括分配卷轴8和收取卷轴10)平移通过这些串联排列的沉积真空容器4。或者，衬底6可以是单独的(相对于连续的而言)衬底，该衬底借助本技术领域中已知的任何合适的方法，平移通过连续排列的沉积真空容器4。在下文中，出于描述本发明的目的，将假设衬底6为单独的衬底。

每个沉积真空容器包括沉积源12、衬底支撑物14、阴影掩模对准系统15以及阴影掩模16。例如，沉积真空容器4a包括沉积源12a、衬底支撑物14a、掩模对准系统15a以及阴影掩模16a；沉积真空容器4b包括沉积源12b、衬底支撑物14b、掩模对准系统15b以及阴影掩模16b，对于任何数量的沉积真空容器4以此类推。

每个沉积源12装载有所需的材料，该材料将要在沉积事件过程中通过对应的阴影掩模16(其在对应沉积真空容器4中与衬底6的一部分保持紧密接触)中的一个或多个开口沉积到衬底6上。阴影掩模16可以是常规的单层阴影掩模或者是在授予Brody(布罗迪)的美国专利No.7,638,417中公开的类型的复合(多层)阴影掩模，美国专利No.7,638,417通过引用方式并入本文。

阴影掩模沉积系统2的每个阴影掩模16包括一个或多个开口。位于各个阴影掩模16中的一个或多个开口对应于所需图案，该图案是衬底6平移通过阴影掩模沉积系统2时在对应沉积真空容器4中从对应的沉积源12沉积到衬底6上的材料的所需图案。

各个阴影掩模16可由例如镍、铬、钢、铜、科瓦铁镍钴合金或因瓦合金制成，并具有优选在20和200微米之间的厚度，更优选地在20和50微米之间的厚度。科瓦铁镍钴合金和因瓦合金可从例如俄勒冈州阿什兰的ESPICorpInc.获得。在美国，是特拉华州威尔明顿的CRSHoldings,Inc.拥有的注册号为337,962的注册商标，是法国ImphyS.A.Corporation目前拥有的注册号为63,970的注册商标。

本领域技术人员将理解的是，阴影掩模沉积系统2可以包括附加平台(未示出)，例如公知的退火平台、测试平台、一个或多个清洁平台、切割与安装平台等等。此外，沉积真空容器4的数量、用途、布置可由本领域内的普通技术人员根据需要进行修改，以根据具体应用中所需要的期望顺序沉积一种或多种材料。授予Brody等人的美国专利No.6,943,066中披露了一种示例性的阴影掩模沉积系统及使用方法，该美国专利通过引用方式并入本文。

沉积真空容器4可用于在衬底6上沉积材料，从而在衬底6上形成电子设备的一个或多个电子元件。各个电子元件可以是例如薄膜晶体管(TFT)、存储元件、电容器等等。可沉积一个或多个电子元件的组合，以形成高级电子元件，例如但不局限于电子设备的子像素或像素。如美国专利No.6,943,066(通过引用方式并入本文)中所披露，可仅仅通过沉积真空容器4中的连续沉积事件在衬底6上连续沉积多种材料，来形成多层电路。

各个沉积真空容器4与真空源(未示出)相连，真空源用于在其中建立适当的真空，从而使得设置在对应沉积源12中的装载的材料能够通过对应阴影掩模16中的一个或多个开口、以本领域内已知的方式(例如，溅射或汽相沉积)沉积在衬底6上。

无论衬底6的构成如何，例如为连续的层还是单独的衬底，各个沉积真空容器4都可包括用于防止衬底6在平移通过沉积真空容器4时下垂的支撑物或导向物。

在阴影掩模沉积系统2运行期间，当所述衬底6前进通过对应的沉积真空容器4时，设置在各个沉积源12中的材料在存在适当真空的情况下在对应沉积真空容器4中通过对应阴影掩模16中的一个或多个开口沉积在衬底6上，于是在衬底6上形成多个渐进(progressive)图案。更具体地，衬底6以预定的时间间隔置于各个沉积真空容器4中。在该预定的时间间隔期间，材料从对应的沉积源12沉积到衬底6上。在这个预定的时间间隔之后，衬底6前进到一系列真空容器中的下一个以进行其他处理(如果适用)。这种前进继续进行，直到衬底6通过所有的沉积真空容器4为止，随后衬底6离开该系列沉积真空容器4中的最后一个。

参照图2并且继续参照图1A和图1B，掩模对准系统15包括一个或多个运动平台20，运动平台20用于控制衬底6、阴影掩模16或者这两者的定向和位置，从而以下文中描述的方式使衬底6和阴影掩模16对准。掩模对准系统15的一个可取的、非限制性实施例包括联接至Y-θ平台20A的衬底6以及联接至X-Z平台20B的阴影掩模16。一个或多个平台20用于实现衬底6、阴影掩模16或者这两者在X方向、Y方向、Z方向和/或θ方向(在本实例中θ方向是衬底6在X-Y平面上的旋转平移)上的平移、定向和定位，这在本技术领域中是公知的，为了简明起见，不在此进一步描述。

