CN222544647U - 一种oled蒸镀膜层厚度在线测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及OLED显示器件制造技术领域，公开了一种OLED蒸镀膜层厚度在线测量装置，装置包括真空腔室，设于真空腔室内的测量镜头、基板、蒸镀膜层、腔室对位机构、静电吸盘和辅助顶PIN，以及设于真空腔室外的光谱仪和光源；所述蒸镀膜层沉积在基板上，基板支撑在腔室对位机构上，所述测量镜头位于蒸镀膜层的下方，所述光谱仪和光源通过光纤与测量镜头连接，所述静电吸盘用于吸附基板，所述辅助顶PIN用于顶升基板。本实用新型可以在线测量出每一片蒸镀膜层的厚度，并且采用静电吸盘吸附基板的背面，将玻璃基板完全吸平后，再完成后蒸镀膜的厚度测量，解决了基板由于重力下垂导致SR无法测量的问题。

Description

一种OLED蒸镀膜层厚度在线测量装置

技术领域

本实用新型涉及OLED显示器件制造技术领域，具体涉及一种OLED蒸镀膜层厚度在线测量装置。

背景技术

蒸镀工艺作为OLED面板显示行业的核心工艺，其对整个面板的生产良率起着决定性的作用，蒸镀机的作用是将发光材料、其他功能性材料采用加热的方式在超高真空的环境中蒸发到目标基板的特定的位置，由于OLED发光的特殊原理，沉积在基板上的薄膜特别薄，薄膜厚度约在：0.1nm—12nm之间，并且沉积薄膜在基板上的准确性对于OLED发光器件尤为重要，如何在生产工艺中控制薄膜的膜厚的准确性和稳定性是器件成功的最重要的因素。

由于OLED发光器件采用的发光材料和功能材料都极易被水，氧或者其他气体所氧化，故行业都采用光学非接触性的方法测量薄膜的厚度。成熟的方法为采用椭偏仪(SE)测量薄膜厚度，SE测量原理为入射光经过45°照射薄膜的表面，透过薄膜后被基底反射回来的光以45°出射到镜头，光经过薄膜后，光波的相位角发生变化，其变化的大小是薄膜厚度的函数，可以通过拟合的方式得到薄膜的厚度。所以，SE的测量方式需要两个45°镜头才能完成光谱信息的采集，并且测量时要求被测量物体必须放置在大理石工作台面上，而设备的震动也会影响测量的精度，故传统的采用SE测量，必须制作一个精密的测量设备，该设备为了保护被测量的产品不被水、氧或者其他的气体成分所影响，又由于测量环境需要尽量少的震动，故不能采用超高真空的氛围，只能采用纯氮气环境或者其他的惰性气体环境，这也就导致采用SE测量需要付出极大的成本。

同时由于薄膜沉积采用的是真空环境，测量采用的是SE设备氮气环境，故产品在测量前腔室交互时，需进行腔室氛围的更换，这就决定了产品测量一次需要很长时间，所以目前的解决方案是对沉积的膜厚只进行抽检，并不能在线监测每一片产品的膜厚，有极大的可能导致不良品的发生。

公开号为CN115702485A的发明专利公开了通过处理腔室壁内的透明晶体和透明基板进行薄膜原位测量的方案，该方案可实时监测沉积膜的厚度，但是对于OLED显示面板制作过程中使用的大尺寸基板来说，基板由于自身重量下垂出现的变形，导致测量过程不再是理想的镜面反射，会出现测量镜头无法测量的问题，影响测量的准确性。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题和缺陷，本实用新型提供了一种OLED蒸镀膜层厚度在线测量装置，采用反射光谱法实现OLED面板蒸镀膜层厚度的检测，并且采用静电吸盘解决基板由于重量下垂变形的问题，将测量单元集成在真空腔室中，可实现每张产品的膜厚检测。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型的技术方案如下：

本实用新型提供了一种OLED蒸镀膜层厚度在线测量装置，所述装置主要包括：真空腔室，所述真空腔室内设置有测量镜头、基板和蒸镀膜层，真空腔室外设置有测量镜头连接的光谱仪和光源；其中，所述蒸镀膜层沉积在基板上，测量镜头位于蒸镀膜层的下方，所述光谱仪和光源通过光纤与腔室内的测量镜头连接；进一步地，所述装置还包括：

