JPH0230695A - 気相成長装置の回転シヤフト - 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】 （ト）技術分野 この発明は、気相成長装置の回転シャフトに関する。

気相成長装置はチャンバの中に置かれ、適当な温度に加
熱された結晶基板の上に原料ガスを流し気相反応を起こ
させる事してより、基板上に薄膜を成長させるものであ
る。

縦型のものと、横型のものがある。これは原料ガスの流
れによる分類である。

縦型のものであって、複数の基板の上へ同時に薄膜成長
を行わせるものがある。これはサセプタという円筒形の
基板支持具を用いる。

サセプタは例えば多角形であって、各面に基板がほぼ鉛
直に固定される。

サセプタは回転シャフトによって支持され、回転シャフ
トの中心のまわ塾に、水平回転する。

（イ）従来技術 サセプタの内部にヒータを設ける。これは、基板を結晶
化のおこる温度にまで加熱しておかなければならないか
らである。

また、サセプタは回転しなければならない。これは、複
数の基板の間では勿論のこと、１枚の基板上でも膜成長
が均一に行われなければならないからである。

サセプタは熱に耐えなければならないのでカーボンで作
る。

す七ブタを支持する回転シャフトは、耐熱性がなければ
ならない。それだけではす＜、機械的な強度もなくては
ならない。これは、軸受によって回転可能に支持され、
かつ歯車によって回転力を受けなければならないからで
ある。

耐熱性のある材料というと、ＴａｌＷｌＭｏ、Ｃなどが
ある。

これらの材料を使って、回転シャフトを一本の部材で作
る事ができる。しかし、ＴａｌＷｌＭｏ　２ど耐熱性の
ある金属は、高価である。また加工性もよくない。重い
。

より安価に作ろうとすればカーボンを使うのがよい。カ
ーボンは柔かくて加工しやすい。しかし脆い材料である
ので機械的には弱い。

このため、カーボンの棒材１本で、回転シャフトを作る
事ができない。

そこで、本発明者等は、回転シャフトを上下２軸に分け
、高熱のかかる上シャフトはカーボンとし、機械的強度
の要求される下シャフトはステンレスなどの金属にする
、という構造を思いついた。

このような上下２軸構造であれば、両方の要求を満たす
事ができる。

ところが、このように上下２軸構造）てしても、サセプ
タの温度が高く、大量の熱が回転シャフトに伝わるので
、いくつかの問題が生ずる。

シャフト自体は問題がなくても、周辺の機構については
解決しなければならないことがある。

（つ）　発明が解決しようとする問題点サセプタの加熱
温度は９００℃以上になる事がある。基板がＧａＡｓの
場合は９００℃かそれ以上に加熱する必要がある。Ｓｉ
の場合は、もつと高温にしなければならない事がある。

サセプタの温度が高いので、大量の熱がカーボンの上軸
に流れ込む。この熱は、軸継ぎ手を通して、下軸である
ステンレスシャフトに伝わる。

かなり温度が高いので、ステンレスシャフトに付けられ
ている歯車、軸受が加熱される。

（１）歯車や軸受は金属でできている。これがあまり耐
熱性のない材料である。このなめ、歯車、軸受の寿命が
短かくなる。熱にエリ劣化するので、頻繁に補修しなけ
ればならない。

（２）　　また、歯車、軸受、回転機構部ハウジングな
どの金属部品が強く加熱されるので、表面に吸着したガ
スを放出する。これは、チャンバ内を汚染する原因にも
なる。

（３）　　ステンレスシャフトが高温になると、著しく
熱膨張する。すると、軸受の内輪がステンレスシャフト
により押し拡げられる。ところが、軸受の外輪はそれほ
ど加熱されない。回転機構部ハウジングによって固定さ
れ、熱が逃げやすいからである。

すると、軸受の内輪が外側へ向って大きく拡がる。外輪
は拡がらない。すると、ボールを入れた軸受の中間の空
間が狭くなる。そうすると、軸受の回転が重くなる。甚
しい場合、シャフトが軸受の抵抗のために回わらすくす
ってしまうのである。

