Устройство для молекулярнолучевой эпитаксии

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 799521 А 5 С 30 В 23/08 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ ающее дополний, трансланцы,ерх 0 СЛ СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ И ГКНТ СССР(54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ, включающеекамеру роста, камеру анализа и камеру очистки подложек, соединенные через вакуумные затворы, средства для загрузки и Изобретение относится к вакуумной технике, Преимущественное использование устройства - производство методами молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛ Э) тонкопленочных многослойных электронных устройств с управляемыми характеристиками микро-, опто-, акустоэлектроники и интегральной оптики.К настоящему времени известны устройства для получения эпитаксиальных пленок иэ молекулярных пучков. Это типичные вакуумные устройства с предельным вакуумом до 10 тор, имеющие источники молекулярных пучков, прерыватели молекулярных пучков, камеру с аналитической аппаратурой, держатель подложки и манипулятор с устройством подогрева подвыгрузки подложек и систему их перемещения из камеры в камеру, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности и чистоты процесса, средства для за-. грузки 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 чс я тем, что, с целью проведениятельных технологических операци портный канал имеет резервные ф ложки, средства очистки пов ности 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 МВЕ 1000.В этом 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 дополнительнопредусмотрен гелиевый криогенный насос,Камеры вместе с откачными средствами образуют модули, В камере очистки подложекмонтируют средства для их загрузки и выгрузки, ионную пушку и печь прогрева под-. ложки. В камере анализа монтируютсредства для контроля поверхности подложки и анализа готовых структур, а в камере роста установлены средства дляосуществления процесса контролируемоговыращивания структур на подложке. Подложки вводят в камеру очистки, осуществляют предварительную обработку подложкипрогревом печью и очистку поверхностиионной пушкой, Когда поверхность подложки обработана, открывают вакуумный затвор и подложку переносят с помощьюманипулятора на держатель в камеру анализа. В камеру роста подложку переносят при.открытых вакуумных затворах камер анализа и очистки. Выращенная на подложкеструктура может быть возвращена обратнов камеру анализа или выгружена через камеру очистки.Эагрузочно-транспортная система этого устройства как и других известных установок для МЛЭ, состоит из камеры загрузкии передающего манипулятора, проходящего через все камеры и имеет ряд недостатков, наиболее существенными из которыхявляются следующие,При переносе подложки иэ камеры анализа в камеру роста и обратно, все камерыоткрыты и соединены между собой, что приводит к снижению вакуума и загрязнениюкамер эа счет камеры очистки, в которойподдерживается более низкий вакуум и присутствуют продукты распыления от предварительной обработки подложек,Применение такого устройства перемещения исключает дальнейшее увеличениекамер, так как приводит к значительномуувеличению длины передающего манипулятора и к снижению его работоспособности,что ограничивает технологические возможиости этих установок, .Загрузочно-транспортная системаобуславливает жесткую связь между всемикамерами, т.е. в случае выхода любой изуказанных камер, устройство перестаетфункционировать, что снижает надежностьее работы. Обработка подложек, рост и ана. лиз производятся последовательно и поочередно над каждой подложкой. В каждыймомент времени работает только одна изкамер, что приводит к значительномууменьшению производительности установки.Источники молекулярных пучков имеютнебольшой объем исходного материала длявыращивания структуры на 20-40 ч работы)510 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 средствадля загрузки и выгрузки подложек размещены в отдельных камерах, снабженных ваку 15 умными затворами, а система дляперемещения подложек выполнена в видетранспортного канала, снабженного самостоятельным средством вакуумирования,кареткой, соединенной с механизмом пере 20 мещения и размещенной внутри канала нанаправляющих, и боковыми фланцами длясоединения с вакуумными затворами всехкамер.С целью проведения дополнительных25 технологических операций транспортныйканал имеет резервные фланцы.Такое выполнение позволяет повыситьпроизводительность за счет параллельнойработы камер на нескольких подложках од 30 новременно и введения в линию несколькиходнотипных модулей на лимитирующих операциях, например, несколько модулей длявыращивания структуры,Повышение производительности и на 35 дежности обеспечивается за счет введениядублирующих модулей, возможности замены вышедших из строя модулей или их частей без полной остановки линии ийспольэования камер загрузки и выгрузки в40 качестве накопителей.Расширение технологических возможностей линии достигается путем введенияновых модулей при изменении технологиина более прогрессивную (например, введе 45 нием камер для нанесения диэлектрическихпокрытий, металлизации и т.д,).На чертеже изображена схема устройства. Оно состоит из транспортной магистрали 1, камер загрузки и выгрузки 2 и 3 и50 модулей 4-6 - очистки, анализа и роста, соответственно.Транспортная магистраль представляетсобой канал 7, откачиваемый до сверхвысокого вакуума с помощью вакуумной системы55 8, в котором расположены направляющие 9для перемеЩения каретки 10 от привода 11,Вроль канала имеются фланцы, в которомчерез вакуумные затворы 12 присоединяюткамеры 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 5 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 10 выгрузки имеют автономные откачные средства.Модули 4-6 выполнены по единой схеме и отличаются компановкой вакуумных камер и составом устройств, входящих в них. 15 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 20 магистрали в камеру и обратно. Вакуумная часть модуля обезгаживается съемной электрической печью (на схеме не показана).В камере модуля очистки 4 установлены печь прогрева и ионная пушка для очистки 25 подложки. В камере модуля анализа 5 установлены датчики приборовдля контроля поверхности подложки и анализа готовых структур, в камере модуля роста 6 средствадля контролируемого процесса выращива ния структур на подложке,Каретка 10 может останавливаться против каждого вакуумного затвора по заданной программе. Во время передачи 35 подложки на каретку или удаления ее с каретки, затвор, против которого стоит каретка, должен быть открыт. Передачу подложки осуществляет передающий манипулятор, находящийся против затвора; 40 Устройство работает следующим образом,Каретка 10 останавливается против камеры загрузки 2. Устройство для передачи 18 извлекает иэ 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 повышает производительность установок для изготовления иэделий микроэлектроники методом МЛЭ за счет параллельной работы камер и сокращения времени на смену молекулярных источников при введении дублирующих модулей роста и обеспечивает чистоту й интеграцию вакуумных технологических процессов для полного изготовления приборов микроэлектроники или их частей путем добавления соответствующих технологических модулей.799521 дактор Техред М.Моргентал алий оррект н роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 4639 ениипи гос Тираж Подписноетвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5