CN112771198A - 处理大面积基板的材料沉积设备、真空沉积系统和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了用于在真空腔室中的基板上沉积材料的材料沉积设备。所述材料沉积设备包括：掩模台，所述掩模台被配置为支撑具有掩模框架和掩模的掩模组件；基板传输轨道，所述基板传输轨道的至少一部分提供于真空腔室中，所述基板传输轨道被配置为支撑基板载体；保持装置，所述保持装置耦接至所述掩模台且被配置为用于将所述掩模组件沿基本上垂直的定向转移至所述掩模台上；和对准组件，所述对准组件具有两个或更多个对准致动器，所述对准组件耦接至所述掩模台且被配置为耦接至所述基板载体以使所述基板载体和所述掩模组件相对于彼此移动。

Description

处理大面积基板的材料沉积设备、真空沉积系统和方法
技术领域
本公开内容的实施方式涉及用于材料沉积、具体是包括有机材料的材料的掩模对准。本公开内容的实施方式涉及用于在基板上沉积一个或多个层、具体是包括有机材料的层的沉积设备。具体地，本公开内容的实施方式涉及用于在真空沉积腔室中的基板上沉积蒸发材料的材料沉积布置、真空沉积系统和方法，具体是用于OLED制造的材料沉积布置、真空沉积系统和方法。另外，实施方式涉及材料沉积布置的调节。
背景技术
有机蒸发器是用于生产有机发光二极管(OLED)的工具。OLED是一种类型的发光二极管，其中发光层包括某些有机化合物的薄膜。有机发光二极管(OLED)用于制造电视屏幕、计算机显示器、移动电话、其他手持式装置等，用于显示信息。OLED也可用于一般空间照明。OLED显示器可能实现的色彩、亮度和视角的范围大于传统LCD显示器可以实现的范围，因为OLED像素直接发射光而不涉及背光。因此，OLED显示器的能量消耗远远低于传统LCD显示器的能量消耗。另外，OLED可在柔性基板上制造的事实使其具有进一步的应用。
对于RGB OLED显示器制造，多个层(诸如包括有机材料的层)沉积于具有像素掩模的基板上，像素掩模提供具有显示器的像素的尺寸的开口。特别是对于大面积基板，掩模相对于基板的对准非常具有挑战性。在沉积多个基板(例如20到50个基板)之后更换掩模以进行维护和/或清洁。对于掩模更换，掩模由掩模载体支撑。在沉积期间和之后，掩模载体支撑掩模，在生产系统中传输掩模。例如，可将掩模从沉积腔室传输至掩模清洁腔室，反之也可。
通常在水平位置制造像素掩模，诸如精细金属掩模(FFM)。对于大面积基板和增大的基板尺寸，系统中具有垂直或基本上垂直的基板的基板处理系统可减少占地面积(footprint)。然而，将定向从水平制造位置改变为垂直位置(其中掩模由掩模载体支撑)可导致像素精度下降。另外，传输掩模的掩模载体有益地具有一种设计，其在基板处理系统中传输掩模与在沉积期间支撑基板之间提供了折衷方案。因此，掩模对准可非常具有挑战性，特别是对于垂直定向的大面积基板。有益地改进了掩模处理、掩模支撑、掩模对准的公差链(tolerance chain)和/或类似者。
发明内容
鉴于上述情况，提供用于沉积基板，具体是垂直定向的大面积基板的材料沉积设备、真空处理系统和方法。
根据一个实施方式，提供用于在真空腔室中的基板上沉积材料的材料沉积设备。材料沉积设备包括：掩模台(mask stage)，所述掩模台被配置为支撑具有掩模框架和掩模的掩模组件；基板传输轨道，所述基板传输轨道的至少一部分提供于真空腔室中，所述基板传输轨道被配置为支撑基板载体；保持装置，所述保持装置耦接至掩模台且被配置为用于将掩模组件沿基本上垂直的定向转移至掩模台上；和对准组件，所述对准组件具有两个或更多个对准致动器，所述对准组件耦接至掩模台且被配置为耦接至基板载体以使基板载体和掩模组件相对于彼此移动。
根据实施方式，提供用于在真空腔室中的基板上沉积材料的材料沉积设备。材料沉积设备包括：掩模台；基板传输轨道，所述基板传输轨道被配置为支撑基板载体；保持装置，所述保持装置耦接至掩模台；和对准组件，所述对准组件具有两个或更多个对准致动器，所述对准组件耦接至掩模台。
根据实施方式，提供真空处理系统。真空处理系统包括根据本文所描述的实施方式中的任一者的材料沉积设备；和另外的真空腔室，所述另外的真空腔室通过提供于材料沉积设备的真空腔室的第一侧处的第一阀耦接至真空腔室。
根据实施方式，提供掩模组件。掩模组件包括：掩模框架；掩模，所述掩模耦接至掩模框架；导光组件，所述导光组件具有用于电磁辐射的光导(light guide)和用于电磁辐射的反射单元的至少一者，其中导光组件包括于掩模框架中或耦接至掩模框架。
根据实施方式，提供用于处理垂直定向的大面积基板的方法。所述方法包括：沿垂直定向将基板载体上的基板传输至真空腔室中；用耦接至掩模台的对准组件沿垂直定向保持基板载体；和对准基板载体与掩模组件之间的相对位置。
根据另外的实施方式，提供使用本文描述的方法和/或本文描述的设备或系统制造的诸如光电装置之类的装置，具体是显示器。
附图说明
可参照实施方式来详细地理解本公开内容的上述特征，以及上文简要概述的有关本公开内容的更具体的描述。附图涉及本公开内容的实施方式，下文对其进行描述：
图1示出根据本文描述的实施方式的真空沉积系统的示意图；
图2A和图2B示出图解掩模组件的对准的示意图，掩模组件具有如图2B中描绘的掩模框架和掩模；
图3示出根据本文描述的实施方式的图解沿垂直定向(即基本上垂直的定向)处理大面积基板的方法的流程图。
图4A和图4B示出根据本公开内容的实施方式的图解基板支撑和基板对准(具有耦接至掩模台的对准组件)的工艺的一部分的示意图；
图5示出根据本公开内容的一些实施方式的图解掩模组件的对准和/或掩模操纵的示意图；
图6示出根据本公开内容的实施方式的具有掩模台、对准组件、电磁辐射源和检测器的材料沉积设备的示意图；