これらの欠点は、下軸に大量の熱が伝達される事によっ
て生ずる。

０９　　　目　　　　　　　的 気相成長装置の、サセプタを支持するための回転シャフ
トが、上下２分割軸構造であって、下軸への熱伝達を大
幅に減少させる事のできる構造を提供することが本発明
の目的である。

（６）構　成 本発明の構造は、継ぎ手に於ける熱伝導を最小にするた
め、ステンレスシャフトとカーボンシャフトの接触面積
をできるだけ狭くしたものである。

ステンレスシャフトの端面は、円板状のフランジとせず
、放射状にのびる複数の分岐を設ける。

この分岐は、ボルトで、カーボンシャフト７ランジにス
テンレスシャフト端面を固定するためのものである。

さらに、ボルトで固定する部分以外は凹部として、カー
ボンシャフト端面と接触しないようにしである。

接触面積が狭いので、熱伝導が少すくすり、下シャフト
の加熱が緩和される。

図面によって説明する。

第１図は本発明の回転シャフトを備えた気相成長装置の
概略全体断面図である。これは、ＣｖＤ装置（Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ　’／ａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）　
　と略称される事もある。

縦長で円筒形のチャンバ１は真空容器である。

チャンバ１の上方は半球状になっている。

チャンバ１の内部には、サセプタ２が設けられる。これ
は多角形状の筒体であり、外側面に基板３が複数枚とり
つけられる。

サセプタ２の上方の半球体は、ガス流れを整流するため
のものである。このサセプタ２はバレル型サセプタとい
う事もある。

サセプタ２は、回転可能である。

サセプタ２は角筒形の側板と、これらの上端につながる
上板とよりなり、通常カーボンを主体として作られる。

サセプタ２の上板の中央に回転シャフトの上端が固着さ
れる。

本発明に於ては、回転シャフトが上下の２本のシャフト
に分かれている。上シャフト４と、下シャフト１０であ
る。

上シャフト４はカーボンで作る。直接に高熱が伝わる部
分であるからである。下シャフト１０は、耐熱性は劣る
が、加工性、機械的強度、耐薬品性に優れたステンレス
などの金属を用いる。

上下シャフトを結合する軸継ぎ手１１の部分の改良が、
本発明の眼目である。

す七ブタ２の内部には、円筒形で、電流路が上下に蛇行
するように設けられなカーボン抵抗加熱ヒータ５が設け
られる。

カーボンヒータ５は、外部から電流導入端子６により、
直流電流が供給される。

チャンバ１の上類部には、原料ガス導入管１５が設けら
れる。原料ガスは、基板の上に成長させるべき薄膜の構
成元素を含むガスである。例えば、ＧａＡｓ薄膜を成長
させる場合、トリエチルガリウム、トリメチルガリウム
など有機金属ガスと、アルシンとが原料ガスであり、水
素ガスをキャリヤガスとしてチャンバ１内に吹きこまれ
る。

チャンバ１の下側方には、ガス排気管１６がある。

チャンバ１の上半には、冷却水ジャケット１７が設けら
れる。

さて、下シャフト１０は、真空軸受２Ｌ　　２２などに
よって回転可能に支持される。これらの軸受け、その外
輪が回転機構ハウジング７によって支持される。

下シャフト１０にはカサ歯車９が固着される。

これは回転力を導入するためのものである。チャンバ１
の外にモータ１３（減速機を含む）が設けられる。

モータの回転力が、チャンバ１壁面の回転フィードスル
ー１２により、チャンバ内の横軸１８に伝わる。横軸１
８の回転力がカサ歯車９によって、下シャフト１０を回
転させる。

