專利名稱：用于無機(jī)層的源和用于控制其加熱源的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于無機(jī)層的沉積源和用于控制該沉積源的加熱源的方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于無機(jī)層的沉積源，其能夠提高沉積效率，防止噴嘴的凝結(jié)，和/或通過使為達(dá)到沉積速率的穩(wěn)定所需的時間最少來精確地控制溫度，和一種用于控制這種沉積源的加熱源的方法。
背景技術(shù)：
總體而言，沉積源能夠用于各種電子部件的薄膜沉積，尤其是用于形成諸如半導(dǎo)體、LCD、有機(jī)電致發(fā)光顯示器之類電子設(shè)備和/或顯示設(shè)備的薄膜。
有機(jī)電致發(fā)光顯示器是一種電致發(fā)光顯示器，其將電子和空穴從電子注入電極(陰極)和空穴注入電極(陽極)分別注入發(fā)光層，當(dāng)由注入的電子和空穴的復(fù)合得到的激子從激發(fā)態(tài)下降到基態(tài)時而發(fā)出光線。
這里，為了使空穴和電子更容易地輸送到發(fā)光層從而提高有機(jī)電致發(fā)光顯示器的發(fā)光效率，可在陰極和發(fā)光層(有機(jī)發(fā)光層)之間設(shè)置電子輸運層(ETL)，在陽極和發(fā)光層之間設(shè)置空穴輸運層。
另外，可在陽極和空穴輸運層之間設(shè)置空穴注入層(HIL)，并且可在陰極和電子輸運層之間設(shè)置電子注入層(EIL)。
通常，有幾種在基板上形成薄膜的方法，包括物理汽相沉積法(諸如真空蒸發(fā)法、離子電鍍法和濺射法)、通過氣體反應(yīng)的化學(xué)汽相沉積法等。
在上述這些方法中，真空蒸發(fā)法主要用于形成有機(jī)電致發(fā)光設(shè)備等中的薄膜(諸如有機(jī)電致發(fā)光設(shè)備等中的金屬膜)。
在真空蒸發(fā)法中，使用間接加熱系統(tǒng)(或者感應(yīng)加熱系統(tǒng))的沉積源作為沉積源。使用該間接加熱系統(tǒng)的沉積源將坩堝內(nèi)所容納的沉積材料加熱到預(yù)定溫度。該沉積源包括用于加熱坩堝的加熱器、以及用于將從加熱的坩堝中發(fā)出的沉積材料噴射到基板上的噴嘴。
然而，上述沉積源的加熱器使用由諸如Ta、Mo和W之類相對昂貴的材料制成的金屬線型加熱源，并且由于它的線型結(jié)構(gòu)導(dǎo)致這些金屬線型加熱源的加熱效率低下。
還有，需要對從用于加熱該坩堝的加熱器(或者加熱單元)發(fā)出的熱量進(jìn)行有效的隔絕，否則該熱量可以傳遞到該沉積源的其他區(qū)域。
此外，為了加熱該坩堝以能夠達(dá)到所需的沉積速率，要對加熱單元施加電源的電力，以形成一個設(shè)定的基準(zhǔn)沉積速率對應(yīng)的升高的溫度水平。該電力一直保持下去，直到該沉積速率的擺動穩(wěn)定下來，然后在該穩(wěn)定的沉積速率的時間內(nèi)實施實際的沉積。然而，在這種沉積法中，需要大量的時間來穩(wěn)定該沉積速率，并且因為在這段時間內(nèi)沒有沉積材料沉積在基板上而使得這段時間浪費掉。
再有，由于不穩(wěn)定的熱量從加熱單元傳遞到坩堝，蒸發(fā)的沉積材料會在流向基板的同時在噴嘴上凝結(jié)，由此沉積效率會進(jìn)一步降低，因而產(chǎn)率也會減少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面提供一個用于無機(jī)層的沉積源，其能夠通過使用板型電阻加熱源來提高加熱效率，通過使用一種阻熱機(jī)構(gòu)改善冷卻效率，通過獨立地控制其上部和下部的加熱以使為達(dá)到沉積速率的穩(wěn)定所需的時間最少來提高沉積效率和/或精確地控制溫度，以及用于控制其加熱源的方法。
本發(fā)明的一個實施例提供一種用于金屬或無機(jī)層的沉積源，具有設(shè)置在沉積室內(nèi)的坩堝，用于蒸發(fā)包含于該坩堝內(nèi)的沉積材料；包括用于施加熱量到坩堝的加熱源的加熱單元；用于隔絕從加熱單元發(fā)出的熱量的殼體；用于固定坩堝的外壁；和用于噴射從該坩堝蒸發(fā)的沉積材料的噴嘴單元，其中該加熱單元包括第一單元和第二單元，該坩堝置于第一單元和第二單元之間，并且該加熱單元包括用于向第一單元供電的第一電源和用于向第二單元供電的第二電源。