图7示出根据本公开内容的实施方式的掩模台和耦接至或附接至掩模台的电磁辐射源的示意图；
图8示出根据本公开内容的另一实施方式的掩模台和耦接至或附接至掩模台的电磁辐射源的示意图；
图9A和图9B示出根据本公开内容的实施方式的图解材料沉积设备中的基板处理和掩模处理的工艺的一部分的示意图；
图10A和图10B示出根据本公开内容的实施方式的图解包括一个或多个掩模操纵致动器的材料沉积设备的一部分的示意图；
图11示出根据本公开内容的实施方式的掩模组件和掩模操纵致动器的示意图；和
图12示出根据本文描述的实施方式的材料沉积布置的示意性侧视图，材料沉积布置具有支撑件和面向掩模屏蔽件(mask shield)与掩模台的沉积源。
具体实施方式
现将详细地参照各个实施方式，每个图中示出各个实施方式的一个或多个示例。通过解释来提供每一示例，且其不意味着具有限制性。例如，可使用作为一个实施方式的一部分而示出或描述的特征或将其与另一个其他实施方式结合使用来产生又一个实施方式。本公开内容意欲包括此类修改和变化。
在下文对各图的描述中，同一附图标记指示同一部件或相似的部件。总体上，仅描述关于各个实施方式的差别。除非另外指明，一个实施方式中的部件或方面的描述也可应用于另一个实施方式中的对应部件或方面。
本公开内容的实施方式提供沿垂直定向处理基板，特别是大面积基板的材料沉积设备、真空处理系统、掩模组件和方法。可将具有由掩模框架支撑的掩模的掩模组件从掩模载体移交或转移至沉积位置处的掩模台。通过耦接至掩模台的对准组件使基板载体和掩模组件相对于彼此移动。
鉴于上述情况，在沉积期间，掩模台支撑掩模组件。掩模台在材料沉积设备中可为静止的，并且由此可为重的、纯质的(solid)、坚硬的和/或公差小的。因此，具有例如两个或更多个对准致动器的对准组件可耦接至掩模台。可减小掩模台的重的、纯质的、坚硬的和/或公差小的结构与用于掩模对准的基板载体之间的机械公差。掩模载体也被设计为可在真空处理系统内传输，其不会对掩模对准引入大公差。
另外或替代地，有利地使诸如一个或多个电磁辐射源、光导和/或一个或多个用于电磁辐射的反射单元的掩模对准单元耦接至或邻近于掩模台。另外有利地使掩模载体相比于在沉积期间支撑掩模组件的掩模载体甚至更轻和更纯质。
本文描述的一些实施方式提供用于在真空腔室中的基板上沉积材料的材料沉积设备。材料沉积设备包括：掩模台，所述掩模台被配置为支撑具有掩模框架和掩模的掩模组件；基板传输轨道，所述基板传输轨道的至少一部分提供于真空腔室中，所述基板传输轨道被配置为支撑基板载体；保持装置，所述保持装置耦接至掩模台且被配置为用于将掩模组件沿基本上垂直的定向转移至掩模台上；和对准组件，所述对准组件具有两个或更多个对准致动器，所述对准组件耦接至掩模台且被配置为耦接至基板载体以使基板载体和掩模组件相对于彼此移动。
图1是材料沉积设备100的示意性俯视图，材料沉积设备100用于将蒸发材料沉积于两个或更多个基板上，例如沉积于图1的右侧上的基板130上，和图1的左侧上的另一个基板130上。材料沉积设备100包括真空腔室102。材料沉积布置120，例如根据本文描述的实施方式中的任何一者的沉积源，布置于真空腔室102中。可位于沉积源的相对侧的第一沉积区域和第二沉积区域提供于真空腔室102中。基板130可布置于第一沉积区域中，另一个基板130可布置于第二沉积区域中。
在本公开内容中，将“材料沉积布置”理解为被配置为用于在本文描述的基板上沉积材料的布置。特别地，可将“材料沉积布置”理解为被配置为用于在大面积基板上沉积有机材料(例如用于OLED显示器制造)的布置。例如，“大面积基板”可具有面积为0.5m2或更大，特别是1m2或更大的主表面。在一些实施方式中，大面积基板可为对应于基板的约0.67m2(0.73x0.92m)的GEN 4.5、对应于基板的约1.4m2(1.1m x 1.3m)的GEN 5、对应于基板的约4.29m2(1.95m x 2.2m)的GEN 7.5、对应于基板的约5.7m2(2.2m x 2.5m)的GEN 8.5或甚至对应于基板的约8.7m2(2.85m x 3.05m)的GEN 10。可类似地实施甚至更高的代(诸如GEN11和GEN 12)及其对应的基板面积。例如，对于OLED显示器制造，可通过用于蒸发材料的设备的蒸发涂布上文所提及的基板代(包括GEN 6)的一半尺寸。基板代的一半尺寸可能来源于一些工艺在基板全尺寸上运行，且后续工艺在先前经处理的基板的一半上运行。
例如，基板可由从包括玻璃(例如钠钙玻璃、硼硅酸玻璃等)、金属、聚合物、陶瓷、化合物材料、碳纤维材料或任何其他材料或可通过沉积工艺涂布的材料的组合的组中选择的材料制成。
在本公开内容中，将“真空沉积腔室”理解为被配置为用于真空沉积的腔室。可将如本文中所使用的术语“真空”理解为真空压力小于(例如)10mbar的技术真空。典型地，本文描述的真空腔室中的压力可在10-5mbar与约10-8mbar之间，更典型地在10-5mbar与10- 7mbar之间，甚至更典型地在约10-6mbar与约10-7mbar之间。
在一些实施方式中，材料沉积布置120可被配置为顺序地移动经过用于涂布一个基板130的第一沉积区域和用于涂布相对的第二基板130的第二沉积区域。基板可具有基本上垂直的定向。例如，基板载体可以基本上垂直的定向支撑基板，其中基板载体可被配置为用于承载基板通过基板腔室102。基板载体在真空腔室中可由基板载体支撑件支撑，特别是在真空处理腔室中，例如当基板从一个材料沉积设备移动至另一个材料沉积设备且在材料沉积设备内时。例如，基板载体支撑件可为用于基板载体的磁悬浮系统。