既に述べたように、下シャフト１０があまりに加熱され
ると、歯車、軸受を痛めるし、軸受部のクリヤランスが
ｌ＜ｌり回転不能になる。

本発明は、軸継ぎ手１１での上下シャフトの結合が、熱
をできるだけ伝えないような構造にしたものである。こ
のため、接触面積を狭くしである。

第２図は軸継ぎ手の部分縦断面図、第３図はそれと４５
°の角度をなす縦断面図である。

第４図は下シャフト１０の上端面を示す平面図、第５図
は下シャフト１０の上端近傍の斜視図である。

上シャフト４の下端は、円板状の通常のフランジ１９に
なっている。カーボンは柔い材料であるので複雑な形状
に加工すると強度が著しく低下する事がある。このため
、単純な形状であるのが望ましい。

しかし、金属である下シャフト１０は、強さ、加工性と
もによいので、複雑な形状に加工できる。

そこで、下シャフト１０の上端は、ありふれた円形のフ
ランジにしない。

フランジのかわりに、下シャフト１０の上端には、複数
の放射状に伸びた取付分岐８を形成する。

取付分岐８の数として、４本のものを例示している。し
かし、４本に限らず、２本、３本、５〜８本であっても
よい。

取付分岐８は、ボルト１４によって、上シャフトフラン
ジ１９に固着するための部分である。

このため、取付分岐８には、螺穴２６が穿孔されている
。

上シャフト４の端面との接触を避けるため、下シャフト
１０の上端面の中央部は広くえぐられた凹部２３となっ
ている。

凹部２３の中央に穴２５がさらに穿たれる。

上シャフト４の下端面中央に、短い突起２４が形成され
る。

突起２４が、穴２５に差込まれる。こうすることにより
、下シャフト１０、上シャフト４の中心が合致するよう
になっている。

ボルト１４が、上シャフト７ランジ１９の上面から穴に
差込まれ、下シャフトの取付分岐８の螺穴２６に螺送ま
れる。これにより、上シャフト４が下シャフト１０の上
に固着される。

（２）作　用 ボルト１４によって、上下シャフトが締結されている。

そこで下シャフトがモータ１３によって回転すると、上
シャフトも一体となって回転する。

ヒータ５の熱により、サセプタ２が高温になる。

この熱は、上シャフト４に伝わり、さらに下シャフト１
０に伝わる。

しかし、下シャフト１０と、上シャフト４の下端面との
接触面２７は、極めて狭い。下シャフト１０の上端面の
大部分が凹部２３となっており、これが非接触だからで
ある。

熱の伝達は、熱伝導、輻射、対流の３作用による。

これは、０、Ｉ　Ｔｏｒｒ　〜ＩＱ　Ｔｏｒｒ　ノ真空
中であルノで、対流１よ殆ど問題にｆｘｃ）’ｌｘい。

最も有力なものは、熱伝導である。これは接触面を通じ
てなされる熱の伝達の態様である。本発明では、接触面
２７が極めて狭い。このため熱伝導が著しく少ない。

第２図〜第５図の例では、それでもなお、接触面２７が
ある程度の拡がりをもつ。

そこで、第６図のように、ボルト１４のまわりの極く狭
い部分のみを残して、下シャフト１０の上端面をさらに
えぐるようにすると、より一層効果的である。つまり、
−層、熱伝導を抑制できる。

