JP2000031069A - サンプルホルダー回転機構及びこの機構を備える真空薄膜成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】真空室を高真空に保持したままで、半導体光デ
バイスにおける光入射端面および光出射端面に高い品質
の薄膜を形成できるようにする真空薄膜成膜装置の提供
にある。 【解決手段】成膜用プロセスガスの内の一つである窒素
ガスを反転用ガス吹き付け管2経由で反転用ガス吹き付
け羽根８に吹き付け、サンプルホルダー６を反転させる
サンプルホルダー回転機構を備える。このサンプルホル
ダー回転機構を備えることにより、電動モーターを用い
ることなく、CVD真空チャンバー１を真空に保持したま
まサンプルホルダー６を反転できる。この真空薄膜成膜
装置では、光入射端面に薄膜を成膜する工程に続いて、
真空室を高い真空度に保持したままサンプルホルダー６
を窒素ガスで回転させ、光出射端面に薄膜を成膜でき
る。この薄膜成膜工程では、真空室を大気に晒らさず、
電動モーターの影響も受けないから、成膜された薄膜の
品質は非常に高いものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光変調器等の素子
における複数の面（例えば、光変調器における光入射端
面及び光出射端面）に薄膜を形成するのを容易にする装
置に関し、特にプラズマCVD装置などの真空薄膜成膜装
置および真空薄膜成膜装置におけるサンプルホルダーを
反転させる機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体光デバイスとしては、光変調器、
LED、光アンプ、などが実用化されている。半導体光デ
バイスでは、端面保護、反射率制御などの目的で光入射
端面および光出射端面に絶縁性の薄膜を形成することが
多い。半導体光デバイスにおける光入射端面および光出
射端面は光軸に直交する平面であり、通常のデバイスで
は互いに平行である。

【０００３】図６は、従来のプラズマCVD装置における
真空チャンバー（真空室）内の構成を概念的に示す図で
ある。本図において、符号1は CVD真空チャンバー、符
号3は成膜用プロセスガス導入部、符号4は上部電極、符
号5は下部電極、符号30はサンプルホルダー、符号30aは
サンプル設定凹部である。

【０００４】図６の従来のプラズマCVD装置で光変調器
の端面に薄膜を形成するには、一方の端面を上側に向け
て光変調器をサンプル設定凹部30aに収容することによ
り、該光変調器をサンプルホルダー30に搭載し、このCV
D真空チャンバー1の真空度を上げ、高真空のCVD真空チ
ャンバー1に成膜ガスを導入し、該成膜ガスの成分でな
る薄膜を光変調器の一方の端面に形成し、次にCVD真空
チャンバー1の真空度を大気圧にまで一旦下げ、光変調
器をCVD真空チャンバー1から取り出し、サンプル設定凹
部30aに収容されている光変調器の上下を反転し、光変
調器をCVD真空チャンバー1内へ再び配置し、CVD真空チ
ャンバー1の真空度を再度上げ、高真空のCVD真空チャン
バー1に成膜ガスを導入し、該成膜ガスの成分でなる薄
膜を光変調器の他方の端面に形成していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来の真空薄膜
成膜装置では、光変調器などの半導体光デバイスにおけ
る光入射端面および光出射端面に薄膜を形成するには、
真空室が高真空に設定されている成膜工程の途中で、そ
の真空室の気圧を一旦大気圧に戻し、大気圧下で半導体
光デバイスの上下を反転し、真空室の真空度を再び上げ
るという操作を要する。その真空室の圧力を高真空から
大気圧に戻し、再び高真空にまで下げるには通常３０分
程度の時間を要する。

【０００６】サンプルホルダーのサンプル収容部を図５
におけるサンプル設定孔９の如くに貫通孔にし、一方の
端面に成膜した後にサンプルホルダーを180度回転させ
れば、サンプル収容部内の半導体光デバイスを上下反転
できるから、成膜工程の途中で真空室の気圧を大気圧に
戻すことなく半導体光デバイスの両端面に成膜できる。
ところが、サンプルホルダーの反転を電動モーターで行
うとすると、次のような支障があり、採用できない。