基板或基板载体可被配置为用于以非水平的定向，特别是以基本上垂直的定向或以垂直的定向支撑基板。可将如本文中所使用的“基本上垂直的定向”或“垂直的定向”理解为基板载体的主表面与重力向量之间的角度在+10°与-10°之间，特别是在5°与-5°之间的定向。在一些实施方式中，在传输期间和/或沉积期间，基板载体的定向可不(恰好(exactly))为垂直的，而是相对于垂直轴稍微倾斜，例如倾斜角在0°与-5°之间，特别是-1°与-5°之间。负角指在基板载体的定向中，基板载体向下倾斜，即待处理的基板表面面向下。在沉积期间掩模和基板的定向相对于重力向量的偏差可为有益的，且可导致更稳定的沉积工艺，或者面向下的定向可能适合在沉积期间减少基板上的颗粒。然而，在传输和/或沉积期间掩模装置的定向也可能为恰好垂直的(+/-1°)。因此，将在本说明书或权利要求中对垂直定向的引用理解为本文所定义的基本上垂直的定向(例如+-10°或更小)。用重力方向或通过使用术语“恰好”或类似者来描述恰好垂直的定向。
在一些实施方式中，可将掩模组件140布置于基板130前方，即基板130与材料沉积布置120(例如沉积期间的沉积源)之间。例如，掩模组件140可为具有开口图案的精细金属掩模，其被配置为用于在基板上沉积互补的材料图案。替代地，掩模可为边缘排除掩模。
根据本文描述的实施方式，可在大面积基板上提供具有图案掩模(诸如精细金属掩模(FFM))的材料沉积。因此，待沉积材料的区域的尺寸为例如1.4m2或以上。另外，图案掩模(例如用于显示器的像素生成)提供微米范围内的图案。微米范围内的图案掩模的开口的位置公差在大面积上可具有挑战性。垂直定向或基本上垂直定向的基板尤其如此。甚至作用于图案掩模和/或图案掩模的相应框架上的重力可造成图案掩模的位置精度下降。由此，根据本公开内容的实施方式的经改进的掩模组件处理和/或掩模对准是有利的，特别是对于垂直定向或基本上垂直定向的大面积基板。
可将第二掩模组件140布置于另一基板130前方，即另一基板与材料沉积布置120(例如在于另一基板上沉积期间的沉积源)之间。如参照图7所描述的，可使材料沉积源布置(见轴706)旋转以后续地在第一沉积区域中沉积第一基板且在相对的第二沉积区域中沉积第二基板。对于在一个基板上沉积材料，可沿箭头H移动材料沉积布置。
在可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，材料沉积源可包括一个或多个蒸发坩埚124(诸如三个蒸发坩埚)和一个或多个分配组件122，诸如分别地与蒸发坩埚124之一流体连接的三个分配管。分配组件或分配管可彼此基本上平行地沿基本上垂直的方向(例如平行于基板的表面)延伸。分配管中沿分配管的长度方向可提供喷嘴。例如，两个或更多个分配管的壁中可提供十个、三十个或更多个喷嘴。第一分配管的喷嘴、第二分配管的喷嘴和/或第三分配管的喷嘴可相对于彼此倾斜，使得蒸发材料的各个羽流(plume)在基板的位置处交汇。使用根据本文描述的实施方式的材料沉积布置120对于高品质显示器制造，特别是对于OLED制造可为有益的。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的实施方式，材料沉积布置120可提供于源轨道上，例如提供于线性导轨上。源轨道170可被配置为用于材料沉积布置120的平移移动，例如按如图1中的箭头H指示的水平方向。
在与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，可在真空腔室102中相对于第二沉积区域提供第一沉积区域。在一些实施方式中，材料沉积源可从第一沉积区域到第二沉积区域旋转基本上180°的角度。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，分配管的长度可对应于待沉积材料于其上的基板的高度。或者，分配管的长度可长于基板的高度。因此，可在基板的上端和/或基板的下端提供均匀的沉积。例如，分配管的长度可为1.3m或以上，例如2.5m或以上。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的实施方式，可在分配管的下端提供坩埚124，即蒸发坩埚。材料(例如有机材料)可在蒸发坩埚中蒸发。蒸发材料可在分配管的底部进入分配管，可基本上侧向经引导通过分配管中的多个喷嘴，例如通向基本上垂直定向的基板。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的实施方式，可提供阀104(例如闸阀)，其允许对邻接的真空腔室110(例如旋转腔室)真空密封。可打开阀104以将基板或掩模传输至真空腔室102中或从真空腔室102中传输出。如箭头111所指示的，在真空腔室110中，基板和/或掩模组件可沿轴旋转。例如，旋转轴可为垂直旋转轴。根据其他附加的或替代的实施方式，可在真空腔室102的相对侧提供附加阀104，例如闸阀。可打开附加阀以将掩模屏蔽件160(例如沿传输轨道162)传输至真空腔室102中或从真空腔室102中传输出。
图1示出在基板传输轨道132上提供和/或传输的基板130和在掩模传输轨道142上提供和/或传输的掩模组件140。基板传输轨道132和掩模传输轨道142可提供于材料沉积布置120的两侧上。在掩模传输轨道和材料沉积布置之间提供掩模台150。根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，掩模台在真空腔室102中(即在材料沉积设备中)为静止的。总体上，在基板上沉积材料期间或在基板处理期间，掩模台被配置为支撑掩模组件。另外，图1示出提供于掩模台与材料沉积布置120之间的掩模屏蔽件160。例如，根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，掩模传输轨道可提供于基板传输轨道与掩模台之间。
