JP4648868B2 - 無機蒸着源の加熱源制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、無機蒸着源の加熱源制御方法に関し、より詳細には、蒸着率安定化到達時間を最小化して蒸着効率を高めてノズルの凝縮現象を防止し、精緻な温度制御が可能になるようにした無機蒸着源の加熱源制御方法に関する。
一般に、蒸着源が具備された蒸着装置は、各種電子部品の薄膜蒸着に利用され、特に半導体、ＬＣＤ、有機電界表示装置等の電子装置及び表示装置の薄膜形成に主に使用される。
前記有機電界発光表示装置は、電子注入電極（Ｃａｔｈｏｄｅ）と、正孔注入電極（Ａｎｏｄｅ）からそれぞれ電子と正孔を発光層（Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）内部に注入し、注入された電子と正孔が結合した励起子（Ｅｘｉｔｏｎ）が励起状態から基底状態に落ちる時に発光する発光表示装置である。
ここで、有機電界発光表示装置の発光効率を高めるために、正孔と電子を発光層に、より円滑に輸送すべきであり、このために、陰極と有機発光層の間に電子輸送層（ＥＴＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｌａｙｅｒ）が配置されることが可能であり、陽極と有機発光層の間に正孔輸送層が配置されうる。
また、陽極と正孔輸送層の間に正孔注入層（ＨＩＬ：Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）が配置されることが可能であり、陰極と電子輸送層の間に電子注入層（ＥＩＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）が配置されることが可能である。
基板に薄膜を形成する一般的な方法では、真空蒸着法（Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）と、イオンプレーティング法（Ｉｏｎ−ｐｌａｔｉｏｎ）及びスパッタリング法（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）のような物理蒸着法（ＰＶＤ）と、ガス反応による化学気相蒸着法（ＣＶＤ）などがある。この中で、有機電界発光素子の金属膜等の薄膜形成には真空蒸着法が主に利用される。
この真空蒸着法に使用される蒸着源では、間接加熱方式（または誘導加熱方式）の蒸着源が使われている。この間接加熱方式は、るつぼに収容された蒸着物質を所定温度（例えば、Ａｌの場合１２００℃程度）で加熱する装置が要求され、この装置は、前記るつぼを加熱するためにヒータと、加熱されたるつぼから放出される蒸着物質が基板へ噴射されるようにノズル部とが具備される。
しかし、このような蒸着源は、加熱源としてＴａ、Ｍｏ、Ｗのような金属系列の扇形加熱源を適用していて、コストが増大され、また扇形の構造を持つので加熱効率が低いという問題点があった。
また、前記るつぼを加熱するための加熱部から放出された熱が蒸着源の他の部位に伝達されることにより、効率的な遮蔽が要求されているのが現状である。さらに、前記るつぼを加熱して要求される蒸着率に到逹するためには、前記加熱部に設定された目標蒸着率まで電源を印加して昇温させた後、蒸着率の変動が安定化される範囲まで待機してある程度安定した蒸着率を見せる範囲で実際の蒸着を行う必要がある。このため、蒸着率が安定化されるまで相当な時間が必要となり、しかも、この時間の間蒸着物質が基板上に蒸着されずに消耗して無駄になるという問題点があった。
また、前記加熱部の前記るつぼへの一定でない熱伝逹によって蒸着物質が蒸発されて前記基板に向かう間、前記ノズル部上に凝縮されて蒸着効率が低下し、製品歩留まりが低下するという問題点があった。
一方、前記従来の無機蒸着源及びこれの加熱源制御方法に関する技術を記載した文献としては、下記特許文献１等がある。
韓国特許登録第０３５０５３８号明細書