Y-θ平台20A和X-Z平台20B在控制器22的控制下运行，控制器22可以通过硬件和/或软件的任何合适的和/或可取的组合来实施，从而以下文中描述的方式实现对运动平台20A和20B的控制。

掩模对准系统15还包括一个或多个光源24以及一个或多个光接收器26。各个光源24置于与一个光接收器26对准的位置，从而限定了光源24-光接收器26对。各个光源24-光接收器26对之间限定了光路36。

在掩模对准系统的使用中，衬底6和阴影掩模16位于每个光源24-光接收器26对的光路36中。在一个可取的实施例中，掩模对准系统15包括四个光源24和四个光接收器26，共计有限定四条光路36的四个光源24-光接收器26对。然而，这不应理解为限制本发明。

参照图3A和图3B并且继续参照图1A、图1B和图2，衬底6包括一个或多个格栅28，并且阴影掩模16包括一个或多个格栅30。在一个非限制性实施例中，衬底6包括四个格栅28A至28D，并且阴影掩模16包括四个格栅30A至30D。在图3A所示的实施例中，衬底6具有矩形形状或正方形形状，并且各个格栅28A至28D与衬底6的四个角中的一个角相邻地定位。同样，阴影掩模16具有矩形形状或正方形形状，并且各个格栅30A至30D与阴影掩模16的四个角中的一个角相邻地定位。衬底6的用附图标记32表示的中央部分是衬底6上将要发生沉积事件的位置。阴影掩模16的用附图标记34表示的中央部分是阴影掩模16包括一个或多个开口的图案的位置，来自沉积源12的材料通过上述开口，以与阴影掩模16的区域34的一个或多个开口相同的图案沉积在区域32上。

在图3A所示的衬底6的实施例中，格栅28B关于图3A所示的Y轴是格栅28A的镜像；并且格栅28C和28D关于图3A所示的X轴分别是格栅28B和28A的镜像。然而，这不应理解为限制本发明。

同样，在图3B所示的阴影掩模16的实施例中，格栅30B关于图3B所示的Y轴是格栅30A的镜像；并且格栅30C和30D关于图3B所示的X轴分别是格栅30B和30A的镜像。然而，这不应理解为限制本发明。

现在将描述用于将具有一个或多个格栅28的衬底6和具有一个或多个格栅30的阴影掩模16对准的掩模对准系统15的使用。

首先，如图2中所示，将衬底6移动至一个或多个光源24与一个或多个光接收器26之间的光路36中的与阴影掩模16间隔开、粗略(或笼统)对准的位置。如图2中所示，当衬底6与阴影掩模16在光路36中粗略对准时，衬底6的各个格栅28和阴影掩模16的各个格栅30位于一个光源24-光接收器26对的一个光路36中。例如，当掩模对准系统15包括分别限定四个光路36A至36D的四个光源-光接收器对24A-26A、24B-26B、24C-26C和24D-26D，并且衬底6包括格栅28A至28D，并且阴影掩模16包括格栅30A至30D时：格栅28A和30A位于从光源24A通向光接收器26A的光路36A中；格栅28B和30B位于从光源24B通向光接收器26B的光路36B中；格栅28C和30C位于从光源24C通向光接收器26C的光路36C中；并且格栅28D和30D位于从光源24D通向光接收器26D的光路36D中。

图4为在光源24A至24D与光接收器26A至26D(用虚线示出)之间与阴影掩模16粗略对准的衬底6以及每个光源-光接收器对的光路36A至36D的位置的俯视图。在图4中，应当理解的是，格栅28A和30A位于光路36A中；格栅28B和30B位于光路36B中；格栅28C和30C位于光路36C中；并且格栅28D和30D位于光路36D中。

参照图5，现在将描述沿着一条光路36放置的衬底6的一个格栅28和阴影掩模16的一个格栅30(即，一个格栅对28-30)的精细对准。然而，应当理解的是，图5中所示的沿着光路36放置的格栅对28-30的精细对准同样适用于位于每个光路36中的每个格栅对28-30的对准。

在适当的时间，各个光源24被激活，从而沿着它的光路36输出光。在一个非限制性实施例中，每个光源包括LED38，LED38向准直器光学部件/透镜40输出光，准直器光学部件/透镜40对LED38所输出的光进行准直并且沿着光路36输出所述准直光。

衬底6的各个格栅28包括多个间隔直条42，期望的是相互隔开的平行的直条。各对间隔直条42以间隙44分隔开。理想地，各个间隙44的宽度是相同的。同样，各个格栅30包括多个间隔直条46，期望的是相互隔开的平行的直条。各对间隔直条46以间隙48分隔开。理想地，各个间隙48的宽度是相同的。理想地，各个间隙44的宽度和各个间隙48的宽度也是相同的。然而，格栅28、格栅30或者格栅28和格栅30这两者中的间隙的宽度相同不应被理解为限制本发明。

继续参照图5，并再次参照图3A和图3B，无需使衬底6和阴影掩模16的各个直条或各个间隙以与其相应的X轴成相同的角度来定向或定位。例如，理想地，衬底6的各个直条42和各个间隙44的纵轴线在标称上以与图3A所示的X轴成45度的θ1角度定向或定位。然而，各个直条42和各个间隙44的纵轴线的定向角θ1可相对于与X轴成45度的标称定向角θ1改变±15度。此外，各个直条42和各个间隙44可以以不同角度θ1定向或定位。然而，理想地，衬底6的各个格栅的直条42和间隙44是平行的。

