专利名称：沉积有机层的装置和控制该装置的加热单元的方法
技术领域：
本发明涉及用于沉积有机层的装置以及用于控制该装置的加热源的方法。更具体地说，本发明致力于用于沉积有机层的装置，其能够通过使稳定沉积速率所需的时间最少来提高沉积效率、防止喷嘴的凝结、并且控制温度。
背景技术：
总体而言，使用沉积装置将薄膜沉积在各种电子部件上。特别是，使用此沉积装置在诸如半导体、LCD、有机电致发光显示器等电子设备和显示器上形成薄膜。
有机电致发光显示器是一种电致发光显示器，其从电子注入电极(阴极)和空穴注入电极(阳极)将电子和空穴分别注入发光层。当激子——注入的电子和空穴的复合——从激发态下降到基态时发出光线。
为了提高有机电致发光显示器的发光效率，要将空穴和电子输送到发光层。为此，可在阴极和有机发光层之间设置电子输运层(ETL)，在阳极和有机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，薄膜是通过诸如真空蒸发法、离子电镀法和溅射法之类的物理汽相沉积法在基板上形成的。然而，薄膜也可以通过化学汽相沉积法或者通过气体反应法形成。
真空蒸发法用于形成有机电致发光设备等中的诸如金属膜这样的薄膜。
在真空蒸发法中使用间接加热系统(或者感应加热系统)。在这种系统中，沉积材料被置于坩埚中，并且使用间接加热系统将该沉积材料加热到预定的温度。该装置还包括用于加热坩埚的加热器、以及用于将从加热的坩埚中放出的沉积材料喷射到基板上的喷嘴。
然而，由于使用的是线型金属加热源，诸如Ta、Mo和W，因此这些间接加热系统昂贵，并且这些线型结构产生的加热效率低下。
还有，由于为加热坩埚而从加热单元发出的热量传递到该装置的其他区域，因此需要对加热单元进行有效隔绝。
此外，为了实现加热坩埚所需的沉积速率，要按照一个设定的基准沉积速率将电力施加到加热单元上，以升高温度。该加热单元一直按照这个基准沉积速率而持续加热，直到该沉积速率稳定下来。沉积是在该沉积速率稳定之后并且在该沉积速率是稳定的时间内进行的。然而，这种沉积法需要过多的时间来稳定该沉积速率，这增加了在基板上沉积材料所需的时间量。
再有，沉积材料由于不稳定的热量传递到坩埚而蒸发。这些蒸发的沉积材料在流向基板的同时凝结在喷嘴上，由此降低了沉积效率并且减少了产率。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷。
在本发明的一个实施例中，一种用于沉积有机层的装置使用板型电阻加热源来提高加热效率。该沉积装置也通过独立地控制对容纳沉积材料的坩埚的上部和下部的加热来提高沉积效率并改善温度控制，由此使稳定沉积速率所需的时间最少。
在一个实施例中，该沉积装置包括设置于沉积室内的坩埚。该坩埚容纳将要在加热期间蒸发的材料。该沉积装置还包括加热单元，其包括用于施加热量到该坩埚的第一和第二热源；用于隔绝从该加热单元发出的热量的壳体；用于固定该坩埚的外壁；和用于将从该坩埚蒸发的材料喷射到基板上的喷嘴。该加热单元包括用于对坩埚上部加热的第一热源和用于对坩埚下部加热的第二热源。该加热单元还包括用于向第一热源供电的第一电源和用于向第二热源供电的第二电源。
该沉积装置还可以包括一个用于控制该加热单元的第一和第二电源的控制器。该控制器能够独立地控制第一和第二电源。
在另一个实施例中，该控制器包括一个用于测量从该坩埚中蒸发的有机材料的沉积速率的传感器单元。该控制器还可以包括一个用于将该有机材料的沉积速率与设定的基准沉积速率进行比较的传感器单元。
该加热单元可以包括板型电阻加热源，其可以选自包括碳复合材料、SiC和石墨的组中。该电阻加热源具有从约150℃至约500℃范围内的加热温度。
