Установка для молекулярно-лучевой эпитаксии

(Я)5 С 30 В 23/08 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 3. Установка по п.1 или 2, отл с я тем, что система вакуумиро нена в виде двух модулей для пр ной откачки шлюзовых сверхвысоковакуумной откачк гических камер. ичающаяания выпол- едварителькамер со ой технолоИзобретенике и предн тизированног производствуЦелью и ние автомати кости констр я к вакуумнои техсоздания автомаоборудования по роэлектроники. вляется повыше- ение металлоемние относитс азначено для о вакуумного изделий мик зобретения я зации. и сниж укции На фигкомплекса- разрез. А. 1 представлена общая схемустановки, вид сверху; на фиг,Анафиг,1,ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 823117, кл. В 25 3 11/00, 1981.(54)(57) 1. УСТАНОВКА ДЛЯ МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ, включающаятехнологические камеры по обработке подложек и нанесению на них.слоев, шлюзовыекамеры для загрузки и выгрузки подложек ивакуумную транспортную систему со средством для продольного перемещения подложек из одной камеры в другую,соединенную с технологическими камерамичерез шиберные затворы и каналы, и систему вакуумирования, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что. с целью повышения уровня автоматизации и снижения металлоемкости конструкции, транспортная система выполнена ввиде цилиндра, по окружности которого радиально расположены технологические ишлюзовые камеры,.а средство для переме, Ю 1231920 А 1 щения подложек выполнено в виде манипулятора, имеющего возможность поворота в горизонтальной плоскости,2.Установка поп.1,отличающаяся тем, что манипулятор выполнен в виде зубчатореечного захвата, укрепленного на платформе, имеющей два зубчатых колеса. одно из которых жестко соединено с платформой, а другое свободно и кинематически связано с. механизмом продольного перемещения, при этом каждое колесо кинематически связано с вакуумными вводами, выполненными иэ герметичных металлических элементов, снабженных приводами, расположенными снаружи камеры, а средство захвата кинематически связано с вакуумным вводом, снабженным приводом и расположенным по оси цилиндра. Установка состоит иэ вакуумной транспортной системы 1, шлюзовых камер 2 и 3 для загрузки и выгрузки и технологических сверхвысоковакуумных камер по обработке подложек, например камера 4 для термоионной очистки поверхности полупроводниковых подложек, камеры 5 эпитаксиального роста структуры из молекулярных пучков, камеры 6 нанесения диэлектрических покрытий, соединенных с транспортной систе 123192010 20 30 35 50 мой радиальными каналами 7 через вакуумные шиберные затворы 8;Транспортная система устройства выполнена в виде цилиндра 9, по окружности которого радиально расположены технологические камеры и шлюзовые устройства, соединенного со средствами 10 и 11 вакуумирования, Внутри цилиндра размещен манипулятор 12 с двумя степенями подвижности для продольного перемещения 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 бси 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 кинематически 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 шестеренок 21 и 22 с ползуном 23 манипулятора,Вакуумные вводы 19 и "О 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 захвата 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 при 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 фланец 41 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 иэ редуктора 53 и электродвигателя 54, располокенных,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 58 и пружины 59,Накопительная кассета 39 состоит из колпака 60, магазина 61 для установки подложкодержателей 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 объему 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 по известным схемам: модуль предварительной откачки состоит из турбомолекулярного и форвакуумного насосов, а модуль свервысоковакуумной откачки выполнен на базе магниторазрядного или гелиевого насоса с криогенератором. Вакуумные шиберные затворы 8. имеют злектроприводы 71 для открытия и закрытияуплотнительных 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 с5 10 15 20 30 35 40 45 50 55 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 и автоматическом режимах.Вакуумные части установки обезгаживаются съемными электрическими печами (не показаны),Работа устройства включает следующие основные стадии: исходное со"таяние, 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 положении и поджимает элемент 56 с помощью механизма 37 шагового перемещения, вакуумные шиберные затворы 8 во всех технологических камерах 4, 5 и6 закрыты.На устройствах для загруЗки и выгрузкиустанавливаются 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 сильфонный 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 предварительной откачки по трубопроводу 67 начинает производить откачку объема "кармана" между клапанами 38 и 63. Стадия загруэки 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 31 с закрепленным на нем роликом 32. Последний воздействует на тросик 35 и 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 платформе 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 сверхвысоковакуумной 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 манипул ято ра 12 на захватное устройство прецизионного манипулятора 72, после чего манипулятор 12 занимает исходное положение внутри цилиндра 9. Вакуумным шиберным затвором 8 перекрывается канал 7. Стадия перегрузки подложки в сверхвысоковакуумную технологическую камеру закончена.Проводятся технологические операции по очистке и контролю поверхности подложки.По окончании процесса очистки поверхности подложки открывается вакуумный шиберной затвор 8, производится продоль.ное перемещение манипулятора 12 внутрь камеры 4 с последующим выполнением операций по передаче на него подложки с прецизионного манипулятора 72, Затем манипулятор 12 с захваченной подложкой возвращаются в исходное положение внутрь цилиндра: 9, поворачивается в горизонтальной плоскости на определенный угол, останавливаясь напротив камеры 5 эпитаксиального роста структуры иэ молекулярных пучков, после чего выполняются операции па передаче подложки внутрь этой камеры.Во время проведения эпитаксиального роста структуры в камере 5 освободившийся манипулятор может. возвратиться к шлюзовому устройству загрузки за другой подложкой и передать ее в камеру 4 очистки поверхности,После окончания эпитаксиального роста структуры подложка перемещается манипуляторами 12 в камеру 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 устройства загрузки в устройство выгрузки.После заполнения в камере 3 для выгрузки магазина 61 подложками, он переме щается в крайнее верхнее положениемеханизмом 37.шагового перемещения, при этом производится герметизация вакуумных объемов кассеты 39 и камеры 36 за счет клапанов 63 и 38. Фиксатор 58 перемещает ся штоком сильфонного ввода 44 движенияв крайнее левое положение, выводя из кинематического зацепления клапаны 38 и 63.Через вентиль 48 в объем "кармана" напускается газ до атмосферного давления, за 15 счет чего осуществляется прижим клапана63 к прокладке 64; Раскрывается устройство захвата 43, кассета 39 снимается с загрузочного устройства и направляется для дальнейшей обработки подложек. Стадия 20 выгрузки подложек закончена,Накопительная кассета может быть снята с устройства выгрузки как полностью заполненная подложками, так и с одной готовой или прошедшей конкретную техно логическую операцию.Накопительная кассета в устройстве загрузки заменяется по мере полного. выбора подложек из магазина 61.Операции по извлечению свободной 30 кассеты с устройства загрузки аналогичныоперациям по извлечению заполненной кассеты с устройства выгрузки.Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5