基板对准装置、具有其的基板处理装置以及基板对准方法

摘要

本申请公开了一种通过在被上下驱动的基座上顺序地水平移动基板和掩模而在基板上精确地和自动地对准掩模的基板对准装置，包括该基板对准装置的基板处理装置以及基板对准方法。该基板对准装置包括：从在腔室中被上下驱动的基座的上表面突出的位置固定单元，以便形成用于对准基板和掩模的基准线；连接在腔室的两个侧壁的外表面上并延伸到腔室内的水平传送单元，以便根据基座的上下移动来对准基板和掩模，直到基板和掩模的水平移动由位置固定单元停止为止；以及适于控制基座和水平传送单元的控制单元。

说明书

技术领域

本公开涉及基板对准装置、具有该基板对准装置的基板处理装置以及基板对准方法，特别涉及能够通过在上下驱动的基座上以水平方向顺序地移动基板和掩模而精确地和自动地在基板上对准掩模的基板对准装置、包括这种基板对准装置的基板处理装置以及基板对准方法。

背景技术

近年来，正在研制和生产代替阴极射线管的各种平板显示器。液晶显示器(LCD)、场发射显示器(FED)、电致发光显示器(ELD)、等离子体显示面板(PDP)等都属于平板显示器。

尤其是，具有固态性质的ELD以相对宽范围的使用温度、高耐冲击和耐振动性、宽视角以及快速响应时间为特征。因此，一般将ELD用作高性能平板显示器。

根据构成发光层的材料，ELD可以分类为无机发光二极管(ILED)和有机发光二极管(OLED)。因为OLED具有优于ILED的亮度和响应时间，并能够进行彩色显示，近年来OLED被广泛地使用。

OLED包括由透明绝缘基板和在透明绝缘基板上形成的预定图案构成的第一电极层、设置在第一电极层上的包括发光材料的有机发光层、以及设置在有机发光层上的第二电极层。通常，第一电极层用作阳极，第二电极层用作阴极。

当给阳极施加高于阴极的电压时，空穴从第一电极层运动到有机发光层，电子从第二电极层运动到有机发光层。运动的空穴和电子在有机发光层中再次复合，由此形成激子。来自激子的能量产生具有特定波长的光。

例如，有机发光层和第二电极层可以通过如下的汽相沉积法形成。制备具有多个狭缝的金属掩模。这些狭缝与将要形成在基板上的预定图案相对应地设置。在汽相沉积室中，使材料蒸发通过这些狭缝并附着到基板表面。

汽相沉积是在使掩模与基板或基板的预定图案层紧密接触的情况下进行的。因此，将基板和掩模设置在它们的正确位置上是非常重要的。

图1示意性地表示根据现有技术的对准基板和掩模的方法。

参考图1A，首先，在设置在腔室(未示出)中的基座30的上表面的外侧位置上设置各自具有倾斜面A的基板对准销32。基板10沿着该倾斜面向下滑动，由此放置于基座30上。

向上驱动基座30，使得设置在基座30的上表面的外侧位置上的掩模对准销34与形成在掩模20的下表面的外侧位置上的对准凹槽22对应。

然而，只有在允许对准余量的情况下，只采用固定对准销32和34的上述现有技术方法才是可以使用的。就是说，当要求基板10和掩模20之间的精确对准时，上述方法是不符合要求的。

根据另一现有技术方法，如图1B所示，在基板10上移动用于预定图案的汽相沉积的包括多个狭缝24的掩模20。在这期间，光学显微镜40或照相机对标记在基板10上的对准标记12是否与形成在掩模20上的对准孔26对准进行检查。当对准时，基板10和掩模20彼此紧密接触。

然而，由于例如光学显微镜40等昂贵的设备，这种方法花费了大量的初始设备费用。另外，基板10和掩模20必须彼此接触或几乎接触，以便用光学显微镜40检查对准状态。这种接触可能损伤基板10或形成在基板10的上表面上的图案，由此增加了基板10的缺陷率。

在完成对准工艺之后发现基板10和掩模20未对准的情况下，必须使基板10和掩模20分隔开、再次对准并由光学显微镜40再次检查，可能要重复这些工艺步骤。因此，增加了总体的对准时间。此外，由于对准工艺是间断进行的，因此难以快速地进行对准。

此外，在光学显微镜40中的光学路径上安装管子42，以便更精确地检查对准标记12和对准孔26之间的对准状态。管子42很容易被基板10的处理期间产生的颗粒污染或损伤。在这种情况下，必须维修或替换管子42，这相应地导致附加的费用和时间。

