JPH0426762A - 真空容器における回転導入機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本願発明は、真空容器における回転導入機構に関する。

【従来の技術】

たとえば、Ｉ−Ｖ族化合物半導体の製造過程において、
単結晶基板上に■−■族元素をエピタキシャル成長させ
る手法として、分子線エピタキシー法が注目されている
。これは、真空蒸着法の一種であり、ガリウムＧａ、ア
ルミニウムＡ１、インジウムＩｎ等の■族元素、および
ヒ素Ａｓ、燐Ｐ等の■族元素を成長材料として、Ｉ　Ｏ
−”ｔｏｒｒの超高真空の中で、これらの元素を原子ま
たは分子線の形で照射してＧａ　Ａｓ　ＳＡＩ　Ｇａ　
Ａｓ、　Ｉｎ　Ｐあるいはｒｎ　Ｇａ　Ａｓ　Ｐ等のＩ
−Ｖ族化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させる方
法である。 このような分子線エピタキシー法によると、■超高真空
中ての蒸着であるため残留ガスからの不純物の混入が非
常に少なく、基板表面を清浄に保つことができる、■大
面積にわたり、均一でかつ原子レベルで平坦な膜を得る
ことができる、■蒸着速度を非常に遅くでき、しかも正
確に制御できるため、膜厚を数人という単原子層のオー
ダて高精度に制御することができる、■多成分系の混晶
薄膜も蒸発源を増やすだけで容易に得られる、■結晶成
長中に、成長層表面あるいは分子線から成長条件につい
てのさまざまな情報を得ることかてき、それを直ちに成
長制御にフィードバックすることができる、などの利点
を享受することかできる。 このような、分子線エピタキシー法を行う分子線エピタ
キソー装置の概略構成を第３図に示す。 真空ポンプｌにつながる真空容器２の中央には、基板ホ
ルダ３が配置されるとともに、この基板ホルダ３は、基
板上の結晶成長を−様なものとするため回転するように
構成されている。また、この基板ホルダ３に保持される
基板Ｂを所望の温度に昇温するためのヒータが付設され
ている。そして、真空容器２の一側には、上記基板ホル
ダ３に向けて開口するルツボ４に各成長材料を充填して
なる複数の蒸発源５ａ、５ｂか配置される。この蒸発源
５ａ、５ｂもまた、温度センサによる検出温度に基づい
て制御されるヒータにより、所望の温度に昇温されるよ
うになっている。なお、各蒸発源５ａ、５ｂは、各蒸発
源か互いに熱の影響やｌ’ｊ染の影響を受けないように
、液体窒素ンユラウｌ’　６で囲まれている。結晶成長
の開始および停止は、各ルツボ４の開口の全面に配置さ
れるシャッタ７７を開閉することにより行われる。 たとえば、Ｇａ　Ａｓ単結晶基板」二にＧａ　Ａｓ層を
成長させるにはＧａか充填された蒸発源５ａおよびＡＳ
か充填された蒸発源５ｂを所定の温度に加熱するととも
に、基板ホルダ３の温度を適当な温度に設定しつつ、上
記の各蒸発源５ａ、５ｂのシャッタ７を所定時間開状態
とする。 ところで、上記基板ホルダ３は外部に設けられるモータ
等の駆動手段８によって回転させられるように構成され
ているが、真空容器２の内部は超高真空に保たれている
ため、容器内部の真空度を低下させないように、上記基
板ホルダ３を回転させなければならない。このため、通
常、真空容器２の気密性を保持しつつ内部に回転力を伝
達しうる回転導入機９か採用されている。 上記回転導入機９は、上記真空容器２内に配置される上
記基板ホルダ３の回転軸ＩＯに係合する入力軸１１を有
し、上記入力軸ＩＩを真空容器２の気密性を保持しつつ
外部から回転駆動できるように構成した一種の軸継手で
ある。通常、ベローズあるいはマグネット等を利用する
ことにより、上記入力軸１１を外気に接触させることな
く回転駆動できるように構成されている。

