CN1924081A - 用于无机层的源和用于控制其加热源的方法 - Google Patents

用于无机层的源和用于控制其加热源的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开用于无机层的沉积源和用于控制其热源的方法，通过使为达到稳定的沉积速率所需的时间最少，能够提高沉积效率、防止喷嘴的凝结，和/或精确地控制温度。该沉积源包括：具有用于施加热量到该坩埚的加热源的加热单元，用于隔绝从加热单元发出的热量的壳体；用于固定坩埚的外壁；和用于喷射从坩埚中蒸发的沉积材料的喷嘴单元。该加热单元包括第一单元和第二单元。该坩埚置于第一单元和第二单元之间，并且该加热单元包括用于向第一单元供电的第一电源和用于向第二单元供电的第二电源。

Description

用于无机层的源和用于控制其加热源的方法
相关申请的引用
本申请要求于2005年8月31日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2005-0080996的优先权和利益，这里将其全部内容按引用并入此文。
技术领域
本发明涉及一种用于无机层的沉积源和用于控制该沉积源的加热源的方法，更具体地说，本发明涉及一种用于无机层的沉积源，其能够提高沉积效率，防止喷嘴的凝结，和/或通过使为达到沉积速率的稳定所需的时间最少来精确地控制温度，和一种用于控制这种沉积源的加热源的方法。
背景技术
总体而言，沉积源能够用于各种电子部件的薄膜沉积，尤其是用于形成诸如半导体、LCD、有机电致发光显示器之类电子设备和/或显示设备的薄膜。
有机电致发光显示器是一种电致发光显示器，其将电子和空穴从电子注入电极(阴极)和空穴注入电极(阳极)分别注入发光层，当由注入的电子和空穴的复合得到的激子从激发态下降到基态时而发出光线。
这里，为了使空穴和电子更容易地输送到发光层从而提高有机电致发光显示器的发光效率，可在阴极和发光层(有机发光层)之间设置电子输运层(ETL)，在阳极和发光层之间设置空穴输运层。
另外，可在阳极和空穴输运层之间设置空穴注入层(HIL)，并且可在阴极和电子输运层之间设置电子注入层(EIL)。
通常，有几种在基板上形成薄膜的方法，包括物理汽相沉积法(诸如真空蒸发法、离子电镀法和溅射法)、通过气体反应的化学汽相沉积法等。
在上述这些方法中，真空蒸发法主要用于形成有机电致发光设备等中的薄膜(诸如有机电致发光设备等中的金属膜)。
在真空蒸发法中，使用间接加热系统(或者感应加热系统)的沉积源作为沉积源。使用该间接加热系统的沉积源将坩埚内所容纳的沉积材料加热到预定温度。该沉积源包括用于加热坩埚的加热器、以及用于将从加热的坩埚中发出的沉积材料喷射到基板上的喷嘴。
然而，上述沉积源的加热器使用由诸如Ta、Mo和W之类相对昂贵的材料制成的金属线型加热源，并且由于它的线型结构导致这些金属线型加热源的加热效率低下。
还有，需要对从用于加热该坩埚的加热器(或者加热单元)发出的热量进行有效的隔绝，否则该热量可以传递到该沉积源的其他区域。
此外，为了加热该坩埚以能够达到所需的沉积速率，要对加热单元施加电源的电力，以形成一个设定的基准沉积速率对应的升高的温度水平。该电力一直保持下去，直到该沉积速率的摆动稳定下来，然后在该稳定的沉积速率的时间内实施实际的沉积。然而，在这种沉积法中，需要大量的时间来稳定该沉积速率，并且因为在这段时间内没有沉积材料沉积在基板上而使得这段时间浪费掉。
再有，由于不稳定的热量从加热单元传递到坩埚，蒸发的沉积材料会在流向基板的同时在喷嘴上凝结，由此沉积效率会进一步降低，因而产率也会减少。
发明内容
本发明的一个方面提供一个用于无机层的沉积源，其能够通过使用板型电阻加热源来提高加热效率，通过使用一种阻热机构改善冷却效率，通过独立地控制其上部和下部的加热以使为达到沉积速率的稳定所需的时间最少来提高沉积效率和/或精确地控制温度，以及用于控制其加热源的方法。
本发明的一个实施例提供一种用于金属或无机层的沉积源，具有：设置在沉积室内的坩埚，用于蒸发包含于该坩埚内的沉积材料；包括用于施加热量到坩埚的加热源的加热单元；用于隔绝从加热单元发出的热量的壳体；用于固定坩埚的外壁；和用于喷射从该坩埚蒸发的沉积材料的喷嘴单元，其中该加热单元包括第一单元和第二单元，该坩埚置于第一单元和第二单元之间，并且该加热单元包括用于向第一单元供电的第一电源和用于向第二单元供电的第二电源。