设置在真空腔室内用于支撑基板的腔室对位机构；

设置在真空腔室内用于吸附基板的静电吸盘；以及，

设置在真空腔室内用于顶升基板的辅助顶PIN。

所述辅助顶PIN将腔室对位机构上的基板向上顶升至与上方的静电吸盘接触，吸盘吸附基板的背面；在测试过程中，所述测量镜头将来自光源的光束垂直入射至蒸镀膜层的测量点位上，并且接受薄膜表面反射的光以及基板表面反射的光，将其聚焦后通过光纤传输至腔室外的光谱仪中，进一步地，所述光谱仪将光谱的信号强度转换成电信号后，通过通信线传输至与其连接的计算机等数据处理设备，得到蒸镀膜层的厚度值。

作为本实用新型一种优选地方案，所述辅助顶PIN设置在腔室对位机构上。

作为本实用新型一种优选地方案，所述测量镜头位于腔室对位机构上。

作为本实用新型一种优选地方案，所述静电吸盘设置有ESC对位机构，所述静电吸盘对位机构的输出端伸入所述真空腔室与所述静电吸盘连接。

作为本实用新型一种优选地方案，所述ESC对位机构的输出端与真空腔室之间设置有磁流体密封单元。

作为本实用新型一种优选地方案，所述真空腔室上设置有供光纤穿过的光纤馈通耦合法兰。

作为本实用新型一种优选地方案，所述装置还包括吸盘控制器，所述静电吸盘通过控制线与真空腔室外的吸盘控制器连接，并且真空腔室的壳体上设置有供控制线穿过的真空馈通法兰。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型将测量镜头设置在与沉积环境相同的真空腔室中，不需要进行腔室内氛围的更换，可以在线测量出每一片蒸镀膜层的厚度，降低了成本，且减少了测量时间。

2、本实用新型采用静电吸盘吸附基板的背面，将玻璃基板完全吸平后，ESC对位机构携带基板进行对位，对位完成后即可实现蒸镀膜厚度的在线测量，解决了基板由于重力下垂变形导致测量镜头无法测量的问题。

附图说明

本实用新型的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：

图1为本实用新型在线测量装置示意图；

图2-图5为本实用新型辅助顶PIN顶升以及静电吸盘吸附基板过程示意图；

图6-图7为本实用新型基板复位过程示意图。

图中：

1、真空腔室；2、腔室对位机构；3、测量镜头；4、基板；5、光谱仪；6、辅助顶PIN；7、静电吸盘；8、ESC对位机构；9、磁流体密封单元；10、光纤馈通耦合法兰；11、吸盘控制器；12、真空馈通法兰；13、数据处理设备。

具体实施方式

由于OLED发光器件采用的发光材料和功能材料都极易被水，氧或者其他气体所氧化，故行业都采用光学非接触性的方法测量薄膜的厚度，成熟的方法为采用椭偏仪(SE)测量薄膜厚度，SE测量原理为入射光经过45°照射薄膜的表面，透过薄膜后被基底反射回来的光以45°出射到镜头，光经过薄膜后，光波的相位角发生变化，其变化的大小是薄膜厚度的函数，可以通过拟合的方式得到薄膜的厚度，所以SE的测量方式需要两个45°镜头才能完成光谱信息的采集，并且测量时要求被测量物体必须放置在大理石工作台面上，并且设备的震动也会影响测量的精度，传统的采用SE测量，必须制作一个精密的测量设备，该设备为了保护被测量的产品不被水、氧或者其他的气体成分所影响，又由于测量环境需要尽量少的震动，故不能采用超高真空的氛围，只能采用纯氮气环境或者其他的惰性气体环境。这就导致采用SE测量需要付出极大的成本。

同时由于薄膜沉积采用的是真空环境，测量采用的是SE设备氮气环境，故产品在测量前腔室交互时，需进行腔室氛围的更换，这就决定了产品测量一次需要很长时间，所以目前的解决方案是对沉积的膜厚只进行抽检，并不能在线监测每一片产品的膜厚，有极大的可能导致不良品的发生。

基于此，本实用新型提出了一种新的OLED蒸镀膜层厚度在线测量装置，本实用新型采用垂直光入射的方法，光源输出的检测光束垂直90°入射到薄膜的表面，光透过薄膜表面后，在基底面光被反射回来，通过光谱仪分析得到薄膜反射光和基底的反射光的耦合光光谱信息，可以拟合出薄膜的膜厚度，详细理论可参考反射光谱法测量薄膜原理。由于其采用的是90°的光信号传输，可以将入射光和反射光镜头集成在一起，通过设计镜头机构将镜头集成在真空腔室中，最后通过光纤将真空腔室中测量镜头得到的光谱信号传送到真空腔室外的光谱仪，便可进行膜厚的拟合。