【０００７】電動モーターを真空室の外に設置して、該
電動モーターの回転力を真空室の壁を貫通する機械軸で
真空室の内部に伝導する構造を採ると、その壁の部分に
おける気密保持が困難であり、有毒な成膜ガスが真空室
から外部へ漏れたり、或いは真空室の真空度を高く上げ
るのが困難であって、高品質の薄膜を形成できなかった
りする。

【０００８】また、電動モーターを真空室の内部に設け
る構造を採ると、電動モーターの構成物から真空中に微
量な物質が揮発し、真空室の真空度を高めるのを困難に
したり、或いはその微量物質が薄膜に混入し、または微
量物質が成膜用プロセスガスと反応し、ひいては薄膜の
品質の劣化を招き易い。また、成膜用プロセスガスが発
火性であれば、電動モータの火花が成膜用プロセスガス
に引火し、爆発を起こす危険がある。

【０００９】そこで、本発明の目的は、半導体光デバイ
ス等の素子をサンプルホルダーに搭載し、サンプルホル
ダーに搭載した状態でその素子を真空室に配置し、その
真空室を真空にし、成膜用プロセスガスをその真空室に
供給し、その素子の表面に薄膜を成膜する真空薄膜成膜
装置において、その真空室を高真空に保持したままで、
即ち成膜工程の途中で真空室を一旦大気に晒すことな
く、該素子における２つの面（例えば、光変調器におけ
る光入射端面および光出射端面）に高い品質の薄膜を形
成できるようにするサンプルホルダー回転機構及び真空
薄膜成膜装置の提供にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明は次の手段を提供する。

【００１１】半導体光デバイスなどの素子をサンプル
ホルダーに搭載して真空室に配置し、該真空室に成膜ガ
スを導入し、該成膜ガスの成分でなる薄膜を該素子に形
成する真空薄膜成膜装置に備えられて該サンプルホルダ
ーを回転する機構において、該成膜ガスの内の少なくと
も一種類を前記真空室に吹き出す管と、該管から吹き出
す該ガスの流れを受ける羽根と、該羽根が該ガスの流れ
から受ける力を該サンプルホルダーの回転軸に回転力と
して伝える伝達手段とを備えてなるサンプルホルダー回
転機構。

【００１２】前記伝達手段は前記羽根を前記回転軸に
固定する手段でなり、前記管のガス吹き出し口から吹き
出す該ガスの流れが該羽根に当たるガス吹き付け部は前
記回転軸の軸心から一定の長さだけ離れていることを特
徴とする前記に記載のサンプルホルダー回転機構。

【００１３】 前記回転軸に固定してある楕円カム
と、バネの弾力で付勢されて該楕円カムを挟持する機構
とを備え、前記バネの弾力は、前記羽根が前記ガスの流
れから受ける力と前記一定の長さとの積で定まる回転モ
ーメントが前記楕円カムを回転させ、且つ該ガスの流れ
が停止したときは該楕円カムの回転を停止させるだけの
力で前記楕円カム挟持機構を付勢することを特徴とする
前記又はに記載のサンプルホルダー回転機構。

【００１４】半導体光デバイスなどの素子をサンプル
ホルダーに搭載して真空室に配置し、該真空室に成膜ガ
スを導入し、該成膜ガスの成分でなる薄膜を該素子に形
成する真空薄膜成膜装置において、該成膜ガスの内の少
なくとも一種類を前記真空室に吹き出す管と、該管から
吹き出す該ガスの流れを受ける羽根と、該羽根が該ガス
の流れから受ける力を該サンプルホルダーの回転軸に回
転力として伝える伝達手段と、該サンプルホルダーに回
転力を与えるときだけ該管に該成膜ガスを供給するガス
供給制御手段とを備えてなり、前記管は、前記薄膜とな
る成分として前記素子の表面に前記成膜ガスを供給する
成膜ガスの導入管とは別に設けてあることを特徴とする
真空薄膜成膜装置。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を挙げ、
本発明を一層詳しく説明する。

