JPS6010022Y2 - 酸化物半導体膜製造装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、酸化物半導体膜を蒸発源にして基板を直進さ
せて、大きな面積に蒸着する薄膜製造装置に係る。

酸化物半導体として、酸化スズ、酸化インジウムなどが
あるが、これらは、 （１）透明性が良い。

（２）低抵抗である。

という特徴から、透明導電膜として近年注目を浴びてい
る。

このような透明導電膜は、液晶基板などの電気光学素子
の透明電極として、曇りガラスやパネル・ヒーターなど
の面状発熱体として、その他巾広い用途に今後用いられ
ることが予想される。

これら酸化物半導体膜の製造方法としては、ＣＶＤ法、
真空蒸着法、スパッタリング法などが挙げられる。

本考案はこの中の電子ビーム法に関するものである。

また透明導電膜としては、酸化スズ膜より酸化インジウ
ム膜の方が、その固有抵抗が２ケタ程低く、将来有望と
されている。

以下で示す実験データは、酸化インジウムに関するもの
であることを先に断っておく。

一般に蒸着装置にて広い面積を有する基板に、もしくは
小さい面積であっても多数の基板に薄膜を蒸着する場合
、従来の方法では基板を蒸発源に対して回転させるもの
であった。

その様子を示したのが第１図である。

蒸発源１は、基板２の回転軸３とは通常一致しない位置
に置かれ、その上を基板２が回転する。

第１図は広い面積を有する基板に対してであるが、小面
積の基板に多数蒸着する場合には、上記の回転以外に各
基板がそれぞれ自転回転する機構が付は加わることも多
い。

上記の回転方式の考え方は、蒸発源に対してできるだけ
基板をランダムな位置へ時間的に変化させて、蒸着され
る膜厚および膜特性（光学的透過率、電気抵抗値など）
を均一にしようというものである。

しかしながら、上記回転方式の蒸着装置の場合には、次
のような欠点がある。

すなわち、基板の基板支持台からの脱着が煩雑である。

小面積の基板を公転自転させて、多数蒸着する場合に、
機構が複雑である、基板送り機構の連続化が非常に困難
で、例えば、一度蒸着した後装置内を真空状態から大気
圧へ戻すため、生産時間が長くなるなどである。

これに反して、蒸発源に対して基板を直進させる方式（
以下では基板直進方式と称す。

）においては、上記欠点を緩和させる。

例えば、蒸着室前後に低真空チャンバーを配置すること
によって、大巾に生産時間の短縮を画ることが可能であ
る。

しかしながら、基板直進方式の場合、蒸着される膜厚お
よび膜特性を均一にすることが困難であった。

第２図は、基板直進方式を説明する図である。

このような蒸着方法で、点蒸発源と見なせる場合の基板
進行方向に対して垂直な方向（以下Ｙ方向と称す。

）への膜厚変化を示したのが第３図である。

膜厚変化を示す曲線ＴとＳとは、蒸着源と基板との間の
距離が異なる場合を示し、Ｓの場合の方がＴの場合より
その距離が長い。

酸化物半導体膜を透明導電膜として使用する場合、さら
に問題となるのは、抵抗値の蒸着速度に対する依存性、
および抵抗値が蒸着の初期と後期とでは異なる、すなわ
ち蒸着時間への依存性があることである。

抵抗値の蒸着速度に対する依存性を第４図に示す。

第３図から容易に推察できるように、蒸発源の真上では
蒸着速度が速く、その点から離れるにつれて蒸着速度が
遅くなる。

基板直進方式の場合、単に膜厚の均一性を求めるならば
、進行方向に対して適当なマスクを設計し制御すること
も可能であるが、その時Ｙ方向の抵抗値は均一とはなら
ない。