发明内容

本公开提供了一种基板对准装置，该基板对准装置能够通过在基座的上表面上安装适于对准基板和掩模的多个定位销或定位块，以及通过与基座的上下移动相配合地用水平传送单元向着定位销或定位块推动基板和掩模，从而在用于形成薄膜的化学汽相沉积(CVD)期间使基板和掩模彼此精确地和自动地对准，本公开还提供了包括这种基板对准装置的基板处理装置以及基板对准方法。

根据典型实施例，一种基板对准装置包括：连接成从在腔室的内部空间中被上下驱动的基座的上表面突出的位置固定单元，以便形成用于对准基板和掩模的基准线；连接在腔室的两个非相对侧壁的外表面上的水平传送单元，所述水平传送单元延伸进入内部空间，并适于与基座的上下移动相配合地对准基板和掩模，直到基板和掩模的水平传送由位置固定单元停止为止；和适于控制基座和水平传送单元的驱动的控制单元。

根据另一优选实施例，一种基板对准方法包括：首先在腔室的内部空间中放置基板和掩模；在内部空间中第一次升高基座，使得基板位于基座的上表面上，并水平地推动基板，以便基板与第一基准线对准；第二次升高基座，以便基板的上表面接近掩模，并水平推动掩模，使得掩模与第二基准线对准；和第三次升高基座，使得基板和掩模彼此紧密接触。

根据又一典型实施例，一种基板处理装置包括：基板对准装置和适于向腔室的内部空间供给燃料的燃料供给装置，该基板对准装置包括：具有内部空间的腔室；在内部空间中被上下驱动的基座，以便在基座上顺序地放置基板和掩模；从基座的上表面突出的位置固定单元，以形成用于对准基板和掩模的基准线；以及连接在腔室的非相对侧壁的外表面上并延伸进入内表面的水平传送单元，以便与基座的上下移动相配合地推动基板和掩模，直到基板和掩模的水平传送由位置固定单元停止为止。

附图说明

下面结合附图可以更详细地理解典型实施例。

图1A和1B是示意性地表示根据现有技术的用于对准基板和掩模的方法的示意图。

图2是表示根据典型实施例的基板对准装置的内部的透视图。

图3是沿着图2的线A-A’截取的剖面透视图，表示基板对准装置的内部结构。

图4是通过切掉基板对准装置的一角来表示的图2的基板对准装置的内部结构图。

图5是图2中所示基座的透视图。

图6A-6C表示根据典型实施例的基板对准方法的基板对准装置的顺序操作状态。

图7是表示根据典型实施例的基板处理装置的内部结构的示图。

具体实施方式

下面参考附图详细介绍具体实施例。然而，本发明还可以以不同形式体现，不应解释为限制于这里所述的实施例。提供这些实施例只是为了使本公开全面且完整，并向本领域技术人员全面地表达本发明的范围。在附图中，相同的参考标记表示相同的元件。

图2是表示根据一个实施例的基板对准装置的内部的透视图。图3表示沿着图2的线A-A’截取的基板对准装置的内部结构。图4通过切掉基板对准装置的一角来表示图2的基板对准装置的内部结构。图5是图2中所示基座的透视图。

参见图2到图5，根据本实施例的基板对准装置100包括位置固定单元320、水平传送单元400和控制单元(未示出)。位置固定单元320连接成从基座300的上表面突出，该基座300在包含内部空间的腔室200中被上下驱动。位置固定单元320提供用于对准基板10和掩模20的基准线P1和P2。水平传送单元400连接在腔室200的两个非相对的侧壁的外表面上，并延伸进入内表面。配合于基座300的上下移动，水平传送单元400顺序地推动基板10和掩模20，直到基板10和掩模20的水平传送由基座300上的位置固定单元320停止为止，由此对准基板10和掩模20。控制单元(未示出)控制基座300和水平传送单元400的操作。

基板10可以是由硅(Si)、锗(Ge)等制成的半导体基板、由玻璃、塑料等制成的绝缘基板以及由金属制成的导电基板中的任何一种。在本实施例中，将具有高透明度的玻璃用作用于制造有机发光二极管(OLED)的基板10。

腔室200具有中空圆筒形状或矩形盒状并包括用于在其中处理基板10的内部空间。腔室200的形状并不特别限定，而是可以根据基板10的形状而改变的。例如，由于基板10具有矩形形状，本实施例的腔室200具有矩形盒状。门210形成在腔室200的一个侧壁上，用作基板10和掩模20的入口和出口。空气排放单元222(图7)形成在腔室200的底壁上，用于形成真空和排放内部空气。