本発明は、前記のような従来の問題点を解決するために案出されたもので、例えば板状の抵抗加熱源を使って加熱効率増大をはかって、熱遮蔽手段を通じて冷却効率が向上して、上部及び下部それぞれの加熱を例えば独立的に制御することにより、蒸着率安定化到達時間を最小化して蒸着効率を高めてノズル部凝縮現象を防止して精緻な温度制御が可能になるようにした無機蒸着源の加熱源制御方法を提供することにその目的がある。
本発明による無機蒸着源の加熱源制御方法は、金属または無機物質が含有されたるつぼの上部及び下部にそれぞれ位置され前記るつぼに熱を供給する上部加熱部及び下部加熱部をそれぞれ加熱する温度制御段階と、前記温度制御段階で昇温がなされた後、前記上部加熱部に供給される電力を固定させ、前記下部加熱部に供給される電力を制御することにより蒸着率の制御を行う蒸着率制御段階と、を含み、前記温度制御段階の後、前記温度制御段階を通じて蒸発された前記金属または無機物質の蒸着率を測定する蒸着率測定段階と、前記蒸着率測定段階で測定された前記金属または無機物質の蒸着率と設定された目標蒸着率を比較する蒸着率比較段階と、前記測定された蒸着率が、前記設定された目標蒸着率の１００％に到達する前に前記蒸着率制御段階に変換される制御変換段階と、をさらに含んでなる。
ここで、前記温度制御段階の後、前記温度制御段階を通じて蒸発された前記金属または無機物質の蒸着率を測定する蒸着率測定段階と、前記蒸着率測定段階で測定された前記金属または無機物質の蒸着率と設定された目標蒸着率を比較する蒸着率比較段階と、がさらに含まれてなることが望ましく、さらに望ましくは、前記測定された蒸着率が前記設定された目標蒸着率の１０〜７０％に到達した時に前記蒸着率制御段階に変換される制御変換段階がさらに含まれてなる。
上述したように、本発明による無機蒸着源の加熱源制御方法によれば、例えば板状の抵抗加熱源を使って加熱効率増大をはかり、熱遮蔽手段を通じて冷却効率が向上し、上部及び下部それぞれの加熱を例えば独立的に制御することにより、蒸着率安定化到達時間を最小化して蒸着効率を高めてノズル部の凝縮現象を防止し、精緻な温度制御が可能となる。
以下、本発明による無機蒸着源の望ましい実施形態を添付された図面を参照して詳しく説明する。
図１は、本発明の望ましい実施形態による無機蒸着源の断面図、図２は、図１の加熱部を概略的に示す断面図、図３は、図１の構造を概略的に示す図である。
本発明の望ましい実施形態による無機蒸着源１００は、蒸着チャンバ（図示せず）内に配置されて含有された金属または無機物質を蒸発させるためのるつぼ１０、このるつぼ１０に熱を供給するための加熱源（図示せず）を含む加熱部３０、この加熱部３０から放出される熱を遮蔽するためのハウジング５０、るつぼ１０を安着させる外壁７０、及びるつぼ１０から蒸発された物質を噴射するためのノズル部９０を具備しており、このような無機蒸着源１００において、加熱部３０はるつぼ１０の上部及び下部に位置され、上部加熱部３０ａに電力を供給するための第１電力源Ｐａ及び下部加熱部３０ｂに電力を供給するための第２電力源Ｐｂが設けられて構成されることを特徴とする。
るつぼ１０は蒸着物質、すなわち、ＬｉＦ、Ｍｇ、Ａｇ、Ａｌのような金属または無機物質が収容され得るもので、このるつぼ１０を加熱するためにるつぼ１０の周辺に加熱部３０が配置される。
ハウジング５０は、加熱部３０から放出される高温の熱を遮断するために、またるつぼ１０及び加熱部３０をその内部に収納するために構成される。
るつぼ１０、加熱部３０及びハウジング５０は、外壁７０によってその内部に安着されており、外壁７０は蒸着源１００の実質的な外形を構成する。
この外壁７０のいずれか片面には、るつぼ１０から蒸発される蒸着物質を噴射するためのノズル部９０が設けられ、上述したハウジング５０のいずれか片面にノズル部９０が貫通されている。
加熱部３０は、るつぼ１０の上部及び下部にそれぞれ設置される。この加熱部３０は板状のヒータ３１を含む。この板状のヒータ３１は抵抗加熱源であり、炭素複合材、ＳｉＣ、グラファイトの中のいずれか一つからなる。このような炭素複合材、ＳｉＣ、またはグラファイトからなるヒータ３１は、従来のＴａ、Ｍｏ、Ｗのような金属系列の扇形ヒータより材料費がさらに低廉で板状で構成されているので、さらに高い加熱能力を有する。
