(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-01-06
(45)【発行日】2023-01-17
(54)【発明の名称】可変温度調節装置を備えた金属－酸化物電子ビーム蒸発源
(51)【国際特許分類】
C23C 14/30 20060101AFI20230110BHJP
C23C 14/24 20060101ALI20230110BHJP
H01L 21/363 20060101ALI20230110BHJP
【ＦＩ】
C23C14/30 A
C23C14/24 B
H01L21/363
【請求項の数】
1
(21)【出願番号】P 2020197378
(22)【出願日】2020-11-27
(65)【公開番号】P2021143417
(43)【公開日】2021-09-24
【審査請求日】2020-11-27
(31)【優先権主張番号】10-2020-0030215
(32)【優先日】2020-03-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】520468520
【氏名又は名称】ティー オー エス カンパニー リミテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｔ．Ｏ．Ｓ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】（Ｎａｅｓａｍｍｉ－ｄｏｎｇ） １２９－２０， Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄａｅｒｏ ６３２ｂｅｏｎ－ｇｉｌ， Ｏｓａｎ－ｓｉ， Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】110002262
【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】チェ バムホ
(72)【発明者】
【氏名】イ スンス
(72)【発明者】
【氏名】ジョ ヨングン
(72)【発明者】
【氏名】キム ヨンシク
【審査官】神▲崎▼ 賢一
(56)【参考文献】
【文献】特開平０９－１４３６９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０６７８４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１９３３６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５９－０７０７６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－１４３６８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－０９７６６６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２３Ｃ １４／３０
Ｃ２３Ｃ １４／２４
Ｈ０１Ｌ ２１／３６３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子ビームが直接走査される酸化亜鉛系金属酸化物半導体物質、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）のいずれかの物質から構成される金属酸化物からなる蒸着物質を保管するるつぼと、前記るつぼの外側部に備えられ、前記るつぼをＮ個の領域に区分し、前記各Ｎ個の領域別に備えられ、前記るつぼの外側部の上側に備えられて第１領域を加熱する第１加熱部と、前記るつぼの外側部の下側に備えられて第２領域を加熱する第２加熱部と、前記るつぼの下部面に備えられて第３領域を加熱する第３加熱部とを含むＮ個の加熱部と、
前記蒸着物質の高さ変化を測定するレベル感知センサ又はイメージを取得して前記蒸着物質の形状変化を検出するイメージ感知センサを含む、前記電子ビームの走査により前記金属酸化物からなる蒸着物質の形状が変化することを検出する検査部と、
前記電子ビームが走査される領域と走査されていない領域の温度差を小さくするために、前記るつぼの上側領域は下側領域より高い温度を維持し、前記各Ｎ個の領域別の温度差が設定された温度以下に維持されるようにして熱応力（thermal stress）が大きく発生しないようにすることにより、前記蒸着物質のクラック（crack）現象が発生しないように前記Ｎ個の加熱部を制御し、前記Ｎ個の加熱部において、前記第１加熱部をＡ℃に制御し、前記第２加熱部をＢ℃に制御し、前記第３加熱部をＣ℃に制御し、前記Ａ℃、前記Ｂ℃及び前記Ｃ℃の差値は設定された温度以下であり、前記検査部により検出された前記蒸着物質の形状が前記第１加熱部の下側の位置に変わった場合、前記第１加熱部をオフにし、前記第２加熱部の温度をＡ℃に制御し、前記第３加熱部の温度をＢ℃に制御し、その後、前記検査部により検出された前記蒸着物質の形状が前記第２加熱部の下側の位置に変わった場合、前記第１加熱部をオフにし、前記第２加熱部をオフにし、前記第３加熱部の温度をＡ℃に制御して、前記金属酸化物からなる蒸着物質が変化形状により前記Ｎ個の領域別に温度が順次変わるように制御する制御部と、