该沉积装置还可以包括至少一个位于外壁和壳体之间的反射器。该反射器用来防止热量从热源传递到外壁。在一个实施例中，该沉积装置包括两个反射器或者更少。
在本发明的另一个实施例中，一种用于控制该沉积装置的加热单元的方法，包括通过独立地控制该加热单元的第一和第二热源来控制温度，该加热单元加热容纳沉积材料的坩埚。该方法还包括在达到所需温度之后，通过固定供给第一和第二热源之一的电力并且调整供给第一和第二热源中另一个的电力来控制沉积速率。
在控制温度之后，测量所蒸发的有机材料的沉积速率并且将其与设定的基准沉积速率进行比较。然后在所测的沉积速率达到所设定的基准沉积速率的10至70％时控制该沉积速率。
为了控制沉积速率，固定第二热源的温度并且调整第一热源的温度。这里，第二热源的温度低于容纳于该坩埚内的有机材料的玻璃态转变温度(Tg)，并且调整第一热源的温度以控制沉积速率。
图1是根据本发明一个实施例的沉积装置的截面图。
图2是图1中沉积装置的加热单元的示意图。
图3是图1中沉积装置的示意图。
具体实施例方式
图1示出根据本发明一个实施例的用于沉积有机层的装置，图2示出用于图1的装置中的加热单元。图3示意性地示出图1中装置的结构。
根据本发明一个实施例，用于沉积有机层100的装置包括置于沉积室(未示出)内的坩埚10，该坩埚容纳沉积材料。该装置100还包括加热单元30，其包括用于将热量施加到坩埚10的第一和第二热源30a和30b(示于图3中)。提供一个壳体50，用来隔绝从加热单元30中发出的热量。外壁70固定坩埚10，喷嘴90将从坩埚10中蒸发的材料喷射到基板(未示出)上。加热单元30包括置于坩埚10的上部附近的第一热源30a和置于坩埚10的下部附近的第二热源30b。加热单元30还包括用于向第一热源30a供电的第一电源Pa和用于向第二热源30b供电的第二电源Pb。
坩埚10容纳沉积材料，例如有机材料，而加热单元30的第一热源30a和第二热源30b置于坩埚10周围，以加热坩埚10。
壳体50容纳坩埚10和加热单元，并且将该壳体50放置成，使它能够隔绝从加热单元30发出的热量。
坩埚10、加热单元30和壳体50固定在外壁70里，外壁70构成沉积装置100的边界。
喷嘴90置于外壁70的一侧，并且用于将从坩埚10蒸发的沉积材料喷射到基板上。喷嘴90从外壁70一侧延伸穿过壳体50。
第一热源30a置于坩埚10的上部附近，并且第二热源30b置于坩埚10的下部附近。热源30a和30b可以包括板型加热器31，如图2所示。板型加热器31可以是电阻加热源。用于本发明的合适的电阻加热源的非限制性例子包括碳复合材料、SiC和石墨。这些材料比常规的使用Ta、Mo和W的线型金属加热器要便宜得多。另外，板型加热器具有改善的加热能力。
板型加热器31比坩埚10具有更大的平面面积，这使得热量能够有效地传递到坩埚10。板型电阻加热器31产生约150℃至约500℃范围内的加热温度来沉积有机材料。
支架33和反射器35布置在装置100的外壁70与加热器31之间。成对提供支架33，用于支撑反射器35，并且用于支撑在坩埚10周围的加热器31。
反射器35用来隔绝从加热器31发出的热量并且防止热量被导向外壁70。通常，该装置包括两个或者两个以下的反射器35，即两个反射器每个用于第一热源30a和第二热源30b。
绝热单元38布置为与用于支撑反射器35的支架33相对，也即绝热单元38置于外壁70和支架33之间。然而，这些绝热单元38可以省去，这取决于加热温度和反射器35的热隔绝效率。
第一热源30a置于坩埚10的上部附近，而第二热源30b置于坩埚10的下部附近。第一热源30a从第一电源Pa接受电力，而第二热源30b从第二电源Pb接受电力。第一电源Pa和第二电源Pb连接到控制器C，使得控制器能够独立地控制每个电源。