這里，該加熱單元可以包括板型電阻加熱源，并且該板型電阻加熱源可以提供約400℃至900℃范圍內(nèi)的加熱溫度。
本發(fā)明的另一個實施例提供一種控制用于金屬或無機(jī)層的沉積源的加熱源的方法，該方法包括通過對適于將熱量供應(yīng)給包含有沉積材料的坩堝的上加熱單元和下加熱單元分別加熱來控制溫度；以及在該控制溫度步驟中達(dá)到升高的溫度水平之后，通過固定供應(yīng)給上加熱單元或者下加熱單元之一的電力并且通過控制供應(yīng)給上加熱單元或者下加熱單元中另一個的電力來控制沉積速率。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于無機(jī)層的沉積源的分解截面圖。
圖2是示出圖1中的加熱單元的示意圖。
圖3是示出圖1中某些結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖4是示出控制根據(jù)本發(fā)明一個實施例的加熱源的效率的曲線圖。
具體實施例方式
在下面具體的描述中，以示例的方式對本發(fā)明一些示例性的實施例進(jìn)行描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠知道，所述示例性實施例可以以各種方式改變，而不會背離本發(fā)明的精神或者范圍。因而，應(yīng)該認(rèn)為附圖和說明書其性質(zhì)是示例性的，而不是限制性的。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于無機(jī)層的沉積源100的分解截面圖，圖2是示出圖1中的加熱單元30的示意圖；而圖3是示出圖1中的某些結(jié)構(gòu)的示意圖。
沉積源100包括一個布置在沉積室(未示出)內(nèi)的坩堝10，用于蒸發(fā)包含于該坩堝10內(nèi)的蒸發(fā)材料；一個包括用于施加熱量到坩堝10的加熱源(未示出)的加熱單元30；一個用于隔絕從加熱單元30發(fā)出的熱量的殼體50；一個用于固定坩堝10的外壁70；和一個用于噴射從坩堝10蒸發(fā)出的材料的噴嘴單元90。在圖1、2和3中，加熱單元30包括一個上加熱單元30a和一個下加熱單元30b，并且將坩堝10放在上加熱單元30a和下加熱單元30b之間。加熱單元30還包括用于供應(yīng)電力給上加熱單元30a的第一電源Pa和用于供應(yīng)電力給下加熱單元30b的第二電源Pb。
坩堝10包含沉積材料，例如象LiF、Mg、Ag和/或Al之類的金屬和/或無機(jī)材料，并且加熱單元30布置在坩堝10的周圍來加熱坩堝10。
將坩堝10和加熱單元30安裝在殼體50中，而殼體50布置為隔絕從加熱單元30發(fā)出的高熱量。
將坩堝10、加熱單元30和殼體50固定在外壁70的內(nèi)部，以形成沉積源100。
此外，將噴嘴單元90穿過前述殼體50布置在外壁70的一側(cè)，以噴射從坩堝10中蒸發(fā)的沉積材料。
將上和下加熱源30a和30b分別裝在坩堝10的上部和下部。加熱單元30包括板型加熱器31。板型加熱器31是電阻加熱源，并且可以由從碳復(fù)合材料、SiC和/或石墨中選出的材料制成。如果加熱器31由從碳復(fù)合材料、SiC和/或石墨中選出的材料制成，那么材料成本就比常規(guī)的由從Ta、Mo和/或W選出的材料所制成的金屬線型加熱器的要低。此外，加熱器31因其具有板的形狀而具有改善的加熱能力。
還有，為了將熱量有效地傳遞到坩堝10，板型加熱器31比坩堝10具有更大的平面面積。為了沉積金屬和/或無機(jī)材料，加熱器31——板型電阻加熱源——提供從400℃至900℃范圍內(nèi)的加熱溫度。
將支架33和反射器35向著加熱器31的外側(cè)布置，并且更具體地說，將它們從加熱器31向著外壁70這側(cè)布置。將支架33成對布置，以便支撐位于一對支架33之間的反射器35，并且也用于對加熱器31朝著布置坩堝10的方向而支撐。