前記るつぼの外側部を囲い、前記Ｎ個の加熱部及び前記制御部を内部に備えるポケットと、を含む、可変温度調節装置を備えた金属－酸化物電子ビーム蒸発源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、可変温度調節装置を用いてクラック（crack）の発生を防止する金属－酸化物電子ビーム蒸発源に関する。
【背景技術】
【0002】
金属－酸化物半導体のうち最も広く研究されている物質はＺｎＯ及びＺｎＯ系化合物（ＡＺＯ、ＩＺＯ、ＩＧＺＯ、ＧＺＯなど）であって、既に既存のディスプレイパネルの透明電極及び画素駆動のための薄膜トランジスタのチャネル層、透明ディスプレイ、透明半導体素子、太陽電池などに使用されている。
【0003】
ＺｎＯ系の金属－酸化物半導体薄膜を形成する方法としては、既によく知られているように、熱又は電子ビームを金属酸化物ターゲットに集束させて蒸発させる蒸発（Evaporation）法、イオン化されたソースとの衝突を利用したスパッタ（sputter）法、注入されるガス間の化学反応を利用した化学気相蒸着法などが多く使用されている。
【0004】
前記方法のうち蒸発（Evaporation）法及びスパッタ（sputter）法は、固体形態の原材料物質に外部から熱又は運動エネルギーを加えて気体状態に相変異させた後、基板上に蒸着させる技術であり、これに対して、化学気相蒸着法は、液体状態の原材料を気体状態に相変異させるか、気体状態の原材料を基板上に蒸着する技術である。
【0005】
前記技術はそれぞれ装備特性に合う長所を有し、共通的にｎ型ＺｎＯ層を形成しており、ｎ型ＺｎＯ金属－酸化物半導体薄膜の特性を向上させるために、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａなどの元素を同時に注入する方式などによりドナードーパント（donor dopant）を形成してｎ型半導体としての電気的特性を向上させる方法を採用している。
【0006】
ＺｎＯ薄膜を形成する方法のうち、生産にかかるコストを低減するために比較的簡単かつ低コストでＺｎＯ層を蒸着する方法としては蒸発法（Evaporation）があり、エネルギーとして熱を加える方法である熱蒸発法（Thermal evaporation）と電子ビームを利用する方法である電子ビーム蒸発法（Electron-beam evaporation）がある。
【0007】
特に、２つの技術のうち蒸着材料の使用効率、蒸着速度の調節などの側面から長所のある電子ビーム蒸発法が熱蒸着法に比べて多く使われており、このときに使用されるＺｎＯ原材料物質は粉末形態が主に使われている。ＺｎＯ粉末を蒸着原材料として使用する場合は、２インチ規模の小さい面積の基板又は小さい面積を有する複数枚の基板上にＺｎＯ薄膜を蒸着することには適合する。
【0008】
しかしながら、最近になって量産性を改善するために基板自体のサイズが４インチ及び６インチに増加し、一度に蒸着する基板の数も５０枚以上に増加することにより、大面積基板にＺｎＯ粉末を蒸着原材料として使用して薄膜を形成するには適していない。
【0009】
薄膜蒸着工程の改善に必須である大面積基板における薄膜均一度などが素子作製に必要な水準に及ばないため、単位面積当たりに生産されるチップの個数が著しく減少するので、これを解決するためにはスパッタ技術において使用される蒸着原材料と類似した特性を有する粉末焼結法を利用して製作したターゲット形態のＺｎＯ原材料を使用することが好ましく、このようなターゲット形態の原材料を使用する場合、大面的基板における蒸着均一度の改善、原材料使用効率増加などの効果をもたらすことができる。
【0010】
しかしながら、粉末焼結された酸化物ターゲットを利用する場合、酸化物は熱伝導度が非常に低い物質であって、酸化物の低い熱伝導率により電子ビームが走査された領域と走査されていない領域との温度差による熱応力によるクラック（crack）が発生する問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明は、前述の課題を解決するために案出されたものであり、電子ビームが走査された領域と走査されていない領域との温度差が大きく発生して熱応力（Thermal Stress）が金属酸化物からなる蒸着物質に加えられることによりクラック（crack）が発生することを防止できる可変温度調節装置を備えた金属－酸化物電子ビーム蒸発源を提供するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
前述した課題を解決するために案出された本発明の一実施例であって、可変温度調節装置を備えた金属－酸化物電子ビーム蒸発源は、電子ビームが直接走査される金属酸化物からなる蒸着物質を保管するるつぼと、前記るつぼの外側部に備えられ、前記るつぼをＮ個の領域に区分し、前記各Ｎ個の領域別に備えられるＮ個の加熱部と、前記電子ビームが走査される領域と走査されていない領域の温度差を小さくするために、前記るつぼの上側領域は下側領域より高い温度を維持するように前記Ｎ個の加熱部を制御する制御部とを含む。
【0013】
Ｎ個の加熱部は、前記るつぼの外側部の上側に備えられて第１領域を加熱する第１加熱部と、前記るつぼの外側部の下側に備えられて第２領域を加熱する第２加熱部と、前記るつぼの下部面に備えられて第３領域を加熱する第３加熱部とを含む。
【0014】
