НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС НА ОСНОВЕ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ И ИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Российский патент 2010 года по МПК H01L21/20 H01J37/26 B82B1/00 

Изделие относится к нанотехнологическому оборудованию и предназначено для замкнутого цикла производства новых изделий наноэлектроники.

Известен нанотехнологический комплекс, включающий вакуумную камеру с методиками молекулярно-лучевой эпитаксии, ионной имплантации и измерения [1].

Этот комплекс представляет собой лабораторную установку, не предназначенную для массового выпуска изделий наноэлектроники. Взаимовлияние методик резко ограничивает ее функциональные возможности.

Известен также нанотехнологический комплекс, содержащий модули молекулярно-лучевой эпитаксии, ионной имплантации и измерения, линейно расположенные друг относительно друга [2].

Данная конфигурация модуля жестко привязана к определенной последовательности операций, что ограничивает его функциональные возможности.

Известен также сверхвысоковакуумный эпитаксиально-литографический комплекс, включающий камеру загрузки, модуль молекулярно-лучевой эпитаксии, модуль ионной имплантации, транспортную систему с захватом носителей подложек и средства откачки [3].

Этот комплекс, как и предыдущий, имеет жесткую конфигурацию. Кроме этого он не имеет возможности наращивания методик. Это ограничивает его функциональные возможности из-за отсутствия варьирования технологическими маршрутами.

Данный комплекс выбран в качестве прототипа предложенного решения.

Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей комплекса.

Указанный технический результат достигается тем, что в нанотехнологический комплекс на основе эпитаксиальных и ионных технологий, включающий камеру загрузки, модуль молекулярно-лучевой эпитаксии, модуль ионной имплантации, транспортную систему с захватом, носители подложек и средства откачки, введен блок переворота подложек, а транспортная система выполнена в виде автономной распределительной камеры с блоком откачки и соединенными фланцами, в которой расположен центральный робот-распределитель с возможностью осевого вращения, а также с возможностью взаимодействия, по меньшей мере, одним захватом носителей подложек с камерой загрузки, модулем молекулярно-лучевой эпитаксии и модулем ионной имплантации, состыкованными через соединительные фланцы с распределительной камерой.

Существует вариант, в котором распределительная камера снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным соединительным фланцем.

Существует также вариант, в котором распределительная камера снабжена модулем подготовки подложек.

Возможны варианты, в которых блок переворота подложек расположен внутри модуля молекулярно-лучевой эпитаксии, или внутри модуля ионной имплантации, или внутри камеры загрузки, или внутри распределительной камеры.

Возможен также вариант, в котором комплекс снабжен блоком подготовки подложек, расположенным в модуле молекулярно-лучевой эпитаксии и (или) модуле ионной имплантации и (или) распределительной камере.

Существует также вариант, в котором робот-манипулятор снабжен, по меньшей мере, одним дополнительным захватом носителей подложек.

Нанотехнологический комплекс на основе эпитаксиальных и ионных технологий (фиг.1) содержит распределительную камеру 1 с центральным роботом-распределителем 2, содержащим захват 3 носителей подложек 4, и соединительными фланцами 5.

Распределительная камера 1 через соединительные фланцы 5 состыкована с камерой загрузки 6, модулем молекулярно-лучевой эпитаксии 7, модулем ионной имплантации 8 и, например, модулем подготовки подложек 9. Распределительная камера 1, камера загрузки 6, модуль молекулярно-лучевой эпитаксии 7, модуль ионной имплантации 8 и модуль подготовки подложек 9 соединены со средствами откачки (не показаны). Между камерой загрузки 6 и распределительной камерой 1 должен быть установлен затвор 10. Также затворы 10 могут быть установлены и перед другими модулями.

Комплекс снабжен блоком переворота подложек 11, который может быть расположен, например, в модуле молекулярно-лучевой эпитаксии 7.

Существуют другие варианты, в которых блок переворота подложек может быть расположен в модуле ионной имплантации 8, в камере загрузки 6, в камере подготовки подложек 9 или в распределительной камере 1 (не показано).

Комплекс может быть также снабжен блоком подготовки подложек 12, который устанавливают, например, в модуле молекулярно-лучевой эпитаксии 7. Возможны также варианты, в которых блок (блоки) подготовки подложек могут быть расположены в модуле ионной имплантации 8 или распределительной камере 1. В качестве блока подготовки подложек 12 может использоваться устройство резистивного нагрева, устройство электронной или плазменной очистки. Этот блок может использовать те же принципы, что и модуль подготовки подложек 9.

Следует заметить, что соединительные фланцы 5 могут быть расположены попарно друг напротив друга. Свободными соединительными фланцами комплекс может быть подстыкован к внешним технологическим комплексам (не показано).