根据可与其他实施方式结合的一些实施方式，可省略基板传输轨道和掩模传输轨道的轨道中的一者。基板载体和掩模载体均可在一个传输轨道或传输轨道组件上传输。鉴于真空腔室中具有掩模台(即静止的掩模台)，掩模(例如载体上的)可在传输轨道上传输。在将掩模组件转移至掩模台上后，例如在已从真空腔室移除掩模载体之后，可在同一轨道上传输基板载体。
如上文所描述的，掩模台150在材料沉积设备100的真空腔室102中可为静止的。因此，关于传输通过真空处理系统的掩模台无设计限制。掩模台可为具有开口的重且坚硬的结构。从材料沉积布置120蒸发而通向基板130的材料可通过开口和通过掩模中的图案，以在基板上提供图案化层。根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，掩模台可为框架。
由掩模台150的框架界定的表面或平面可具有200μm或以下(例如50至100μm)的均匀度。根据其他附加的或替代的修改，掩模框架可包括陶瓷材料。陶瓷材料可有益于良好的表面品质。另外，掩模框架可包括金属，诸如不锈钢或钛，或由钛层覆盖的金属。掩模框架的厚度可为50mm或以下，诸如25mm或以下。由于掩模框架在真空腔室102中是静止的，因此当支撑具有掩模框架和掩模的掩模组件时，可针对负载公差优化设计。沿掩模传输轨道142将掩模组件140传输至真空腔室102中或将掩模组件140从真空腔室102中传输出的掩模载体可为相对轻的结构。
如图2A和图2B所示，可提供具有耦接至掩模台150的两个或更多个对准致动器250的对准组件。可通过附接至掩模台(例如使用固定单元)将对准致动器耦接至掩模台。例如，可使用螺钉、螺栓和/或其他合适的固定单元将对准致动器耦接至掩模台。根据本公开内容的实施方式，对准致动器被配置为耦接至基板载体。因此，可使基板载体和掩模组件相对于彼此移动，即可提供掩模对准。例如，两个或更多个对准致动器可包括电磁保持器和/或电永磁保持器。可提供保持器作为夹具(clamp)以将基板载体夹至对准致动器。夹具可包括磁性元件。根据另外的实施方式，也可提供机械夹具或机械保持器。例如，可将零点系统提供为机械保持器。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，可在掩模台150与基板载体230之间提供对准致动器。在掩模台与基板载体之间提供对准致动器允许小的机械公差。
本公开内容的实施方式避免掩模载体具有相对大的公差(诸如载体至载体的公差)以在处理基板期间支撑掩模。根据本公开内容的实施方式的掩模台可为掩模框架提供均匀的支撑，使得图案品质得以提高和/或图案化的重复性得到改进。使用掩模台(即固定掩模台)进一步允许在对准致动器的机械公差方面使对准得到改进。可将对准致动器耦接至掩模台，得到小的公差链。另外，附加地或替代地，对准期间所使用的视觉系统的部件可有益地附接至掩模台，或靠近掩模台。由于掩模台150为坚硬且更精确的结构，因此对于垂直定向的大面积基板，处理腔室中的掩模框架的可重复定位也是可能的。因此，掩模框架沿基本上垂直的定向(即包括相对于垂直偏差+-10°的垂直定向)从掩模载体移交或转移至掩模台的实施方式减少了垂直基板处理的潜在劣势。另外，由于存在掩模台，可按本文描述的有益的方式提供用于对准的部件，诸如对准致动器，常常是对准组件，掩模操纵致动器和/或视觉系统部件。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，可提供材料沉积布置以在基板上沉积材料层，其中在材料沉积布置与基板之间提供图案掩模，例如精细金属掩模(FFM)。图案掩模(例如FMM)可提供显示器的像素分辨率。因此，图案掩模中的开口可具有几微米的尺寸，并且以几微米的公差定位。根据本公开内容的实施方式，固定掩模台可有益地用于垂直基板处理(例如使用垂直线源)。改进基板处理期间的掩模框架定位有益于垂直基板定向和图案掩模的垂直定向，这在微米范围内对于大面积基板具有挑战性。
如上文所描述的，图2A和图2B示出可提供掩模台150和对准组件，对准组件具有耦接至掩模台150的两个或更多个对准致动器250。对准致动器被配置为耦接至基板载体。另外，可在掩模台与材料沉积组件之间提供掩模屏蔽件160。掩模屏蔽件160可固定于真空腔室中。即，掩模屏蔽件在正常操作期间是静止的，并且可从真空腔室(参见图1中的102)中沿传输轨道162移出，(例如)以用于掩模屏蔽件的清洁。在材料沉积期间，支撑掩模242的掩模框架240附接至掩模台150。基板载体230可由基板传输轨道132支撑。基板支撑轨道可被配置为非接触式传输基板载体。基板传输轨道132可包括基板支撑装置232。基板支撑装置可为磁悬浮系统，(例如)以非接触式支撑保持基板130的基板载体230。基板传输轨道可进一步包括基板驱动装置233。基板驱动装置可为磁性驱动，(例如)以非接触式驱动基板。
对准组件可包括对准致动器250，例如两个或更多个对准致动器。对准致动器耦接至或附接至掩模台150。对准致动器可进一步包括保持器或夹具以允许基板载体耦接至对准组件。根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，保持器或夹具可包括电永磁铁。可提供基板载体230相对于掩模台150的移动，以如箭头251所指示进行掩模对准。
图3示出图解处理和对准基板载体以用于处理的方法的流程图。基板可为垂直定向的大面积基板。作为可选的工艺，可通过基板支撑装置232和基板驱动装置233对准(例如粗略地对准)基板载体。磁悬浮系统中可包括基板支撑装置232和基板驱动装置233以用于基板载体的传输。如方框302所指示的，将基板载体夹至耦接至掩模台的对准组件。例如，磁性夹具(例如包括电永磁铁)接触基板载体的铁磁部分。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，铁磁部分可包括于铰链元件中。铰链元件在基板载体平面中的一个或多个尺寸中可为坚硬的，在基板载体平面的一个或多个其他尺寸中可提供柔性。因此，可减少或避免机械过度界定两个或更多个致动器。这可降低掩模组件的拉紧。