控制器C包括一个用于测量从坩埚10放出的有机材料的沉积速率的传感器单元(未示出)。该用于测量沉积速率的传感器单元可以置于基板(未示出)附近，而基板通常置于喷嘴90的前面。控制器C还可以包括一个用于比较所测沉积速率与设定的基准沉积速率的传感器单元。
利用这种配置，供给第一电源Pa和第二电源Pb的电力可以通过将所测得的沉积速率与所设定的基准沉积速率进行比较而得到控制。在将所测得的沉积速率与所设定的基准沉积速率比较之后，可以对供给第一热源30a和第二热源30b的电力进行相应的调整。
在本发明的另一个实施例中，一种用于控制用于沉积有机层的装置的加热单元的方法，包括通过独立地加热第一热源30a和第二热源30b来控制温度。第一热源30a和第二热源30b将热量供应给坩埚10，坩埚10容纳要沉积的有机材料。该方法还包括通过固定供给第一热源30a和第二热源30b之一的电力并且调整供给另一个热源的电力直到达到所需的温度，以此控制沉积速率。
将坩埚10加热到比容纳于该坩埚内的有机材料的蒸发温度更高的温度。有机材料的蒸发温度由该材料在真空中所测的蒸气压力曲线确定。
如果同时将第一热源30a和第二热源30b的温度升高(即，如果施加给第一热源30a和第二热源30b的电力同时逐渐增加)，那么有机材料将在足够的热量传递到坩埚10之后蒸发。
该方法可以进一步包括在温度得到控制后测量沉积速率。然后可以将所测得的沉积速率与输到控制器C中的所设定的基准沉积速率进行比较。
在所测得的沉积速率达到该基准沉积速率的10至70％时，利用第一热源30a和第二热源30b的升高的温度——其是在温度已经得到控制后产生的——来控制沉积速率。为了控制沉积速率，使供给第一热源30a和第二热源30b之一的电力固定，并且对供给第一和第二热源中另一个热源的电力进行相应的调整。
为了减少稳定该沉积速率所需的时间，在所测得的沉积速率达到基准沉积速率的10至70％时，通过控制供应给坩埚的热量来控制沉积速率。常规的方法是在所测的沉积速率达到基准沉积速率的100％时才稳定沉积速率，因而需要比本发明的方法多得多的时间。根据本发明，由热驱动力所获得的升高的温度提供一个更快的沉积速率，由此通过在要控制的沉积速率达到基准沉积速率的100％之前控制该沉积速率，从而能够更快地达到所需的沉积速率。因而，有机材料的成本，包括坩埚10在内，可以得到减少。
通过固定第二热源30b的温度并且调整第一热源30a的温度来控制沉积速率，从而驱动沉积装置并且沉积速率得到控制。
固定第二热源30b的温度，使得坩埚中的有机材料沉淀到坩埚10的下部。如果热量过多地供应给坩埚10内的有机材料，那么有机材料的性质可能改变。
常规的有机材料对温度敏感，并且它们的物理特性在达到玻璃态转变温度Tg时可能会改变。因而，第二热源30b的温度比坩埚10内有机材料的玻璃态转变温度Tg要低。
调整第一热源30a的温度，以控制有机材料的沉积速率。例如，调整第一热源30a的温度，以防止有机材料在流向基板时在低温下凝结。为了防止这种情况发生，将足够的热量传递到有机材料并且将这些材料蒸发。
如上所述，根据本发明的用于沉积有机层的装置以及用于控制其加热源的方法，通过使用板型电阻加热源而提高了加热效率。该装置和方法还通过独立地控制坩埚的上部和下部的温度而提高了沉积效率，由此使为稳定该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可以理解，在不背离所附权利要求所限定的本发明的原则、精神和范围的情况下，可以对所述实施例进行改变。
权利要求
1.一种用于沉积有机层的装置，该装置包括坩埚，适于容纳蒸发材料，加热单元，包括用于施加热量到该坩埚的第一和第二热源，其中第一热源置于该坩埚的第一侧附近，第二热源置于该坩埚的第二侧附近，壳体，用于隔绝从该加热单元发出的热量。