【００１６】図1は本発明の一実施の形態であるプラズ
マCVD装置における真空チャンバー（真空室）内の構成
を概念的に示す図、図２はそのプラズマCVD装置におけ
るサンプルホルダー回転機構を概念的に示す平面図、図
３は個別素子化された光変調器の一例を示す斜視図、図
４は図３の如くに個別素子化される前のバー状素子を示
す斜視図（A）、6本のそのバー状素子を密着させて並べ
た状態を示す斜視図（B）、及びサンプルホルダー６の
サンプル設定孔９に図４（B）の6本のバー状素子を収容
した状態を示す平面図（C）、図５は図１のプラズマCVD
装置におけるサンプルホルダー回転機構を一層具体的に
示す斜視図である。

【００１７】これらの図において、符号１はCVD真空チ
ャンバー、符号２は反転用ガス吹き付け管、符号３は成
膜用プロセスガス導入部、符号４は上部電極、符号５は
下部電極、符号６サンプルホルダー、符号7,7a,7b,7c,7
dは軸、符号８は反転用ガス吹き付け羽根、符号8aは反
転用ガス吹き付け部、符号９はサンプル設定孔、符号1
0,11,12,13,14,15はバー状素子、符号20は押え板、符号
21はバネ、符号40は楕円カム押え板、符号41,42は案内
軸、符号43,44はバネ、符号45は楕円カム、符号46,47は
ブロック、符号50は平板、符号51,52は支え板、符号aは
素子（ここでは）光変調器、符号a1は素子aの光入射端
面、符号a2は素子aの光出射端面である。

【００１８】成膜用プロセスガス導入部３からCVD真空
チャンバー1に導入される成膜用プロセスガス（前述の
成膜ガスに相当）は、例えばモノシラン、アンモニア及
び窒素の混合ガスである。下部電極５にはヒーターが内
臓されている。交流電圧が掛けられる上部電極４と下部
電極5との間ににはプラズマが発生する。下部電極５内
のヒーターによる熱及びそのプラズマで成膜用プロセス
が分解反応を起こし、その分解反応により成膜用プロセ
スの成分が、サンプルホルダー６に搭載されたサンプル
（ここでは光変調器）の上面に堆積し、絶縁性の薄膜と
なる。

【００１９】図５に示すサンプルホルダー回転機構は、
図1に示すCVD真空チャンバー1内に収容される。図1及び
図２ではサンプルホルダー回転機構は概念的に示してあ
るから、詳しい構成を明らかにするために図５に詳細図
を示している。

【００２０】図1乃至図５に示すプラズマCVD装置の特徴
は、成膜用プロセスガスの内の一つである窒素ガスを反
転用ガス吹き付け管2経由で反転用ガス吹き付け羽根８
に吹き付け、サンプルホルダー６を反転させるサンプル
ホルダー回転機構を備えることである。このサンプルホ
ルダー回転機構を備えることにより、このプラズマCVD
装置では、電動モーターを用いることなく、CVD真空チ
ャンバー１を真空に保持したままサンプルホルダー６を
反転できる。

【００２１】図1乃至図５に示すプラズマCVD装置では、
サンプルホルダー６の反転に利用する駆動力を成膜用プ
ロセスガスの内の一つの推力から得ているから、形成さ
れる薄膜に不純物が混入する虞がなく、またCVD真空チ
ャンバー１内の電動モーターを駆動力元としないから、
CVD真空チャンバー１内に電動モーターから微少物質が
揮発して、その微量物質が薄膜に混じる虞もない。さら
に、CVD真空チャンバー１の内外を機械伝動軸で連結す
ることもないから、CVD真空チャンバー１の壁材と機械
伝動軸との間の気密性の不足に起因して、CVD真空チャ
ンバー１の真空度を上げるのに障害が生ずることもない
し、成膜用プロセスガスがCVD真空チャンバー１外に漏
れる虞もない。

【００２２】次に、図５を参照して、本実施の形態にお
けるサンプルホルダー回転機構を一層詳しく説明する。
図５に平板50として示す部材は、CVD真空チャンバー1の
壁材を兼ねる部材又はこの壁材に固着されたものであ
り、支え板51，52を互いに平行に保持するための手段で
ある。平板50は、図５では平らな部材として描いてある
が、実際には下部電極5を設ける空間を確保するために
部分的に窪んでいる。図５の構成では単に支え板51，52
を平行に保持する手段の必要性から平板50を設けたが、
支え板51及び52をそれぞれCVD真空チャンバー1の壁材に
に固着すれば、平板50は省略しても差し支えない。