同样，理想地，阴影掩模16的各个直条46和各个间隙48的纵轴线在标称上以与图3B所示的X轴成45度的θ2角度定向或定位。然而，各个直条46和各个间隙48的纵轴线的定向角θ2可相对于与X轴成45度的标称定向角θ2改变±15度。而且，各个直条46和各个间隙48可以以不同角度θ2定向或定位。然而，理想地，阴影掩模16的各个格栅的直条46和间隙48是平行的。

更总体地说，理想地，各个直条42、46的纵轴线和各个间隙44、48的纵轴线分别相对于衬底6和阴影掩模16的中心径向地延伸±15度。理想地，对于各个格栅而言，所述格栅的直条和间隙是平行的。然而，还可以设想可能出现如下的情况：所述格栅的直条和间隙可以相对于衬底6或阴影掩模16的中心以轮辐状(spoke-like)的图案径向地延伸。于是，在角度θ1-θ2(例如，但不局限于)以与对应的X轴成30度的角度定向或定位的情况下，各个直条42、46的纵轴线和各个间隙44、48的纵轴线可相对于30度有±15度的变化。

需要理解的是，任何格栅对28-30的直条42、46和间隙44、48之间的角位移可有高达30度不同，例如，当直条42置于与其衬底6的X轴成60度的角度的位置时，间隙48置于与其阴影掩模16的X轴成30度的角度的位置，并且衬底6与阴影掩模16的X轴是平行的；60度与30度之间的差值为30度。

光源24输出的准直光分别通过粗略对准的格栅28、30的间隙44、48，并被光接收器26接收。光接收器26包括聚焦光学部件/透镜50，聚焦光学部件/透镜50将通过粗略对准的格栅28和30的间隙44、48后的准直光聚焦以被PIN二极管52形式的光检测装置接收。掩模对准系统15的各个光接收器26的各个PIN二极管52的输出被提供至控制器22的模拟-数字(A/D)转换器54，转换器54将各个PIN二极管52的模拟输出转换为对应的数字信号，以由控制器22的处理装置进行处理。各个PIN二极管52的输出对应于PIN二极管52接收到的光量，PIN二极管52接收到的光量越大，则它的输出电压越大，PIN二极管52接收到的光量越小，则它的输出电压越小。

在适当的时间，控制器22开始经由Y-θ平台20A和/或X-Z平台20B对衬底6、阴影掩模16或者这两者进行精细定位，以将衬底6与阴影掩模16相互对准，从而使得对于置于光路36中的各个格栅对28-30而言，至少格栅28的一些直条42与格栅30的一些间隙48达到期望程度的重叠(在横向上，理想的是与光路36垂直)并且至少格栅30的一些直条46与格栅28的一些间隙44达到期望程度的重叠(在横向上，理想的是与光路36垂直)。理想地，如图5所示，阴影掩模16的各个间隙48与衬底6的直条42部分地重叠，并且衬底6的各个间隙44与阴影掩模16的直条46部分地重叠。更理想地，直条42、46分别与间隙48、44的宽度部分地重叠达50％。换言之，间隙48、44的50％的宽度与直条42、46重叠。

对于置于一条光路36中的每个格栅对28-30而言，通过将所述光路36上的PIN二极管52的数字化输出(数字化输出是借助A/D54获得的，并且数字化输出对应于通过间隙48、44的准直光)与预定值或预定值范围进行比较，控制器22可检测到何时直条42、46分别与间隙48、44达到期望的重叠程度。当检测到PIN二极管52的数字化输出不为预定值或不在预定值范围内时，控制器22使一个或多个运动平台20A和20B对衬底6、阴影掩模16或这两者的X、Y和/或θ位置进行必要调整，直到控制器22通过PIN二极管52的数字化输出检测到格栅对28-30中的直条42、46分别与间隙48、44达到了期望的重叠量为止。由于格栅对28-30的直条42、46分别与间隙48、44之间的重叠量影响到达PIN二极管52的准直光的量，所以通过将PIN二极管52的数字化输出与预定值或者预定值范围进行比较，控制器22可以确定何时格栅对28-30的直条和间隙在光路36中达到了合适的重叠量。以类似的方式，控制器22可以确定何时每个其他格栅对28-30的直条和间隙在每个其他光路36中达到了合适的重叠量。

在一个非限制性实施例中，理想地，控制器22结合光接收器26A-26D的各个PIN二极管52的输出来确定何时衬底6与阴影掩模16之间达到了适当的X、Y、θ对准。更具体地说，假设控制器22调整衬底6、阴影掩模16或这两者的定向/位置。一段时间过后，控制器22停止调整衬底6、阴影掩模16或这两者的定向/位置，并使A/D54对光接收器26A-26D的PIN二极管52A-52D(如图4中所示)的输出进行采样和数字化。控制器22在其存储器中将PIN二极管52A-52D的数字化输出与变量f1-f4关联，并将这些变量组合，以得到衬底6、阴影掩模16或这两者的X、Y和旋转或角度(θ)位移，如下面所示：