2.根据权利要求1所述的装置，其中该加热单元还包括用于向第一热源供电的第一电源和用于向第二热源供电的第二电源。
3.根据权利要求2所述的装置，还包括一个用于控制第一和第二电源的控制器。
4.根据权利要求3所述的装置，其中该控制器独立地控制第一和第二电源。
5.根据权利要求3所述的装置，其中该控制器还包括一个用于测量从该坩埚中蒸发的材料的沉积速率的传感器单元。
6.根据权利要求3所述的装置，其中该控制器还包括一个用于比较所测得的沉积速率与设定的基准沉积速率的传感器单元。
7.根据权利要求1所述的装置，其中第一和第二热源每个包括板型电阻加热源。
8.根据权利要求7所述的装置，其中该板型电阻加热源选自包括碳复合材料、SiC和石墨的组中。
9.根据权利要求7所述的装置，其中该板型电阻加热源具有从约150℃至约500℃范围内的加热温度。
10.根据权利要求1所述的装置，还包括位于所述加热源和壳体之间的反射器，其中该反射器防止热量从第一和第二热源传递到该壳体。
11.根据权利要求1至12中任一项所述的装置，还包括外壁，用于固定该坩埚，和喷嘴，用于将容纳于该坩埚内的材料喷射到基板上。
12.一种用于控制权利要求1至12中任一项的装置的加热单元的方法，该方法包括通过操作第一和第二热源来控制坩埚的温度；和通过固定供给第一和第二热源之一的电量并且调整供给第一和第二热源中另一个的电量来控制沉积速率。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括在坩埚的温度已经得到控制后，测量容纳于该坩埚内的材料的沉积速率；和将所测得的沉积速率与基准沉积速率进行比较。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括一旦所测得的沉积速率达到该基准沉积速率的约10至约70％时就控制该沉积速率。
15.根据权利要求12所述的方法，其中控制沉积速率包括固定所述一个热源的温度并且调整另一个热源的温度。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述一个热源的温度低于容纳于坩埚内的材料的玻璃态转变温度Tg。
17.根据权利要求15所述的方法，其中该沉积速率是通过调整另一个热源的温度来控制的。
18.一种用于控制权利要求1至12中任一项的装置的加热单元的方法，该方法包括通过操作第一和第二热源来控制坩埚的温度；通过固定供给第一和第二热源之一的电量并且调整供给第一和第二热源中另一个的电量来控制沉积速率；在该坩埚的温度已经得到控制后，测量容纳于该坩埚内的材料的沉积速率；和将所测得的沉积速率与基准沉积速率进行比较。
19.一种用于沉积有机层的装置，该装置包括坩埚，适于容纳蒸发材料，加热单元，包括用于施加热量到该坩埚的第一和第二热源，其中第一热源置于该坩埚的第一侧附近，第二热源置于该坩埚的第二侧附近，用于向第一热源供电的第一电源，用于向第二热源供电的第二电源，壳体，用于隔绝从该加热单元发出的热量，外壁，用于固定该坩埚，和喷嘴，用于将容纳于该坩埚内的材料喷射到基板上。
全文摘要
本发明提供一种用于沉积有机层的装置和一种用于控制该装置的加热单元的方法。该装置包括设置于沉积室内、用于容纳蒸发材料的坩埚。该装置还包括加热单元，其具有用于加热该坩埚的第一和第二热源。壳体隔绝从加热单元发出的热量，外壁固定该坩埚。喷嘴喷射从该坩埚蒸发的材料。第一和第二热源分别置于该坩埚的第一侧和第二侧，并且被独立地控制，以使为稳定沉积速率所需的时间最少。
文档编号C23C14/54GK1924082SQ20061011237
公开日2007年3月7日 申请日期2006年8月31日 优先权日2005年8月31日
发明者郑珉在, 金度根, 郑锡宪 申请人:三星Sdi株式会社