尽管上述腔室200具有整体结构，但是如在本实施例中，腔室200也可以分成具有开放的上部的下腔室和覆盖下腔室的上部的腔室盖。在这种情况下，腔室200还包括用作密封件的O形环212，以密封腔室盖和下腔室之间的连接。

保护薄板214固定到腔室200的内壁上，以便在基板10的处理期间保护内壁不被化学反应氧化和腐蚀。为此，保护板214由阳极化铝(Al)制成。当直接给腔室200的内壁施加阳极氧化时，可以省略保护板214。

腔室200另外还包括突向内部空间的多个支托件230。支托件230安装在腔室200的两个相对内壁上，这两个相对内壁在垂直于将基板10和掩模20送入内部空间的X轴方向的Y轴方向上相对。在内部空间中，支托件230支撑基板10和掩模20的下表面，并使基板10和掩模20位于它们的初始位置。换言之，支托件230支撑基板10和掩模20直到在基座300上将基板10和掩模20放置并对准为止。

多个支托件230包括适于支撑基板10的下表面的两侧的多个基板支托件240以及适于支撑掩模20的下表面的两侧的多个掩模支托件250，多个掩模支托件250相对于基板支托件240向上分隔开。为了稳定地支撑基板10和掩模20，基板支托件240和掩模支托件250具有条状，支托件的用于与基板10和掩模20的下表面接触的部分与地面水平。将对于水平传送单元400详细解释基板支托件240和掩模支托件250之间的距离H₁。

基板支托件240安装在腔室200的内部空间中的相同高度上，使得被送入内部空间的基板10相对于地面水平地初始设置。掩模支托件250也安装在内部空间中的相同高度上，使得掩模20相对于地面水平地初始设置。

根据本实施例，一对基板支托件240和一对掩模支托件250安装在腔室200的相对的内侧壁的每个上。就是说，分别在四个位置支撑基板10和掩模20。尽管不限制支托件240和250的数量，但数量的增加可能使内部结构复杂。而且，支撑基板10和掩模20的下表面的四个位置足以稳定地使基板10和掩模20处于它们的初始位置。

与基板10的下表面接触的每个基板支托件240的上表面具有向着内部空间向下倾斜的斜坡S。斜坡S适于防止被送入腔室200的基板10倾斜。另外，斜坡S防止基板10滑出基板支托件240并偏离初始位置。

由于掩模20比基板10大，相对于各个基板支托件240向上分隔开的多个掩模支托件250的长度L₂小于基板支托件240的长度L₁。能够自由滚动的滚珠252连接在掩模支托件250的上表面的一侧并通过该侧露出。滚珠252与从掩模20的下表面下凹的传送引导凹槽(未示出)形成点接触。因此，当在与基板10分隔开的掩模支托件250上对准掩模20时，可以以较小的摩擦力平滑地传送掩模20。而且，可以使基板10和形成在基板10的上表面上的图案的损伤最小化。这里，基板支托件240和掩模支托件250可以由阳极化Al制成，以应付在腔室200的内部空间中进行的化学反应。

基座300包括贯穿腔室200的底壁安装的基座轴310以及由基座轴310垂直支撑的板，在上下方向上驱动该基座轴310进出内部空间。下文中，用基座300来表示基座300的板。位置固定单元320形成在基座300的上表面并提供用于对准基板10和掩模20的基准线P₁和P₂。此外，多个支托件通孔304形成在基座300的板的外围，以便允许支托件230通过。推动销单元430形成在水平传送单元400中，以便推动基板10和掩模20的侧面。相应地，水平传送单元通孔316形成在基座300的两个邻近的边缘侧边上，这两个邻近的边缘侧边与连接在腔室200的非相对侧壁上的水平传送单元400相邻。水平传送单元通孔316允许推动销单元430水平插入其中并且在不干扰基座300的上下移动的情况下移动。

如果位置固定单元320由于事故而破裂，则被水平传送单元400推动的基板10或掩模20可能相对于基准线P1和P2非对准。为了防止这种情况，可以在基座300的边缘附近的上表面上间隔地排列由陶瓷制成的多个制动器306(图5)。

位置固定单元320包括第一位置固定单元322和第二位置固定单元324，第一位置固定单元322从基座300的上表面突出，以停止基板10的水平传送，第二位置固定单元324从基座300的上表面比第一位置固定单元322更多地突出，以停止掩模20的水平传送。第一位置固定单元322的突出高度H₂等于或小于基板10的厚度t₁。第二位置固定单元324的突出高度H₃大于基板10的厚度t₁。因此，当掩模20与基板10的上表面对准时，第一位置固定单元322的上端不突出到基板10的上方。因此，有效地使基板10和掩模20互相紧密接触。