·(公式1)X位移＝f1–f2–f3+f4

·(公式2)Y位移＝f1+f2–f3–f4；以及

·(公式3)θ位移＝f1–f2+f3–f4。

在控制器22确定上面的公式1至3所确定的X、Y和θ位移各自等于0时，控制器22将这种情况识别为对应于衬底6和阴影掩模16具有期望的对准。在另一方面，如果X位移、Y位移或θ位移中的任何一个不等于0，则控制器22将这种情况识别为对应于衬底6和阴影掩模16不具有期望的对准，于是控制器22使一个或多个运动平台20A至20B按需要调整衬底6、阴影掩模16或者这两者的X、Y和/或θ位置，以使上述公式1至3所确定的X位移、Y位移或θ位移各自等于0。

理想地，控制器22重复上面的步骤：调整衬底6、阴影掩模16或这两者的定向/位置；停止调整衬底6、阴影掩模16或这两者的定向/位置；对PIN二极管52A-52D的输出进行采样和数字化；并且确定由上面的公式1-3所确定的X、Y、θ位移是否分别等于0，直到由上面的公式1-3所确定的X、Y、θ位移实际上分别等于0，已经进行了上述步骤的预定次数的重复，或者经过了预定时间为止。

在确定X、Y和θ位移各自等于0时，控制器22使在Z方向上移动的运动平台20将衬底6和阴影掩模16从图5所示的间隔开关系的定位移动至紧密接触，该间隔开关系用于对准衬底6和阴影掩模16的目的。

然而，以上文描述的方式使用公式1至3来确定X、Y和θ位移等于0，不应理解为限制本发明，因为可以设想每个位移可以在所述位移所独有的或者所有所述位移所共有的合适值范围内。例如，但不限于，可对控制器22进行编程，使得落在±1范围内的X位移是可接受的，在±1.5范围内的Y位移是可接受的，并且在±0.5范围内的θ位移是可接受的。或者，可对控制器22进行编程，使得对各个位移使用相同范围的值。例如，可对控制器22进行编程，使得落在±1范围内的各个X、Y、θ位移都是可接受的。

可以看到，通过使用光接收器26A-26D的PIN二极管52A-52D的输出，控制器22可以以高精度将衬底6和阴影掩模16置于期望的对准状态。为了这个目的，控制器22可增量式地对衬底6、阴影掩模16或这两者定向/定位，直到衬底6的格栅28与阴影掩模16的格栅30对准到期望的程度。在控制器22确定衬底6和阴影掩模16需要进一步的对准的情况下，控制器22可从使用上面的公式1-3所确定的X、Y、θ位移值做出明智的决定，从而根据需要决定以何种方式在X、Y、θ方向上移动或旋转衬底6、阴影掩模16或这两者，以改进衬底6和阴影掩模16的对准。于是，控制器22可将衬底6、阴影掩模16或这两者定向/定位于第一位置，并随后获取光接收器26A-26D的PIN二极管52A-52D的输出，以确定衬底6和阴影掩模16是否适当对准。如果已对准，则控制器22使衬底6和阴影掩模16在Z方向上移动进入紧密接触状态，为沉积真空容器4中发生的沉积事件做准备。然而，如果确定衬底6和阴影掩模16未适当对准，则控制器22可增量式地将衬底6、阴影掩模16或这两者定向/定位至另一个位置，在该位置，控制器22对光接收器26A-26D的PIN二极管52A-52D的输出采样。继续进行对光接收器26A-26D的PIN二极管52A-52D的输出采样和增量式地对衬底6、阴影掩模16或这两者定向/定位的过程，直到控制器22确定衬底6和阴影掩模16的对准达到了通过控制器22的编程所确定的期望程度。

可以进一步看到，控制器22使得衬底6、阴影掩模16或这两者的定向得到调整，以定位衬底6的格栅28、阴影掩模16的格栅30或这两者，直到各个光路36上的预定量的准直光通过位于所述光路36上的格栅而被对应的光接收器26接收为止。换言之，控制器22将衬底6、阴影掩模16或这两者精细定位，直到各个光路36上预定光量通过位于所述光路上的格栅并被所述光路上的光接收器接收为止。

参照图6，另一个示例性阴影掩模对准系统15’在除了如下方面之外的所有方面均类似于图2所示的阴影掩模对准系统15：每个光源24-光接收器26对位于衬底6和阴影掩模16的相同侧；以及每个光源24-光接收器26对连同分束器60一起限定光路36’。更具体地说，衬底6的每个格栅28和阴影掩模16的每个格栅30位于图6所示的一个光源24-光接收器26对的一个光路36’中。每个光路36’从一个光源24开始，被一个分束器60反射，分束器60使来自光源24的光经由阴影掩模30的与衬底6的所述格栅28对准的格栅30朝向衬底6的格栅28反射。照射到衬底6的格栅28上的一些光被所述格栅28反射回来，通过阴影掩模16的与所述格栅28对准的格栅30返向分束器60。分束器60使得通过阴影掩模16的与所述格栅28对准的格栅30之后从衬底6的格栅28反射的光中的一部分透过到所述光路36’的终端处的光接收器26。