本实用新型采用反射光谱法实现OLED面板行业蒸镀膜层厚度的检测，并且通过采用静电吸盘（下称ESC）解决基板由于重量下垂的问题，将测量单元集成在真空腔室中，可实现每张产品的膜厚检测，具体方案如下：

参照说明书附图1所示，为本实用新型公开内容的一个方面的示例测量装置的结构示意图，所述装置主要包括真空腔室1，设于真空腔室1内测量镜头3、基板4和蒸镀膜层，以及设置在真空腔室1外的光谱仪和光源；其中，所述蒸镀膜层沉积在基板4上，测量镜头3位于蒸镀膜层的正下方，所述光谱仪5和光源通过光纤与腔室内的测量镜头3连接；更进一步地，所述测量装置还包括：

腔室对位机构2，所述腔室对位机构2设置在真空腔室1内，用于支撑沉积有蒸镀膜层的基板4；

静电吸盘6，所述静电吸盘6设置在真空腔室1内，并且位于基板4的上方，用于吸附所述基板4；

辅助顶PIN7，所述辅助顶PIN7设置在真空腔室1内，并且位于基板4的下方，用于顶升腔室对位机构2上支撑的所述基板4。

在所描绘的实施方式中，腔室对位机构2通过顶面设置的四个顶柱采用四点支撑的方式分别与基板4的四角处接触，进而支撑固定所述基板4。

在所描绘的实施方式中，所述测量镜头3和辅助顶PIN 7设置在腔室对位机构2上；其中，辅助顶PIN7分布在基板4的四角处。

在本实用新型各种实施方式中，所述光源与光谱仪5可以采用一体式结构封装在一起，形成一个整体，也可以是单独的结构，本实用新型不做特别的限定。

在本实用新型各种实施方式中，所述腔室对位机构2通常还具有位移调节功能，能够调节其上支撑的基板4在腔室中的位置，从而实现对位的效果。所述位移调节包括前后和左右的水平位移调节以及竖直方向的竖直位移调节。需要说明的是，所述腔室对位机构2可以采用现有的三维运动平台来实现其位移调节功能，三维运动平台为现有技术，在此不再详细展开。在所描绘的实施方式中，腔室对位机构2通常安装在真空腔室1的底壁上。

在本实用新型中，因为蒸镀工艺多采用由下而上的沉积方式，所以测量镜头3安装在蒸镀膜层的正下方，镜头的作用为将光源的出射光通过镜头调焦后准确的入射到基板上膜层的测量点位上，并将光谱的反射光信息通过镜头又传输到光谱仪中，光谱仪将光谱的信号强度转换成电信号后，传输到电脑端，通过相关的膜厚拟合算法拟合光谱强度信号，即可得到蒸镀膜层的厚度值。在所描绘的实施方式中，所述膜厚拟合算法拟合光谱强度信号为现有技术，在此不再详细展开。

进一步地，在本实用新型中，由于测量镜头3处于真空腔室1中，而光谱仪5和光源都位于大气环境中，故需要采用真空密封法兰，通过光纤馈通，实现光谱信号的传递。也就是说，在本实用新型中，所述真空腔室1的侧壁上设置有供光纤穿过的光纤馈通耦合法兰10，光纤穿过该法兰后与腔室内的测量镜头3连接。

更进一步地，在本实用新型中，所述静电吸盘6通常安装在腔室的顶壁上，通过控制线与真空腔室1外的吸盘控制器11连接，并且真空腔室1的顶壁上设置有供控制线穿过的真空馈通法兰12。

在本实用新型中，为了更好且更准确的实现膜层厚度的测量，使光源输出的出射光束能够正确入射至薄膜的测量点位上，所述静电吸盘还设置有ESC对位机构8，对位机构的输出端伸入所述真空腔室1中与所述静电吸盘6连接。所述ESC对位机构8能够调节静电吸盘6在腔室内前后和左右水平位移调节，竖直方向的竖直位移调节以及带动静电吸盘6在水平内转动，进而调节其角度，最终实现基板4对位的效果。