布置反射器35，以便隔絕從加熱器31朝外壁70方向發(fā)出的熱量。在圖1、2和3中，有至少兩個反射器35，并且更具體地說，存在至少四個反射器35，其中至少兩個反射器35是用于上加熱單元30a，而至少兩個反射器35是用于下加熱單元30b，以便隔絕用于加熱金屬和/或無機(jī)材料的熱量的釋放，這是因為加熱金屬和/或無機(jī)材料時需要高溫。
將絕熱部件57布置在用于支撐至少兩個反射器35的支架33的外側(cè)。絕熱部件57由石墨氈制成，并且覆蓋(或者插在)沉積源100的其中布置了坩堝10和加熱單元30的整個內(nèi)部空間。
將冷卻套59安裝在絕熱部件57的外側(cè)，并且該冷卻套59包括一條冷卻路徑，冷卻水能夠通過該路徑而循環(huán)。
還有，該冷卻套59在絕熱部件57的外側(cè)處覆蓋(或者插在)其中布置了坩堝10和加熱單元30的整個內(nèi)部空間。
在圖3中，所示的加熱單元30包括分別置于坩堝10的上部和下部的上加熱單元30a和下加熱單元30b。上加熱單元30a和下加熱單元30b分別從第一電源Pa和第二電源Pb接受電力。第一電源Pa和第二電源Pb連接至控制器C并且由控制器C控制。
在本發(fā)明的一個實施例中，對第一電源Pa和第二電源Pb進(jìn)行獨立控制。即，將第一電源Pa和第二電源Pb布置成使從第一電源Pa和第二電源Pb供應(yīng)的電力能夠由控制器C分別獨立地控制。
另外，控制器C還包括(或者耦接到)一個測量器M，用于測量從坩堝10中放出的金屬和/或無機(jī)材料的沉積速率。為了實際測量沉積速率，在一個實施例中，將該用于測量沉積速率的測量器M沿位于沉積源100中的基板(未示出)的方向布置。即，將測量器M布置在沉積裝置內(nèi)。
此外，控制器C還包括(或者耦接到)一個比較器＜，用于將通過使用用于測量該沉積速率的測量器M得到的金屬和/或無機(jī)材料的沉積速率與設(shè)定的基準(zhǔn)沉積速率進(jìn)行比較。
因而，從由控制器C所控制的第一電源Pa和第二電源Pb供應(yīng)的電力可以通過將利用測量沉積速率的測量器M獲得的實際沉積速率與所設(shè)定的基準(zhǔn)沉積速率進(jìn)行比較而受到控制，由此可以分別控制布置在坩堝10的上部的上加熱單元30a和布置在坩堝10的下部的下加熱單元30b的加熱。
以下將更具體地描述用于控制根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于無機(jī)層的沉積源的加熱源的方法。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的控制加熱源的效率的曲線圖。
該用于控制熱源的方法包括通過分別加熱用于將熱量供應(yīng)給包含有金屬和/或無機(jī)材料的坩堝10的上加熱單元30a和下加熱單元30b而控制溫度的步驟；和在控制溫度的步驟中達(dá)到升高的溫度水平之后，通過固定供應(yīng)給上加熱單元30a或者下加熱單元30b之一的電力并且通過控制供應(yīng)給上加熱單元30a和下加熱單元30b中另一個的電力而控制沉積速率的步驟。
將包含有金屬和/或無機(jī)物的坩堝10的溫度升高到金屬和/或無機(jī)材料的蒸發(fā)溫度之上，以便進(jìn)行沉積。這里，金屬和/或無機(jī)材料的蒸發(fā)溫度通過相關(guān)材料在真空狀態(tài)在沉積室(未示出)內(nèi)的蒸氣壓力曲線確定。
如圖4所示，如果將上加熱單元30a和下加熱單元30b的溫度同時升高，更具體地說，如果使施加給上加熱單元30a和下加熱單元30b的電力同時逐漸增加，那么金屬和/或無機(jī)材料在施加電力至少預(yù)定的時間段之后，即在足量的熱量傳遞到坩堝10之后蒸發(fā)。
在本發(fā)明的一個實施例中，該用于控制加熱源的方法還包括利用用于測量通過控制溫度步驟所蒸發(fā)的金屬和/或無機(jī)材料的沉積速率的測量器M測量沉積速率的步驟；和將在測量沉積速率的步驟中測得的金屬和/或無機(jī)材料的沉積速率與在控制溫度的步驟之后輸入到控制器C中的設(shè)定的基準(zhǔn)沉積速率進(jìn)行比較的步驟。
在控制溫度的步驟中上加熱單元30a和下加熱單元30b的升高的溫度水平在所測的沉積速率達(dá)到基準(zhǔn)沉積速率的10至70％的時候轉(zhuǎn)變到控制沉積速率的步驟中；即，控制沉積速率的步驟在控制-轉(zhuǎn)變步驟之后進(jìn)行，以便能夠固定供應(yīng)給上加熱單元30a或者下加熱單元30b之一的電力，并且能夠控制施加給上加熱單元30a或者下加熱單元30b中另一個的電力。