また、るつぼ１０への効率的な熱伝逹のために板状のヒータ３１は、るつぼ１０の平面投影面積よりさらに大きい面積で形成される。金属または無機物質を蒸着するために、板状の抵抗加熱源であるヒータ３１の加熱温度範囲は４００〜９００℃である。
ヒータ３１の外側、すなわち、ヒータ３１から外壁７０側には支持台３３及びリフレクター３５が設けられる。支持台３３は、一対を成してその間にリフレクター３５を支持するとともに、るつぼ１０の側にヒータ３１を支持する。
リフレクター３５は、ヒータ３１から外壁７０方向に放出される熱を遮蔽するために設けられる。一般に、金属または無機物質を加熱するためには、高温の熱が要求されるので、これを遮蔽するためにリフレクター３５は２セット以上設けられる。すなわち、上部または下部の一つの加熱部３０に対してリフレクター３５が２セット以上設置される。
２セット以上のリフレクター３５を支持する支持台３３の外側、すなわち、外壁７０側には断熱材５７が設けられ、この断熱材５７はグラファイトフェルト（ｇｒａｐｈｉｔｅ ｆｅｌｔ）からなり、蒸着源１００内でるつぼ１０と加熱部３０が配置される内部空間を全面的に環包する。
この断熱材５７の外側には冷却ジャケット部５９が設けられる。図面には示されなかったが、冷却ジャケット部５９には冷却水路が形成されて構成され、この冷却水路を通じて冷却水が流動されることで冷却がなされる。
上述された断熱材５７と同様に、冷却ジャケット部５９もまた断熱材５７外側でるつぼ１０と加熱部３０が配置される内部空間を全面的に環包する。
加熱部３０はるつぼ１０の上部３０ａ及び下部３０ｂにそれぞれ構成される。上部加熱部３０ａ及び下部加熱部３０ｂはそれぞれ第１電力源Ｐａ及び第２電力源Ｐｂから電力の供給を受け、この第１電力源Ｐａ及び第２電力源Ｐｂは、制御部Ｃによって制御されるように連結構成される。
望ましくは、第１電力源Ｐａ及び第２電力源Ｐｂは、制御部Ｃを通じてそれぞれ独立的に制御されるように、すなわち、それぞれの電力供給が独立的になされるように構成される。また、制御部Ｃはるつぼ１０から放出される金属または無機物質の蒸着率を測定する手段（図示せず）をさらに具備する。前記蒸着率測定手段は、蒸着源１００のノズル部９０前方、すなわち、蒸着装置内に配置される蒸着源１００から基板（図示せず）方向に合わせて配置されることが実際の蒸着率測定において望ましい。
さらに、制御部Ｃには前記蒸着率測定手段を通じて得られた金属または無機物質の蒸着率とその自主的に設定された目標蒸着率を比較する手段がさらに含まれる。したがって、前記蒸着率測定手段を通じて獲得した実質蒸着率と設定された目標蒸着率の比較を通じて制御部Ｃによって制御される第１電力源Ｐａ及び第２電力源Ｐｂの電力供給を制御し、これにより、つぼ１０の上部に構成された上部加熱部３０ａ及び下部に構成された下部加熱部３０ｂの加熱を独立的に制御するようになる。
以下、本発明による無機蒸着源の加熱源制御方法の望ましい実施形態を添付された図面を参照して詳しく説明する。
図４は、本発明の望ましい実施形態による無機蒸着源の加熱源制御方法の効果を示すグラフである。
本発明による無機蒸着源の加熱源制御方法は、金属または無機物質が含有されたるつぼ１０に熱を供給する上部加熱部３０ａ及び下部加熱部３０ｂをそれぞれ加熱する温度制御段階と、前記温度制御段階で昇温がなされた後、上部加熱部３０ａ及び下部加熱部３０ｂの中の何れか一つに供給される電力を固定させ、他の一つに供給される電力を制御する蒸着率制御段階と、を含んでなる。
金属または無機物質を蒸着するために、これを含むるつぼ１０は金属または無機物質の蒸発温度以上に昇温される。この時金属または無機物質の蒸発温度は、蒸着チャンバ（図示せず）の真空度によって該当物質の蒸気圧曲線によって定義される。