如方框304所指示的，可选择性地提供掩模的操纵。可提供一个或多个掩模操纵致动器(例如参见图11)。掩模操纵致动器可附接至掩模台或集成于掩模台中。掩模操纵致动器可附接至掩模框架。一经致动，由于重力、制造工艺和/或材料预变形(特征张力(Eigentension))导致的掩模框架的不良畸变即可得到补偿。根据一些实施方式，在更换掩模组件之后可提供掩模操纵。然而，掩模操纵是可选的，在某种意义上，在若干基板(例如使用同一掩模组件处理的基板)之间，即当不提供掩模更换时，可略过掩模操纵。
另外，可提供掩模对准。对准组件的两个或更多个对准致动器的移动允许掩模组件与基板载体之间相对定位。因此，掩模和基板相对于彼此移动，以使掩模图案相对于基板对准。根据一些实施方式，特别是包括固定掩模台时，基板载体相对于掩模组件移动。
可在基板平面中在两个方向上提供掩模对准(参见方框306)。例如，基板平面可界定x-y平面，其中z方向垂直于基板表面。可在x方向和y方向上提供对准。另外，可提供基板平面中的旋转(θ对准)。根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，对准致动器可为机电的、气动的和压电陶瓷的(即压电致动器)中的至少一者。
在对准之后，如方框308所指示的，掩模可附接至基板。可提供掩模组件和基板载体彼此相对(在z方向上)的移动。例如，z方向上的最后毫米可提供对准组件的对准致动器。另外，通过磁板或电永磁铁提供作用于掩模上的磁吸力。磁力可将掩模夹至基板以用于材料沉积。根据可与本文描述的其他实施方式结合的另外的实施方式，可独立提供两个或更多个对准致动器在z方向上的移动。掩模框架、掩模或掩模组件可经定位以相对于基板为平行或平面的。对此，可在对准之前或在将掩模夹至基板之前提供。特别地，在对准之前调整可提高对准品质。
图4A和图4B示出根据本公开内容的实施方式的材料沉积设备中的基板处理和掩模处理的工艺。另外，示出了材料沉积设备和基板处理系统的各个元件。这些元件提供于真空腔室102中(参见图1)，图4A中未示出真空腔室102。
图4A示出基板传输轨道132。基板传输轨道可包括基板支撑装置232。基板支撑装置可为磁悬浮系统，(例如)以非接触式支撑保持基板130的基板载体230。基板传输轨道可进一步包括基板驱动装置233。基板驱动装置可为磁性驱动，(例如)以非接触式驱动基板。例如，基板可沿图4A所示的x方向移动。图4A示出基板传输轨道，基板支撑装置在基板载体上方，基板驱动装置在基板载体下方。根据替代实施方式，基板支撑装置和基板驱动装置均在基板载体230上方。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，基板载体230可为静电吸盘或磁性吸盘。例如，静电吸盘可包括电极，电极可经偏置以产生静电力，将基板130夹至基板载体230。基板传输轨道132可进一步包括一个或多个侧导装置(side guidingdevice)235。根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，侧导装置可包括永磁铁。根据可与本文描述的其他实施方式结合的本公开内容的实施方式，可在基板载体位置的一侧提供基板传输轨道132的侧导装置235。所述一侧可为沉积源的对侧。换言之，一个或多个侧导装置235可经定位使得在侧导装置和沉积源之间提供基板载体230。
掩模传输轨道142可包括掩模支撑装置245和掩模驱动装置243。如上文关于基板传输轨道132所描述的，可将掩模支撑装置和掩模驱动装置提供有相似的特征。根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，如图4A所示，掩模支撑装置245与掩模驱动装置243之间的距离，特别是y方向上的距离，可等于或大于基板支撑装置与基板驱动装置之间的对应的距离。由此，基板载体230可沿z方向向掩模台150(即固定掩模台)移动。
图4A示出了掩模载体244。相比于在基板处理期间掩模载体支撑掩模组件的沉积设备，掩模载体244可为相对轻的结构。这有益于在掩模传输轨道142上传输掩模，特别是对于在悬浮状态下传输。根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，掩模载体可具有覆盖掩模242的像素的一个或多个部分。因此，覆盖掩模的像素的一个或多个部分可阻挡基板130通过掩模载体的完全沉积。可有益地提供这些部分以增加掩模载体244的稳定性，同时提供可比较的结构。由于可移除掩模载体以用于基板处理，覆盖掩模的像素和/或潜在地阻挡蒸发材料的一个或多个部分不会负面地影响基板130的涂布。另外，由于可移除掩模载体以用于基板处理，耦接至掩模台的对准组件的致动器可直接耦接至基板载体。掩模台(例如在真空腔室中是静止的)与基板载体之间的短距离减小公差链中的公差。
掩模传输轨道142可进一步包括一个或多个侧导装置247。根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，侧导装置可包括永磁铁。根据可与本文描述的其他实施方式结合的本公开内容的实施方式，可在掩模载体位置的一侧提供掩模传输轨道142的侧导装置247。所述一侧可为面向沉积源的一侧。换言之，掩模传输轨道的一个或多个侧导装置247可经定位使得在掩模传输轨道与沉积源之间提供一个或多个侧导轨。