第一和第二位置固定单元322和324可以是沿着基座300的两个邻近的边缘侧边间隔开地从基座300的上表面突出的多个定位销，这两个邻近的边缘侧边不与水平传送单元400相邻。或者，第一和第二位置固定单元322和324可以是连接成在由基座300的两个邻近的边缘侧边形成的角的附近突出的多个定位块，这两个邻近的边缘侧边不与水平传送单元400相邻。

根据该实施例，沿着两个邻近的边缘侧边的每个，在基座300的上表面上设置具有圆柱形状的一对定位销，以在基座300上一共安装四个定位销。当基板10或掩模20被安装在相交方向上的水平传送单元400水平传送时，两个定位销与基板10或掩模20的每一侧边接触。因而，在基板10或掩模20的两个侧边处，基板10或掩模20被四个定位销支撑，并不可移动地固定在最终对准位置上。在最终对准位置上，基板10或掩模20的两个相邻侧边位于由位置固定单元320形成的基准线P₁和P₂上。在基座300上，第一位置固定单元322形成第一基准线P₁，第二位置固定单元324形成第二基准线P₂。

另一方面，定位块具有等效于多个定位销的整体结构。定位块具有用于与基板10或掩模20的角接触的L形横截面。定位销与基板10或掩模20的侧边形成线接触，而定位块与基板10或掩模20的两个相邻侧边形成面接触，由此实现与定位销相同的位置固定效果。当基板10或掩模20不再移动时，将基板10或掩模20确定为处于最终对准位置，在该最终对准位置上基板10或掩模20的两个相邻侧边位于由位置固定单元320形成的基准线P₁和P₂上。

在本实施例中，多个定位销和一个定位块形成在基座300上，以便分别对准基板10和掩模20。然而，不限于本实施例，可以用定位块对准基板10，可以用多个定位销对准掩模20。

水平传送单元400是与基座300的上下运动相配合地在水平方向上驱动的多级驱动单元。水平传送单元400被成对的提供，一对水平传送单元400分别连接到腔室200的两个非相对侧壁的外表面上。每个水平传送单元400包括汽缸410和推动销单元430，汽缸410包括穿过腔室200的侧壁在水平方向上往复运动的活塞420，推动销单元430连接到活塞420的一端，以便根据活塞420的水平运动来推动基板10或掩模20的侧边。这里，多级结构意味着图6所示的水平传送单元400在不同高度上水平传送并对准基板10和掩模20。

汽缸410允许活塞420在其中自由地往复运动，同时控制活塞420的驱动距离。电动汽缸、气动汽缸、水动汽缸等可用作汽缸410。在本实施例中，采用气动系统的空气汽缸，因为其安装成本低和容易维修。

在腔室200的安装汽缸410的侧壁上形成包括螺旋凹槽的汽缸连接器218。汽缸410包括对应汽缸连接器218的在其外围上的螺纹，以便与腔室200很容易地形成气密连接。此外，可以在腔室200的侧壁的外表面和汽缸410之间设置O形环480，以便增强水平传送单元400的气密性。在推动销单元430和腔室200的侧壁的内表面之间露出的活塞420的周围形成波纹管490。具有柔性体的波纹管490根据活塞420的水平移动而延伸和收缩以保护活塞420。

尽管未示出，汽缸410配备有用于调节活塞420的驱动速度的速度控制器。

连接到活塞420的一端并在腔室200的内部空间中水平移动的推动销单元430包括：推动基板10的侧边的基板推动销432、推动掩模20的侧边的掩模推动销434、以及在垂直方向使基板推动销432和掩模推动销424成直线地彼此隔开并将基板推动销432和掩模推动销434固定在它们的水平位置上的推动销固定体436。具体地说，掩模推动销434连接在推动销固定体436的一侧的上部，基板推动销单元432设置在掩模推动销434的正下方。活塞420连接到推动销固定体436的另一侧。根据上述结构，随着活塞420水平地移动，基板推动销432和掩模推动销434一起水平地移动。由于在基板10上对准的掩模20比基板10大，因此基板推动销432的水平长度L₄形成为大于掩模推动销434的水平长度L₅。

下面，将解释使用根据本实施例的基板对准装置在基板上精确地对准掩模的方法。

图6是表示用于解释根据典型实施例的基板对准方法的基板对准装置的顺序操作状态的示意图。

参见图6A，利用设置在腔室200外部的传送机械手(未示出)将基板10和掩模20送入腔室200的内部空间中。接着，将基板10和掩模20放在从腔室200的内侧壁突出的基板支托件240和掩模支托件250上，使基板10和掩模20处于初始位置以等待对准。