熱伝導は接触面積に比例するので、どの程度減少したの
かを評価するのは簡単である。

ただし、上シャフト４はやわらかく、脆い材質であるか
ら、あまりに接触面を狭くすると、単位面積あたりの荷
重が増えて、上シャフトが破損する惧れがある。

このため、接触面の削減には限界がある。

熱輻射も減少する。熱輻射によって、熱が伝わるという
場合、熱を受ける方からいうと、熱源に対する立体角に
比例する。

この場合、上シャフト７ランジ１９の下端面が熱源とみ
なされる。

この熱源からの熱は、下シャフトの接触面２７も、非接
触面である凹部２３も等しく受けとる。

しかし、取付分岐８．８の間は空間になっている。この
空間に輻射される熱は下シャフトの熱にならない。

もしも、下シャフト上端面も広いフランジになっていれ
ば、これが受取る輻射熱はかなり大きい。

ところが、本発明では、広いフランジにせず、放射状の
取付分岐を複数個設けているだけである。

つまり、本発明の場合、上シャフトフランジ底面を熱源
とみなし、熱源からみた下シャフト端面の立体角が狭く
なっている。このため輻射も減少するわけである。

本発明は、基板１枚ずつ、或は多数枚同時に薄膜を成長
させるものの何れにも適用できる。また、バレル型サセ
プタに限らずパンケーキ型サセプタの場合にも適用でき
る。

要は、サセプタを回転させるもので、このサセプタに支
持した基板をチャンバの内部或は外部に設けた加熱手段
により加熱させるものには何にでも適用できる。

（→効　果 気相成長装置のサセプタ回転シャフトを、カーボン製の
上シャフトと、金属製の下シャフトに分け、上下シャフ
トを軸継ぎ手によって結合している。軸継ぎ手に於て、
上シャフトから下シャフトへ向う熱伝導、熱輻射が著し
く削減される。

下シャフトの温度が過度に高くならない。

下シャフトに取付けられた軸受ヤ歯車の劣化が遅くなる
。このため頻繁に点検、取替えをしなくてもよいように
なる。

下シャフトが過熱される事により、軸受の内輪が過度に
膨張して、回転しにくくする、という事がない。

下シャフトの加熱が抑制されるので、下シャフト表面、
歯車、軸受、ハウジング表面に吸着されたガスの放出が
減少し、チャンバ内を汚染する可能性が少なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回転シャフトを備えた気相成長装置の
全体縦断面図。 第２図は軸継ぎ手の部分のボルトを含む縦断面図。 第３図は軸継ぎ手の部分のボルトを含む面から４５°の
角をなす面で切った縦断面図。 第４図は下シャフト上端面の平面図。 第５図は下シャフト上端近傍の斜視図。 第６図は他の実施例を示す継ぎ学部の一部縦断面図。 １・・・・・・ ２・・・・・・ ３・・・・・・ ４・・・・・・ ５・・・・・・ ６・・・・・・ チャンバ サセプタ 基板 上シャフト カーボンヒータ 電流導入端子 ７・・・・・・ハウジング ８・・・・・・取付分岐 ９・・・・・・カサ歯車 １０・・・・・・下シャフト １１・・・・・・軸継ぎ手 １２・・・・・・回転フィードスルー １３・・・・・・モータ １４・・・・・・ボルト １５・・・・・・原料ガス導入管 １６・・・・・・ガス排気管 １γ・・・・・・冷却水ジャケット １８・・・・・・横　軸 １９・・・・・・上シャフトフランジ ２１．２２・・・・・・軸　受 ２３・・・・・・四　部 ２４・・・・・・突　起 ２５・・・・・・穴 ２６・・・・・・螺　穴 ２７・・・・・・接触面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　真空容器であるチャンバ１と、チャンバ１の中に設け
   られ基板３を取付けられるサセプタ２と、基板３を加熱
   するための手段と、サセプタ２を回転可能に支持する回
   転シャフトと、回転シャフトを支持する軸受と、回転シ
   ャフトに回転力を与えるための回転駆動機構とよりなり
   、チャンバ１の一端から原料ガスを導入し、加熱された
   基板３の上に薄膜を成長させ、チャンバの他端部から排
   ガスを排出するようにした気相成長装置に於て、回転シ
   ャフトが、サセプタ２を直接に支持する第１のシャフト
   ４と、軸受、回転駆動部の設けられる金属製の第２のシ
   ャフト１０とよりなり、第１のシャフト４の一端は円形
   のフランジ１９となり、第２のシャフト１０の一端には
   放射状に延びる複数の取付分岐８が形成され、取付分岐
   ８の螺穴２６の近傍のみを接触面２７として残し、他の
   部分は接触面２７より低い凹部２３とし、ボルト１４に
   よつて第１のシャフトフランジ１９と第２のシャフトの
   取付分岐８とを固着した時、第２のシャフト上端面の凹
   部２３は第１のシャフトフランジに接触しないようにし
   た事を特徴とする気相成長装置の回転シャフト。