前面的描述假设光源24-光接收器26对以及分束器60位于阴影掩模16的与衬底6相反的一侧。然而，可以设想光源24-光接收器26对和分束器60可以位于衬底6的另一侧，于是分束器60所反射的来自光源24的光首先通过衬底6的格栅28，然后被阴影掩模16的格栅30部分地反射并且所述部分反射的光返回通过所述格栅28射向分束器60(其使经过格栅30的反射光中的一部分透过到光接收器26)。因此，前面对图6中的光源24-光接收器26对和分束器60位于阴影掩模16的与衬底6相反的一侧的描述和图示不应理解为限制本发明。

现在将描述用于对准具有一个或多个格栅28的衬底6和具有一个或多个格栅30的阴影掩模16的掩模对准系统15'的使用。

首先，将衬底6移动至与阴影掩模16间隔开、粗略(或笼统)对准的位置。当衬底6和阴影掩模16粗略对准时，衬底6的每个格栅28和阴影掩模16的每个格栅30位于一个光源24-光接收器26对的光路36’中。例如，当掩模对准系统15’包括分别限定四个光路36A’、36B’、36C’和36D’(也在图7中示出)的四个光源-光接收器对24A-26A、24B-26B、24C-26C和24D-26D(也在图7中示意性地示出)，并且衬底6包括格栅28A、28B、28C和28D，并且阴影掩模16包括格栅30A、30B、30C和30D时，格栅28A和30A位于从光源24A经由分束器60A通向光接收器26A的光路36A’中；格栅28B和30B位于从光源24B经由分束器60B通向光接收器26B的光路36B’中；格栅28C和30C位于从光源24C经由分束器60C通向光接收器26C的光路36C’中；并且格栅28D和30D位于从光源24D经由分束器60D通向光接收器26D的光路36D’中。

图7为与阴影掩模16粗略对准的衬底6的示意俯视图，示出了光源24A至24D、光接收器26A至26D(用虚线示出)、分束器60A至60D(用虚线示出)以及分别用于每个光源-光接收器对的光路36A’至36D’。在图7中，应当理解的是，格栅28A和30A位于光路36A'中；格栅28B和30B位于光路36B'中；格栅26C和30C位于光路36C'中；并且格栅28D和30D位于光路36D'中。

参照图8，现在将描述沿着一条光路36'放置的衬底6的一个格栅28和阴影掩模16的一个格栅30(即，一个格栅对28-30)的精细对准。然而，应当理解的是，图8中所示的沿着光路36'放置的格栅对28-30的精细对准同样适用于位于每个其它光路36'中的每个其它格栅对28-30的对准。

以处于间隔开关系的阴影掩模16和衬底6开始，在适当的时间，将每个光源24激活以沿其光路36’输出光。在一个非限制性实施例中，每个光源包括LED38，LED38向准直器光学部件/透镜40输出光，准直器光学部件/透镜40使LED38所输出的光准直并且向分束器60输出所述准直光，分束器60向一个格栅对28-30反射准直器光学部件/透镜40所输出的准直光的至少一部分。

如上所述，阴影掩模16的各个格栅30包括多个间隔直条46，期望的是相互隔开的平行的直条。各对间隔直条46以间隙48分隔开。理想地，各个间隙48的宽度是相同的。同样，衬底6的各个格栅28包括多个间隔直条42，期望的是相互隔开的平行的直条。各对间隔直条42以间隙44分隔开。理想地，各个间隙44的宽度是相同的。此外，各个间隙44的宽度和各个间隙48的宽度也理想地是相同的。然而，格栅28、格栅30或者这两者中的间隙44、48的宽度相同不应被理解为限制本发明。

通过格栅30的间隙48和格栅28的间隙44的来自分束器60的准直光对格栅28的间隔直条42所反射的光没有贡献。然而，格栅28的间隔直条42所反射的准直光返回通过格栅30的间隙48，并且朝向分束器60传播。在分束器60处，反射光的至少一部分通过分束器60以被光接收器26接收。

光接收器26的聚焦光学部件/透镜50向PIN二极管52形式的光检测装置聚焦通过分束器60的反射光的一部分。掩模对准系统15'的各个光接收器26的各个PIN二极管52的输出被提供至控制器22的模拟-数字(A/D)转换器54(在图6中示出)，转换器54将各个PIN二极管52的模拟输出转换为对应的数字信号，以由控制器22的处理装置进行处理。每个PIN二极管52的输出对应于所述PIN二极管52所接收的光量。

在适当的时间，控制器22开始借助Y-θ平台20A和/或X-Z平台20B对衬底6、阴影掩模16或者两者进行精细定位，以将衬底6与阴影掩模16相互对准，从而使得对于各光路36'而言，格栅28的一些直条42与格栅30的一些间隙48达到期望程度的重叠(在横向上，理想的是与光路36'垂直)，并且相反地，至少格栅30的至少一些直条46与格栅28的一些间隙44达到期望程度的重叠(在横向上，理想的是与光路36'垂直)。理想地，如图8所示，阴影掩模16的各个间隙48与衬底6的直条42部分地重叠，并且衬底6的各个间隙44与阴影掩模16的直条46部分地重叠。更理想地，直条42、46分别与间隙48、44的宽度部分地重叠达期望的百分比，例如50％。换言之，间隙48、44的50％的宽度分别与直条42、46重叠。