在图4A中，所示的设计是掩模载体244在对应于基板处理情况的x位置支撑掩模组件140。掩模组件140已移至材料沉积设备的真空腔室(参见图1中的附图标记102)中。掩模组件包括支撑掩模242的掩模框架240。掩模242通常可为(例如)用于OLED(RGB)显示器的像素生成的精细金属掩模。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，如图4A所示，掩模框架240可具有弯曲的截面。当从沉积源看时，弯曲的截面可呈凹形，或当从基板看时，弯曲的截面可呈凸形。弯曲的截面使掩模242相比于掩模框架240的一个或多个部分更靠近基板130。这有利于使掩模242靠近基板130或甚至在将材料沉积于基板上期间使其接触基板130。
掩模台150包括开口152，其用于使蒸发材料通过开口通向基板。开口被配置为阻止掩模被沉积材料(即用于基板处理)阻挡。掩模台是固定掩模台，且由此可经优化以分别地支撑掩模框架240和掩模组件140。上文描述的改进掩模框架的支撑使得RGB材料沉积的像素精度得以提高。如图4A所示，根据一些可选的实施方式，掩模框架可进一步支撑掩模屏蔽件160。掩模屏蔽件160可具有第一部分，例如平行于掩模组件140的金属片部分。第一部分可覆盖掩模台并且减少蒸发材料在掩模台上的累积。掩模屏蔽件160可进一步包括从第一部分突出(例如至少部分地沿z方向延伸)的第二部分。掩模屏蔽件160的第二部分可减少蒸发材料在掩模台一侧(即掩模台150的开口152的内侧)上的累积。附加地或替代地，掩模屏蔽件的第二部分可减少蒸发材料在掩模框架上的累积。
描述了在真空腔室中用(例如)一个或多个掩模组件处理一个或多个基板的工艺。工艺描述包括根据本公开内容的实施方式的材料沉积设备中的基板处理、掩模处理和掩模对准。
在图4A中，掩模组件140和基板130已移至材料沉积设备的真空腔室中。基板130可由基板载体230(例如静电吸盘)支撑。掩模组件和基板定位于对应于掩模台150的开口152的x位置。
掩模组件可沿z方向向掩模台150移动。例如，可通过侧导装置247和/或另一个致动器移动掩模组件。提供在掩模载体244与掩模台150之间转移掩模框架，且由此转移掩模组件。根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，用于耦接至掩模台的掩模组件的保持装置包括电磁铁和电永磁铁中的至少一者。
对于电永磁铁，可接通和断开保持力。向电永磁铁提供电流允许在保持状态和释放状态之间切换。在保持状态中，接通保持力。在释放状态中，断开保持力。在不提供电流的情况下，电永磁铁保持于当前状态中。因此，例如在无电源连接至保持装置的情况下，可通过包括电永磁铁的保持装置安全地支撑掩模框架。
在图4B中，掩模组件140由掩模台支撑和/或保持于掩模台的z位置。可提供在真空腔室中用(例如)一个或多个掩模组件处理一个或多个基板的工艺。掩模载体已(例如)沿x方向(即沿掩模传输轨道)从真空腔室中移出。支撑基板的基板载体230已向掩模组件(即沿图4B中的z方向)移动。基板载体可沿z方向移动使得基板130与掩模组件的掩模相距小距离。在这个位置，对准致动器可使基板与掩模彼此相对对准。在图4B中，材料沉积布置120沉积材料。蒸发材料通过掩模台150的开口152和掩模组件的掩模的开口以涂布于基板130上。
根据一些实施方式，例如如图2B所示，可在掩模台150与基板载体230之间提供对准致动器。根据另外的实施方式，附加地或替代地，对准致动器550也可提供于耦接至掩模台150的保持装置352处且被配置为夹住掩模组件的掩模框架。对此，图5进行了示例性的示出。根据另外的实施方式，如图10A、图10B和图11中更详细地描述的，图5所示的致动器也可用作掩模操纵致动器，特别是与图2A和图2B所示的对准致动器250结合使用。
图6示出了材料沉积设备的真空腔室102的一部分。真空腔室具有腔室壁602。根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，可提供视觉系统以用于对准。视觉系统可通过电磁辐射(例如光)检测掩模和基板是否对准。例如，可提供基准标记，通过其引导电磁辐射600。基准标记位于掩模组件和/或基板载体(或基板)上。基准标记可(例如)提供于掩模和基板的边缘或角处。附加地或替代地，基准标记可提供于沉积区域之外的掩模和基板上，由相机610观察。例如，相机可提供于真空腔室102外。相机可附接至腔室壁602。相机可在使用对准组件进行对准工艺期间，例如在对准致动器250使基板载体和掩模组件相对于彼此移动时拍摄图像。真空腔室中有掩模台150允许更容易地引导电磁辐射。
图6示出提供于掩模框架处的光导612。图7示出附接至掩模台150的用于电磁辐射的源614。如图7所示，源614可嵌入至或集成于掩模台150中。电磁辐射可以相对于基板平面以一定角度离开源614。例如，角度可在20°与70°之间。反射单元616(例如镜子)可反射电磁辐射600以通过掩模载体而通向图6所示的检测器。
图8示出另一个示例性实施方式，其中用于电磁辐射的源614附接至掩模台150。电磁辐射可为(例如)可见范围或IR范围内的(例如)光。如图8所示，电磁辐射(例如光)可离开基本上平行于掩模台表面的源614。光导612提供于掩模组件的掩模框架中。另外，附加地或替代地，光导可附接至掩模台。虽然所示的光通过图8(参见附图标记812)中的对准致动器，但光可在图8中的对准致动器前方或后方(即在不同于纸平面的平面中)通过，其中图仅为示意性图示。
真空腔室中有静止的掩模台允许将视觉系统的部件附接至掩模台。除本文描述的优势以外，这减小了光导的长度，并且可避免光纤向真空腔室中提供电磁辐射。至少，可以减小光纤的长度。另外，可减少反射元件(诸如镜子)的数量。这可有益于OLED制造工艺，因为在存在可用于光导的材料的情况下，材料可发生化学作用并且变质。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的另一实施方式，视觉系统可包括用于测量所承载的基板与掩模或掩模台之间的距离的测量系统。可沿z方向测量距离。测量系统的一个或多个测量装置可为共焦传感器。可将“共焦传感器”理解为被配置为用于通过使用光测量位移的传感器。例如，通常共焦传感器基于将发射光分离为不同的颜色并且随后使用检测器识别所反射色彩信号的测量原理。因此，可通过非接触式的方式有益地测量距离。另外，采用共焦传感器具有能够以极高的精度(例如在微米范围内或甚至在亚微米范围内)执行位移测量的优势。