【発明か解決しようとする課題】

ところか、上記真空容器２の内部は超高真空の圧力環境
にあるため、上記入力軸ＩＩを支持する軸受１２の寿命
がきわめて短くなり、回転導入機９を頻繁に交換し、あ
るいは修理しなければならないという問題がある。 すなわち、超高真空の圧力環境下では、油等の液体潤滑
剤は蒸散しやす（、真空容器２の内部を汚染していまう
ため、上記軸受１２に潤滑油を使用することができない
。このため、樹脂等で形成された固体軸受を使用したり
、あるいは固体潤滑剤等を使用せざるをえない。しかし
、上記固体軸受等は、通常の潤滑剤で潤滑される軸受に
比してその寿命か短い。また、上記真空容器２の内部は
超高真空に加えて高温であり、しかも上記成長物質等の
蒸気に曝されるため、上記軸受寿命かきわめて短くなる
。 一方、結晶を不純物の混入なく成長させるためには、上
記真空容器２の内部を超高真空に維持するとともに、上
記真空容器２の内部を分子、原子レベルで清浄に保つ必
要がある。このため、上記回転導入機９を交換等するた
めに、上記真空容器に一旦外気が入ると、もとの真空度
および清浄度に回復するまで多大な時間を要し、その間
装置の運転を中止しなければならない。したがって、生
産性を向上させるには、装置をできるだけ長時間連続し
て運転することが好ましく、上記回転導入機９を頻繁に
交換等することはできない。 本願発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであ
って、上記従来の問題を解決し、真空容器内部の真空度
および清浄度を保持したまま、回転軸を駆動する回転導
入機を交換することができ、装置を長時間連続運転する
ことのできる真空容器における回転導入機構を提供する
ことをその課題とする。

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手
段を講している。 すなわち、本願発明は、真空容器中に設けられる回転軸
に、外部から容器の気密性を保持しつつ回転力を伝達す
る回転導入機構てあって、上記容器外部からの回転力を
気密性を保持しつつ容器内部に伝達する入力軸を有する
複数の回転導入機を備える一方、 上記各回転導入機は、入力軸か上記回転軸に係合して回
転力を伝達する第一の位置と、」１記入力軸か上記回転
軸に係合しない第二の位置を選択的にとりうるように構
成されていることを特徴とする。

【発明の作用および効果】

本願発明に係る回転導入機構は、複数の回転導入機を備
える。そして、上記各回転導入機は、その入力軸か容器
内の回転軸に係合して回転力を伝達する第一の位置と、
上記入力軸か回転軸に係合しない第二の位置とを選択的
にとろうるように構成されている。 上記複数の回転導入機のうち、−の回転導入機に」二足
第−の位置をとらせる一方、その他の回転導入機に第二
の位置をとらせ、上記−の回転導入機の入力軸を上記回
転軸に係合させて回転力を伝達する。 上記−の回転導入機の寿命が尽きて適正な回転力か伝達
されなくなった場合、あるいは故障か生じて回転力を伝
達てきなくなった場合に、」１記−の回転導入機に第二
の位置をとらせる。そして、」１記その他の回転導入機
の一つに第一の位置をとらせ、回転軸を回転させて装置
の運転を続行する。 以後、上記複数の回転導入機に順次第一の位置をとらせ
ることにより、装置の運転を続けることかできる。 上記のように、本願発明においては、−の回転導入機の
寿命が尽き、あるいは故障か生して回転力を伝達できな
くなった場合でも、複数の回転導入機を備えるため、真
空容器を開けて上記故障等が生した回転導入機を交換す
ることなく運転を続行することができる。 このため、−旦容器を真空にした後は、回転軸を長時間
連続して回転させることが可能となり、超高真空下にお
いて半導体を製造する場合には生産性が飛躍的に向上す
る。 また、上記各回転導入機は、容器の気密性を保持したま
ま第一の位置と、第二の位置とを選択的にとることがで
きるように構成されているため、回転導入機を交換する
際に真空度が低下したり、容器内部に外気が侵入する恐
れははない。このため、容器内部に不純物か侵入する恐
れもなく、品位の高い半導体を連続して製造することが
可能となる。