Помимо этого к свободным соединительным фланцам могут быть подстыкованы дополнительные технологические и измерительные устройства (также не показаны).

В состав модуля молекулярно-лучевой эпитаксии могут входить дифрактометр быстрых электронов, квадрупольный масс-спектр и датчик Байярда-Альперта. Более подробно модули молекулярно-лучевой эпитаксии, ионной имплантации и подготовки подложек описаны в [4, 5, 6, 7, 8, 9].

Нанотехнологический комплекс работает следующим образом.

Подложки закрепляют в носителях 4 и устанавливают, например, в кассету (не показана), расположенную в камере загрузки 6. После этого камеру загрузки 6 закрывают и перемещают кассету в положение, обеспечивающее сопряжение носителя 4 с захватом 3 робота-распределения 2. Далее производят откачку камеры загрузки 6, открытие затвора 11 и подачу захвата 3 робота 2 в камеру 6.

Процесс состыковки захвата 3 с носителем 4 контролируют через окно в камере 6, после чего переносят носитель 4 в распределительную камеру 1, закрывают затвор 11 и поворачивают робот 2 в требуемом направлении.

Следует заметить, что последовательность операций может быть несколько иной. Например, перемещение кассеты в камере загрузки 6 может быть осуществлено после ее откачки и т.п. Подробно выполнение роботов, кассет, механизмов перемещений, носителей подложек и процессы их захвата см. в [10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19].

Дальнейшая последовательность операций зависит от технологического изготовления продукции.

Носитель 4 с подложкой может быть помещен в модуль подготовки подложек 9, в котором в зависимости от его исполнения может осуществляться электронная или плазменная очистка поверхности подложек, а также термический отжиг.

Процесс подготовки поверхности подложки может происходить как на захвате 4 робота 2, так и на столике модуля 9 (не показан). Процессы подготовки поверхности подложки подробно см. в [4, 5, 8].

После этого, в зависимости от технологического маршрута, подложку переносят в модуль молекулярно-лучевой эпитаксии 7 или ионной имплантации 8. Здесь также при наличии в них блоков подготовки подложек может происходить дополнительная подготовка их поверхности. Помимо этого в модуле молекулярно-лучевой эпитаксии 7 возможен переворот подложек, связанный с тем, что их рабочая поверхность при эпитаксии может быть расположена как внизу, так и под углом, а в ионных или других модулях - вверху.

Для согласования расположения поверхностей подложек в различных модулях можно осуществлять переворот подложек также в других местах комплекса.

Один вариант создания новых изделий наноэлектроники может быть основан на эффекте графоэпитаксии для создания несоразмерных кристаллических структур.

В этом случае в модуле ионной имплантации 8 на поверхности подложки формируются зоны ячеек с размерами, отличными от ее кристаллической структуры I, соответствующие размерам кристаллической структуры II предполагаемой эпитаксиальной пленки.

После этого в модуле 7 проводят процесс эпитаксиального роста пленки кристаллической структуры II, элементарными зародышами которой будут ячейки с ее характерными размерами.

Подробно процесс графоэпитаксии см. в [20, 21].

Таким образом, можно изготавливать 3-мерные схемы наноэлектроники, а также схемы на основе полупроводниковых соединений А₃В₅.

Второй вариант создания новых изделий может заключаться в формировании в модуле 8 каталитических зон, например, никеля на подложке при помощи локального ионного разложения металлоорганики. После этого в модуле 7 в определенных местах на подложке можно формировать нанотрубки (см., например, [22, 23]).

Используя координатно-связанные зоны нанотрубок можно изготавливать нанотранзисторы, экраны мониторов, радиаторы с высокой теплоотдачей и т.д.

Помимо указанного с использованием этого комплекса можно будет изготавливать интегральные схемы наноэлектроники на кристаллах алмаза, квантовые приборы на основе эффекта Джозефсона на самоорганизованных периодических структурах и т.п.

Использование транспортной системы, выполненной в виде распределительной камеры с блоком откачки и соединительными фланцами, в которой расположен центральный робот-распределитель с возможностью осевого вращения, а также с возможностью взаимодействия, по меньшей мере, одним захватом носителей подложек с камерой загрузки, модулем молекулярно-лучевой эпитаксии и модулем ионной имплантации, расширяет функциональные возможности устройства.

Введение блока переворота подложек, расположенного внутри модуля молекулярно-лучевой эпитаксии, или внутри модуля ионной имплантации, или внутри камеры загрузки, или внутри распределительной камеры обеспечивает согласование оптимального расположения подложек относительно источников воздействия.

Снабжение распределительной камеры дополнительными фланцами позволяет подсоединять к комплексу дополнительные устройства, расширяющие его функциональные возможности.

Снабжение комплекса модулем подготовки подложек или блоком подготовки подложек увеличивает возможности подготовки поверхности подложек и расширяет функциональные возможности комплекса.