與當(dāng)所測沉積速率達(dá)到基準(zhǔn)沉積速率的100％時才將供應(yīng)給加熱單元的電力固定的方法不同，控制-轉(zhuǎn)變步驟(例如通過控制加熱單元來控制沉積速率)在所測沉積速率達(dá)到基準(zhǔn)沉積速率的10至70％時進(jìn)行的理由是為了減少用于穩(wěn)定沉積速率所需的穩(wěn)定時間。即，考慮到該升高的溫度的熱驅(qū)動力以及由此帶來沉積速率的過量，所需的沉積速率可以通過在達(dá)到基準(zhǔn)沉積速率的100％之前進(jìn)行該控制-轉(zhuǎn)變步驟而更快地達(dá)到。因而，包含在坩堝10內(nèi)的金屬和/或無機(jī)材料的耗費可以減小。
在一個實施例中，在通過固定上加熱單元30a的加熱溫度和通過控制下加熱單元30b的加熱溫度，更具體地說，通過利用沉積速率而控制下加熱單元30b的加熱溫度來控制沉積速率的步驟中驅(qū)動該沉積裝置。
利用沉積速率來控制下加熱單元30b的加熱溫度的理由在于，坩堝10所容納的金屬和/或無機(jī)材料會在坩堝10的下部中表現(xiàn)為沉淀劑，因此應(yīng)該直接控制施加給下加熱單元30b的熱量。因此，通過利用沉積速率來控制下加熱單元30b的加熱溫度，本發(fā)明的一個實施例能夠?qū)崿F(xiàn)對沉積速率更精確的控制。另外，固定上加熱單元30a中的電力，因此傳遞給蒸發(fā)的金屬/或無機(jī)材料的熱量可防止金屬/或無機(jī)材料在蒸發(fā)的材料蒸發(fā)到基板上時凝結(jié)在噴嘴90上。
這里，對上加熱單元30a的加熱可以通過控制而進(jìn)行，即，通過適當(dāng)?shù)乜刂普舭l(fā)的金屬/或無機(jī)材料的沉積速率，金屬/或無機(jī)材料可以避免當(dāng)它們流向基板的時候由于低溫造成的凝結(jié)，這是由于當(dāng)沉積材料蒸發(fā)的時候足量的熱量傳遞到蒸發(fā)的金屬/或無機(jī)材料。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于無機(jī)層的沉積源以及用于控制該沉積源的加熱源的方法，可以利用板型電阻加熱源來提高加熱效率，以及通過獨立地控制坩堝的上部和下部的加熱而提高沉積效率和精確地控制溫度，以使為達(dá)到穩(wěn)定的沉積速率所需的時間最少。
盡管對本發(fā)明的某些示例性實施例進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)會理解，本發(fā)明不限于所公開的實施例，相反，本發(fā)明意在覆蓋包含在所附權(quán)利要求及其等同替換的精神和范圍內(nèi)的各種修改。
權(quán)利要求
1.一種用于金屬或無機(jī)層的沉積源，包括坩堝，用于蒸發(fā)包含于該坩堝內(nèi)的沉積材料；加熱單元，包括用于施加熱量到該坩堝的加熱源；殼體，用于隔絕從該加熱單元發(fā)出的熱量；其中該加熱單元包括第一單元和第二單元，該坩堝置于第一單元和第二單元之間，并且其中該加熱單元包括用于向第一單元供電的第一電源和用于向第二單元供電的第二電源。
2.如權(quán)利要求1所述的用于金屬或無機(jī)層的沉積源，還包括一個用于控制第一電源和第二電源的控制器。
3.如權(quán)利要求2所述的用于金屬或無機(jī)層的沉積源，其中該控制器獨立地分別控制第一電源和第二電源。
4.如權(quán)利要求2所述的用于金屬或無機(jī)層的沉積源，其中該控制器還包括一個測量器，用于測量從該坩堝中蒸發(fā)的沉積材料的沉積速率。
5.如權(quán)利要求4所述的用于金屬或無機(jī)層的沉積源，還包括一個比較器，用于將沉積材料的沉積速率與設(shè)定的基準(zhǔn)沉積速率進(jìn)行比較。
6.如權(quán)利要求1所述的用于金屬或無機(jī)層的沉積源，其中該加熱單元包括板型電阻加熱源。
7.如權(quán)利要求6所述的用于金屬或無機(jī)層的沉積源，其中該板型電阻加熱源包括從由碳復(fù)合材料、SiC、石墨及其組合構(gòu)成的組中選出的材料。