这里，该加热单元可以包括板型电阻加热源，并且该板型电阻加热源可以提供约400℃至900℃范围内的加热温度。
本发明的另一个实施例提供一种控制用于金属或无机层的沉积源的加热源的方法，该方法包括：通过对适于将热量供应给包含有沉积材料的坩埚的上加热单元和下加热单元分别加热来控制温度；以及在该控制温度步骤中达到升高的温度水平之后，通过固定供应给上加热单元或者下加热单元之一的电力并且通过控制供应给上加热单元或者下加热单元中另一个的电力来控制沉积速率。
附图说明
图1是示出根据本发明一个实施例的用于无机层的沉积源的分解截面图。
图2是示出图1中的加热单元的示意图。
图3是示出图1中某些结构的示意图。
图4是示出控制根据本发明一个实施例的加热源的效率的曲线图。
具体实施方式
在下面具体的描述中，以示例的方式对本发明一些示例性的实施例进行描述。本领域技术人员能够知道，所述示例性实施例可以以各种方式改变，而不会背离本发明的精神或者范围。因而，应该认为附图和说明书其性质是示例性的，而不是限制性的。
图1是示出根据本发明一个实施例的用于无机层的沉积源100的分解截面图，图2是示出图1中的加热单元30的示意图；而图3是示出图1中的某些结构的示意图。
沉积源100包括一个布置在沉积室(未示出)内的坩埚10，用于蒸发包含于该坩埚10内的蒸发材料；一个包括用于施加热量到坩埚10的加热源(未示出)的加热单元30；一个用于隔绝从加热单元30发出的热量的壳体50；一个用于固定坩埚10的外壁70；和一个用于喷射从坩埚10蒸发出的材料的喷嘴单元90。在图1、2和3中，加热单元30包括一个上加热单元30a和一个下加热单元30b，并且将坩埚10放在上加热单元30a和下加热单元30b之间。加热单元30还包括用于供应电力给上加热单元30a的第一电源Pa和用于供应电力给下加热单元30b的第二电源Pb。
坩埚10包含沉积材料，例如象LiF、Mg、Ag和/或Al之类的金属和/或无机材料，并且加热单元30布置在坩埚10的周围来加热坩埚10。
将坩埚10和加热单元30安装在壳体50中，而壳体50布置为隔绝从加热单元30发出的高热量。
将坩埚10、加热单元30和壳体50固定在外壁70的内部，以形成沉积源100。
此外，将喷嘴单元90穿过前述壳体50布置在外壁70的一侧，以喷射从坩埚10中蒸发的沉积材料。
将上和下加热源30a和30b分别装在坩埚10的上部和下部。加热单元30包括板型加热器31。板型加热器31是电阻加热源，并且可以由从碳复合材料、SiC和/或石墨中选出的材料制成。如果加热器31由从碳复合材料、SiC和/或石墨中选出的材料制成，那么材料成本就比常规的由从Ta、Mo和/或W选出的材料所制成的金属线型加热器的要低。此外，加热器31因其具有板的形状而具有改善的加热能力。
还有，为了将热量有效地传递到坩埚10，板型加热器31比坩埚10具有更大的平面面积。为了沉积金属和/或无机材料，加热器31——板型电阻加热源——提供从400℃至900℃范围内的加热温度。
将支架33和反射器35向着加热器31的外侧布置，并且更具体地说，将它们从加热器31向着外壁70这侧布置。将支架33成对布置，以便支撑位于一对支架33之间的反射器35，并且也用于对加热器31朝着布置坩埚10的方向而支撑。
布置反射器35，以便隔绝从加热器31朝外壁70方向发出的热量。在图1、2和3中，有至少两个反射器35，并且更具体地说，存在至少四个反射器35，其中至少两个反射器35是用于上加热单元30a，而至少两个反射器35是用于下加热单元30b，以便隔绝用于加热金属和/或无机材料的热量的释放，这是因为加热金属和/或无机材料时需要高温。
将绝热部件57布置在用于支撑至少两个反射器35的支架33的外侧。绝热部件57由石墨毡制成，并且覆盖(或者插在)沉积源100的其中布置了坩埚10和加热单元30的整个内部空间。
将冷却套59安装在绝热部件57的外侧，并且该冷却套59包括一条冷却路径，冷却水能够通过该路径而循环。
还有，该冷却套59在绝热部件57的外侧处覆盖(或者插在)其中布置了坩埚10和加热单元30的整个内部空间。
在图3中，所示的加热单元30包括分别置于坩埚10的上部和下部的上加热单元30a和下加热单元30b。上加热单元30a和下加热单元30b分别从第一电源Pa和第二电源Pb接受电力。第一电源Pa和第二电源Pb连接至控制器C并且由控制器C控制。
