JPH0296643A

JPH0296643A - 試料真空中回転装置

Info

Publication number: JPH0296643A
Application number: JP63247389A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Kawamura; 朋晃川村
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1988-10-03
Filing date: 1988-10-03
Publication date: 1990-04-09

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〕本発明は、真空中で試料を数秒程度の角度精度で回転さ
せる回転装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体技術の発達に伴い、現在半導体プロセス中でのｉ
ｎ　５ｉＬｕ分析技術の発展が行なわれている。このよ
うな手法の一つとして半導体材料表面の界面の情報を得
ることのできるＸ線定在波法がある。この方法は、結晶
中でのＢｒａｇｇ反射を利用し、固体材料の表面や界面
の構造を解析するものであり、多くの可能性を秘めてい
る。一般に結晶中のＢｒａｇｇ反射の角度の半値幅は数
秒程度であるため、この方法による半導体材料の解析を
行うためには角度精度１秒以下の高錆度のゴニオメータ
−が必要となる。このため、通常この方法は大気中で界
面の構造に通用されることが多い。

一方、より精密な半導体素子の開発には、半導体プロセ
ス中でまさに素子を作成している状態での分析が徐々に
要求されるようになってきている。一般に、半導体素子
作成プロセスは蒸着、酸化、プラズマ処理等真空中での
工程が多く、このため分析法に対しても真空中で行なえ
るようにしてほしいという要求か高まっている。これに
対し、前述のＸ線回折を利用したＸ線定在波法、表面Ｘ
線回折法などもその較補の一つであるが、これらの方法
は現在大気中での適用が主流であり、これをそのまま真
空中に通用することはできない。

このように、Ｘ線回折の手法を真空中に取り入れること
が困難であるのは、一つには真空中で精度の良い回転装
置が得られないことにある。すなわち、現在真空中で回
転動作が可能な装置は基本的には真空中に回転を導入す
るいわゆる回転導入であり、Ｘ線回折のような精度の必
要な用途には考えられていない。

第６図は磁力を利用した磁気結合型回転装置の一例を示
す図である。

真空側回転軸３６はベアリング３２．３３により大気側
回転軸３１に保持されてし）る。真空側回転軸３６には
駆動用磁石３５が、大気側回転軸３１には駆動用磁石３
４がそれぞれ取付けられている。この装置において、大
気側回転軸３１を回転させると、磁石３４も回転する。

このとき磁石３４と磁石３５の間に結合力がイ動くため
、磁石３５も合わせて回転する。この結果、磁石３５の
取り一つけられた真空側回転輪３６も回転する。このよ
うにして、大気中の回転運動を真空中の回転運動に結び
つけることができる。

しかし、この場合、大気側の運動と真空側の運動は磁石
３５と磁石３６の結合により伝達されるため、大気側回
転軸３１に必ずしも真空側回転軸３６の回転が追従しな
い。このため、このような方法で試料を回転させても高
い回転精度を得ることかできず、Ｘ線回折のような精密
な用途には用いることができない。

方、真空中へ回転力を導入する別の方法としてベローシ
ールを用いる方法がある。

第７図はこのベローシールを用いた回転装置の−・例を
示す図である。

大気側の回転機構３９にはベアリング３８により大気側
回転＠３７が保持されている。一方、真空側回転軸４６
はベアリング４４により真空側回転用治具４２に保持さ
れている。真空側回転軸４６には真空と大気を隔離する
ためのベローズ４３か真空側回転用治具４２を覆うよう
に取付けられている。そして、大気側回転用治具４０と
真空側回転用治具４２はベアリング付カップラー４１で
接続されている。

この装置では大気中の回転運動を以下のようなメカニズ
ムで真空側へ伝達する。まず、大気側回転軸３７を回転
させると、これに結合した大気側回転用治具４０が回転
する。すると、いわゆるすりこぎの原理で真空側回転用
治具４２が移動し、真空側回転軸４６が回転する。この
とき、大気側回転用治具４０と真空側回転用治具４２の
間にねじれが生じるが、これはカップラー４１によりキ
ャンセルされる。このように、この装置は大気側回転用
治具４０と真空側回転用治具４２の間の間接的な力の伝
達により回転力を真空側に伝えるために、真空側回転輪
４６の精度はベアリングのガタで制限されてしまう。こ
のため、このような回転導入方式はせいぜい真空中の試
料のおおざっばな回転など、精度のいらない状況にしか
用いることがきす、Ｘ線回折を用いた手法に応用するこ
とは困難である。