Снабжение робота-манипулятора дополнительными захватами носителей подложек позволяет оптимизировать носители для конкретных технологических процессов с учетом индивидуальных особенностей пристыкованных модулей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент JP 5203406, G01B 7/34, 1993 г.

2. Патент RU 2308782, H01J 37/26, 2006 г.

3. Сверхвысоковакуумный эпитаксиально-литографический комплекс. В.Д.Белов и др. Третий всесоюзный семинар «Микролитография», Черноголовка, 1990 г., с.131-132.

4. Е.З.Мазель. Планарная технология кремниевых приборов. М.: Энергия, 1974 г., 384 с.

5. С.М.Файнштейн. Обработка и защита поверхности полупроводниковых приборов. М.: Энергия, 1970 г., 294 с.

6. Патент RU 2208845, G12B 21/00, 2003 г.

7. Патент RU 2169440, Н05В 3/06, 2001 г.

8. О.С.Моряков. Элионная обработка. М.: Высшая школа, 1990 г., 125 с.

9. И.М.Скворцов и др. Технология и температура газовой эпитаксии кремния и германия. М.: Энергия, 1978 г., 133 с.

10. Information of Omicron. Multi - mode UHV Scanning Probe Microscope, р.1, 2.

11. Патент RU 2158454, H01J 37/26, 2000 г.

12. Патент ЕР 0899561, G01N 27/00, 1999 г.

13. Патент US 5157256, H01J 37/26, 1991 г.

14. Information of Omicron. UHV Scanning tunnling Microscope.

15. 3ондовая микроскопия для биологии и медицины. В.А.Быков и др., Сенсорные системы, т.12, 1998 г., №1, с.99-121.

16. Сканирующая туннельная и атомносиловая микроскопия в электрохимии поверхности. Данилов А.И. Успехи химии, 64 (8), 1995 г., с.818-833.

17. Патент RU 2163343, H01J 37/28, 2000 г.

18. Патент RU 59564, С03В 23/08, 2006 г.

19. Патент RU 59632, С03В 23/08, 2006 г.

20. Ю.Д.Третьяков и др. Каталог научнообразовательных ресурсов МГУ. www.msu.su/ru.

21. А.А.Остроушко и др. Физико-химические основы получения твердых материалов электронной техники, гл.9, 1998 г. http://geg.chem.usu.ru.

22. Углеродные нанотрубки обогнали лучшие прототипы кремниевых транзисторов. http://itnens.com.na.

23. И.В.Золотухин. Углеродные нанотрубки, 1999 г. www.pereplet.ru.

Изобретение относится к нанотехнологическому оборудованию и предназначено для замкнутого цикла производства новых изделий наноэлектроники. Сущность изобретения: в нанотехнологический комплекс на основе эпитаксиальных и ионных технологий, включающий камеру загрузки, модуль молекулярно-лучевой эпитаксии, модуль ионной имплантации, транспортную систему с захватом, носители подложек и средства откачки, введен блок переворота подложек, а транспортная система выполнена в виде автономной распределительной камеры с блоком откачки и соединительными фланцами, в которой расположен центральный робот-распределитель с возможностью осевого вращения, а также с возможностью взаимодействия, по меньшей мере, одним захватом носителей подложек с камерой загрузки, модулем молекулярно-лучевой эпитаксии и модулем ионной имплантации, состыкованными через соединительные фланцы с распределительной камерой. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности нанотехнологического комплекса. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Нанотехнологический комплекс на основе эпитаксиальных и ионных технологий, включающий камеру загрузки, модуль молекулярно-лучевой эпитаксии, модуль ионной имплантации, транспортную систему с захватом, носители подложек и средства откачки, отличающийся тем, что в него введен блок переворота подложек, а транспортная система выполнена в виде автономной распределительной камеры с блоком откачки и соединительными фланцами, в которой расположен центральный робот-распределитель с возможностью осевого вращения, а также с возможностью взаимодействия, по меньшей мере, одним захватом носителей подложек с камерой загрузки, модулем молекулярно-лучевой эпитаксии и модулем ионной имплантации, состыкованными через соединительные фланцы с распределительной камерой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что распределительная камера снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным соединительным фланцем.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что распределительная камера снабжена модулем подготовки подложек.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок переворота подложек расположен внутри модуля молекулярно-лучевой эпитаксии.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок переворота подложек расположен внутри модуля ионной имплантации.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок переворота подложек расположен внутри камеры загрузки.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок переворота подложек расположен внутри распределительной камеры.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено блоком подготовки подложек, расположенным в модуле молекулярно-лучевой эпитаксии и(или) модуле ионной имплантации и(или) распределительной камере.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что робот-манипулятор снабжен, по меньшей мере, одним дополнительным захватом носителей подложек.