Устройство для молекулярнолучевой эпитаксии Советский патент 1991 года по МПК C30B23/08 

Изобретение относится к вакуумной технике. Преимущественное использование устройства - производство методами молекулярно-лучевойэпитаксии (МЛ Э) тонкопленочных многослойных электронных устройств с управляемыми характеристиками микро-, ОПТО-, акустозлектроники и интегральной оптики.

К настоящему времени известны устройства для получения эпитаксиальных пленок из молекулярных пучков. Это типичные вакуумные устройства с предельным вакуумом до ТО тор, имеющие источники молекулярных пучков, прерыватели молекулярных пучков, камеру с аналитиче ской аппаратурой, держатель подложки и манипулятор с устройством подогрева подложки, средства очистки поверхности подложки и средства откачки.

Указанные устройства предназначены для исследовательских работ, имеют низкую производительность и ограничены по технологическом возможностям.

Наиболее близким техническим решением к предложенному изобретению является установка МБЕ1000.

В атом устройстве имеются три камеры, соединенные между собой последовательно. В центре устройства расположена камера очистки подложек, которая соединяется с камерой анализа и камерой роста через вакуумные затворы. Все камеры откачиваются ионными и сублимационными насосами, а в камере роста дополнительно

предусмотрен гелиевый криогенный насос. Камеры вместе с откачными средствами образуют модули. В камере очистки подложек монтируют средства для их загрузки и выгрузки, ионнуюПушку и печь прогрева подложки. В камере анализа монтируют средства для контроля поверхности подложки и анализа готовых CTpykTyp, а в камере роста установлены средства для осуществления процесса контролируемого выращивания структур на подложке. Подложки вводят в камеру очистки, осуществляют предварительную обработку подложки прогревом-печью и очистку поверхности ионной пушкой. Когда поверхность подложки обработана, открывают вакуумный затвор и подложку переносят с помощью манипулятора на держатель в камеру анализа. В камеру роста подложку переносят при открытых вакуумных затворах камер анализа и очистки. Выращенная на подложке структура может бь1ть возвращена Обратно в камеру анализа иЛи выгружена через камеру очистки.

Загрузочно-транспортная система этого устройства как и других известных установок для МЛЭ. состоит из камеры загрузки и передающего манипулятора, проходящего через все камеры и имеет ряд недостатков, наиболее существенными из которых являются следующие.

При переносе подложки из камеры анализа в камеру роста и обратно, все камеры открыты и соединены между собой, что риводит к снижению вакуума и загрязнению камер за счет камеры очистки, в которой поддерживается более низкий вакуум и присутствуют продукты распыления от предварительной обработки подложек.

Применение такого устройства перемещения исключает дальнейшее увеличение камер, так как приводит к значительному увеличению длины передающего манипулятора и к снижению его работоспособности, что ограничивает технологические возможности этих установок,

Загрузочно-транспортная система обуславливает жесткую связь между всеми камерами, т.е. в случае выхода любой из указанных камер, устройство перестает функционировать, что снижает надежность ее работы, Обработка подложек, рост и анализ производятся последовательно и поочередно над каждой подложкой. В каждый момент времени работает только одна из камер, что приводит к значительномууменьшению производительности установки.

Источники молекулярных пучков имеют небольшой объем исходного материала для выращивания структуры (на 20-40 ч работы)

и поэтому требуют частой подзарядки которая приводит к выключению установки на 40-50 ч, что также снижает производительность этих установок.

Кроме того, такая компановка камер и наличие жесткой связи существенно усложняет ремонт и запуск устройства, ограничивает возможность Перестройки на другую технологию.

Цель изобретения - повышение производительности и чистоты процесса.

Эта цель достигается тем, что средства для загрузки и выгрузки подложек размещены в отдельных камерах, снабженных вакуумными затворами, а система для перемещения подложек выполнена в виде транспортного канала, снабженного самостоятельным средством вакуумирования, кареткой, соединенной с механизмом перемещения и размещенной внутри канала на направляющих, и боковыми фланцами для соединения с вакуумными затворами всех камер.

С целью проведения дополнительных технологических операций транспортный канал имеет резервные фланцы.

Такое выполнение позволяет повысить производительность за счет параллельной работы камер на нескольких подложках одновременно и введения в линию нескольких однотипных модулей на лимитирующих операциях, например, несколько модулей для выращивания структуры.

Повышение производительности и надежности обеспечивается за счет введения дублирующих модулей, возможности замены вышедших из строя модулей или их частей без полной остановки линии и использования камер загрузки и выгрузки в качестве накопителей.