〔発明が解決しようとする課厘〕

本発明の目的は、従来の真空用回転装置ではその回転精
度が十分でないために精密な角度制御の必要な実験が困
難であるという問題を解決して、真空中でも人気中と同
様に精密な角度制御を要求する実験を可能とする試料真
空中回転装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明の試料真空中回転装置は、真空槽と、真空槽を排気する排気装置と、一端が真空槽に、他端が大気に連通ずる空間を形成する
外壁に回転可能に支持され、試料が取付けられる端部が
真空槽に突出している真空側回転軸と、真空側回転軸と外壁の間に介装された２個以上のシール
部材と、外壁のシール間の空間を排気する排気装置と、真空側回
転軸と、真空槽とは反対側の端部において直結された大
気側回転軸と、大気側回転軸の外周面に固着されたサインパーと。

先端がサインパーに当接して直線運動する可動子を含み
、該可動子の直線運動によってサインパーを回転させる
サインバー駆動機構とを有している。

〔作用〕

真空側回転軸と大気側回転軸を直結し、大気側回転軸を
サインパーとサインバー駆動機構で駆動するので、真空
側回転軸を非常に積度よく回転させることができる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の試料真空中回転装置の一実施例の断面
図、第２図は第１図の回転装置の平面図、第３図は第１
図の回転装置における角度精度計算のための図、第４図
は本実施例の回転装置を用いた実験例を示すグラフであ
る。

真空側回転軸６の軸端にはベース１７を介して試料１６
が取付けられ、この試料１６は真空隔壁１で囲まれた真
空槽の中にある。真空側回転軸６はベアリング３と８に
より外壁５に支持され、その上端と真空隔壁１の間には
真空隔壁ｌと回転軸６の間の歪を吸収するベローシール
２が設けられている。真空側回転軸６と外壁５の間には
、真空と大気を分離する二重シールである真空側シール
４と大気側シール７が介装され、これら両シール４．７
間の外壁５の一部が開口して、両シール４．７で囲まれ
た部分を排気する排気系９と連なっている。大気側回転
軸１１は真空側回転軸６と直結され、ベアリングセット
１０を介して、外壁５と一体となっているベース１４に
支持されている。この大気側回転軸１１にはサインバー
１２がベース１４を貫通して半径方向に取付けられてい
る。サインバー駆動機構１３はサインパー１２を駆動す
る機構であり、直線運動する可動子を含み、その先端は
サインパー１２に当接して（サインパー１２は可動子と
は反対側に位置するスプリングにより可動子側に常に押
されている）、サインパー１２を回動させる。このサイ
ンパー１２の回転により大気側回転軸１１は回転駆動さ
れるようになっている。なあ、大気側回転軸１１．ベア
リングセット１０、ベース１４、サインパー１２、サイ
ンバー駆動機構１３は大気側回転機構１５を構成してい
る。

次に、本実施例における回転のメカニズムを第２図を用
いて説明する。ここで、第２図は第１図の装置をＦ方か
ら見たものであり、第１図のうち主要なものを示しであ
る。

本実施例において試料１６を矢印の向き（反時計方向）
に回転させるものとする。まず、サインバー駆動機構１
３により矢印に示すように図下から上の方向にサインパ
ー１２を移動させる。この場合、サインパー１２と大気
側回転軸１１は直接接続されているために、サインパー
１２の回転移動に伴い大気側回転ｔｌｌｌｈｌｌは矢印
に示すように反時計方向に回転する。このとき、真空側
回転＠６は大気側回転軸１１と直結されているため、同
時に第２図の矢印に示す方向、すなわち反時計方向に回
転する。この結果、真空側回転軸６に取りつけられた試
料１６も反時計方向に回転することになる。なお、逆に
試料１６を第２図の矢印と逆方向である時計回りに回転
させたい場合はサインバー駆動機構１３の可動子を逆に
動かせば良い。

すなわちサインバー駆動機構１３の可動子を図上から下
へ移動させると、サインパー１２は同じように図上から
下へ回転移動する。したがって、大気側回転軸１１およ
び真空側回転軸６は第２図の矢印と逆方向である時計方
向に回転する。この結果、真空側回転軸６に取りつけら
れた試料１６も同様に時計方向に回転する。