对于与一条光路36'相关联的每个格栅对28-30而言，通过将所述光路36'上的PIN二极管52的数字化输出(数字化输出是从A/D54获得的并且数字化输对应于经直条42反射且通过间隙48的光)与预定值或预定值范围进行比较，控制器22可检测到何时直条42与间隙48达到期望的重叠程度。

当检测到PIN二极管52的数字化输出不为预定值或不在预定值范围内时，控制器22使一个或多个运动平台20A和/或20B对衬底6、阴影掩模16或两者的X、Y和/或θ位置进行必要调整，直到控制器22通过PIN二极管52的数字化输出检测到格栅对28-30中的直条42与间隙48达到了期望的重叠量。由于格栅对28-30的直条42与间隙48之间的重叠量影响到达PIN二极管52的准直光的量，通过将PIN二极管52的数字化输出与预定值或者预定值范围进行比较，控制器22可以确定与光路36’相关联的格栅对28-30的直条42与间隙48何时达到适当的重叠量。以类似的方式，控制器22可以确定与每个其他光路36’相关联的每个其他格栅对28-30的直条42与间隙48何时达到适当的重叠量。

在一个非限制性实施例中，控制器22理想地组合光接收器26A-26D的所有PIN二极管52的输出来确定何时衬底6与阴影掩模16之间达到了适当的X、Y、θ对准。更具体地说，假设控制器调整衬底6、阴影掩模16或这两者的定向/位置。一段时间过后，控制器停止调整衬底6、阴影掩模16或这两者的定向/位置，并使A/D54对光接收器26A-26D的PIN二极管52A-52D(如图7中所示)的输出进行采样和数字化。控制器22在其存储器中将PIN二极管52A-52D的数字化输出与变量f1-f4关联，并将这些变量组合，以得到衬底6、阴影掩模16或这两者的X、Y和旋转或角度(θ)位移，如下面所示：

·(公式1)X位移＝f1–f2–f3+f4

·(公式2)Y位移＝f1+f2–f3–f4；以及

·(公式3)θ位移＝f1–f2+f3–f4。

紧接在上的公式1至3复制了来自先前讨论的第一示例性掩模对准系统15的讨论的公式1至3。

在控制器22确定上面的公式1至3所确定的X、Y和θ位移各自等于0时，控制器22将这种情况识别为对应于衬底6和阴影掩模16具有期望的对准。另一方面，如果X位移、Y位移或θ位移中的任何一个不等于0，则控制器22将这种情况识别为对应于衬底6和阴影掩模16不具有期望的对准，于是控制器22使一个或多个运动平台20A至20B按需要调整衬底6、阴影掩模16或者这两者的X、Y和/或θ位置，以使上述公式1至3所确定的X位移、Y位移或θ位移各自等于0。

理想地，控制器22重复上面的步骤：调整衬底6、阴影掩模16或这这两者的定向/位置；停止调整衬底6、阴影掩模16或这两者的定向/位置；对PIN二极管52A-52D的输出进行采样和数字化；以及确定由上面的公式1-3所确定的X、Y、θ位移是否分别等于0，直到由上面的公式1-3所确定的X、Y、θ位移实际上分别等于0为止；或者直到已经进行了上述步骤的预定次数的重复为止；或者直到经过了预定时间为止。

在确定X、Y和θ位移各自等于0时，控制器22使在Z方向上移动的运动平台20B将衬底6和阴影掩模16从图8所示的间隔开关系的位置移动至紧密接触，该间隔开关系用于对准衬底6和阴影掩模16的目的。

上述方法中的使用公式1-3确定X、Y、θ位移分别等于0，这不应理解为限制本发明，因为可以设想的是：各个位移可在适当值范围内，该范围可以是所述位移独有的或者所有所述位移共有的。例如，但不限于，可对控制器22进行编程，使得落在±1范围内的X位移是可接受的，落在±1.5范围内的Y位移是可接受的，并且落在±0.5范围内的θ位移是可接受的。或者，可对控制器22进行编程，使得对各个位移使用相同的值范围。例如，可对控制器22进行编程，使得均落在±1范围内的各个X、Y、θ位移都是可接受的。

