Установка для молекулярно-лучевой эпитаксии Советский патент 1991 года по МПК C30B23/08 

мой радиальными каналами 7 через вакуумные шиберные затворы 8.

Транспортная система устройства выполнена в виде цилиндра 9,, по окружности которого радиально расположены техноло- гические камеры и шлюзовые устройства, соединенного со средствами 10 и 11 вакуу- мирования. Внутри цилиндра размещен манипулятор 12 с двумя степенями подвижности для продольного перемеще- ния подложек и перемещения их в горизонтальной плоскости.

Манипулятор 12 представляет собой зубчатореечный продольный механизм с устройством 13 захвата, закрепленный на платформе 14, вращающейся в опорах 15 относительно оси цилиндра 9. На платформе установлены два зубчатых колеса 16 и 17, первое из которых жестко соединено с платформой, а второе установлено свободно в опорах 18 и вращается относительно нее.

Зубчатое колесо 16 кинем,этически связано с вакуумным вводом 19 движения для поворота платформы в горизонтальной плоскости, Зубчатое колесо 17 нижним краем венца кинематически связано с вакуумным вводом 20 движения продольного перемещения манипулятора 12, а верхним краем венца кинематически связано с помощью закрепленных на платформе шестерено.к 21 и 22 с ползуном 23 манипулятора.

Вакуумные выводы 19 и 20 движения представляют собой известные конструкции на основе герметичных металлических сильфонов. Они закреплены герметично на цилиндре 9 и имеют приводы, состоящие из редукторов 24 и 25 и электродвигателей 26 и 27 соответственно, расположенные на фланце 28 снаружи цилиндра 9.

Управление устройством 13 ахвата осуществляется с помощью сильфонного ввода 29 движения, установленного на фланце 30 цилиндров 9 по его оси. На перемещаемом штоке 31 ввода движения закреплен ролик 32, вращающийся в опорах 33 и осуществляющий п ри своем перемещении относительно роликов 34, закрепленных на платформе 14, воздействие на тросик 35 устройства захвата.

Шлюзовое устройство для загрузки и выгрузки состоит из камеры 36, механизма 37 шагового перемещения с клапаном 38 и накопительной кассеты 39. Камера 36 имеет боковой патрубок с фланцем 40 для подсоединения к цилиндру 9 манипулятора 12. На верхней части камеры 36 имеется фланеи41 с уплотняющим элементом 42 и закрепленными на фланце захватами 43 для подсоединения кассеты 39. а в нижние части камеры закреплен механизм 37 шагового

перемещения. Ниже фланца 41 расположен вакуумный ввод 44 движения с приводом 45, а также патрубок. 46 для, подсоединения к средству 10 вакуумирования или к атмосфере с помощью вентилей 47 и 48 соответственно.

Механизм 37 шагового перемещения состоит из винтовой пары 49, кинематически связанной через шестеренки 50 и 51 с вакуумным вводом 52 движения, выполненным на основе герметичного металлического сильфона и имеющим привод, состоящий из редуктора 53 и электродвигателя 54, расположенных снаружи камеры 36. На винте 55 механизма 37 шагового перемещения установлен клапан 38, обеспечивающий с помощью уплотнительного элемента 56 герметизацию объема камеры 36 при снятии и установке кассеты 39. В верхней части клапана 38 размещено устройство 57 захвата, состоящее из фиксатора 5В и пружины 59/

Накопительная кассета 39 состоит из колпака 60, магазина 61 для установки под- ложкодержателей с подложками 62 и клапана 63, обеспечивающего герметичность кассеты с помощью уплотнительного элемента 64. Клапан 63 верхней частью жестко связан с магазином 61, а в нижней части имеет выступы 65 для соединения с клапаном 38 с помощью фиксатора 58 под действием пружины 59.