【００２３】上部電極４及び下部電極５はサンプルホル
ダー６を間に置いて配置されており、サンプルホルダー
６は上部電極４及び下部電極５の間で回転可能である。
反転用ガス吹き付け管２は成膜用プロセスガス導入部３
と同じ成膜用プロセスガス供給タンクに接続されてい
る。このプラズマCVD装置には、反転用ガス吹き付け管2
から反転用ガスを吹き出し又は反転用ガス吹き付け管2
から吹き出す反転用ガスを停止させる反転用ガス供給制
御装置を備えている。この反転用ガス供給制御装置は、
その成膜用プロセスガス供給タンクと反転用ガス吹き付
け管2との間に設けてあるバルブの開閉を制御し、成膜
工程の進捗に応じて反転用ガスの制御をする。

【００２４】軸7a,7b,7c,7dは図１、図２では１つの符
号７で代表して示してあるものであり、中心線は共通で
ある。軸7a,7b,7c,7dは、支え板51，52で支えられ、自
在に回転する。軸7a,7b,7cは一体である。軸7aには楕円
カム45が同軸に固定されている。軸7b,7cには反転用ガ
ス吹き付け羽根８が固着されている。軸7cの片端及び軸
7dの片端はサンプルホルダー6に固定されている。かく
して、楕円カム45、反転用ガス吹き付け羽根８及びサン
プルホルダー６は一体として軸7a,7b,7c,7dを中心にし
て、支え板５１，５２に支えられて回転する。

【００２５】ブロック46，47は一体的に固着されてお
り、ブロック47は平板50に固着されている。楕円カム45
は、低摩擦係数の滑らかな表面を持つプラスチックでな
り、ブロック46の上面と楕円カム押え板40との間にあ
る。案内軸41，42はブロック46に立設されている。楕円
カム押え板40は、２つの貫通孔を有している。案内軸4
1，42は、楕円カム押え板40におけるこれら貫通孔に摺
動自在に嵌められている。バネ43，44は、案内軸41，42
で案内され、楕円カム押え板40をブロック46側に引張っ
ている。楕円カム押さえ板40は、バネ43，44の弾力でブ
ロック46側に寄る方向に付勢されており、ブロック46と
の間に楕円カム45を挟持している。

【００２６】サンプルホルダー６を反転させようとする
とき、成膜用プロセスガスの内の１つである窒素ガス供
給路のバルブを反転用ガス供給制御装置で開き、反転用
ガス吹き付け管2から下方に向けて吹き出す。反転用ガ
ス吹き付け管2から下方に向けて吹き出すガスが反転用
ガスとなる。

【００２７】反転用ガス吹き付け部8aは反転用ガス吹き
付け羽根８の端の円形領域であり、反転用ガス吹き付け
管２の軸線を延長した位置にある。反転用ガスが反転用
ガス吹き付け部8aに吹き付けられると、そのガスの推力
の反力により、反転用ガス吹き付け羽根８には回転力が
生じ、軸7a,7b,7c,7dを回転させる。

【００２８】反転用ガス供給制御装置で短時間だけ反転
用ガスを吹き出し、軸7a,7b,7c,7dを150度程度回転さ
せ、反転用ガスの吹き出しを停止すると、軸7a,7bには
楕円カム45が固定されているから、軸7a,7b,7c,7dは180
度だけ回転し、停止する。従って、サンプルホルダー６
は、反転して停止する。

【００２９】サンプルホルダー６にはサンプル設定孔９
が設けてある。サンプル設定孔９はサンプルホルダー６
を貫通する孔である。このサンプル設定孔９内に図４
（C）に示すようにバー状素子10〜15が搭載されてい
る。バー状素子10〜15には押え板20が当接され、押え板
20はバネ21で押されいる。バネ21は、サンプル設定孔９
の1つの縁と押え板20との間にある板バネであり、その
弾力により押え板20を介してバー状素子10〜15をサンプ
ル設定孔9内に保持している。