在本发明的一个实施例中，对第一电源Pa和第二电源Pb进行独立控制。即，将第一电源Pa和第二电源Pb布置成使从第一电源Pa和第二电源Pb供应的电力能够由控制器C分别独立地控制。
另外，控制器C还包括(或者耦接到)一个测量器M，用于测量从坩埚10中放出的金属和/或无机材料的沉积速率。为了实际测量沉积速率，在一个实施例中，将该用于测量沉积速率的测量器M沿位于沉积源100中的基板(未示出)的方向布置。即，将测量器M布置在沉积装置内。
此外，控制器C还包括(或者耦接到)一个比较器＜，用于将通过使用用于测量该沉积速率的测量器M得到的金属和/或无机材料的沉积速率与设定的基准沉积速率进行比较。
因而，从由控制器C所控制的第一电源Pa和第二电源Pb供应的电力可以通过将利用测量沉积速率的测量器M获得的实际沉积速率与所设定的基准沉积速率进行比较而受到控制，由此可以分别控制布置在坩埚10的上部的上加热单元30a和布置在坩埚10的下部的下加热单元30b的加热。
以下将更具体地描述用于控制根据本发明一个实施例的用于无机层的沉积源的加热源的方法。
图4是示出根据本发明一个实施例的控制加热源的效率的曲线图。
该用于控制热源的方法包括：通过分别加热用于将热量供应给包含有金属和/或无机材料的坩埚10的上加热单元30a和下加热单元30b而控制温度的步骤；和在控制温度的步骤中达到升高的温度水平之后，通过固定供应给上加热单元30a或者下加热单元30b之一的电力并且通过控制供应给上加热单元30a和下加热单元30b中另一个的电力而控制沉积速率的步骤。
将包含有金属和/或无机物的坩埚10的温度升高到金属和/或无机材料的蒸发温度之上，以便进行沉积。这里，金属和/或无机材料的蒸发温度通过相关材料在真空状态在沉积室(未示出)内的蒸气压力曲线确定。
如图4所示，如果将上加热单元30a和下加热单元30b的温度同时升高，更具体地说，如果使施加给上加热单元30a和下加热单元30b的电力同时逐渐增加，那么金属和/或无机材料在施加电力至少预定的时间段之后，即在足量的热量传递到坩埚10之后蒸发。
在本发明的一个实施例中，该用于控制加热源的方法还包括：利用用于测量通过控制温度步骤所蒸发的金属和/或无机材料的沉积速率的测量器M测量沉积速率的步骤；和将在测量沉积速率的步骤中测得的金属和/或无机材料的沉积速率与在控制温度的步骤之后输入到控制器C中的设定的基准沉积速率进行比较的步骤。
在控制温度的步骤中上加热单元30a和下加热单元30b的升高的温度水平在所测的沉积速率达到基准沉积速率的10至70％的时候转变到控制沉积速率的步骤中；即，控制沉积速率的步骤在控制-转变步骤之后进行，以便能够固定供应给上加热单元30a或者下加热单元30b之一的电力，并且能够控制施加给上加热单元30a或者下加热单元30b中另一个的电力。
与当所测沉积速率达到基准沉积速率的100％时才将供应给加热单元的电力固定的方法不同，控制-转变步骤(例如通过控制加热单元来控制沉积速率)在所测沉积速率达到基准沉积速率的10至70％时进行的理由是为了减少用于稳定沉积速率所需的稳定时间。即，考虑到该升高的温度的热驱动力以及由此带来沉积速率的过量，所需的沉积速率可以通过在达到基准沉积速率的100％之前进行该控制-转变步骤而更快地达到。因而，包含在坩埚10内的金属和/或无机材料的耗费可以减小。
在一个实施例中，在通过固定上加热单元30a的加热温度和通过控制下加热单元30b的加热温度，更具体地说，通过利用沉积速率而控制下加热单元30b的加热温度来控制沉积速率的步骤中驱动该沉积装置。
利用沉积速率来控制下加热单元30b的加热温度的理由在于，坩埚10所容纳的金属和/或无机材料会在坩埚10的下部中表现为沉淀剂，因此应该直接控制施加给下加热单元30b的热量。因此，通过利用沉积速率来控制下加热单元30b的加热温度，本发明的一个实施例能够实现对沉积速率更精确的控制。另外，固定上加热单元30a中的电力，因此传递给蒸发的金属/或无机材料的热量可防止金属/或无机材料在蒸发的材料蒸发到基板上时凝结在喷嘴90上。
这里，对上加热单元30a的加热可以通过控制而进行，即，通过适当地控制蒸发的金属/或无机材料的沉积速率，金属/或无机材料可以避免当它们流向基板的时候由于低温造成的凝结，这是由于当沉积材料蒸发的时候足量的热量传递到蒸发的金属/或无机材料。