Расширение технологических возможностей линии достигается путем введения новых модулей при изменении технологии на более прогрессивную (например, введением камер для нанесения диэлектрических покрытий, металлизации и т.д.).

На чертеже изображена схема устройства. Оно состоит из транспортной магистрали 1, камер загрузки и выгрузки 2 и 3 и модулей 4-6 - очистки, анализа и роста, соответственно.

Транспортная магистраль представляет собой канал 7, откачиваемый до сверхвысокого вакуума с помощью вакуумной системы 8, в котором расположены направляющие 9 для переме1Нения каретки 10 от привода 11. Вропь канала имеются фланцы, в котором через вакуумные затворы 12 присоединяют камеры загрузки 2 и выгрузки 3. модуль очистки 4, модуль анализа 5 и модуль роста 6.

На магистрали имеются резервные фланцы 13 и 14 для подсоединения дублирующих или дополнительных технологических модулей.

В камерах загрузки и выгрузки имеются кассеты 15 и подложками 16, средство для шагового перемещения 17 кассет и средство для передачи 18 подложек из кассеты на каретку 10 транспортной магистрали для возврата ее в кассету. Камеры загрузки и выгрузки имеют автономные откачные средства.

Модули 4-6 выполнены по единой схеме и отличаются компановкой вакуумных камер и составом устройств, входящих в них. Каждый модуль выполнен на подвижной платформе и включает вакуумную камеру 19. систему сверхвысоковакуумной откачки с криогенным насосом 20 и передающий манипулятор 21 для подачи подложки 16 из магистрали в камеру и обратно. Вакуумная ча1сть модуля обезгаживается съемной электрической печью (на схеме не показана).

В камере модуля очистки 4 установлены печь прогрева и ионная пушка для очистки подложки. В камере модуля анализа 5 установлены датчики приборов для контроля поверхности подложки и анализа готовых структур, в камере модуля роста 6 средства для контролируемого процесса выращивания структур на подложке.

Каретка 10 может останавливаться против каждого вакуумного затвора по заданной программе. Во время передачи подложки на каретку или удаления ее с каретки, затвор, противкоторого стоит Kapetка, должен быть открыт. Передачу подложки осуществляет передающий манипулятор, находящийся против затвора.

Устройство работает следующим образом,

Каретка 10 останавливается против камеры загрузки 2. Устройство для передачи

18 извлекает из кассеты 15 подложку 16 и переносит ее на каретку. Каретка перемещает подложку к камере модуля очистки 4. где передающий манипулятор 21 камеры очистки снимает подложку с каретки и переносит в камеру. После завершения очистки этот же манипулятор передает очищенную подложку на каретку, которая подставляет ее к камере модуля анализа 5 и операции перемещения подложки повторяются. Во

время анализа поверхности подложки освободившаяся каретка может возвратиться к камере загрузки за другой подложкой. После камеры модуля анализа подложка поступает в камеру модуля роста 6 и дальше в

камеру выгрузки 3. где имеется пустая кассета 15 или же. при необходимости, снова в камеру анализа. Так продолжается, пока все подложки, последовательно пройдя весь режим, не перенесутся из камеры загрузки в

камеру выгрузки, после чего камера выгрузки вскрывается и извлекаются готовые изделия. Кассеты в камере загрузки заменяют по мере их полной выгрузки.

Изобретение резко повыщает производительность установок для изготовления изделий микроэлектроники методом МЛЭ за счет параллельной работы камер и сокращения времени на смену молекулярных источников при введении дублирующих модулей

роста и обеспечивает чистоту и интеграцию вакуумных технологических процессов для полного изготовления приборов микроэлектроники или их частей путем добавления соответствующих технологических модулей.,

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОЛЕКУЛЯР- НО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ, включающее камеру роста, камеру анализа и камеру очистки подложек, соединенные через вакуумные затворы, средства для загрузки ивыгрузки подложек и систему их перемещения из камеры в камеру, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и чистоты процесса, средства для загрузки и выгрузки подложек размещены в отдельных камерах, снабженных вакуумными затворами, а система для перемещения подложек выполнена в виде транспортного канала, снабженного самостоятельным средством вакуумирования, кареткой, соединенной с механизмом перемещения и размещенной внутри канала на направляющих, и боковыми фланцами, для соединения с вакуумными затворами всех камер.2. Устройство по П.1, о т л и ч а ю ще е- с я тем, что, с целью проведения дополнительных технологических операций, транспортный канал имеет резервные фланцы.t