蒸着時間への依存性を示したのが第５図である。

基板直進方式の場合、基板進行方向（以下Ｘ方向と称す
。

）に対して、膜厚が一定であるにも関らず、抵抗値が増
減しているのがわかる。

今、抵抗値を例として示したが、その他の膜特性例えば
光学的透過率などに対しても、蒸着速度への依存性、蒸
着時間への依存性であることは容易に推察できる。

以上のように、透明導電膜として、酸化物半導体膜を基
板直進方式にて蒸着する場合に、その膜厚および膜特性
を均一にすることを考えると、上記３つの欠点を克服す
る必要がある。

本考案は上記の欠点を解消し、酸化物半導体膜を例えば
透明導電膜として利用する場合に、膜厚および膜特性が
均一で再現性が良く、大量生産にも適する基板直進方式
の製造装置を提供するものである。

第６図は、本考案の一実施例の蒸着装置の主要構造を示
す断面図である。

１は電子ビーム加熱による蒸発源であり、通常電子ビー
ムを電磁的に蒸発面に走査させている。

２は蒸着される基板で、通常板ガラスがよく用いられる
。

４は蒸着装置外壁で、水冷管（図示せず）を固着して水
冷していることが多い。

５は基板を加熱するヒーターである。

６は酸素導入孔である。酸化物半導体を蒸着する場合は
、このように基板を適当な温度に加熱し、充分低い圧力
の真空に排気した後、酸素を導入して適当な圧力のもと
で蒸着することが多い。

７は基板挿入扉である。

８は基板取り出し扉である。

９は基板を蒸着室内で直進させる駆動伝達系であり、通
常はベルト、歯車などで構成される。

９は基板を直進させるコンベアである。

例えば蒸着室内の基板進行方向に垂直な方向（Ｙ方向）
の両端部に配置され、基板２の蒸着面が蒸着源１に対し
て開かれているようにした一対のコンベアの上に、基板
２をセットした基板支持台（図示せず）を置き、基板２
は直進することになる。

１１はモーターであり、駆動伝達系９を通して、回転軸
１０によって、モーターの回転を蒸着室外から室内に伝
達する。

１０′は１０に対する従動回転軸である。

１２は水晶式膜厚計であり、蒸着量をモニターする。

１３は拡散ポンプなどの真空ポンプへ通ずる排気孔であ
る。

１４は蒸着される範囲を規制する遮蔽板である。

以下に、上記装置にて酸化物半導体膜が蒸着される工程
を述べる。

基板支持台（図示せず）に基板２をセットし、基板挿入
扉７から、蒸着室内のコンベア９′上に置く（拡散ポン
プなどの真空ポンプにて、排気孔１３を介して、真空に
排気する。

適当な圧力に到達した時点で、基板２をヒーター５にて
加熱し始める。

さらに蒸着室内が排気され、充分低い圧力に到達した後
、酸素を酸素導入孔６より導入して適当な圧力に保つ。

基板が適当な温度に加熱されると、蒸発源１から蒸発を
開始する。

蒸発が開始されると、モーター１１を運転し、その回転
を駆動伝達系９を介して、回転軸１０に伝え、コンベア
９が基板支持台（図示せず）すなわち基板２を直進させ
る。

蒸発中の蒸発量は、水晶式膜厚計１３にてモニターされ
ている。

基板２が、遮蔽板１４によって蒸着されない位置に達す
ると、蒸発は停止され、ヒーター５の加熱も停止される
。

基板２が、基板取り出し扉８の直前に達すると、モータ
ー１１は停止し、基板２も直進を停止する。

基板温度が充分に低下した後、酸素の導入を停止し、蒸
着室の排気も停止し、蒸着室内はリークされて大気圧に
戻り、基板取り出し扉８から、基板支持台（図示せず）
すなわち基板２を蒸着室外へ取り出す。

この間、蒸着装置外壁４は水冷されている。

次に本考案の要点となる蒸発源の部分について説明する
。

基板直進方式の場合、蒸着される酸化物半導体膜の膜厚
および膜特性を均一に改善する必要があることは先に述
べた。

基板直進方式の場合、基板と同程度もしくはそれ以上の
大きな広がりをもつ蒸発源にて蒸着すれば、第３図、第
４図、第５図を用いて説明したＹ方向への膜厚変化、膜
特性の蒸着速度への依存性および蒸着時間への依存性か
ら生じる分布を、著しく改善して均一にする効果がある
ことは容易に推察できる。