8.如權(quán)利要求6所述的用于金屬或無機(jī)層的沉積源，其中該板型電阻加熱源提供約400℃至900℃范圍內(nèi)的加熱溫度。
9.如權(quán)利要求1所述的用于金屬或無機(jī)層的沉積源，還包括位于該加熱單元的一部分和該殼體的一部分之間的反射器，用于防止熱量從該加熱源傳遞到殼體方向。
10.如權(quán)利要求9所述的用于金屬或無機(jī)層的沉積源，還包括外壁，用于固定坩堝；和噴嘴單元，用于噴射從該坩堝中蒸發(fā)的沉積材料，其中所述反射器包括至少兩個反射器。
11.一種用于控制用于金屬或無機(jī)層的沉積源的加熱源的方法，該方法包括通過對適于將熱量供應(yīng)給包含有沉積材料的坩堝的上加熱單元和下加熱單元分別加熱來控制溫度；以及在所述控制溫度步驟中達(dá)到升高的溫度水平之后，通過固定供應(yīng)給該上加熱單元或者下加熱單元之一的電力并且通過控制供應(yīng)給該上加熱單元或者下加熱單元中另一個的電力來控制沉積速率。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中該控制溫度步驟之后，該方法還包括測量通過所述控制溫度步驟所蒸發(fā)的沉積材料的測得沉積速率；和將該測得的沉積速率與設(shè)定的基準(zhǔn)沉積速率相比較。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括當(dāng)該測得的沉積速率達(dá)到該設(shè)定的基準(zhǔn)沉積速率的10至70％時，將所述控制溫度步驟控制-轉(zhuǎn)變到所述控制沉積速率步驟。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述控制沉積速率的步驟包括固定該上加熱單元的加熱溫度并且控制該下加熱單元的加熱溫度。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該下加熱單元的加熱溫度是利用該測得的沉積速率來控制的。
16.一種用于控制用于金屬或無機(jī)層的沉積源的加熱源的方法，該方法包括通過將適于對包含有沉積材料的坩堝供應(yīng)熱量的第一加熱單元和第二加熱單元分別加熱來控制溫度；和在所述控制溫度步驟中達(dá)到升高的溫度水平之后，通過固定供應(yīng)給第一加熱單元的電力并且通過控制供應(yīng)給第二加熱單元的電力來控制沉積速率。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括測量通過所述控制溫度步驟所蒸發(fā)的沉積材料的測得沉積速率；和將該測得的沉積速率與設(shè)定的基準(zhǔn)沉積速率進(jìn)行比較。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中當(dāng)該測得的沉積速率達(dá)到該設(shè)定的基準(zhǔn)沉積速率的約10至70％時，將該控制溫度步驟轉(zhuǎn)變至該控制沉積速率步驟。
19.如權(quán)利要求16的方法，其中該第一加熱單元是上加熱單元，第二加熱單元是下加熱單元。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中該下加熱單元的加熱溫度是利用該測得的沉積速率來控制的。
全文摘要
本發(fā)明公開用于無機(jī)層的沉積源和用于控制其熱源的方法，通過使為達(dá)到穩(wěn)定的沉積速率所需的時間最少，能夠提高沉積效率、防止噴嘴的凝結(jié)，和/或精確地控制溫度。該沉積源包括具有用于施加熱量到該坩堝的加熱源的加熱單元，用于隔絕從加熱單元發(fā)出的熱量的殼體；用于固定坩堝的外壁；和用于噴射從坩堝中蒸發(fā)的沉積材料的噴嘴單元。該加熱單元包括第一單元和第二單元。該坩堝置于第一單元和第二單元之間，并且該加熱單元包括用于向第一單元供電的第一電源和用于向第二單元供電的第二電源。
文檔編號C23C14/54GK1924081SQ200610112370
公開日2007年3月7日 申請日期2006年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月31日
發(fā)明者鄭珉在, 金度根, 崔永默 申請人:三星Sdi株式會社