制御部は、前記各Ｎ個の領域別の温度値が設定された温度以下となるように前記Ｎ個の加熱部を制御する。
【0015】
可変温度調節装置を備えた金属－酸化物電子ビーム蒸発源は、電子ビームの走査により前記金属酸化物からなる蒸着物質の形状が変化することを検出する検査部をさらに含み、制御部は、前記金属酸化物からなる蒸着物質が変化する形状に応じて前記Ｎ個の領域別の温度が変わるように前記Ｎ個の加熱部を制御する。
【0016】
可変温度調節装置を備えた金属－酸化物電子ビーム蒸発源は、前記るつぼの外側部を囲い、前記Ｎ個の加熱部及び前記制御部を内部に備えるポケットをさらに含む。
【発明の効果】
【0017】
前述の構成を有する本発明の一実施例によれば、領域別に備えられた加熱部を用いて、電子ビームが走査された領域と走査されていない領域との温度差が設定された温度以下に維持されるようにして熱応力（thermal stress）が大きく発生しないようにすることにより、金属酸化物ターゲットのクラック（crack）現象が発生しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の一実施例である可変温度調節装置を備えた金属－酸化物電子ビーム蒸発源を説明するための図の一例である。
【図2】本発明の一実施例である可変温度調節装置を備えた金属－酸化物電子ビーム蒸発源を説明するための図の他の一例である。
【図3】電子ビームが走査される領域と走査されていない領域の温度差によりクラック（crack）が発生する現象を説明するための図の一例である。
【図4】電子ビームが走査される領域と走査されていない領域の温度差によりクラック（crack）が発生する現象を説明するための図の他の一例である。
【図5】本発明の一実施例による制御部が加熱部を制御する過程を説明するための図の一例である。
【図6】本発明の一実施例による制御部が加熱部を制御する過程を説明するための図の他の一例である。
【図7】本発明の一実施例による制御部が加熱部を制御する過程を説明するための図の更に他の一例である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の好ましい実施例を添付の図面を参考してより詳細に説明する。本発明の実施例は様々な形態に変形することができ、本発明の範囲が後述する実施例に限定されるものであると解釈されてはならない。本実施例は、当該発明の属する技術分野において通常の知識を有する者に本発明をより詳細に説明するために提供されるものである。
【0020】
図１及び図２は、本発明の一実施例である可変温度調節装置を備えた金属－酸化物電子ビーム蒸発源を説明するための図の例であり、図３及び図４は、電子ビームが走査される領域と走査されていない領域の温度差によりクラック（crack）が発生する現象を説明するための図の例である。
【0021】
【0022】
るつぼ１１０は、電子ビームが直接走査される金属酸化物からなる蒸着物質（金属－酸化物ターゲット１６０）を内部に保管できる形態を有する。
【0023】
粉末焼結された金属－酸化物ターゲット１６０を用いる電子ビーム蒸発法の場合、円筒（disc）形状の金属－酸化物ターゲット１６０に電子ビームを走査して固体状態から液体状態を経ずに気体状態に相変異させる昇華法を適用し、そのとき、電子ビームが走査された金属－酸化物ターゲット領域の温度は１２００～１５００℃の間であってもよい。
【0024】
金属酸化物からなる蒸着物質（金属－酸化物ターゲット）１６０はＺｎＯ、ＡＺＯ、ＩＺＯ、ＩＧＺＯ、ＧＺＯなどの酸化亜鉛系金属酸化物半導体物質、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）などの物質に使用可能である。
【0025】
Ｎ個の加熱部１２０、１２１、１２２は前記るつぼ１１０の外側部に備えられ、るつぼをＮ個の領域に区分し、各Ｎ個の領域別に備えられる。例えば，Ｎ個の加熱部１２０、１２１、１２２、…は，るつぼ１１０の外側部の上側に備えられて第１領域を加熱する第１加熱部１２０と，るつぼ１１０の外側部の下側に備えられて第２領域を加熱する第２加熱部１２１と、るつぼの下部面に備えられて第３領域を加熱する第３加熱部１２２とを含む。
【0026】
本実施例においては、３つの領域に区分し、３つの加熱部１２０、１２１、１２２を基準に説明するが、領域の個数及び加熱部の個数はこれに限定されずに様々に変更できる。
【0027】
加熱部１２０、１２１、１２２は、コイル、四角形、円形、六角形などが可能であり、好ましくは、蜂の巣状の六角形が最適であるが、金属－酸化物ターゲット物質の種類に応じて選択的な形状を有する。
【0028】
加熱部１２０、１２１、１２２の材質は３００～１５００℃の間の温度調節が可能なタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタリウム（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ステンレス合金系（ＳＵＳ系）などが使用されてもよく、好ましくは、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタリウム（Ｔａ）、シリコン（Ｔｉ）、シリコン－カーバイド（ＳｉＣ）材質を使用してもよい。
【0029】