【００３０】バー状素子10〜15は、光入射端面a1を上側
に、光出射端面a2を下側に向け、サンプル設定孔9に設
定される。この状態でサンプルホルダー６に搭載された
バー状素子10〜15は、CVD真空チャンバー1内に収容され
る。CVD真空チャンバー1を薄膜の成膜に適した真空度ま
で減圧し、成膜用プロセスガス導入部３から成膜用プロ
セスガスをCVD真空チャンバー1内に供給し、サンプルホ
ルダー６の上面、即ちバー状素子10〜15の光入射端面a1
に薄膜を形成し、次に反転用ガス吹き付け管2から反転
用ガスとしての窒素ガスを短時間だけ吹き出し、サンプ
ルホルダー６を反転させる。このとき、バー状素子10〜
15では、光出射端面a2が上側を向き、光入射端面a1が下
側を向く。この状態で、成膜用プロセスガス導入部３か
ら成膜用プロセスガスをCVD真空チャンバー1内に再び供
給し、サンプルホルダー６の上面、即ちバー状素子10〜
15の光出射端面a2に薄膜を形成する。

【００３１】かくして、CVD真空チャンバー1を一度真空
にまで減圧するだけで、バー状素子10〜15の光入射端面
a1および光出射端面a2のいずれにも薄膜を形成できる。
バー状素子10〜15は両端面に薄膜を成膜した後に個別の
光変調器に分割される。図４のバー状素子10〜15は個別
の光変調器a,b,c,d,e,f,gにそれぞれ分割される。図３
の光変調器aについて言えば、光入射端面a1および光出
射端面a2にそれぞれ絶縁性の薄膜が形成される。

【００３２】この成膜工程の途中には、CVD真空チャン
バー1は大気に晒すことはないから、光変調器の光入射
端面a1および光出射端面a2に薄膜を形成するのに少なく
とも30分の時間を短縮できる。また、CVD真空チャンバ
ー1を大気に晒すことがないから、成膜工程の途中にCVD
真空チャンバー1を大気に晒す従来の成膜方法に比べ、
優れた品質の薄膜を形成できる。

【００３３】なお、サンプルホルダー６の回転角度は、
上述の実施の形態では180度毎であるが、この角度はカ
ム（４５）を変更することにより任意に設定できる。そ
こで、本発明では、1つの表面（例えば、光入射端面）
と別の表面（例えば、光出射端面）とが対面している素
子ではなく、例えば互いに120度の角度をなすときに
も、それぞれの面に高い品質の薄膜を効率よく形成でき
る。

【００３４】以上に説明した本発明の実施の形態では、
複数の面にそれぞれ薄膜を形成する素子の例として光変
調器を挙げた。光変調器は半導体光デバイスの一種であ
る。本発明で成膜の対象とする素子は、光変調器等の半
導体光デバイスに限らず、複数の面に高い品質の薄膜を
成膜する素子であればよい。

【００３５】更に、以上に説明した本発明の実施の形態
では、真空薄膜成膜装置としてプラズマCVD装置を挙げ
たが、本発明で対象とする真空薄膜成膜装置はプラズマ
CVD装置に限らず、例えばイオンスパッタリング装置で
も差し支えない。

【００３６】

【発明の効果】以上に実施の形態を挙げ詳しく説明した
ように、本発明によれば、半導体光デバイス等の素子を
サンプルホルダーに搭載し、サンプルホルダーに搭載し
た状態でその素子を真空室に配置し、その真空室を真空
にし、成膜用プロセスガスをその真空室に供給し、その
素子の表面に薄膜を成膜する真空薄膜成膜装置におい
て、その真空室を高真空に保持したままで、(即ち成膜
工程の途中で真空室を一旦大気に晒すことなく)該素子
における２つの面（例えば、光変調器における光入射端
面および光出射端面）に高い品質の薄膜を形成できるよ
うにするサンプルホルダー回転機構及び真空薄膜成膜装
置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態であるプラズマCVD装置
における真空チャンバー（真空室）内の構成を概念的に
示す図である。