在图9A中，示出在已将基板载体移回至基板传输轨道(即沿图中的z方向)之后的已处理基板。可将已处理基板从真空腔室(即沿图中的x方向)移出。将待下一步处理的后续基板移至真空腔室中(即沿图中的x方向)。在已将基板向掩模组件(即沿z方向)移动之后，使用材料沉积布置120将材料层涂布于后续基板上。图9B示出处理顺序的其他情形，其中已将后续基板移回至基板传输轨道，并且掩模载体已进入真空腔室以从掩模台接收掩模组件。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，可使用一个掩模组件处理多个基板，例如10个或更多个基板，诸如20个基板至70个基板。在多个基板的沉积期间在掩模组件，特别是在精细金属掩模的开口处累积材料导致在已处理多个基板之后掩模组件进入清洁和维修循环。如图9B所示，掩模载体可通过转移工艺从掩模台接收掩模组件。可从真空腔室移除图9B所示的已处理基板和已用尽的掩模组件。有利地，可同时移除这两者以减少真空处理系统的循环时间。因此，另一后续基板和新的掩模可进入真空腔室并且工艺可在图4A所示的情形下继续。
根据本公开内容的实施方式，提供用于处理垂直定向的大面积基板的方法。方法包括：以垂直的定向将掩模组件传输于材料沉积设备的真空腔室中的掩模载体上，掩模组件包括掩模框架和掩模；以垂直的定向将掩模组件从掩模载体转移至掩模台；以垂直的定向将基板载体上的基板传输至真空腔室中；以垂直的定向使用耦接至掩模台的对准组件保持基板载体；对准基板载体与掩模组件之间的相对位置。
图10A和图10B以及图11示出可与本文描述的其他实施方式结合的其他方面、细节和特征。一个或多个掩模操纵致动器910可耦接至掩模台150。一个或掩模切断致动器可经布置以耦接至掩模组件的掩模框架240。如图11所示，掩模揭露致动器可提供于掩模框架的各个位置处。例如，可提供四个掩模操纵致动器、六个掩模操纵致动器(如图11所示)或八个掩模操纵致动器。例如，可将四个掩模操纵致动器提供为邻近于掩模框架的角。其他掩模操纵致动器可提供于连接掩模框架的角的掩模框架部分处。
掩模操纵致动器允许在平行于掩模框架的平面中(例如x方向和y方向)移动。根据本公开内容的附加或替代的实施方式，掩模操纵致动器可被配置为在不同方向上移动。例如，一个掩模操纵致动器在至少第一方向上移动，第二掩模操纵致动器在不同于第一方向的至少第二方向上移动。一个或多个对准致动器也可被配置为在两个或更多个方向上移动。因此，掩模框架弯曲或变形。根据本公开内容的实施方式，一经致动，由于重力、制造工艺和/或材料预变形(特征张力)导致的掩模框架的不良畸变即可得到补偿。通过掩模操纵致动器的致动使掩模框架弯曲或变形补偿掩模框架的不良畸变、弯曲或变形。另外，由于掩模组件的水平制造和掩模组件因此的垂直处理导致的掩模的图案结构的不均匀性可得到补偿。
根据一些实施方式，掩模操纵致动器可用于如上文所描述的掩模-基板对准。然而，由于系统稳定性得到改进，因此在掩模操纵致动器的初始致动之后保持掩模静止是有益的。可通过耦接至基板载体的对准致动器有益地提供掩模和基板的对准。
根据本公开内容的实施方式，材料沉积设备的对准组件或材料沉积设备可包括被配置为耦接至掩模框架且补偿掩模组件畸变或掩模畸变的一个或多个掩模操纵致动器。例如，用于掩模框架的保持装置可包括一个或多个掩模操纵致动器。
图12示出了材料沉积布置120。材料沉积布置包括两个或更多个沉积源。沉积源中的一者(一个源如图12的截面侧视图所示)可包括坩埚124、分配组件122和相应的开口722(例如喷嘴)。使用分配组件122引导坩埚124中蒸发的材料通过开口722进入真空腔室(例如图1所示的真空腔室102)。例如，可引导蒸发材料通向基板130。如图12所示，蒸发方向相对于水平定向可为水平或向上稍微倾斜的。蒸发方向可倾斜0°至10°。
根据一些实施方式，可将两个或更多个蒸发源安装至蒸发器控制壳体705，例如大气盒(atmospheric box)。可将蒸发器控制壳体连接至真空腔室外，在真空腔室中操作材料沉积布置。
对于材料沉积布置，两个或更多个蒸发源可由支撑件710支撑。支撑件可被配置为用于材料沉积布置的平移移动(参见图1中的箭头H)。支撑件可为主动和/或被动磁性元件提供壳体。主动和/或被动磁性元件可提供材料沉积布置的磁悬浮和/或磁驱动。例如，参照图12，材料沉积布置的平移移动可垂直于图12的纸平面。另外，图12示出成型屏蔽件装置724。
在本公开内容中，可将“材料沉积源”理解为被配置为用于提供待沉积于基板上的材料源的装置或组件。具体地，可将“材料沉积源”理解为具有被配置为蒸发待沉积的材料的坩埚和被配置为用于将蒸发材料提供至基板的分配组件的装置或组件。可将表达“被配置为用于将蒸发材料提供至基板的分配组件”理解为分配组件被配置为在沉积方向上引导气态源材料。因此，在分配组件内引导气态源材料(例如用于沉积OLED装置的薄膜的材料)，并且气态源材料通过一个或多个出口或开口722离开分配组件。例如，分配组件(例如分配管)的一个或多个出口可为沿蒸发方向延伸的喷嘴。通常，蒸发方向是基本上水平的，例如水平方向可对应于图4A中指示的z方向。根据实施方式，可有益地相对于水平方向略有偏差(例如15°或更小，诸如7°或更小)以允许基板定向相对于垂直略有偏差。