可以看到，通过利用光接收器26A-26D的PIN二极管52A-52D的输出，控制器22可以以高精度将衬底6和阴影掩模16置于期望的对准状态。为了这个目的，控制器22可增量式地对衬底6、阴影掩模16或这两者定向/定位，直到衬底6的格栅28与阴影掩模16的格栅30对准到期望的程度。在控制器22确定衬底6和阴影掩模16需要进一步的对准的情况下，控制器22可从使用上面的公式1-3所确定的X、Y、θ位移值做出明智的决定，从而根据需要决定以何种方式在X、Y、θ方向上移动或旋转衬底6、阴影掩模16或这两者，以改进衬底6和阴影掩模16的对准。于是，控制器22可将衬底6、阴影掩模16或这两者定向/定位于第一位置，并随后获取光接收器26A-26D的PIN二极管52A-52D的输出，以确定衬底6和阴影掩模16是否适当对准。如果已对准，则控制器22使衬底6和阴影掩模16在Z方向上移动进入紧密接触状态，以便为沉积真空容器4中发生的沉积事件做准备。然而，如果确定衬底6和阴影掩模16未适当对准，则控制器22可增量式地将衬底6、阴影掩模16或这两者定向/定位至另一个位置，在该位置，控制器22对光接收器26A-26D的PIN二极管52A-52D的输出采样。可以继续进行对光接收器26A-26D的PIN二极管52A-52D的输出采样和增量式地对衬底6、阴影掩模16或这两者定向/定位的过程，直到控制器22确定衬底6和阴影掩模16的对准达到了通过控制器22的编程所确定的期望程度。

可以看到，控制器22使得衬底6、阴影掩模16或这两者的定向得到调整，以定位衬底6的格栅28、阴影掩模16的格栅30或这两者，直到各个光路36'上的预定量的反射光通过对应的分束器60而被对应的光接收器26接收为止。换言之，控制器精细定位衬底6、阴影掩模16或这两者，直到被每个格栅28的直条42反射的预定量的光通过每个格栅30的间隙48和分束器60而被对应的光接收器26所接收为止。

如图8所示，在掩模对准系统15’中，光源24A至24D分别与光接收器26A至26D位于阴影掩模16的相同侧。通过利用分束器60(以45度端面示出)作为合束器来将每个光源24-光接收器26对光学组合。

每个光接收器26定位成其光轴垂直于阴影掩模16和衬底6并且位于阴影掩模16的与衬底6相反的一侧。然而，这不应理解为限制本发明。

在图8所示的布置中，来自分束器60的光通过阴影掩模16的间隙48并且被衬底6的直条42至少部分地反射，来自分束器60的剩余光通过衬底6的间隙44。衬底6的直条42所反射的光再一次通过阴影掩模16的间隙48，然后至少部分地通过分束器60以被光接收器26接收。

包括准直器光学部件/透镜40的光源24定位成横向于、理想地垂直于包括聚焦光学部件/透镜50的光接收器26。分束器60放置于光源24的光轴和光接收器26的光轴的交叉处，分束器60的平面定向为二等分光源24的光轴和光接收器26的光轴所形成的直角。用这种方法，来自光源24的准直光被反射90度，而后该反射光第一次传播通过阴影掩模16的间隙48，以照射在衬底6的格栅28的直条42的面朝下的表面上并且被该表面至少部分地反射。格栅28的直条42所反射的光第二次通过阴影掩模16的间隙48，然后部分地通过分束器60以被光接收器26的PIN二极管52接收。光接收器26的PIN二极管52所接收的光量由此与阴影掩模16的格栅30的间隙48与衬底6的格栅28的直条42之间的重叠程度成比例。因此，掩模对准系统15’以反射模式进行对准感测。这与上面讨论的以透射模式进行对准感测的掩模对准系统15相反。

本领域技术人员容易认识到，由于分束器60的部分反射和部分透射造成了光的部分使用，因此丢弃了一定量的光。容易理解的是，分束器60的低效率可以归因于准直器光学部件/透镜40的使用以及分束器60为偏振分束器。

在掩模对准系统15’的上述实施例中，每个光源24-光接收器26对和每个对应的分束器60位于阴影掩模16的与衬底6相反的一侧。然而，这不应理解为限制本发明，因为可以设想的是：所述光源24-光接收器26对和每个对应的分束器60中的一个、或多个、或全部可以位于衬底6的与阴影掩模16相反的一侧，即，衬底6的另一侧。在这个实施例中，来自每个分束器60的光会首先通过衬底6的间隙44，被阴影掩模16的直条46反射，然后该反射光再次通过衬底6的间隙44，随后通过分束器60以被光接收器26接收。

参照各示例性实施例描述本发明。在阅读和理解了前面的详细描述后，一些修改和变化将对本领域其他人员而言是显然的。本发明意在被解释为包括所有落在所附权利要求书或其等同内容范围内的修改和变型。

Claims (20)

1.一种阴影掩模-衬底对准的方法，包括：

(a)将准直光源、分束器、包括第一格栅的衬底、包括第二格栅的阴影掩模以及光接收器相对于彼此进行定位，以限定包括由所述准直光源输出的被所述分束器至少部分地反射的准直光的光路，所述至少部分地反射的准直光通过所述第一格栅或所述第二格栅中的一者并且被所述第一格栅或所述第二格栅中的另一者至少部分地反射而返回通过所述第一格栅或所述第二格栅中的所述一者，并且被反射而返回通过所述第一格栅或所述第二格栅中的所述一者的至少部分地反射的光至少部分地通过所述分束器以被所述光接收器接收；以及

(b)使所述衬底、所述阴影掩模或这两者的定向得到调整以定位所述第一格栅、所述第二格栅或者所述第一格栅和所述第二格栅这两者，直到所述光接收器接收到预定量为止。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