次に、本実施例で予想される角度精度の計算を第３図に
より行う。大気側回転軸１１の中心を０、サインパー１
２上での移動前のサインパー駆動機構１３の可動子とサ
インパー１２の接触点をＰ、移動後のサインパー１２上
でのサインバー駆動機構１３の可動子とサインパー１２
の接触点をＰ′、大気側回転軸１１の中心０から移動前
のサインパー１２上の点Ｐまでの距離ＯＰをＬ、サイン
バー駆動機構１３の可動子の移動距＠ｐｐ’をＸとする
。また、サインパー１２上の点ＰおよびＰ′と中心０を
結んだ直線ＯＰおよびＯＰ′のなす角をθとすると、こ
の角度は大気側回転軸１１の回転角度を表すことになる
。このときサインパー１２の回転移動に伴う回転角度θ
は次式で与えられる。

θ　＝　　　ｊａｎ−皿　　（Ｘ／Ｌ）ごこで、例えば
大気側回転ｆ！［ｂｌｌの中心０とサインパー１２上の
点Ｐとの距１ｌＩＬを５０ｃｍ程度とり、移動距＃Ｘを
例えば０．２５μｍ程度の精度で制御することも現在の
技術では可能である。この場合、得られる角度精度Δθ
は Δθ＝　ｔａｎ’　（０，２５／　５０／　１００００
　）＝０．１（秒）となり、１秒以下の角度精度を持つことになる。

この精度は例えばＸ線定在波実験に必要な角度精度を満
足しており、本発明を用いることによりＸ線定在波実験
を真空中で行うことが可能となったことをボしている。

このように、本実施例においては、大気側回転軸１１と
真空側回転軸６が直結されているため、大気側回転軸１
１の精密な回転運動を真空側回転軸６、すなわち真空槽
内に導入することが可能となる。

次に、本実ｈ’ｅｓ例の装置を用いた実験例を第４図に
示す。試料１６としてＳ　ｉ　（１１１）基板上にガリ
ウム燐（ＧａＰ）を蒸着したものを用いた。ＧａＰ膜は
Ｓｉ基板との格子定数が約０．３％しか異なっていない
ために比較的連続性の良い膜が得られることが知られて
いる。測定はベース１７に試料１６を取り付け、回転軸
６全体を真空槽内に設置した状態で行った。試料１６か
ら放出される蛍光Ｘ線は半導体検出器により検出した。

第４図の（ａ）はＳ　ｉ　（Ｉｌｌ）基板のＢｒａｇｇ
反射のロッキングカーブであり、通常数秒程度の拡がり
しか持たない。

（ｂ）および（Ｃ）はそれぞれＧａおよびＰの蛍光Ｘ線
強度の変化を示す。ＧａおよびＰの蛍光Ｘ線強度はいず
れも左右非対称となっており、ｘ６定在波実験特有の形
を有している。なお、第４図中Ｗは角度をあるパラメー
タで換算したものである。

このように、本装置を用いることにより角度掃引幅数秒
以内に生じるｘＩＩ５Ａ定在波などの微小な角度領域で
の現象を捉えることが可能となった。これはたとえば別
の応用例として試料への入射角が１゛以内の写入射領域
における表面の散乱などを真空中で高精度に測定する実
験に応用することができる。

以上述べたように本装置を用いることにより試料への入
射角を精密に制御することが可能となる。ここで別の問
題として周辺の装置の振動の影響が考えられる。これを
除去するために例えば排気系に大気から排気可能な機械
的な真空排気系と高真空用無振動排気系を組み合わせる
ことも可能である。以下にその詳細を述べる。