【実施例の説明】

以下、本願発明に係る実施例を第１図ないし第２図に基
づいて具体的に説明する。 第１図は本願発明に係る実施例の概略構成を示す断面図
、第２図は要部の断面図である。本実施例は、本願発明
に係る回転導入機構を分子線エピタキシー装置における
真空容器（成長室）に適用した例である。なお、第１図
に示す分子線エピタキシー装置は、第３図に示すものと
基本的構成は同しであり、同等の部品あるいは部材には
第３図と同一の符号を付しである。 本実施例においては、■族元素および１・−パントを成
長材料とする蒸発源５ａ、５ｂ・・を真空容器２の一側
において、その軸線ａ、ｂ・・か基板ホルダ３の中心を
向いて集中するようにして、かつ真空容器２の軸線βを
中心として環状に配置するとともに、■族元素であるヒ
素（Ａｓ）を成長材料とする蒸発源５′を、成長室の中
央に配置してその容量の増大を図っている。上記各蒸発
源５ａ、５ｂ・・は、上端が真空容器２の底壁に固定さ
れた有底円筒状のハウジング１３・・内に各成長材料を
充填したルツボ４・・・を装填して構成される。また、
各蒸発源５ａ、５ｂ・・・に対応して、分子線束を遮蔽
し、かつ解放するために、本実施例においては、上記円
筒状ハウジング１３のルツボ４・・・の開口を開閉てき
るように、回転式シャッタ７かそれぞれ配設されている
。 また、本実施例においては、上記基板Ｂ上の結晶成長を
制御するため、」１記真空容器２の側部に原子吸光式成
膜モニタ１４が設けられており、光源１５から発せられ
基板Ｂの表面近傍を通過する光を受光することにより、
蒸気中の目的元素の密度を計測できるように構成されて
いる。上記モニタ１４からの信号は制御装置１６に送ら
れ、各蒸発源５ａ、５ｂの温度、シャツタフの開閉等の
制御を行い、基板Ｂ上の結晶成長を制御するように構成
されている。 基板Ｂを保持する上記基板ホルダ３は円板状をしており
、下面に基板Ｂを保持するとともに、上面から上方に延
びる回転軸１０を備える。上記回転軸１０は図示しない
軸受に回転自在に保持されるとともに、その上端に回転
力が伝達される歯車１７を備えている。そして、上記歯
車１７に本願発明に係る回転導入機構１８から回転力か
伝達され、」１記基板ホルダ３を回転させることにより
、上記基板Ｂの表面」二に結晶を一様に成長させるよう
に構成されている。 さて、本願考案に係る回転導入機構１８は、第１図に示
すように、」１記真空容器２の天井壁に設けられており
、上記真空容器２の外部に設けられる駆動モータ８から
の回転力を気密性を保持しつつ真空容器２の内部に伝達
する一対の回転導入機１９ａ　　１９ｂと、上記回転導
入機１９ａ、１９ｂを上記真空容器２の天井壁に固定す
るとともに、この回転導入機１９ａ、＋９ｂを上記回転
軸１０の軸線ｌに平行に所定距離移動させる一対の取付
はフランジ２０ａ、２０ｂとを備える。上記左右の回転
導入機１９ａ、１９ｂおよび取付はフランジ２０ａ、２
０ｂは同一の部品であるので、必要な場合以外は左右の
別を表す符号ａ、　　ｂを省略して以下の説明を行う。 本実施例において採用されている回転導入機１９は、第
２図に示すように、下端部において」１記回転軸ｌＯに
係合し、この回転軸ＩＱに回転力を伝達する入力軸１１
と、上端部において外部の駆動モータ８に連結された駆
動軸２２と、上記駆動軸２２からの回転力を上記入力軸
１１に伝達する円板状カップリング２５と、上記駆動軸
２２および入力軸１１を回転可能に支持するとともに、
上記取付はフランジ２０の上部に固定されるハウジング
２１と、上記ハウジング２１の内部に収容され上記円板
状カップリング２５の周縁および上記ハウジング２■の
下部内周に端部が密着されたベローズ２６とを備える。 上記人力軸１１は、その下端部に上記回転軸ｌＯの上端
に設けられた歯車１７に係合する歯車３９を備える一方
、その上端部に軸線方向と所定の角度をもって屈曲形成
された屈曲軸部２７を備え、中間部か上記ハウジング２
１の下方内側に設けられた軸受１２を介して回転可能に