このような広い蒸発源に近いものとしては、例えば線状
のタングステン・ボードなどによる抵抗加熱の蒸発源を
多数並べることが考えられる。

しかしながら抵抗加熱の蒸発源は、加熱温度のムラを生
じ易く、蒸発量の安定性も悪く制御が困難であり、その
ため蒸着の再現性も悪いなどの欠点がある。

蒸着速度を制御し、酸化物半導体膜を安定に蒸着するの
に適当な蒸発源としては、電子ビーム加熱方式による蒸
発源（以下電子ビーム蒸発源と称す）がある。

電子ビーム蒸発源では、例えば電子ビームの強さを変化
させることによって蒸着速度を制御することが可能であ
り、また電子ビームを蒸発面に電磁的に走査させて長時
間安定な蒸着を行なうことができる。

しかし電子ビームを走査できる面積には限界があり、通
常その面積は蒸着面のそれと比較すると非常に小さい。

そこで広い蒸発面に近いように、電子ビーム蒸発源の固
有の大きさと蒸発装置内のスペースを考慮して許される
範囲内で、電子ビーム蒸発源をできるだけ多数並べれば
良い。

第７図は、２つの点蒸発源にて同時に酸化物半導体膜を
蒸着した場合のＹ方向への膜厚分布を示した図である。

この分布曲線Ｒは、第３図の膜厚分布を基にして、その
中心をずらした２つの曲線Ｐ、Ｑの平均（重ね合わせた
ものを２で割ったもの）と考えられる。

曲線Ｒにおいては、膜厚変化が小さくなっているのがわ
かる。

また、一般に第３図において、蒸発源と蒸着面の距離が
大きくなる程、例えば、曲線ＴからＳのように膜厚変化
が小さくなり、蒸発源上のＹ座標の中心付近では、小さ
い膜厚変化しか示さない。

以上２つから容易に推察できるように蒸発源と蒸着面の
距離を適当に大きくし、各々の蒸発源間の隔りを適当に
小さくすることによって、Ｙ方向の膜厚変化を非常に小
さくすることができる。

同時にこのことは、Ｙ方向での蒸着速度の変化も小さく
なり、膜特性の蒸着速度への依存性から生じる分布も小
さくなることを示す。

第８図は、本考案の一実施例を説明する図である。

Ａ□ｔ Ａ！、Ａ３．Ａ４．Ｂ□−Ｂ２．ＢＪ、Ｂ４．
Ｃ１，Ｃ２゜”３ｖ Ｃ４は、電子ビーム蒸発源である
。

電子ビーム蒸発源をＹ方向に一列に、例えばＡ１． Ａ
２゜Ａ、、 Ａ、のごとく配置し、さらに遮蔽板（第８
図では図示せず）を適当な形状に設計することによって
、Ｙ方向への膜厚変化を均一に改善することができる。

また膜特性の蒸着速度への依存性から生じる分布も、著
しく改善することができる。

これら−列に並んだ複数ケの電子ビーム蒸発源、例えば
Ａ□−Ａ２．ＡＧ、Ａ４の蒸発量は、それぞれに付設し
た膜厚計（第８図では図示せず）例えば水晶式膜厚計な
どの電気的信号を処理し、電子ビームの電源に、フィー
ド・バックさせることによって、電子ビームの強さを調
節して、互いに同じであるよう制御することができる。

また、Ａ１゜ン、Ａ３．Ａ４のごとき一列に並んだ複数
ケの電子ビーム蒸発源を、さらにＸ方向に例えばａ。

あ、 Ｂ３． Ｂ４および、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の
ごとく複数列配置し、そね−列に並んだ電子ビーム蒸発
源、例えばＡ列、Ｂ列、０列について適当な蒸発開始時
間と終了時間を設定することによって、蒸着時間の依存
性から生じる膜特性の分布を著しく均一に改善すること
ができる。