Средство 10 вакуумирования выполнено в виде модуля предварительной откачки, который с помощью трубопроводов 66 и 67 и вентилей 68 и 47 соответственно, подключается на период предварительной откачки к. вакуумному обьему цилиндра 12 и объему Шлюзового загрузочного устройства для откачки кармана, образуемого между клапанами 38 и. 63 при установке кассеты 39. Средство 11 вакуумирования выполнено в виде второго модуля, который подключен постоянно к цилиндру 12 с помощью трубопровода 69 и вентиля 70. Средства откачки выполнены поЧ(13вестным схемам: модуль предварительной откачки состоит из турбо- молекулярного и форвакуумного насосов, а модуль свервысоковакуумной откачки выполнен на базе магниторазрядного или гелиевого насоса с криогенератором.

Вакуумные шиберные затворы 8.имеют электроприводы 71 для открытия и закрытия уплотнительных клапанов.

Технологические вакуумные камеры 4,5 и 6 выполнены по единой схеме и отличаются компановкой и составом технологических и аналитических устройств входящих в них. Каждая камера имеет автономные откачные средства, прецизионные манипуляторы 72 с

приводами 73 для поворота подложек 62 внутри камеры относительно технологических и аналитических устройств, перемещения и управления захватом при передаче подложек в камеру и обратно. На приводах всей установки снаружи расположены датчики (не показаны), контролирующие перемещение и взаимодействие механизмов в ручном trавтоматическом режимах.

Вакуумные части установки обезгажи- ваются съемными электрическими печами (не показаны).

Работа устройства включает следующие основные стадии: исходное состояние, загрузка и выгрузка накопительных кассет с подложками, перегрузка и транспортирование подложек из одной установки в другую, осуществление технологических операций в сверхвакуумных камерах, передача подложек после полного завершения процесса в кассету для выгрузки.

В исходном состоянии манипулятор 12 находится напротив шлюзового загрузочного устройства 2, фиксатор 58 устройства 57 захвата смещен в крайнее левое положение штоком сильфонного ввода 44 движения, клапан 38 находится в крайнем верхнем по- ложени и и поджимает элемент 56 с помощью механизма 37 шагового перемещения, вакуумные шиберные затво- ры 8 во всех технологических камерах 4,5 и 6 закрыты.На устройствах для загруЗки и выгрузки устанавливаются накопительные кассеты соответственно с подложками и без них, при этом накопительные кассеты могут быть предварительно вакуумированы на отдельном откачном стенде. Колпак 60 накопительной кассеты устанавливается на фланец камеры 36 и поджимается к нему с помощью захватов 43, осуществляя тем самым герметизацию объема кармана между клапанами 38 и 63. Включается привод 45 и сильфонны.й ввод движения 44 перемещает свой шток в крайнее правое положение, при этом фиксатор 58 смещается под усилием пружины 59 также в крайнее правое положение, обеспечивая при этом фиксацию положения клапана 63 относительно клапана 38. Вентиль 47 открывается и модуль пред- верительной откачки по трубопроводу 67 начинает производить откачку объема кармана между клапанами 38 и 63. Стадия загрузки накопительной кассеты закончена.

По достижении необходимого вакуума в кармане вентиль 47 перекрывается, включается электродвигатель 54, с помощью которого перемещается клапан 38, а вместе с ним клапан 63 с закрепленным на нем магазином 61 с подложками 62. Дальнейшая откачка вакуумного объема камеры 36 производится сверхвысоковакуумным модулем через цилиндр 9. Механизм 37 шагового перемещения устанавливает магазины 61 на позицию для передачи подложки на манипулятор 1. Вакуумный ввод 29 движения перемещает шток 31с закрепленным на нем роликом 32, Последний воздействует на тросик 35м тем самым осуществляет раскрытие губок устройства 13 захвата. Производится продольное перемещение устройства 13 захвата манипулятора 12 по радиальному каналу 7 в направлении магазина 61 с подложками 62 за счет перемещения ползуна манипулятора.

Перемещение ползуна 23 осуществляется от двигателя 27 через ввод 20 движения, зубчатое колесо 17 и шестеренок 21 и 22.