支持されている。 また、上記入力軸１１の上記屈曲軸部２７は、」１記カ
ップリング２５の下面に設けられた軸受２８に挿入され
ている。 」：記駆動軸２２は、上記入力軸１１と同一の軸心を有
するとともに、上記ハウジング２１の上方に設けられた
軸受２９に支持されて、上方からノ１ウジング２１の内
部に挿入されている。また、上記ハウジング２１の内部
における」１記駆動軸２２の下端部には、駆動軸２２の
軸心に対して偏心し、かつ上記入力軸１１の屈曲軸部２
７の軸心方向に傾斜する軸受３０が設けられている。 一方、上記カップリング２５は、その下面に上記屈曲軸
部２７が挿入される軸受２８を備える一方、上面に上記
駆動軸２２の下端部に設けた軸受３０に挿入支持される
凸軸３１が一体形成されている。そして、上記カップリ
ング２５は、上下に配置された上記軸受３０．２８によ
って、上記屈曲軸部２７に対応した傾斜状態で、上記駆
動軸２２と入力軸１１の間に回動自在に保持される。 上記ベローズ２６は、上端部カ月二足カップリング２５
の周縁に密着固定されるとともに、下端部が上記ハウジ
ング２１の内周下部に密着固定され、ベローズ２６の内
部が後に説明する取付はフランジ２０を介して真空容器
２の内部に連通ずるように構成されている。このベロー
ズ２６は、上記ｊＪツブリング２５およびハウシング２
１と協働して、上記ベローズ２６の内部の気密性を保持
しつつ、上記真空容器２の内部に挿入される上記入力軸
１１を回転できるように構成している。 上記構成の回転導入機１９において、上記駆動軸２２を
駆動モータ８によって回転させると、駆動軸２２に対し
て偏心しかつ傾斜する上記カップリング２５か、」１記
駆動軸２２の軸心の回りに」二足傾ｔ１角度を保持しつ
つ振り回される。一方、上記カップリング２５の下面に
設けた軸受２８に挿入される屈曲軸部２７は、上記傾斜
角度を維持するため入力軸１１の軸心の回りを」１記カ
ップリング２５に共回りさせられる。この屈曲軸部２７
の上記カップリング２５に対する共回り運動によって、
」１記入力軸ＩＩに回転力か伝達されるのである。 一方、上記入力軸１１は、上記カップリング２５および
その周縁に密着されたベローズ２６によって、その動き
を阻害されることなく外部空間からから区画されており
、上記駆動軸２２の回転力か気密性をもって上記入力軸
１１に伝達されるのである。 上記回転導入機１９を上記真空容器２の天井壁に固定す
る取付はフランジ２０は、真空容器２の天井壁に固定さ
れる下フランジ部３３と、上記回転導入機１９を取付け
る上フランジ部３４と、」−記下フランジ部３３の内縁
と上フランジ部３４の内縁とを気密性をもってつなぐベ
ローズ３５を備える。また、上記下フランジ部３３には
、上記上フランジ部３５に向かって延出する複数のスタ
ッドホルト３６・・が設けられており、このスタッドボ
ルト３６・・・か上記上フランジ部３４に形成された通
挿孔３７に通挿されるとともに、上記上フランジ部３４
を挟むようにして上記スタッドポルト３６に螺合される
一対の固定ナツト３８によって、上記上フランジ部３４
の」二足下フランジ部３３に対する位置か規定できるよ
うに構成されている。 上記構成の回転導入機構１８において、」１記スタッド
ボルト３６に螺合される固定ナラ１〜３８を螺進退させ
ることにより、」二足上フランジ部３４を上記下フラン
ジ部３３に対して上下に移動させ、以下に説明するよう
に、真空容器２の気密性を保持しつつ左右の回転導入機
＋９ａ、＋９ｂに第一の位置あるいは第二の位置をとら
せるのである。 第２図に示すように、本実施例の回転導入機構１８は、
」二連した上記回転導入機１９と取付はフランジ２０と
て構成されるユニットを一対備え、各ユニットは、各入
力軸１１ａ、Ｉｌｂの端部の歯車３９ａ、３９ｂか、上
記基板ホルダ３の回転軸１０の端部に設けられた歯車１
７に左右両側から係合しうるように配置されている。 第２図は、右方のユニットの回転導入機１９ａに第一の