如上所述，根据本发明一个实施例的用于无机层的沉积源以及用于控制该沉积源的加热源的方法，可以利用板型电阻加热源来提高加热效率，以及通过独立地控制坩埚的上部和下部的加热而提高沉积效率和精确地控制温度，以使为达到稳定的沉积速率所需的时间最少。
尽管对本发明的某些示例性实施例进行了描述，但是本领域技术人员应会理解，本发明不限于所公开的实施例，相反，本发明意在覆盖包含在所附权利要求及其等同替换的精神和范围内的各种修改。

Claims (20)

1.一种用于金属或无机层的沉积源，包括：
坩埚，用于蒸发包含于该坩埚内的沉积材料；
加热单元，包括用于施加热量到该坩埚的加热源；
壳体，用于隔绝从该加热单元发出的热量；
其中该加热单元包括第一单元和第二单元，该坩埚置于第一单元和第二单元之间，并且其中该加热单元包括用于向第一单元供电的第一电源和用于向第二单元供电的第二电源。
2.如权利要求1所述的用于金属或无机层的沉积源，还包括一个用于控制第一电源和第二电源的控制器。
3.如权利要求2所述的用于金属或无机层的沉积源，其中该控制器独立地分别控制第一电源和第二电源。
4.如权利要求2所述的用于金属或无机层的沉积源，其中该控制器还包括一个测量器，用于测量从该坩埚中蒸发的沉积材料的沉积速率。
5.如权利要求4所述的用于金属或无机层的沉积源，还包括一个比较器，用于将沉积材料的沉积速率与设定的基准沉积速率进行比较。
6.如权利要求1所述的用于金属或无机层的沉积源，其中该加热单元包括板型电阻加热源。
7.如权利要求6所述的用于金属或无机层的沉积源，其中该板型电阻加热源包括从由碳复合材料、SiC、石墨及其组合构成的组中选出的材料。
8.如权利要求6所述的用于金属或无机层的沉积源，其中该板型电阻加热源提供约400℃至900℃范围内的加热温度。
9.如权利要求1所述的用于金属或无机层的沉积源，还包括位于该加热单元的一部分和该壳体的一部分之间的反射器，用于防止热量从该加热源传递到壳体方向。
10.如权利要求9所述的用于金属或无机层的沉积源，还包括外壁，用于固定坩埚；和
喷嘴单元，用于喷射从该坩埚中蒸发的沉积材料，
其中所述反射器包括至少两个反射器。
11.一种用于控制用于金属或无机层的沉积源的加热源的方法，该方法包括：
通过对适于将热量供应给包含有沉积材料的坩埚的上加热单元和下加热单元分别加热来控制温度；以及
在所述控制温度步骤中达到升高的温度水平之后，通过固定供应给该上加热单元或者下加热单元之一的电力并且通过控制供应给该上加热单元或者下加热单元中另一个的电力来控制沉积速率。
12.如权利要求11所述的方法，其中该控制温度步骤之后，该方法还包括：
测量通过所述控制温度步骤所蒸发的沉积材料的测得沉积速率；和
将该测得的沉积速率与设定的基准沉积速率相比较。
13.如权利要求12所述的方法，还包括当该测得的沉积速率达到该设定的基准沉积速率的10至70％时，将所述控制温度步骤控制-转变到所述控制沉积速率步骤。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述控制沉积速率的步骤包括固定该上加热单元的加热温度并且控制该下加热单元的加热温度。
15.如权利要求14所述的方法，其中该下加热单元的加热温度是利用该测得的沉积速率来控制的。
16.一种用于控制用于金属或无机层的沉积源的加热源的方法，该方法包括：
通过将适于对包含有沉积材料的坩埚供应热量的第一加热单元和第二加热单元分别加热来控制温度；和
在所述控制温度步骤中达到升高的温度水平之后，通过固定供应给第一加热单元的电力并且通过控制供应给第二加热单元的电力来控制沉积速率。
17.如权利要求16所述的方法，还包括：
测量通过所述控制温度步骤所蒸发的沉积材料的测得沉积速率；和
将该测得的沉积速率与设定的基准沉积速率进行比较。
18.如权利要求17所述的方法，其中当该测得的沉积速率达到该设定的基准沉积速率的约10至70％时，将该控制温度步骤转变至该控制沉积速率步骤。
19.如权利要求16的方法，其中该第一加热单元是上加热单元，第二加热单元是下加热单元。
20.如权利要求19所述的方法，其中该下加热单元的加热温度是利用该测得的沉积速率来控制的。
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Open date: 20070307