Линейное перемещение ползуна 23 прекращается при достижении им позиции перегрузки, после чего осуществляется захват подложки закрытием губок устройства 13 захвата, которое срабатывает от тросика 35 при перемещении ролика 32, установленного на штоке 31 вакуумного ввода 29 движения. Включается электродвигатель линейного перемещения и манипулятор 12 с захваченной подложкой занимает исходное положение внутри цилиндра 9. Стадия перегрузки подложки из накопительной кассеты на манипулятор закончена.

Включается электродвигатель 26. Вакуумный ввод 19 движения, связанный кинематически с жестко закрепленным на платфррме 14 зубчатым колесом 16, начинает поворачивать в горизонтальной плоскости ползун 23, установленный на платформе 14. При совмещении ползуна 23 с осью радиального канала 7, соединенного со сверх- высоковакуумной технологической камерой 4 для термоионной очистки поверхности подложек, электропривод 26 останавливается. Включается электропривод 71 вакуумного шиберного затвора 8 для открытия канала 7, после чего производится продольное перемещение манипулятора 12,с подложкой внутрь камеры 4, выполняются операции по передаче подложки с манипулятора 12 на захватное устройство прецизи- онного манипулятора 72, после чего манипулятор 12 занимает исходное положение внутри цилиндра 9, Вакуумным шиберным затвором 8 перекрывается 7, Стадия перегрузки подложки & сверхвысо- ковакуумную технологическую камеру закончена.

Провидится технологические операции по очистке и контролю поверхности подложки..

По окончании процесса очистки поверхности подложки открывается вакуумный шиберный затвор 8, производится продольное перемещение манипулятора 12 внутрь камеры 4 с последующим выполнением операций по передаче на него подложки с прецизионного манипулятора 72. Затем манипулятор 12 6 захваченной подложкой возвращаются в исходное положение внутрь цилиндра 9, поворачивается в горизонтальной плоскости на определенный угол, останавливаясь напротив камеры 5 эпитаксиального роста структуры из молекулярных пучков, после чего выполняются операции по передаче подложки внутрь этой камеры.

Во время проведения эпитаксиального роста структуры в камере 5 освободившийся манипулятор может возвратиться к шлюзовому устройству загрузки задругой подложкой и передать ее а камеру 4 очистки повер хности.

После окончания эпитаксиального роста структуры подложка перемещается манипуляторами 12 в к-амеру 6 нанесения диэлектрических покрытий и дальше в шлюзовую камеру 3 выгрузки.

Таким образом, манипулятор 12 осуществляет перегрузку подложек из одной камеры в другую до тех пор, пока все подложки, последовательно пройдя технологические операции комплекса, не будут

перенесены из устр/ойства загрузки в устройство выгрузки.

После заполнения в камере 3 для выгрузки магазина 61 подложками, он перемещается в крайнее верхнее положение механизмом 37 шагового перемещения, при этом производится герметизация вакуумных объемов кассеты 39 и камеры 36 за счет клапанов 63 и 38. Фиксатор 58 перемещается штоком сил ьфонного ввода 44 движения в крайнее левое положение, выводя из кинематического зацепления клапаны 38 и 63. Через вентиль 48 в объем кармана напускается газ до атмосферного давления, за

счет чего осуществляется прижим клапана 63 к прокладке 64; Раскрывается устройство захвата 43, кассета 39 снимается с загрузочного устройства и направляется для дальнейшей обработки подложе.к. Стадия

выгрузки подложек закончена.

Накопительная кассета может быть снята с устройства выгрузки как полностью заполненная подложками, так и с одной готовой или прошедшей конкретную технологическую операцию.

Накопительная кассета в устройстве загрузки заменяется по мере полного выбора подложек из магазина 61.

Операции по извлечению свободной

кассеты с устройства загрузки аналогичны операциям по извлечению заполненной кассеты с устройства выгрузки.

4м

..;: 1

V -Ak ; :-

цшир

7 W

А-А

Фи8.г .