ポケット１３０は、るつぼ１１０の外側部を囲い、Ｎ個の加熱部１２０、１２１、１２２、…及び制御部１４０を内部に備える。
【0030】
図３及び図４を参照すると、金属酸化物からなる蒸着物質（金属－酸化物ターゲット）１６０に電子ビームが走査されると、例えば、上側領域２００は１４００℃で、中間領域２１０は９００℃で、下側領域２２０は４００℃になる。または、上側領域２００中にも、電子ビームが直接に走査される領域と走査されていない領域との温度差が発生する場合がある。
【0031】
このように、電子ビームが直接的に走査される領域と走査されていない領域の温度差が大きくなると、熱応力（thermal stress）が大きく発生する。
【0032】
図４に例示するように、前記のように熱応力（thermal stress）が大きく発生すると、金属酸化物からなる蒸着物質（金属－酸化物ターゲット）１６０にクラックが発生する。
【0033】
制御部１４０は、るつぼ１１０の上側領域が下側領域より高い温度を維持するようにＮ個の加熱部１２０、１２１、１２２、…を制御する。制御部１４０は、るつぼ１１０の外側に取り付けられるか、ポケット１３０の内部に備えられるか、外部に別途に独立して備えられてもよい。
【0034】
例えば、制御部１４０は、各３つの領域別の温度差が設定された温度（３００℃）以下になるように３つの加熱部１２０、１２１、１２２を制御する。例えば、制御部１４０は、３つの加熱部１２０、１２１、１２２の互いの温度差が３００℃以下になるように制御する。
【0035】
このように、３つの領域別の温度差が３００℃以下である場合は熱応力（thermal stress）が大きく発生せず、これにより、３００℃以下の温度差を有するように制御部１４０が温度を調節することにより、金属酸化物ターゲット１６０のクラック（crack）現象が発生しないようにすることができる。
【0036】
検査部１５０は、電子ビームの走査により金属酸化物からなる蒸着物質１６０の形状が変化することを検出する。例えば、検査部１５０は、金属酸化物からなる蒸着物質１６０の高さ変化を測定できるレベル感知センサ（例えば、レーザーセンサなど）又はイメージを取得して形状変化を検査できるイメージ感知センサなどのように形状変化を検査できる様々な装置であり得る。
【0037】
制御部１４０は、金属酸化物からなる蒸着物質１６０が変化する形状によってＮ個の領域別に温度が変わるようにＮ個の加熱部を制御する。
【0038】
【0039】
制御部１４０は、検査部１５０により測定された金属酸化物からなる蒸着物質１６０が変化する形状に応じてＮ個の領域別に温度が変わるようにＮ個の加熱部を制御する。
【0040】
図１及び図５を参照すると、測定された金属酸化物からなる蒸着物質１６０の形状の変化がほとんどなく、電子ビームが走査された場合、測定された金属酸化物からなる蒸着物質１６０の温度が１６００℃である場合を基準に説明すると、制御部１４０は第１加熱部１２０の温度を１２００℃に、第２加熱部１２１の温度を９００℃に、第３加熱部１２２の温度を６００℃に制御することができる。本実施例では、領域別の温度差が４００℃以下になるように制御する場合を基準に説明するが、領域別の温度差はこれに限定されず、様々な説明ができる。
【0041】
図１及び図６を参照すると、測定された金属酸化物からなる蒸着物質１６０の形状が第１加熱部１２０の下側に変わった場合、制御部１４０は第１加熱部１２０をオフにし、第２加熱部１２１の温度を１２００℃に、第３加熱部１２２の温度を９００℃に制御する。
【0042】
図１及び図７を参照すると、測定された金属酸化物からなる蒸着物質１６０の形状が第２加熱部１２１の下側に変わった場合、制御部１４０は第１加熱部１２０をオフにし、第２加熱部１２１をオフにし、第３加熱部１２２の温度を１２００℃に制御する。
【0043】
このように、制御部１４０は、検査部１５０により測定された金属酸化物からなる蒸着物質１６０の形状変化応じてＮ個の領域別に温度が変わるようにＮ個の加熱部を制御して、電子ビームが走査される領域と走査されていない領域の温度差を小さくすることにより、測定された金属酸化物からなる蒸着物質１６０にクラック（crack）が発生することを防止できる。
【0044】
本実施例では、制御部１４０は、測定された金属酸化物からなる蒸着物質１６０の形状変化に応じて加熱部の温度を制御する一例を記載したこと過ぎず、制御部１４０は、様々な基準及び状況に応じて加熱部を制御することができる。
【0045】
前述の実施例は、様々な変形が可能であり、各実施例の全部又は一部が選択的に組み合わされて構成されてもよい。また、本明細書で説明されている実施例は、その説明のためのものであり、その制限のためのものではないことに注意しなければならない。また、本発明の技術分野の通常の知識を有するものであれば、本発明の技術思想の範囲で様々な実施例が可能であることが理解できるであろう。
【符号の説明】
【0046】
１００：可変温度調節装置を備えた金属－酸化物電子ビーム蒸発源
１１０：るつぼ
１２０、１２１、１２２：加熱部
１３０：ポケット
１４０：制御部
１５０：検査部
１１０：るつぼ
１２０、１２１、１２２：加熱部
１３０：ポケット
１４０：制御部
１５０：検査部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