各个格栅包括多个间隔直条；并且

间隙将各对间隔直条间隔开。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，各个直条和各个间隙具有相同的宽度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：

各个格栅包括多个间隔直条和将各对间隔直条间隔开的间隙；并且

步骤(b)包括使所述衬底、所述阴影掩模或者这两者的定向得到调整，以将所述第一格栅的直条的长轴定位成平行于或基本上平行于所述第二格栅的直条的长轴且将所述第一格栅的直条和所述第二格栅的直条定位成分别与所述第二格栅的间隙和所述第一格栅的间隙部分地重叠。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一格栅的直条和所述第二格栅的直条分别与所述第二格栅的间隙和所述第一格栅的间隙部分地重叠50％。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述准直光源包括：

LED；以及

准直透镜，其能用于将所述LED输出的光准直。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光接收器包括：

PIN二极管；以及

聚焦透镜，其能用于将从所述分束器接收到的光聚焦到所述PIN二极管上。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，各个直条的纵轴线相对于对应的衬底或阴影掩模的中央轴线径向地延伸±15度。

9.一种阴影掩模-衬底对准的方法，包括：

(a)提供具有呈一图案的多个第一格栅的第一衬底，其中，各个第一格栅包括多个间隔直条和位于各对间隔直条之间的间隙；

(b)提供具有呈与所述多个第一格栅相同的图案的多组间隔反射表面的第二衬底，其中，各组所述间隔反射表面包括一对间隔反射表面；

(c)限定多个光路，其中，各个光路包括：光源和光接收器，它们位于所述光路的相反两端；以及分束器，其在所述光路中位于所述光源与所述光接收器之间；

(d)在各个光路中将一个第一格栅定位成与一组间隔反射表面粗略对准；以及

(e)在各个光路上的光被反射通过所述分束器，在所述光路中被至少一个所述间隔反射表面反射并且在所述光路中二次通过所述第一格栅中的至少一个间隙之后，所述光被所述光路的所述光接收器接收，此时将所述第一衬底、所述第二衬底或这两者精细定位。

10.根据权利要求9所述的方法，其中：

各组间隔反射表面由第二格栅组成，所述第二格栅包括多个间隔直条和位于各对间隔直条之间的间隙；

所述第二格栅的各个直条限定一个反射表面；并且

所述第二格栅的各个间隙限定所述第二衬底的具有比各个反射表面的反射率低的反射率的结构。

11.根据权利要求9所述的方法，其中：

各个光接收器输出信号，所述信号的电平与所述光接收器接收到的光量相关；并且

步骤(e)包括将所述第一衬底、所述第二衬底或这两者精细定位，直到由所述光接收器输出的信号电平的组合等于预定值或落在预定值范围内。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述预定值为零。

13.根据权利要求9所述的方法，其中：

所述第一衬底和所述第二衬底均具有矩形形状或正方形形状；

所述第一衬底具有与各个角相邻的一个第一格栅；并且

所述第二衬底具有与各个角相邻的一组间隔反射表面。

14.一种阴影掩模-衬底对准的方法，包括：

(a)提供具有呈一图案的多个第一格栅的衬底；

(b)提供具有呈与所述多个第一格栅相同的图案的多个第二格栅的阴影掩模，其中，各个格栅包括多个间隔直条和位于各对间隔直条之间的间隙；

(c)限定多个光路，其中，各个光路包括光源、光接收器和分束器；

(d)在各个光路中将一个第一格栅定位成与一个第二格栅粗略对准；以及

(e)将所述衬底、所述阴影掩模或这两者精细定位，直到在下述事件发生之后所述光路的所述光接收器接收到所述光路上的预定光量为止：由所述光路的所述光源输出的各个光路上的光被所述光路的所述分束器反射，在所述光路中通过所述第一格栅和所述第二格栅中的一者的至少一个间隙，在所述光路中被所述第一格栅和所述第二格栅中的另一者的至少一个直条反射，在所述光路中返回通过所述第一格栅和所述第二格栅中的所述一者的所述至少一个间隙，然后通过所述光路的所述分束器以被所述光路的所述光接收器接收。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，各个直条和各个间隙具有相同的宽度。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，步骤(e)包括将所述衬底、所述阴影掩模或这两者精细定位，直到所述第一格栅的直条和所述第二格栅的直条分别与所述第二格栅的间隙和所述第一格栅的间隙部分地重叠为止。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一格栅的直条和所述第二格栅的直条分别与所述第二格栅的间隙和所述第一格栅的间隙部分地重叠50％。

18.根据权利要求14所述的方法，其中：

各个光接收器输出信号，所述信号的电平与所述光接收器接收到的光量相关；并且

步骤(e)包括将所述衬底、所述阴影掩模或这两者精细定位，直到多个所述光接收器输出的信号电平的组合等于预定值或落在预定值范围内。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述预定值为零。

20.根据权利要求14所述的方法，其中：

所述衬底和所述阴影掩模均具有矩形形状或正方形形状，一个格栅与所述矩形形状或正方形形状的各个角相邻；并且

各个直条的纵轴线相对于对应的衬底或阴影掩模的中央轴线径向地延伸±15度。