また、生産時間を短縮できる効果もある。

第９図は、本考案の一実施例で、電子ビーム蒸発源の並
べ方を示したものである。

Ｄｌ、Ｄ２゜Ｄ３． Ｄ、、 Ｅ□、 Ｆ２． Ｆ３．
Ｆ４． Ｆｌ、 Ｆ２． Ｆ３． Ｆ、は電子ビーム
蒸発源であり、１４は遮蔽板であり、２は蒸着基板であ
る。

このようにＤ列、Ｅ列、Ｆ列を適当にずらして配置する
ことによって、Ｙ方向への膜厚および膜特性をさらに著
しく改善することができる。

本考案の要点は、大面積に酸化物半導体膜を基板直進方
式にて蒸着する製造装置において、その電子ビーム蒸発
源の蒸発面との距離を適当に大きくし、Ｙ方向への各蒸
発源の間隔を適当に小さくするようにしてＹ方向に並べ
、かつＸ方向にも複数列配置することを特徴としている
ということである。

それ故、第６図およびそれに基づいた説明は、基板直進
方式を説明するためのものであり、酸化物半導体膜を基
板直進方式にて蒸着する装置であれば、本考案はその詳
細に関らない。

蒸着基板についても、大面積の基板を蒸着する場合だけ
に関らず、例えば小面積の基板を多数並べて蒸着する場
合も含む。

蒸着される面の形状も長方形の基板だけとは限らず、例
えば円形なども含む。

本考案によって、端から端への一番長い直線距離が少な
くとも３０ｃｍ以上の蒸着面積に対して、膜厚および膜
特性を均一にする効果が顕著に現われる。

また第７図において、Ｙ方向へ４ケの電子ビーム蒸発源
が並べられているが、複数ケであればその数に関らない
。

第７図において、Ｙ方向に一列に並べられた複数ケの電
子ビーム蒸発源が、Ｘ方向に３列に並でいるが、これも
複数列であればその数に関らない。

本考案によって、生産性に優れた特徴をもつ基板直進方
式による蒸着装置において、広い面積に膜厚および膜特
性の均一な酸化物半導体膜を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、基板回転方式の説明図、第２図は、基板直進
方式の説明図、第３図は、酸化物半導体膜を点蒸発源に
て蒸着した場合、基板進行方向に対して垂直な方向の膜
厚変化を示すグラフ。 第４図は、酸化物半導体膜の蒸着速度に対する比抵抗の
変化を示すグラフ。 第５図は、同じ膜厚の酸化物半導体膜の、基板進行方向
の面抵抗の変化を示すグラフ。 第６図は、本考案の一実施例で、基板直進方式による蒸
着装置の主要構造を示す断面図。 第７図は、２つの点蒸発源にて同時に酸化物半導体膜を
蒸着した場合の、基板進行方向に対して垂直な方向への
膜厚変化を示すグラフ。 第８図は、本考案の一実施例を説明する図。 第９図は、本考案の一実施例で、電子ビーム加熱による
蒸発源の並べ方を示した図である。 １、Ａ１◆・・９Ｂ１・・・９Ｃ１・・・９Ｄ１・・・
９Ｅ１・・・９Ｆ１・・・：電子ビーム加熱による蒸発
源、２：蒸着基板、９：駆動伝達系、９′：コンベア、
１０：駆動回転軸、１０′：従動回転軸、１１：モータ
ー。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 比較的広い蒸着面を有する基板上に酸化物半導体膜を蒸
   着する酸化物半導体膜製造装置に於いて、 前記基板を一方向へ搬送する移送手段と、酸化物半導体
   を電子ビーム加熱で蒸発する複数の蒸発源と、 を具備して威り、 前記蒸発源を前記基板の搬送方向に直交する方向へ複数
   個配列間隔を密にして配置するとともに搬送方向と平行
   方向に複数列設置し、前記蒸着面の面積に対応して前記
   基板と前記蒸発源間の距離を設定したことを特徴とする
   酸化物半導体膜製造装置。