【図２】図１のプラズマCVD装置におけるサンプルホル
ダー回転機構を概念的に示す平面図である。

【図３】個別素子化された光変調器の一例を示す斜視図
である。

【図４】図３の如くに個別素子化される前のバー状素子
を示す斜視図（A）、6本のそのバー状素子を密着させて
並べた状態を示す斜視図（B）、及びサンプルホルダー
６のサンプル設定孔９に本図（B）の6本のバー状素子を
収容した状態を示す平面図（C）である。

【図５】図１のプラズマCVD装置におけるサンプルホル
ダー回転機構を一層具体的に示す斜視図である。

【図６】従来のプラズマCVD装置における真空チャンバ
ー（真空室）内の構成を概念的に示す図である。

【符号の説明】

１・・・・・CVD真空チャンバー ２・・・・・反転用ガス吹き付け管 ３・・・・・成膜用プロセスガス導入部 ４・・・・・上部電極 ５・・・・・下部電極 ６・・・・・サンプルホルダー 7,7a,7b,7c,7d・・・・・軸 ８・・・・・反転用ガス吹き付け羽根 8a・・・・・反転用ガス吹き付け部 ９・・・・・サンプル設定孔 10,11,12,13,14,15・・・・・バー状素子 20・・・・・押え板 21・・・・・バネ 30・・・・・サンプルホルダー 30a・・・・・サンプル設定凹部 40・・・・・楕円カム押え板 41,42・・・・・案内軸 43,44・・・・・バネ 45・・・・・楕円カム 46,47・・・・・ブロック 50・・・・・平板 51,52・・・・・支え板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体光デバイスなどの素子をサンプルホ
   ルダーに搭載して真空室に配置し、該真空室に成膜ガス
   を導入し、該成膜ガスの成分でなる薄膜を該素子に形成
   する真空薄膜成膜装置に備えられて該サンプルホルダー
   を回転する機構において、 該成膜ガスの内の少なくとも一種類を前記真空室に吹き
   出す管と、該管から吹き出す該ガスの流れを受ける羽根
   と、該羽根が該ガスの流れから受ける力を該サンプルホ
   ルダーの回転軸に回転力として伝える伝達手段とを備え
   てなるサンプルホルダー回転機構。
2. 【請求項２】前記伝達手段は前記羽根を前記回転軸に固
   定する手段でなり、前記管のガス吹き出し口から吹き出
   す該ガスの流れが該羽根に当たるガス吹き付け部は前記
   回転軸の軸心から一定の長さだけ離れていることを特徴
   とする請求項１に記載のサンプルホルダー回転機構。
3. 【請求項３】前記回転軸に固定してある楕円カムと、バ
   ネの弾力で付勢されて該楕円カムを挟持する機構とを備
   え、 前記バネの弾力は、前記羽根が前記ガスの流れから受け
   る力と前記一定の長さとの積で定まる回転モーメントが
   前記楕円カムを回転させ、且つ該ガスの流れが停止した
   ときは該楕円カムの回転を停止させるだけの力で前記楕
   円カム挟持機構を付勢することを特徴とする請求項１又
   は２に記載のサンプルホルダー回転機構。
4. 【請求項４】半導体光デバイスなどの素子をサンプルホ
   ルダーに搭載して真空室に配置し、該真空室に成膜ガス
   を導入し、該成膜ガスの成分でなる薄膜を該素子に形成
   する真空薄膜成膜装置において、 該成膜ガスの内の少なくとも一種類を前記真空室に吹き
   出す管と、該管から吹き出す該ガスの流れを受ける羽根
   と、該羽根が該ガスの流れから受ける力を該サンプルホ
   ルダーの回転軸に回転力として伝える伝達手段と、該サ
   ンプルホルダーに回転力を与えるときだけ該管に該成膜
   ガスを供給するガス供給制御手段とを備えてなり、 前記管は、前記薄膜となる成分として前記素子の表面に
   前記成膜ガスを供給する成膜ガスの導入管とは別に設け
   てあることを特徴とする真空薄膜成膜装置。