位置をとらせる一方、左方のユニットの回転導入機１９
ａに第二の位置をとらせた場合を示している。この図に
示すように、右方の回転導入機１９ａの入力軸１１ａの
歯車３９ａか回転軸ＩＯの歯車１７に噛合させられる一
方、左方の回転導入機＋９ｂの入力軸１１ｂの歯車３９
ｂは、上記回転軸１０の歯車１７に噛合しなし・ように
、上方に退避させられている。 上記右方の回転導入機１９ａの寿命か尽きて適正な回転
力か伝達できなくなった場合、あるいは故障が生じて回
転力を１云達できなくなった場合には、上記右方のユニ
ットの取付はフランジ２０ａの上フランジ部３４ａを上
方へ移動させることにより、第２図において仮想線で示
すように、入力軸１１ａの歯車３９ａを上方へ退避させ
る。そして、上記左方の回転導入機＋９ｂに第一の位置
をとらせ、その入力軸１１ｂの歯車３９ｂを回転軸１０
の歯車１７に係合させ、左方の回転導入機１９ｂから上
記回転軸ＩＯに回転力を伝達して装置の運転を続行する
。 上記のように、本実施例においては、右方の回転導入機
１９ａの寿命が尽き、あるいは故障が生じて回転力を伝
達できなくなった場合でも、左方の回転導入機＋９ｂを
用いて運転を続行することができる。このため、真空容
器２を開けて上記ｌｆ命の尽きた右方の回転導入機１９
ａを交換あるいは修理することなく運転を続行すること
ができる。 その結果、真空容器２を真空にした後に、回転軸１０を
長時間連続して回転させることが可能となり、生産性か
飛躍的に向上する。 また、上記各回転導入機１９ａ、１９ｂは、」１記取付
はフランジ２０ａ、２０ｂのへローズ３５ａ、３５ｂに
よって、真空容器２の気密性を保持したまま上下に移動
させることができ、第一の位置と、第二の位置とを選択
的にとらせることかてきる。このため、回転力を伝達す
る回転導入機Ｉ９ａ、＋９ｂを交換する際に真空度か低
下したり、真空容器２の内部に外気か侵入する恐れはは
ない。 したかって、容器内部に不純物が侵入する恐れもなく、
品位の高い半導体を連続して製造することが可能となる
。 本願発明は、上述の実施例に限定されることはない。実
施例においては、二つの回転導入機Ｉ９ａ、１９ｂを備
える回転導入機構１８を採用したが、３以上の回転導入
機を備える回転導入機構を構成することもてきる。また
、本実施例においては、ベローズ３５を用いた取付はフ
ランジ２０によって、回転導入機１９ａ、１９ｂに第一
の位置と第二の位置とを取らせるように構成したか、他
の手段によって上記位置を選択できるように構成しても
よい。また、本実施例における、回転導入機１９ａ、＋
９ｂはベローズ２６とカップリング２６とを用いたもの
を採用したか、従来例で示したようなマグネットを用い
た回転導入機等信の回転導入機を採用することもてきる
。 さらに、実施例は、本願発明を分子線エピタキシー装置
における真空容器に適用した例であるか、他の装置にお
ける真空容器に適用することも可能である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本願発明に係る回転導入機構を分子線エピタキ
シー装置の真空容器に適用した場合の概略を示す断面図
、第２図は第１図の要部の断面図、第３図は従来例を示
す概略断面図である。 ２・・・真空容器、ｌＯ・・・回転軸、１１　人力軸、
１８・・・回転導入機構、１９・・・回転導入機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空容器中に設けられる回転軸に、外部から容器
   の気密性を保持しつつ回転力を伝達する回転導入機構で
   あって、 上記容器外部からの回転力を気密性を保持 しつつ容器内部に伝達する入力軸を有する複数の回転導
   入機を備える一方、 上記各回転導入機は、入力軸が上記回転軸 に係合して回転力を伝達する第一の位置と、上記入力軸
   が上記回転軸に係合しない第二の位置を選択的にとりう
   るように構成されていることを特徴とする、真空容器に
   おける回転導入機構。