第５図は本排気系のブロック図である。

回転軸１９は真空槽２８内に置かれた試料を回転させる
ためのもので、真空槽２８と連なる外壁３０と回転軸１
９の間には真空槽２８を大気から遮断するためのシール
材２０，２１．２２が介装されている。真空槽２８は、
真空槽２８を高真空に引くための高真空無振動排気系（
以下無振動排気系１８と称す）と、また真空バルブ２５
を介して、ターボ分子ポンプのような大気から排気可能
な荒引き排気系（以下荒引き排気系２９と称す）と接続
されている。外壁３０の一部は開口して、シール材２０
．２１により隔離された空間を排気し、真空槽２８の真
空を保持するためのイオンポンプ等無振動系のポンプを
用いた無振動排気系（以下無振動排気系２３と称す）と
、シール材２１゜２２で遮断された空間を排気し真空Ｊ
１２８およびシール材２０．２１に囲まれた空間の真空
を保持するための無振動排気系（以下無振動排気系２４
と称す）と連なっている。真空バルブ２５は荒引き系２
９と真空Ｍｊ２８の間を遮断するための真空バルブ、真
空バルブ２６はシール材２０とシール材２１に囲まれた
部分と荒引き系２９との間を遮断するための真空バルブ
、真空バルブ２７はシール材２１とシール材２２に囲ま
れた部分と荒引き茶２９との間を遮断するための真空バ
ルブである。

本装置を大気中から排気、立ち上げする場合は以下の手
順で行う。

■真空バルブ２５．２６．２７を開く。

■荒引き系２９で真空槽２８、無振動排気系１８、回転
軸１９の排気系である無振動排気系２３．２４およびシ
ール材２０，２１．２２により仕切られた空間を排気す
る。

■無振動排気系１８．２３．２４が動作可能となる真空
度である１　０　”’　Ｔｏｒｒ以下となったところで
、無振動排気系１８，２３．２４を作動させる。

■引続き真空バルブ２５，２６．２７を閉じ、真空Ｎｌ
２８を無振動排気系１８で排気するとともに、回転＃Ｊ
１９のシール材２０，２１．２２の間の空間を無振動排
気系２３．２４のみで排気する。

■荒引き系２９を停止させ、荒引き系２９がら真空バル
ブ２５，２５．２７までを開放する。

以上のように無振動排気系１８．２３．２４および大気
から排気可能な振動を生じる排気系２９を組み合わせる
ことにより、高真空で振動のない真空槽２８を実現する
ことが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、真空側回転軸を大気側回
転軸と直結させ、大気側回転軸をサインバーおよびサイ
ンバー駆動機構により回転駆動することにより、真空側
回転軸の高精度回転を行うことが可能となり、例えば超
高真空中でのＸ線定在波法等の蹟密な回転を真空中で必
要とする分析装置に利用できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の試料真空中回転装置の一実施例の断面
図、第２図は第１図の回転装置の平面図、第３図は第１
図の回転装置における角度精度計算のための図、第４図
は本回転装置を用いた実験例を示すグラフ、第５図は本
発明による排気系の一例を示す図、第６図は従来装置で
ある磁気結合型回転装置の一例の断面図、第７図は従来
装置であるベロー利用回転装置の一例の斜視図である。１・・・真空隔壁、　　　　２・・・ベローシール、３
．８−・・ベアリング、４・・・真空側シール、５．３
０・・・外壁、　　６・・・真空側回転軸、７・・・大
気側シール、　９・・・排気系、１０・・・ベアリング
セット、１１・・・大気側回転軸、１２・・・サインバー３・・
・サインバー駆動機構、４．１７・・・ベース、１５・・・大気側回転機構、６
・・・試料、８．２３．２４・・・無振動排気系、９・・・回転軸、０．２１．２２・・・シール材、５．２６．２７−・・真空バルブ、９・・・荒引き系。特許出願人　　日本電信電話株式会社

Claims

【特許請求の範囲】１、真空槽と、真空槽を排気する排気装置と、一端が真空槽に、他端が大気に連通する空間を形成する
外壁に回転可能に支持され、試料が取付けられる端部が
真空槽に突出している真空側回転軸と、真空側回転軸と外壁の間に介装された２個以上のシール
部材と、外壁のシール間の空間を排気する排気装置と、真空側回
転軸と、真空槽とは反対側の端部において直結された大
気側回転軸と、大気側回転軸の外周面に固着されたサインバーと、先端がサインバーに当接して直線運動する可動子を含み
、該可動子の直線運動によってサインバーを回転させる
サインバー駆動機構とを有する試料真空中回転装置。２、前記両排気装置が、大気から排気可能な荒引き排気
系と、振動のない高真空用排気系と、前記荒引き排気系
と高真空用排気系とを連結する真空バルブとからなる請
求項１記載の試料真空中回転装置。