接下来，如图6B所示，第一次升高基座300以使基板10位于基座300的上表面上。驱动与腔室200的侧壁连接的水平传送单元400的汽缸410。因此，基板推动销432推动基板10的侧边，以使基板10的两个相邻的侧边紧密地接触从基座300的上表面突出的第一位置固定单元322，即定位销。在本实施例中，用多个定位销作为第一位置固定单元322，用定位块作为第二位置固定单元324。

汽缸410的活塞420向着基板10水平移动时，基板推动销432可以接触基板10的侧边。然而，由于基板推动销432的长度L₄大于掩模推动销434的长度L₅，因此掩模推动销434不接触掩模20的侧边。这样，根据基座300和水平传送单元400的操作，可以精确地放置基板10并使基板10与限定于基座300上的基准位置对准。当不能再推动基板10时，汽缸410的活塞420返回到其初始位置，在该初始位置推动销单元430与腔室200的内侧壁相邻。

如图6C所示，第二次升高基座300以及位于基座300的上表面上的基板10，直到基板10的上表面靠近掩模20为止。当水平驱动与腔室200的侧壁连接的水平传送单元400的汽缸410时，掩模推动销434推动掩模20的侧边，使得掩模20的一角与形成在基座300的上表面上的第二位置固定单元324即定位块接触。当掩模推动销434水平移动掩模20时，推动销固定体436进入形成在基座300上的水平传送单元通孔316。相对于掩模推动销434以长度H₁垂直分隔的基板推动销432在基座300下方水平移动。因此，掩模推动销434能够平滑地推动掩模20。当掩模20不再移动时，汽缸410的活塞420返回到与腔室200的内侧壁相邻的初始位置。由上述处理在基座300上将基板10和掩模20对准之后，第三次升高基座300，使得基板10和掩模20彼此紧密接触。

如上所述，通过根据本实施例的基板对准方法可快速且精确地在基板10上自动地对准掩模20。

下面将介绍配备有上述基板对准装置的基板处理装置。在下面的描述中，不再介绍前面已经介绍过的基板对准装置的元件。

尽管根据本实施例的基板对准装置可以应用于各种化学汽相沉积(CVD)设备，但该基板对准装置将以其在用于形成钝化层以制造OLED的等离子体增强CVD(PECVD)设备中的应用来介绍。

图7表示根据实施例的基板处理装置的内部结构。

参照图7，基板处理装置1000包括基板对准装置100和燃料供给装置500，燃料供给装置500适于将燃料输送到基板对准装置100的腔室200的内部空间中。基板对准装置100包括：具有内部空间的腔室200；在腔室200的内部空间中以垂直方向驱动的基座300，以便顺序地在基座300上放置基板10和掩模20；从基座300的上表面突出的位置固定单元320，以便形成用于对准基板10和掩模20的基准线；连接在腔室200的非相对侧壁的外表面上并延伸进入内表面的水平传送单元400，以便与基座300的上下移动相配合地推动基板10和掩模20，直到基板10和掩模20的水平传送被位置固定单元320停止为止。

适于产生等离子体的燃料供给装置500包括：设置在腔室200的内部上端的喷头510，以便向内部空间注射反应气体；围绕腔室200的外表面的高频产生单元530，以便产生高频并向腔室200内供给该高频；设置在腔室200外部的气体供给单元520，以便向喷头510供给反应气体；以及适于向高频产生单元530供给功率的功率供给单元540。

此外，在腔室200的底壁形成空气排放单元222，以便排放在反应气体和等离子体的处理期间产生的颗粒。空气排放单元222包括泵。通过腔室200的底壁在垂直地支撑基座300的基座轴310的下部安装基座驱动单元570，以便上下驱动基座轴310。

功率供给单元540还向基座驱动单元570和水平传送单元400供给功率。

控制单元共同地控制基板对准装置100的驱动和燃料供给装置500的驱动。

根据上文所述的基板对准装置、包括该基板对准装置的基板处理装置以及基板对准方法，当在基板上对准掩模时，对准余量是不必要的。而且，在不产生对准误差的情况下，可以自动地和精确地实现对准。另外，由于不需要如光学显微镜和照相机等昂贵的设备，可以降低初始设备费用。另外，容易维修和保养有助于减少成本和时间。因此，当通过各种汽相沉积法制造各种器件时，可以大大提高基板的生产率，即薄膜的生产率。

尽管前面参照具体实施例介绍了本发明，但本发明不限于此。因此，本领域技术人员很容易理解，在不脱离由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改和改变。