図４に示されたように、上部加熱部３０ａ及び下部加熱部３０ｂを同時に昇温させれば、すなわち、上部加熱部３０ａ及び下部加熱部３０ｂに印加される電力を同時に漸次的に増加させれば、ある程度以上の電力印加、つまり、るつぼ１０への十分な熱伝逹が起きた後に金属または無機物質が蒸発し始める。なお、図４中の「ｕｐｐｅｒ ｐｏｒｔｉｏｎ」は上部加熱部３０ａに印加される電力を示し、「ｌｏｗｅｒ ｐｏｒｔｉｏｎ」は下部加熱部３０ｂに印加される電力を示す。
望ましくは、温度制御段階の後に、これを通じて蒸発された金属または無機物質の蒸着率を蒸着率測定手段を通じて測定する蒸着率測定段階が遂行され、この測定された蒸着率が制御部Ｃに入力された要求される目標蒸着率と比較される比較段階が遂行される。
温度制御段階を通じた上部加熱部３０ａ及び下部加熱部３０ｂの昇温は、実質蒸着率が目標蒸着率値の１０〜７０％に到達される時に蒸着率制御段階、すなわち、上部加熱部３０ａ及び下部加熱部３０ｂの中の何れか一つへの印加電力を固定させて、他の一つへの印加電力を制御するように、制御変換段階を経て蒸着率制御段階に変換される。
実質蒸着率が目標蒸着率値段の１０〜７０％に到達した時に制御変換段階を遂行する理由は、既存の目標蒸着率値の１００％到達の時に印加電力を固定させる方法とは違って、目標蒸着率値の１０〜７０％範囲で加熱手段を制御することで、蒸着率が安定化される安定化時間をさらに減らすためである。すなわち、熱駆動力による昇温及びこれによる過剰蒸着率を勘案して目標蒸着率値の１００％以前の範囲において制御変換段階を遂行することにより、要求される蒸着率にさらに早い時間に到達することができ、これによってるつぼ１０内に収容される金属または無機物質を節減することができる。
望ましくは、蒸着率制御段階では、上部加熱部３０ａの加熱温度を固定させて、下部加熱部３０ｂの加熱を制御、より詳細には、蒸着率制御によって駆動させる。
下部加熱部３０ｂを蒸着率制御によって駆動させる理由は、るつぼ１０内に収容される金属または無機物質がるつぼ１０の下部に沈積された状態で存在するので、これに相対的にさらに直接加熱される下部加熱部３０ｂを制御して加熱することで、蒸着率のさらに精緻な制御が可能である。この時、上部加熱部３０ａは固定された電力を印加して蒸発された金属または無機物質に十分な熱が伝達されるので、蒸着物質が蒸発されて基板に向かう間にノズル部９０などで低温による凝縮を防止することができる。
以上添付した図面を参照して本発明について詳細に説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということを理解することができる。
１０ るつぼ、
３０ａ 上部加熱部、
３０ｂ 下部加熱部、
５０ ハウジング、
７０ 外壁、
９０ ノズル部、
１００ 無機蒸着源、
Ｃ 制御部、
Ｐａ 第１電力源、
Ｐｂ 第２電力源。
３０ａ 上部加熱部、
３０ｂ 下部加熱部、
５０ ハウジング、
７０ 外壁、
９０ ノズル部、
１００ 無機蒸着源、
Ｃ 制御部、
Ｐａ 第１電力源、
Ｐｂ 第２電力源。
Claims (2)
- 金属または無機物質が含有されたるつぼの上部及び下部にそれぞれ位置され前記るつぼに熱を供給する上部加熱部及び下部加熱部をそれぞれ加熱する温度制御段階と、
前記温度制御段階で昇温がなされた後、前記上部加熱部に供給される電力を固定させ、前記下部加熱部に供給される電力を制御することにより蒸着率の制御を行う蒸着率制御段階と、
を含み、
前記温度制御段階の後、前記温度制御段階を通じて蒸発された前記金属または無機物質の蒸着率を測定する蒸着率測定段階と、
前記蒸着率測定段階で測定された前記金属または無機物質の蒸着率と設定された目標蒸着率を比較する蒸着率比較段階と、
前記測定された蒸着率が、前記設定された目標蒸着率の１００％に到達する前に前記蒸着率制御段階に変換される制御変換段階と、をさらに含んでなることを特徴とする無機蒸着源の加熱源制御方法。 - 前記制御変換段階は、前記測定された蒸着率が、前記設定された目標蒸着率の１０〜７０％に到達した時に前記蒸着率制御段階に変換されることを特徴とする請求項１に記載の無機蒸着源の加熱源制御方法。
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