在一些实施例中，所述ESC对位机构8的输出端与真空腔室之间设置有磁流体密封单元9。磁流体密封单元9的功能是将旋转运动传递到密封容器内，常用于真空密封。

在本实用新型中，特别地为了降低成本，增加产能，一般基板的尺寸越大越好，通常采用玻璃作为基板，并且玻璃基板很薄，由于玻璃的中间是膜层的显示区域，不能直接接触，所以在玻璃边缘位置留出空白区域，将基板水平放置在腔室对位机构2的顶柱上，但是由于基板无法在正面做支撑，故玻璃是存在变形的。然而对于反射光测量膜厚的原理来说，反射光必须垂直照射，才能接受到光谱信号，故本实用新型采用静电吸盘6吸附基板的背面（未沉积有蒸镀膜层的那一面），将玻璃基板完全吸平后，ESC对位机构8携带基板进行对位，对位完成后即可实现测量。

参照说明书附图2-7，为测量装置具体的测量过程示意图，在测试时，主要的过程如下：

步骤1.参照说明书附图2所示，将产品从工艺腔室搬入真空腔室1内，在腔室中的腔室对位机构2进行对位，对位过程中，ESC（静电吸盘6）下降。

步骤2.参照说明书附图3所示，此时辅助顶PIN7上升将玻璃基板顶起和ECS接触，ESC通电，开始吸附玻璃基板。

特别的需要注意的是：ESC吸附基板时只能通过一边慢慢的将玻璃向上吸附，如果吸附过程中，先吸附玻璃的两边，在吸附的过程中玻璃基板由于两边向中间变形，会造成玻璃碎片。

步骤3.参照说明书附图4所示，辅助顶PIN7下降，ESC吸附玻璃基板一起进行对位。

步骤4.参照说明书附图5所示，ESC对位完成后，测量镜头4采集光信号并通过光纤将信号传输给光谱仪进行测量。

步骤5.完成测量后，辅助顶PIN7上升接回玻璃基板，在此过程中，两侧的顶PIN可以同时上升动作。

步骤6.静电吸盘6上升，设备承接机台对位，等待玻璃基板搬出。

经过上述流程，在测量过程中，光源输出的检测光束通过测量镜头垂直入射至薄膜表面，然后反射回来的反射光也是垂直照射在测量镜头中的，因此可以解决由于大尺寸基板在重力作用下下垂变形导致测量镜头无法接受光信号，而出现的无法测量的问题。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、 “安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式上的阻碍，凡是依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种OLED蒸镀膜层厚度在线测量装置，包括：真空腔室（1），设于真空腔室（1）内的测量镜头（3）、基板（4）和蒸镀膜层，以及设于真空腔室（1）外的光谱仪（5）和光源；其中，所述蒸镀膜层沉积在基板（4）上，测量镜头（3）位于蒸镀膜层的下方，所述光谱仪（5）和光源通过光纤与测量镜头（3）连接，其特征在于，还包括：

设置在真空腔室（1）内用于支撑基板（4）的腔室对位机构（2）；

设置在真空腔室（1）内用于吸附基板（4）的静电吸盘（6）；以及，

设置在真空腔室（1）内用于顶升基板（4）的辅助顶PIN（7）。

2.根据权利要求1所述的一种OLED蒸镀膜层厚度在线测量装置，其特征在于，所述辅助顶PIN（7）设置在腔室对位机构（2）上。

3.根据权利要求1所述的一种OLED蒸镀膜层厚度在线测量装置，其特征在于，所述测量镜头（3）位于腔室对位机构（2）上。

4.根据权利要求1所述的一种OLED蒸镀膜层厚度在线测量装置，其特征在于，所述静电吸盘（6）设置有ESC对位机构（8），所述ESC对位机构（8）的输出端伸入所述真空腔室（1）与所述静电吸盘（6）连接。

5.根据权利要求4所述的一种OLED蒸镀膜层厚度在线测量装置，其特征在于，所述ESC对位机构（8）的输出端与真空腔室（1）之间设置有磁流体密封单元（9）。

6.根据权利要求1所述的一种OLED蒸镀膜层厚度在线测量装置，其特征在于，所述真空腔室（1）上设置有供光纤穿过的光纤馈通耦合法兰（10）。

7.根据权利要求1所述的一种OLED蒸镀膜层厚度在线测量装置，其特征在于，所述静电吸盘（6）通过控制线与真空腔室（1）外的吸盘控制器（11）连接，真空腔室（1）与控制线之间设置有真空馈通法兰（12）。