在本公开内容中，可将“坩埚”理解为具有用于通过加热坩埚来蒸发材料的储存器的装置。因此，可将“坩埚”理解为源材料储存器，其可经加热以通过源材料的蒸发和升华中的至少一者将源材料蒸发为气体。通常，坩埚包括加热器，其将坩埚中的源材料蒸发为气态源材料。例如，初始待蒸发的材料可为粉末的形式。储存器可具有用于容纳待蒸发的源材料(例如有机材料)的内容积。
在本公开内容中，可将“分配组件”理解为被配置为将蒸发材料(特别是蒸发材料的羽流)从分配组件提供至基板的组件。例如，分配组件可包括分配管，分配管可具有长形。例如，如本文中所描述的分配管可提供具有多个开口和/或喷嘴的线源，多个开口和/或喷嘴沿分配管的长度布置于至少一条线上。因此，分配组件可为(例如)其中设置有多个开口(或细长狭缝)的线性分配喷头。如本文中所理解的喷头可具有外壳、中空空间或管，其中可将蒸发材料(例如)从蒸发坩埚提供或引导至基板。喷头可使中空空间内的压力比空间外的压力更高，例如高一个数量级或更多。
根据可与本文描述的任何其他实施方式结合的一些实施方式，分配管的长度可至少对应于待沉积基板的高度。特别地，分配管的长度可长于待沉积基板的高度至少10％或甚至20％。例如，分配管的长度可为1.3m或以上，例如2.5m或以上。因此，可在基板的上端和/或基板的下端提供均匀的沉积。根据替代配置，分配组件可包括可沿垂直轴布置的一个或多个点源。
如图12所示，将基板提供为由材料沉积布置120沉积。可在基板130与材料沉积布置120之间提供掩模组件140、诸如固定掩模台的掩模台和掩模屏蔽件160。
虽然上文针对本公开内容的实施方式，但可在不脱离本公开内容的基本范围的情况下设计本公开内容的其他和另外的实施方式，本公开内容的范围由下文的权利要求确定。
特别地，本书面描述使用示例披露本公开内容(包括最佳模式)，也使任一本领域技术人员能够实践所描述的主题，包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何所包括的方法。虽然上文已披露了各个具体的实施方式，但是上文描述的实施方式的不互斥的特征可彼此结合。可取得专利的范围由权利要求界定，并且如果权利要求具有与权利要求的字面语言无区别的结构要素，或如果权利要求具有与权利要求的字面语言有不重要的区别的等效结构要素，则其他示例意欲落在权利要求的范围内。

Claims (17)

1.一种用于在真空腔室中的基板上沉积材料的材料沉积设备，包括：
掩模台，所述掩模台被配置为支撑具有掩模框架和掩模的掩模组件；
保持装置，所述保持装置耦接至所述掩模台且被配置为沿基本上垂直的定向将所述掩模组件转移至所述掩模台上；和
对准组件，所述对准组件具有两个或更多个对准致动器，所述对准组件耦接至所述掩模台且被配置为耦接至基板载体以使所述基板载体和所述掩模组件相对于彼此移动。
2.如权利要求1所述的材料沉积设备，其中所述两个或更多个对准致动器提供于所述掩模台与所述基板载体之间。
3.一种用于在真空腔室中的基板上沉积材料的材料沉积设备，包括：
掩模台；
基板传输轨道，所述基板传输轨道被配置为支撑基板载体；
保持装置，所述保持装置耦接至所述掩模台；和
对准组件，所述对准组件具有两个或更多个对准致动器，所述对准组件耦接至所述掩模台。
4.如权利要求1至3中任一项所述的材料沉积设备，其中所述两个或更多个对准致动器包括电磁保持器和电永磁保持器中的至少一者。
5.如权利要求1至4中任一项所述的材料沉积设备，所述对准组件进一步包括：
一个或多个掩模操纵致动器，所述一个或多个掩模操纵致动器被配置为耦接至所述掩模框架且补偿掩模组件畸变或掩模畸变。
6.如权利要求5所述的材料沉积设备，其中所述保持装置包括所述一个或多个掩模操纵致动器。
7.如权利要求1至6中任一项所述的材料沉积设备，其中所述掩模台在所述真空腔室中是静止的。
8.如权利要求1至7中任一项所述的材料沉积设备，其中所述掩模台具有被配置为防止沉积材料阻挡所述掩模或所述基板的开口。
9.如权利要求1至8中任一项所述的材料沉积设备，进一步包括：用于电磁辐射的源，所述用于电磁辐射的源耦接至所述掩模台。
10.如权利要求9所述的材料沉积设备，其中所述掩模台、所述保持装置和所述对准组件中的至少一者包括被配置为引导所述电磁辐射的光导。
11.如权利要求10所述的材料沉积设备，进一步包括：
检测器，所述检测器被配置为检测所述电磁辐射，所述光导至少部分地提供于所述掩模台与所述检测器之间。
12.如权利要求9至11中任一项所述的材料沉积设备，进一步包括：
所述掩模组件，所述掩模组件包括用于所述电磁辐射的光导和用于所述电磁辐射的反射单元中的至少一者。
13.如权利要求1至12中任一项所述的材料沉积设备，其中所述基板传输轨道包括：
基板支撑装置，所述基板支撑装置用于非接触式支撑基板载体；和
基板驱动装置，所述基板驱动装置用于非接触式驱动所述基板载体。
14.一种真空处理系统，包括：
如权利要求1至13中任一项所述的材料沉积设备；和
另外的真空腔室，所述另外的真空腔室通过提供于所述真空腔室的第一侧处的第一阀耦接至所述材料沉积设备的所述真空腔室。
15.一种掩模组件，包括：
掩模框架；
掩模，所述掩模耦接至所述掩模框架；和
导光组件，所述导光组件具有用于所述电磁辐射的光导和用于所述电磁辐射的反射单元中的至少一者，其中所述导光组件被包括或耦接至所述掩模框架。
16.一种用于处理垂直定向的大面积基板的方法，包括：
沿垂直定向将基板载体上的基板传输至所述真空腔室中；
沿所述垂直定向使用耦接至所述掩模台的对准组件保持所述基板载体；和
对准所述基板载体与所述掩模组件之间的相对位置。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述掩模台在所述真空腔室中是静止的。
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